在自然生态环境中, 水-绿是不可分割的整体, 为各种生物提供了理想的生存条件, 同样, 水-绿在城市生态环境中也发挥着极其重要的作用^[1]城市水域环境及其周边植被组合形成了城市水绿复合系统^[2], 既包括城市绿地系统的绿色空间, 湖泊、河流、沟渠等的蓝色空间, 还包括湿地这一类水绿过渡和水绿交融区域, 是城市生态调控的杠杆, 称为城市"肾-肺"系统, 维持着城市生态系统的良性循环.

城市水绿复合系统在城市生态系统中发挥着重要的功能: ①为多种生物的生存繁衍提供栖息地, 保障并维持着城市生物多样性^[1]; ②水分蒸发和植物蒸腾作用能够缓解城市热岛效应, 植物的净化和放氧能够改善城市大气环境^[3]; ③水体和植物都是天然海绵体, 能够调蓄径流、净化污染^[3]; ④水体和绿地是赏景及游憩的重要场所^[4].根据不同的功能和结构, 城市绿地可分为公园类、生产类、防护类、附属类及其他.上海地区水资源丰富, 绿地不仅需要自身的排水系统, 而且水和绿往往交织在一起.

然而, 城市水绿复合系统在城市中发挥生态效益、经济效益和社会效益的同时, 由于其水-绿有机复合, 为蚊幼虫孳生提供了必需的栖息、觅食、生长发育和繁殖条件^[5], 是蚊虫孳生的相对理想环境, 因此存在一定蚊害风险.本文以两种不同的城市水绿复合系统:上海市长风公园滨岸带(菖蒲坑、铁臂山水池和荷花池滨岸)和外环西段绿地排水系统(雨水排水明渠和雨水井)作为研究对象, 为探究城市水绿复合系统中的蚊虫孳生效应, 于2017年3-11月(长三角地区蚊虫生长繁殖季节)采集并监测积水水质和蚊幼数据, 分析城市水绿复合系统蚊虫孳生的分布及成因, 为城市蚊害防治提供相关依据.

长风公园和上海环城绿带中既有水域空间, 也包含绿色空间, 且水域和植被类型多样, 下垫面包含自然和人工基质, 具有代表性.

长风公园位于上海市中心城区西部, 属大型综合性山水公园, 公园面积363 600 m$^{2}$, 绿地面积102 200 m$^{2}$, 水体面积140 860 m$^{2}$^[6].长风公园银锄湖是人工挖掘的城市景观湖, 相对封闭, 雨季通过泵站排涝, 其四周散布着睡莲池、荷花池、水禽池等滨岸带小水体, 是保障并维持公园的生物多样性和景观多样性的重要载体, 同时在控制水土流失和净化面源污染上也发挥着重要作用.长风公园滨岸带见图 1所示.

图 1(Fig. 1)

注: (a)菖蒲坑; (b)铁臂山水池; (c)荷花池 图 1 长风公园滨岸带 Fig.1 The riparian zone of Changfeng Park

水禽池(图 1(a))位于银锄湖南部, 与银锄湖相连, 其滨岸散布着11个面积较小的菖蒲坑, 基质为自然土, 坑中菖蒲为单优植物且密度较高, 有小型土坝与水禽池分隔, 坝顶高于水禽池常水位, 加上菖蒲坑容积小易干涸, 导致坑中鱼类难以进入且不易存活.作为滨岸带的特殊单元, 雨水径流通过菖蒲坑渗透和溢流进入水禽池, 对污染有一定的去除作用, 同时增添了景观多样性.其周围无树木遮挡, 阳光直射.当雨量较大、水禽池水面上升时, 坑中常有积水, 加上长风公园周围有居民区和学校, 园区客流量较大, 蚊虫血源丰富, 存在蚊虫孳生现象.

铁臂山位于银锄湖东北部, 山下环绕着水池(图 1(b)), 池体通过混凝土坝与银锄湖分隔, 由堆石和浆砌石块构成不规则驳岸, 水体较为封闭, 水面相对静止, 水深平均为35.7 cm, 池中种有水生植物, 池内放养鱼类等水生生物.由于山上浓荫蔽日, 水池较为阴凉, 且枯枝落叶落入池底堆积, 不规则驳岸易形成小面积积水与开阔水面分隔, 鱼类难以进入, 同时石块和挺水植物能为蚊幼提供庇护点和附着点, 因此可能孳生蚊虫.

荷花池(图 1(c))位于银锄湖北部, 自然石驳岸, 池内种有大面积的荷花, 放养各类水生生物, 水深平均为45.3 cm.周围无山体和树木遮挡, 水面较为开阔且与银锄湖连通, 阳光直射.

