河流健康及其水生生物評價方法研究

王興順 張喜

摘? 要：河流健康是目前河湖管理工作中的熱點之一，該文首先介紹河流健康的概念，認(rèn)為河流健康不僅是基于生態(tài)完整性意義上的自然屬性健康，而且需要考慮河流社會服務(wù)功能的實現(xiàn)，并具有一定時空尺度上的差異性。針對這樣的概念理解，對國內(nèi)外主要河流健康評價指標(biāo)體系進(jìn)行綜述，然后對河流健康評價的水生生物評價方法進(jìn)行探討。對于我國河流健康領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀，認(rèn)為應(yīng)當(dāng)建立與我國流域特點和一定評價尺度相適應(yīng)的河流健康評價指標(biāo)、方法和標(biāo)準(zhǔn)，水生生物評價和監(jiān)測方面的研究和應(yīng)用應(yīng)當(dāng)加強。

關(guān)鍵詞：河流健康；評價方法；水生生物；RIVPACS；IBI

中圖分類號：X824? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2024）05-0149-04

Abstract： At present， river health is one of the hotspots in river and lake management. this paper first introduces the concept of river health， and thinks that river health is not only based on natural attribute health in the sense of ecological integrity， but also needs to consider the realization of river social service function， and has the difference on a certain time and space scale. In view of this concept understanding， the main river health evaluation index systems at home and abroad are summarized， and then the aquatic biological evaluation methods of river health assessment are discussed. With regard to the current research situation in the field of river health in China， it is considered that river health evaluation indicators， methods and standards adapted to the characteristics of river basins and certain evaluation scales should be established， and the research and application of aquatic biological evaluation and monitoring should be strengthened.

Keywords： river health; evaluation method; aquatic organism; RIVPACS; IBI

自古以來，人類文明的發(fā)展和演替均具有明顯的河流趨向性特征，河流對于人類的生存和發(fā)展至關(guān)重要。河流是全球水循環(huán)過程的重要環(huán)節(jié)，在維系地球水循環(huán)和能量平衡、影響氣候變化，以及推動生態(tài)發(fā)展方面發(fā)揮極其重要的作用[1]。但近幾十年來，由于人類活動過多的不合理干預(yù)，部分河流出現(xiàn)了斷流、水質(zhì)惡化、生物多樣性降低等一系列水生態(tài)和水環(huán)境問題。

隨著水環(huán)境問題及其嚴(yán)重影響的日益凸顯，人們逐步提出了河流健康的概念，并建立了相關(guān)的評價指標(biāo)和體系。本文綜述了這一研究領(lǐng)域的主要研究成果，并著重論述了水生生物評價方法在其中的應(yīng)用。

1? 河流健康

1.1? 河流健康的概念

由于很多河流水環(huán)境問題是由人類活動本身造成的，這促使人們開始從生態(tài)系統(tǒng)本身而不僅僅是人類自身利益出發(fā)重新審視河流，伴隨生態(tài)系統(tǒng)健康概念的出現(xiàn)，學(xué)者們針對河流生態(tài)生態(tài)系統(tǒng)提出了河流健康的概念[2-3]。但直到今天，河流健康依然是個比較新的領(lǐng)域，而且側(cè)重角度和時空尺度也有很大差異性，對于這一概念并沒有一個統(tǒng)一的定義。

1972年美國的《清潔水法》被普遍認(rèn)為是第一個給予河流健康定義的，該法案提出河流健康的標(biāo)準(zhǔn)包括物理、化學(xué)和生物的完整性，這里的完整性是指維持生態(tài)系統(tǒng)的自然結(jié)構(gòu)和功能所對應(yīng)的狀態(tài)[4]。以該定義為起點，許多學(xué)者陸續(xù)提出了類似的觀點，從幾乎純生態(tài)的意義上定義了河流生態(tài)系統(tǒng)自然屬性方面的健康。Karr等[5]將河流健康定義為河流物理、化學(xué)、生物和生物棲息地與自然狀態(tài)下的匹配程度。

