综合治理工程对采莲河生态恢复及水质影响

魏冉，  金竹静，  张先智，  黄可，  李金花，  孔德平，  杨逢乐，  周保学

（1．上海交通大学环境科学与T程学院，上海200240;

2．云南省环境科学研究院，云南昆明650034）

  摘要：A湖河流尤其是城市河流是滇池污染物的主要来源。文章以滇池流域典型的人湖城市河流——采莲河为例，考查了综合治理工程对于典型城市河流水质生态恢复的影响。结果表明，综合治理工程之后，采莲河的水生态状况得到了明显地改善，其中浮游动物共检测到91种，平均密度为812.29 ind/L，平均生物量为821 pLg/L，枝角类>轮虫>原生动物>桡足类；底栖动物共监测到14种，平均密度为1 008.7 ind/m2，平均生物量为13.40 g/m2，寡毛类>水生昆虫类>软体类>其他；浮游动物生物量的季节变化趋势为春季>夏季>秋季>冬季。根据水生态多样性指数分析和浮游底栖群落结构及生物量的变化分析，表明采莲河水体仍处于富营养化状态，且季节性变化趋势为冬季>秋季>春季>夏季。

 关键词：采莲河；浮游动物；底柄动物；多样性指数

 滇池地处昆明中下游，滇池流域35条人湖河流呈向心状汇入，是滇池污染物的主要来源。滇池污染仍然很严重，水质类别常处于劣V类状态。在35条入湖河流中，流经城区的城市河流是污染物的主要来源，因此城市河流的污染治理是滇池流域人湖河流污染治理的重点。

 采莲河是滇池流域典型的城市河流，位于滇池东北面的昆明市区，目前主河道长约8 km，汇水面积19.4 km2，主要支流有永昌河、太家河、杨家河和大青河，是昆明市城南片区的主要纳污河道。长期以来，大量的生活污水未经处理直接排人采莲河，造成了严重的污染。河道在受污染的情况下，不仅水的理化性质会发生变化，而且水中的生物种类组成、数量及特征也将发生变化；针对采莲河的污染状况，昆明市政府投入巨资于2010年完成了对采莲河的综合整治工程，工程主要包括沿岸的截污、底泥清淤、景观绿化、清水回补和水生生态修复。通过综合整治，采莲河水质和生态有了明显的改善，主河段水质已经达到地表水Ⅳ类标准，但是河道水生态系统是一个复杂的体系，得到完全的生态恢复需要很长的过程。

 本文通过对综合治理工程后采莲河浮游动物和底栖的跟踪调查，分别在2013年10月（秋）、12月（冬）和2014年3月（春）、7月（夏）4次采样，分析了经过综合整治之后，采莲河浮游动物和底栖的生物群落组成、密度、生物量及季节的变化规律，并对采莲河进行了水质生物学评价和水体营养状况评价，以期为高原湖泊城市河道的水质评价和综合治理提供理论和技术支撑。

1  材料与方法

1.1  采样时间和采样点的布设

  本次研究浮游动物和底栖共监测4次，分别为2013年10月（秋）、12月（冬）和2014年3月（春）、7月（夏）。根据采莲河河道情况，共布设8个采样点，各采样点具体位置见图1。

1.2  样品的采集与处理

  浮游动物采集中原生动物的采集使用25号网，枝角类和桡足类的采集使用13号网。定性样品用13号定性网，在水下0.5 m处做“∞”字型拖曳3 min，加福尔马林固定后保存于100 mL标本瓶中。定量样品采水10 L置于25号浮游生物网中过滤，浓缩至20 mL，加福尔马林固定后保存于100 mL标本瓶中。测定密度时，将样品稀释至100 mL，摇匀并吸取l mL置于计数框中分类计数全部浮游动物数量，然后换算为水样密度。

 底栖动物的采集用挖泥器(29 cmx17 cm)在取样点处采集后，用0.385 mm的筛子过滤、清洗，肉眼下捡出底栖动物，放人采样瓶中，使用稀释的甲醛溶液固定。回到实验室内，解剖镜和显微镜下观察鉴定样品。在室内，在解剖盘中用肉眼仔细将动物标本捡出，置入50 mL的塑料标本瓶中，用10%的福尔马林进行固定。在实验室，动物标本经种类鉴定、计数和称重后，换算成每平方米的含量。

