陸 穎 陳宇順 ,

(1. 大連海洋大學，大連 116023; 2. 中國科學院水生生物研究所淡水生態(tài)與生物技術(shù)國家重點實驗室，武漢 430072;3. 中國科學院大學，北京 100049)

河流是連接陸地生態(tài)系統(tǒng)和受納生態(tài)系統(tǒng)(如湖泊、河口和海洋等)間物質(zhì)循環(huán)的重要介質(zhì), 是生物圈物質(zhì)循環(huán)的重要通道。河流生態(tài)系統(tǒng)提供著飲用水、航運、水電、污染物凈化等多項生態(tài)服務(wù)功能, 為人類文明的發(fā)展做出了不可替代的貢獻[1—3]。河流生境是水生生物必需的物理、化學和生物環(huán)境的綜合體[3], 是河流生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分。河流生境為水生生物提供了生存繁殖所必需的條件, 同時也是保持河流生態(tài)健康的必要因素[3,4]。河流生境評價可以有助于全面掌握河流的生態(tài)健康狀況, 識別河流退化的主要原因, 為退化河流的生態(tài)修復(fù)提供理論依據(jù)和實踐指導[5—7]。

在城鎮(zhèn)化、工農(nóng)業(yè)等社會經(jīng)濟高速發(fā)展的同時, 伴隨而來的是人類對水資源的過度使用和不合理開發(fā), 導致了水質(zhì)惡化[1]、水文形勢改變[8]、泥沙含量發(fā)生變化[9]、生境退化[10]、生物多樣性喪失[11]以及外來物種對河流生態(tài)系統(tǒng)的入侵等一系列問題[12]。長期以來, 河流生境退化對河流生態(tài)系統(tǒng)的影響被認為不如水質(zhì)和生物的影響重要[13,14], 未能得到足夠重視[15]。隨著流域水生態(tài)系統(tǒng)健康問題日益突出, 只關(guān)注水質(zhì)顯然已經(jīng)無法解決這些問題,越來越多的研究揭示河流生境的生態(tài)重要性[16], 完整的河流生境特征對水生生物群落的完整性和河流生態(tài)健康至關(guān)重要[17]。

為了維持和改善河流生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)功能, 很多國家從20世紀80年代就開始進行了河流生境定量評估工作[18—20]。當前, 國際上很多國家已經(jīng)形成了較為成熟的河流生境評估系統(tǒng), 如瑞典的河岸帶河道環(huán)境普查(Riparian, Channel and Environnmental Inventory, RCE)[21]、澳大利亞的溪流狀況指數(shù)(Index of Stream Condition, ISC)[22]、英國的河流生境調(diào)查(River Habitat Survey, RHS)[23]、美國的快速生物調(diào)查(Rapid Bioassessment Protocols,RBPs)[24]等。但這些評估方法大多針對中小型可涉水河流, 對于不可涉水的大型河流生境的評價方法還鮮有涉及。2005年美國密西根大學Wilhelm等[25]提出關(guān)于不可涉水的河流生境評價方法, 其后美國環(huán)境保護署(United States Enviromental Protection Agency, US EPA)在國家河流評估(National Rivers and Stream Assessment)中推行了不可涉水河流生境評估方法[26]。

我國的河流生境評估發(fā)展較晚, 中小型可涉水河流大多是直接利用國外的方法對河流進行生境評價, 例如, 曹敏等[27]應(yīng)用RBPs開展了蘇州河水系的生境評價, 王強等[28]應(yīng)用RHS方法調(diào)查了東河河流生境, 陳鵬等[29]利用RBPs對廣東省典型中小型河流進行生境評價。同時, 近年來國內(nèi)一些學者也嘗試對黃河[30]、遼河[31]、珠江[32]、撓力河[33]、海河[34]、太湖流域[35]等水系建立相應(yīng)的河流生境評估體系,從河流生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能角度出發(fā), 關(guān)注河流的防洪安全和水資源開發(fā)利用程度, 以探求河流生態(tài)修復(fù)及河流健康管理的新途徑。這些評估體系也大都是在參考國外應(yīng)用廣泛的河流生境評估方法的基礎(chǔ)上建立起來的。總體而言, 我國的河流生境評估工作相對滯后, 近年來雖然也有不少對河流開展的生境評估研究, 但仍缺乏對河流時空尺度以及我國流域特征進行深入分析, 特別是針對我國不可涉水的大型河流還缺乏一套完整的生境評估方法。

