生物多樣性導(dǎo)向的再生水補(bǔ)給型城市河道水生態(tài)修復(fù)效果

孟婷婷，董月群，聞丞，薛曉飛，冒建華,*，黃越，李丹，汪洋，徐開(kāi)翔

1.北控水務(wù)(中國(guó))投資有限公司

2.北京鏡朗生態(tài)科技有限公司

3.清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院

4.北京凈通水環(huán)境治理有限公司

自2015年國(guó)務(wù)院頒布實(shí)施《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》（簡(jiǎn)稱“水十條”）至今，我國(guó)全國(guó)范圍內(nèi)黑臭水體治理任務(wù)已基本完成，城市河道水環(huán)境質(zhì)量得到顯著提升，但仍面臨返黑返臭的風(fēng)險(xiǎn)，有研究證明經(jīng)生態(tài)修復(fù)的河道返黑返臭風(fēng)險(xiǎn)明顯低于未經(jīng)生態(tài)修復(fù)的河道[1]。而且，隨著污水處理規(guī)模、水資源循環(huán)利用規(guī)模的提升，再生水補(bǔ)給的河道、湖泊逐漸增多。2021年北京市再生水利用量達(dá)12 億m3，占北京年度水資源配置總量的近30%，使用總量居全國(guó)第一。但是再生水中相比于天然水較高的有機(jī)物、氮磷濃度及pH 增加了河道爆發(fā)藻類水華的風(fēng)險(xiǎn)[2]。

在截污等岸上工程均已完成的情況下，水生態(tài)修復(fù)成為解決以上問(wèn)題的必要、有效措施。水生態(tài)修復(fù)的措施多樣，常見(jiàn)的包括曝氣復(fù)氧、生境修復(fù)、生態(tài)岸線改造、沉水植物種植等。工程中通常采用2 種或以上措施組合實(shí)施[3-7]。目前工程中所采取的生物群落構(gòu)建措施往往以單純的沉水植物種植為主，投放水生動(dòng)物的工程基本以投放鰱、鳙、鯽、螺等物種為主，從而導(dǎo)致系統(tǒng)不夠穩(wěn)定、運(yùn)行維護(hù)成本較高，較少有將水生植物、水生動(dòng)物、浮游動(dòng)物等生態(tài)系統(tǒng)全營(yíng)養(yǎng)級(jí)恢復(fù)的案例。從工程效果持久性、運(yùn)營(yíng)維護(hù)難度上來(lái)看，只有完整的生態(tài)系統(tǒng)才能增強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)功能性和不良環(huán)境抵抗力，更好地發(fā)揮生態(tài)系統(tǒng)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收轉(zhuǎn)移和凈化能力，減輕后期運(yùn)行維護(hù)壓力[8]。另一方面，生物監(jiān)測(cè)在水環(huán)境治理效果評(píng)估中也發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。相比于傳統(tǒng)的水體物理或化學(xué)指標(biāo)的測(cè)定，生物群落監(jiān)測(cè)不容易受到河道水流等瞬時(shí)因素的影響，且具有整合不同時(shí)間尺度上化學(xué)、物理和生物影響，能夠反映多種生態(tài)脅迫對(duì)水環(huán)境的累積效應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)[9-10]。利用水生生物群落結(jié)構(gòu)、生物多樣性指數(shù)監(jiān)測(cè)等，可以直觀評(píng)價(jià)工程效果，也可為后期水環(huán)境治理和運(yùn)營(yíng)提供預(yù)警和參考[3,5,11-14]。目前水生態(tài)監(jiān)測(cè)多采用浮游動(dòng)物、底棲動(dòng)物多樣性指數(shù)，少有各營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物、多指標(biāo)全面監(jiān)測(cè)評(píng)估的案例。

