歐英娟 陳 杰 洪鴻加 彭曉春 吳彥瑜

(1.環(huán)境保護(hù)部華南環(huán)境科學(xué)研究所，廣州 510000； 2.廣東省地質(zhì)局第五地質(zhì)大隊，廣東 肇慶 526020； 3.中南安全環(huán)境技術(shù)研究院股份有限公司華南分公司，廣州 510000)

流域生態(tài)系統(tǒng)調(diào)查技術(shù)指標(biāo)體系研究

歐英娟1陳 杰2洪鴻加1彭曉春3吳彥瑜1

(1.環(huán)境保護(hù)部華南環(huán)境科學(xué)研究所，廣州 510000； 2.廣東省地質(zhì)局第五地質(zhì)大隊，廣東 肇慶 526020； 3.中南安全環(huán)境技術(shù)研究院股份有限公司華南分公司，廣州 510000)

流域生態(tài)健康研究是目前生態(tài)系統(tǒng)研究領(lǐng)域的研究熱點之一，其主要通過對流域生態(tài)系統(tǒng)中不同生態(tài)指標(biāo)的調(diào)查及評價指數(shù)來反映流域生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況。因此，在總結(jié)歐美發(fā)達(dá)國家流域生態(tài)系統(tǒng)調(diào)查技術(shù)指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上，結(jié)合中國目前流域調(diào)查技術(shù)現(xiàn)狀以及流域水環(huán)境管理需求，構(gòu)建流域生態(tài)系統(tǒng)調(diào)查技術(shù)指標(biāo)體系，為流域生態(tài)系統(tǒng)健康狀況調(diào)查評估、識別主要生態(tài)環(huán)境問題提供可參考的技術(shù)方法。

流域生態(tài)系統(tǒng)；調(diào)查；指標(biāo)體系

流域指是以河流為中心、被分水嶺所包圍的、具有明確邊界范圍的區(qū)域。流域生態(tài)系統(tǒng)是以地表水和地下水為主要紐帶，密切鏈接特定區(qū)域水循環(huán)、土地覆被、生態(tài)系統(tǒng)等系統(tǒng)的綜合生態(tài)地域系統(tǒng)，是一個自然-經(jīng)濟(jì)-社會復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，是地球上最大的也是最復(fù)雜的陸地生態(tài)系統(tǒng)，在全球環(huán)境變化中發(fā)揮著舉足輕重的作用。生態(tài)系統(tǒng)的演變不僅與大自然環(huán)境的變化相關(guān)，更受到人為因子的干擾。近年來，伴隨社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，水資源利用和水污染排放強(qiáng)度的不斷增大，多數(shù)流域都出現(xiàn)了不同程度的水資源時空格局人為改變、水體污染、物種多樣性降低和生態(tài)系統(tǒng)退化等問題。而流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量調(diào)查和評價是進(jìn)行流域生態(tài)系統(tǒng)管理和保證流域生態(tài)環(huán)境健康的重要手段。

20世紀(jì)90年代，陸續(xù)有多個國家開展了河流健康調(diào)查與評價研究計劃。為了調(diào)查和評價河流和湖泊的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況和變化趨勢，美國于1990年啟動了環(huán)境監(jiān)測與評價研究計劃[1]；澳大利亞和南非分別于1992年和1994年開展了國際河流健康調(diào)查監(jiān)測與評價計劃[2，3]。我國的環(huán)境生物調(diào)查調(diào)查工作總體上看，起源于20世紀(jì)70年代的環(huán)境污染調(diào)查，1998年中國科學(xué)院籌建中國生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)(Chinese Ecological Research Network，CERN)，開展生態(tài)系統(tǒng)長期試驗觀測調(diào)查和聯(lián)網(wǎng)綜合研究。

流域生態(tài)健康評價是指通過對流域生態(tài)系統(tǒng)中不同生態(tài)組分(非生物和生物)調(diào)查，并通過數(shù)學(xué)方法計算行程綜合評價指數(shù)，來反映流域生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況。研究如何有效保護(hù)和利用流域水資源、促進(jìn)流域的可持續(xù)發(fā)展關(guān)系到我們自身的命運，其中選擇規(guī)范的調(diào)查技術(shù)指標(biāo)體系和評價方法體系有利于研究的高效開展。本文構(gòu)建了我國開展流域生態(tài)系統(tǒng)調(diào)查技術(shù)指標(biāo)體系，為流域生態(tài)健康評價的水質(zhì)目標(biāo)管理技術(shù)體系的業(yè)務(wù)化運行提供有效的技術(shù)支撐。

