蘇南新型農業社區水生態環境健康綜合評價與分析
----以常熟市生態農業社區為例

孫小鳳，李建華

(同濟大學環境科學與工程學院長江水環境教育部重點實驗室，上海 200092)

0 引 言

蘇南農業社區以江南水鄉聞名，是典型的平原河網區域，其發展與水環境緊密相關。近年來由于人類活動的劇烈影響，其水環境污染、水生態系統失衡、水生境破壞等問題突出，嚴重制約平原河網水生態的健康發展與農業社區的經濟發展[1]。伴隨國家經濟發展，江南水鄉建設推行城鄉一體化，促進農業集約化、產業化，發展農業生態旅游，一方面優質的水資源對農業區域發展起到至關重要的作用，另一方面新型農業社區結構轉型對水環境的影響也在不斷擴大，因此農業社區水環境管理面臨著一些亟待解決的新情況和新問題。對于蘇南農業社區的水生態環境，河網水體水質評價具有單一性，難以全面反映河網的水生態健康狀況，不能滿足其管理需求。為此，國內外已對水生態環境健康評價體系和方法等方面開展了大量的研究。美國早在1989年提出流域生態健康評價指標體系[2]，國內學者最早注重水質和生物完整性指數評價，而后研究提出河網水生態系統服務功能需求，強調河流健康必須依賴于社會服務的判斷，對水生態環境的研究偏重于治理[3-6]，對農業社區水生態環境的綜合評價較少涉及。為此，本文利用GIS技術結合PSR概念模型以及層次分析模型對蘇南新型農業社區研究區域水生態系統健康影響因子進行篩選，再根據實際調研情況確定，構建河網水生態健康評價指標體系，并運用Delphi(專家咨詢法)和AHP(層次分析法)劃分各指標權重，以研究區域15個比較有代表性監測斷面的實地調查和監測數據為基礎，對其水生態環境進行綜合評價，并結合各控制單元生態環境現狀的定量化評價對評價結果進行驗證和綜合分析，從而為蘇南農業社區平原河網水生態環境重點治理區域及其關鍵影響因子識別提供科學依據，以期為水生態環境管理提供基礎支撐。

1 研究區域及研究方法

1.1 研究區域概況

研究對象農業社區位于常熟市地處長江下游，東以S38為界、西至中涇塘，北達走馬塘、南及望虞河與盤錦北路。其行政面積為14.2 km2，社區人口為14 052人，面積較大的水系為東部的望虞河、中部的界涇河以及西部的中涇塘，主要特點可概括如下：①河網密集，主支流間層次復雜，河網水流流向往復不定，受閘、泵等水利工程干擾；②平坦地勢使得河流水動力不足，水流流速緩慢，水體自凈能力較差、富營養化程度顯著；③居民傍水而建，區域經濟發展迅速，大量生活污水和工、農業廢水直接或間接排入河流，導致水體污染問題嚴重；④設施農業(包括大棚養殖)、標準廠房和店面房出租為農業社區主要集體經濟收入來源；⑤隨著經濟發展，政府愈加重視加大對鄉村濕地建設、發展生態農業旅游業，以提高區域生態環境影響。研究區域示意圖如圖1所示。

圖1 研究區域Fig.1 Research area 注：監測斷面依次為S1(界涇河上游)、S2(界姚涇交匯)、S3(香花橋河)、S4(走馬塘)、S5(中涇塘上游)、S6(朱涇塘支流)、S7(陸家浜)、S8(歷家浜)、S9(福山塘)、S10(姚涇)、S11(雙墻門)、S12(九節支流)、S13(小望虞)、S14(九節)、S15(中涇下游)

1.2 農業社區河網水生態健康概念及評價指標分析

鑒于河流水生態健康是實現農業社區河網健康、又是實現河網生態、社會服務功能的基礎，本人在前人研究基礎上提出蘇南農業社區河網水生態健康概念：農業社區河網水系自身結構和各項功能如防治水患、改善水質、水生生物棲息地保護以及江南水鄉的自然景觀均處于相對穩定的狀態，即河流具有充足水量，良好的河流連通性、水質和天然的河岸棲息地環境，且保持良好的生物完整性和豐富的生物多樣性，能夠為實現河網生態、社會服務功能提供基礎。

依據對農業社區河網水生態健康概念的理解，采用“壓力-狀態-響應”(PSR)模式構建農業社區河網水生態健康的評價指標體系[7,8]。對水環境脅迫因子P、水環境狀況S以及水環境生物響應R進行指標分析，不但可以全面把握水環境的綜合狀況，還可以具體了解每個分項的狀況，明確今后所需重點解決的問題。農業社區水環境脅迫因子主要為人為因素類指標(土地利用狀況、景觀設施、水系溝通程度、生產生活類型、垃圾清潔管理、社區管理組織等)；水環境狀況主要為水體理化類指標(TOC/BOD/COD、NH3-N、TN、TP、濁度、DO電導率等)、棲息地指標(護岸形式/堤岸穩定性、岸帶寬度、水體內沉積物/低質、淺灘、深潭或曲流/河道變化等)、水利水文指標(防洪情況、排澇情況、流速狀況、水量狀況等)；水環境生物響應主要為生物多樣性指標(魚類、岸帶植被、水生植被、腐殖質類型、大型底棲動物等)。在對河網水生態健康評價過程中，可針對當地實際情況和需求對以上5個方面中的具體指標進行篩選。