綜上，如何在再生水補(bǔ)給型河道中構(gòu)建包含食物鏈各營(yíng)養(yǎng)級(jí)的自穩(wěn)定生態(tài)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)水生態(tài)快速恢復(fù)和生物多樣性快速提升，并憑借系統(tǒng)自穩(wěn)定性實(shí)現(xiàn)水質(zhì)凈化效果的持續(xù)，是當(dāng)前水生態(tài)修復(fù)工程的重點(diǎn)方向和主要挑戰(zhàn)。研究水生態(tài)修復(fù)工程后的水生態(tài)指標(biāo)變化，也可以更好地評(píng)價(jià)水生態(tài)修復(fù)工程效果，為后續(xù)工程設(shè)計(jì)提供參考。

蕭太后河是北京城市副中心文化旅游功能區(qū)的核心河道，串聯(lián)起北京由西向東的南部城區(qū)。蕭太后河也是北京市2017年重點(diǎn)整治的 53 條黑臭水體之一，經(jīng)過(guò)綜合治理后已于 2017年摘掉“黑臭水體”帽子。但由于北京環(huán)球度假區(qū)的建設(shè)，蕭太后河老河道成為斷頭河，且由于部分補(bǔ)水水源的水質(zhì)問(wèn)題河道水質(zhì)面臨返黑返臭的風(fēng)險(xiǎn)。筆者選取北京城市副中心文化旅游功能區(qū)的核心河道——蕭太后河老河道為研究區(qū)域，開(kāi)展全營(yíng)養(yǎng)級(jí)生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)試驗(yàn)，以探索再生水補(bǔ)給型河道以生物多樣性提升為導(dǎo)向的生態(tài)修復(fù)路徑，并嘗試根據(jù)水生態(tài)指標(biāo)監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)工程效果。

1 研究區(qū)與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)域位于蕭太后河老河道因北京環(huán)球度假區(qū)建設(shè)截?cái)嗪蟮臄囝^處，面積約1 萬(wàn)m2（圖1）。

圖1 研究區(qū)域位置示意Fig.1 Position of the study area

本研究開(kāi)展期間研究區(qū)域主要水源為位于西側(cè)上游約500 m 處的生活污水處理站，該處理站設(shè)計(jì)處理規(guī)模800 m3/d，實(shí)地監(jiān)測(cè)出水水質(zhì)低于GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[15]中的Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)限值，河道平均水位維持在 30～50 cm。上游處理站出水化學(xué)需氧量（COD）、總氮（TN）、氨氮（NH3-N）、總磷（TP）監(jiān)測(cè)結(jié)果如表1 所示。

表1 研究區(qū)域上游污水處理站出水水質(zhì)Table 1 Effluent quality of the upstream sewage treatment station of the study area mg/L

研究區(qū)域雖已消除黑臭但仍不滿足北京城市副中心要求的Ⅳ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，更無(wú)法滿足副中心文化旅游核心功能區(qū)的生態(tài)品質(zhì)要求，且河道因?yàn)閿囝^河而出現(xiàn)返黑返臭趨勢(shì)。

2020年初開(kāi)始，由于北京環(huán)球度假區(qū)外蕭太后河上跨河橋梁的修建，南大溝來(lái)水被截?cái)酂o(wú)法進(jìn)入研究區(qū)域，上游生活污水處理站出水僅部分進(jìn)入研究區(qū)域，導(dǎo)致2020年10 月—2021年5 月連續(xù)8 個(gè)月水位嚴(yán)重下降至平均不足15 cm，甚至出現(xiàn)部分河床裸露的情況。2020年10 月—2021年2 月持續(xù)5 個(gè)月上游生活污水處理站出水進(jìn)一步惡化，導(dǎo)致研究區(qū)內(nèi)水質(zhì)持續(xù)惡化。因此，本研究區(qū)域內(nèi)的生態(tài)修復(fù)，遭遇了水質(zhì)、水量的雙重考驗(yàn)。

1.2 生態(tài)修復(fù)試驗(yàn)

