河道新型護岸對微型生物的生態(tài)效應(yīng)

彭路菊，葛利云，王錦宏，葉盛，鄧歡歡*

(溫州醫(yī)科大學 a.公共衛(wèi)生與管理學院 b.檢驗醫(yī)學院、生命科學學院，浙江 溫州 325035)

生態(tài)護坡在保證其自身強度、安全性和耐久性，改善人居環(huán)境和自然景觀的前提下，確保工程的環(huán)境和生物效應(yīng)，使水體與土壤水體、水體與生物相互培養(yǎng)，形成適合生物生長的模擬自然狀態(tài)[1]。在生態(tài)型護坡研究領(lǐng)域，我國起步較晚，張俊云等[2]借鑒日本的客土噴播防護技術(shù)，研究以土壤為主要材料、硅酸鹽水泥為粘結(jié)材料的噴混植生技術(shù)；許文年等[3]研究開發(fā)的植被混凝土邊坡綠化技術(shù)和張季如等[4]研究提出的ZZLS綠色生態(tài)防護材料技術(shù)與噴混植生技術(shù)大致相同，介紹了從草種的選擇到種子的處理、播種，以及護坡、草種的發(fā)芽和幼苗前期生長養(yǎng)護等技術(shù)要點，利用該技術(shù)進行邊坡侵蝕防護、綠化設(shè)計和施工方法，研究了生態(tài)護坡材料的本構(gòu)關(guān)系。宋云[5]研究發(fā)現(xiàn)，植被護坡的作用機理是植物根系能夠提高土體的黏聚強度，通過根系與土體間的摩擦，進而提高土體的抗剪強度。同時還提出了植物根系固土理論，包括淺根加筋理論和深根錨固理論。

本研究從生態(tài)位角度重新思考水體水生生物所需的環(huán)境要素，將新型材料創(chuàng)造性用于城市濱水岸帶，探索適用于城市內(nèi)河和南方平原河網(wǎng)硬質(zhì)化河岸生態(tài)恢復(fù)的恢復(fù)技術(shù)機理，為水體自凈和水體修復(fù)尋找新的技術(shù)理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

聚氨酯泡沫塑料塊(polyurethane foam unit，PFU)為武漢市徐東路海綿廠產(chǎn)32號海綿切割而成，所有試劑均為分析純，蒸餾水為二次蒸餾水。樣品前處理所用玻璃儀器經(jīng)自來水、1%丙酮超聲波振蕩，洗液、自來水、蒸餾水順序清洗。OlympusBX-60光學顯微鏡、顯微成像系統(tǒng)，日本 Olympus 公司；浮游生物計數(shù)框，北京普力特儀器有限公司。

試驗河段位于溫州醫(yī)科大學茶山校區(qū)諸浹河段湖心島附近，該河段用漁網(wǎng)與兩側(cè)河水隔開，屬于半封閉河段，水流速度較緩，由于位于大學園區(qū)，沒有工業(yè)廢水和生活污水排入，人類活動較少，河流兩岸植被較單一，為景觀植物。

1.2 方法

1.2.1 試驗點設(shè)計與前處理

在校內(nèi)連續(xù)河段中，設(shè)立3處試驗點，分別建設(shè)新型基質(zhì)生態(tài)護坡、水泥護坡、新型基質(zhì)和植物搭配護坡。3處試驗點各設(shè)1個采樣點，每個采樣點布設(shè)18個PFU塊(50 mm×65 mm×75 mm)，用來監(jiān)測微型生物群落。PFU塊經(jīng)自來水浸泡2～3 d、蒸餾水浸泡24 h后，擠干懸掛于被監(jiān)測水體中(離水面約50 cm，離水底約150 cm)。

1.2.2 樣品采集

分別在第 1、3、7、12、18、25 天取樣，每次取樣3個，編號后用燒杯盛回。將PFU塊內(nèi)的水樣擠到玻璃燒杯內(nèi)，測量體積后攪勻，移取50 mL水樣到小燒杯內(nèi)，搖勻，加入魯哥氏液1 mL，混勻待用。

1.2.3 顯微鏡觀察

使用光學生物顯微鏡和浮游生物計數(shù)框?qū)悠愤M行顯微鏡觀察，對照微生物圖譜，確定種屬并記錄。

1.2.4 PFU法參數(shù)的測定

物種的鑒定主要在顯微鏡下進行，用細吸管從含 PFU擠出液的燒杯底部吸3滴水樣于載玻片上，蓋上蓋玻片，觀察，種類的鑒定主要依據(jù)《微型生物監(jiān)測新技術(shù)》[6]、《原生動物學》[7]、《Free-living Freshwater Protozoa》[8]等。把含PFU擠出液的燒杯中的水樣搖勻，用吸管吸出0.1 mL水樣于0.1 mL原生動物計數(shù)框內(nèi)，蓋上蓋玻片，全片進行活體計數(shù)，以進入視野內(nèi)的個數(shù)為準。應(yīng)用Maglaef多樣性指數(shù)公式[9-10]分析。

