金小偉，王業(yè)耀，王備新，許人驥，陰 琨，劉 娜，呂怡兵，劉廷良

1.中國環(huán)境監(jiān)測總站，國家環(huán)境保護(hù)環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量控制重點實驗室，北京 100012 2.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)昆蟲系，江蘇 南京 210095 3.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)水資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100083

我國流域水生態(tài)完整性評價方法構(gòu)建

金小偉1，王業(yè)耀1，王備新2，許人驥1，陰 琨1，劉 娜3，呂怡兵1，劉廷良1

1.中國環(huán)境監(jiān)測總站，國家環(huán)境保護(hù)環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量控制重點實驗室，北京 100012 2.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)昆蟲系，江蘇 南京 210095 3.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)水資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100083

流域水生態(tài)完整性評價是指通過對水生態(tài)系統(tǒng)中不同水生態(tài)指標(biāo)(生物和非生物)的監(jiān)測以及由數(shù)學(xué)方法綜合形成的綜合評價指數(shù)，來反映水生態(tài)系統(tǒng)完整性狀況。近年來，世界各國水環(huán)境管理政策發(fā)生了變化，開始強(qiáng)調(diào)生態(tài)保護(hù)，重視水體的生態(tài)質(zhì)量。中國現(xiàn)行的常規(guī)理化監(jiān)測指標(biāo)(如COD、氨氮、BOD5)很難滿足水環(huán)境管理的需求，難以全面準(zhǔn)確地反映水環(huán)境質(zhì)量變化的趨勢。因此，在借鑒歐美發(fā)達(dá)國家流域水生態(tài)完整性評價方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合中國目前監(jiān)測現(xiàn)狀以及流域水環(huán)境管理需求，構(gòu)建了包括物理生境指標(biāo)、理化指標(biāo)、水生生物指標(biāo)在內(nèi)的流域水生態(tài)完整性監(jiān)測與評價方法，以期為中國流域水質(zhì)目標(biāo)管理技術(shù)體系的業(yè)務(wù)化運(yùn)行提供可資借鑒的技術(shù)支撐，實現(xiàn)從單一的化學(xué)指標(biāo)監(jiān)測轉(zhuǎn)向綜合的水生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測，實現(xiàn)流域水生態(tài)完整性的監(jiān)測與評價。

生物監(jiān)測；生態(tài)完整性評價；流域管理；水生態(tài)環(huán)境

水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測和評價是進(jìn)行水環(huán)境管理和保證水環(huán)境健康的重要手段。 20世紀(jì)80年代開始，國外水資源政策開始強(qiáng)調(diào)生態(tài)保護(hù)，重視流域水環(huán)境的生態(tài)質(zhì)量[1]。1980年后, 美國進(jìn)入流域水環(huán)境綜合管理階段，提出水環(huán)境質(zhì)量必須和水環(huán)境的功能相聯(lián)系，不僅要考慮化學(xué)指標(biāo)，更重要的是考慮生態(tài)指標(biāo)、棲息地生境質(zhì)量、生物多樣性以及生態(tài)完整性。20世紀(jì)90年代，先后有許多國家開展了河流健康監(jiān)測與評價研究計劃。美國環(huán)保局(USEPA)在1990年啟動環(huán)境監(jiān)測與評價研究計劃(EMAP)， 目的在于監(jiān)測和評價美國的河流和湖泊的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況和變化趨勢[2]；此外，美國地質(zhì)調(diào)查局(USGS)在1994年開展了一項美國全國范圍的水質(zhì)評價計劃(NAWQA)，對全美的水環(huán)境質(zhì)量狀況和趨勢進(jìn)行評價，并找出影響水質(zhì)的重要環(huán)境因素[3]；2001年開始，EMAP開始了第2個10年研究計劃，主要目標(biāo)是進(jìn)一步明確影響水環(huán)境質(zhì)量狀況的主要因素，以便建立起污染源、污染物的遷移和傳輸、污染物對河流水生態(tài)系統(tǒng)和飲用水健康的影響三者之間關(guān)系，同時啟動對各研究流域的長期監(jiān)測計劃[4]。1992年和1994年澳大利亞和南非相繼開展了國家河流健康監(jiān)測與評價計劃[5-6]。2000年12月22日，歐盟成員國開始實施“水框架指令”(WFD)[7]，主要目標(biāo)是到2015年，使各種水環(huán)境(河流、湖泊、地下水和近岸海域)處于良好狀態(tài)； “水框架指令”要求各成員國評價水體的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量主要基于生物、水文地貌和物理化學(xué)質(zhì)量，其中生物質(zhì)量尤其重要[8-9]。

