城市河流修复生境对水生生物影响因素研究

毛雪慧

(深圳市碧园环保技术有限公司/深圳市水务规划设计院有限公司，广东 深圳 518000)

1 引言

浮游植物、浮游动物、底栖动物等水生生物作为江河湖库等是水体生态系统的主要初期生产者，同时也是水生态系统中能量流动和物质循环的驱动因子[1]，在一定程度上可决定物质循环和能量流动的方式[2]。水生生物对水质变化敏感，环境因子变化对其生理活动及其群落结构和功能的影响很大，其群落结构特征可以较准确地反映水体的水质状况及其动态变化，是水环境质量的重要指示类群及其评价的重要指标[4～6]。浮游动物、浮游植物、底栖动物群落结构变化是环境因子综合作用的结果，研究其中的变化规律对于水生态修复领域具有实际意义。

我国在河流的生态整治中已经取得广泛共识，从2005～2010年，一批科研工作者将生态治河理念输入水利界[7]，且随着生态治河的各种论文相继发表以及专著《生态水利工程原理与技术》《生态水工学探索》[8]的出版，大大推动了生态治河的力度。水利单位开始重视水生植物的应用，呼吁恢复河流的蜿蜒性，保护河曲，重视生物多样性和生物栖息地，重视河流中各类生物的恢复和品种的增加，重视动植物的生物量监测等。深圳市城市河流综合整治工程包括沿河建设截污管网，新建污水处理厂作为河道补水设施，设置生物飘带、纳米曝气等水质净化设施，种植水生植物营造河滩生境，设置砾石床为底栖生物提供栖息场所，改造生态护岸工程等。通过评价河流整治工程前后的效果与水生态因子之间的关联性，为继续推进生态脆弱河流和地区水生态修复，为下一步开展生态清洁型小流域建设提供数据支撑。

2 材料与方法

深圳湾的6条典型河流经过了环境综合整治工程的治理，不同的河流采用了不同的生态修复技术，导致修复后的河流形成了不同的河流生境。现划分出9种不同的河流修复生境，生境类型分别为卵石群(福田河)、沙粒群(排洪河)、人工湿地(福田河)、硬化河床+硬化护岸(新洲河)、生态河床+硬化护岸(福田河)、硬化河床+生态护岸(新洲河)、生态河床+生态护岸(福田河)、水生植物(排洪河)、咸淡水交替(排洪河)。对其不同河流修复生境的12种环境指标(磷酸盐、总氮、总磷、硝氮、亚硝氮、氨氮、化学需氧量、生化需氧量、pH值、溶解氧、电导率、温度)和生物指标(浮游植物优势种、浮游动物种类、底栖动物种类)进行采样分析。采样时间为2012年9月和2013年4月。所有分析数据取其2次采样的平均值。监测分析方法原则上选用国家和环境保护行业监测分析方法标准。

为了判断河流生态修复工程前后水环境和水生态因子的关系，应用除趋势对应分析(detrended correspondence analysis，DCA)，对生物指标数据进行样点分类。用典型对应分析方法(canonical correspondence analysis，CCA)研究生物的分布格局与环境因子间的相互关系。用冗余分析(redundancy analysis，RDA)研究生物的分布格局与环境因子间的相互关系。

3 结果与分析

3.1 不同河流修复生境的浮游植物群落与环境因子的关系

对9种河流修复生境的浮游植物种类与环境因子的RDA分析, 选择优势度达到10%的种类列入物种矩阵中。首先对浮游植物种类的DCA排序，最长的排序轴长度(Lengths of gradient)为1.18，因此选择线性模型对浮游植物群落与环境因子的直接梯度排序分析(RDA)。蒙地卡罗置换检验结果表明除化学需氧量外，其余所有环境指标与浮游植物群落的变化有显著相关性(p<0.05)。

样点和环境因子之间的相互关系显示，不同河流修复生境与环境因子的相关性不同。生化需氧量是影响沙粒群、水生植物生境浮游植物分布的主要环境因子，且2个样方中环境因子BOD大小为沙粒群>水生植物；氨氮、化学需氧量是影响人工湿地、硬化河床+硬化护岸、生态河床+硬化护岸、硬化河床+生态护岸生境浮游植物分布的主要环境因子，且4个样方中环境因子COD大小为硬化河床+生态护岸≈硬化河床+硬化护岸>人工湿地>生态河床+硬化护岸；总磷、磷酸盐、pH值是咸淡水交替生境浮游植物分布的主要环境因子；总氮、硝氮、亚硝氮、温度、溶解氧、电导率是影响卵石群、生态河床+生态护岸生境浮游植物分布的主要环境因子，且2个样方中环境因子NO2大小为卵石群>生态河床+生态护岸。

