滨海地区新建人工湖沉水植物与水生态系统构建.pdf
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1、第 19 卷 第 4 期湿地科学与管理 Vol.19No.4 2023 年 8 月WETLAND SCIENCE&MANAGEMENT aug.2023沉水植物作为水生态系统中的初级生产者,在净化水质、抑制底泥营养盐释放、提供生物所需生境等方面具有重要作用,沉水植物群落的恢复和健康也被认为是影响水生态系统构建和稳定的关键因素(罗希等,2021;Lietal.,2021)。滨海盐碱地普遍面临地下水位浅且矿化度高、土壤含盐量高、水资源污染严重等问题(白春礼,2020;贺文君等,2021)。在滨海盐碱区域开展以沉水植物群落为核心的水生态系统构建时,除了氮磷等外源营养盐输入引起的富营养化外,还要面对不
2、同程度的盐胁迫(赵卉琳,2014)。盐胁迫不仅会降低沉水植物群落初级生产力和生物多样性,影响沉水植物群落演替,还会通过改变上行效应和下行效应,间接影响生态系统中生产者和消费者的数量(贾娇,2016;Lindetal.,2018)。水土环境中盐度和 pH 值的升高,会增加植物用来维持自身生存需要的能量(刘晓静等,2021),使得植物对氮、磷等污染物的净化效果降低。目前国内外关于水生态系统建设的研Abstract Submerged plants play a key role in affecting the construction and restoration of aquatic eco
3、systems.The newly built artificial lake in the Central Park of Beijing-Tianjin Cooperation Demonstration Zone was investigated.Based on the improvement of the original saline alkali environment,salt-tolerant submerged plant species were selected to carry out the construction of aquatic ecosystem.The
4、 results showed that the aquatic ecosystem of the artificial lake operated stably,and the total salt content in the sediments decreased significantly after the improvement of the basement.During the optimization period lasting for two years,the environmental benefits of submerged plants were remarka
5、ble.Compared with the storage period,the average concentration of TP,TN,NH4+-N and CoDCr decreased by 65.0%,47.3%,26.6%and 33.5%,and most of the nutrients in the artificial lake were lower than the limits specified by the Class Environmental Quality Standards for Surface Water.After self-succession
6、and artificial intervention,submerged plants gradually formed a community structure with Myriophyllum verticillatum,Hydrilla verticillata,and Potamogeton wrightii as dominant species in summer,while Potamogeton crispus and Myriophyllum verticillatum as dominant species in winter and spring.Salt-tole
7、rant submerged plants have displayed good purification effects in the construction of aquatic ecosystems in coastal areas,providing a basis for developing saline alkali land and ecological construction in coastal areas.Key words Artificial lake;Coastal saline-alkali soil;Submerged plants;Aquatic eco
8、systemEstablishment of Submerged Plants and Aquatic Ecosystem in a New Coastal Artificial LakeXIE Chao1 GUI Chang-lin2 ZHANG Xiao-guang3 XUE Ye-fei1*(1 Nanjing Zhongke Water Environment Engineering Co.,LT.,Nanjing 210000,Jiangsu,China;2 Capital Economics(Tianjin)Investment Co.,Ltd.,Tianjin 300000,Ch
9、ina;3 Beijing Guantong Municipal Garden Engineering Co.,Ltd.,Beijing 100000,China)滨海地区新建人工湖沉水植物与水生态系统构建谢 超1 桂常林2 张晓光3 薛烨飞1*(1南京中科水治理股份有限公司,江苏南京210000;2首创经中(天津)投资有限公司,天津300000;3北京市管通市政园林工程有限公司,北京100000)摘要 沉水植物的恢复是影响水生态系统构建和修复的关键因子。以天津京津合作示范区中央公园新建人工湖为研究区域,在改良原有盐碱环境的基础上,通过筛选耐盐沉水植物品种构建水生态系统。结果表明:中央公园人工