我國的生物監(jiān)測工作與我國的環(huán)境監(jiān)測事業(yè)幾乎同時起步，始于20世紀(jì)70年代的環(huán)境污染調(diào)查。1984年，原國家環(huán)境保護(hù)局召開了第一次環(huán)境生物監(jiān)測工作會議，之后于1986年出版了《生物監(jiān)測技術(shù)規(guī)范(水環(huán)境部分)》；1989年組織編寫了《水和廢水監(jiān)測分析方法》中的“水生生物檢測分析方法”，1993年編寫出版《水生生物監(jiān)測手冊》，并在這個時期初次建立起國家水生生物監(jiān)測網(wǎng)，開始在全國范圍開展生物監(jiān)測例行工作[10-11]。20世紀(jì)90年代由于我國大力發(fā)展鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)，水體污染急劇加重，導(dǎo)致部分水體中魚蝦絕跡，與此同時理化監(jiān)測技術(shù)體系的快速發(fā)展以及理化監(jiān)測任務(wù)的加重使我國環(huán)境監(jiān)測工作重點基本集中到理化方面[12]，生物監(jiān)測工作陷入了可有可無的尷尬境地，很多80年代中后期開展生物監(jiān)測的監(jiān)測站也取消了這方面的工作，僅保留細(xì)菌學(xué)方面的例行監(jiān)測項目。進(jìn)入21世紀(jì)以后，由于國家水環(huán)境管理不斷加強(qiáng)，水污染治理投入逐年增加，使得流域水環(huán)境質(zhì)量開始改善，生態(tài)系統(tǒng)逐漸得到恢復(fù)[13-14]。而常規(guī)的理化監(jiān)測指標(biāo)(如COD、氨氮、BOD5)很難滿足水環(huán)境管理的需求，不能準(zhǔn)確反映復(fù)雜水環(huán)境健康的變化趨勢，需要建立一套包括物理生境、生物、水體理化等指標(biāo)的綜合監(jiān)測與評價體系，準(zhǔn)確評價我國水環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀和預(yù)測變化趨勢[15-17]。

流域水生態(tài)完整性評價是指通過對水生態(tài)系統(tǒng)中不同生態(tài)組分(非生物和生物)的監(jiān)測，并通過數(shù)學(xué)方法計算形成綜合評價指數(shù)，來反映水生態(tài)系統(tǒng)的完整性狀況，即水生態(tài)健康。流域水生態(tài)健康評價是實施水生態(tài)功能分區(qū)管理的重要基礎(chǔ)[18-19]。 “十二五”國家水體污染控制與治理科技重大專項“流域水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測與評價研究”建立了一套流域水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測和評價方法，包括基于生態(tài)完整性的流域水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測指標(biāo)體系、水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測技術(shù)方法體系、綜合性的流域水生態(tài)質(zhì)量評價方法體系和流域水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測業(yè)務(wù)化運(yùn)行體系。本文構(gòu)建了我國開展流域水生態(tài)完整性評價監(jiān)測體系與評價方法體系，希望它的推廣使用可為水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測和評價提供綜合、有效的監(jiān)測技術(shù)規(guī)范和方法，為流域水質(zhì)目標(biāo)管理技術(shù)體系的業(yè)務(wù)化運(yùn)行提供有效的技術(shù)支撐，實現(xiàn)從單一的化學(xué)指標(biāo)監(jiān)測轉(zhuǎn)向綜合的水生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測，實現(xiàn)了流域水生態(tài)完整性的監(jiān)測與評價。

1 我國流域水生態(tài)完整性評價監(jiān)測體系構(gòu)建

1.1 監(jiān)測要素

在流域水生態(tài)完整性評價中，可以采用的指標(biāo)不勝枚舉，在業(yè)務(wù)監(jiān)測實踐中，不可能也不必要測定所有評價指標(biāo)，僅需要根據(jù)生態(tài)區(qū)域和特定流域的實際狀況，因地制宜地選擇合適的指標(biāo)集。選擇評價指標(biāo)時，通常應(yīng)該遵循以下標(biāo)準(zhǔn)：①指標(biāo)本身具有明確意義，且能夠直接與特定的生態(tài)功能相聯(lián)系；②指標(biāo)能夠靈敏反映流域內(nèi)的生態(tài)質(zhì)量變化趨勢和污染過程，可用于確定主要生態(tài)脅迫因子；③指標(biāo)相對容易測定，盡可能選擇相對經(jīng)濟(jì)合算的指標(biāo)；④指標(biāo)應(yīng)該具有良好的重現(xiàn)性，存在統(tǒng)一的監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范[20]。

