常州市各人工濕地的浮游生物多樣性比較

張 皓，徐東炯，陳志寧，湯 云

城市化是當(dāng)前我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的主導(dǎo)內(nèi)容之一，城市人工濕地是城市的人居環(huán)境設(shè)施，同時(shí)也是城市的生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施，其獨(dú)特的美學(xué)價(jià)值以及改善環(huán)境的生態(tài)價(jià)值備受重視，成為城市人居環(huán)境及生態(tài)環(huán)境建設(shè)的重要內(nèi)容［1-8］。長(zhǎng)期以來(lái)，在人口、經(jīng)濟(jì)的雙重壓力下，城市人工濕地普遍遭到破壞［7-10］。以常州市為例，近年來(lái)城市人工濕地面積明顯減少，污染加重，功能退化，環(huán)境自凈能力減弱，環(huán)境承載能力降低，濕地的水生生物消亡，水體荒漠化趨勢(shì)明顯。該文通過(guò)對(duì)常州市范圍內(nèi)具有代表性的3 塊人工濕地浮游生物多樣性狀況的調(diào)查研究，初步掌握常州地區(qū)城市人工濕地的生態(tài)現(xiàn)狀和存在的問(wèn)題，從而為摸索出一套科學(xué)的城市人工濕地建設(shè)發(fā)展模式提供必要的理論支撐。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 樣地選擇

在常州市范圍內(nèi)選取了代表性的軟件園濕地、荊川公園濕地和五星公園濕地3 塊人工濕地(見圖1)作為研究對(duì)象。3 塊人工濕地建成于2002—2003年，其中軟件園濕地的建設(shè)注重濕地的自然聯(lián)系，大量保留自然緩坡的堤岸，使濱岸植被有較好的恢復(fù)，濱岸動(dòng)物有較理想的棲息場(chǎng)所，且與周邊較好水質(zhì)的水系連通，并有閘口控制，既保持了水體與陸地的生態(tài)聯(lián)系，又維護(hù)了水生生物傳播、擴(kuò)散、遷徙、洄游的通道，還能充當(dāng)水系生態(tài)廊道的功能;荊川公園濕地水體基本與外界隔離;五星公園濕地更注重濕地的景觀美學(xué)效果，水體底部由大量的建筑垃圾襯底，水體和陸地之間由垂直的混凝土或磚石堤岸相隔離，同時(shí)雖然與外來(lái)水系相連通，但無(wú)閘口控制，導(dǎo)致外部來(lái)水對(duì)濕地自身水體產(chǎn)生較大沖擊。它們分別是城市人工濕地2 種不同建設(shè)理念和方法的典型代表，且作為城市人工濕地公園，3 塊研究樣地的水域面積(軟件園6.4 hm2，荊州公園2.2 hm2，五星公園3.5 hm2)都不是很大，代表了城市人工濕地(公園)的普遍情況;同時(shí)，它們具有大致一致的規(guī)模及建成時(shí)間，具有一定的可比性;它們作為新建的城市人工濕地應(yīng)當(dāng)具有一定的穩(wěn)定性;作為城市建成區(qū)內(nèi)的城市人工濕地，具有較強(qiáng)的可達(dá)性及可操作性。

圖1 各樣地地理位置示意圖

1.2 點(diǎn)位布設(shè)

根據(jù)3 塊研究樣地水域面積的大小、位置、外河情況等確定調(diào)查點(diǎn)位:在軟件園的西部、南部和東部水域各設(shè)一個(gè)調(diào)查點(diǎn)位;在荊川公園的東部、西部水域各設(shè)一個(gè)調(diào)查點(diǎn)位;在五星公園的東部、西部水域各設(shè)一個(gè)調(diào)查點(diǎn)位(圖2)。