上海外环高速是城郊结合地带, 连接着上海城市高速公路, 对上海的交通起到重要作用, 上海环绕城市绿色带状系统(即环城绿带)沿外环高速建立, 该系统起着涵养水源、固持土壤、固碳释氧、调节温度、净化大气、维持生物多样性、降低噪声等功能^[7].但由于环城绿带位于城郊结合部, 人口密度较低, 周边环境较为复杂, 局部区域存在较严重的污水排放和垃圾污染, 造成绿带内水体的污染.外环西段绿地排水系统(图 2)为硬质铺装, 周围有树木遮挡阳光, 排水沟渠和雨水井中枯枝落叶堆积, 容易造成堵塞积水, 附近有环卫车停车场, 洗车污水直接排放, 加上游客及闲杂人员弃置的生活垃圾, 导致外环西段绿地排水系统水体严重污染, 加上树木的遮蔽, 成为蚊幼孳生的重要场所.

图 2(Fig. 2)

图 2 外环西段绿地排水系统 Fig.2 The drainage system of the west outer-ring greenbelt

本研究于2017年3月至11月(长三角地区蚊虫生长繁殖季节)对长风公园各菖蒲坑、铁臂山水池、荷花池和外环西段绿地2个排水明渠和1个雨水井进行水质和蚊幼虫的采集(由于各菖蒲坑情况较为一致, 因此数据分析时采用菖各蒲坑的平均值).水样采集为每月1次, 在蚊虫繁殖高峰期, 蚊幼采集频率为每月2次.根据国家《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002), 采用综合水质标识指数($I_{\rm wq}$)、有机污染指数($A$)和综合污染指数($P$)对水质进行分析和分类.根据《病媒生物密度控制水平蚊虫》(GB/T 27771-2011), 采用标准勺捕法对蚊幼进行采集, 现场计数, 实验室培养鉴种.

水是城市水绿复合系统的重要组成部分, 水质好坏是影响其发挥各项功能的关键因素.

长风公园滨岸带和外环西段绿地排水明渠和雨水井的2017年3月至11月污染物平均浓度及平均综合水质标识指数($I_{\rm wq}$)、有机污染指数($A$)和综合污染指数($P$)如表 1所示.

表 1(Tab. 1

表 1 城市水绿复合系统水质状况 Tab.1 Water quality of urban water-green combined systems 采样区域 采样点 DO/(mg·L-1) NH$_{4}^{+}$-N/(mg·L-1) TP/(mg·L-1) BOD$_{5 }$/(mg·L-1) COD$_{\rm Mn}$/(mg·L-1) $I_{\rm wq}$ $A$ $P$ 长风公园 菖蒲坑 4.49 0.63 0.20 6.18 16.50 4.52 $-$0.21 0.59 铁臂山水池 2.54 1.22 0.25 3.49 10.80 4.62 0.41 0.62 荷花池 3.22 0.94 0.28 2.56 7.93 4.00 $-$0.36 0.51 外环西段绿地 外环绿地-排水明渠1 1.43 2.78 0.65 10.65 18.70 6.55 2.99 1.35 外环绿地-雨水井 0.77 2.33 0.29 8.97 12.98 6.22 2.54 1.25 外环绿地-排水明渠2 0.80 7.21 1.48 31.73 24.42 8.15 8.01 2.92

表 1 城市水绿复合系统水质状况 Tab.1 Water quality of urban water-green combined systems

从表 1中可以看出, 长风公园滨岸带的水质均为地表水Ⅳ类, 受到轻度污染, 主要超标因子是COD$_{\rm Mn}$.长风公园属开放式绿地, 无点源污染, 污染主要来源于降雨和地表径流, 以及游客散落但未清理的生活垃圾和绿化施肥.公园内每日有垃圾清理, 环境条件整体较优, 植物生长状况较好.其中荷花池水体较大, 且与银锄湖相连, 水体流速较大, 水生动植物较丰富, 水体自净能力较强, 水质较优; 而菖蒲坑为较封闭的小型水体, 其积水的不稳定性导致了水生动物无法生存, 水体自净能力较差, 但污染源也较少; 铁臂山水池大小介于前两者之间, 水体较为封闭, 水生动植物丰富, 水体相对静止, 污染由山上的枯枝落叶落入池中淤积腐败带入.

外环西段绿地位于高速公路旁, 环境卫生较为恶劣, 生活垃圾随处可见, 其中排水明渠1中枯枝落叶堆积、淤塞、腐败, 而排水明渠2位于道路旁, 附近有环卫车停车站, 环卫车的冲洗污水直接排入绿地沟渠, 造成水质严重污染, 均为劣Ⅴ类, 排水明渠2水质最差, 溶解氧浓度较低, 氨氮和COD$_{\rm Mn}$严重超标, 有机物污染程度较大.雨水井位于排水明渠1旁, 常年积水, 水深较大, 平均为0.90 m, 相对排水明渠对污染物有一定稀释作用.

