我國水生態系統完整性研究的重大意義、現狀、挑戰與主要任務

孫福紅，郭一丁，王雨春，夏 瑞，張 遠，閆振廣，劉雪松，吳豐昌*

1.中國環境科學研究院，環境基準與風險評估國家重點實驗室，北京 100012

2.中國水利水電科學研究院水生態環境研究所，北京 100038

3.廣東工業大學環境生態工程研究院，廣州 510006

水生態系統完整性研究是當前國際上水生態監測與評價、生態環境綜合治理、水生態系統保護與修復等領域的研究熱點和前沿[1-2].目前，國際上對于水生態系統完整性的定義側重點略有不同，但達成共識的“水生態系統完整性”是指物理、化學和生物完整性的有機整體[3-5].1972年，美國《清潔水法》將“恢復和維持國家淡水水域化學、物理和生物完整性”確定為國家目標[6].Karr等[4]于1981年首次明確提出了生態系統完整性的概念，將其定義為“生態系統能夠支撐或維持生物群落具有平衡性、整體性且適應外界壓力的能力，生物群落應具有自然狀態下的全部群落種類組成、多樣性和功能屬性”.完整性良好的生態系統，具有完整的生物群落結構，包括完整的物種組成、協調的外界環境和過程，同時具有一定的抗性和彈性，可以抵抗自然環境過程或者人類活動的干擾和破壞，擁有良好的自組織和恢復能力[3-4,7].水生態系統完整性研究主要包括完整性監測、評價、退化診斷、模型預測、修復調控等方面.

“十三五”期間，我國水污染防治攻堅戰取得顯著成效，地表水環境質量持續改善.然而，部分流域或局部水生態保護形勢依然嚴峻，存在生物多樣性減少、生境破碎化、部分河湖水生態功能退化嚴重等問題[8-9].在生態文明建設全面推進的新形勢下，如何運用新思路、新理論、新方法保障水生態系統各要素健康發展是未來我國水生態環境保護的重大科技需求.

美國、歐盟、加拿大、澳大利亞、南非等國家或地區先后開展了水生態系統完整性監測與評價，構建了適用于本土流域水生態系統特征的監測與評價技術體系，動態掌握水生態系統完整性狀況及其演變趨勢.在過去幾十年，完整性監測技術、評價方法不斷創新，配套政策也得到了迅速發展，在流域綜合管理實踐中表現出良好的應用效果[2,5].目前我國水生態系統完整性研究起步較晚，基礎薄弱，亟需全面了解國際進展和經驗，切實做好相關技術研發和機理機制研究.該文系統剖析了當前我國流域水生態系統保護現狀與問題，闡述了完整性研究的重要意義，系統總結了完整性研究的國際進展，分析了當前我國完整性研究面臨的機遇和挑戰，系統謀劃未來研究的主要思路與重點任務，旨在為國家重點流域水生態考核與評價提供科技支撐，推動我國水生態環境管理制度邁上新高度，與國際接軌.

1 我國開展水生態系統完整性研究的重大意義

進入“十三五”以來，我國水環境治理力度持續加大，全國及重點流域地表水環境質量改善成效突出，水污染防治攻堅戰取得階段性成果.根據《中國生態環境狀況公報》[10]監測數據顯示：近年來全國地表水水質持續好轉，水質優良(GB 3838?2002《地表水環境質量標準》Ⅰ~Ⅲ類)斷面比例大幅提升，由2015年64.5%提高至2021年的84.9%，劣V類斷面比例大幅下降，由2015年的8.8%降至2021年的1.2%(見圖1).從流域層面上看，重點流域水環境質量狀況普遍好轉，

圖1 全國地表水水質狀況變化(2014—2021年)[10]Fig.1 Changes in the status of national surface water quality of China from 2014 to 2021[10]

以長江流域為例，水質優良斷面比例由2015年的81.8%提高至2020年的96.9%(見圖2)，2020年長江流域全面消除劣V類水質，干流全面達到了Ⅱ類水質，地表水環境質量總體達到歷史最優水平.

