疏浚对菹草水生态的影响

随着城市经济的发展和人们生活水平的提高,大量富含营养物质的污废水排入城市河道。长期接纳的污染物积聚在河道底泥中,势必会影响河道水生态环境的健康。沉水植物能降低水体的营养盐质量比,有效抑制藻类繁殖,促进悬浮物质沉积,提高水体的污染自净能力[1]。因此,恢复沉水植物是改善水生态系统的重要措施。Kumar等[2-3]发现菹草在污染严重点位的生物量和生产力高于污染轻的点位。扎根于底泥中的沉水植物可以通过根系吸收底泥中的营养以维持自身正常生长繁殖,但底泥中有机质等营养物质质量比过高会导致沉水植物根系腐烂[1、4-5]。倪乐意[6]认为在一些超越高等水生生物耐受范围的环境条件下,其生境无法得到立即恢复。段昌群等[7-8]提出在重污染水体中重建水生植被,底泥疏浚有助于创造适合沉水植物生长的生态环境。然而疏浚程度过大将降低水体的生物多样性[9]。因而在重污染型河道疏浚前,有必要对河道底泥疏浚的沉水植物水生态效应展开试验研究。笔者选取耐污能力强的沉水植物菹草作为试验材料,通过研究不同特性底泥对菹草生长繁殖、水体水质及藻类种群结构等的影响,判定流动性较小的苏州重污染河道疏浚是否有利于菹草水生态环境的恢复。

1材料及方法

1.1试验材料

试验采用的沉水植物菹草取自苏州直镇河道,在室外环境条件下放入装有自来水的试验桶内培养2周后,选取大小相似、生长状态较好的菹草个体作为试验材料。选择苏州南园河疏浚段、未疏浚段底泥以及内城河底泥作为试验基质。菹草(Potamogetoncrispu)耐污能力较强,只要将其根部固定在任何基质上,都能正常生长发育,在营养物质丰富的水体中靠其茎叶吸收营养物质。扎根于底泥的菹草主要靠吸收底泥中的营养物质进行繁殖[10-11]。试验用水为南园河未疏浚段河水,其营养盐质量浓度:TN为7•04mg/L、TP为0•32mg/L、有机质为13•11mg/L。各河段底泥的基本物理、化学性质见表1。

1.2试验方法

为了研究疏浚对菹草生长的影响,待南园河东段疏浚4~5个月后,采集不同污染程度河段底泥即南园河东段(已疏浚)、西段底泥(未疏浚)及水质较好的内城河底泥10kg各3份,分别放入60L试验桶(编号分别为1—6号,顶部直径49cm,底部直径37cm)内,各编号对应菹草生物量详见表2;选取植株叶片数量和长短相近的菹草植入底泥;小心向各试验桶注入30•6L南园河未疏浚段河水(桶内约50cm),并在试验过程中及时用蒸馏水补充由于蒸发损失的水分。整个试验在自然光照的平台上进行，每5d观察菹草生长状况。采样时避免扰动水体从而影响悬浮物附着率。为了研究疏浚对重污染河道水生生物多样性的影响,结合菹草生长情况,每5d对1—6号桶内水体进行水质监测,每5~10d观测藻类数量、生物量和种属规律。

1.3分析方法

水质指标的测定:采集的水样用玻璃纤维滤膜(WhatmanGF/C)过滤后测定其TN、TP和有机质,其中TN、TP采用过硫酸钾消解法同时测定,有机质含量采用酸性高锰酸钾法进行测定。以上测定方法和浮游藻类、底栖附泥藻类测定方法均参照文献[12]中相应方法。悬浮物附着率为附着于菹草表面的悬浮物质量占所附着的菹草生物量的百分率。

2结果与分析

2.1菹草表面的悬浮物附着率试验

开展20d后各试验桶内附着于菹草上的悬浮物附着率各异,详见图1。几个试验桶内菹草表面悬浮物附着率的关系为:1号<2号<3号,4号<5号<6号。即栽种于内城河底泥中菹草表面的悬浮物附着率最小,其次是南园河疏浚河段底泥;而南园河未疏浚河段底泥中菹草表面的悬浮物附着率最大,3号和6号试验桶内菹草表面悬浮物附着率分别达到60%、90%,这势必会影响菹草的正常生长[13]。这主要与底泥的泥质和有机质质量比有关。泥质越软,含水率越高,越有利于底泥发生悬浮,从而引起水质浑浊[14]。而有机质质量比越高,悬浮物量也就越大[1]。菹草通过靠近根部的茎叶吸附从底泥中释放的悬浮物,从而减少其对上覆水体的影响。由表1可知,疏浚后的河段内源N、P和有机质的质量比和含水率得以明显的降低,该段底泥中的TN、TP及有机质质量比与内城河底泥相近,均远小于未疏浚段底泥的质量比;南园河疏浚河段底泥除有机质外,TN、TP质量比及含水率均低于内城河底泥,相对而言底泥若受扰动也不容易再悬浮。参考玄武湖[15]有机污染指数计算及评价方法,南园河未疏浚河道底泥有机污染指数为27•18,远远超过了有机污染临界值0•05。该种底泥富含的有机质不断向水体中释放,附着在菹草茎叶表面,使得6号桶内悬浮物附着率最高。

2.2疏浚对菹草生长的影响

附着于菹草叶片上的悬浮物量越多,越会阻碍菹草的光合作用和呼吸作用,越容易出现叶片腐烂现象[16]。从菹草长势情况分析,在内城河底泥中长势最好,其次为南园河疏浚河段底泥,而南园河未疏浚底泥不适宜菹草群落的生长繁殖。1号、2号、4号、5号试验桶内菹草于试验开展5d后陆续长出新芽,试验开展10d后新芽长1~2cm,20d后新芽长4~5cm;而3号、6号试验桶内菹草的茎叶陆续腐烂死亡。这是因为含水率较高的未疏浚段底泥容易发生悬浮,使得试验桶内菹草茎叶上附着的悬浮物较多,菹草光合产氧能力受到影响。该种底泥中的微生物活性较强,底栖藻类产氧量低于耗氧量[17],而菹草需要大量消耗水体底部的溶解氧以满足自身生命活动的要求,这导致了底层水体生态环境处于厌氧还原状态,菹草根部和茎叶容易发生腐烂[18]。同时受有机污染严重的未疏浚段底泥往往含有大量对植物有毒害作用的有机酸,用于菹草种植后,水草的茎叶容易发生腐烂死亡现象。试验开展第10d、第15d,1号、2号、4号、5号试验桶内菹草覆盖率及生物量增长率见图2。由图2可知,南园河疏浚段底泥(27•46g/kg)和内城河段底泥总栽种的菹草可以存活,且内城河底泥对菹草生长最为有利。这是因为底泥中适度的有机质、N、P质量比能促进沉水植物的生长繁殖,缓解浮游藻类和菹草间营养物质的竞争。污染较轻的内城河底泥比疏浚河段底泥更有利于菹草的恢复,这是因为疏浚后的南园河段底泥底质较硬,N、P等营养盐质量比偏低,使得主要靠根部从底泥中吸收营养来维持生命活动的菹草对营养盐的需求无法得到满足。菹草的生物量越多,越有利于其自身生长繁殖。这是因为沉水植物生物量越多,越有利于其与浮游藻类竞争营养、光照等。