1 流域生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展規(guī)律

從20世紀(jì)90年代流域生態(tài)學(xué)被提出后，研究者便開始了對流域生態(tài)系統(tǒng)理論和應(yīng)用的研究，內(nèi)容主要集中在以下幾方面：①流域生態(tài)系統(tǒng)的格局、過程及驅(qū)動影響研究；②流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估；③流域生態(tài)健康與生態(tài)風(fēng)險；④流域生態(tài)系統(tǒng)管理，如小流域治理。

1.1 流域生態(tài)系統(tǒng)格局、過程與驅(qū)動研究

空間格局、生態(tài)過程與尺度之間的相互關(guān)系是生態(tài)學(xué)研究的核心所在。資源地理的分布和組分決定了生態(tài)系統(tǒng)格局，并與生態(tài)系統(tǒng)抗干擾能力、恢復(fù)能力、穩(wěn)定性、生物多樣性有著密切的聯(lián)系。因此，分析流域景觀格局隨時間的動態(tài)過程可以揭示流域景觀變化的規(guī)律和機(jī)制。前人對區(qū)域景觀格局及驅(qū)動力展開了大量的研究，如城市自然景觀格局研究引起了許多學(xué)者的關(guān)注，但目前對流域生態(tài)系統(tǒng)與其他土地利用動態(tài)轉(zhuǎn)化關(guān)系的研究較少。王媛等[4]對松花江流域開展了景觀格局時空演變與生態(tài)系統(tǒng)健康評價研究。結(jié)果顯示：流域人類活動對景觀格局的影響趨于向有目的、有規(guī)劃的規(guī)則形狀改造，且總體上變化不大；斑塊水平上，研究區(qū)變化劇烈、受干擾明顯的景觀類型分別是水田、旱田和居民地；研究時段內(nèi)氣候因子變化幅度不大，人類活動是松花江流域景觀格局動態(tài)演化的主要驅(qū)動力，流域總價值呈波動變化。

1.2 流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能是指人類從生態(tài)系統(tǒng)中獲得的效益，即生態(tài)系統(tǒng)與生態(tài)過程會形成及維持人類賴以生存的自然環(huán)境條件與效用，它不僅為人類提供了食品、醫(yī)藥及其他生產(chǎn)生活原料，還創(chuàng)造和維持了地球生命支持系統(tǒng)，形成人類生存所必需的環(huán)境條件[5，6]。流域生態(tài)系統(tǒng)功能研究源于濕地效益評價，并逐步過渡到目前的流域生態(tài)服務(wù)功能分析與價值評估。20世紀(jì)70年代初，有學(xué)者提出了濕地快速評價模型，強(qiáng)調(diào)根據(jù)濕地類型評價濕地的功能；Wilson和Carpenter[7]對美國1971-1997年的淡水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)經(jīng)濟(jì)評估研究做了總結(jié)回顧。此后，濕地生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益評價得到廣泛的重視，評價方法也取得了巨大進(jìn)展。國內(nèi)對流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的研究最早也源于對濕地效益的評價，從最初針對某一具體濕地中的某一具體要素進(jìn)行評價，逐步過渡到對水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的分析與評價，發(fā)展到現(xiàn)在的流域生態(tài)服務(wù)功能價值評估。

1.3 流域生態(tài)健康評估

“健康”通常是用來描述人體或其他生命體，生態(tài)系統(tǒng)健康是由美國生態(tài)學(xué)家Aldo Leopold參考醫(yī)學(xué)診斷的過程于1941年首次提出的。生態(tài)系統(tǒng)健康的定義大致分為生物生態(tài)學(xué)定義和生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)定義兩種：前者以20世紀(jì)90年代早期Costanza的定義為代表，即健康的生態(tài)系統(tǒng)具有穩(wěn)定性和持續(xù)性，并對斜坡具有恢復(fù)能力，此種觀點傾向于強(qiáng)調(diào)生態(tài)系統(tǒng)的自然生態(tài)方面而忽視社會經(jīng)濟(jì)與人類健康因素；后者是將人類視為生態(tài)系統(tǒng)的組成部分，同時考慮生態(tài)系統(tǒng)自身的健康狀態(tài)及其滿足人類需求和愿望的程度，即生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能[8]。