本文梳理總結(jié)了20世紀80年代以來的不同類型的河流生境評估方法, 并對各國不可涉水的大型河流和可涉水的中小型河流的生境評估方法進行歸納分類, 闡述不同等級河流的生境評估方法在各國的應(yīng)用。

1 河流生境評估方法分類

由于不同河流的水文地貌等區(qū)域環(huán)境和河流大小不一, 因此各個河流評價指標也有所差別[36]。不同國家地區(qū)具有本國獨特的自然地貌水文特征,相對應(yīng)的河流生境評估體系也就稍有差異。西方國家開展河流生態(tài)健康評價起步較早, 經(jīng)過多年的實踐與經(jīng)驗積累, 很多國家已經(jīng)發(fā)展出相對成熟的評估體系并在全國范圍內(nèi)推行, 開展了大尺度空間范圍內(nèi)的河流生態(tài)狀況總體評估。綜合20世紀80年代至2018年發(fā)表的河流生境評估方法的文獻,根據(jù)每種方法的主要重點和目標, 可將這些評價方法分為預(yù)測模型法(Predictive model method)和多指標評價法(Multi-variable assessment method)。

1.1 預(yù)測模型法(Predictive model method)

預(yù)測模型法是指選取現(xiàn)存的還未受人類活動干擾或者人為干擾較少的自然河流作為參照, 調(diào)查參照河流的數(shù)據(jù), 建立河流的最佳生境模型, 然后通過監(jiān)測點位的河流狀況參數(shù)與模型中預(yù)測數(shù)據(jù)對比, 評估出監(jiān)測點河流生境的狀況[37—39]。這類方法一般又包括兩種, 一種是基于水生生物與河流生境相關(guān)關(guān)系的生物-生境適宜度模型, 如英國的河流生物監(jiān)測系統(tǒng)RIVPACS (River Invertebrate Prediction And Classification System)[37,40]、澳大利亞的河流評估系統(tǒng)AusRivAS (Australian River Assessment Scheme)[38]、加拿大的底棲動物百分比模型PMA(Percent Model Affinity)[41]、南非的河流健康規(guī)劃SARHP(South African River Health Programme)[42]; 另一種是基于河流本身物理結(jié)構(gòu)的生境狀況模型, 如德國的河流生境評估方案(LAWAOVS)[43]以及英國的生境特征預(yù)測模型PHF(Prediction of Habitat Features)[44]。

生物-生境適宜度模型生物-生境適宜度模型法是指在還未受人類干擾的河流點位上, 建立水生生物與河流生境之間的生態(tài)模型, 然后輸入監(jiān)測點的生境狀況參數(shù), 得到無干擾狀態(tài)下的理論生物值, 對比評估監(jiān)測點位的生境。這種模型以英國的河流無脊椎動物預(yù)測與分類評估系統(tǒng)RIVPACS和澳大利亞的河流評估系統(tǒng)AusRivAS為代表。

英國河流無脊椎動物預(yù)測與分類評估系統(tǒng)(RIVPACS)[37]是利用大型底棲無脊椎動物對河流健康狀況進行評估, 通過對試驗點的28個物理生境因子進行數(shù)據(jù)收集, 并使用不同季節(jié)的底棲動物數(shù)據(jù)建立預(yù)測模型, 對采樣點位的底棲動物組成變化進行預(yù)測, 評估各種物理化學因素在決定物種分布和群落結(jié)構(gòu)方面的重要性。

