伊通河城區段生境評價與水質指標的關系分析

陳際峰，趙可，李春明，王金鑫

（吉林建筑大學，吉林 長春 130000）

河流棲息地是水生生物賴以生存的環境，能夠維護河流生態的完整和河流的健康。工業化和城市化的快速發展，河流被人類活動干擾和破壞程度不同，導致河流水質污染和破壞河流棲息地，并最終導致一系列的環境問題[1-2]。本文研究對象為伊通河城區段，借鑒英國城市河流生境調查法（URS）[3]和德國蘭登堡市的河流生境綜合指數法（RHQ）[4]，在鄭丙輝[5]、陳婷[6]相關成果基礎上，結合城市人口密集、人為干擾嚴重的特點，篩選影響河流生境的指標，建立了伊通河城區段流域河流生境質量評價體系，并對評價結果與水質指標進行了對比分析。

1 調查研究

1.1 研究區域概況

伊通河是由南向北貫穿長春市的大河，位于長春的伊通河全長286.9 km，流域面積5 412.9 km2。伊通河的上游部分從郊區到新立城水庫，是長春工業和生活用水的重要來源。

1.2 監測點位

在全面了解伊通河的基礎上，遵循全面性、代表性和可行性3 個原則，自南向北選取10 個典型河段，起點為新立城水庫，終點為北湖，于2019年10月30日開展了伊通河市河流生態調查，收集了研究區的生態環境評價數據。各采樣點河段長200 m，4 個測段間距50 m 等距布置。檢測位點如表1 所示。

表1 伊通河城區段檢測位點

1.3 生境綜合評價指標及方法

1.3.1 生境評價指標

棲息地質量綜合評價指標的確定是基于國外對城市河流生境評價的研究與實踐，以及適合我國國內的河流生境評價指標，結合我國城鎮河流人為影響因素多的特點，建立了伊通河城區段河流生境質量評價體系。評價指標涵蓋河岸物質、河岸植被結構、河岸植被總體狀況、河岸利用類型、主要水流類型、水生植物類型數、主要水生植物類型、河道生境類型數、人工河岸比例、BANKPOET 指數、水體氣味、沉淀物氣味、油類、表面浮渣、大型污染物15 個指標。

1.3.2 生境評價計算方法

確定各生境指標的得分之后，使用聚類分析（CA）的分級聚類方法對上述生境指標進行分析，以識別整個數據集中的群體。其次是分類和回歸樹（CART）分析被用來量化錯誤分類率，以確定組布局的準確性。為確定組間差異的統計顯著性，使用了置換MANOVA（PERMANOVA）和一個控制流位置的因子。最后按照計算的差異性與顯著性，賦予各指標類型相應分值，計算出生境綜合指數的分值（I），13≤（I）＜15 為良好，10≤（I）＜12為一般，7≤（I）＜9 為較差，4≤（I）＜6 為差。

1.4 水質指標及測定方法

現場測定水溫、溶解氧、pH，并采集1 000 mL水樣放置于將其放入4 ℃的培養箱中，并帶到實驗室測定總氮（TN）、總磷（TP）、氨氮（NH4+-N）、化學需氧量（CODCr）、高錳酸鹽指數（CODMn）和懸浮固體（SS）化學指標。參照《水和廢水監測分析方法》中的實驗方法，進行水樣的保存和預處理。

2 結果與分析

2.1 伊通河城區段生境綜合評價

根據生境綜合評價指標和方法，對10 個采樣點的生境指數進行評價，計算每個采樣點的河流生境綜合評價指標值I，結果如圖1 所示。

圖 1 伊通河城區段生境評價概況

10 個樣點的生境質量指數分值介于7～13。在8條河流中，2 條河流的生境狀況較好，3 條河流的生境狀況一般，3 個樣點河段的生境狀況較差；支流中1 條河段的生境狀況一般，另1 條河段生境狀況較差。生境質量好的點位處于上游地區與北湖地區，自然植被保存完好，遠離人類活動密集地區，受人類活動干擾較少，土地利用類型以林地和耕地為主，林地面積占比大，植被覆蓋度高，如 S1 新立城水庫壩下、S8 北湖橋下[7]。在10 個點位中，伊通河下游河段如S5 自由攔河閘前、S6 新華攔河閘前、S7 四化攔河閘前河流生境狀況不理想，存在表面浮渣、水體氣味和油類污染現象，實證河段的生境評價結果以較差為主。主要原因在于該部分實證河段在河閘附近，制約了其河流生境的改善。伊通河上游的河岸生境條件良好，土地利用類型以農用地、綠地和水體為主，如S1 新立城水庫壩下。