圖2 長江流域地表水水質狀況變化(2009?2020年)[10]Fig.2 Changesin the status of surfacewater quality for Yangtze River from 2009 to 2020[10]

在水污染防治工作取得顯著成效的同時，還應看到水生態系統失衡問題依然存在，成為建設“美麗中國”的突出短板和瓶頸問題[8]，主要表現在以下方面：①典型流域水生生物資源普遍面臨嚴峻形勢.部分流域(如長江)水生生物多樣性下降，多種珍稀水生野生動植物瀕危程度加劇，水生物種資源嚴重衰退，已成為影響中國生態安全的突出問題[11].②典型河湖生境狀況發生重大改變.部分流域(如長江)或區域(京津冀地區)天然水生生境面積大幅萎縮，水生生物生存空間被擠占，導致棲息地破碎化，“人魚爭水”問題凸顯，嚴重威脅水生生物生存[12-13].③湖泊富營養化和水華問題突出[14].全國重點湖庫藻類生物量自1980年以來，稍有增加的趨勢，微囊藻水華有逐步北移的趨勢，如擬柱孢藻原適應于亞熱帶區域，近年在華北地區湖庫出現.④典型流域水環境風險依然存在.伴隨經濟快速發展，重金屬、農藥、內分泌干擾物(如全氟化合物及其替代物、新型溴代阻燃劑)等有毒有害物質進入水體，對水生生物安全構成潛在危害[9,15].由于部分污染物特別是新污染物未列入常規水質監測評價，從而忽視了其對水生生物的長短期毒性效應和影響.

當前我國全面進入生態文明建設新時期，水生態環境保護形勢與需求發生重大轉變，守護大江大河，必須著眼更大的格局，從生態系統的整體性和全局性出發[16-17]，根據物理、化學和生物完整性全要素保護需求，統籌管理，系統推動水生態保護與修復工作，維護水生態系統穩定性與可持續發展.

1.1 符合生態文明建設的國家重大需求

水生態系統完整性保護理念符合新時期全面推進生態文明建設的重大需求，是貫徹生態文明建設的有力抓手.“十四五”時期是推動我國水生態環境管理制度從以“水污染防治”為主導向“水生態系統保護修復”轉變的重要階段，強調水生態系統整體保護、促進水生態系統質量全面改善是未來我國水生態環境保護的重點方向和任務[8].因此，全面加快流域水生態系統完整性科學研究刻不容緩，亟需系統開展完整性監測、評價、退化診斷與修復調控相關研究，促進水生態系統健康發展.

1.2 有助于實現多要素綜合評價水生態系統質量狀況

水生生物是水生態系統的主體，健康完整的水生態系統是生物與維護其生存的各環境要素達到和諧共生、穩定發展的狀態.長期以來，我國水質監測評價與治理目標主要以總磷、COD等常規理化指標為主，無法綜合反映水生態系統健康狀況.以長江流域為例，近年來長江水質改善顯著(見圖2)，但受氣候變化、水利工程等長期累積影響，流域水生態功能退化嚴重，生物完整性指數到了最差的“無魚”等級，因此如何準確評價水生態系統質量狀況成為亟待解決的科學問題.用完整性來表征水生態系統健康狀況，是把物理、化學、生物完整性及其生態過程和影響因素作為一個系統來整體考慮，從物種、種群、群落、生態系統到景觀水平開展多尺度要素綜合評價，有助于全面反映水生態系統質量狀況.

1.3 有助于科學解析水生態系統退化成因與復雜機制

水生態系統退化成因復雜，如氣候變暖、棲息地喪失、水文情勢改變、環境污染、物種入侵等，各脅迫因素存在交互作用，會產生協同、拮抗及加和作用，對生物多樣性產生復雜影響[18]，給流域水生態系統保護修復帶來較大難度，如何準確解析水生態系統復雜退化成因及其貢獻是影響修復效果的關鍵.目前，定量解析多種脅迫因素對流域水生生物群落結構與功能交互影響的研究已成為國際熱點[19-20].完整性研究是從水生態系統的物理、化學和水生生物多要素出發，識別自然與人類活動多重環境壓力下的復雜退化機制與關鍵驅動因子，為流域水生態系統保護與修復提供有力的科學依據和目標，有助于實現精準治污、科學治污、系統治污.