1992年, 澳大利亞政府開展國家河流健康計劃(National River Health Program, NRHP)以評估國內(nèi)河流的健康狀況, 建立了AusRivAS模型評估河流生境[38]。AusRivAS模型以大型底棲無脊椎動物作為指示生物, 參考點位是基于澳大利亞國內(nèi)146個擾動最小的參考點的數(shù)據(jù), 將參考點位的生境按獲得的底棲動物的數(shù)據(jù)分為五組, 通過7個物理生境變量(經(jīng)緯度、海拔、離源距離、年均流量類別、水流形態(tài)、平均水深)進行判別分析, 建立大型底棲無脊椎動物與河流生境之間的模型。通過輸入監(jiān)測點位的河流生境狀況參數(shù), 預(yù)測出監(jiān)測點位在不受人類干擾(或受干擾最小)情況下, 理論上的底棲生物狀況, 然后對比監(jiān)測點位的實際生物狀況和理論生物狀況, 來評估監(jiān)測點位的河流生境狀況,實際值與理論值比值越接近1, 說明干擾越小, 生境狀況越好[37]。AusRivAS模型就是基于RIVPACS模型結(jié)合澳大利亞的河流條件改進而來。與之相似的還有加拿大利用底棲無脊椎動物群落的親源相似性模型(PMA)評估農(nóng)業(yè)對河流的影響[41]。

生物-生境適宜度模型法是非?？焖俚暮恿魃吃u估方法, 而且可以對生境質(zhì)量進行定量化的評估, 但這種模型對于原始數(shù)據(jù)的要求較高, 需要有專業(yè)知識背景的研究人員對水生生物與河流生境的響應(yīng)機制進行全面的分析。而且這種模型法往往以單一生物來評價河流的生境狀況, 但有時河流的健康問題無法反映到這一生物上, 就無法及時反映河流的真實狀況, 具有一定的局限性[45]。

生境狀況模型生境狀況模型法是指設(shè)立河流生境的基準模型, 即無人為干擾條件下的自然河流的生態(tài)模型, 通過監(jiān)測點位與標準模型的河流生態(tài)結(jié)構(gòu)的對比來評估河流健康狀況, 這種模型法以德國河流生境監(jiān)測評估方法(übersichtsverfahren,LAWA-OVS)[43]為代表。

德國河流生境評估方案(LAWA-OVS)是德國水管理工作共同委員會(LAWA)在1998年制定的全國統(tǒng)一的適用于大型河流的生境分類評估方法。這項調(diào)查的先決條件是確定生境評估的基準模型,即需要確定自然河流的生境狀況, 通過分析不同來源的數(shù)據(jù)來評估生境狀況, 如地形圖和景觀圖、報告、遙感數(shù)據(jù)以及采訪相關(guān)部門來獲得河流生態(tài)系統(tǒng)的水體形態(tài)、水質(zhì)、形態(tài)結(jié)構(gòu)、生物群落、地質(zhì)等數(shù)據(jù), 最終得到了基準模型結(jié)構(gòu), 這種結(jié)構(gòu)越自然, 其生態(tài)價值就越高。該方法主要從河床動力學和泛濫平原動力學兩個方面進行綜合評估, 主要包括河道形態(tài)、沿岸植被、河床結(jié)構(gòu)改變的潛力以及河岸穩(wěn)定性、遷移障礙和河水泛濫度這六個指標。該評估方法是通過與自然河流生境的對比來評估河流的實際生態(tài)狀況以及未來可修復(fù)潛力。

生境狀況模型法提供了一個相對快速的評估方法來評估河流的生態(tài)健康質(zhì)量, 描述了實際生境條件和自然條件的差異, 是未來可持續(xù)河流管理的基礎(chǔ), 為河流的修復(fù)和健康管理提供了依據(jù)。這種方法主要基于GIS(地理信息系統(tǒng))數(shù)據(jù)和RS(遙感)數(shù)據(jù), 通過對歷史數(shù)據(jù)以及環(huán)境變化資料的收集與積累, 對流域生境進行長期動態(tài)監(jiān)測, 對時空尺度較大的河流生境評價具有重要意義。但此方法是以自然無干擾的河流狀況作為參照的, 我國大多數(shù)河流受人類活動影響較大, 而且不同流域間河流本身的差異較大, 生境的統(tǒng)一評估不易實現(xiàn)。

