上海市崇明区海洋管理事务所上海202150
摘要：调查对比东风西沙水库建设前后库区的水生植物、浮游生物、底栖生物等水生态系统情况，分析建成后库区水生态变化以及存在问题，并在此基础上，收集分析国内外大量水生态净水研究成果，结合东风西沙水库水情工情特点因地制宜提出集挺水植物~沉水植物~鱼类~底栖动物群落为一体的水库立体水生态系统构建方案措施。
关键词：水生态系统；调查；建成前后；完善
InvestigationAndCountermeasures-StudyOfAquaticEcosystemsForDongfengxishaWaterSourceInChongmingEco-island
WangGuoqi
(ChongMingOceanManagementOffice,Shanghai,202150,China)
Abstract:InvestigatedtheaquaticecosystemsituationofDongfengxishareservoirbeforeandafterconstruction,suchasaquaticplants,planktonsandbenthos,analyzedthechangesandproblemsofaquaticecosysteminthisreservoir.Basedonwaterandprojectsituations,thispapercollectedandanalyzedlotsofliteraturesaboutwaterpurificationeffects,proposedstereoscopicaquaticecosystemsforthereservoir,includingmacrophytes,submergedplants,fishandzoobenthos.
Keywords:aquaticecosystems;investigation;beforeandafterconstruction;improvement
1前言
上海市东风西沙水库水源地工程位于长江口南支上段的北侧、崇明岛西南部，利用东风西沙岛与崇明本岛之间的夹泓建成，夹泓长约5.1km，平均宽约0.9km，最宽处1.3km，底标高-1.0～2.0m（上海城建吴淞基面）。水库占地面积约3.74km2，设计总库容为976.2万m3，其中有效库容为890.2万m3，死库容86万m3。工程总布置：环库大堤由东堤、南堤、西堤、北堤组成，总长11904m，其中东堤（1220m）和西堤（2352m）为新建工程，南堤（4694m）和北堤（3638m）利用原有的海塘工程进行加高加固。
健康完善的水生态系统是水源地水质安全的重要基础条件。本研究调查分析了东风西沙水库建设前后建成后水生态系统变化情况和特点，掌握了区域本土水生生物结构，为研究完善该水库水生态系统结构、保障水库水质安全打下良好基础。
2东风西沙水库建成前后水生态调查
工程建设前，设立了2个点位开展调查，详见图1（左）；建成后，设立4个点位开展调查，详见图1（右）。
图1两次水生态调查点位布置图
2.1东风西沙水库建成前后水生态调查
2.1.1水生植物调查
潮滩植被以芦苇为主，也是长江口现存几片面积较大较完整的芦苇群落之一。在靠近崇明岛大堤处长有多种陆生杂草，包括葎草、野大豆、萝藦等蔓生草本植物。此外，广布于崇明岛撂荒地的加拿大一枝黄花在研究区域上也有较高的优势度，甚至在高潮带的许多区域取代了芦苇，形成单优群落。
2.1.2浮游生物调查
浮游植物。中肋骨条藻（Skeletonemacostatum）、尖针杆藻（Synedraacusvar）等硅藻是点位1中浮游植物群落的优势类群，分类群占比约为80%；另有20%为蓝藻包括铜绿微囊藻（Microcystisaeruginosa）、巨颤藻（Oscillatoriaprinceps）等；蓝藻是点位2浮游植物群落的优势类群，占70%，主要是螺旋鱼腥藻（Anabaenaspiroides），硅藻以及绿藻占30%左右，硅藻以颗粒直链藻（Melosiragranulate）、螺旋颗粒直链藻（MelosiragranulateHer）和尖针杆藻为主，绿藻主要以单角盘星藻（Pediastrumsimplex）、纤细新月藻（ClosteriumgracileBreb.）为主。
