伊通河城区段生境评价与水质指标的关系分析

2021-03-04陈际峰赵可李春明王金鑫

辽宁化工 2021年2期

陈际峰，赵可，李春明，王金鑫

（吉林建筑大学，吉林长春 130000）

河流栖息地是水生生物赖以生存的环境，能够维护河流生态的完整和河流的健康。工业化和城市化的快速发展，河流被人类活动干扰和破坏程度不同，导致河流水质污染和破坏河流栖息地，并最终导致一系列的环境问题[1-2]。本文研究对象为伊通河城区段，借鉴英国城市河流生境调查法（URS）[3]和德国兰登堡市的河流生境综合指数法（RHQ）[4]，在郑丙辉[5]、陈婷[6]相关成果基础上，结合城市人口密集、人为干扰严重的特点，筛选影响河流生境的指标，建立了伊通河城区段流域河流生境质量评价体系，并对评价结果与水质指标进行了对比分析。

1 调查研究

1.1 研究区域概况

伊通河是由南向北贯穿长春市的大河，位于长春的伊通河全长286.9 km，流域面积5 412.9 km2。伊通河的上游部分从郊区到新立城水库，是长春工业和生活用水的重要来源。

1.2 监测点位

在全面了解伊通河的基础上，遵循全面性、代表性和可行性3 个原则，自南向北选取10 个典型河段，起点为新立城水库，终点为北湖，于2019年10月30日开展了伊通河市河流生态调查，收集了研究区的生态环境评价数据。各采样点河段长200 m，4 个测段间距50 m 等距布置。检测位点如表1 所示。

表1 伊通河城区段检测位点

1.3 生境综合评价指标及方法

1.3.1 生境评价指标

栖息地质量综合评价指标的确定是基于国外对城市河流生境评价的研究与实践，以及适合我国国内的河流生境评价指标，结合我国城镇河流人为影响因素多的特点，建立了伊通河城区段河流生境质量评价体系。评价指标涵盖河岸物质、河岸植被结构、河岸植被总体状况、河岸利用类型、主要水流类型、水生植物类型数、主要水生植物类型、河道生境类型数、人工河岸比例、BANKPOET 指数、水体气味、沉淀物气味、油类、表面浮渣、大型污染物15 个指标。

1.3.2 生境评价计算方法

确定各生境指标的得分之后，使用聚类分析（CA）的分级聚类方法对上述生境指标进行分析，以识别整个数据集中的群体。其次是分类和回归树（CART）分析被用来量化错误分类率，以确定组布局的准确性。为确定组间差异的统计显著性，使用了置换MANOVA（PERMANOVA）和一个控制流位置的因子。最后按照计算的差异性与显著性，赋予各指标类型相应分值，计算出生境综合指数的分值（I），13≤（I）＜15 为良好，10≤（I）＜12为一般，7≤（I）＜9 为较差，4≤（I）＜6 为差。

1.4 水质指标及测定方法

现场测定水温、溶解氧、pH，并采集1 000 mL水样放置于将其放入4 ℃的培养箱中，并带到实验室测定总氮（TN）、总磷（TP）、氨氮（NH4+-N）、化学需氧量（CODCr）、高锰酸盐指数（CODMn）和悬浮固体（SS）化学指标。参照《水和废水监测分析方法》中的实验方法，进行水样的保存和预处理。

2 结果与分析

2.1 伊通河城区段生境综合评价

根据生境综合评价指标和方法，对10 个采样点的生境指数进行评价，计算每个采样点的河流生境综合评价指标值I，结果如图1 所示。

图 1 伊通河城区段生境评价概况

10 个样点的生境质量指数分值介于7～13。在8条河流中，2 条河流的生境状况较好，3 条河流的生境状况一般，3 个样点河段的生境状况较差；支流中1 条河段的生境状况一般，另1 条河段生境状况较差。生境质量好的点位处于上游地区与北湖地区，自然植被保存完好，远离人类活动密集地区，受人类活动干扰较少，土地利用类型以林地和耕地为主，林地面积占比大，植被覆盖度高，如 S1 新立城水库坝下、S8 北湖桥下[7]。在10 个点位中，伊通河下游河段如S5 自由拦河闸前、S6 新华拦河闸前、S7 四化拦河闸前河流生境状况不理想，存在表面浮渣、水体气味和油类污染现象，实证河段的生境评价结果以较差为主。主要原因在于该部分实证河段在河闸附近，制约了其河流生境的改善。伊通河上游的河岸生境条件良好，土地利用类型以农用地、绿地和水体为主，如S1 新立城水库坝下。

2.2 伊通河城区段水质状况

伊通河城区段各采样点水中TP 质量浓度为0.06～0.35 mg·L-1，平均值0.16 mg·L-1，4 个采样点TP 质量浓度均高于国家地表水环境标准Ⅱ类水。TN 的质量浓度为0.23～6.39 mg·L-1，平均值为2.035 mg·L-1，8 个采样点TN 质量浓度高于国家地表水环境标准Ⅲ类水，采样点S7、S10 为劣Ⅴ类水。NH4+-N 质量浓度为0.03～1.9 mg·L-1，平均值为0.412 mg·L-1，有5 个采样点的质量浓度超过国家地表水环境标准中Ⅰ类水。CODCr质量浓度为10.54～47.41 mg·L-1，平均值为22.05 mg·L-1，采样点S2 南绕城高速桥下CODCr质量浓度为劣Ⅴ类水。TP、TN、NH4+-N、CODCr质量浓度较高的样点出现在流域中下游地区。CODMn质量浓度为4.28～7.76 mg·L-1，平均值为5.786 mg·L-1。溶解氧指标均符合国家地表水环境标准Ⅲ类水。

2.3 生境特征与水质状况冗余分析

为了避免生境指标之间的信息重复，在Person或Spearman 相关分析中只选择了一个显著相关的生境指标，以最终确定河岸物质、河岸土地利用和河岸植被总体状况、主要水生植物、主要水流类型、人工河岸比例、BANKPROT 指数、油类、水体气味用于伊通河城区段河流生境特征和水质的冗余分析。为了确定不同生境特征指标对河流水质变化的贡献率，直接对水质指标和生境指标进行梯度分析。去趋势对应分析（DCA）外，发现最长轴的梯度长度小于3。因此，利用线性模型（冗余分析RDA）对水质指数、综合生境指数、河岸生境指数、河道生境指数、护岸指数和人为污染指数进行冗余分析（图2）。可见，综合生境指数、河岸生境指数、河道生境指数和人为污染指数对水质指数有显著影响。生境评价较好的河段水化学基本指标含量较低。生境综合评价等级为好的采样点S1、S8 样点，NH4+-N 浓度符合国家地表水环境标准Ⅰ类水，S8点位的TN、TP 符合国家地表水环境标准Ⅱ类水；生境评价较差的点位，如S4、S6、S7、S10 的TN均超过国家地表水环境标准Ⅳ类水，S7、S10 为劣Ⅴ类水。人类活动、土地利用方式、植被多样性、河岸植被结构大多与 TN、TP、NH4+-N 和呈显著负相关。在对滇池的研究中，孙金华等[8-9]指出，人类活动是导致湖泊水质恶化的驱动因素。植被多样性对水质的影响主要表现在植被对N、P 的消减，河岸带植被可使入河N、P 污染物得到控制，陆域面源污染物可被有效截留、优化河水水质。位于闸前的点位S5、S6、S7 生境都属于较差，其TN、TP、NH4+-N、CODCr均不同程度超标；SIZIBA[10]研究表明，处理不当的城市废水的排放将导致城市大坝上游的水质恶化。