1.3 現場調查及分析

水生態調查的主要目的是識別水生態系統基本特征以及影響因素，為水生態功能區劃的指標篩選提供依據。水生態調查數據為2016年8月對研究區域農業社區水生態系統現狀進行現場調研采樣獲取，重點調查較有代表性的15個監測斷面(如圖1所示)的臨近河流的人為因素指標、水體理化指標、河流結構形態、水利水文、生物多樣性以及河流棲息地環境等情況。

1.4 數據處理

1.4.1 指標權重計算

目前大多數的權重分配研究成果可分為三類：主觀賦權法、客觀賦權法和組合賦權法[9]。理論上組合賦權法應是達到各指標權重的實際情況最為復合，誤差最小的評價方法，然而無法合理確定加權系數及需要同時運用兩種模型進行評價等因素，而客觀賦權法同樣存在此問題，不僅需要在指標體系構建完成之前收集所有指標數據進行數學運算，且會出現確定的權重與實際重要程度完全相悖的情況，這種不確定性會增大評價及分析過程中的誤差影響評價效率。鑒于此，本文決定選取主觀賦權法研究比較深入的Delphi(專家咨詢法)、AHP(層次分析法)以及根據現場調研確定各指標權重[9,10]，按照結構圖的層次關系進行判別比較，分別構造判斷矩陣，最后經過一定的數學處理與一致性檢驗，得到標準化后的特征向量W，即是本層次相應因素對上層次某因素的相對重要性即權重值。

1.4.2 分級評價標準

評價指標的標準以現有的地方及國家標準優先，參考國內外相關文獻上的標準，并結合評價區域的實際情況進行劃分確定，本文中的評價區域即為太湖流域平原河網農業社區水環境[11-16]。

結合本文采用的評價方法，對所有評價指標進行定量化。其中，對于易于定量的連續性指標，采取相應的標準對其進行等級劃分；而對于定性的離散型指標，在參考相關文獻或評價方法后，對其不同等級標準進行定性描述，之后根據專家咨詢打分法確定各項指標得分，定性指標的標準得分從從I到V級分別為10-8、8-6、6-4、4-2、2-0。

1.4.3 水生態健康程度綜合評價計算方法及量化分級

(1)根據構建的蘇南農業社區水生態環境健康評價指標體系，計算水生態健康綜合指數(Composite Health Index,CHI)如下：

(1)

式中：CHI為水生態環境健康綜合指數，其值范圍為0～10；Wi為評價指標在綜合評價指標體系中的權重，其值范圍為0～1；Ii為評價指標的得分值，其值范圍0～10；i為評價指標類別；n為評價指標序列。

(2)目前，水生態健康評價在國內外已有大量的研究成果，本文在參考國內外研究的基礎上，結合平原河網地域特色，建立適合蘇南農業社區的水生態健康綜合評價標準，分為5個等級。見表1。

表1 水生態環境健康評價量化分級Tab.1 Different levels of water ecological health evaluation

2 評價結果與分析

2.1 蘇南農業社區水生態環境健康評價指標遴選

以主題“平原河網+水生態健康+指標體系”進行文獻檢索以及國外河流生態綜合評價方法，結合蘇南農業社區當地特色，完成評價指標篩選和體系構建。首先，對準則層進行確認，基于水生態環境PSR模型，在已有文獻中出現的準則層指標頻率較高分別有“人為因素指標、水體理化指標、棲息地指標、水利水文指標以及生物多樣性指標”[11-16]。其次，對指標層指標進行篩選，結合農業社區當地調研情況，以及相關文獻中出現頻率較高的指標，并考慮指標評價可行性的前提下，初步篩選以下指標，詳見表2。

表2 蘇南農業社區河網水生態健康綜合評價指標體系評價標準與權重劃分Tab.2Theevaluation standard and weight distribution of water ecologicalhealth evaluation index system in agricultural community of south Jiangsu province

續表2 蘇南農業社區河網水生態健康綜合評價指標體系評價標準與權重劃分

2.2 河網水生態健康程度綜合評價

為了判斷構建評價指標體系的合理性，了解研究區域農業社區河網水生態健康狀況，選取2016年8月現場調研實驗數據，對該區域水生態系統的健康狀況進行評價。根據前文中給出的水生態環境健康綜合指數計算公式和水生態環境健康評價標準，對研究區域生態農業社區水生態環境健康情況進行評價，評價結果如表3所示。