以提高水體生物多樣性為導(dǎo)向，結(jié)合經(jīng)典生物操縱，試驗(yàn)區(qū)域于2020年7 月31 日—10 月15 日開(kāi)展水生態(tài)修復(fù)。具體措施包括在試驗(yàn)布置區(qū)（圖1）設(shè)置里外2 道透水性圍網(wǎng)，形成物種修復(fù)種源區(qū)。首先在其中構(gòu)建水生植物群落，種植輪葉黑藻（ Hydrilla verticillata） 、 金魚(yú)藻（Ceratophyllumdemersum）、穗狀狐尾藻（Myriophyllum spicatum）；待水生植物系統(tǒng)穩(wěn)定后，投放浮游動(dòng)物和底棲動(dòng)物，浮游動(dòng)物物種包括隆線溞（Daphnia carinataking）和仙達(dá)溞（Limnosida frontosasars），底棲動(dòng)物包括銅銹環(huán)棱螺（Bellamya aeruginosa） 、 中華圓田螺（Cipangopaludina cathayensis）、背角無(wú)齒蚌（Anodonta woodianawoodiana）和黑殼蝦（Atyoidaesp.）；待上述系統(tǒng)穩(wěn)定后，分批投放魚(yú)類，包括中小型功能魚(yú)類草金魚(yú)（Carassius auratus） 、 餐條（Hemicculter Leuciclus）、鳑鲏（Rhodeinaesp.）和大型食肉魚(yú)類黑魚(yú)（Ophiocephalus argus）、鯰（Silurus asotus）。浮游動(dòng)物、底棲動(dòng)物和魚(yú)類均選擇幼體種苗，避免使用成體個(gè)體。物種投放后定期監(jiān)測(cè)，避免物種大規(guī)模流失。本次試驗(yàn)過(guò)程中未發(fā)生該類情況。

1.3 水質(zhì)監(jiān)測(cè)與生物調(diào)查

1.3.1 水質(zhì)監(jiān)測(cè)

在圖1 試驗(yàn)布置區(qū)及上游污水處理站出水口處分別設(shè)立水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。2020年7 月—2021年3 月及2021年8 月每月進(jìn)行1 次水質(zhì)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)指標(biāo)包括城市黑臭水體指標(biāo)氨氮、溶解氧（DO）、氧化還原電位及地表水常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)總磷、總氮、化學(xué)需氧量。

1.3.2 水生態(tài)調(diào)查

對(duì)浮游植物、浮游動(dòng)物、大型底棲動(dòng)物（不含水生昆蟲(chóng)）、魚(yú)類、鳥(niǎo)類開(kāi)展監(jiān)測(cè)，方法如表2 所示。對(duì)浮游植物、浮游動(dòng)物、大型底棲動(dòng)物在現(xiàn)場(chǎng)取樣后將樣品帶回室內(nèi)開(kāi)展物種鑒定及密度檢測(cè)工作。魚(yú)類、鳥(niǎo)類開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)物種鑒定和相對(duì)豐度估算。

表2 生物調(diào)查方法Table 2 Methods of biological investigation

1.4 數(shù)據(jù)處理與方法

數(shù)據(jù)分析及相關(guān)圖表制作在Excel 軟件中完成。

通過(guò)計(jì)算藻類、浮游動(dòng)物、底棲動(dòng)物、魚(yú)類和鳥(niǎo)類的物種豐度（S），即某一群落包含的物種種類數(shù)以及底棲動(dòng)物、魚(yú)類和鳥(niǎo)類的優(yōu)勢(shì)度（Y）、Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)（H）、Pielou 均勻度指數(shù)（J）和Margalef 豐富度指數(shù)（D），對(duì)生態(tài)修復(fù)區(qū)的生物群落結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。計(jì)算公式如下：