1.2 多指標綜合評估(Multi-variable assessment method)

多指標綜合評估法是從河流的整體出發(fā), 綜合不同生物組織層次上多個指標與河流狀況之間的關(guān)系。多指標綜合評估法通過選取河流狀況具有代表性的影響因素指標來制定評價標準, 然后用等級打分的形式來評價河流狀況。多指標綜合評估法評估快速, 評價結(jié)果簡單易懂, 但評價過程復(fù)雜,評價標準不一, 因此評價結(jié)果有一定局限性。不同國家的河流生境評估系統(tǒng)中的評估指標不一樣, 因此本文中闡述了幾個代表性國家應(yīng)用較為廣泛的綜合評估法及其優(yōu)缺點。

美國美國環(huán)境保護署(US EPA)流域評價與保護分部于1989年提出了旨在為全國水質(zhì)管理提供基礎(chǔ)水生生物數(shù)據(jù)的快速生物監(jiān)測方法(RBPs)[46], 1999年發(fā)展完善后開始在全國推行[19]。該方法利用魚類、底棲生物和附著生物來評價河流的健康狀況, 是基于評價棲息地周圍建筑物對水質(zhì)和水生動物群落的影響的一種快速評價方法。RBPs將反映河流狀態(tài)的棲息地環(huán)境因子和生物因子融合在一起, 具有定量、快速等特點, 使得其可以用于較大范圍的評價。但其數(shù)據(jù)獲取主要來自于現(xiàn)場評價人員的目測打分, 評估主觀性較強, 評價精度有一定的欠缺。但RBPs主要是針對的是中小型可涉水河流, 2005年Wilhelm等[25]開發(fā)了不可涉水河流棲息地指數(shù)(Non-Wadeable Habitat Index,NWHI), NWHI中通過對不可涉水河流(特征為流域面積≥1600 km2, 主干長度≥100 km, 年平均流量≥15 m3/s)的7個變量(河岸寬度、大型木質(zhì)碎片、水生植被、底部沉積、河岸穩(wěn)定性、河底基質(zhì)和非河道生境狀況(如河岸帶植被、近岸土地利用類型等))的評分來反應(yīng)河流生境的健康狀況。但這兩種方法的評價標準都是以無人為干擾或人為干擾較小的自然河流作為參照, 我國大多數(shù)河流受人為活動影響較大, 若簡單以自然河流為參照物,難以完全實現(xiàn)對大多數(shù)河流的管理指導。

英國英國河流生境調(diào)查(RHS)項目于20世紀90年代初由當時的英格蘭和威爾士國家河流管理局發(fā)起, 目的是記錄英格蘭和威爾士重要的野生動物棲息地特征, 并對河流沿岸的生境進行質(zhì)量評估[47]。應(yīng)歐盟水框架指令 (European Water Framework Directive, WFD) 要求, 英國環(huán)保署在1997 年發(fā)布了有關(guān)河流生境調(diào)查的實用野外調(diào)查手冊, 并于2003年進行了修改和完善[48]。RHS通過調(diào)查河流物理結(jié)構(gòu), 收集人為干擾因素的基礎(chǔ)數(shù)據(jù), 然后按照河流類型, 評估生境質(zhì)量, 確定河段保護價值,為河流環(huán)境管理尤其是為河流生態(tài)修復(fù)和以破壞河流物理結(jié)構(gòu)為主的建設(shè)項目的環(huán)境影響評估提供依據(jù)[23,49]。RHS綜合了河流生境質(zhì)量評價指標體系(Habitat Quality Assessment Scores, HQA)和評價人為活動對河流物理結(jié)構(gòu)破壞程度的生境退化指數(shù)(Habitat Modification Scores, HMS), 通過對河流通道、河岸、河床的物理結(jié)構(gòu)和人為干擾因素的調(diào)查, 按照河流類型評估生境質(zhì)量, 屬典型的河流地貌類生境評價方法。RHS野外調(diào)查記錄多達200 多項, 但絕大多數(shù)生境指標不需要精確的測量和繁瑣的計算, 只需記錄存在與否, 調(diào)查結(jié)果不會因調(diào)查人員的不同產(chǎn)生巨大差異, 數(shù)據(jù)重復(fù)性好。但由于RHS需要目視法記錄河段生境特征狀況, 這就限制了每個點位進行評估的河段范圍, 只能適用于中小型河流, 無法滿足我國大型河流的評估需要。

