廣西九洲江流域生態健康評價

于 嶸, 潘泳羽, 蘇相琴, 3

(1.廣西壯族自治區輻射環境監督管理站, 南寧 530222; 2.廣西壯族自治區環境保護科學研究院, 南寧 530022;3.廣西廣播電視大學, 南寧 530022)

0 引 言

我國江河流域生態環境復雜而脆弱, 部分流域生態系統穩定性和生態服務功能下降, 已經成為制約我國社會經濟可持續發展的突出因素之一[1-2]。

自流域健康評價概念和相關理論提出后, 國內外學者開展了多空間尺度、多指標因子、多評價模型多角度研究。國外，Schaeffer等1988年提出生態系統健康評價需要科學的評價方法和具體的參數標準[3]；Harwell等對生態系統健康評價主要相關參數生境質量、生物完整性、水質、水文等進行了研究[4]；Alilou等基于Fuzzy-ANP模型對Khoy流域生態健康進行了評價[5]；Hazbavi等使用壓力-狀態-響應模型(PSR)對Shazand流域生態健康進行了評價[6]；Hoque等基于相關向量機算法建立流域水質時間序列數據對Cedar Creek等2個流域開展了流域健康評價[7]；Ladson等提出一個由水文、水質和水生動物等指標構成的溪流健康指數對河流進行持續評價[8]。在國內, 李楊等采用水質綜合評價和水生物評價方法對洱海流域河流生態系統健康進行了研究[9]；劉麟菲等應用硅藻指數評價了渭河流域水生態健康狀況[10]；劉娟等構建了涵蓋水體物理化學和水生生物特性等方面的指標體系, 采用改進的灰色關聯方法對汾河上中游流域生態系統健康進行評價[11]；胡金等構建了包括河岸帶狀態、河流形態、營養鹽、氧平衡、著生藻類和大型底棲無脊椎動物6個方面19項指標的綜合指標體系，并對沙潁河水生態健康進行了評價[12]；何建波等基于加權平均法和層次分析法構建了浦陽江流域(浦江段)河流生態系統健康評價指標, 并將河流熒光溶解性有機質不同組分的熒光強度引入作為新型評價指標[13]；王為木等認為生物完整性指數可有效分析水生態對人類干擾的響應和水生態健康狀況[14]；李寧等基于2000—2016年土地利用數據, 對漓江流域陸域生態系統服務價值進行了分析[15]；魏建文等基于PSR模型建立了漓江流域生態健康評價框架對流域2006—2011年生態環境狀況進行了評價[16]；陳美球等對我國基于PSR模型的流域生態系統健康評價研究進行了綜合分析, 提出評價指標的觀測應注重時間尺度上的縱向變化[17]；王文杰等提出要將大流域按照支流匯水等條件劃分為若干個小流域, 針對評價體系提出了涉及水域、岸邊帶、陸域的評價框架, 評價指標概括為結構、功能、脅迫3個方面[18]。整體來看, 這些研究側重于水域水文、水質、水生生物或流域土地利用等要素, 對流域人類水資源開發利用、水利工程對水生生境干擾、景觀破碎度、主要水污染物排放等影響要素研究不多, 且多集中于內陸地區, 而對于沿海流域的相關研究相對較少。

九洲江從北向南流經廣西陸川縣、博白縣和廣東省廉江市后入海, 屬于北部灣獨流入海水系, 是桂東南和粵西雷州半島地區的主要水源。隨著流域內社會經濟活動加劇, 流域面臨的生態環境威脅日趨嚴重[19], 開展流域內生態健康評價尤為必要。本文參照原環境保護部印發的《流域生態健康評價技術指南(試行)》(環辦函〔2013〕320號), 建立了由水域的生境結構、水生生物、生態壓力和陸域的生態格局、生態功能、生態壓力共6類16項指標構成的綜合評價體系, 使用多指標權重法對九洲江流域開展了流域生態健康評價, 研究成果對今后長期開展九洲江流域生態健康評價提供了技術借鑒, 為九洲江流域水生態、陸域生態環境保護和九洲江流域生態安全維護提供了科學依據。

