北關(guān)人工濕地生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建及水質(zhì)研究

田 煒，沙洪利，沈曉強(qiáng), 林瑞峰，王建軍

(北京市北運(yùn)河管理處，北京 101100)

1 概 況

北運(yùn)河位于北京市通州區(qū)，地處永定河、潮白河沖積洪積平原，地勢(shì)平坦，屬大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，具有春季干旱多風(fēng)、夏季炎熱多雨、秋季天高氣爽、冬季寒冷干燥的氣候特征，年降水量620 mm左右。北關(guān)人工濕地位于通州小中河、溫榆河、運(yùn)潮減河、通惠河、北運(yùn)河五河交匯之處，通燕高速、龍泉廣場(chǎng)以南。北關(guān)人工濕地始建于2008年，濕地改造前植物生長(zhǎng)雜亂，進(jìn)水提升泵站淤堵嚴(yán)重，水質(zhì)情況惡劣，水環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)屬《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)規(guī)定的劣Ⅴ類水質(zhì)，嚴(yán)重影響了北運(yùn)河流域的文化性及景觀性。

為促進(jìn)北京市城市行政副中心的良好發(fā)展，充分利用五河交匯地理位置的優(yōu)越性，研究以“水質(zhì)凈化-生態(tài)修復(fù)-水土保持-長(zhǎng)效管理”為總設(shè)計(jì)思路，構(gòu)建濕地生態(tài)系統(tǒng)，打造環(huán)境優(yōu)美、生態(tài)和諧的多功能一體化人工濕地。研究對(duì)更好地展示人工濕地的凈化與生態(tài)效應(yīng)，倡導(dǎo)民眾珍愛水資源、保護(hù)環(huán)境，共同構(gòu)建生態(tài)型首都行政副中心具有重要的意義。

2 生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建方案

通過(guò)實(shí)地調(diào)查及資料獲取，可知，原北關(guān)人工濕地占地面積2.5萬(wàn)m2，其中，表流濕地3450 m2，潛流濕地8900 m2，清水池190 m2，經(jīng)過(guò)十年的運(yùn)行，由于上、下游水位下調(diào)和河道淤積等因素，人工濕地具有以下幾點(diǎn)問(wèn)題：(1)河水泥沙較多，泵站嚴(yán)重堵塞；(2)濕地周圍面源污染、點(diǎn)源污染截污措施不完善，河道水質(zhì)波動(dòng)過(guò)大；(3)原潛流濕地淤堵嚴(yán)重，且原填料孔隙率過(guò)低，濕地?zé)o法正常運(yùn)行；(4)濕地水質(zhì)情況惡劣，整體為《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的劣Ⅴ類。

針對(duì)以上問(wèn)題及生態(tài)環(huán)境需求，需對(duì)北關(guān)人工濕地進(jìn)行生態(tài)改造，研究設(shè)計(jì)北關(guān)人工濕地改造區(qū)域面積16 450 m2，其中表流濕地3450 m2，潛流濕地4585 m2，以生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建為基礎(chǔ)，利用“表流濕地+潛流濕地”的組合工藝，在保證出水水質(zhì)的同時(shí)，構(gòu)建水下森林和生態(tài)島，為水生動(dòng)植物構(gòu)建多重生境，恢復(fù)濕地內(nèi)水生態(tài)系統(tǒng)，提高水體自凈能力，保護(hù)原有地貌、地表植被，增強(qiáng)水土保持能力。

3 北關(guān)人工濕地生態(tài)構(gòu)建

3.1 水生植物群落

3.1.1 水生植物配置

水生植物作為生態(tài)系統(tǒng)中的重要組成部分，在凈化水體方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，主要包括光合作用、截留作用、生化作用等，因此在選擇植物時(shí)，應(yīng)遵循因地制宜原則，同時(shí)選取吸收凈化能力高、經(jīng)濟(jì)、觀賞價(jià)值強(qiáng)的植物，維持北關(guān)人工濕地生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性及景觀協(xié)調(diào)性[1-2]?；诖?，北關(guān)人工濕地生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建植物選取如表1所示，不同類型植物生長(zhǎng)區(qū)間如圖1所示。

圖1 不同類型植物生長(zhǎng)區(qū)間

表1 水生植物選擇

濕地岸邊配置蘆葦、香蒲等濕生植物，可美化濕地環(huán)境，此外由于香蒲具有較強(qiáng)的耐重金屬性和富集能力，還可起到凈化水質(zhì)的作用[3]。表流濕地淺水區(qū)種植黃花鳶尾、菖蒲等挺水植物，深水區(qū)配置苦草、金魚藻、輪葉黑藻等沉水植物構(gòu)建“水下森林”群落，增強(qiáng)表流濕地對(duì)氮、磷的生態(tài)去除效力。潛流濕地選擇耐污與凈化能力強(qiáng)的黃花鳶尾、花菖蒲等植物覆蓋在凈水生態(tài)填料上方，通過(guò)植物的吸收與凈化作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)氨氮、總磷和部分有機(jī)物的去除[4]。出水展示區(qū)內(nèi)設(shè)計(jì)沉水植物塘，進(jìn)一步去除水體中的污染物，同時(shí)豐富水系生境，主要通過(guò)配置黑藻、苦草等植物吸收水體中的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，凈化水質(zhì)，提高水中溶解氧的含量，降低水體富營(yíng)養(yǎng)化程度，有效抑制藻類生長(zhǎng)，在保證水質(zhì)達(dá)標(biāo)的前提下提高水體清澈度。