长风公园滨岸带在春末夏初时段有蚊虫孳生, 经鉴定, 蚊虫均为淡色库蚊, 其蚊幼虫密度的时空分布如图 3.蚊幼孳生需要适宜的温度, 其密度的消长受气温影响最为明显, 温度过高或过低对蚊幼的发育均有抑制作用^[8], 且植物密度对蚊幼孳生也有影响^[9]. 2017年3月, 温度过低, 蚊虫还未开始繁殖.到了4月中旬菖蒲坑平均水温为15.2 ℃, 且菖蒲植被覆盖率平均为7.8%, 植株高度平均为11.3 cm, 既为蚊幼虫提供了孳生场所, 又能遮挡阳光直射和天敌捕食, 蚊幼密度较大.随着时间推移, 温度上升, 6月之后菖蒲覆盖率达100%, 植物覆盖过密, 且由于气温较高, 水分蒸发和植物蒸腾作用加强, 导致菖蒲坑很少积水或积水很浅, 因此未再发现蚊幼.铁臂山水池和荷花池仅在2017年5月6日有蚊幼孳生, 荷花池蚊幼天敌较丰富, 水流速度较大, 蚊幼密度较小, 为1条/勺, 勺指数仅为3%.铁臂山水池蚊幼密度为11.3条/勺, 水体中的植物碎屑为蚊幼生长发育提供充足营养, 且由堆石驳岸形成的封闭水坑为蚊幼提供了免于天敌捕食的蔽护场所.

图 3(Fig. 3)

图 3 2017年长风公园滨岸带蚊幼孳生状况 Fig.3 Larvae breeding conditions at the Changfeng Park riparian zone in 2017

虽然蚊幼在长风公园滨岸带中出现的时间较短, 为期1个月左右, 但菖蒲坑和铁臂山水池的蚊幼密度大于5条/勺, 未达到国家卫生城市灭蚊考核标准, 加上长风公园周边居民区、商业区密集, 园内人流量大, 有一定的蚊害风险.

外环西段绿地排水明渠和雨水井在2017年5月初开始有蚊幼孳生(图 4), 蚊种主要为淡色库蚊(占99.3%), 少量骚扰阿蚊(0.7%). 2017年9月上海开始降温, 外环西段绿地排水系统蚊幼消失.排水明渠2的蚊幼密度较大, 2017年6月为157.6条/勺, 7月蚊幼密度为40.2~92.5条/勺, 排水明渠1和雨水井5月的蚊幼密度在7.9~67.4条/勺, 该排水系统蚊幼孳生现象较严重, 应重点防治.由于2017年8月采样有连续降雨和雷阵雨, 阻碍成蚊产卵并冲刷蚊幼, 8月采集的蚊幼密度均较低.

图 4(Fig. 4)

图 4 2017年外环西段绿地蚊幼孳生状况 Fig.4 Larvae breeding conditions in the west outer-ring greenbelt in 2017

对比长风公园滨岸带和外环西段绿地排水系统可知, 外环西段绿地蚊幼密度显著高于长风公园滨岸带($p <0.05$), 且外环西段绿地蚊虫繁殖期较长, 主要原因如下: ①环境卫生, 长风公园内每日定期清洁垃圾, 环境优美, 而外环西段绿地地处城郊结合, 环境恶劣, 垃圾随处可见, 无人清理; ②水质条件, 污水中的有机物、氮、磷等可为蚊幼提供充足营养, 污染较轻的水体中供蚊幼生长发育的食物较少^[9], 外环西段绿地排水系统水质受有机物污染严重, 有利于蚊虫孳生; ③植物生长状况, 植物对蚊虫孳生的影响是双面的, 一方面植物能帮助蚊虫躲避天敌、遮挡阳光、减缓降雨的冲刷, 并且提供食源(雄蚊吸食花蜜, 蚊幼可食取植物碎屑^[10])和栖息地, 有利于蚊虫孳生, 另一方面, 植物生长过密反而会影响蚊虫产卵和蚊卵的孵化^[11], 因此当菖蒲坑中植物不断生长直至完全覆盖, 蚊幼消失, 而外环西段绿地排水系统为硬质铺装, 周围有乔灌木遮阴, 但并不阻碍蚊虫产卵, 其繁殖期较长; ④天敌, 长风公园菖蒲坑在2017年4月至5月均发现蜻蜓幼虫^[12], 且铁臂山水池和荷花池中均有鱼类等水生动物, 捕食蚊幼, 而外环西段绿地水质较差, 蚊幼天敌无法生存; ⑤光照条件, 阳光直射会使水温上升较快且维持在较高温度, 不利于蚊幼生存, 且紫外线对蚊幼和蚊蛹有致死作用^[13], 长风公园滨岸带夏季晴天的平均光照强度为34 964 Lx, 而外环西段绿地夏季晴天平均光照强度为6 104 Lx.