澳大利亞澳大利亞河流狀況指數(shù)方法(ISC)[50]是澳大利亞的維多利亞州制定的河流分類系統(tǒng), 以供各州河流管理人員進行退化河流恢復(fù)計劃的有效性評估以及協(xié)助進行適應(yīng)性管理, 以滿足當代及后代人的社會經(jīng)濟發(fā)展需要。從水文、河流物理形態(tài)、河岸帶、水質(zhì)和水生生物五個方面對河流生境現(xiàn)狀進行評估, 通過河流現(xiàn)狀與原始自然狀況進行對比以評估河流健康。但ISC主要針對澳大利亞鄉(xiāng)村的小型河流, 強調(diào)對于影響河流健康的主要環(huán)境特征進行長期評估, 每5年需要向政府和公眾提交一次報告, 以評價長期河流管理和恢復(fù)中人為管理干預(yù)的有效性, 從而引導河流的可持續(xù)發(fā)展[51]。

瑞典河岸、河道和環(huán)境清單(RCE)[21]是用以評估農(nóng)村景觀中河寬＜3 m的小型溪流, 這些河流大多是經(jīng)過人工改造, 由河岸帶結(jié)構(gòu)、河流形態(tài)以及生物條件三個方面的16個特征參數(shù)組成, 這些參數(shù)分別為: 緊鄰河岸地帶以外的土地利用格局、河岸帶寬度、河岸帶完整性、河道邊向外延伸10 m的河岸帶植被、木質(zhì)殘體狀況、河道結(jié)構(gòu)(寬深比)、河道沉積物、河岸結(jié)構(gòu)侵蝕退化、河岸下切、石頭底質(zhì)(形態(tài)和外觀)、河床泥沙、淺灘深槽以及曲流的出現(xiàn)數(shù)量、水生植物、魚類、碎屑、大型底棲生物。這種方法假設(shè)對于自然河道和岸邊結(jié)構(gòu)的人類活動干擾是影響河流生物結(jié)構(gòu)和功能的主要原因, 采用人工目測進行快速評估, 評分指標細致清楚, 但只適用于集約化改造的農(nóng)業(yè)地區(qū)的河流。

德國德國第一次河流生境評估在20世紀90年代末, 德國水管理工作共同委員會(LAWA)制定了兩種全國統(tǒng)一的生境分類評估方法, 包括實地調(diào)查(On-site Survey, OSS)和綜合調(diào)查(Overview Survey, OVS), OSS主要關(guān)注河寬≤10 m的中小型河流, OVS適用于大型河流[43]。這兩種方法的調(diào)查基礎(chǔ)是確定河流的潛在自然條件, 這代表了河流評估所依據(jù)的“基準”。OSS是一種基于實地的方法,整個河流生態(tài)系統(tǒng)分為三個部分: 河床、河岸和100 m寬的漫灘走廊, 評估包括6個主要參數(shù)和25個單獨的二級指標, 根據(jù)每個指標對應(yīng)的分值得到主要參數(shù)的分值, 計算出最終得分指數(shù), 確定干擾狀態(tài)。OVS主要從河床動力學和泛濫平原動力學兩個方面綜合評估, 前一個包括河道形態(tài)、沿岸植被、結(jié)構(gòu)改變的潛力三個指標, 后一個包括保持度和發(fā)展?jié)撃軆蓚€指標, 每個指標下設(shè)有二級指標,通過不同指標與設(shè)定的自然無干擾的河流狀況進行對比, 評價其指標等級, 通過各個指標等級得到河床動力學和泛濫平原動力學的干擾等級, 最終得到河流生境質(zhì)量情況。這兩種調(diào)查方法描述了河流的地貌形態(tài), 包括河床、河岸和泛濫平原等因素,這種結(jié)構(gòu)越自然, 其生態(tài)價值就越高[43,52]。

