北運河和海河干流水生植物的初步調查研究

杜慶有，徐 放

（天津市海河管理中心，天津 300141）

1 引言

本文所述北運河位于海河流域天津屈家店閘至海河干流三岔口段，全長約16 km，流經天津北辰、紅橋、河北三區，是海河流域北系入海的通道，也是引灤入津向海河干流補水的主要通道，屬于京杭大運河的一部分。海河干流位于北運河下游，從三岔口至海河防潮閘全長73.45 km，其中三岔口至外環線段長約18 km，流經天津市內六區和東麗、津南區。

近年來，由于河道管理水平的不斷提升，水生態問題成為河道管理的重要工作。但面對菹草、藍藻、槐葉萍的暴發，該如何科學應對是考驗河道管理者的課題[1-3]。本文在對北運河、海河干流多年來觀察和專項調查的基礎上，試圖通過比較和分析2 個河段水生植物的狀況，找到解決以上問題的答案。

2 河道水生植物情況比較

為進一步掌握北運河、海河干流水生植物狀況，2019 年9 月對北運河、海河干流水生植物情況進行了專項調查。由于時間和設備有限，調查方法主要參照《重點河流水生生物多樣性調查與評估技術要求》、文獻[4-5]進行。生物識別方面主要參照文獻[6-8]，并輔助使用手機App 進行拍照。通過單次調查并結合多年來管理工作的經驗，筆者對北運河、海河干流總體水生植物情況進行了比較分析。

2.1 水生植物類型比較

海河干流的水生植物種類較為單一，主要以沉水植物為主，下游段有人工種植的蘆葦等挺水植物，而且在2019 年以前沉水植物以單一的菹草為主，自2019 年開始上游出現黑藻、金魚草、苦草，并有少量菱類浮葉植物。

北運河水生植物多樣性較好，挺水植物、浮葉植物、漂浮植物、沉水植物均有分布，而且每類水生植物種類都比較豐富。其中，挺水植物主要有蘆葦、蒲葦、荷花、千屈菜共4 種；浮葉植物主要有睡蓮、菱（角）、芡（實）、水鱉、鳳眼蓮（水葫蘆）、荇菜共7 種；沉水植物主要有菹草、黑藻、苦草、金魚藻、狐尾藻共5 種；漂浮植物主要以槐葉萍為主并占據絕對優勢種群，覆蓋大部分河面。

2.2 水生植物種類時空分布比較

2.2.1 挺水植物

北運河沿線挺水植物以蘆葦為主，調查區域內沿著河岸兩側臨水邊均有分布；局部有少量荷花，主要分布在屈家店北運河閘下游，成片連續分布；與蘆葦間或生長，另有蒲葦（或香蒲、菖蒲）分布，由于其花與蘆葦明顯不同，故判斷為蒲類，且無果實，疑似為蒲葦；此外，蘆葦靠岸邊側有少量千屈菜分布，數量不多，但間或分布，主要呈粉色串花，在蘆葦中較為明顯，如圖1所示。

圖1 挺水植物的混生狀態

海河干流自三岔口至富民橋約12 km 河道基本無挺水植物，在富民橋至海津橋右岸的岸邊種植蘆葦每年進行人工收割，海津橋至外環線由于河道改造在生態護岸兩側均種植大量蘆葦等挺水植物。

2.2.2 浮葉及漂浮植物

此次調查（2019 年9 月）中，北運河沿線浮葉植物槐葉萍占絕對優勢種群，此外還有睡蓮、菱（角）、芡（實）、水鱉等，據了解不同時期還有鳳眼蓮（水葫蘆）、荇菜等浮葉植物廣泛分布。整體上看，浮葉植物呈現混生狀態，覆蓋河道水面，槐葉萍在一段時間內整體覆蓋河道大部分水面，如圖2所示。

圖2 浮葉植物的混生狀態

海河干流多年來未出現浮葉植物，2019 年起在上游鵝卵石平臺出現少量菱類植物，而漂浮植物僅在汛期上游泄水時攜帶少量浮萍匯入。

2.2.3 沉水植物

雖然此次沿河陸岸調查未能發現沉水植物，但根據歷年河道管理的經驗推斷，北運河河道內沉水植物較為豐富，由于河道水深淺、透明度好，上游部分河段水草生長至河道中心區域。

海河干流水生植物主要以沉水植物為主，間或有少量浮葉植物（如菱、水鱉等）、挺水植物（如蘆葦等）。其沉水植物逐漸豐富，以前以菹草為主，每年4—5 月迅速生長呈現暴發高峰，至6 月逐漸枯萎爛根。其暴發與藍藻呈現季節性交替，形成典型的草-藻型河道生態特征。近年來，水質改善水體透明度增加，河道沉水植物逐漸豐富，菹草收割后主要有黑藻、金魚草、苦草等分布。其中，苦草分布最少，黑藻與金魚草在上游部分河段較為常見。而9月起菹草又開始生長，但已不能形成絕對優勢種群，并在河道冰蓋下越冬。

3 現狀水生植物的初步分析與評價

單純的水生植物雖然不能完全反映水生態系統的整體狀況，但作為生態系統的主要生產者可以從較高程度上反映該水生態系統的生物多樣性狀況。下面主要從群落結構參數和物種豐富度兩方面對水生態系統中的水生植物進行初步分析。