常見的水生態(tài)完整性監(jiān)測指標(biāo)大致可分為物理生境指標(biāo)、水質(zhì)理化指標(biāo)和生物類群指標(biāo)3類(表1)。其中生物類群指標(biāo)主要包括著生藻類、浮游植物、浮游動物、大型底棲動物。應(yīng)當(dāng)根據(jù)特定的監(jiān)測目的，充分考慮每個類群的特點、優(yōu)勢、生命周期，結(jié)合區(qū)域的環(huán)境特點選擇適合的水生生物類群。比如，較為短期的環(huán)境監(jiān)測可選用浮游植物、浮游動物，較為長期的環(huán)境監(jiān)測可選用大型底棲動物；監(jiān)測化學(xué)水質(zhì)變化(尤其富營養(yǎng)化)可選用浮游植物、浮游動物，評價物理生境退化則可選用大型底棲動物。結(jié)合不同生物類群的監(jiān)測結(jié)果，可以綜合、全面地反映環(huán)境狀態(tài)，但是考慮到現(xiàn)場的實際采樣條件以及人員、儀器的配備情況，可以在充分達(dá)到既定監(jiān)測目的的前提下對監(jiān)測類群酌情增減。

表1 目前正在開展的流域水生生物監(jiān)測項目及監(jiān)測水體

1.2 監(jiān)測頻次與時間

1.2.1 監(jiān)測頻次

充分考慮水域環(huán)境條件、生物類群的時間變化特點、調(diào)查目的及人力、費(fèi)用投入，確定調(diào)查頻次和調(diào)查時間。至少每年監(jiān)測1次；受季節(jié)性影響顯著水體的變化趨勢評價，應(yīng)按季度監(jiān)測，至少每個季度監(jiān)測1次；事故性污染物的監(jiān)測頻率必須考慮污染物效力的嚴(yán)重程度及持續(xù)時間，各種監(jiān)測類群的生命周期及經(jīng)過采樣后的恢復(fù)能力也必須予以考慮。

1.2.2 監(jiān)測時間

按年度監(jiān)測，一般選擇春季或秋季；按季節(jié)監(jiān)測，一般選擇春、夏、秋3個季節(jié)。監(jiān)測時間的確定，既要考慮各項監(jiān)測指標(biāo)的變化規(guī)律，又要兼顧實際情況。需要注意的是，若進(jìn)行逐季監(jiān)測，各季或各月監(jiān)測的時間間隔應(yīng)基本相同；同一河流中應(yīng)力求水質(zhì)同步采樣；生境監(jiān)測建議在夏季進(jìn)行，保證觀測到河岸植被的覆蓋情況。

1.3 點位布設(shè)

監(jiān)測點位的布設(shè)，取決于水體和周圍環(huán)境的自然生態(tài)類型、人類干擾強(qiáng)度，以及所用生物監(jiān)測技術(shù)的特殊要求，以滿足監(jiān)測及評價目的為宗旨，需遵從以下原則：①盡可能沿用歷史觀測點位；②在監(jiān)測點位采集的樣品，需對研究水域的單項或多項指標(biāo)具有較好的代表性；③生物監(jiān)測點位應(yīng)與水文測量、水質(zhì)理化指標(biāo)監(jiān)測站位相同，盡可能獲取足夠信息，用于解釋觀測到的生態(tài)效應(yīng)；④生物監(jiān)測點位盡量涵蓋到不同的生境類型；⑤在保證達(dá)到必要的精度和樣本量的前提下，監(jiān)測點位應(yīng)盡量少，要兼顧技術(shù)指標(biāo)和費(fèi)用投入；⑥生境監(jiān)測點位與生物監(jiān)測點位保持一致；⑦如果監(jiān)測的目的是建立大范圍、全面的流域生物數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，點位需覆蓋整個流域范圍；如果監(jiān)測目的是客觀評估點源污染的影響，則需在一定范圍內(nèi)進(jìn)行加密監(jiān)測。

布設(shè)監(jiān)測點位時需要注意：①局部經(jīng)過人為改變的區(qū)域，如小型水壩及橋梁區(qū)，除非需要評估其影響，應(yīng)避免在區(qū)域內(nèi)設(shè)置點位。②避免在支流河口附近設(shè)置點位。③河流或流域范圍的監(jiān)測，不應(yīng)當(dāng)由于棲息地退化或該物理特征已有充分代表而舍棄采樣點位。④事故性污染物的監(jiān)測點位應(yīng)當(dāng)全面覆蓋可能的污染混合帶，如在排污口下游間隔布設(shè)監(jiān)測點位。

1.4 野外質(zhì)量保證與控制

1.4.1 樣品的采集

1)保證所有野外設(shè)備處于良好的運(yùn)行狀態(tài)，需制定一項常規(guī)檢查、維護(hù)或校準(zhǔn)的計劃，以確保野外數(shù)據(jù)的異質(zhì)性和質(zhì)量。野外數(shù)據(jù)必須完整、規(guī)范、清晰。