德國各州使用這兩種評估方法評估河流生境,并制作針對各州的河流生境圖, 從未受干擾到完全干擾, 對應(yīng)河流生境圖上的顏色從深藍色到紅色,該評估方法主要通過和自然狀況的對比來評估其實際生態(tài)狀況以及未來可修復(fù)潛力。1999年第一個全國河流生境評估項目啟動, 德國各個州的河流生境評估結(jié)果都被納入到2002年出版的第一份河流生境圖中[36]。21世紀初, LAWA將生物水質(zhì)圖和河流生境圖結(jié)合起來對河流總體生態(tài)狀況進行初步評估[53]。河流生境圖可以清楚直接地表現(xiàn)出整體河流受干擾的狀況, 長期的流域生境監(jiān)測是可持續(xù)性河流管理的基礎(chǔ), 對于河流修復(fù)和健康管理具有重大意義。但這種方法需要大量的數(shù)據(jù)作為支撐, 適合進行全流域范圍內(nèi)的生境調(diào)查。

南非南非水務(wù)及森林部(DWAF)于1994年發(fā)起了河流健康計劃(River Health Programme,RHP), 該計劃是一項用于評估河流生態(tài)系統(tǒng)健康的國家河流長期監(jiān)測計劃, 選用大型無脊椎動物、魚類完整性、河岸植被生態(tài)完整性、生境完整性、水質(zhì)、水文、地貌物理形態(tài)等河流生境指標作為河流健康的評價指標, 提供了可廣泛用于河流生物監(jiān)測的框架。該計劃有助于管理人員就河流水質(zhì)和水文的變化以及這些變化對河流生態(tài)系統(tǒng)健康的影響作出決定, 制定對生態(tài)環(huán)境無害的質(zhì)量目標和對水環(huán)境的狀況進行及時的審查和修復(fù)方案[42]。

中國國內(nèi)學者采用多指標對河流生境的評價研究不多, 主要集中在小流域范圍內(nèi)河流的綜合評價管理。吳阿娜等[54]從河流水文、河流形態(tài)、河岸帶狀況、水質(zhì)理化參數(shù)、河流生物5方面建立城市河流生態(tài)系統(tǒng)健康評價, 并探討其在河流管理中的應(yīng)用, 在此基礎(chǔ)上, 從河流健康視角審視河流管理現(xiàn)狀, 提出河流健康與河流管理的集成框架。鄭丙輝等[31]借鑒RBPs的生境評估指標, 建立了涵蓋物理結(jié)構(gòu)、水量與水質(zhì)等多種特征的棲息地評價指標體系, 以反映河流水生生物的棲息地質(zhì)量狀況, 指標體系由底質(zhì)、棲息地復(fù)雜性、流速-水深結(jié)合特性、堤岸穩(wěn)定性、河道變化、河水水量狀況、植被多樣性、水質(zhì)狀況、人類活動強度和河岸土地利用類型 10個指標所構(gòu)成, 采取累計求和的方式計算棲息地綜合指數(shù)。王建華等[33]參考美國RBPs、澳大利亞ISC等相關(guān)成果, 結(jié)合撓力河流域環(huán)境特點, 建立了撓力河流域河流生境質(zhì)量評價的指標系統(tǒng)和評分標準。Ding等[34]參考比較了國內(nèi)外多種評估方法, 結(jié)合海河流域城市化程度高、工業(yè)化較嚴重、河流航運繁忙、污染嚴重等特征, 建立了適用于海河流域的河流生境質(zhì)量評估方法(RHQ)。Yang等[55]根據(jù)渭河流域的生態(tài)條件,以基體組成、生境復(fù)雜程度、岸坡侵蝕程度、河流曲度、人類活動強度、植被緩沖寬度、水質(zhì)、水文狀況等作為河流生境評價指標, 建立了渭河流域生境綜合質(zhì)量指數(shù)(CHQI)。類似的生境多指標綜合評估法在近幾年發(fā)展迅速, 但由于所參考的方法不一致, 不同河流水文地貌等區(qū)域環(huán)境和河流大小等級規(guī)模不一, 各個評估方法也有所差別, 我國目前還未形成系統(tǒng)化的生境綜合評估方案。另外, 國內(nèi)的生境評估方法一般是基于河段評價的小尺度評估, 無法綜合評估河流整體及流域尺度的生境狀況。

