汪斯琛,鄒思怡,萬 路,王舟龍,陳 瑜,鄧玉華,章 茹

(1.云南大學(xué)生態(tài)與環(huán)境學(xué)院,云南 昆明 650091;2.云南省高原山地生態(tài)與退化環(huán)境修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,云南 昆明 650091;3.南昌市園林綠化服務(wù)中心,江西 南昌 330046;4.南昌市國昌環(huán)保科技有限公司,江西 南昌 330046;5.南昌市公園事務(wù)中心,江西 南昌 330046;6.南昌大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院,江西 南昌 330031)

0 引言

濕地的重要性及其所面臨的生態(tài)環(huán)境問題已受到國內(nèi)外學(xué)術(shù)界和各國政府的關(guān)注.相對(duì)而言，國內(nèi)在這方面的研究開展較晚，恢復(fù)和重建對(duì)象以湖泊濕地為主，重點(diǎn)在于消除水體污染和富營養(yǎng)化，而對(duì)在城市內(nèi)湖濕地恢復(fù)的研究則較少[1-4].生態(tài)敏感區(qū)特指2種或2種以上不同生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)合部，是生態(tài)環(huán)境條件變化最激烈和最易出現(xiàn)生態(tài)問題的地區(qū)，是對(duì)區(qū)域總體生態(tài)環(huán)境起決定性作用的大型生態(tài)要素和生態(tài)實(shí)體.生態(tài)敏感區(qū)的保護(hù)是否有效決定了區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量高低，也是區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展及進(jìn)行生態(tài)環(huán)境綜合整治的關(guān)鍵地區(qū)[5-6].

南昌市象湖風(fēng)景名勝區(qū)坐落在江西省南昌城區(qū)西南角，北起將軍渡閘，南至南隔堤，東起沿江南路，西至桃花路，經(jīng)由撫河流入贛江，最終匯入鄱陽湖，對(duì)南昌市水體環(huán)境起著重要作用.南昌市于2013年啟動(dòng)大象湖景區(qū)改造提升工程，以原象湖景區(qū)為核心，共計(jì)打造186.67 hm2生態(tài)濕地，采用生態(tài)駁岸岸線處理、生態(tài)節(jié)能景觀和水生植物栽植等國內(nèi)先進(jìn)技術(shù)，預(yù)計(jì)能夠具有改善象湖水質(zhì)和提升防洪防旱能力等生態(tài)作用.對(duì)象湖本底調(diào)查和生態(tài)監(jiān)測評(píng)價(jià)，長時(shí)間有序的研究和高層次的綜合集成研究，并與本底調(diào)查進(jìn)行對(duì)比，分析象湖濕地恢復(fù)情況，對(duì)象湖濕地的演化規(guī)律、恢復(fù)重建技術(shù)及示范等都是重要的研究基礎(chǔ)和理論依據(jù)，這不僅是濕地研究的重要方向，而且是對(duì)政府建設(shè)象湖濕地保護(hù)、恢復(fù)和重建方案的重要驗(yàn)證和效果評(píng)價(jià)，對(duì)城市生態(tài)建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展及今后城市內(nèi)湖生態(tài)修復(fù)的工程應(yīng)用推廣具有非常重要的意義.

1 材料與方法

1.1 采樣點(diǎn)與采樣方法

采樣方法運(yùn)用系統(tǒng)選擇法，根據(jù)濕地功能劃分取樣區(qū)域，于2013年11月—2015年7月對(duì)象湖、八月湖和青云水庫進(jìn)行每月1次的水樣采集分析.另于2016年12月、2017年4月、2017年7月、2017年10月,即分冬、春、夏、秋四季采集象湖的水樣和土樣.采用GPS準(zhǔn)確定位樣點(diǎn)位置，采樣點(diǎn)位置示意圖如圖1所示.