式中：ni為群落中第i個(gè)物種的個(gè)體數(shù)；N為群落中總個(gè)體數(shù)，二者之比為物種i 的豐富度；fi為該種在各位點(diǎn)中出現(xiàn)的頻率。本研究中因每次調(diào)查均統(tǒng)計(jì)各樣點(diǎn)每個(gè)物種的總數(shù)，或者采用樣線法，因此fi均為1。Y＞0.02時(shí)定義為優(yōu)勢(shì)種[16]，魚(yú)類、鳥(niǎo)類豐富度柱狀圖中將非優(yōu)勢(shì)種合并統(tǒng)稱為其他。

2 結(jié)果與討論

2.1 水質(zhì)指標(biāo)的變化

本研究表明，水生態(tài)系統(tǒng)逐步建立后，對(duì)水質(zhì)具有很好的改善作用，尤其是對(duì)總磷、氨氮、總氮有明顯的降低作用。在為期1年的水質(zhì)監(jiān)測(cè)期內(nèi)，雖然試驗(yàn)區(qū)與上游來(lái)水的總磷、氨氮、總氮基本保持同樣的變化趨勢(shì)，但是在2020年10 月生態(tài)系統(tǒng)基本建立后試驗(yàn)區(qū)內(nèi)水質(zhì)總體明顯優(yōu)于上游來(lái)水水質(zhì)，其中總磷濃度平均低35%，氨氮濃度平均低31%，總氮濃度平均低30%（圖2）。本研究中重建的水生態(tài)系統(tǒng)，不僅發(fā)揮了沉水植物通過(guò)生物吸附、富集作用去除氮、磷污染物并為底棲動(dòng)物、小型魚(yú)類提供避難所和棲息地的作用[3,4,17-22]，而且通過(guò)水生植物—浮游動(dòng)物—底棲動(dòng)物—魚(yú)類的序批式投放，能在2 個(gè)月內(nèi)快速建立穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)，從而發(fā)揮整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)更持久、有效的水質(zhì)凈化作用。

圖2 試驗(yàn)區(qū)內(nèi)外水體總磷、氨氮、總氮濃度變化Fig.2 Changes of total phosphorus, ammonia nitrogen and total nitrogen in and out of the experimental area

也有指標(biāo)表現(xiàn)出相反趨勢(shì)。試驗(yàn)區(qū)內(nèi)的化學(xué)需氧量在2020年10 月—2021年2 月均高于上游來(lái)水，平均高15%，2021年3—8 月均低于上游來(lái)水，平均低30%（圖3），這可能是因?yàn)槎爵~(yú)類生命活動(dòng)不活躍而浮游動(dòng)物相對(duì)較多，水體中出現(xiàn)大量浮游動(dòng)物尸體而導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)含量升高。試驗(yàn)區(qū)內(nèi)水體溶解氧濃度在2020年12 月—2021年5 月均低于上游來(lái)水，平均低23%（圖3），可能是由于試驗(yàn)區(qū)水體水生動(dòng)物豐富而消耗氧氣導(dǎo)致[23]。因此，水生生物群落結(jié)構(gòu)與水環(huán)境之間存在雙向互饋?zhàn)饔谩?/p>

圖3 試驗(yàn)區(qū)內(nèi)外水體化學(xué)需氧量、溶解氧濃度變化Fig.3 Changes of chemical oxygen demand and dissolved oxygen in and out of the experimental area

2.2 物種豐度的變化

水生生物的變化是水環(huán)境質(zhì)量變化的直觀體現(xiàn)，具有高敏感性、長(zhǎng)期性、富集性、綜合性等優(yōu)勢(shì)[24]。各生物類群在2020年7 月水生態(tài)修復(fù)工程開(kāi)始后物種豐度均有明顯上升。生態(tài)修復(fù)實(shí)施后浮游動(dòng)物、底棲動(dòng)物、魚(yú)類物種豐度分別為之前的6、2、3 倍。除鳥(niǎo)類外其他營(yíng)養(yǎng)級(jí)物種豐度均在越冬后的春夏季節(jié)出現(xiàn)明顯的躍升并高于前一個(gè)夏季。鳥(niǎo)類物種豐度在工程實(shí)施后的秋季迅速增長(zhǎng)為實(shí)施前的2 倍，雖然冬、春季由于水位下降嚴(yán)重導(dǎo)致鳥(niǎo)類數(shù)量減少，但仍在2021年5 月監(jiān)測(cè)到試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)的近2 倍豐度（圖4）。