但任何的研究都繞不過人類價值這一目標(biāo)，河流健康的概念也逐漸加入了社會、經(jīng)濟、文化等社會服務(wù)功能的考慮。Fairweather[6]給出的河流健康定義是飽含生命力、活力、功能完整的健康狀態(tài)，并在一定程度上適度考慮公眾的環(huán)境期望。澳大利亞的河流健康委員會所定義的健康河流表現(xiàn)為與河流所處環(huán)境、社會、經(jīng)濟特征相適應(yīng)，并包含社會公眾的期望[7]。劉昌明等[8]將河流健康定義為人類對河流生存狀態(tài)和河流功能發(fā)揮的認(rèn)可程度；同時需要考慮維持河流自然功能的需要和相關(guān)區(qū)域人類生存和發(fā)展的需要。前者保持了人類未來的可持續(xù)發(fā)展需要，后者是維護河流健康就的實際意義所在。董哲仁[9]認(rèn)為河流健康不是嚴(yán)格意義上的科學(xué)概念，而是一種河流管理的評估工具。

綜合來看，河流健康不僅表現(xiàn)為生態(tài)完整性意義上的自然屬性健康，而且需要適度考慮其社會服務(wù)功能，并具有一定時空尺度上的差異性。

1.2? 河流健康評價

隨著河流健康概念的深入和發(fā)展，逐步出現(xiàn)了各種對河流健康進(jìn)行評價的指標(biāo)體系，根據(jù)評價內(nèi)容的不同，可分為以下幾個方面。

1.2.1? 物理化學(xué)評價

如美國OWQI指標(biāo)（Oregon Water Quality Index）包括：溶解氧、pH、溫度、生化需氧量、氨態(tài)氮和硝態(tài)氮、總磷、總懸浮物，以及大腸桿菌8項水質(zhì)指標(biāo)[4]。

1.2.2? 生物棲息地評價

其主要是評估河流的物理和化學(xué)條件、水文條件、河流地貌學(xué)特征等對于生物群落的適宜程度，如美國環(huán)境署提出的《快速生物評估草案》RBP。

1.2.3? 水文評價

其主要考慮生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)和水文要素的相關(guān)關(guān)系，包括基流、維持水質(zhì)需要水流、維持生物群落需要的水文和水動力學(xué)條件等。

1.2.4? 水生生物評價

水生生物的生理功能、種群密度、種類豐度、群落結(jié)構(gòu)與功能等均受到水生態(tài)系統(tǒng)變化的影響，水生生物的生物學(xué)、生態(tài)學(xué)、生理學(xué)特征反過來可以成為表征水體狀況好壞的指標(biāo)[10]。于是，生物評價在河流健康評價中得到了廣泛的應(yīng)用。如英國的“河流無脊椎動物預(yù)測與分類系統(tǒng)”（River Invertebrate Prediction and Classification System，RIVPACS）[11]和“澳大利亞河流評估系統(tǒng)”（Australian River Assessment System，AUSRI-VAS）[12]。

河流健康的各種指標(biāo)只是從一個側(cè)面反映了河流系統(tǒng)健康的程度，隨著人們對于河流健康的重視程度不斷提高，對河流健康管理的需求增強，逐漸傾向于更加全面的評估河流健康狀況，綜合指標(biāo)體系得以廣泛應(yīng)用。RCE綜合評價指標(biāo)體系包含了河岸結(jié)構(gòu)、河岸帶完整性、沉積物、河床條件、水生植被完整性和魚類保有情況等16項指標(biāo)[13]；ISC綜合評價指標(biāo)體系涵蓋了水文學(xué)、形態(tài)學(xué)、河岸帶狀況、水質(zhì)及水生生物5等方面共19項評價指標(biāo)[14]；國內(nèi)的健康長江評價指標(biāo)體系包括自然河流形態(tài)、防洪能力、水資源開發(fā)利用能力、生態(tài)環(huán)境狀況4個方面的22個指標(biāo)[15]；健康珠江評價指標(biāo)體系包括河流形態(tài)、生態(tài)功能、社會服務(wù)、社會影響4個方面的14個指標(biāo)[16-17]。

2? 河流健康的水生生物評價方法

由于水生生物對河流系統(tǒng)變化有比較明顯的生態(tài)響應(yīng)，水生生物的生物學(xué)、生態(tài)學(xué)、生理學(xué)特征可以對河流健康狀況有較好反映。有研究表明，水生生物群落可以綜合表征不同時空尺度上各種化學(xué)、生物和物理影響，生物群落的結(jié)構(gòu)和功能特征能夠反映包括化學(xué)物污染、物理生境的消失和片斷化、外來物種入侵、水資源過量開發(fā)、河岸植被帶破壞等所造成的水質(zhì)惡化[18]。