2)合理安排各類生物樣品采集順序，盡量避免生物類群在采集前受到較大擾動。

3)定量采樣應(yīng)在定性采樣前進(jìn)行。

4)正確填寫樣品標(biāo)簽，包括樣品編號、日期、水體名稱、采樣位置以及采集人姓名。樣品記錄表包含的信息必須與樣品瓶標(biāo)簽相同。

5)及時清洗所有接觸過樣品的采樣設(shè)備，并仔細(xì)檢查，防止采樣污染。

6)及時在現(xiàn)場處理樣品。受生物活動影響，隨時間變化明顯的項目應(yīng)在規(guī)定時間內(nèi)測定。

1.4.2 樣品的保存

按照要求分別保存各類樣品，保存時，每隔幾周檢查固定液，必要時進(jìn)行添加。

1.4.3 樣品的運(yùn)輸

1)必須根據(jù)采樣記錄或登記表核對清點樣品，以免有誤或丟失。

2)樣品運(yùn)輸中貯存溫度不超過采樣時的溫度，必要時需準(zhǔn)備冷藏設(shè)備。

3)運(yùn)輸中應(yīng)仔細(xì)保管樣品，以確保樣品無破損、無污染。應(yīng)避免強(qiáng)光照射及強(qiáng)烈震動。

1.4.4 采樣記錄

除了樣品相關(guān)信息，采樣時間、地點、水溫、氣溫、水文、植被等也應(yīng)有詳細(xì)記錄，確保采樣現(xiàn)場數(shù)據(jù)的完整性。

1.4.5 準(zhǔn)確度和精確度

關(guān)上了房門后，高河環(huán)視這間屋子，屋子里布置得很溫馨。高河想起了小表姐，聰明活潑，而且又倔強(qiáng)的性格，雖然她的相貌高河已經(jīng)有些淡忘，但那蹦蹦跳跳的身姿還印在他的腦海中，她喜歡野花野草，喜歡小狗小貓，喜歡任何可愛的東西。但是，她不喜歡娟兒。

1)采集現(xiàn)場要設(shè)負(fù)責(zé)人，對采樣點位、樣方采集數(shù)量、采集的效果進(jìn)行評估。

2)底棲動物采集揀選的每個樣品，要經(jīng)采集團(tuán)隊的另一人對揀選樣品進(jìn)行檢查，確保無生物遺漏現(xiàn)象發(fā)生。

3)藻類等采集的樣品，要由指定人員檢查樣品采集過程是否符合采集要求，保存方法是否符合規(guī)范。

4)生境調(diào)查至少應(yīng)有2人同時完成記錄和評價；不同時間周期下同一河流或河段的生境調(diào)查建議由同批人員完成。

1.5 實驗室質(zhì)量保證與控制

1.5.1 樣品的交接與記錄

1)樣品交接時，應(yīng)辦理正式交接手續(xù)，由接收樣品的工作人員記錄其狀態(tài)，檢查是否異?；蚴欠衽c相應(yīng)檢驗方法中描述的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)有所偏離。

1.5.2 種類鑒定、計數(shù)

1)新種、新記錄種必須留出標(biāo)本完整、鑒別特征典型的樣品制作標(biāo)本，永久保存，并請分類學(xué)專家進(jìn)行確認(rèn)。

2)有疑問不確定的物種，需要請分類學(xué)專家對物種進(jìn)行確認(rèn)。

3)樣品鑒定完畢后，需請1位相關(guān)專業(yè)人員對樣品進(jìn)行抽檢，抽檢比例為10%，以確保分類鑒定的準(zhǔn)確性，并記錄鑒定的偏差情況。

4)實驗室應(yīng)當(dāng)保存并更新相關(guān)的分類學(xué)文獻(xiàn)。

5)樣品需由2名工作人員重復(fù)計數(shù)。

1.5.3 數(shù)據(jù)記錄

記錄實驗室分析過程中所取得的相應(yīng)數(shù)據(jù)，分析測試項目還應(yīng)記錄下測試條件、測試方法、QC報告(空白、重復(fù)、標(biāo)樣、校正)，并描述如何從原始數(shù)據(jù)到最終結(jié)果報告的過程、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換步驟。數(shù)據(jù)記錄表必須有記錄人、校對人簽字。

1.5.4 樣品的保存

保存所有樣品的模式標(biāo)本及其記錄，必須準(zhǔn)確、標(biāo)記完整、防腐，并保存于實驗室，以便將來作為參考?，F(xiàn)場分析剩余樣品不保存；實驗室分析剩余的生物樣品至少保留4個月以上，有條件的實驗室可長期保存。