1.4 有助于提升我國水生態環境管理與治理能力現代化水平

維護和提升水生態完整性已成為國際上許多國家水生態系統管理策略，穩固水生態環境質量改善成效是我國“十四五”期間的重要任務和發展目標，亟需尋求更加完善的管理理念和治理模式.系統開展完整性相關研究是實現這一目標的有力支撐，能夠實現水生態管理制度由單一水質理化參數向多指標、多要素、多尺度的完整性監測評估體制轉變，為水生生物多樣性恢復、流域綜合治理和保護修復提供指導，具有極其重要的科學價值.完整性監測與評價將逐步成為我國未來水生態環境管理的核心和基礎，促進我國水生態環境管理制度現代化建設，與國際接軌.

2 國際水生態系統完整性研究進展

從20世紀80年代開始，美國、歐盟、澳大利亞、南非等國家或地區先后開展了完整性監測與評價的國家項目，從物理、化學和水生生物完整性角度綜合評估國家河流(溪流)、湖泊(水庫)的完整性狀況，完整性監測與評估技術得到不斷完善，主要體現在以下方面：①監測技術從傳統分類學發展到現代分子生物學手段，提高了水生態監測效率和精度[21].②評價指標由水質理化指標，逐步拓展到涵蓋物理生境、理化、水生生物、水文水動力等多指標體系，水生生物完整性指標從群落組成向生態系統水平發展，生態系統功能、食物網和景觀等指標日益得到重視[22].③評價方法從生物指數法、指示生物法發展到生物完整性指數法(F-IBI，D-IBI，B-IBI)[23-24]、多指標綜合評價(MMI)[25]等，統計和模型預測得到應用.④完整性評價對象也從單一河流發展到流域尺度[5].美國和歐盟較早地開展了完整性評價研究并形成了較為成熟的技術方法，該文著重介紹美國和歐盟完整性評價相關進展，以期為我國完整性研究提供思路、方向和經驗指導.

2.1 美國水生態系統完整性研究進展

為支撐《清潔水法》，美國EPA制定并頒布了一系列水生態系統完整性監測評價的法令法規和標準.1999年，美國EPA制定了《可涉水河流和溪流快速生物評價方案(第二版)》[26]，提出了河流和溪流中著生藻類、大型底棲無脊椎動物和魚類調查的標準方法及質控措施，并對棲息地質量進行評估，該方案提出了生物數據分析的多指標評價法，即基于生物完整性指數法(IBI法)進行水生態狀況評價.2006年，美國EPA出版了《不可涉水河流和溪流生物評價概念及方法》[27]，規定了大型河流中藻類、大型底棲無脊椎動物和魚類調查標準方法，并著重強調對物理生境(水深、浸濕寬度、蜿蜒度、坡度、河岸穩定性)的監測評估，同時對調查數據分析、整合和評估有了更具體的規定.

在標準化的技術方法支撐下，美國EPA開展了多項國家水生態調查項目，定期評價水生態系統健康狀況.目前，美國正在實施的水生態調查項目為國家水生資源調查項目(NARS)，2007年開始執行，以5年為一個周期，旨在調查評估國家河流(溪流)、湖泊(水庫)、沿海水域以及濕地水生態系統完整性狀況.該文詳細總結了美國近期開展的河流和湖泊評價項目，結果分別如表1和表2所示.

2013?2014年，NARS項目對美國1 853條河流和小溪開展了水生態調查與評價[28]，評價結果(見表1)顯示：①水生生物狀況.選擇了大型底棲無脊椎動物和魚類作為評價指標，生物狀況良好的河長占比為30%，生物狀況一般的河長占比為26%，生物狀況較差的河長占比為44%；其中，底棲動物和魚類為良好狀態的河長占比分別為30%和26%，與2008?2009年的調查結果相比，魚類良好狀況比例下降了8.3%.②物理生境狀況.選擇了魚類棲息地、河岸帶植被覆蓋度、河床沉積物和河岸帶人類擾動4項參數進行評價，各參數為良好狀況的河長占比分別為64%、58%、52%和29%.③化學污染狀況.總氮和總磷狀況良好的河長比例分別為32%和18%，與2008?2009年的調查結果相比，分別下降了6.4%和17%.