圖4 監(jiān)測(cè)期間各類群物種豐度的變化Fig.4 Change of the species richness during the monitoring

浮游動(dòng)物前期以試驗(yàn)投放的枝角類為主，后期除枝角類外還出現(xiàn)多種輪蟲(chóng)類并成為優(yōu)勢(shì)種。冬季浮游動(dòng)物物種稀少，其中2021年1 月、2 月未監(jiān)測(cè)到浮游動(dòng)物，3 月后物種豐度迅速上升?？傮w而言試驗(yàn)后浮游動(dòng)物物種豐度和多樣性均有明顯的提升（表3）。

表3 歷次監(jiān)測(cè)中的浮游動(dòng)物物種及相對(duì)豐度Table 3 Species and relative abundance of zooplankton during the monitoring

本研究中浮游動(dòng)物物種豐度和群落結(jié)構(gòu)的變化體現(xiàn)了季節(jié)規(guī)律性。多項(xiàng)研究表明水溫通過(guò)影響浮游動(dòng)物的體溫、新陳代謝、生長(zhǎng)發(fā)育及繁殖周期，進(jìn)而影響浮游動(dòng)物物種豐度及群落結(jié)構(gòu)[15,25-27]。有研究表明，溫暖水體適宜輪蟲(chóng)生活[28]，而高溫不利于枝角類部分物種的生長(zhǎng)發(fā)育[29]。但渦河中的研究[30]得出了相反的結(jié)論。本研究中在第二年夏季，輪蟲(chóng)豐度和多樣性明顯高于枝角類，且在寒冷季節(jié)僅監(jiān)測(cè)到枝角類，這與前者結(jié)論相符合。浮游動(dòng)物的群落結(jié)構(gòu)還受到營(yíng)養(yǎng)鹽、有機(jī)質(zhì)、溶解氧等多重因素的影響。本研究中水體總磷、氨氮、總氮濃度及化學(xué)需氧量自2021年3 月起均表現(xiàn)出下降趨勢(shì)，而同期浮游動(dòng)物豐度和多樣性增加。在溫瑞塘河的研究中浮游動(dòng)物密度與COD 呈負(fù)相關(guān)[31]，在媯水河的研究中浮游動(dòng)物多樣性指數(shù)隨水質(zhì)變差而降低[27]，這與本研究得出結(jié)論一致。因此，浮游動(dòng)物的多樣性指數(shù)可以在一定程度上反映出水環(huán)境的狀況，也可作為環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)的依據(jù)之一[27,32]。

2.3 生物多樣性指數(shù)的變化

底棲動(dòng)物的Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)、Margalef 豐富度指數(shù)分別最高提升108%、72%、87%，至1年監(jiān)測(cè)期滿時(shí)分別提升60%、32%、33%（圖5）。多樣性指數(shù)和豐富度指數(shù)在試驗(yàn)開(kāi)始后均明顯上升，但是在2021年3—4 月均出現(xiàn)低谷值，這體現(xiàn)了底棲動(dòng)物群落對(duì)2021年2—3 月水體污染物濃度達(dá)到峰值的響應(yīng)，證明底棲動(dòng)物的多樣性指數(shù)可隨水質(zhì)和棲息地條件惡化而下降[33]。群落結(jié)構(gòu)也發(fā)生了明顯變化，優(yōu)勢(shì)種明顯地由耐污型物種向高水質(zhì)要求、凈化能力強(qiáng)的物種變化。前期以搖蚊幼蟲(chóng)（Chironomidaesp.）、水絲蚓（Limnodrilussp.）為絕對(duì)優(yōu)勢(shì)種，之后隨著生態(tài)系統(tǒng)逐漸健全二者優(yōu)勢(shì)度呈明顯下降趨勢(shì)。2020年 8 月以后投放的螺類和黑殼蝦逐漸成為底棲動(dòng)物優(yōu)勢(shì)種，體現(xiàn)出二者對(duì)水質(zhì)波動(dòng)的耐受性和凈化作用。但螺類優(yōu)勢(shì)度在2020年12 月開(kāi)始出現(xiàn)下降，主要是因?yàn)?020年12 月—2021年5 月河道水位嚴(yán)重下降甚至出現(xiàn)部分河底裸露的現(xiàn)象。有研究表明，水生植物可為大型底棲動(dòng)物群落提供適宜生境，從而改善城市河流中底棲動(dòng)物的營(yíng)養(yǎng)層級(jí)關(guān)系[17]。本研究中底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)的變化也說(shuō)明了這一點(diǎn)。