物种和环境因子之间的相互关系显示，这12项理化因子影响了深圳河流修复生境浮游植物分布，且相互之间相关性不显著，其中总氮、硝氮、亚硝氮、氨氮、化学需氧量是影响深圳河流修复生境浮游植物群落的最主要的环境因子。溶解氧与浮球藻有较强的正相关性；温度与韦丝藻有较强的正相关性；菱形藻与氨氮有较强的正相关性；四尾栅藻、小球藻、隐藻与总磷、pH值有较强的正相关性；优美平裂藻、小球藻、十字藻、颗粒直链藻与化学需氧量有较强的正相关性(图1)。

1：卵石群；2：沙粒群；3：人工湿地；4：硬化河床+硬化护岸；5：生态河床+生态护岸；6：生态河床+硬化护岸；7：硬化河床+生态护岸；8：水生植物；9：咸淡水交替;SRP：磷酸盐；TP:总磷；TN:总氮；NO3:硝氮；NO2:亚硝氮；NH4:氨氮；COD:化学需氧量；BOD:生化需氧量；PH:pH值；DO:溶解氧；cond：电导率；WT:温度；S1:优美平裂藻；S2:四尾栅藻;S3:小球藻;S4:韦丝藻;S5:浮球藻;S6:十字藻;S7:菱形藻;S8:颗粒直链藻;S9:小环藻;S10:隐藻

3.2 不同河流修复生境的浮游动物群落与环境因子的关系

对9种河流修复生境的浮游动物种类与环境因子的RDA分析, 选择优势度达到10%的种类列入物种矩阵中。首先对浮游动物种类的DCA排序，最长的排序轴长度(Lengths of gradient)为3.9，因此选择线性模型对浮游动物群落与环境因子的直接梯度排序分析(RDA)。蒙地卡罗置换检验结果表明所有环境指标与浮游动物群落的变化有显著相关性(p<0.05)。

样点和环境因子之间的相互关系显示，不同河流修复生境与环境因子的相关性不同。pH值是影响沙粒群生境浮游动物分布的主要环境因子；溶解氧是影响硬化河床+硬化护岸生境浮游动物分布的主要环境因子；电导率、亚硝氮、生化需氧量、温度是影响卵石群、人工湿地、生态河床+生态护岸、生态河床+硬化护岸、硬化河床+生态护岸、水生植物、咸淡水交替生境浮游动物分布的主要环境因子，且7个样方中环境因子NO2大小为生态河床+硬化护岸≈生态河床+生态护岸>卵石群>咸淡水交替>水生植物≈硬化河床+生态护岸>人工湿地。

物种和环境因子之间的相互关系显示，这12项理化因子影响了深圳河流修复生境浮游动物分布，且相互之间相关性不显著，其中总氮、氨氮、电导率、化学需氧量、硝氮、亚硝氮是影响深圳河流修复生境浮游动物群落的最主要的环境因子。溶解氧与长足轮虫有较强的正相关性；亚硝酸与泥溞、宽角粗毛溞、腔轮虫SP.2有较强的正相关性；pH值与无节幼体、剑水蚤幼体、萼花臂尾轮虫、:裂足臂尾轮虫有较强的正相关性；电导率与大肚须足轮虫、腔轮虫SP.1有较强的正相关性(图2)。

1：卵石群；2：沙粒群；3：人工湿地；4：硬化河床+硬化护岸；5：生态河床+生态护岸；6：生态河床+硬化护岸；7：硬化河床+生态护岸；8：水生植物；9：咸淡水交替;SRP：磷酸盐；TP:总磷；TN:总氮；NO3:硝氮；NO2:亚硝氮；NH4:氨氮；COD:化学需氧量；BOD:生化需氧量；PH:pH值；DO:溶解氧；cond：电导率；WT:温度；D1:无节幼体;D2:剑水蚤幼体;D3: 泥溞;D4:宽角粗毛溞;D5:萼花臂尾轮虫;D6:裂足臂尾轮虫;D7:大肚须足轮虫;D8:长足轮虫;D9:腔轮虫SP.1;D10:腔轮虫SP.2