1.5.5 準(zhǔn)確度和精確度

1)建議重復(fù)抽樣樣品應(yīng)當(dāng)由另一位專業(yè)人員計數(shù)，以便評估分類精確性及偏差。

2)建議定期邀請專業(yè)分類學(xué)者進(jìn)行抽查，對錯鑒的物種在記錄表上進(jìn)行更正，并記錄鑒定的偏差情況。

3)建議開展專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)提高人員鑒定水平。

1.5.6 資料保存

基礎(chǔ)分類學(xué)參考文獻(xiàn)文庫是藻類、大型底棲動物鑒定中必不可少的輔助工具，應(yīng)按實驗室需求購買、收集和保存。

2 我國流域水生態(tài)完整性評價方法構(gòu)建

對水環(huán)境生態(tài)狀態(tài)的評價按照所選指標(biāo)的不同，可分為指示物種法和基于河流棲息地特征的綜合評價法2種。指示物種法主要依據(jù)水環(huán)境某些物種的數(shù)量、生物量、生產(chǎn)力、結(jié)構(gòu)指標(biāo)、功能指標(biāo)和一些生理生態(tài)指標(biāo)來描述河流生態(tài)系統(tǒng)的健康狀態(tài)。常用的指示生物包括魚類、底棲無脊椎動物和著生藻類等[21]。指示物種法雖然是評價水環(huán)境健康狀態(tài)的常用方法之一，但這種方法也有其不足之處。很多指示物種具有很強(qiáng)的移動能力，對脅迫的耐受程度較低，與生態(tài)系統(tǒng)變化的相關(guān)性較弱，指示物種的監(jiān)測參數(shù)選擇不當(dāng)會給生態(tài)系統(tǒng)健康評價帶來偏差[22]。綜合評價法在一定程度上可彌補(bǔ)指示物種法的不足，更好地評價河流的健康狀況，因為在這一類指標(biāo)體系中包含反映水環(huán)境健康不同信息的指標(biāo)，能反映復(fù)雜水生態(tài)系統(tǒng)的多尺度、多壓力的特征，有利于全方位揭示水環(huán)境存在的問題。綜合評價方法也存在一些問題：綜合評價中指標(biāo)的選擇及評價模型的構(gòu)建尚不完善；由于不同地理區(qū)域河流及河流不同區(qū)段水生生物群落結(jié)構(gòu)差異較大，很難采用同一套評價指標(biāo)和方法；評價方法的準(zhǔn)確性和適用范圍等問題在目前的研究中還沒有得到完全解決，需要在后續(xù)的研究中進(jìn)一步完善。但多指標(biāo)綜合評價仍是國內(nèi)外河流生態(tài)完整性評價的發(fā)展趨勢[18]。因此，在借鑒歐美發(fā)達(dá)國家流域生態(tài)完整性評價方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國目前的監(jiān)測現(xiàn)狀以及流域水環(huán)境管理需求，構(gòu)建適合我國現(xiàn)狀的流域生態(tài)完整性評價方法。

2.1 參照狀態(tài)的確定方法

參照狀態(tài)的確定是用于比較并檢測環(huán)境損傷的基準(zhǔn)，是進(jìn)行生態(tài)評價的必要前提。根據(jù)評價的目的，可以分別采用特定參照位點和區(qū)域參照位點。

1)特定參照位點。是指將點源排放的上游1個或數(shù)個位點作為參照狀態(tài)。該類型參照狀態(tài)減少了源于生境差異的復(fù)雜情況，排除其他點源和非點源污染造成的損害，可有助于診斷特定排放與損害之間的因果關(guān)系，并提高精確度。但是，該類型參照狀態(tài)的有效性較為有限，不適合廣域(流域及其以上范圍)的監(jiān)測或評價。

2)區(qū)域參照位點。通常是以自然環(huán)境梯度來劃分的區(qū)域內(nèi)未受干擾(接近自然狀態(tài))或干擾最小的一系列位點作為該區(qū)域內(nèi)的參照位點，其所代表的生物群落、生境和水化特征作為該區(qū)域的參照狀態(tài)。更適合于建立水域或流域尺度的生態(tài)健康基準(zhǔn)，用于評價資源利用損害或影響，并制定相應(yīng)的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)及監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。

但是在人類活動比較頻繁的地區(qū)，很難找到?jīng)]有受到干擾的位點，尤其是受到較大人為改變的系統(tǒng)，通常找不到合適的參照狀態(tài)[23]。這些情況下，可以借助歷史數(shù)據(jù)或簡單的生態(tài)模型確立參照狀態(tài)，也可以根據(jù)現(xiàn)有的最佳狀態(tài)以及環(huán)境治理目標(biāo)作為參照狀態(tài)。

2.2 評價方法

水生態(tài)完整性評價根據(jù)監(jiān)測要素包括水質(zhì)理化參數(shù)、物理生境和水生生物3個對象。現(xiàn)階段可采用以下方法開展流域生態(tài)完整性評價。

2.2.1 水質(zhì)理化參數(shù)評價

參照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)基本項目標(biāo)準(zhǔn)限值，水質(zhì)指標(biāo)的評價根據(jù)不同功能分區(qū)水質(zhì)類別的標(biāo)準(zhǔn)限值，進(jìn)行單因子評價(其中水溫和pH不作為評價指標(biāo))。最后根據(jù)水質(zhì)類別等級進(jìn)行賦分，賦分標(biāo)準(zhǔn)：Ⅰ類5分；Ⅱ類4分；Ⅲ類3分；Ⅳ類2分；Ⅴ類及以下1分。