流域生態(tài)系統(tǒng)健康是在經(jīng)歷了生態(tài)系統(tǒng)健康及河流健康的基礎(chǔ)上提出的，與其他生態(tài)系統(tǒng)健康相似，流域生態(tài)健康是以流域作為有機(jī)單元對其生態(tài)系統(tǒng)的活力、組織機(jī)構(gòu)及恢復(fù)力等特征進(jìn)行的健康狀況分析。與其他生態(tài)系統(tǒng)的不同之處在于流域是一個由河網(wǎng)水系作為廊道，將陸域、岸邊帶和水域相連接而構(gòu)成的相對獨立和完整的集水區(qū)域，流域生態(tài)健康受陸域、岸邊帶和水域健康狀況等不同程度的影響。流域生態(tài)健康是指流域生態(tài)系統(tǒng)處于穩(wěn)定、可持續(xù)的狀態(tài)，保持物理、化學(xué)及生物完整性，能為人類提供不同生態(tài)產(chǎn)品或服務(wù)功能，并對自然和人為干擾具有一定的自我調(diào)節(jié)和修復(fù)能力。流域生態(tài)健康主要體現(xiàn)在以下幾個方面：①生態(tài)系統(tǒng)架構(gòu)完整、功能完善，能保持流域非生物物質(zhì)不發(fā)生大規(guī)模的流失；②生物群落能夠自發(fā)的正向演替并最終形成頂級群落，在演替的所有階段持續(xù)不斷地為人類提供生態(tài)產(chǎn)品或服務(wù)而自身的演替進(jìn)程或動態(tài)平衡狀態(tài)不會被打破；③面對自然或人為的適度干擾，具備彈性恢復(fù)力，能保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及生物群落的完整性和多樣性；④污染因子從陸源到水體匯集的過程中得到降解，匯集量不超出流域的降解能力。

2 流域生態(tài)系統(tǒng)調(diào)查技術(shù)指標(biāo)體系構(gòu)建

2.1 調(diào)查指標(biāo)體系的框架構(gòu)建

流域生態(tài)系統(tǒng)調(diào)查技術(shù)指標(biāo)體系既不是一組指標(biāo)的獨立出現(xiàn)，也不是一組指標(biāo)的的簡單堆砌，而是選取能夠反映流域健康狀況涵蓋水域、岸邊帶和陸域的各項指標(biāo)，因地制宜地選擇由多方面調(diào)查指標(biāo)組成的有機(jī)綜合體。以簡明的方式，比較全面的反映流域生態(tài)結(jié)構(gòu)格局、生態(tài)功能和生態(tài)壓力狀況。因此，流域生態(tài)系統(tǒng)調(diào)查指標(biāo)體系的基本框架是在結(jié)合生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和過程的基礎(chǔ)上，通過水域、岸邊帶和陸域的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能構(gòu)建起來，如圖1所示。

圖1 流域生態(tài)系統(tǒng)調(diào)查技術(shù)指標(biāo)體系的構(gòu)建框架

2.2 調(diào)查指標(biāo)的選取

指標(biāo)是對客觀現(xiàn)象或事物的描述和度量，包含著現(xiàn)象或事物的原因、存在條件以其變化規(guī)律。建立流域調(diào)查指標(biāo)的意義在于將一種抽象的不能統(tǒng)一度量的概念，轉(zhuǎn)換成可統(tǒng)一評判的數(shù)值，從而可量化說明流域的某些特征值。由于單獨某些指標(biāo)所包含的信息不夠，不能充分地表現(xiàn)流域健康真正的影響因素，因此要把多方面的指標(biāo)綜合起來描述流域生態(tài)健康，充分全面地反映該流域的利弊發(fā)展及其演變形式，這樣可以更完整更科學(xué)的表述流域健康狀況。故流域調(diào)查技術(shù)指標(biāo)體系的確立應(yīng)遵循以幾方面的原則：①科學(xué)性原則；②全面系統(tǒng)性原則；③可行性原則；④定性與定量相結(jié)合原則；⑤規(guī)范化與可比性原則。