3.3 不同河流修复生境的底栖动物群落与环境因子的关系

对9种河流修复生境的底栖动物种类与环境因子的RDA分析。首先对底栖动物种类的DCA排序，最长的排序轴长度(Lengths of gradient)为3.1，因此选择线性模型对底栖动物群落与环境因子的直接梯度排序分析(RDA)。蒙地卡罗置换检验结果表明除BOD、SRP外，其他环境指标与底栖动物群落的变化有显著相关性(p<0.05)。

样点和环境因子之间的相互关系显示，不同河流修复生境与环境因子的相关性不同。温度是影响沙粒群、人工湿地生境底栖动物分布的主要环境因子；亚硝氮是影响卵石群、生态河床+生态护岸、生态河床+硬化护岸生境底栖动物分布的主要环境因子，且3个样方中环境因子NO2大小为生态河床+硬化护岸>生态河床+生态护岸>卵石群；氨氮是影响硬化河床+生态护岸生境底栖动物分布的主要环境因子；化学需氧量是影响硬化河床+硬化护岸生境底栖动物分布的主要环境因子；总磷是影响水生植物、咸淡水交替生境底栖动物分布的主要环境因子，且2个样方中环境因子TP大小为水生植物>咸淡水交替。

物种和环境因子之间的相互关系显示，这12项理化因子影响了深圳河流修复生境底栖动物分布，且相互之间相关性不显著，其中磷酸盐、总磷、化学需氧量、氨氮、总氮、温度是影响深圳河流修复生境底栖动物群落的最主要的环境因子。溶解氧与小摇蚊有较强的正相关性；总氮与羽摇蚊有较强的正相关性；磷酸盐与霍甫水丝蚓有较强的正相关性；温度与淡水壳菜有较强的正相关性，其它物种与总磷呈现正相关性(图3)。

1：卵石群；2：沙粒群；3：人工湿地；4：硬化河床+硬化护岸；5：生态河床+生态护岸；6：生态河床+硬化护岸；7：硬化河床+生态护岸；8：水生植物；9：咸淡水交替;SRP：磷酸盐；TP:总磷；TN:总氮；NO3:硝氮；NO2:亚硝氮；NH4:氨氮；COD:化学需氧量；BOD:生化需氧量；PH:pH值；DO:溶解氧；cond：电导率；WT:温度；P1:霍甫水丝蚓;P2:苏氏尾鳃蚓;P3:羽摇蚊;P4:小摇蚊;P5:瘤拟黑螺;P6:铜锈环棱螺;P7:多棱角螺;P8:大瓶螺；P9:大脐圆扁螺;P10:海南沟蜷;P11:淡水壳菜

4 结论

(1)总氮、硝氮、亚硝氮、氨氮、化学需氧量是影响深圳河流修复生境浮游植物群落的最主要的环境因子。溶解氧与浮球藻有较强的正相关性；温度与韦丝藻有较强的正相关性；菱形藻与氨氮有较强的正相关性；四尾栅藻、小球藻、隐藻与总磷、pH值有较强的正相关性；优美平裂藻、小球藻、十字藻、颗粒直链藻与化学需氧量有较强的正相关性。

(2)总氮、氨氮、电导率、化学需氧量、硝氮、亚硝氮是影响深圳河流修复生境浮游动物群落的最主要的环境因子。溶解氧与长足轮虫有较强的正相关性；亚硝酸与泥溞、宽角粗毛溞、腔轮虫SP.2有较强的正相关性；pH值与无节幼体、剑水蚤幼体、萼花臂尾轮虫、:裂足臂尾轮虫有较强的正相关性；电导率与大肚须足轮虫、腔轮虫SP.1有较强的正相关性。

(3)磷酸盐、总磷、化学需氧量、氨氮、总氮、温度是影响深圳河流修复生境底栖动物群落的最主要的环境因子。溶解氧与小摇蚊有较强的正相关性；总氮与羽摇蚊有较强的正相关性；磷酸盐与霍甫水丝蚓有较强的正相关性；温度与淡水壳菜有较强的正相关性，其它物种与总磷呈现正相关性。