长风公园滨岸带与外环西段绿地排水系统蚊幼初次出现的时间相差近20 d, 原因主要与蚊虫的越冬形式和血源有关, 两地发现的蚊虫均以淡色库蚊为主, 淡色库蚊主要以成蚊越冬, 且大部分淡色库蚊越冬前已受精, 到气候转暖时不用交配, 吸血便可产卵, 产卵地多选择居民点、畜舍附近的浅水中^[14], 因此血源充足的长风公园较早出现蚊幼.

将水质参数与蚊幼密度进行RDA分析(见图 5), 结果表明蚊幼密度与溶解氧和叶绿素a浓度呈负相关关系, 而NH$_{4}^{+}$-N、TP、BOD$_{5}$和COD$_{\rm Mn}$浓度与蚊幼密度呈正相关关系, 且根据投影长度可知, TP的相关度最高.溶解氧浓度较低、氮、磷和有机质含量高的污染水体通常有利于蚊幼孳生^[15], 引诱蚊虫产卵, 但黑臭水体散发的H$_{2}$S、NH$_{3}$等气体会影响蚊虫产卵^[16], 且过高的NH$_{4}^{+}$-N对蚊幼有毒害作用.因此, 蚊幼生长在具有一定污染程度的水体, 且在一定范围内, 随着污染物浓度的升高, 蚊幼密度增加, 对这类污染积水的清除和净化有助于减少蚊害.

图 5(Fig. 5)

图 5 蚊幼密度与水质参数的RDA分析 Fig.5 RDA of larval density with water quality parameters

(1) 长风公园滨岸带的水质均为地表水Ⅳ类标准, 受轻度污染, 其污染主要来源于地表径流、游客散落的垃圾和绿化施肥.由于外环西段绿地的环境卫生较为恶劣, 附近环卫车洗车污水排入绿地排水系统, 枯枝落叶无人清理, 造成排水系统的水质受到严重污染, 为劣Ⅴ类水, 溶解氧浓度较低, 氨氮和COD$_{\rm Mn}$严重超标.

(2) 长风公园滨岸带在春末夏初有蚊幼孳生, 铁臂山水池和荷花池仅在2017年5月发现蚊幼, 且荷花池蚊幼密度较低, 仅为1条/勺, 铁臂山5月蚊幼密度为11.3条/勺.夏季由于菖蒲坑菖蒲生长过密阻碍蚊虫产卵, 因此其蚊幼繁殖期较短.但2017年4月至5月其蚊幼密度为11.3~21.7条/勺, 勺指数均大于3%, 在人流量较大的公园中蚊害风险较大.

(3) 长风公园滨岸带的蚊虫防治, 可通过驳岸的改造实现.对于菖蒲坑, 一方面可将菖蒲坑填平或改造成有一定坡度的滨岸, 防止积水; 另一方面, 可将阻隔水禽池与菖蒲坑的土坝打通或换成较大缝隙的木桩, 使水禽池中的鱼等水生生物可进入菖蒲坑, 捕食蚊幼, 既保留菖蒲坑的滨岸作用, 又能控制蚊幼数量.对于铁臂山水池, 由于不规则驳岸创造了静水和蔽护条件, 因此可将驳岸改造使其不易形成积水死角.

(4) 外环西段绿地在2017年5月至8月有蚊幼孳生, 其中排水明渠2的蚊幼密度在6月达到157.6条/勺.外环西段绿地排水系统蚊幼密度高的原因主要在于其水质的严重污染, 因此外环绿地的蚊虫防治应从环境卫生治理出发, 严禁生活垃圾和生活污水的排放, 定期清理排水明渠及雨水井中的落叶和淤泥, 防止排水系统堵塞积水.

(5) 蚊幼密度与溶解氧和叶绿素a浓度呈负相关关系, 与NH$_{4}^{+}$-N、TP、BOD$_{5}$和COD$_{\rm Mn}$浓度及气温和水温呈正相关关系.水体中污染物浓度的减少, 不利于蚊幼孳生, 因此污染水体的治理不仅有利于生态环境, 还能有效控制蚊幼虫数量, 降低蚊媒疾病传播的风险.