表1 2013—2014年美國國家河流、溪流評估項目(NRSA)采用的評價指標及評價結果[28]Table 1 Evaluation indicators and resultsin 2013-2014 National Rivers and Streams Assessment of USA[28]

2012年，NARS項目對美國1 038個湖泊、水庫和池塘的水生態狀況進行了調查[29]，評價結果(見表2)顯示：①水生生物狀況.31%的湖庫中大型底棲無脊椎動物群落受到嚴重干擾，21%的湖庫中浮游動物群落受到嚴重干擾，退化的種群主要是小型水生生物(如腹足類和蜉蝣).②物理生境狀況.岸帶植被覆蓋和生境復雜度受到最大干擾的湖庫占比分別為28%和29%，水位波動異常的情況顯著改善，受水位干擾最小的湖庫占79%，比2007年提高42%.③營養鹽狀況.受總氮和總磷嚴重干擾的湖庫分別占35%和40%.④營養狀況.根據葉綠素a濃度進行評估，重度營養型、富營養型、中營養型和寡營養型湖庫占比分別為21%、34%、35%和10%.⑤微囊藻毒素.39%的湖庫中檢出了微囊藻毒素，檢出率比2007年提高了9.4%.

表2 2012年美國國家湖泊評估項目(NLA)采用的評價指標及評價結果[29]Table 2 Evaluation indicators and resultsin 2012 National Lakes Assessment of USA[29]

2.2 歐盟水生態系統完整性研究進展

2000年，歐盟頒布《水框架指令(2000/60/EC)》(WFD)[30]，提出了流域綜合管理新理念，旨在促進所有水域達到良好狀態，實現水資源可持續利用.WFD規定：良好的地表水狀況是指地表水體的生態狀況和化學狀況同時達到良好及以上水平.WFD規定地表水生態狀況評價參數主要為水生生物、水文地貌和物理化學三大類[30].根據生物、水文形態和物理化學質量要素評估結果，地表水生態狀況分為極好、良好、

中等、較差、極差5個等級，并針對支持或維護生物生存環境的水文、物理和化學條件采取相應的治理措施，從根本上滿足動植物保護及水資源可持續利用的需求.對于生物質量要素來說，河流水生態狀況評價采用的是大型底棲無脊椎動物和魚類，以及沉水植物或其他大型維管束植物中至少一種，湖泊水生態狀況評價則采用浮游藻類.良好的地表水化學狀況是指“地表水中的所有優先污染物濃度不超過歐盟優先污染物水環境質量標準(2013/39/EU)[31]中規定的標準值，且不超過其他歐共體相關法律設定的環境質量標準值”.化學狀態采用“達到良好狀態”和“未達到良好狀態”兩級進行評價，如果所有污染物均符合環境質量標準，則該水體的化學狀況為良好.

2018年，歐盟環境署(EEA)發布了《歐洲水域現狀和壓力評估》[32]報告，評價了111 072個水體，結果顯示：大約40%的地表水(河流、湖泊、過渡和沿海水域)處于良好或極好的生態狀態或潛力，4%的水體缺乏水生態狀況或潛力信息；38%的地表水體處于良好的化學狀況，46%的水體沒有達到良好的化學狀態，16%的水體化學狀況不清；大部分國家的主要超標污染物是汞、多環芳烴(PAHs)、鎘、鎳和鉛.壓力因子分析結果顯示，水文地貌改變對水生態狀況影響最大，影響了40%水體的水生態狀況，擴散源污染、大氣沉降、點源污染和取水工程分別影響了約38%、38%、18%和7%水體的水生態狀況.

3 我國水生態系統完整性研究進展與現狀

經過近10年的積極探索，我國已具備了一定的水生態監測能力，初步開展了水生態完整性評價相關研究，積累了一定的水生態監測數據和寶貴經驗，為在長江流域乃至全國范圍內開展水生態系統完整性監測與評價奠定了良好的基礎.