圖5 底棲動(dòng)物多樣性指數(shù)及豐富度變化Fig.5 Changes of diversity indices and abundance of zoobenthos

魚(yú)類的Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)、Margalef豐富度指數(shù)均呈上升趨勢(shì)，尤其是2021年3 月以后更為明顯，分別最高提升138%、113% 且均出現(xiàn)在1年監(jiān)測(cè)期滿時(shí)。兩指數(shù)的季節(jié)差異較小，而且即使在水質(zhì)較差時(shí)期也未表現(xiàn)出明顯下降，這說(shuō)明魚(yú)類的短時(shí)耐受性更強(qiáng)一些。Pielou 均勻度指數(shù)最高提升43%，至1年監(jiān)測(cè)期滿時(shí)提升19%（圖6）。魚(yú)類群落結(jié)構(gòu)的變化體現(xiàn)了水生態(tài)修復(fù)的效果，包括優(yōu)勢(shì)種向水質(zhì)健康型轉(zhuǎn)變和優(yōu)勢(shì)物種數(shù)量增加。原生魚(yú)類主要為水質(zhì)亞健康指示物種鯽、麥穗魚(yú)。自試驗(yàn)投放后除2021年3 月外每次監(jiān)測(cè)都能采集到草金魚(yú)，說(shuō)明草金魚(yú)已穩(wěn)定繁殖。2021年起逐漸出現(xiàn)鳑鲏、鰕虎魚(yú)、青鳉、棒花魚(yú)等并且成為優(yōu)勢(shì)種（圖6），其中鳑鲏、青鳉為水質(zhì)健康指示物種。雖然魚(yú)類能有效反映河流的綜合生態(tài)條件，但已有研究中較少采用魚(yú)類作為生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)單一評(píng)價(jià)指標(biāo)，而是常用作綜合指標(biāo)系統(tǒng)的一項(xiàng)[34-36]。有研究表明，采用單一類群的生物多樣性指數(shù)進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)可能存在偏差，采用多類群的綜合指數(shù)則能夠更好地反映客觀情況[37]。

圖6 魚(yú)類多樣性指數(shù)及豐富度變化Fig.6 Changes of diversity indices and abundance of fish

鳥(niǎo)類作為水域生態(tài)系統(tǒng)食物鏈的頂端生物，其多樣性受到食物、季節(jié)和棲息地環(huán)境等多種因素的綜合影響。本研究中鳥(niǎo)類的Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)、Pielou 均勻度指數(shù)、Margalef 豐富度指數(shù)均呈先下降后上升趨勢(shì)，分別最高提升26%、73%，至1年監(jiān)測(cè)期滿時(shí)分別降低7%、2%（圖7）。2020年8 月、9 月投放底棲動(dòng)物和部分魚(yú)類后鳥(niǎo)類多樣性、豐富度有所上升，但隨即進(jìn)入下降趨勢(shì)直至2021年5 月重新回升，這可能與家燕等候鳥(niǎo)遷徙有關(guān)。從優(yōu)勢(shì)種來(lái)看，除麻雀外其他優(yōu)勢(shì)種呈現(xiàn)出比較明顯的季節(jié)變化。2020年秋、冬以黑水雞、喜鵲、珠頸斑鳩、小??為優(yōu)勢(shì)種，2021年春以珠頸斑鳩、喜鵲、家燕、白鹡鸰等為優(yōu)勢(shì)種，優(yōu)勢(shì)種數(shù)量基本持平。白腰草鷸、紅隼、短耳鸮、綠翅鴨僅出現(xiàn)在了冬季。