圖1 象湖研究區(qū)采樣點(diǎn)示意圖

1.2 樣本的采集和處理

用有機(jī)玻璃采水器在各樣點(diǎn)水下10 cm 處采集水樣550 mL，每個(gè)樣點(diǎn)均重復(fù)采集水樣3次，在低溫保存下帶回實(shí)驗(yàn)室及時(shí)進(jìn)行理化因子測試.在表層土下環(huán)刀取樣，避開植物根莖采集土樣，帶回實(shí)驗(yàn)室及時(shí)處理檢測.

1.3 檢測內(nèi)容及方法

在采樣時(shí)用溫度計(jì)和水溫計(jì)測定現(xiàn)場空氣溫度(TA)和水溫(TW);用賽氏刻度盤測定水深(D)和水體透明度(SD);采用溶氧儀測定采樣點(diǎn)水體的溶解氧含量(ρDO)；用pH計(jì)測定采樣點(diǎn)水體的酸堿度值(pH值)；采用重鉻酸鉀法測定水樣的化學(xué)需氧量(ρCOD)，采用鉬藍(lán)法-紫外分光光度法測定總磷含量(ρTP),用堿性過硫酸鉀消解-紫外分光光度法測定總氮含量(ρTN).

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Origin8.0軟件進(jìn)行作圖.

2 結(jié)果與分析

2.1 象湖濕地敏感區(qū)不同季節(jié)環(huán)境因子

2.1.1 象湖濕地土壤理化性狀 根據(jù)南昌市園林綠化中心土壤檢測數(shù)據(jù)顯示:象湖2014年的土壤性狀為酸性土壤，含水量大多數(shù)為8%～12%,土壤容質(zhì)量大多數(shù)為1.30～1.40 g·cm-3.修復(fù)工程后的土壤性狀為中性偏酸性土壤,含水量大多數(shù)為15%～18%,土壤容質(zhì)量大多數(shù)為1.15～1.40 g·cm-3.

2.1.2 象湖濕地修復(fù)工程后的水質(zhì)狀況 采用模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)法[7]和單因子評(píng)價(jià)法分析2013—2015年象湖水樣數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，木樁駁岸、自然緩坡駁岸和鼻子湖水質(zhì)均已超過GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》所規(guī)定的Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn).木樁駁岸和自然緩坡駁岸超標(biāo)水質(zhì)指標(biāo)有化學(xué)需氧量(COD)、生化需氧量(BOD5)、氨氮、總氮(TN)，自然緩坡駁岸總磷(TP)比木樁駁岸高；各水質(zhì)指標(biāo)月變化幅度較大.人工飼養(yǎng)魚塘、非人工飼養(yǎng)魚塘水質(zhì)均已超過GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》所規(guī)定的Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn).人工飼養(yǎng)魚塘水質(zhì)主要超標(biāo)水質(zhì)指標(biāo)有COD、BOD5、TN、TP,而非人工飼養(yǎng)魚塘超標(biāo)水質(zhì)指標(biāo)僅有COD，且其他水質(zhì)指標(biāo)(除BOD5外)均可達(dá)到Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn).

2016—2017年進(jìn)行了為期1年分4個(gè)季度的采樣點(diǎn)水質(zhì)檢測.具體數(shù)據(jù)如表1所示.

本研究運(yùn)用模糊評(píng)價(jià)法結(jié)合GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》,研究發(fā)現(xiàn):在修復(fù)工程后，象湖湖體水質(zhì)為Ⅴ類水，木樁駁岸水質(zhì)為Ⅵ類水，自然緩坡水質(zhì)為Ⅴ類水，深度凈化區(qū)水質(zhì)為Ⅴ類水，滾水壩水質(zhì)為Ⅱ類水，入湖口水質(zhì)為Ⅴ類水，出湖口水質(zhì)為Ⅴ類水.研究結(jié)果表明:滾水壩跌水區(qū)的建設(shè)和植物配置對(duì)水質(zhì)的凈化效果較好，木樁駁岸次之.出湖口水質(zhì)總氮和總磷含量分別為2.54 mg·L-1和0.15 mg·L-1,遠(yuǎn)低于入湖口的總氮(5.50 mg·L-1)和總磷(0.95 mg·L-1)的含量，這說明修復(fù)工程對(duì)象湖總氮和總磷的凈化效果較好.