10、湖水生态系统建成后运行稳定,基底改良后沉积物中全盐量显著降低,优化调整期内沉水植物环境效益显著,当年湖区总磷(TP)、总氮(TN)、氨氮(NH4+-N)和化学需氧量(CODCr)平均含量分别较蓄水期降低了 65.0%、47.3%、26.6%和 33.5%,主要指标基本低于地表水环境质量标准类水的限值。沉水植物群落经自我演替和人工干预调整后,逐渐形成了夏季以狐尾藻、黑藻、竹叶眼子菜为优势物种,冬春季以菹草、狐尾藻为优势物种的群落结构。耐盐沉水植物在滨海新建水生态系统建设中可以发挥良好的净化效果,为滨海地区盐碱地开发和生态建设提供参考。关键词 人工湖;滨海盐碱地;沉水植物;水生态系统中图分类号:X
11、524 文献标识码:A 文章编号:1673-3290(2023)04-0014-06收稿日期:2022-10-25作者简介:谢超,工程师,主要从事:水生态修复与设计。E-mail:*通讯作者:薛烨飞,助理工程师,主要从事:水生态修复设计。E-mail:DoI:10.3969/j.issn.1673-3290.2023.04.0315 第 4 期第 19 卷 第 4 期湿地科学与管理 Vol.19No.4 2023 年 8 月WETLAND SCIENCE&MANAGEMENT aug.2023究大多集中于内陆区域,对于滨海盐碱环境下盐度胁迫对水生态系统构建,尤其是沉水植物群落影响的研究却较少。
12、天津滨海区域地处渤海湾,年蒸发量约是年降水量的 3 倍,降水中大部分以植物截留和包气带蒸发等形式直接蒸发,淋溶和脱盐过程微弱,盐类易在水土环境中聚集(霍达等,2016),区域内盐碱土和盐碱水发育广泛,严重制约了当地农业生产、工程建设和生态环境发展(程绪江等,2021)。本研究以天津市京津合作示范区中央公园新建人工湖为研究区域,通过对人工湖开展持续 2 年的水质、沉积物及沉水植物群落监测,分析沉水植物在盐碱环境下的水质净化效果,探讨盐碱化对新建人工湖水生态系统构建和运行的影响,为滨海城市盐碱地开发和生态建设提供借鉴。1 研究区概况与研究方法1.1 研究区概况京津合作示范区中央公园内新开挖的人工湖
13、(392051392053 N,11756351175693 E)水域面积 53 820 m2,湖区最大设计水深 2.4 m,最浅处为 0.8 m(图 1)。气候上属于温带半湿润大陆季风型气候,多年平均降水量500 600 mm,70%以上的降水集中在 78 月,年蒸发量超过 1 800 mm。研究区表层土壤盐渍化以硫酸盐氯化物型为主,土壤本底含盐量较高,属于重度盐渍化土。1.2 水生态系统构建方案1.2.1 基底改良 本研究采用客土置换的方法,在原有湖底开展防渗工程的基础上,铺设外购无盐碱种植土。种植土铺设完成后,采取基底翻松、病原体灭杀、泼洒土壤改良剂等措施。1.2.2 沉水植物群落构建
14、2020 年 7 月种植沉水植物,种植总面积约4.3万m2,包括苦草(Vallisnerianatans)、金鱼藻(Ceratophyllumdemersum)、黑藻(Hydrillaverticillata)、竹叶眼子菜(Potamogetonwrightii)、狐尾藻(Myriophyllumverticillatum)和篦齿眼子菜(Stuckeniapectinata)等植物,在冬季来临前少量补种伊乐藻(Elodeacanadensis)。本研究选用的沉水植物均有一定的耐盐能力,并且在天津滨海地区本土范围均有生长。沉水植物种植期间同步开启湖区蓄水,补水水源前期为市政自来水,后期为净化后的
15、潮白河河水。1.2.3 水生动物群落构建 水生动物作为调控生态系统结构和功能变化的重要驱动力,能促进水生态系统良性循环。研究区在沉水植物群落构建完成后,于 2020 年 8 月初优先投放无齿蚌(Anodonta)、环棱螺(Bellamya)等大型底栖动物协助净化水质,8月中旬再投放乌鳢(Channaargus)、鲶鱼(Silurusasotus)等肉食性鱼类对湖区的鱼类群落进行调控(表 1)。1.2.4 水 生 态 系 统 的 优 化 调整 2020 年 8 月底,湖区水生态系统构建基本完成,进入优化调整阶段,期间除了日常湖区保洁和水位调控外,还定期在湖区开展水质、沉积物以及沉水植物群落监测,
16、并开展相应的水生态系统优化调整措施。2021 年 4 月,结合湖区沉水植物生长状况,减少苦草的种植面积,增加狐尾藻、黑藻、竹叶眼子菜的种植面积。2021 年秋季在湖区补种菹 草(Potamogetoncrispus),以维持冬季湖区的水质稳定。1.3 样品采集与测定基于研究区水环境特征,本研表 1 研究区鱼类及底栖动物投放情况Table 1 Distribution of fish and benthos in the study area种类无齿蚌环棱螺乌鳢鲶鱼投放数量3 g/m210 g/m21 尾/200 m21 尾/200 m2规格 200 g2 7 g 6 cm 6 cm图 1研究区
17、采样监测点分布图Fig.1 Distribution of sampling points in the study area谢 超等:滨海地区新建人工湖沉水植物与水生态系统构建16湿地科学与管理 第 19 卷究共设置 3 个采样监测点(图 1),结合天津当地气候状况,自 2020 年 8 月起至 2022 年 8 月,除每年12 月至次年 2 月冬季封冻期外,每月中旬在研究区开展 1 次水质监测,共采样 19 次。2020 年 8 月为系统建设蓄水期,2020 年 9 月至 2022 年 8 月为优化调整期。水质监测时使用采水器采集水面下 0.5 m 处水样 2 L,测定水中总氮(TN)、氨
18、氮(NH4+-N)、总磷(TP)、化学需氧量(CODCr)以及含盐量。采用碱性过硫酸钾紫外分光光度法测定 TN,采用纳氏试剂分光光度法测定 NH4+-N,采用钼酸铵分光光度法测定 TP,采用重铬酸盐法测定 CODCr,采用重量法测定含盐量。于 2020 年(9 月、11 月)、2021 年(4 月、8 月、11 月)和 2022 年(4 月、8 月)在研究区开展沉积物和沉水植物群落调查。沉积物调查采样点与水质监测点相同,使用抓斗式采泥器采集表层沉积物,风干后采用重量法测量沉积物中全盐量。将研究区划分为若干 40 m40 m 的方格,对每个方格内的沉水植物种类、覆盖度进行观测统计并汇总。1.4
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