3.1 完整性監測技術發展

近年來，我國完整性監測技術得到迅速發展，形成了很好的技術儲備.2020年，水利部發布了《河湖健康評價指南(試行)》(第43號)[33]，采用“水”“盆”“生物”與“社會服務功能”4個準則層對河湖健康狀態進行評價，并提出了統一的監測技術規范.2020年，生態環境部發布了《河流水生態環境質量監測與評價技術指南(征求意見稿)》《湖庫水生態環境質量監測與評價技術指南(征求意見稿)》(環辦標征函〔2020〕49號)[34]，分別規定了河流、湖泊水生態環境質量監測評價要素(包括水環境質量、生境和水生生物)，選取大型底棲無脊椎動物與著生藻類作為河流水生態監測要素，選取底棲動物、浮游藻類、浮游動物和大型維管束植物作為湖泊水生態監測要素，并對每一要素的監測技術進行了詳細闡述.近年我國環境DNA技術也得到快速發展，該技術可用于監測特定流域生物多樣性、群落結構和組成的變化情況，具有高重復性、高時空分辨的優勢[21].

3.2 完整性評價技術發展

我國在完整性評價方面也積累了一定的研究基礎和工作成果.2013年，原環境保護部印發《流域生態健康評估技術指南(試行)》(環辦函〔2013〕320號)[35]，將評估指標分為6類17項，其中水域生態健康評估采用了生境結構、水生生物和生態壓力3類指標；陸域生態健康評估采用了生態格局、生態功能和生態壓力3類指標.生態環境部發布的《河流水生態環境質量監測與評價技術指南(征求意見稿)》《湖庫水生態環境質量監測與評價技術指南(征求意見稿)》(環辦標征函〔2020〕49號)[34]，從水環境質量、生境、水生生物三方面評價水生態環境質量狀況，規定了相關指數的計算方法及評價等級[34].水利部發布了《河湖健康評估技術導則》(SL/T 793?2020)，采用水文完整性、化學完整性、形態結構完整性、生物完整性與社會服務功能可持續性五大類共計27項指標對河湖的健康狀況進行評價[36].2021年，農業農村部發布《長江流域水生生物完整性指數評價辦法(試行)》(農長漁發〔2021〕3號)[37]，采用魚類狀況指數、重要物種指數與生境狀況指數三大類14項必選指標對長江水生生物完整性狀況進行評估，并提出浮游生物狀況指數等五大類16項參考指標供有條件的區域選擇使用.地方管理部門也出臺了相關的評價技術規范，如北京市市場監督管理局印發了《水生態健康評價技術規范》(DB11/T 1722?2020)[38].

3.3 流域水生態特征基礎調查

目前，我國學者已在長江、松花江和遼河等流域開展了完整性監測與評價相關研究.世界自然基金會聯合中國科學院水生生物研究所等單位共同發布了《長江生命力報告2020》[13]，從水生態、水環境與水文三方面評估了長江干流(上、中、下游)與四湖(洞庭湖、鄱陽湖、巢湖、太湖)的水生態系統健康狀況，由好到差劃分為A、B、C、D、E五級.評價結果顯示：長江流域健康狀況呈現區域差異性，干流總體生命力狀況等級為B-，其中源頭區為A，上游區和下游區為B-，中游區為C；洞庭湖與鄱陽湖為C，太湖為D，巢湖則為D-.中國環境科學研究院通過長期研究揭示了遼河流域魚類、大型底棲無脊椎動物和著生藻類的河流縱向梯度變異規律，闡述了區域景觀格局、水文生境、水環境要素對水生生物安全的影響[39].中國環境監測總站、生態環境部長江流域生態環境監督管理局等單位開展了長江、黃河、淮河和海河等重點流域水生態狀況調查監測試點工作.此外，北京、江蘇、浙江等地方管理部門也先后組織開展了水生態特征調查相關工作.

4 問題與挑戰

4.1 典型流域水生態系統本底、現狀與演變規律不清

我國地域規模宏大，氣候、地質、水文特征等區域差異顯著，造就了類型多樣的水生態系統.目前，典型重點流域水生態系統本底特征與現狀不清，演變規律不明.以長江流域為例，自西向東跨越中國地勢的三級階梯，氣候、地理、地貌條件的多樣性和復雜的江湖關系決定了長江源頭區、上游、中游、下游和河口區具有復雜多樣的生態系統特征.已有研究針對長江部分區域的水生態系統特征開展了調查，如在長江中游干流江段(宜昌、荊州等)調查了以輪蟲、橈足類、枝角類為代表的浮游動物空間分布特征[40]，分析了長江流域大型底棲無脊椎動物、水生維管植物多樣性的時空格局[41-42]等.但總的來說，水生態調查數據零散，缺乏系統的水文、水動力、物理生境及多種類水生生物的長期數據積累.