圖7 鳥(niǎo)類多樣性指數(shù)及豐富度變化Fig.7 Changes of diversity indices and abundance of birds

由分析可知，鳥(niǎo)類的豐富度、多樣性指數(shù)與魚(yú)類的豐富度和多樣性指數(shù)并未表現(xiàn)出相同趨勢(shì)，但與水環(huán)境質(zhì)量表現(xiàn)出明顯的相同趨勢(shì)，即與水體污染程度呈負(fù)相關(guān)，這與羅莎等[38]的研究成果一致。此外，項(xiàng)目區(qū)自2020年10 月起受到跨河橋梁施工的影響，河道水位下降、岸坡多處被破壞，導(dǎo)致了鳥(niǎo)類的食物及生境的變化。喜鵲、珠頸斑鳩逐漸成為優(yōu)勢(shì)種可能與濱水地帶大量土地裸露有關(guān)。綜合來(lái)看，鳥(niǎo)類對(duì)生態(tài)修復(fù)效果具有一定的綜合指示性作用[39]。本研究中還在項(xiàng)目水域觀測(cè)到猛禽短耳鸮、大鵟、紅隼，說(shuō)明區(qū)域生物多樣性較高，生物鏈已接近頂端。

2.4 水生態(tài)系統(tǒng)的抗沖擊能力及效果持續(xù)性

水生態(tài)系統(tǒng)的健康持續(xù)性是水生態(tài)系統(tǒng)健康水平評(píng)判的最高層級(jí)，一個(gè)健康的水生態(tài)系統(tǒng)應(yīng)該具有抵抗干擾、恢復(fù)自身結(jié)構(gòu)和功能持續(xù)性的能力[40]。

試驗(yàn)期間雖然經(jīng)歷了長(zhǎng)達(dá)7 個(gè)月的上游來(lái)水水質(zhì)水量的波動(dòng)，甚至出現(xiàn)幾近干涸的情況，但是從監(jiān)測(cè)結(jié)果來(lái)看，所構(gòu)建的生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)受住了水質(zhì)水量波動(dòng)的沖擊，表現(xiàn)為物種豐度未出現(xiàn)明顯下降、生物多樣性指數(shù)在投放當(dāng)年的冬季仍維持較高水平，且春季水質(zhì)水量沖擊緩解后均有明顯回升，并且持續(xù)發(fā)揮水質(zhì)凈化效果。這證明了本試驗(yàn)構(gòu)建的水生態(tài)系統(tǒng)具有較高的健康水平，可以抵抗一定程度的持續(xù)污染輸入或水量波動(dòng)[41]。從各類群的抗沖擊能力差別來(lái)看，浮游植物、浮游動(dòng)物、魚(yú)類的抗沖擊性比底棲動(dòng)物、鳥(niǎo)類更強(qiáng)，表現(xiàn)為波動(dòng)更小甚至未出現(xiàn)降低趨勢(shì)，魚(yú)類生物多樣性指數(shù)還出現(xiàn)了較大幅度的提升。底棲動(dòng)物的波動(dòng)主要是因?yàn)樗克坏募眲∠陆?，尤其?021年4—5 月出現(xiàn)部分河床裸露導(dǎo)致大量螺類死亡，但是從優(yōu)勢(shì)種的豐富度對(duì)比來(lái)看，黑殼蝦、螺類仍然具有較強(qiáng)的抗沖擊性，豐富度占比呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，也證明了本項(xiàng)目投放物種的適宜性。因具有較強(qiáng)的遷徙能力，鳥(niǎo)類的波動(dòng)則是食物、棲息地的綜合作用，對(duì)系統(tǒng)抗沖擊能力的體現(xiàn)作用較小。