浮游动物。主要种类为细巧华哲水蚤（Sinocalanustenellus）（第一优势种）和中华华哲水蚤（Sinocalanussinensis）。
2.1.3底栖生物调查
两个点位均鉴定出多种大型底栖动物，主要有圆锯齿吻沙蚕（Nephtyidae）、丝异蚓虫（Heteromastusfiliformis）、河蚬（Corbiculafluminea）以及弹涂鱼（Periophthalmuscantonensis）及无齿螳臂相手蟹（Chiromantesdehaani）等。
2.2东风西沙水库建成后水生态调查
2014年6月水库正式通水后，本研究又开展一次库区水生态系统调查。根据第一次调查方案和库区形态、水流及植物分布等特征，在库区水体范围内布设四个采样点：样点1位于库区北岸，靠近水库管理区的自动监测点；样点2靠近水库输水口；样点3位于库区的水文测亭；样点4靠近排水闸。调查期间库区水温为24~25℃，pH为7.07~7.13，近中性，溶解氧为8.2~8.4mg/L，电导率为279~287ms／cm。
2.2.1水生植物调查
（1）挺水植物
库区水陆交错带的挺水植物群落主要有芦苇群落和水烛群落，并以芦苇为优势种类，水烛主要在排水闸（样点4）附近发现,加拿大一枝黄花等杂草和外来物种得到了有效控制。水库进水口（样点1）受工程建设等影响，未发现挺水植物生长。芦苇群落盖度为30~100％，密度为37~87株/m2，地上生物量为520g~883g/m2；水烛盖度为45％，密度为24株/m2，地上生物量为447g/m2。详见表1。
表1各采样点挺水植物优势种及生态学参数
从上表可以看出，浮游植物优势种主要集中在绿藻门，共4种，而隐藻门和硅藻门各仅有一种优势种，这种变化特点表明，水库建成后，库区水动力、营养盐结构等生境条件的改变使得浮游生物的群落结构由河口型逐渐向典型淡水湖库型演替[1]。从物种优势度来看，隐藻门尖尾蓝隐藻优势度最高，为0.51385；绿藻门小球藻优势度次之，为0.13254。而绿藻门的斯诺衣藻优势度最低，仅为0.03165。相应的，各优势种的平均密度与其优势度也是一样的分布趋势，尖尾蓝隐藻最高，小球藻次之，斯诺衣藻平均密度最低。从优势种的门类分布来看，虽然6种优势种中有4类都隶属绿藻门，但优势度最高的物种为隐藻门的尖尾蓝隐藻，绿藻门4种优势种的优势度差异并不大，处于0.03~0.14之间，明显小于尖尾蓝隐藻。
（2）浮游动物
调查共发现浮游动物3门7种，枝角类2种，桡足类3种，轮虫类2种，密度范围为17~99个/L，平均值为64个/L，其中桡足类种类数所占比例最高（占比为42%），枝角类、轮虫类分别占29.5%和28.5%。调查区域浮游动物种类较少，可能与水体中泥沙含量高，水体浑浊，浮游动物生长受影响有关。
7种浮游动物中有4种为优势种，分别为大型中镖水蚤幼虫、汤匙华哲水蚤、长额象鼻溞和萼花臂尾轮虫，并在四个采样点均有分布。其优势度及平均密度见表3。
3东风西沙水库水生态系统完善方案研究
由于东风西沙水库各类构筑物建设以及清淤等工程操作，库区内部水情工情与建成前发生较大变化，原有水生态系统遭到不同程度破坏，迫切需要在控制外来污染物的基础上，从提高水库自净能力入手，构建有利于改善库区水质和抑制富营养化的水生态系统。根据东风西沙水库竣工资料，水库从库区中心至库堤形成了明显的深水到浅水的过渡，整体呈现西高东低缓坡状的库底形态结构，底质性状良好，没有硬质区域，生物生境的异质性较好，库区水域的空间结构已经基本构成，适合不同水深需求的动植物生长；且水库所在区域四季分明，雨水充沛，多年平均风速3~4m/s，水流较为平缓，适宜水生植物生长以及鱼卵孵化、幼鱼生长。基于此，结合国内外相关研究成果，提出如下完善水库水生态系统的建议：