4.2 水生態系統完整性監測技術待完善

長期以來，我國水質評價與考核以理化指標為主，采用傳統手工采集-實驗室檢測相結合的形式.相比之下，水生生物、遙感解譯、分子生物學等監測能力亟需進一步提高.目前我國水生生物分類和鑒定主要以人工顯微鏡觀察為主，周期長、耗時耗力，亟需研發高特異性、高靈敏度的水生生物監測新技術；尚缺少魚類、底棲生物和浮游藻類等監測技術規范，亟待從樣品采集、保存、運輸、檢測、質控等方面制定統一的技術流程；現有研究多關注浮游生物、底棲動物和魚類等類群，可嘗試開展基于食物網結構的多營養級生物監測；此外，亟待研發物理完整性指標(如土地利用方式、岸帶植被狀況、河道寬度等)的監測技術.

4.3 缺乏水生態系統完整性評價指標與方法

水生態系統是一個組織結構復雜龐大，且物理、化學和水生生物多要素相互影響的整體.水生生物狀況是衡量水生態系統完整性的最有力指標，當一條河流或湖泊的生物狀況良好時，其化學污染水平和物理生境通常也會處于良好狀態.我國水質評價工作主要以《地表水環境質量標準》(GB 3838?2002)為基本依據，對水生生物組成、物理生境等因素考慮不足，不能滿足水生態整體保護與系統修復的重大需求.當前，我國尚未完全建立水生態系統完整性評價與考核制度，缺乏物理、化學和水生生物完整性指標和綜合評價方法.

4.4 水生態系統退化與修復機制復雜

水生態系統退化受多種因素共同影響，過程復雜，揭示其退化機制和調控途徑是當前學科前沿.20世紀70年代起，科學家普遍關注水文、水質等單一要素對生態系統的影響，如氮磷過量輸入造成湖泊生物群落失衡、連通性改變影響水生生物棲息地適宜性等.目前對于水生態系統退化拐點的認識不統一，如何解析其耦合機制、甄別自然變化和人類活動對完整性退化的貢獻仍是重大挑戰[20].目前完整性退化與調控研究存在的難點主要包括：①全球變暖背景下，多因子共同作用對水生態系統過程和功能的影響機理尚不清楚.②缺乏定量的多途徑綜合解析水生態系統退化成因的技術方法或理論模型.③缺乏從生態系統角度對生態系統退化的臨界閾值識別技術研究，制約了水生態保護修復和綜合治理長期成效.

5 未來完整性研究的主要思路與重點任務

完整性研究對于流域水生態系統整體保護與協同治理具有重要的指導意義，當前我國完整性研究尚處于起步階段，亟需進一步明確未來發展思路與重點任務，在借鑒歐美發達國家的完整性監測與評價技術方法的基礎上，建立具有中國特色的水生態系統完整性評價、診斷與調控技術體系.

5.1 著力提升現代化水生態監測技術能力

借鑒國內外技術經驗，研發現代化、高效快速的水生態監測技術(如環境DNA技術)，動態監測水生生物(如魚類、大型底棲無脊椎動物等)種群變化特征；進一步完善遙感技術在物理生境、水文情勢調查中的應用；針對物理生境、典型新污染物、水生生物等不同類型指標，逐一形成監測技術規范，建立標準化、規范化的技術流程與質控方法，保證結果的準確性、有效性和可比性；研發預報預警智慧管理平臺，提升完整性監控預警與智能化管理技術水平，建成國家或地方統一的水生態系統完整性監測網絡體系和預報預警平臺.

5.2 創新發展多尺度水生態系統完整性評估理論

選擇代表性河流、湖泊水體，辨識水生態系統“個體?種群?群落?生態系統”多層次生態響應關聯性，探討不同指標對外界干擾的指示作用，識別關鍵壓力因子并篩選敏感性指標，提出基于物理、化學、生物多要素，種群、群落、生態系統多層次，并且體現區域差異性的完整性指標體系.此外，完整性指標的基準與閾值是評價的關鍵環節，建立物理、化學和生物完整性指標的閾值確定技術，提出以本土生物為保護目標的完整性指標基準值，建立分類、分區、分級的完整性綜合評價方法，形成完整性評價技術規范，支撐國家重點流域水生態考核業務化工作，豐富水生態系統完整性發生、演變及穩定維持的科學認知.