1 研究區概況

九洲江流域位于廣西玉林市東南部和廣東省廉江市,干流發源于廣西陸川縣沙坡鎮,流經陸川縣、博白縣后在廉江市北部石角鎮流入廣東,至廉江市英羅港黎頭沙入海,河長162 km,流域面積3 337 km2。廣西境內九洲江干流長84 km,集雨面積1 092 km2, 其多年平均水資源量為11.05億m3。九洲江流域4—9月份降水量占全年的70%以上, 多年平均降雨量1 790 mm。流域內水域浮游植物主要為硅藻、綠藻等, 浮游動物主要為橈足類、枝角類和原生動物等, 底棲動物主要為蚌、螺和蜆等[20-22]。根據實地調查和環境統計數據(廣西區生態環境監測中心提供，內部資料), 2016年廣西九洲江流域森林覆蓋率為74.64%, 流域內人口約79.21萬人，流域內工業、城鎮生活、畜禽養殖業化學需氧量排放量分別為226.87、4 286.57和4 872.79 t, 氨氮排放量分別為9.08、472.67和1 921.38 t, 畜禽養殖業為主要水污染源。

圖1 九洲江流域(廣西)地理位置

2 材料與方法

2.1 基礎數據

數據基準年為2016年, 水生態采樣等野外調查時間為2016年6月, 生態系統構成、行業用水量變化評價時段為2005—2015年?；A數據主要包括:(1)基于廣西九洲江流域2005、2015年ALOS衛星10 m空間分辨率遙感影像, 采用人工解譯提取的草地、耕地、林地、水域和城鄉工礦居民用地5類矢量數據;(2)通過陸域生態環境現場調查、水質監測獲取的2016年流域環境要素數據;(3)2017年《陸川年鑒》、《廣西年鑒》博白縣部分和當地環境統計數據、水文資料等(表1～3)。

表1 廣西九洲江流域2005、2015年生態系統構成

2.2 流域生態健康評價

根據《流域生態健康評價技術指南(試行)》, 結合九洲江流域生態環境現狀, 九洲江流域生態健康評價流程主要包括確定評價指標體系與權重、評價指標分級和綜合評價。

表2 采樣點大型底棲動物密度和生物量

表3 采樣點魚類名錄

2.2.1 評價指標體系構建與指標權重 水域生態健康評價指標主要包括生境結構、水生生物和生態壓力3類, 陸域生態健康評價指標主要包括生態格局、生態功能和生態壓力3類。將指標體系劃分為3個層次, 分別為評價對象、指標類型和評價指標, 并明確權重, 如表4所示。

表4 廣西九洲江流域生態健康評價指標體系及權重

2.2.2 評價標準確定 根據九洲江流域現狀, 各分指標的分級標準及其賦值如表5所示。

表5 廣西九洲江流域生態健康評價指標分級標準及賦值

2.2.3 流域生態健康綜合評價 綜合評價流域生態健康分為兩步: 先分別評價流域水域和陸域生態健康的狀態和壓力, 再通過水域和陸域健康指數加權求和, 構建綜合評價指數WHI(以該指數表示各評價單元和流域整體的健康狀況)進行流域生態健康綜合評價。

流域生態健康綜合指數WHI計算公式為

WHI=IWWW+ILWL,

其中:IW為水域健康指數值；WW為水域健康指數權重;IL為陸域健康指數值；WL為陸域健康指數權重。IW和IL分別由各自的二級指標加權獲得。

水域健康指數值計算公式為

陸域健康指數值計算公式為

其中:wi、wj為水域和陸域的二級指標權重,xi′、xj′為二級指標值。

根據流域生態健康評價綜合指數(WHI)分值大小, 將流域生態健康等級分為5級, 分別為“優秀”、“良好”、“一般”、“較差”和“差”, 如表6所示。

表6 廣西九洲江流域生態健康狀況分級

3 結果分析與討論

根據水域和陸域生態健康指數評價結果, 分別加權求和, 計算得到廣西九洲江流域生態健康綜合指數分值如表7、圖2所示。

表7 廣西九洲江流域生態健康評價結果

圖2 廣西九洲江流域水域(a)和陸域(b)生態健康狀況評價結果

根據評價結果, 水域生態健康綜合指數為52.99, 屬“一般”等級；陸域生態健康綜合指數為74.43, 屬于“良好”等級；廣西九洲江流域生態健康綜合指數為65.86, 屬于“良好”等級。