2 不同等級河流的生境評估方法在各國的應(yīng)用

21世紀以前, 河流生境評價多是集中在自然生境的空間形態(tài)和結(jié)構(gòu)特征上[47,56,57], 而現(xiàn)在的評估范圍已擴大到評估整個流域的生態(tài)系統(tǒng)[58]。Frissell等[59]認為不同等級的河流生境形成和改變的時間也不一樣, 因此不同空間尺度的河流生境所需的評估時間也不同。也就是說, 要評估的河流空間尺度越大, 開展評估活動所需的時間也就越長。20世紀80年代以來, 隨著河流生態(tài)環(huán)境問題日益突出,河流生境評價研究受到了廣泛重視, 很多國家都發(fā)展出適合本國河流情況的生境評價方法, 但其中多是針對中小型的可涉水的河流, 大型不可涉水河流生境調(diào)查受限于采樣空間尺度大、數(shù)據(jù)不易采集、危險度高等問題, 因此對于大型河流生境的評估方法發(fā)展緩慢[5,25]。本文整理了20世紀80年代至2018年國內(nèi)外的河流生境評估方法, 這些方法的適用范圍從中小型的可涉水河流到較大的不可涉水河流(表1)。

2.1 不同類型的評估方法的使用狀況

預(yù)測模型法要通過監(jiān)測點的實際狀況與河流理論狀況對比來評價河流的健康狀況, 由于不易獲得理論點的數(shù)據(jù), 因此不能準確地反映河流的真實情況。多指標綜合評估法通過選取河流狀況具有代表性的影響因素指標來制定評價標準, 然后用等級打分的形式來評價河流狀況。多指標綜合評估法評估速度快, 評價結(jié)果易懂, 但評價過程復(fù)雜, 資料不易收集。在搜集到的66種生境評估方法中85%為多指標綜合評估法, 僅有15%為預(yù)測模型法,說明多指標綜合評估法仍然是評估河流生境最常用的方法。

2.2 不同國家生境評估方法的開發(fā)數(shù)量

本文搜集到的66種生境評估方法中美國的開發(fā)數(shù)量最多, 高達25種, 其次是英國, 圖1顯示不同國家生境評估方法的開發(fā)數(shù)量, 河流生境的健康評估多集中在發(fā)達國家, 這可能與發(fā)達國家的經(jīng)濟發(fā)展到了一定水平, 對水生態(tài)系統(tǒng)健康的關(guān)注越來越大, 因此開始推進和發(fā)展了多種生境評估方法。

20世紀90年代以來, 我國開始關(guān)注河流生態(tài)系統(tǒng)健康狀況, 并加大對河流生態(tài)保護工作的投入,河流生境評估工作隨之發(fā)展, 但總體而言我國關(guān)于河流生境的研究起步較晚發(fā)展緩慢, 基本都是基于國外已有的評估方法進行生境評價[28,29]。2005年以來, 通過參考國外使用廣泛的河流生境質(zhì)量評價指標體系, 結(jié)合需評估河流的特征, 開發(fā)了一些生境評估方法[30—32], 這些評估方法中除Yang等[110]在2013年開發(fā)的基于灰色系統(tǒng)模型和層次分析的河流生態(tài)評估方法以及Xia等[109]建立的基于指標體系的USM評價模型外, 基本都為多指標評估法, 評估體系種類單一。而且這些評估方法基本都是針對某一條河流或某幾條河流, 盡管這些河流的物理特征符合大河的定義, 但并未對這些河流流域的整體生境狀況進行深入研究, 系統(tǒng)性的大型河流的生境評估體系還未能建立, 適用范圍狹窄, 廣適性較差(表2)。