表1 流域生態(tài)系統(tǒng)調(diào)查技術(shù)指標(biāo)體系

根據(jù)流域生態(tài)系統(tǒng)調(diào)查技術(shù)指標(biāo)體系的構(gòu)建原則，選取能夠反映流域狀況涵蓋水域、岸邊帶和陸域的各項指標(biāo)。構(gòu)建流域生態(tài)系統(tǒng)調(diào)查技術(shù)指標(biāo)體系，綜合流域復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的特性，所選取的指標(biāo)應(yīng)對人類干擾活動具有明顯的響應(yīng)關(guān)系，并能全面反映流域生態(tài)系統(tǒng)狀況的不同特征屬性。比較常見的流域生態(tài)系統(tǒng)調(diào)查指標(biāo)通常包括生態(tài)功能、生態(tài)格局和生態(tài)壓力共3類。

3 結(jié) 論

通過構(gòu)建流域生態(tài)系統(tǒng)調(diào)查技術(shù)指標(biāo)體系，利用生態(tài)功能指標(biāo)(水源涵養(yǎng)功能指數(shù)、土壤保持功能指數(shù)、洪水調(diào)蓄功能指數(shù)、生物多樣性保護(hù)功能、農(nóng)田與建設(shè)用地比例)、生態(tài)格局指標(biāo)(森林覆蓋率、自然植被比例、河道連通性、水質(zhì)狀況指數(shù))和生態(tài)壓力指標(biāo)(污染阻滯功能指數(shù)、岸邊人為干擾指數(shù)、人口密度、水資源開發(fā)利用強(qiáng)度)建立了調(diào)查指標(biāo)體系。

隨著流域社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，流域城市建設(shè)、工業(yè)布局、飲水工程、農(nóng)業(yè)灌溉、初具規(guī)模，但同時流域生態(tài)所承受的壓力也越來越大，流域生態(tài)質(zhì)量的研究也成為熱點。流域生態(tài)系統(tǒng)調(diào)查技術(shù)指標(biāo)體系是評價流域生態(tài)系統(tǒng)健康的一個重要構(gòu)架。由于流域生態(tài)系統(tǒng)錯綜復(fù)雜，涉及因素眾多，這給篩選流域生態(tài)系統(tǒng)調(diào)查技術(shù)指標(biāo)帶來了一定的影響，流域生態(tài)系統(tǒng)調(diào)查技術(shù)指標(biāo)體系還需從以下幾個方面做下一步的研究：

(1)調(diào)查技術(shù)指標(biāo)的選擇決定流域生態(tài)系統(tǒng)受污染的真實程度，如何選取具有代表性的指標(biāo)去評估流域生態(tài)的健康需要科學(xué)合理的數(shù)據(jù)支撐。

(2)流域生態(tài)調(diào)查技術(shù)指標(biāo)體系的完善，配合我國流域生態(tài)環(huán)境監(jiān)測體系的研究，需要有一套科學(xué)有代表性的監(jiān)測數(shù)據(jù)的監(jiān)測方法技術(shù)體系，包括水生生物指示物的監(jiān)測、物理生境的監(jiān)測、生物群落的監(jiān)測等多個方面的檢測技術(shù)，以及流域水生生物監(jiān)測點位設(shè)置方法和質(zhì)量控制規(guī)范。

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Research of the technical index system for Watershed ecosystem survey

OU Yingjuan1CHEN Jie2HONG Hongjia1PENG Xiaochun3WU Yanyu1

(1.South China Institute of Environmental Science，Guangzhou 510000； 2.Fifth Geological Brigade in Guangdong Geological Bureau，Zhaoqing，Guangdong 526020，China； 3.Gentral-Southerm Safety &Environment Technology Institute Co.Ltd South China branch Guangzhou 510000)

Watershed Ecosystem Health Research is one of research hotspots in the field of ecosystem health research.Surving of status and trends of surface waters quality is an important method to assure healthy of desired characteristics of watershed ecosystem.A new surving index system is required based on ecological methodologies，which accurately represents status and trends in quality of watershed ecosystem.Therefore，it′s based on the development law of watershed ecosystem and its interaction with human activities，Analyzed the main problem in the investigation and technology of watershed ecosystem.Recognition of human activities on the scope and degree of the influence of watershed ecosystem，Research all kinds of technical indicators，construction of index system of Watershed ecosystem survey technology，for the watershed ecosystem survey assessment，to identify the main ecological environment problems to provide technical method for reference.

watershed ecosystem；survey；index system

歐英娟，碩士，工程師，研究方向為區(qū)域生態(tài)學(xué)

文獻(xiàn)格式：歐英娟 等.流域生態(tài)系統(tǒng)調(diào)查技術(shù)指標(biāo)體系研究[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2017，42(4)：36-39.

X21

A

1673-288X(2017)04-0036-04