3.1 群落結構參數

群落結構參數主要包括個體數、密度（個體數占全部物種數百分比）、蓋度（投影面積百分比）、頻度（物種出現的樣方占全部樣方百分比）、高度和多度。其重要值=相對密度+相對頻度+相對蓋度。

通過踏勘，對植物群落結構的總體印象和主要植物的群落參數進行估測，但未估測個體數量和高度，估測結果詳見表1。

表1 北運河水生植物群落結構參數估算

3.2 物種豐富度

物種豐富度是指一個群落或生態環境中物種的數目。很明顯，該指數與調查樣方的面積有關，為保證結果的可比性，要求取樣時保證所有樣方的面積相等。常用的豐富度指數有Gleason 指數、Margalef指數。

由于本次調查未具體計算個體數量，僅對物種進行初步判斷，所以僅使用Gleason指數對物種豐富度進行估算。Gleason指數計算公式為：

式中：A為單位面積（m2）；S為群落中的物種數量（個）。

北運河河道長度16 500 m，平均水面寬度50 m，水面面積82.5 萬m2。其中，挺水植物共4 種，即蘆葦、蒲葦、荷花、千屈菜；浮葉植物共7種，即槐葉萍、睡蓮、菱（角）、芡（實）、水鱉、鳳眼蓮（水葫蘆）、荇菜；沉水植物共5 種，即菹草、黑藻、苦草、金魚藻、狐尾藻。經計算，D=16/ln（16 500×50）=1.17。

3.3 物種多樣性指數

常用的物種多樣性指數為辛普森多樣性指數和香農-威納指數，兩者計算均需要個體數量，但此次調查對個體數量未進行具體估測。但根據辛普森多樣性指數的計算方法可知，群落中種數越多，各種個體分布越均勻，辛普森多樣性指數就越高，群落多樣性就越好；各種群之間個體分布越均勻，香農-威納指數就越大。

結合此次調查的總體印象發現，北運河雖然物種種類豐富，但仍然處于挺水植物以蘆葦為主、浮葉植物以槐葉萍為主的狀態，單個物種的個體數量占絕對多數，所以定性判斷以上2 個物種多樣性指數應當處于一個較低的水平。

4 成因分析

從以上的調研分析可以看出，北運河的水生植物多樣性明顯優于海河干流。河道管理實踐也印證了這一點，近年來，在北運河、海河干流處于聯通狀態的情況下，海河干流夏季每年都出現藍藻暴發現象，而北運河從未暴發過藍藻，而是逐年分季節交替出現水草、水葫蘆、菱角、槐葉萍等的暴發性生長。

從原因上分析，北運河與海河干流為上下游連通河道，水動力學條件和水質條件基本相同，主要是河道斷面形式不同。海河干流、北運河雖然都是人工堤岸，但北運河正常水位以下為寬淺復式河道斷面，有明顯的淺灘和深槽，且深槽的水深也較海河干流淺。而海河干流由于建設了親水平臺，正常水位以下為混凝土（鵝卵石）平臺，且深槽水深較深。

浮葉植物生長的最大水深一般不超過0.5 m，所以北運河的復式斷面結構能夠滿足浮葉植物的生長，而海河干流的混凝土（鵝卵石）平臺不能滿足浮葉植物的生長條件。沉水植物的生長也需要光照透射進入水體，其適宜生長水深為2～4 m。所以，沉水植物在北運河河道深槽內可以生長，而海河干流只有靠近岸邊的兩側可以生長，深槽內不能生長。挺水植物的生長需要將根部扎在岸邊淺水處，莖葉挺出水面，所以北運河岸邊坡度較緩且為淤泥適宜挺水植物生長，而海河干流岸邊混凝土（鵝卵石）平臺向中泓坡度較陡且有景觀親水需求，故無挺水植物。

5 幾點措施

5.1 保障生態水量

對河道健康指標體系進行整體計算、評估，合理規劃河道生態流速、流量、水位，編制河道生態補水方案，在不同時期維持生態系統最佳水位，充分有效地利用生態補水調節河流水生態系統。

5.2 恢復生態堤岸

根據水生生物生長的特性需求，在后期堤岸改造中恢復河道復式斷面，在水邊恢復本地原生挺水植物，在0～0.5 m 水深區域恢復本地原生浮葉植物，在深水區恢復本地原生沉水植物，并配合放養相應水生動物，逐步恢復立體水生態系統，為恢復水生態系統中的生物多樣性提供客觀條件。

5.3 恢復生態系統

應對海河水系現有河道生態系統現狀情況進行專業摸底，對海河干流水生態系統現有植物、動物、藻類、微生物等本底值進行調查，并由專業部門做出專業評估。同時，由于海河干流水生態系統并非獨立的生態系統，需對與之有關的生態系統如引調水源頭及途經區域生態系統在海河干流水生態系統的影響進行評估。在調查評估的基礎上，科學制定河道生態修復方案，通過在生態系統中對占有絕對優勢種群的生物進行調控（如對菹草進行部分清除），引入本地原生生物（如苦草、狐尾藻、金魚藻、荇菜、水蓮等）逐步改善河道生物多樣性，修復河道原有生態系統。

5.4 加強生態管控

在加強對沿河口門排污監管的同時，關注各類水生生物的生長情況，根據其生長情況在不同時期對各類水生生物進行收割，避免其對水體進行二次污染。與水產、環保等部門聯合，建立外來物種管控機制，設立禁放、禁漁、禁釣區，多部門開展聯合執法和管理，控制無序放生和捕撈，避免外來物種入侵和物種數量失控。