根據(jù)項(xiàng)目區(qū)生物多樣性指數(shù)分析可知，本研究中構(gòu)建的水生態(tài)系統(tǒng)不僅在初期發(fā)揮了快速恢復(fù)水體生物、提高生物多樣性的作用，而且效果可持續(xù)1年甚至?xí)^續(xù)上升。根據(jù)項(xiàng)目區(qū)水質(zhì)變化分析可知，本研究中構(gòu)建的生態(tài)系統(tǒng)不僅在1年內(nèi)發(fā)揮了較強(qiáng)的水質(zhì)凈化作用而且在1年后仍保持較高的污染物削減率。

以上綜合說(shuō)明本試驗(yàn)構(gòu)建的生態(tài)系統(tǒng)可耐北方嚴(yán)寒季節(jié)考驗(yàn)、可在一定時(shí)期內(nèi)持續(xù)發(fā)揮提升水生態(tài)系統(tǒng)健康的作用。根據(jù)已有研究，河流生態(tài)修復(fù)工程對(duì)施工河段生物多樣性提升、水質(zhì)改善的有效作用期為5年左右[5,11]，因此本項(xiàng)目中生態(tài)修復(fù)措施的效果持續(xù)性還有待持續(xù)監(jiān)測(cè)。

3 結(jié)論

（1）在再生水補(bǔ)給為主要水源的河道中，以生物多樣性提升為導(dǎo)向的水生態(tài)修復(fù)具有較好的水質(zhì)改善效果，尤其對(duì)氮磷削減效果明顯，總磷削減率可達(dá)35%，氨氮削減率可達(dá)31%，總氮削減率可達(dá)30%。也有一些指標(biāo)，如化學(xué)需氧量、溶解氧可能因水生生物的生長(zhǎng)出現(xiàn)階段性降低現(xiàn)象?？傮w來(lái)看生態(tài)修復(fù)對(duì)再生水水質(zhì)的改善效果在1年內(nèi)保持較高且穩(wěn)定的水平。

（2）通過(guò)構(gòu)建完整生態(tài)系統(tǒng)可快速提升生物多樣性并建立穩(wěn)定、可持續(xù)系統(tǒng)。物種豐度提升2～6 倍，底棲動(dòng)物、魚(yú)類、鳥(niǎo)類的Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)分別最高提升108%、138%、26%，Margalef豐富度指數(shù)分別最高提升87%、112%、73%；底棲動(dòng)物、魚(yú)類的Pielou 均勻度指數(shù)分別最高提升72%、43%，鳥(niǎo)類的Pielou 均勻度指數(shù)則下降7%。鳥(niǎo)類生物多樣性指數(shù)的變化體現(xiàn)出季節(jié)、食物、生境等因素的綜合指示效果。底棲動(dòng)物、魚(yú)類群落的優(yōu)勢(shì)種呈現(xiàn)數(shù)量增多且由耐污型向健康指示型的轉(zhuǎn)變。生物多樣性指數(shù)結(jié)合優(yōu)勢(shì)種和群落結(jié)構(gòu)可以更好地判斷生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變化。多個(gè)生物多樣性指數(shù)的綜合表征效果更全面、更客觀。

（3）完整的生態(tài)系統(tǒng)具有一定時(shí)期內(nèi)抵抗水質(zhì)、水量波動(dòng)的韌性，有助于系統(tǒng)的水質(zhì)恢復(fù)和生物系統(tǒng)重建。浮游植物、浮游動(dòng)物、魚(yú)類具有更強(qiáng)的抗水質(zhì)、水量波動(dòng)的能力，底棲動(dòng)物受水位影響更明顯。