2  结果与讨论

 浮游动物是淡水生态系统物质循环和能量流动中的重要角色，影响着整个生态系统的结构功能和生态容纳量；底栖动物是鱼类的天然食料，底栖动物的数量和种类组成因周围环境的变化而改变，水体环境受到污染时，适应性强的种类大量繁殖，而适应性差的种类会则会迅速减少或消失。因此可以利用浮游动物和底栖作为生物指标进行水质监测，来反映一段时间内水质的变化情况。

2.1  种类组成

4次采样在采莲河共采集到浮游动物91种，不同季节采集到的浮游动物种类数不同，春季和夏季浮游动物种类变化不大，分别为49种和47种，优势种有污钟虫和浮游累枝虫等原生动物；角突臂尾轮虫和可变臂尾轮虫等轮虫；枝角类和桡足类较少。在秋季显著增加，秋季达到最高值91种，优势种有绿草履虫、污钟虫和浮游累枝虫等原生动物；角突臂尾轮虫和可变臂尾轮虫等轮虫；蚤状溞、同形溞和老年低额溞等枝角类；以及剑水蚤桡足幼体，冬季浮游动物种类又大幅下降至68种，只有少量无节幼体及剑水蚤、无柄轮虫等，见图2(a)。4次调查采集到的浮游动物中原生动物共有44种（变形虫、弯凸表壳虫、普通表壳虫、针棘匣壳虫、盘状匣壳虫、冠砂壳虫、矛状砂壳虫、瓶砂壳虫、矛状鳞壳虫、瓶砂壳虫、放射太阳虫、刺胞虫、毛板壳虫、天鹅长吻虫、双环栉毛虫、肋状半眉虫、僧帽肾形虫、旋转单镰虫、僧帽斜管虫、浸渍锤吸管虫、绿草履虫、多核草履虫、污钟虫、集盖虫、小盖虫、浮游累枝虫、多态喇叭虫、旋回侠盗虫、纺锤全列虫、伪尖毛虫、膜状急纤虫、背状棘尾虫、锐利盾纤虫、凹缝盾纤虫、阔口游仆虫、盘状游仆虫、近亲殖口虫、纤毛虫、小口钟虫）、轮虫次之共32种（卜氏晶囊轮虫、前节晶囊轮虫、角突臂尾轮虫、萼花臂尾轮虫、壶状臂尾轮虫、中吻轮虫、大肚须足轮虫、小须足轮虫、短棘螺形龟甲轮虫、矩形龟甲轮虫、蹄形腔轮虫、盘状鞍甲轮虫、囊形单趾轮虫、梨形单趾轮虫、玫瑰旋轮虫、四角平甲轮虫、十指平甲轮虫、长肢多肢轮虫、真翅多肢轮虫、前翼轮虫、长足轮虫、懒轮虫、长圆疣毛轮虫、长刺异尾轮虫、暗小异尾轮虫、罗氏异尾轮虫）、枝角类9种（蚤状溞、同形溞、大型溞、老年低额溞、方形网纹溞、近亲裸腹溞、长额象鼻溞、圆形盘肠溞、网状盘肠溞），桡足类最少，为6种（锯缘真剑水蚤、毛饰拟剑水蚤、无节幼体、草绿小刺剑水蚤、北碚中剑水蚤、剑水蚤桡足幼体），各类群种类不同季节监测结果有差异，所有类群种类数春夏季变化不大，除桡足类其他类群种类数均在秋季达到最大值，见图2(a)。

 4次调查共监测到底栖动物14种，不同季节采集到的底栖动物种类数不同，其中春季共监测到9种，夏季7种，秋季降到最低为5种，在冬季又显著增加达到四季中的最大值，冬季种类数是秋季的2倍，见图2(b)。4次调查采集到底栖动物中寡毛类共5种（霍甫水丝蚓、克拉泊水丝蚓、水丝蚓属、苏氏尾鳃蚓、颤蚓属）、水生昆虫4种（耳萝卜螺、扁卷螺科、膀胱螺科、尖膀胱螺）、软体动物4种（前突摇蚊属、双翅目蛹、摇蚊属、长足摇蚊属）以及其他1种（舌蛭属）。各门类种类数不同季节监测结果有差异，除了软体类其他类群种类数均在秋季达到最低值，而在冬季各类群种类数均达到最高值，见图2(b)。

