生态治辽,水绿山青;太子河环境提升,水专项助力蓄能

太子河是我国北方的一条典型山区型河流,其山区段包括上游山地森林和中游丘陵森林地区,主要位于"城中山,山中水,八山一水半分田"的本溪市。经十余年努力,该区域水质明显改善,但水生态问题较为突出,存在着河流生态修复的迫切需求。辽宁大学宋有涛教授承担的国家科技重大水专项"太子河流域山区段河流生态修复与功能提升关键技术与工程示范"课题(2015ZX07202-012),针对地方科技和管理需求,以“山水林田湖草”生命共同体综合治理为理念,依托“十一五”“十二五”水专项研究成果。     

太子河洛氏鱥幼鱼栖息地适宜度评估

基于对太子河流域鱼类及栖息地的调查研究,选择该流域的优势种洛氏鱥(Phoxinus lagowskii)作为指示生物,建立洛氏鱥幼鱼对水深、流速、溶解氧、总溶解颗粒物和河岸带植被指数的栖息地适宜度曲线,并借鉴河道内流量增量法计算各采样点河段的洛氏鱥幼鱼栖息地适宜度指数。结果表明:洛氏鱥幼鱼栖息地适宜度指数在太子河上游较高(>0.5),中游次之(0.2-0.5),下游较低(<0.2)。洛氏鱥幼鱼栖息地适宜度指数与10项栖息地调查指标和土地利用类型的相关性分析表明:太子河流域内限制洛氏鱥幼鱼生存的因素不是水文条件,而是河流水质及河岸带等环境因素;洛氏鱥幼鱼栖息地适宜度指数受人类活动影响较大,随着太子河中下游人类开发强度加大,洛氏鱥栖息地质量呈下降趋势。     

太子河流域不同水生态区EPT群落时空分布特征

为了解同一流域不同水生态区EPT〔蜉蝣目(Ephemeroptera)、襀翅目(Plecoptera)、毛翅目(Trichoptera)〕这一敏感类群的时空分布差异及其影响因素,于2009年枯水期(5月)和丰水期(8月)分别对太子河流域3个水生态区进行了野外调查. 结果表明:太子河流域上游区域的水生态Ⅰ区EPT物种数(64种)显著高于中下游区域的水生态Ⅱ区和Ⅲ区,其中,仅毛翅目物种数在丰水期显著高于枯水期. 典范对应分析(canonical correspondence analysis,CCA)结果显示,水生态Ⅰ区影响EPT群落分布的环境要素为电导率和水温,而水生态Ⅱ区、Ⅲ区则为电导率、φ(细沙)、ρ(BOD₅)、ρ(TP)和ρ(NH₃-N). 枯水期影响EPT群落分布的因素为电导率、建设用地面积所占比例和ρ(BOD₅),丰水期为电导率、ρ(SS)、耕地面积所占比例和水温. 偏线性回归(partial linear regression,PLR)分析显示,水生态Ⅱ区物种和环境要素的模型总解释率最高(均约为0.60),其他2个区次之(水生态Ⅰ区、Ⅲ区总解释率分别为0.13~0.43、0.13~0.53),丰水期模型的总解释率为0.33~0.78,而枯水期模型的总解释率为0.43~0.71. 相对于单一环境要素模型,不同类型环境要素的联合模型对太子河流域EPT群落空间变异具有更好的解释效力.      

太子河流域不同水生态区鱼类群落分布与环境因子的关联性

为了研究影响鱼类群落分布的环境因子在不同水生态区间的差异性,基于太子河流域3个水生态区,于2010年8月调查了全流域53个采样点的鱼类群落分布及水体理化环境因子,利用F-IBI(鱼类完整性指数)对河流健康进行评价,并对影响太子河流域不同水生态区鱼类群落分布和河流健康的环境因子进行筛选分析. 结果表明:水生态Ⅰ区(上游山地区)整体表现为健康,Ⅱ区(中游丘陵区)以处于健康状况的采样点居多(45%),Ⅲ区(下游平原区)健康状况不佳,处于一般、差、极差等级的采样点占到90%. 通过比较不同水生态区良好(F-IBI≥50.03)和不健康(F-IBI≤37.06)状况对应采样点的环境因子发现,水生态Ⅰ区内ρ(TN)差异显著(P<0.05),Ⅱ区内表现为林地面积所占比例差异显著(P<0.05),Ⅲ区内海拔、ρ(TDS)(TDS为总溶解固体)的差异显著(P<0.05). 典范对应分析(canonical correspondence analysis,CCA)结果显示,影响鱼类群落分布的环境因子在水生态Ⅰ区为平均流速(F=2.75, P=0.005),在Ⅱ区为林地面积所占比例(F=2.65, P=0.003),在Ⅲ区则为ρ(COD_Cr)(F=3.83, P=0.001)、平均流速(F=3.42, P<0.001)、ρ(TP)(F=3.46, P=0.001)和pH(F=2.90, P=0.002). 研究显示,在制订流域鱼类保护方案时,应当充分考虑不同水生态区特定环境因素的影响.      

太子河流域大型底栖动物功能摄食类群与环境要素的关系

根据2009年8月太子河流域野外调查数据,分析了大型底栖动物的5个主要功能摄食类群的组成,包括直接收集者(gc)、捕食者(pr)、过滤收集者(fc)、撕食者(sh)和刮食者(sc),研究结果表明,太子河大型底栖动物以gc为主,占底栖动物总个体数的85.5%,其次为fc、sh、sc和pr,分别占总个体数的6.0%、3.0%、5.5%和0.0%,并且gc对人为干扰的耐受性较强,pr、sh、sc对环境条件变化较为敏感.通过5种功能摄食类群的相对丰度与水质因子相关分析,分析结果表明,海拔、水温、电导率、总氮、硝态氮、亚硝态氮与gc相关性较大;而海拔、水温、电导率、pH值、总氮、亚硝态氮与pr、sc和sh相关性较大.将土地利用格局与5种功能摄食类群进行逐步回归分析,结果表明,农田和河滩对gc影响显著;而农田对pr、sc和sh影响显著.     

基于生态保护目标的太子河下游河道生态需水量计算

河流生态需水量计算是进行生态水权分配的一项基础性工作,是生态环境保护和水资源配置的依据.随着社会经济的发展,流域水资源短缺和生态环境问题日益突出.针对太子河下游河段水资源开发利用现状及存在的生态环境问题,在确定生态保护目标的基础上,采用月保证率法和生态水力学法计算下游河道不同等级生态需水量,既可以从各月角度反映河道生态需水是一个与自然径流相适应的过程,又注重水生生物的关键期和生境需求.通过Tennant法验证月保证率法和生态水力学法计算结果可靠,最终确定太子河下游河道最小、适宜和理想等级年生态需水量分别为:5.31×108m3、8.52×108m3和12.17×108m3,而且现状流量可以满足最小生态需水量的要求.