2.2.2 物理生境評價

按照《流域水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》中生境調(diào)查方法中的“棲息地生境評價計分表”，野外評測10個生境參數(shù)并定性打分。每個參數(shù)分值范圍為0～20，劃分為4個評價等級。每個監(jiān)測斷面生境總分由10項參數(shù)分值累加計算，分級評價標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 河流棲息地生境質(zhì)量(H)的分級評價標(biāo)準(zhǔn)

2.2.3 水生生物評價

按照《流域水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》要求進(jìn)行大型底棲動物、藻類的定性(或定量)采集和鑒定分析，記錄定性定量分析數(shù)據(jù)進(jìn)行評價賦分(表3)?？蛇x擇其中一種或幾種評價方法對監(jiān)測河流進(jìn)行評價(如在監(jiān)測實踐中已有比較成熟的方法，也可以繼續(xù)沿用)[24-25]。

表3 水生生物指標(biāo)評價等級及賦分

2.3 水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的綜合評價

采用水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合指數(shù)來全面評價水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。這個綜合指數(shù)包括了物理生境、水質(zhì)理化參數(shù)和水生生物3個方面的多個評價參數(shù)。

2.3.1 水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合指數(shù)

通過水化學(xué)指標(biāo)和水生生物指標(biāo)加權(quán)求和，構(gòu)建水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合指數(shù)(WQI)，該指數(shù)表示各評估單元和水環(huán)境整體的質(zhì)量狀況。

式中：xi指評價指標(biāo)分值；wi指評價指標(biāo)權(quán)重。

結(jié)合我國目前生物評價發(fā)展水平，暫時考慮水質(zhì)理化參數(shù)指標(biāo)、物理生境指標(biāo)和水生生物指標(biāo)，其分值及權(quán)重如表4所示。

表4 水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合指數(shù)計算說明

注：“建議權(quán)重”根據(jù)專家打分法確定。

2.3.2 標(biāo)準(zhǔn)與分級

根據(jù)WQI分值大小，將水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況等級分為五級，分別為優(yōu)秀、良好、輕度污染、中度污染和重度污染，具體指數(shù)分值和質(zhì)量狀況分級詳見表5。

表5 水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況分級標(biāo)準(zhǔn)

3 結(jié)論

隨著我國對河流生態(tài)質(zhì)量的關(guān)注不斷深入，從水生態(tài)系統(tǒng)完整性角度對河流狀況進(jìn)行監(jiān)測和評價的優(yōu)勢和必要性就充分顯示出來。水生態(tài)系統(tǒng)完整性評價法能有效地評價自然生態(tài)系統(tǒng)維持自然狀態(tài)和穩(wěn)定性的程度及變化趨勢，是資源管理和環(huán)境保護(hù)中的一個重要概念。雖然我國引入了水生態(tài)完整性的概念，但現(xiàn)有水生態(tài)系統(tǒng)評價體系距離發(fā)達(dá)國家現(xiàn)有技術(shù)水平、實現(xiàn)流域水環(huán)境科學(xué)管理仍有一定的距離。本文在借鑒歐美發(fā)達(dá)國家流域水生態(tài)完整性評價方法和業(yè)務(wù)化監(jiān)測思路的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國目前監(jiān)測現(xiàn)狀以及流域水環(huán)境管理需求，構(gòu)建了包括物理完整性、化學(xué)完整性以及生物完整性在內(nèi)的流域生態(tài)完整性綜合監(jiān)測與評價方法，以期為我國流域水質(zhì)目標(biāo)管理技術(shù)體系的業(yè)務(wù)化運(yùn)行提供可資借鑒的理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