水生生物評價方法多以魚類、藻類及無脊椎動物為監(jiān)測和研究對象，比較典型的方法有河流無脊椎動物預(yù)測與分類系統(tǒng)（RIVPACS）[19]和生物完整性指數(shù)（IBI-Index of Biotic Integrity）[20]。

2.1? 河流無脊椎動物預(yù)測模型與分類系統(tǒng)（RIVPACS）

該模型是英國的Wright等人提出的，通過環(huán)境變量來預(yù)測該區(qū)域無脊椎動物的分布，然后通過無脊椎動物的預(yù)測值與實際監(jiān)測值對比分析，評估河流的健康狀況。英國基于此模型建立了河流生物監(jiān)測體系，澳大利亞以此方法為基礎(chǔ)，結(jié)合本國特點，發(fā)展了適合本國的方法AUSRIVAS，并于1992年使用該方法對澳大利亞河流的健康狀況進(jìn)行了監(jiān)測和評價。

由于我國的地形地貌、氣候條件、地質(zhì)條件和國外有著較大差異，導(dǎo)致環(huán)境變量有一定差異，同時水生生物分布具有明顯的地域差異，國外的水生生物種類與我國存在較大差異，即使是同一個屬，屬內(nèi)的物種很可能也大不相同[21]，RIVPACS在國內(nèi)的實際應(yīng)用較少。

2.2? 生物完整性指數(shù)（IBI）

IBI是Karr在1981年提出的，通過分析魚類的組成、分布、種群特征，以及敏感種、固有種和外來種等方面變化，實現(xiàn)水體生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)的評估，共采用12項指標(biāo)和6級評分方法，然后根據(jù)最后得分對河流進(jìn)行生態(tài)完整性評級，并以生態(tài)完整性反映河流的健康程度。其指標(biāo)評分標(biāo)準(zhǔn)見表1[22-24]，得分區(qū)間[57～60]、[48～57）、[39～48）、[0～39）分別劃分為極好、好、一般、差4個等級。

生物完整性指數(shù)（IBI）在河流健康評價中得到了廣泛應(yīng)用，最初用魚類進(jìn)行評價，后來又?jǐn)U展到了其他水生生物，如大型底棲無脊椎動物、浮游生物和高等維管束植物等，并進(jìn)行了改進(jìn)和發(fā)展[25-28]。其中，魚類完整性指數(shù)（F-IBI，F(xiàn)ish-IBI）和底棲動物完整性指數(shù)（B-IBI，Benthic-IBI）就是其中的典型代表。

有學(xué)者利用魚類完整性指數(shù)對長江中上游健康狀況進(jìn)行了評價，根據(jù)長江漁業(yè)資源動態(tài)監(jiān)測網(wǎng)2003—2008年的監(jiān)測數(shù)據(jù)，采用Karr提出的、Fausch等修訂的包括12項指標(biāo)的評價體系，根據(jù)長江魚類區(qū)域組成特征，列出待選指標(biāo)并結(jié)合調(diào)查結(jié)果進(jìn)行篩選，初步建立了適合長江中上游及附屬湖泊的FIBI評價指標(biāo)體系，得出長江中上游大多數(shù)站位魚類完整性評價結(jié)果為“一般”等級[29-30]。

3? 結(jié)束語

國外經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已經(jīng)形成了大量的河流健康的評價指標(biāo)體系，很多國家更是制定了基于本國河流特點的評價體系。

目前，河流健康評價工作已經(jīng)成為解決各種河流水生態(tài)環(huán)境問題的重要環(huán)節(jié)，日益成為河湖管理的重要手段。我國于2020年發(fā)布了SL/T 793—2020《河湖健康評估技術(shù)導(dǎo)則》，河流健康研究領(lǐng)域取得長足發(fā)展，但依然大大落后于現(xiàn)實需求，并存在較大地區(qū)性差異。可能存在的不足和需要加強的研究方向：①研究適合我國特點的、基于不同時空尺度和地域特點的指標(biāo)體系、評價標(biāo)準(zhǔn)和評價方法；②河流健康評價多以物理化學(xué)指標(biāo)和傳統(tǒng)水文要素為主，水生生物評價方法研究和應(yīng)用不足，基礎(chǔ)生物監(jiān)測資料缺乏。

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