北运河和海河干流水生植物的初步调查研究

2021-10-27杜庆有

海河水利 2021年5期

杜庆有，徐放

（天津市海河管理中心，天津 300141）

1 引言

本文所述北运河位于海河流域天津屈家店闸至海河干流三岔口段，全长约16 km，流经天津北辰、红桥、河北三区，是海河流域北系入海的通道，也是引滦入津向海河干流补水的主要通道，属于京杭大运河的一部分。海河干流位于北运河下游，从三岔口至海河防潮闸全长73.45 km，其中三岔口至外环线段长约18 km，流经天津市内六区和东丽、津南区。

近年来，由于河道管理水平的不断提升，水生态问题成为河道管理的重要工作。但面对菹草、蓝藻、槐叶萍的暴发，该如何科学应对是考验河道管理者的课题[1-3]。本文在对北运河、海河干流多年来观察和专项调查的基础上，试图通过比较和分析2 个河段水生植物的状况，找到解决以上问题的答案。

2 河道水生植物情况比较

为进一步掌握北运河、海河干流水生植物状况，2019 年9 月对北运河、海河干流水生植物情况进行了专项调查。由于时间和设备有限，调查方法主要参照《重点河流水生生物多样性调查与评估技术要求》、文献[4-5]进行。生物识别方面主要参照文献[6-8]，并辅助使用手机App 进行拍照。通过单次调查并结合多年来管理工作的经验，笔者对北运河、海河干流总体水生植物情况进行了比较分析。

2.1 水生植物类型比较

海河干流的水生植物种类较为单一，主要以沉水植物为主，下游段有人工种植的芦苇等挺水植物，而且在2019 年以前沉水植物以单一的菹草为主，自2019 年开始上游出现黑藻、金鱼草、苦草，并有少量菱类浮叶植物。

北运河水生植物多样性较好，挺水植物、浮叶植物、漂浮植物、沉水植物均有分布，而且每类水生植物种类都比较丰富。其中，挺水植物主要有芦苇、蒲苇、荷花、千屈菜共4 种；浮叶植物主要有睡莲、菱（角）、芡（实）、水鳖、凤眼莲（水葫芦）、荇菜共7 种；沉水植物主要有菹草、黑藻、苦草、金鱼藻、狐尾藻共5 种；漂浮植物主要以槐叶萍为主并占据绝对优势种群，覆盖大部分河面。

2.2 水生植物种类时空分布比较

2.2.1 挺水植物

北运河沿线挺水植物以芦苇为主，调查区域内沿着河岸两侧临水边均有分布；局部有少量荷花，主要分布在屈家店北运河闸下游，成片连续分布；与芦苇间或生长，另有蒲苇（或香蒲、菖蒲）分布，由于其花与芦苇明显不同，故判断为蒲类，且无果实，疑似为蒲苇；此外，芦苇靠岸边侧有少量千屈菜分布，数量不多，但间或分布，主要呈粉色串花，在芦苇中较为明显，如图1所示。

图1 挺水植物的混生状态

海河干流自三岔口至富民桥约12 km 河道基本无挺水植物，在富民桥至海津桥右岸的岸边种植芦苇每年进行人工收割，海津桥至外环线由于河道改造在生态护岸两侧均种植大量芦苇等挺水植物。

2.2.2 浮叶及漂浮植物

此次调查（2019 年9 月）中，北运河沿线浮叶植物槐叶萍占绝对优势种群，此外还有睡莲、菱（角）、芡（实）、水鳖等，据了解不同时期还有凤眼莲（水葫芦）、荇菜等浮叶植物广泛分布。整体上看，浮叶植物呈现混生状态，覆盖河道水面，槐叶萍在一段时间内整体覆盖河道大部分水面，如图2所示。

图2 浮叶植物的混生状态

海河干流多年来未出现浮叶植物，2019 年起在上游鹅卵石平台出现少量菱类植物，而漂浮植物仅在汛期上游泄水时携带少量浮萍汇入。

2.2.3 沉水植物

虽然此次沿河陆岸调查未能发现沉水植物，但根据历年河道管理的经验推断，北运河河道内沉水植物较为丰富，由于河道水深浅、透明度好，上游部分河段水草生长至河道中心区域。

海河干流水生植物主要以沉水植物为主，间或有少量浮叶植物（如菱、水鳖等）、挺水植物（如芦苇等）。其沉水植物逐渐丰富，以前以菹草为主，每年4—5 月迅速生长呈现暴发高峰，至6 月逐渐枯萎烂根。其暴发与蓝藻呈现季节性交替，形成典型的草-藻型河道生态特征。近年来，水质改善水体透明度增加，河道沉水植物逐渐丰富，菹草收割后主要有黑藻、金鱼草、苦草等分布。其中，苦草分布最少，黑藻与金鱼草在上游部分河段较为常见。而9月起菹草又开始生长，但已不能形成绝对优势种群，并在河道冰盖下越冬。

3 现状水生植物的初步分析与评价

单纯的水生植物虽然不能完全反映水生态系统的整体状况，但作为生态系统的主要生产者可以从较高程度上反映该水生态系统的生物多样性状况。下面主要从群落结构参数和物种丰富度两方面对水生态系统中的水生植物进行初步分析。

