河道新型护岸对微型生物的生态效应

彭路菊，葛利云，王锦宏，叶盛，邓欢欢*

(温州医科大学 a.公共卫生与管理学院 b.检验医学院、生命科学学院，浙江 温州 325035)

生态护坡在保证其自身强度、安全性和耐久性，改善人居环境和自然景观的前提下，确保工程的环境和生物效应，使水体与土壤水体、水体与生物相互培养，形成适合生物生长的模拟自然状态[1]。在生态型护坡研究领域，我国起步较晚，张俊云等[2]借鉴日本的客土喷播防护技术，研究以土壤为主要材料、硅酸盐水泥为粘结材料的喷混植生技术；许文年等[3]研究开发的植被混凝土边坡绿化技术和张季如等[4]研究提出的ZZLS绿色生态防护材料技术与喷混植生技术大致相同，介绍了从草种的选择到种子的处理、播种，以及护坡、草种的发芽和幼苗前期生长养护等技术要点，利用该技术进行边坡侵蚀防护、绿化设计和施工方法，研究了生态护坡材料的本构关系。宋云[5]研究发现，植被护坡的作用机理是植物根系能够提高土体的黏聚强度，通过根系与土体间的摩擦，进而提高土体的抗剪强度。同时还提出了植物根系固土理论，包括浅根加筋理论和深根锚固理论。

本研究从生态位角度重新思考水体水生生物所需的环境要素，将新型材料创造性用于城市滨水岸带，探索适用于城市内河和南方平原河网硬质化河岸生态恢复的恢复技术机理，为水体自净和水体修复寻找新的技术理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

聚氨酯泡沫塑料块(polyurethane foam unit，PFU)为武汉市徐东路海绵厂产32号海绵切割而成，所有试剂均为分析纯，蒸馏水为二次蒸馏水。样品前处理所用玻璃仪器经自来水、1%丙酮超声波振荡，洗液、自来水、蒸馏水顺序清洗。OlympusBX-60光学显微镜、显微成像系统，日本 Olympus 公司；浮游生物计数框，北京普力特仪器有限公司。

试验河段位于温州医科大学茶山校区诸浃河段湖心岛附近，该河段用渔网与两侧河水隔开，属于半封闭河段，水流速度较缓，由于位于大学园区，没有工业废水和生活污水排入，人类活动较少，河流两岸植被较单一，为景观植物。

1.2 方法

1.2.1 试验点设计与前处理

在校内连续河段中，设立3处试验点，分别建设新型基质生态护坡、水泥护坡、新型基质和植物搭配护坡。3处试验点各设1个采样点，每个采样点布设18个PFU块(50 mm×65 mm×75 mm)，用来监测微型生物群落。PFU块经自来水浸泡2～3 d、蒸馏水浸泡24 h后，挤干悬挂于被监测水体中(离水面约50 cm，离水底约150 cm)。

1.2.2 样品采集

分别在第 1、3、7、12、18、25 天取样，每次取样3个，编号后用烧杯盛回。将PFU块内的水样挤到玻璃烧杯内，测量体积后搅匀，移取50 mL水样到小烧杯内，摇匀，加入鲁哥氏液1 mL，混匀待用。

1.2.3 显微镜观察

使用光学生物显微镜和浮游生物计数框对样品进行显微镜观察，对照微生物图谱，确定种属并记录。

1.2.4 PFU法参数的测定

物种的鉴定主要在显微镜下进行，用细吸管从含 PFU挤出液的烧杯底部吸3滴水样于载玻片上，盖上盖玻片，观察，种类的鉴定主要依据《微型生物监测新技术》[6]、《原生动物学》[7]、《Free-living Freshwater Protozoa》[8]等。把含PFU挤出液的烧杯中的水样摇匀，用吸管吸出0.1 mL水样于0.1 mL原生动物计数框内，盖上盖玻片，全片进行活体计数，以进入视野内的个数为准。应用Maglaef多样性指数公式[9-10]分析。