2.2 修復(fù)工程前后的環(huán)境質(zhì)量對(duì)比

對(duì)比象湖濕地本底與修復(fù)工程之后的環(huán)境因子的變化，土壤含水量總體有所提升，這說明在修復(fù)工程后土壤的蓄水能力升高.在修復(fù)工程前各采樣點(diǎn)的土壤pH值為5～6,在修復(fù)工程后自然緩坡采樣點(diǎn)的pH值為4左右，象湖和木樁駁岸土壤的pH值為5～6,其他采樣點(diǎn)的pH值為6～7.不同區(qū)域的土壤理化性質(zhì)有差異.

對(duì)象湖濕地本底與修復(fù)工程之后的環(huán)境因子的變化主要從水質(zhì)酸堿度、溶解氧、化學(xué)需氧量、總氮和總磷5個(gè)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析,2016年12月—2017年10月檢測的水質(zhì)數(shù)據(jù)如表1所示.圖2是2016年12月—2017年10月修復(fù)工程后與2013年12月—2014年10月修復(fù)工程前水質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)的比較示意圖.

表1 不同季節(jié)的象湖濕地敏感區(qū)采樣點(diǎn)水體和土壤理化因子

在修復(fù)工程前后象湖湖體水質(zhì)pH值變化不明顯，ρDO下降,ρCOD呈下降趨勢,ρTN升高,ρTP呈下降趨勢.運(yùn)用模糊評(píng)價(jià)法得出在修復(fù)工程前后象湖湖體水質(zhì)均為Ⅴ類水.結(jié)果如圖2所示.

圖2 象湖湖體水質(zhì)各指標(biāo)在修復(fù)工程前后的比較

在修復(fù)工程前后象湖木樁駁岸水質(zhì)pH值變化不明顯，ρDO呈下降趨勢，ρCOD、ρTN、ρTP均明顯降低.運(yùn)用模糊評(píng)價(jià)法得出:在修復(fù)工程前木樁駁岸水質(zhì)為Ⅴ類，在修復(fù)工程后水質(zhì)為Ⅵ類(見圖3).

圖3 象湖木樁駁岸水質(zhì)各指標(biāo)在修復(fù)工程前后的比較

在修復(fù)工程前后象湖自然緩坡水質(zhì)pH值變化不明顯，ρDO下降，ρCOD、ρTN、ρTP均明顯降低.運(yùn)用模糊評(píng)價(jià)法得出在修復(fù)工程前后自然緩坡的水質(zhì)均為Ⅴ類.結(jié)果如圖4所示.

圖4 象湖自然緩坡水質(zhì)各指標(biāo)在修復(fù)工程前后的比較

在修復(fù)工程前后象湖入湖口pH值變化不明顯，ρDO下降，ρCOD呈下降趨勢，ρTN、ρTP均明顯升高.運(yùn)用模糊評(píng)價(jià)法得出在修復(fù)工程前后入湖口的水質(zhì)均為Ⅴ類(見圖5).

圖5 象湖入湖口水質(zhì)各指標(biāo)在修復(fù)工程前后的比較

綜上所述，從檢測數(shù)據(jù)和圖表來看，在修復(fù)工程前后象湖水質(zhì)呈現(xiàn)凈化的趨勢，象湖濕地生態(tài)恢復(fù)區(qū)的工程具有一定的修復(fù)效果.總體來說，在大部分區(qū)域內(nèi)的COD、TN和TP都有所改善，其他區(qū)域大多是由于工程前后水質(zhì)擾動(dòng)而造成的.另外，在象湖工程完工后，工業(yè)廢水沒有停止向象湖排污是造成象湖水質(zhì)得不到較好修復(fù)的重要原因之一.