3.1 群落结构参数

群落结构参数主要包括个体数、密度（个体数占全部物种数百分比）、盖度（投影面积百分比）、频度（物种出现的样方占全部样方百分比）、高度和多度。其重要值=相对密度+相对频度+相对盖度。

通过踏勘，对植物群落结构的总体印象和主要植物的群落参数进行估测，但未估测个体数量和高度，估测结果详见表1。

表1 北运河水生植物群落结构参数估算

3.2 物种丰富度

物种丰富度是指一个群落或生态环境中物种的数目。很明显，该指数与调查样方的面积有关，为保证结果的可比性，要求取样时保证所有样方的面积相等。常用的丰富度指数有Gleason 指数、Margalef指数。

由于本次调查未具体计算个体数量，仅对物种进行初步判断，所以仅使用Gleason指数对物种丰富度进行估算。Gleason指数计算公式为：

式中：A为单位面积（m2）；S为群落中的物种数量（个）。

北运河河道长度16 500 m，平均水面宽度50 m，水面面积82.5 万m2。其中，挺水植物共4 种，即芦苇、蒲苇、荷花、千屈菜；浮叶植物共7种，即槐叶萍、睡莲、菱（角）、芡（实）、水鳖、凤眼莲（水葫芦）、荇菜；沉水植物共5 种，即菹草、黑藻、苦草、金鱼藻、狐尾藻。经计算，D=16/ln（16 500×50）=1.17。

3.3 物种多样性指数

常用的物种多样性指数为辛普森多样性指数和香农-威纳指数，两者计算均需要个体数量，但此次调查对个体数量未进行具体估测。但根据辛普森多样性指数的计算方法可知，群落中种数越多，各种个体分布越均匀，辛普森多样性指数就越高，群落多样性就越好；各种群之间个体分布越均匀，香农-威纳指数就越大。

结合此次调查的总体印象发现，北运河虽然物种种类丰富，但仍然处于挺水植物以芦苇为主、浮叶植物以槐叶萍为主的状态，单个物种的个体数量占绝对多数，所以定性判断以上2 个物种多样性指数应当处于一个较低的水平。

4 成因分析

从以上的调研分析可以看出，北运河的水生植物多样性明显优于海河干流。河道管理实践也印证了这一点，近年来，在北运河、海河干流处于联通状态的情况下，海河干流夏季每年都出现蓝藻暴发现象，而北运河从未暴发过蓝藻，而是逐年分季节交替出现水草、水葫芦、菱角、槐叶萍等的暴发性生长。

从原因上分析，北运河与海河干流为上下游连通河道，水动力学条件和水质条件基本相同，主要是河道断面形式不同。海河干流、北运河虽然都是人工堤岸，但北运河正常水位以下为宽浅复式河道断面，有明显的浅滩和深槽，且深槽的水深也较海河干流浅。而海河干流由于建设了亲水平台，正常水位以下为混凝土（鹅卵石）平台，且深槽水深较深。

浮叶植物生长的最大水深一般不超过0.5 m，所以北运河的复式断面结构能够满足浮叶植物的生长，而海河干流的混凝土（鹅卵石）平台不能满足浮叶植物的生长条件。沉水植物的生长也需要光照透射进入水体，其适宜生长水深为2～4 m。所以，沉水植物在北运河河道深槽内可以生长，而海河干流只有靠近岸边的两侧可以生长，深槽内不能生长。挺水植物的生长需要将根部扎在岸边浅水处，茎叶挺出水面，所以北运河岸边坡度较缓且为淤泥适宜挺水植物生长，而海河干流岸边混凝土（鹅卵石）平台向中泓坡度较陡且有景观亲水需求，故无挺水植物。

5 几点措施

5.1 保障生态水量

对河道健康指标体系进行整体计算、评估，合理规划河道生态流速、流量、水位，编制河道生态补水方案，在不同时期维持生态系统最佳水位，充分有效地利用生态补水调节河流水生态系统。

5.2 恢复生态堤岸

根据水生生物生长的特性需求，在后期堤岸改造中恢复河道复式断面，在水边恢复本地原生挺水植物，在0～0.5 m 水深区域恢复本地原生浮叶植物，在深水区恢复本地原生沉水植物，并配合放养相应水生动物，逐步恢复立体水生态系统，为恢复水生态系统中的生物多样性提供客观条件。

5.3 恢复生态系统

应对海河水系现有河道生态系统现状情况进行专业摸底，对海河干流水生态系统现有植物、动物、藻类、微生物等本底值进行调查，并由专业部门做出专业评估。同时，由于海河干流水生态系统并非独立的生态系统，需对与之有关的生态系统如引调水源头及途经区域生态系统在海河干流水生态系统的影响进行评估。在调查评估的基础上，科学制定河道生态修复方案，通过在生态系统中对占有绝对优势种群的生物进行调控（如对菹草进行部分清除），引入本地原生生物（如苦草、狐尾藻、金鱼藻、荇菜、水莲等）逐步改善河道生物多样性，修复河道原有生态系统。