1.2.5 數(shù)據(jù)分析

通過對3個類型被測水體的物種數(shù)、多樣性指數(shù)進行對比分析，對水體的生態(tài)環(huán)境進行預(yù)估，進而評估新型基質(zhì)生態(tài)護坡的作用。

2 結(jié)果與分析

2.1 水體中微型生物群落結(jié)構(gòu)特征

從3個取樣點處共鑒別58種藻類，分屬7個門、35個屬。7個門即藍藻門(Cyanophyta)、硅藻門(Bacillariophyta)、裸藻門(Euglenophyta)、黃藻門(Xanthophyta)、隱藻門(Cryptophyta)、綠藻門(Chlorophyta)、甲藻門(Pyrrophyta)，其中

藍藻門8屬共15種，硅藻門10屬共13種，裸藻門3屬共8種，黃藻門1屬共1種，隱藻門1屬共4種，綠藻門11屬共16種，甲藻門1屬共1種。各采樣點藻類種數(shù)見圖1。由圖可知，新型基質(zhì)和植物搭配護坡處水體中藻類種類最多，此處生態(tài)環(huán)境更受浮游植物喜愛。

圖1 各采樣點藻類種類

表1反映了3個采樣點藻類優(yōu)勢種情況。優(yōu)勢種可反映水體的污染情況，是水體污染的指示種[11]。研究發(fā)現(xiàn)，新型基質(zhì)生態(tài)護坡(采樣點A)、新型基質(zhì)和植物搭配護坡(采樣點C)水體中的優(yōu)勢種主要以硅藻門和藍藻門為主，分別是系帶舟形藻、雙頭針桿藻、放射舟形藻、簡單舟形藻、小顫藻。水泥護坡(采樣點B)水體中優(yōu)勢種主要也同樣以硅藻門為主，但種類和豐度較小。因此，相似的環(huán)境條件下基質(zhì)的加入對水體藻類多樣性的分布有一定影響。

表1 不同時間各采樣點藻類優(yōu)勢種

2.2 水體中微型生物群落變化趨勢

2.2.1 微型生物種數(shù)變化趨勢

由圖2可以看出，從整體變化趨勢上，PFU內(nèi)群集的微型生物種類數(shù)隨暴露時間的增長而增多，0～7 d，微型生物種類數(shù)增長速度較快；12 d時，各采樣點PFU內(nèi)微型生物的群集速度基本達到飽和，增長速度減緩；當暴露時間達20 d時，PFU內(nèi)微型生物的群集種類數(shù)出現(xiàn)下降的趨勢。本試驗中，PFU內(nèi)微型生物群集達到平衡所需的時間約為12 d。對于不同采樣點，在相同暴露時間內(nèi)PFU上微型生物群集的種類數(shù)依次為B

圖2 水體中微型生物種數(shù)變化趨勢

2.2.2 微型生物生物多樣性變化趨勢

由圖3可以看出，C采樣點生物多樣性指數(shù)最大，A采樣點次之，B采樣點最小。隨著時間的增加，PFU中微型生物群落逐漸增大，生物多樣性也隨之增大；微型生物群落飽和時，生物多樣性也隨之減少。從總體來看，C采樣點處微型生物的生態(tài)環(huán)境最好，A采樣點次之，B采樣點最差。

圖3 水體中微型生物生物多樣性變化趨勢

2.2.3 微型生物群落結(jié)構(gòu)參數(shù)

PFU內(nèi)所觀察到的原生動物種數(shù)與PFU所在生境的水質(zhì)狀況好壞有直接關(guān)系，原生動物群落多樣性越高，所在生境的污染越輕。多樣性指數(shù)能夠很好地反映所在生境的污染狀況，它綜合了原生動物群落的物種數(shù)和原生動物豐度，較全面地反映了原生動物群落的實際狀況。12 d時，各采樣點PFU內(nèi)微型生物的群集速度基本達到飽和，增長速度減緩，群落結(jié)構(gòu)基本穩(wěn)定，可以反映群落的基本結(jié)構(gòu)。由表2可知，C采樣點生態(tài)環(huán)境較好，A采樣點次之，B采樣點最差。

表2 微型生物群落結(jié)構(gòu)參數(shù)

3 討論

本研究通過模擬天然護坡，設(shè)計使用新型塑料作為基質(zhì)構(gòu)成生態(tài)護坡，并選取一些水生植物與基質(zhì)相結(jié)合，構(gòu)建能夠改善附近水體生態(tài)環(huán)境的微型生態(tài)系統(tǒng)，達到凈化水質(zhì)的目的。通過PFU微型生物監(jiān)測法對水體中微型生物群落進行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)設(shè)置新型基質(zhì)護坡的河岸附近水體中微型生物多樣性高于傳統(tǒng)水泥護坡附近水體，放置新型基質(zhì)與水生植物結(jié)合護坡的河岸附近水體中微型生物多樣性高于只放新型基質(zhì)的護坡附近水體。研究結(jié)果表明，運用新型塑料基質(zhì)的生態(tài)護坡對水體中的微型生物的生態(tài)環(huán)境有良好的改善作用，搭配適當?shù)闹参锖?，對水體中生態(tài)位的多樣性和穩(wěn)定性有更好的改善效果。