圖2 調(diào)查點(diǎn)位分布圖

1.3 采樣方法

對(duì)研究樣地的實(shí)地考察發(fā)現(xiàn)，部分樣地會(huì)定期在夏、冬季開展換水和清淤工程，為了避免相關(guān)工程對(duì)研究結(jié)果造成影響，增加研究結(jié)果的可比性，最終確定分別在春、秋季對(duì)研究樣地的浮游生物各進(jìn)行1 次樣品采集，浮游植物、輪蟲和原生動(dòng)物的定量樣品用1 L 的定量采水器采集，浮游植物、輪蟲和原生動(dòng)物的定性樣品用25 號(hào)浮游生物網(wǎng)采集，枝角類和橈足類的定性定量樣品均用13 號(hào)浮游生物網(wǎng)采集。采集完的樣品需添加魯哥試劑固定并帶回實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)備鏡檢。鏡檢時(shí)，浮游植物、原生動(dòng)物吸取0.1 mL 樣品注入0.1 mL 計(jì)數(shù)框，在10×40 倍或8×40 倍顯微鏡下計(jì)數(shù)，浮游植物計(jì)數(shù)100 個(gè)視野，原生動(dòng)物全片計(jì)數(shù);輪蟲則取1 mL 注入1 mL 計(jì)數(shù)框內(nèi)，在10×8 倍顯微鏡下全片計(jì)數(shù);枝角類和橈足類取5 mL 注入5 mL 計(jì)數(shù)框內(nèi)，在10×20倍倒置顯微鏡或解剖鏡下全片計(jì)數(shù)。詳細(xì)步驟可參考湖泊富營(yíng)養(yǎng)化調(diào)查規(guī)范等相關(guān)資料［11-12］。

1.4 評(píng)價(jià)方法

采用物種分類單元數(shù)(S)、Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)(H')、物種優(yōu)勢(shì)度指數(shù)(λ)對(duì)各研究樣地的浮游生物進(jìn)行分析［8-10］。

式中:Pi代表第i 個(gè)物種的相對(duì)多度或相對(duì)顯著度;N 代表所有物種的個(gè)體數(shù)之和;Ni代表第i 個(gè)物種的個(gè)體數(shù);一般情況下，H'值越大多樣性越高，λ 值越小多樣性越高。

2 結(jié)果與討論

2.1 各樣地浮游生物構(gòu)成情況

由表1可見:3 塊研究樣地共發(fā)現(xiàn)浮游生物170 種，其中軟件園115 種，包括86 種浮游植物、9 種原生動(dòng)物、9 種輪蟲和11 種枝角類橈足類;荊川公園106 種，包括81 種浮游植物、9 種原生動(dòng)物、8 種輪蟲和8 種枝角類橈足類;五星公園103種，包括79 種浮游植物、6 種原生動(dòng)物、6 種輪蟲和12 種枝角類橈足類。而各研究樣地的浮游生物優(yōu)勢(shì)種也各有不同，軟件園以嚙蝕隱藻(43%)、鈴殼蟲sp.(34%)、壺狀臂尾輪蟲(32%)、中華窄腹劍水溞(33%)為優(yōu)勢(shì)種;荊川公園以美麗顫藻(43%)、異胞蟲sp.(99%)、萼花臂尾輪蟲(38%)、中華窄腹劍水溞(49%)為優(yōu)勢(shì)種;五星公園以小顫藻(25%)、叉口砂殼蟲(41%)、萼花臂尾輪蟲(26%)、盤腸溞屬sp.(27%)為優(yōu)勢(shì)種。從調(diào)查結(jié)果可以看出，3 塊人工濕地中，軟件園的浮游生物物種總分類單元數(shù)最高，多樣性較好，荊川公園次之，五星公園最差。同時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)3 塊人工濕地的浮游生物中浮游植物數(shù)量遠(yuǎn)高于其他種類，且除軟件園外，另2 塊人工濕地的浮游植物優(yōu)勢(shì)種均屬藍(lán)藻門，說(shuō)明這2 塊人工濕地的水體均存在不同程度的富營(yíng)養(yǎng)化趨勢(shì)。通過(guò)對(duì)3 塊人工濕地的主要水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，計(jì)算出3 塊人工濕地的綜合富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)。從表2可以看出，綜合富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)從小到大順序依次為軟件園＜荊川公園＜五星公園。這一結(jié)果正好與上文浮游生物群落結(jié)構(gòu)的結(jié)果相吻合，再次證明軟件園的水體富營(yíng)養(yǎng)化程度最輕，水質(zhì)較好，浮游生物群落結(jié)構(gòu)較完整，多樣性較高，而荊川公園和五星公園都存在不同程度的富營(yíng)養(yǎng)化趨勢(shì)，其中五星公園水體的富營(yíng)養(yǎng)化狀況較為嚴(yán)重。究其原因，可能是由于軟件園連通的外來(lái)河水均有溢洪閘控制，在保證其與公園內(nèi)部水體有一定水體交換次數(shù)和頻率的基礎(chǔ)上，有效減輕了來(lái)水污染物對(duì)內(nèi)部水體的沖擊，同時(shí)保證濕地水質(zhì)長(zhǎng)期穩(wěn)定在一個(gè)良好水平，可抑制水體的富營(yíng)養(yǎng)化;而與五星公園連通的外來(lái)河水沒(méi)有任何閘口控制，大量污染物對(duì)濕地內(nèi)部水體造成沖擊，導(dǎo)致濕地水質(zhì)惡化，富營(yíng)養(yǎng)化趨勢(shì)明顯;荊川公園則由于水體較為封閉，缺乏與外部水體的連通交換，導(dǎo)致內(nèi)部水體長(zhǎng)期呈滯流靜止?fàn)顟B(tài)，配合光照和人為干擾等因素的影響，極易引發(fā)水體的富營(yíng)養(yǎng)化。此外，軟件園的浮游生物種類構(gòu)成較為均勻，除浮游植物外的其他浮游生物種類均明顯多于另2 塊人工濕地，說(shuō)明軟件園水體的浮游生物群落結(jié)構(gòu)更為合理，從一定程度上反映出其生境狀況較為良好。