2.2  密度和生物量

经过鉴定，采莲河浮游动物平均密度和生物量较大，由于浮游动物个体大小差异性较大，分为大型浮游动物（轮虫、枝角类、桡足类）和原生动物2种，原生动物平均密度为3 034 ind/L、大型浮游动物平均密度为71.72 ind/L，以轮虫最多，占总数的86%，其次为枝角类占9.3%，桡足类最少仅占4.7%，见图3(a)；浮游动物平均生物量为821ug/L，其中枝角类最高，生物量为396ug/L，占48%；其次为轮虫，生物量为225ug/L，占28%;再次为原生动物，生物量为150 ug/L，占18%;桡足类生物量最低，为50ug/L，占6%，见图3(b)。

底栖动物经过鉴定，平均密度为1 008.7 ind/m2．其中寡毛类密度为402.1 ind/m2，占39.9%；水生昆虫密度为598.0 ind/m2，占59.30k；而软体动物和其他类群密度较低，分别仅占0.7%和0.2%．见图4(a)；底栖动物平均生物量为13.40 g/m2，其中寡毛类生物量为9.88 g/m2，占73.7%；水生昆虫生物量为3.28 g/m2，占24.5%；而软体动物和其他类群密度较低，分别仅占1.7%和0.1%，见图4(b)。

2.3  浮游动物密度和生物量的季节变化趋势

2.3.1  密度的变化情况

图5给出了浮游动物各类群密度、生物量随季节的变化趋势。采莲河原生动物密度以秋季最高，达到6 340 ind/L，大型浮游动物最高密度出现在夏季为417.2  ind/L；原生动物和大型浮游动物最低密度均出现在冬季，分别为1 075 ind/L和60.24 ind/L，见图5(a)。由图5(a)可知，原生动物密度春夏季变化不大，而秋季比夏季明显增加到冬季又大幅度降低，秋季原生动物密度分别是夏季和冬季的2.88倍和5.90倍；大型浮游动物中枝角类密度季节性差异最大，春季时密度最高为77.4 ind/L，而夏季、秋季、冬季几乎为O；轮虫类密度最高值出现在夏季为415 ind/L，其次为春季，密度季节差异性很大，冬季达到最低，夏季是冬季的11.03倍；相反，桡足类密度最高值出现在冬季为21.24 ind/L，其次为春季，夏秋变化不大，冬季密度为夏季的10.11倍。所有浮游动物春季密度较高，除了桡足类其他类群密度均在在冬季达到最低值，见图6。

2.3.2  生物量的变化情况

 由图5(b)可知采莲河浮游动物生物量季节性差异很明显，春季时达到最大值18151上g/L，夏季次之675ug/L，秋季又急剧降低到345 Vg/L，冬季达到最低值仅为170ug/L;各类群生物量的季节性变化趋势和密度相同。浮游动物各类群密度季节变化见图6。

2.4  水质生物学评价

群落的种类多样性可以反应其功能的组织特性，是群落生态组织水平的独特的、可测定的生物学特性。群落种类数和种群数量的变化与周围环境密切相关。种的多样性指数能够反映群落结构受水环境污染的变化情况，因此，种的多样性可以用来评价水质。常用的多样性指数有Shannon-Weaver多样性指数、Simpson多样性指数和Margalef多样性指数，用H值、D值、M值来表示。公式如下：

式中：N为总个体数；n，为第i物种个体数；S为物种数。H始终≥0，当H=O表示全部个体均属于一种生物，H值处于0—1之间表示水质多污型；处于1—2之间表示水质a-中污型；处于2—3表示水质3-中污型；>3则表示水体清洁。D值处于0～1表示水质严重污染（相当于多污型），1—2表示水质为重污染（相当于a-中污型），2—3表示水质中度污染（相当于B一中污型），3—6表示水质轻度污染，>6表示水体清洁。M值越高，表示污染越轻；值越低，表示污染越严重。M值处于0—1表示水质状况为多污型，1—2之间表示水质a-中污型，2—3表示水质B一中污型，3～4为寡污型，>4表示水体清洁。不同季节采莲河浮游动物和底栖动物群落不同季节的多样性指数计算结果见表1、表2，并结合图7分析采莲河浮游动物和底栖动物多样性指数的季节性变化。