流域內水資源開發利用強度偏高、枯水期徑流量占同期年均徑流量比例低是造成九洲江水域生態健康狀況偏低的主要原因。根據相關資料[23], 廣西九洲江流域地表水資源量年均值為11.05億m3, 地表水資源可利用量為3.87億m3, 可利用率僅為35%, 流域長期面臨水資源偏少, 可利用水資源量不足狀況。2015年, 流域所在的玉林市人均水資源占有量為2 065 m3(按常住人口計算), 為廣西人均水資源占有量的49%, 屬于中度缺水地區, 而九洲江流域人均水資源占有量僅為1 426 m3, 為重度缺水流域。2005—2015年, 流域所在的玉林市人口增加了20.32萬人, 城鎮生活用水量增加了22 391萬m3, 農業用水量增加了11 562萬m3, 但生態環境用水量卻從7 240萬m3下降到284萬m3, 下降了96%。由于流域人類城鎮生活用水和農業用水量迅速增加, 大量擠占九洲江生態環境用水, 導致九洲江枯水期徑流量占同期年均徑流量比例低, 九洲江干流文官水文站斷面河道內生態基流僅為2.53 m3/s, 流域水生態環境極為脆弱。

自然保護地面積占比偏低是九洲江陸域生態健康狀況偏低的主要原因。據統計, 流域內分布有陸川縣縣級飲用水水源保護區3處、風景名勝區1處, 總面積為29.75 km2, 占流域總面積的2.63%, 遠低于廣西禁止開發區和其他生態保護地面積占比17.42%的平均水平, 也低于廣西生態保護紅線面積占比約25%水平。自然保護地面積占比偏低, 人工林面積不斷增加, 野生動植物生境不斷惡化, 嚴重威脅流域內森林生態環境質量和生物多樣性。

4 結 論

(1)廣西九洲江流域生態健康綜合指數為65.86, 屬于“良好”等級。流域內水資源開發利用強度偏高、枯水期徑流量占同期年均徑流量比例低和自然保護地面積占比偏低是威脅廣西九洲江流域生態健康狀況的主要因素;(2)廣西九洲江流域人均水資源占有量僅為1 426 m3, 為重度缺水流域, 2005—2015年城鎮和農業用水大幅增加, 流域干流生態環境用水量下降了96%, 水生態環境受到嚴重威脅;(3)九洲江流域內禁止開發區和其他生態保護地面積占比僅為2.63%, 自然保護地面積偏小對維持區域生態環境質量和生物多樣性帶來不利影響。

根據以上分析, 提出以下建議:(1)推進九洲江上中游水庫和引水工程建設, 提高流域調蓄能力, 增加流域水資源可利用量; 科學規劃流域內產業布局, 提高用水效率和生態環境用水比例。(2)在九洲江干流及騎馬河、寧譚河等主要支流沿岸兩側200 m范圍、飲用水一二級保護區范圍劃定畜禽禁養區, 加大流域產業結構調整力度, 推廣測土配方施肥和流域工業園區清潔生產制度, 持續開展流域面源、點源水污染綜合治理, 確保九洲江水質監測斷面Ⅲ類水質穩定達標。(3)開展流域“資源環境承載能力評價”和“國土空間開發適宜性評價”, 通過生態補償等措施將生態脆弱和敏感地區商品林有序轉換為公益林, 增加流域內自然保護區、水源保護區等禁止開發區和其他生態保護地面積比例到25%左右。