3 討論

城市生物多樣性為城市生態(tài)系統(tǒng)提供了諸多功能和服務(wù)，對(duì)改善城市環(huán)境、維持城市可持續(xù)發(fā)展有著重要的意義和作用.城市化過程深刻改變了原有的城市生物多樣性分布格局，導(dǎo)致了生物多樣性降低等一系列的問題，這些問題都影響著城市環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展[8].象湖濕地的環(huán)境因子本底為植被貧瘠、植被狀況差、植物物種多樣性低.在修復(fù)工程后，象湖濕地植被覆蓋面更廣，植物物種更豐富，水景植物更豐富，在顯著美化濕地景觀的基礎(chǔ)上，改善了城市濕地的生態(tài)環(huán)境，對(duì)城市居民生活提升和城市可持續(xù)發(fā)展都具有積極意義.

土壤pH值是土壤的基本特性，是影響土壤肥力的重要因素之一.在修復(fù)工程之前的象湖土壤多為酸性土壤，強(qiáng)酸性土壤會(huì)不同程度地降低土壤養(yǎng)分的有效性，當(dāng)土壤pH值低于6時(shí),磷酸和鈣或鐵、鋁形成遲效態(tài)，使有效性降低，由于強(qiáng)酸性土壤中H+和Na+較多，缺少Ca2+，所以其難以形成良好的土壤結(jié)構(gòu)，不利于作物生長.而且過酸還會(huì)嚴(yán)重抑制土壤微生物的活動(dòng)，從而影響氮素及其他養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化和供應(yīng)，不利于植物的生長發(fā)育等[9-11].在修復(fù)工程后,除自然緩坡外，象湖其他采樣點(diǎn)土壤的pH值為6～7,適宜大部分植物生長，顯著地提升了土壤肥力的有效性,改善了植物生長環(huán)境.

土壤水分是植物水分的直接來源，植物吸收土壤中的水分和營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行生長，土壤的水分含量多少?zèng)Q定著植物生長狀況的好壞.在修復(fù)工程之后，象湖濕地土壤的蓄水能力升高，加大了土壤中營養(yǎng)物質(zhì)的溶解量，促進(jìn)了植物對(duì)土壤中營養(yǎng)物質(zhì)和微量元素的吸收，并且能夠使植物不易受到長期干旱等極端天氣的影響.

COD是體現(xiàn)水體有機(jī)污染的一項(xiàng)重要指標(biāo)，能后反映出水體的污染程度[12-13].象湖水體的COD在修復(fù)工程后大部分都有大幅度的降低，其中象湖湖泊水體在冬季和木樁駁岸在冬季、春季、秋季以及自然緩坡一年四季在修復(fù)工程后都比本底的COD值明顯下降，這說明水體有機(jī)污染明顯減少，凈化效果明顯.

水體總氮和總磷是反映水體富營養(yǎng)化的指標(biāo)，在修復(fù)工程后入湖口的TN、TP指標(biāo)明顯升高，這說明在修復(fù)工程后這段時(shí)間入湖口處流入的水體富營養(yǎng)化較嚴(yán)重[14-16].象湖水體的水質(zhì)TN也明顯升高，但是上升程度有所減緩，然而湖泊水體的總磷、自然緩坡和木樁駁岸的TN、TP都明顯下降，這說明象湖濕地對(duì)水體富營養(yǎng)化具有明顯的凈化作用.

象湖本底的水質(zhì)狀況較差，2013—2015年期間為Ⅴ類水，本研究發(fā)現(xiàn)在2016—2017年修復(fù)工程之后，相關(guān)檢測指標(biāo)顯示水質(zhì)已經(jīng)有所改善，滾水壩水質(zhì)為Ⅱ類水，木樁駁岸水質(zhì)為Ⅵ類水，但是其他區(qū)域仍然還是Ⅴ類水.根據(jù)建設(shè)理念和植被狀況推測，滾水壩跌水區(qū)的建設(shè)和植物配置對(duì)水質(zhì)的凈化效果最好，木樁駁岸次之，修復(fù)工程后的象湖濕地對(duì)水體的凈化效果較好，具有一定的修復(fù)效果.總體來說，在大部分區(qū)域中COD、TN和TP都有所改善.

象湖長期以來受工業(yè)廢水排放的影響而造成湖體水質(zhì)污染嚴(yán)重,只有杜絕工業(yè)廢水排入象湖,才能更好地讓象湖水質(zhì)得到修復(fù).