由于流域水生態(tài)系統(tǒng)組成復(fù)雜,涉及因素眾多, 對其內(nèi)部的作用機(jī)理了解得也不很透徹，這些給確定流域生態(tài)完整性評價標(biāo)準(zhǔn)、選取指標(biāo)及量化指標(biāo)帶來了一定的影響，流域生態(tài)完整性評價還需從以下幾個方面做進(jìn)一步的研究：①評價指標(biāo)的選擇，流域水生態(tài)系統(tǒng)的組成復(fù)雜，涉及的關(guān)鍵影響因素眾多，指標(biāo)的選擇決定水生態(tài)環(huán)境受污染的真實程度，如何選取具有代表性的指標(biāo)去指示水生態(tài)系統(tǒng)的完整性需要科學(xué)合理的數(shù)據(jù)支撐。②評價標(biāo)準(zhǔn)，即參照狀態(tài)的選擇。現(xiàn)有的評價方法多數(shù)以河流原始的生態(tài)狀況或未受人類干擾的狀態(tài)作為參考狀態(tài)，然而，不受人類干擾的狀態(tài)是否就是健康狀態(tài)仍然存在一定的爭議。況且在實際的研究中這種未受人類活動干擾的生態(tài)環(huán)境很少存在， 根據(jù)歷史資料確定也存在一定的難度和不確定性。另外，自然界本身也存在動態(tài)的演變過程，在現(xiàn)有的外界環(huán)境影響下能否保持原始的健康狀態(tài)也存在不確定性。③水生態(tài)監(jiān)測技術(shù)體系的完善，配合我國流域水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測體系的研究，需要一套獲取科學(xué)有代表性的監(jiān)測數(shù)據(jù)的監(jiān)測方法技術(shù)體系，包括生物群落的監(jiān)測、物理生境的監(jiān)測、水生生物指示物的監(jiān)測方法等多個方面的監(jiān)測技術(shù)，以及制定流域水生生物監(jiān)測點位設(shè)置方法、水生生物群落監(jiān)測技術(shù)規(guī)范和質(zhì)量控制規(guī)范。④業(yè)務(wù)化運(yùn)行體系的完善，針對我國流域水環(huán)境監(jiān)測分工不明確、統(tǒng)一監(jiān)管力度不足、重復(fù)交叉情況嚴(yán)重的現(xiàn)狀,以整體提升國家生物監(jiān)測能力、實現(xiàn)監(jiān)測技術(shù)資源和監(jiān)測信息共享,以流域尺度進(jìn)行水生態(tài)環(huán)境綜合監(jiān)測與評價,形成國家、省、市、縣4級水環(huán)境監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)體系，建立保障監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)持續(xù)運(yùn)行的管理體制和協(xié)調(diào)機(jī)制。搭建起我國流域水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測與評價技術(shù)體系的設(shè)計原則、設(shè)計思路及組織構(gòu)成方式和運(yùn)行方式等技術(shù)路線框架內(nèi)容, 以期為我國的流域水環(huán)境質(zhì)量管理提供技術(shù)支持。

[1] BORJA A, BRICKER S B, DAUER D M, et al. Overview of integrative tools and methods in assessing ecological integrity in estuarine and coastal systems worldwide [J]. Marine Pollution Bulletin, 2008, 56:1 519-1 537.

[2] DAVID P L, DONALD L S. Environmental monitoring and assessment program, EMAP-surface waters: a northeast lakes pilot [J]. Lake and Reservoir Management,1991,7(1):1-11.

[3] BARBOUR M T, FAULKNER C, USEPA B. Rapid bioassessment protocols for use in streams and wadeable rivers: EPA 841-B-99-002 [S]. Washington:USEPA, 1999.

[4] HUGHES R M, PAULSEN S G, STODDARD J L. EMAP-Surface Waters: a multiassemblage, probability survey of ecological integrity in the USA [J]. Hydrobiologia, 2000, 422: 429-443.

[5] ROUX D J. Strategies used to guide the design and implementation of a national river monitoring programme in South Africa [J]. Environmental Monitoring & Assessment, 2001, 69: 131-158.

[6] SEHOFIELD N J, DAVIES P E. Measuring the health of our rivers [J]. Water-Melbourne then Artarmon, 1996, 23: 39-43.

[7] F?RSTNER U. EU Water Framework Directive [J]. Journal of Soils & Sediments, 2002, 2: 54.

[8] KALLIS G, BUTLER D. The EU water framework directive: measures and implications [J]. Water Policy, 2001, 3: 125-142.

[9] 楊文慧. 河流健康的理論構(gòu)架與診斷體系的研究[D]. 南京：河海大學(xué), 2007.

[10] WANG Y Y, TENG E J, LIU T L, et al. A national pilot scheme for monitoring and assessment of ecological integrity of surface waters in China [J]. Environmental Development, 2014, 10: 104-107.

[11] 陰琨, 呂怡兵, 滕恩江. 美國水環(huán)境生物監(jiān)測體系及對我國生物監(jiān)測的建議[J]. 環(huán)境監(jiān)測管理與技術(shù), 2012, 24(6):8-12.

YIN Kun, LV Yibing, TENG Enjiang. American water environment bio-monitoring system and its suggestion for bio-monitoring in China [J]. The Administration and Technique of Environmental Monitoring, 2012, 24(6):8-12.

[12] HU Y, CHENG H. Water pollution during China′s industrialtransition [J]. Environmental Development, 2013, 8: 57-73.

[13] MEP. The National Eleventh Five-year Plan for Environmental Protection (2006—2010) [M]. Beijing: Ministry of Environmental Protection (MEP) of the People′s Republic of China, 2007.

[14] MEP. Report on Environmental Quality of China [M]. Beijing: China Environmental Science Press, 2011.

[15] 夏青, 張旭輝. 水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)手冊[M]. 北京: 中國環(huán)境科學(xué)出版社, 1990.

[16] DONG Z, WU Q, WANG J, et al. Environmental indicator development in China: Debates and challenges ahead [J]. Environmental Development, 2013, 7: 125-127.

[17] HSU A, de SHERBININ A, SHI H. Seeking truth from facts: The challenge of environmental indicator development in China [J]. Environmental Development, 2012, 3: 39-51.