5.3 定期評估典型流域水生態系統完整性狀況

定期開展典型流域完整性狀況調查與評估，調查魚類、底棲動物、浮游藻類和浮游動物等物種組成、分布和種群數量，重點關注珍稀瀕危、特有物種監測，對水生生物受威脅狀況、生境水文、化學污染等進行全面評估，明確亟需保護的物種和重要區域，掌握各類型水生態系統的主要指示性生物、珍稀物種名錄及其空間分布特征，明晰水生態系統完整性的區域差異特征，掌握一手水生態數據，摸清水生態家底，建立典型流域水生態系統完整性數據庫.健全完善水生態考核配套機制，逐步實現水生態管理制度由單一理化指標到多要素綜合的完整性評估體制轉變.

5.4 構建完整性退化診斷和機制解析技術體系

系統分析人類活動(水利工程、水污染等)與自然變化對典型水生態系統特征動態演化的驅動過程，通過機理模型與大數據分析有機融合，創新發展完整性退化診斷技術體系，解析并識別代表性水體完整性退化特征差異及其關鍵影響因子；綜合建立完整性退化與氣候變化、水工程建設、生境變化、水質惡化等過程的復雜內在關系，揭示氣候變化和人類活動復雜影響下完整性退化成因與機制；構建多過程、多尺度嵌套的水生態系統完整性模擬預測方法與耦合模型，揭示不同尺度水體“水文-水動力-水質-水生生物”的多過程耦合與交互影響機制.

5.5 突破完整性修復與調控技術新模式

水生態保護修復應立足生態系統整體性和流域系統性，遵照生態系統各要素的內在作用關系與規律，探索水生態系統保護修復新思路、新理念.將水生態系統物理、化學和水生生物各要素作為整體，以河湖為統領，統籌水環境、水生態、水資源，聚焦突出問題，加強上下游、左右岸、河湖關系的系統保護和協同治理[43-44]，建立完整性修復與調控技術新模式.識別不同類型水生態系統退化彈性閾值與主要調控路徑，突破物理、化學和水生生物完整性修復調控關鍵技術，研究典型流域水生態完整性狀態對環境壓力因子的響應規律與機制，明晰完整性修復的主要調控因子與閾值區間，解決多重壓力下退化水生態系統修復路徑、決策優化及綜合監管技術瓶頸，因地制宜提出保護修復策略.

6 結論

a)“十三五”以來，全國重點流域地表水環境質量穩中向好，但改善成效尚不穩固，部分流域水生態系統退化狀況嚴峻.在生態文明建設新需求下，我國水生態環境管理理念向水資源、水環境、水生態多要素統籌轉變，完整性研究對于流域水生態系統整體保護與協同治理具有重要的應用價值和指導意義，亟需進一步深入開展水生態系統完整性相關研究.

b)水生態系統完整性研究已成為國際熱點和前沿領域，美國、歐盟、加拿大和澳大利亞等國家或地區先后開展了長期的完整性監測評價國家項目，從物理、化學和水生生物完整性多要素入手，綜合評價流域水生態系統完整性狀況及其演變趨勢.

c)我國水生態系統完整性研究應在以下方面加強：創新發展多尺度流域水生態系統完整性評估理論，構建物理、化學和水生生物多要素耦合的以及適合流域特征的完整性指標與評價方法；加大完整性監測與評價技術規范研究力度，制定并發布相關技術標準；評估典型流域完整性狀況，摸清水生態家底，推動流域水生態系統完整性管理制度常態化；創新完整性退化診斷新技術體系，揭示流域水生態系統退化成因及復雜交互作用；突破流域綜合治理與完整性修復調控新技術模式，提出水生態系統保護修復策略，堅持“一湖一策”“一河一策”，推進河湖生態系統功能恢復，實現精準治污、科學治污，探索研究典型流域水生態系統完整性管理辦法和配套措施，支撐“十四五”水生態系統保護、協同治理新思路.