 结果显示采莲河浮游动物多样性指数中，Sha-non -Weaver指数、Simpson多样性指数和Margalef多样性指数均以夏季最低，冬季达到最高，季节性变化趋势为冬季>秋季>春季>夏季；底栖动物多样性指数中，Shannon-Weaver指数、Simpson多样性指数的季节性变化趋势同样为冬季>秋季>春季>夏季，Mar-galef多样性指数在春季时达到最高值，季节性变化趋势为春季>冬季>秋季>夏季。综合采莲河浮游动物和底栖动物多样性指数可以评定采莲河水体污染程度为a-中污型。

2.5  营养状况评价

 利用浮游动物进行水质生物学评价啊，监测水体的营养状况和有机污染等已有很多的研究。综合考虑浮游动物和底栖动物的种类、密度和多样性指数，可以对水体的富营养化状态和污染情况进行较为客观的评价。1987年何志辉出一个以浮游动物生物量评价水体营养级别的标准：0.16～2.19 mg/L(平均0.96 mg/L)为贫营养型；0.28~17.6 mg/L(平均2.1mg/L)为中营养型；0.59—9.52 mg/L(平均3.59 mg/L)为富营养型。1989年李明德提出了非结冰期浮游动物生物量年均值表示法：<1 mg/L为贫营养型；1.1～3.4mg/L为中营养型；3.5—8 mg/L为富营养型；>8 mg/L为超富营养型根据该评价标准，采莲河浮游动物春夏秋三季浮游动物平均生物量为1.15 mg/L，变动范围为0.49—1.82 mg/L，水质处于中营养至富营养类型。

 1952年Carlander提出一个以底栖动物生物量评价水体营养状况的标准：0.2—1.7 g/m2为贫营养；2.5~6.25 g/m2为中营养；10—25 g/m2为富营养。按照该评价标准，采莲河底栖动物平均生物量为13.4 g/m2，水质类别为富营养型。综上可见，无论从浮游动物还是底栖的角度评价，采莲河水质类别处于富营养化状态。本实验室对于采莲河水质分析监测表明，经过综合整治之后，采莲河水质尽管有明显好转，其中入湖口处COD、BOD5、NH3 -N、TN、TP与工程治理前（2007年）相比分别下降了56%、48%．50%、47.5%和67.6%，但是部分河段TP、TN浓度仍然很高，水质监测数据显示采莲河水体COD、BODs、NH3-N、TN、TP平均浓度分别为29.94、9.95、7.07、11.92、0.34 mg/L，水体处于富营养化状态。这说明生物指标评价结果与水体理化指标得到的结果相一致，也说明本文的营养状况评价方法对采莲河是适用的。

3  结论

 综合治理工程对典型城市河流采莲河的水生态状况有明显的改善效果。

 (1)综合治理工程之后，浮游动物共检测到91种，平均密度为812.29 ind/L，平均生物量为821ug/L，枝角类>轮虫>原生动物>桡足类；底栖动物共监测到14种，平均密度为l 008.7 ind/m2，平均生物量为13.40g/m2，寡毛类>水生昆虫类>软体类>其他；生物量的季节变化趋势呈春季>夏季>秋季>冬季。

 (2)水生态多样性指数分析表明，对于浮游动物和底栖动物的Shannon-Weaver指数和Simpson多样性指数，以及浮游动物的Margalef多样性指数均以夏季最低，冬季达到最高，季节性变化趋势为冬季>秋季>春季>夏季；对于底栖动物，Margalef多样性指数则在春季时达到了最高值，季节性变化趋势为春季>冬季>秋季>夏季。

 (3)综合浮游底栖动物的水生态多样性指数和平均生物量，评价综合整治后采莲河的污染程度为a-中污型，水质营养状况仍然为富营养化状态，这一结果与水质理化指标评价结果相一致。