[18] 王業(yè)耀, 陰琨, 楊琦, 等. 河流水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價方法研究與應(yīng)用進(jìn)展[J]. 中國環(huán)境監(jiān)測, 2014, 30 (5): 1-8.

WANG Yeyao, YIN Kun, YANG Qi, et al. Research and application progress of assessment for river water ecosystem quality[J]. Environmental Monitoring in China, 2014, 30 (5): 1-8.

[19] 陰琨, 王業(yè)耀, 許人驥, 等. 中國流域水環(huán)境生物監(jiān)測體系構(gòu)成和發(fā)展[J]. 中國環(huán)境監(jiān)測, 2014, 30 (5): 114-120.

YIN Kun,WANG Yeyao, XU Renji, et al. Constitution and development of national river basin water environmental biomonitoring system[J]. Environmental Monitoring in China, 2014, 30 (5): 114-120.

[20] 張華, 駱永明. 美國流域生態(tài)健康評價體系的發(fā)展和實踐[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2013, 24(7):2 063-2 072.

ZHANG Hua, LUO Yongming. Assessment system for watershed ecological health in the United States: Development and application [J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2013, 24(7):2 063-2 072.

[21] ROGERS K, BIGGS H. Integrating indicators, endpoints and value systems in strategic management of the rivers of the Kruger National Park [J]. American Journal of Infection Control, 1999, 41:439-451.

[22] 孔紅梅, 趙景柱, 姬蘭柱, 等. 生態(tài)系統(tǒng)健康評價方法初探[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2002, 13: 486-490.

KONG Hongmei, ZHAO Jingzhu, JI Lanzhu, et al. Assessment method of ecosystem health [J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2002, 13: 486-490.

[23] 蔡琨. 太湖大型底棲無脊椎動物群落特征和生態(tài)健康評價[D]. 南京：南京農(nóng)業(yè)大學(xué), 2013.

[24] QIN C Y, ZHOU J, CAO Y, et al. Quantitative tolerance values for common stream benthic macroinvertebrates in the Yangtze River Delta,Eastern China[J].Environmental Monitoring and Assessment, 2014, 186 (9): 5 883-5 895.

[25] 吳東浩，王備新，張詠，等. 底棲動物生物指數(shù)水質(zhì)評價進(jìn)展及在中國的應(yīng)用前景[J]. 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2011, 34 (2): 129-134.

WU Donghao, WANG Beixin, ZHANG Yong, et al. Advances in the use of biotic index for water quality bioassessment with benthic macroinvertebrate and its perspective in China [J]. Journal of Nanjing Agricultural University, 2011, 34 (2): 129-134.

Methods Development for Monitoring and Assessment of Ecological integrity of Surface Waters in China

JIN Xiaowei1, WANG Yeyao1, WANG Beixin2, XU Renji1, YIN Kun1, LIU Na3, LYU Yibing1, LIU Tingliang1

1.State Environmental Protection Key Laboratory of Quality Control in Environmental Monitoring，China National Environmental Monitoring Centre, Beijing 100012, China 2.Laboratory of Aquatic Insects and Stream Ecology, Department of Entomology, Nanjing Agricultural University，Nanjing 210095,China 3.School of Water Resources and Environment, China University of Geosciences (Beijing), Beijing 100083, China

Monitoring of status and trends of surface waters quality is an important method to assure sustainability of desired characteristics of aquatic environments. The monitoring and assessment of ecological integrity surveys have demonstrated the value of probability-based sampling designs, quantitative assessments of multiple biological assemblages, a suite of qualitative habitat indicators and the use of historical information. Recently, several sets of legislation worldwide have been developed, that consider water bodies as ecological systems, in order to address ecological quality or integrity of watersheds. Current monitoring and assessment of water quality in China, which is still based on amounts of chemical pollutants, such as COD, ammonia and BOD5, has been deemed to be insufficient to adequately asses the quality of aquatic environments. Responding to this challenge, a new monitoring and assessment system is required based on ecological methodologies, which accurately represents status and trends in quality of aquatic environments. The components used in this monitoring and assessment system include hydrology, river morphology, physico-chemical parameters, ecotoxicological aspects, types and numbers of biota. Based on the results of the pilot scheme an ecological integrity index for surface waters will be established. A national coordination and management system, including methods for comprehensive monitoring of ecological integrity of surface waters in China will be initiated. The system should accurately reflect the effectiveness of governance and protection of major watersheds.

biological monitoring; ecological integrity assessment; watersheds management; aquatic ecological environment

2016-09-01;

2016-09-28

國家水體污染控制與治理科技重大專項(2013ZX07502001)；國家自然科學(xué)基金資助項目(21307165)；(美國)國家地理空氣與水保護(hù)基金項目(GEFC28-15)

金小偉 (1985-)，男，甘肅蘭州人，博士，高級工程師。

王業(yè)耀

X826

A

1002-6002(2017)01- 0075- 07

10.19316/j.issn.1002-6002.2017.01.12