1.2.5 数据分析

通过对3个类型被测水体的物种数、多样性指数进行对比分析，对水体的生态环境进行预估，进而评估新型基质生态护坡的作用。

2 结果与分析

2.1 水体中微型生物群落结构特征

从3个取样点处共鉴别58种藻类，分属7个门、35个属。7个门即蓝藻门(Cyanophyta)、硅藻门(Bacillariophyta)、裸藻门(Euglenophyta)、黄藻门(Xanthophyta)、隐藻门(Cryptophyta)、绿藻门(Chlorophyta)、甲藻门(Pyrrophyta)，其中

蓝藻门8属共15种，硅藻门10属共13种，裸藻门3属共8种，黄藻门1属共1种，隐藻门1属共4种，绿藻门11属共16种，甲藻门1属共1种。各采样点藻类种数见图1。由图可知，新型基质和植物搭配护坡处水体中藻类种类最多，此处生态环境更受浮游植物喜爱。

图1 各采样点藻类种类

表1反映了3个采样点藻类优势种情况。优势种可反映水体的污染情况，是水体污染的指示种[11]。研究发现，新型基质生态护坡(采样点A)、新型基质和植物搭配护坡(采样点C)水体中的优势种主要以硅藻门和蓝藻门为主，分别是系带舟形藻、双头针杆藻、放射舟形藻、简单舟形藻、小颤藻。水泥护坡(采样点B)水体中优势种主要也同样以硅藻门为主，但种类和丰度较小。因此，相似的环境条件下基质的加入对水体藻类多样性的分布有一定影响。

表1 不同时间各采样点藻类优势种

2.2 水体中微型生物群落变化趋势

2.2.1 微型生物种数变化趋势

由图2可以看出，从整体变化趋势上，PFU内群集的微型生物种类数随暴露时间的增长而增多，0～7 d，微型生物种类数增长速度较快；12 d时，各采样点PFU内微型生物的群集速度基本达到饱和，增长速度减缓；当暴露时间达20 d时，PFU内微型生物的群集种类数出现下降的趋势。本试验中，PFU内微型生物群集达到平衡所需的时间约为12 d。对于不同采样点，在相同暴露时间内PFU上微型生物群集的种类数依次为B

图2 水体中微型生物种数变化趋势

2.2.2 微型生物生物多样性变化趋势

由图3可以看出，C采样点生物多样性指数最大，A采样点次之，B采样点最小。随着时间的增加，PFU中微型生物群落逐渐增大，生物多样性也随之增大；微型生物群落饱和时，生物多样性也随之减少。从总体来看，C采样点处微型生物的生态环境最好，A采样点次之，B采样点最差。

图3 水体中微型生物生物多样性变化趋势

2.2.3 微型生物群落结构参数

PFU内所观察到的原生动物种数与PFU所在生境的水质状况好坏有直接关系，原生动物群落多样性越高，所在生境的污染越轻。多样性指数能够很好地反映所在生境的污染状况，它综合了原生动物群落的物种数和原生动物丰度，较全面地反映了原生动物群落的实际状况。12 d时，各采样点PFU内微型生物的群集速度基本达到饱和，增长速度减缓，群落结构基本稳定，可以反映群落的基本结构。由表2可知，C采样点生态环境较好，A采样点次之，B采样点最差。

表2 微型生物群落结构参数

3 讨论

本研究通过模拟天然护坡，设计使用新型塑料作为基质构成生态护坡，并选取一些水生植物与基质相结合，构建能够改善附近水体生态环境的微型生态系统，达到净化水质的目的。通过PFU微型生物监测法对水体中微型生物群落进行监测，发现设置新型基质护坡的河岸附近水体中微型生物多样性高于传统水泥护坡附近水体，放置新型基质与水生植物结合护坡的河岸附近水体中微型生物多样性高于只放新型基质的护坡附近水体。研究结果表明，运用新型塑料基质的生态护坡对水体中的微型生物的生态环境有良好的改善作用，搭配适当的植物后，对水体中生态位的多样性和稳定性有更好的改善效果。