3.1.2 水生植物養(yǎng)護(hù)

挺水植物一般在春、夏季修剪1～2次，以去除擴(kuò)張性植物和已死亡的植株，挖出密度較大的植株，減小植物間的競(jìng)爭(zhēng)。此外，還需注意平時(shí)要及時(shí)修剪枯黃、枯死和倒伏植株；生長(zhǎng)期修剪則需要剪掉弱枝弱株，以達(dá)到通風(fēng)透光、維持濕地系統(tǒng)的景觀效果。修剪下的植株要及時(shí)清除，防止蚊蠅滋生和影響景觀性。在植物生長(zhǎng)茂盛、成熟后應(yīng)及時(shí)對(duì)植物進(jìn)行收割，以防枯死植物分解釋放污染物質(zhì)[5]。

3.2 底棲動(dòng)物群落

由于北關(guān)人工濕地沉積物積累較慢，從生態(tài)系統(tǒng)完整性的角度來(lái)說(shuō)，水底需要建立適應(yīng)低溶解氧、耐有機(jī)污染的生物群落，故投入底棲動(dòng)物作為生態(tài)系統(tǒng)分解者，包括蚌類、螺類等，加入生態(tài)系統(tǒng)循環(huán)。

3.3 魚類群落

對(duì)于濕地生態(tài)系統(tǒng)，合理構(gòu)建魚類群落，控制魚類數(shù)量，可減小對(duì)浮游生物的影響，充分發(fā)揮水中植物在濕地生態(tài)系統(tǒng)的作用，構(gòu)建可有效控制浮游植物的食物網(wǎng)。通過(guò)資料調(diào)查可知，鰱魚和鳙魚均以浮游植物為食，具有很強(qiáng)的生存能力，它們以有毒的微囊藻為食物，對(duì)藻類分泌的毒素具有很強(qiáng)的抵抗能力，且生長(zhǎng)速度快，采食量大，可有效地控制藍(lán)藻、水華等事件的發(fā)生。故在北關(guān)人工濕地生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建中，每公頃水面放養(yǎng)鰱、鳙魚種1200尾，作為生態(tài)系統(tǒng)中的消費(fèi)者，加入生態(tài)系統(tǒng)循環(huán)。

3.4 輔助工程

除生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部重要的組成部分外，針對(duì)北關(guān)人工濕地的地理位置及氣候特點(diǎn)，利用生態(tài)邊坡工程維持北關(guān)人工濕地生態(tài)穩(wěn)定，減小邊坡等對(duì)濕地生態(tài)系統(tǒng)的影響，提高整體景觀性，主要有以下幾種：

魚巢磚護(hù)坡，依靠魚巢磚間的連接鎖定及自重使岸坡穩(wěn)定，并在磚空隙內(nèi)栽種植物，達(dá)到固土凈水的目的，同時(shí)為水生動(dòng)物提供產(chǎn)卵場(chǎng)所，提高水生生物多樣性。植草袋護(hù)坡，利用植草袋與植被相結(jié)合的方式，消除水流對(duì)植物和護(hù)坡的沖刷破壞，同時(shí)可起到保土滲水的作用，為植被提供良好的生長(zhǎng)介質(zhì)。石籠生態(tài)坡，在低碳鋼絲編織成的網(wǎng)箱內(nèi)填充大小不一的石塊形成護(hù)坡，為魚類及兩棲動(dòng)物提供棲息、繁衍的條件，通透性強(qiáng)，可有效提高生物多樣性。自然置石生態(tài)護(hù)坡，利用植物與巖石、木樁、土體的相互作用對(duì)邊坡進(jìn)行防護(hù)、加固，形成由植物與置石組成的綜合護(hù)坡系統(tǒng)的護(hù)坡技術(shù)。木樁護(hù)坡，扦插木樁或仿木樁對(duì)岸坡進(jìn)行防護(hù)，可攔截入河面源污染物，防護(hù)水流侵蝕河岸。

4 水質(zhì)數(shù)據(jù)分析

表2 2020年北關(guān)人工濕地水質(zhì)情況

5 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，北關(guān)人工濕地通過(guò)濕生、挺水、沉水、浮葉植物的種植，底棲生物和魚類的投放，生態(tài)護(hù)坡的建設(shè)等措施，構(gòu)建濕地生態(tài)系統(tǒng)，增強(qiáng)了水體自凈能力，使得水體中污染物得到了更好的降解。自北關(guān)人工濕地生態(tài)系統(tǒng)建成后，水體清澈，透明度較高，濕地主要水質(zhì)指標(biāo)達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)水生生態(tài)系統(tǒng)建成后較長(zhǎng)時(shí)間段的水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果，日后北關(guān)人工濕地可通過(guò)自身的生態(tài)調(diào)整，保持生態(tài)系統(tǒng)的平衡與穩(wěn)定性。