從表3可以看出，大部分監測斷面(53.3%)水生態健康程度均處于“亞健康”水平，46.7%監測斷面處于“不健康”水平，評價結果與生態調查情況相符。從該評價結果可以看出，伴隨著新型農業社區的建設，研究區域農業社區河網水生態健康問題依然比較嚴重。

表3 各監測斷面水生態健康程度評價結果Tab. 3 The ecological health evaluation results of each monitoring site

2.3 各控制層指標評價結果與綜合評價指數對比分析

為了研究評價區域內水生態健康影響因子，就PSR模型中各準則層評價指標得分與綜合評價得分進行對比分析(如圖2)。從圖2中可以看出綜合指標評價為“病態”的監測斷面S6，其人為因素指標、水利水文指標及生物多樣性指標皆處于Ⅴ類，尤其是附近的紡織類小作坊污水隨意傾倒以及提壩工程，導致該區域處于斷頭浜狀態水體污染嚴重，生物多樣性偏低。對于各評價指標與綜合指標的相關關系，水生態健康綜合評價受人為因素類影響較大的監測斷面分別為S3、S6、S10、S11、S13、S14，除S13外其他監測斷面受水體理化指標影響均較大，受棲息地指標影響較大的分別為S3、S4、S5、S8、S9、S10、S14、S15，受水利水文類指標影響除S6外其他均較小，受生物多樣性指標影響較大的分別為S2、S4、S6。

圖2 各準則層指標與綜合指標對比分析Fig.2 Contrastive analysis between each criterion index and comprehensive index

從整體看來，農業社區河網水生態環境健康受人為因素、水體理化指標、棲息地指標以及生物多樣性指標影響較大，尤其是水體理化指標，水利水文類指標影響較小。

2.4 對策和建議

伴隨著經濟發展要求，國家經過“十一五”“十二五”規劃對水環境治理愈加重視，河流水污染惡化的勢頭得到有效控制，然而農村水生態環境退化仍然很嚴重[17]。對此，蘇南農業社區水生態環境問題，不僅僅是設施工程建設多少和資金投入多少的問題，更是在農村缺少一個科學的水環境綜合管理體系，包括水環境保護措施、后續長效運行維護機制、社區自治能力等問題[18]。結合本文中提出的農業社區水生態環境健康評價體系以及相關分析，為提高農業社區水生態健康程度建議采取以下對策。

(1)落實農業社區水生態環境健康評價工作，如涉及水利水文、水環境和水生物等指標的調研監測工作。明確農業社區水生態環境保護目標，跟蹤調研農業社區水生態環境健康程度，分析水生態環境與社區經濟發展相關聯系，避免顧此失彼。針對水生態環境健康較差的區域，分析該區域水生態環境影響較大的因素，針對這些因素進行優先治理。以監測斷面S6(朱家塘斷頭浜)為例，若是構建該支流與朱家塘的水系溝通，控制周邊紡織業污水排放量，即使在不改變其他條件的情況下，該點的水生態健康評價結果將由“不健康”轉化為“亞健康”或更佳。隨著人為因素指標的控制，其他準則層指標也將逐步得到改善。

(2)加強農業社區水生態環境綜合管理。水生態環境健康評價需要水利、環保、水產等多個部門的合作與協調，強化各部門間的信息溝通，切實做好河網水生態建設工作。

(3)發展科學治理手段。河網水生態環境修復只能在外來污染得到有效控制時才能進行。針對不同河網水環境狀況，根據PSR模型評價分析其生態健康影響因子，針對主要外來因素進行優先治理，避免盲目進行恢復植被、放羊食藻魚類等生態工程。

(4)促進宣傳教育，提高公眾意識。農業社區居民文化素養不高，對水生態環境保護意識不夠，因此提高環境保護公眾意識對促進其水生態環境健康發展尤為重要。一方面，農業社區可通過廣播、環保法規宣傳墻、環保專題知識講座，增強社區群眾環境保護法治意識；另一方面，積極指導有條件的村、社區開展“生態鄉村”、“綠色社區”等創建活動，發展生態旅游業取代污染環境的產業。

3 結 語

本文利用PSR分析模型與水生態健康相關文獻資料，并結合2016年8月對蘇南農業社區河網水生態環境調研實驗資料，最終確定5個準則層指標類別以及26項評價指標，采用層次分析法確定各項指標權重，根據模糊評價法計算該研究區域不同監測斷面的水生態健康程度，分析各準則層評價得分對綜合評價指數的不同影響，以此提出相應的對策與建議。本文提出的評價指標體系結構簡單、層次清楚、指標明確，應用于常熟農業社區河網生態環境評價，客觀地反映了2016年該農業社區的水生態狀況，并對進一步的水生態修復提供科學依據，可推廣至其他蘇南農業社區河網水生態評價中，具有良好的實際應用價值。

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