表1 3 塊人工濕地浮游生物調(diào)查結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

表2 3 塊人工濕地水質(zhì)綜合富營(yíng)養(yǎng)化結(jié)果比較

2.2 各樣地浮游生物多樣性比較

由圖3、圖4可見，各樣地浮游生物的Shannon-Wienner 指數(shù)從大到小順序?yàn)檐浖@＞荊川公園＞五星公園，物種優(yōu)勢(shì)度從大到小順序?yàn)榍G川公園＞五星公園＞軟件園?？梢园l(fā)現(xiàn)，軟件園的浮游生物Shannon-Wienner 指數(shù)最高，物種優(yōu)勢(shì)度最低。說(shuō)明在3 塊人工濕地中，軟件園的浮游生物多樣性最好。這可能由于軟件園生態(tài)濕地人工改造較少，最大程度地保留了原有的自然風(fēng)貌，因此其水體中浮游生物的群落結(jié)構(gòu)未受到過(guò)多破壞，多樣性得以保留，這也與高輝巧等［14］進(jìn)行的城市人工濕地景觀建設(shè)與生物多樣性保護(hù)研究結(jié)果相符;五星公園由于在設(shè)計(jì)和建設(shè)過(guò)程中過(guò)分注重美學(xué)效果，不但用混凝土或磚石雕塑成得各種造型取代了自然堤岸，使水體與陸地的生態(tài)系統(tǒng)相隔離，還使用了大量建筑垃圾襯底取代了原有的軟質(zhì)淤泥，進(jìn)一步破壞了該區(qū)域原有的生態(tài)環(huán)境，導(dǎo)致生態(tài)失衡，從而嚴(yán)重影響了浮游生物的多樣性;荊川公園則是由于設(shè)計(jì)時(shí)未能考慮到保持水體連通性，導(dǎo)致內(nèi)部水體封閉滯流，長(zhǎng)期得不到換水，極易形成水體富營(yíng)養(yǎng)化，導(dǎo)致浮游生物群落結(jié)構(gòu)失衡，影響其多樣性。

圖3 各樣地浮游生物Shannon-Wienner多樣性指數(shù)的比較

圖4 各樣地浮游生物物種優(yōu)勢(shì)度的比較

3 結(jié)論

通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，不同的設(shè)計(jì)和建設(shè)風(fēng)格對(duì)城市人工濕地的浮游生物群落多樣性影響較大，并隨著時(shí)間推移可能形成極大的環(huán)境生態(tài)差異。從結(jié)果上看，浮游生物種類數(shù)從大到小順序?yàn)檐浖@＞荊川公園＞五星公園，浮游生物的Shannon-Wienner 指數(shù)從大到小順序?yàn)檐浖@＞荊川公園＞五星公園，物種優(yōu)勢(shì)度從大到小順序?yàn)榍G川公園＞五星公園＞軟件園，濕地水體的綜合富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)從大到小順序?yàn)槲逍枪珗@＞荊川公園＞軟件園。因此軟件園無(wú)疑是3 塊樣地中浮游生物群落狀況最佳、生態(tài)完整性保持最好的人工濕地，它的設(shè)計(jì)與建設(shè)理念值得借鑒。建議在人工濕地的建設(shè)中應(yīng)首先注意內(nèi)外部水體的連通性，在此基礎(chǔ)上應(yīng)當(dāng)對(duì)外部水源進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂?，避免?lái)水污染物的強(qiáng)力沖擊。在人工濕地的建設(shè)中應(yīng)注重自然與美學(xué)的結(jié)合，應(yīng)盡可能使用自然堤岸，使公園內(nèi)部水體與陸地的生態(tài)系統(tǒng)相聯(lián)通，保持水體底部的軟質(zhì)淤泥，為不同水生生物群落恢復(fù)繁衍提供良好的生境條件。

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