隨著城市經濟的發展和人們生活水平的提高,大量富含營養物質的污廢水排入城市河道。長期接納的污染物積聚在河道底泥中,勢必會影響河道水生態環境的健康。沉水植物能降低水體的營養鹽質量比,有效抑制藻類繁殖,促進懸浮物質沉積,提高水體的污染自凈能力[1]。因此,恢復沉水植物是改善水生態系統的重要措施。Kumar等[2-3]發現菹草在污染嚴重點位的生物量和生產力高于污染輕的點位。扎根于底泥中的沉水植物可以通過根系吸收底泥中的營養以維持自身正常生長繁殖,但底泥中有機質等營養物質質量比過高會導致沉水植物根系腐爛[1、4-5]。倪樂意[6]認為在一些超越高等水生生物耐受范圍的環境條件下,其生境無法得到立即恢復。段昌群等[7-8]提出在重污染水體中重建水生植被,底泥疏浚有助于創造適合沉水植物生長的生態環境。然而疏浚程度過大將降低水體的生物多樣性[9]。因而在重污染型河道疏浚前,有必要對河道底泥疏浚的沉水植物水生態效應展開試驗研究。筆者選取耐污能力強的沉水植物菹草作為試驗材料,通過研究不同特性底泥對菹草生長繁殖、水體水質及藻類種群結構等的影響,判定流動性較小的蘇州重污染河道疏浚是否有利于菹草水生態環境的恢復。

1材料及方法

1.1試驗材料

試驗采用的沉水植物菹草取自蘇州直鎮河道,在室外環境條件下放入裝有自來水的試驗桶內培養2周后,選取大小相似、生長狀態較好的菹草個體作為試驗材料。選擇蘇州南園河疏浚段、未疏浚段底泥以及內城河底泥作為試驗基質。菹草(Potamogetoncrispu)耐污能力較強,只要將其根部固定在任何基質上,都能正常生長發育,在營養物質豐富的水體中靠其莖葉吸收營養物質。扎根于底泥的菹草主要靠吸收底泥中的營養物質進行繁殖[10-11]。試驗用水為南園河未疏浚段河水,其營養鹽質量濃度:TN為7•04mg/L、TP為0•32mg/L、有機質為13•11mg/L。各河段底泥的基本物理、化學性質見表1。

1.2試驗方法

為了研究疏浚對菹草生長的影響,待南園河東段疏浚4~5個月后,采集不同污染程度河段底泥即南園河東段(已疏浚)、西段底泥(未疏浚)及水質較好的內城河底泥10kg各3份,分別放入60L試驗桶(編號分別為1—6號,頂部直徑49cm,底部直徑37cm)內,各編號對應菹草生物量詳見表2;選取植株葉片數量和長短相近的菹草植入底泥;小心向各試驗桶注入30•6L南園河未疏浚段河水(桶內約50cm),并在試驗過程中及時用蒸餾水補充由于蒸發損失的水分。整個試驗在自然光照的平臺上進行，每5d觀察菹草生長狀況。采樣時避免擾動水體從而影響懸浮物附著率。為了研究疏浚對重污染河道水生生物多樣性的影響,結合菹草生長情況,每5d對1—6號桶內水體進行水質監測,每5~10d觀測藻類數量、生物量和種屬規律。

1.3分析方法

水質指標的測定:采集的水樣用玻璃纖維濾膜(WhatmanGF/C)過濾后測定其TN、TP和有機質,其中TN、TP采用過硫酸鉀消解法同時測定,有機質含量采用酸性高錳酸鉀法進行測定。以上測定方法和浮游藻類、底棲附泥藻類測定方法均參照文獻[12]中相應方法。懸浮物附著率為附著于菹草表面的懸浮物質量占所附著的菹草生物量的百分率。

2結果與分析

2.1菹草表面的懸浮物附著率試驗

開展20d后各試驗桶內附著于菹草上的懸浮物附著率各異,詳見圖1。幾個試驗桶內菹草表面懸浮物附著率的關系為:1號<2號<3號,4號<5號<6號。即栽種于內城河底泥中菹草表面的懸浮物附著率最小,其次是南園河疏浚河段底泥;而南園河未疏浚河段底泥中菹草表面的懸浮物附著率最大,3號和6號試驗桶內菹草表面懸浮物附著率分別達到60%、90%,這勢必會影響菹草的正常生長[13]。這主要與底泥的泥質和有機質質量比有關。泥質越軟,含水率越高,越有利于底泥發生懸浮,從而引起水質渾濁[14]。而有機質質量比越高,懸浮物量也就越大[1]。菹草通過靠近根部的莖葉吸附從底泥中釋放的懸浮物,從而減少其對上覆水體的影響。由表1可知,疏浚后的河段內源N、P和有機質的質量比和含水率得以明顯的降低,該段底泥中的TN、TP及有機質質量比與內城河底泥相近,均遠小于未疏浚段底泥的質量比;南園河疏浚河段底泥除有機質外,TN、TP質量比及含水率均低于內城河底泥,相對而言底泥若受擾動也不容易再懸浮。參考玄武湖[15]有機污染指數計算及評價方法,南園河未疏浚河道底泥有機污染指數為27•18,遠遠超過了有機污染臨界值0•05。該種底泥富含的有機質不斷向水體中釋放,附著在菹草莖葉表面,使得6號桶內懸浮物附著率最高。

2.2疏浚對菹草生長的影響

附著于菹草葉片上的懸浮物量越多,越會阻礙菹草的光合作用和呼吸作用,越容易出現葉片腐爛現象[16]。從菹草長勢情況分析,在內城河底泥中長勢最好,其次為南園河疏浚河段底泥,而南園河未疏浚底泥不適宜菹草群落的生長繁殖。1號、2號、4號、5號試驗桶內菹草于試驗開展5d后陸續長出新芽,試驗開展10d后新芽長1~2cm,20d后新芽長4~5cm;而3號、6號試驗桶內菹草的莖葉陸續腐爛死亡。這是因為含水率較高的未疏浚段底泥容易發生懸浮,使得試驗桶內菹草莖葉上附著的懸浮物較多,菹草光合產氧能力受到影響。該種底泥中的微生物活性較強,底棲藻類產氧量低于耗氧量[17],而菹草需要大量消耗水體底部的溶解氧以滿足自身生命活動的要求,這導致了底層水體生態環境處于厭氧還原狀態,菹草根部和莖葉容易發生腐爛[18]。同時受有機污染嚴重的未疏浚段底泥往往含有大量對植物有毒害作用的有機酸,用于菹草種植后,水草的莖葉容易發生腐爛死亡現象。試驗開展第10d、第15d,1號、2號、4號、5號試驗桶內菹草覆蓋率及生物量增長率見圖2。由圖2可知,南園河疏浚段底泥(27•46g/kg)和內城河段底泥總栽種的菹草可以存活,且內城河底泥對菹草生長最為有利。這是因為底泥中適度的有機質、N、P質量比能促進沉水植物的生長繁殖,緩解浮游藻類和菹草間營養物質的競爭。污染較輕的內城河底泥比疏浚河段底泥更有利于菹草的恢復,這是因為疏浚后的南園河段底泥底質較硬,N、P等營養鹽質量比偏低,使得主要靠根部從底泥中吸收營養來維持生命活動的菹草對營養鹽的需求無法得到滿足。菹草的生物量越多,越有利于其自身生長繁殖。這是因為沉水植物生物量越多,越有利于其與浮游藻類競爭營養、光照等。