2.2 伊通河城區段水質狀況

伊通河城區段各采樣點水中TP 質量濃度為0.06～0.35 mg·L-1，平均值0.16 mg·L-1，4 個采樣點TP 質量濃度均高于國家地表水環境標準Ⅱ類水。TN 的質量濃度為0.23～6.39 mg·L-1，平均值為2.035 mg·L-1，8 個采樣點TN 質量濃度高于國家地表水環境標準Ⅲ類水，采樣點S7、S10 為劣Ⅴ類水。NH4+-N 質量濃度為0.03～1.9 mg·L-1，平均值為0.412 mg·L-1，有5 個采樣點的質量濃度超過國家地表水環境標準中Ⅰ類水。CODCr質量濃度為10.54～47.41 mg·L-1，平均值為22.05 mg·L-1，采樣點S2 南繞城高速橋下CODCr質量濃度為劣Ⅴ類水。TP、TN、NH4+-N、CODCr質量濃度較高的樣點出現在流域中下游地區。CODMn質量濃度為4.28～7.76 mg·L-1，平均值為5.786 mg·L-1。溶解氧指標均符合國家地表水環境標準Ⅲ類水。

2.3 生境特征與水質狀況冗余分析

為了避免生境指標之間的信息重復，在Person或Spearman 相關分析中只選擇了一個顯著相關的生境指標，以最終確定河岸物質、河岸土地利用和河岸植被總體狀況、主要水生植物、主要水流類型、人工河岸比例、BANKPROT 指數、油類、水體氣味用于伊通河城區段河流生境特征和水質的冗余分析。為了確定不同生境特征指標對河流水質變化的貢獻率，直接對水質指標和生境指標進行梯度分析。去趨勢對應分析（DCA）外，發現最長軸的梯度長度小于3。因此，利用線性模型（冗余分析RDA）對水質指數、綜合生境指數、河岸生境指數、河道生境指數、護岸指數和人為污染指數進行冗余分析（圖2）。可見，綜合生境指數、河岸生境指數、河道生境指數和人為污染指數對水質指數有顯著影響。生境評價較好的河段水化學基本指標含量較低。生境綜合評價等級為好的采樣點S1、S8 樣點，NH4+-N 濃度符合國家地表水環境標準Ⅰ類水，S8點位的TN、TP 符合國家地表水環境標準Ⅱ類水；生境評價較差的點位，如S4、S6、S7、S10 的TN均超過國家地表水環境標準Ⅳ類水，S7、S10 為劣Ⅴ類水。人類活動、土地利用方式、植被多樣性、河岸植被結構大多與 TN、TP、NH4+-N 和呈顯著負相關。在對滇池的研究中，孫金華等[8-9]指出，人類活動是導致湖泊水質惡化的驅動因素。植被多樣性對水質的影響主要表現在植被對N、P 的消減，河岸帶植被可使入河N、P 污染物得到控制，陸域面源污染物可被有效截留、優化河水水質。位于閘前的點位S5、S6、S7 生境都屬于較差，其TN、TP、NH4+-N、CODCr均不同程度超標；SIZIBA[10]研究表明，處理不當的城市廢水的排放將導致城市大壩上游的水質惡化。

圖2 生境特征與水質狀況冗余分析

3 結論

1）伊通河城區段實證點位中，河流生境良好的河段有2 條，一般的河段有4 條，較差河段有4 條。伊通河城區段上游地區與北湖地區生境質量評價較高，自然植被保存較好，遠離人類活動密集地區，受人類活動干擾較少。

2）伊通河城區段實證河段中8 個點位水體中TN 質量濃度超過國家地表水環境標準Ⅲ類水，其中S7、S10 水體中TN 質量濃度超過國家地表水環境標準Ⅴ類水，在流域水環境保護和治理中應加強對TN 的重視。

3）伊通河城區段實證河段，河流生境特征與水質指標存在著相關關系，通過相關分析和冗余分析表明，生境綜合評價指數與TN、NH4+-N、TP 呈負相關，水質主要受水生植物、河岸植被總體狀況、水體氣味、河岸土地利用等影響較大。