3.1水生态系统总体思路
水生态系统空间结构构建和恢复主要是构造多样化、适宜性的生境条件，以适应水生生物的生长繁殖。对于狭长型的东风西沙水库而言，水库水生态系统构建重点是关注横向结构，主要包括库底、滨水带两部分；水生生物群落构建应首选本地物种。
3.2水生植物群落构建
兼顾净化水质效果好、生长周期长、不易发生病虫害的物种。先锋水生植物的恢复主要考虑挺水植物和沉水植物。根据不同水生植物适宜水深研究结果，推荐浅水（水深<1.0m）区域构建挺水植物群落，水深超过1.0m区域构建沉水植物群落。（1）挺水植物。以现有芦苇群落为主要挺水植物群落物种，同时兼顾景观需求辅以水烛、香蒲等构建水生挺水植物群落，构建地点分别为引水闸下游、排水闸上游两侧的滩涂上。（2）沉水植物。沉水植物群落是水生态系统建设中的重要物种和关键环节，应构建以狐尾藻为主的沉水植物群落，辅以金鱼藻、马来眼子菜、黑藻等水质净化能力强、成活率高、夏冬季节交替的物种。由于菹草易疯长、苦草易发生病虫害，不推荐采用。兼顾水体含沙量、流速、水体透明度等影响要素，引水闸口等区域不利于沉水植物生长，不宜种植沉水植物。根据杨清心等的研究成果[2]，由于沉水植物与浮游藻类在光照、营养盐等方面存在强烈的竞争关系，而沉水植物因居于水底而处于不利位置，只有在达到一定高度和密度时方可对浮游藻类生长形成抑制，因此推荐在低温、低水位季节（时段）种植和恢复沉水植被。
3.3水生动物群落构建
梳理国内外水生动物的净水效果研究成果，存在研究成果偏少、成果争议较大的特点[3]，如水生动物的投放规模、比例以及净水作用等。本研究收集分析了大量研究成果，从中梳理出一些具有倾向性的结论和意见，并结合东风西沙水库库容和水域面积等指标提出了水库水生动物体系构建方案。（1）鱼类投放方案研究。根据东风西沙水库现状水生态调查结果，库区存在多种浮游植物和浮游动物群体，故库区鱼类投放方案适合采用非经典生物操纵理论进行。借鉴同位于长江口的青草沙水库鱼类调查结果[4]，本研究推荐鱼种为鲢鱼、鳙鱼等淡水鱼种。但由于鲢鱼主要以浮游植物为食，鳙鱼主要以浮游动物为食，鲢鱼过于则会大量摄食浮游植物，从而影响鳙鱼生长，合适的鱼类放养规模和比例等因素与控藻效果密切相关，但鱼类密度以及鲢鱼、鳙鱼的投放比例国内外研究成果差异较大，目前刘建康院士的研究成果是国内其他研究参考最多的[5-8]，本研究结合水东风西沙水库现状浮游生物量、日均水位变幅等特点，初步推荐投放密度为10g／m3，鲢鳙投放比例为7:3。（2）底栖动物投放方案研究。根据相关研究报告，即使放养鲢鳙鱼，部分水体仍会发生严重的蓝藻水华，这主要是由于鲢鱼、鳙鱼对蓝藻的消化利用率较低。相比鲢鳙，底栖动物具有滤水能力强、对蓝藻细胞破损率高等特点，不仅可以弥补鲢鳙鱼对蓝藻消化能力差的缺陷，还能增加高营养级动物对藻类的立体操纵空间，有利于提高水体系统调节能力。河蚬（Corbiculafluminea）、铜锈环棱螺（Bellamyaaeruginosa）、三角帆蚌（Hyriopsiscumingii）等是目前研究使用较多的底栖动物，但不同研究的投放规模有所差异[9-14]。梳理相关研究成果，可适当增加库区河蚬密度，但初期投放规模不宜过高，推荐采用10g/m2。由于底栖动物的摄食方法和净水效果具有一定的差异性，建议在投放河蚬的基础上，适当投放少量铜锈环棱螺、三角帆蚌等底栖动物。
4讨论
尽管水生态系统净水技术已经得到实际运用，但部分研究成果仍存在较大争议性，且在实际运行管理中也存在一些问题。本研究提出的东风西沙水库水生态系统群落构建理论方案是建立在前人相关研究成果基础上的，缺乏实际数据支撑。水库运管机构可结合本理论成果开展实地试验研究，提出一套符合东风西沙水库特点和需求水生态净水系统构建方案，以支撑水库水质安全需求。
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