表1 1983—2018年不同國家與地區(qū)的河流生境評估方法Tab. 1 Summary of river habitat assessment methods in different countries from 1983 to 2018

續(xù)表1

2.3 不同生境評估方法的適用河流等級

圖2中展示了適用于不同河流類型的生境評估方法的數(shù)量, 很明顯可以看出小型可涉水河流的生境評估方法開發(fā)較多, 其次是具有廣適性的河流和小溪都適用的評估方法。針對大型河流單獨開發(fā)的生境評估方法較少, 這不僅因為地理狀況復(fù)雜性和生境類型多樣性導致大型河流難以進行實地的采樣和測量, 多尺度干擾的疊加也使得影響大河生態(tài)狀況的因子變得不太明晰[5]。此外, 要評估和管理大河生態(tài)系統(tǒng)需要多個尺度的數(shù)據(jù)——空間上從河段到流域, 時間上從連續(xù)實時到長期的集成[122]。

3 我國河流生境評估的發(fā)展前景

河流生境評估體系為河流生態(tài)系統(tǒng)的保護和恢復(fù)提供很好的指導作用, 近年來, 由于對河流生態(tài)環(huán)境的重視, 我國的河流評估體系也在不斷發(fā)展,但相較于國外, 我國在這方面仍存在很多不足, 如評估系統(tǒng)大多側(cè)重于河流水質(zhì), 評估尺度較小、多是集中某一條或幾條河流的綜合評價管理, 流域的整體數(shù)據(jù)不易獲得等, 這就導致評價結(jié)果比較片面,無法全面地評估河流健康狀況。目前河流生境的研究方法較多, 每種方法都有自身的適用范圍, 大多數(shù)方法主要用于中小型河流的生態(tài)影響和生態(tài)修復(fù)評價, 而不太適用于大型河流生境評價。

圖1 不同國家河流生境評估方法的開發(fā)數(shù)量Fig. 1 Number of river habitat assessment methods developed in different countries

表2 我國開發(fā)的河流生境評估方法Tab. 2 The methods of river habitat assessment in China

圖2 適用不同河流類型的生境評估方法數(shù)量比較Fig. 2 Number of river habitat assessment methods in different river targets

因此, 對于我國流域生境評估研究建議從如下幾點加強:

(1)確定科學的評分指標: 不同國家、地區(qū), 處于不同的社會經(jīng)濟發(fā)展階段, 保護的目標不同, 評價的目的也不同, 也就需要不一樣的評分標準。但河流生境評估的內(nèi)涵基本是基于生態(tài)完整性的評估, 雖然具體指標體系略有不同, 但基本架構(gòu)均會包含物理棲息地、化學指標、水文地貌指標、生物完整性等四大類。我國河流眾多, 不同大小和不同地區(qū)的河流有各自不同的特點, 其評價的目的也不相同。我國的河流生境評價方法要滿足不同地區(qū)、不同類型河流評價與管理需要, 應(yīng)該從目標評價河流的實際狀況特征出發(fā), 明確評價目的并建立關(guān)鍵的評價指標, 并應(yīng)滿足不同的應(yīng)用人群需求來制定。對于中小型的可涉水河流, 應(yīng)當結(jié)合中小型河流的區(qū)域特點, 對于生態(tài)流量、水沙狀況等影響較大的指標進行優(yōu)化調(diào)整, 以保證河流生境評估體系的科學性。而對于大型的不可涉水河流, 則需要從全流域出發(fā), 從景觀尺度深入, 構(gòu)建河流的流域生境評估體系。

(2)擴大評估范圍: 現(xiàn)在國內(nèi)的河流生境評估方法大多是只停留在對某一條或幾條河流的生境的評估, 還未深入到對集水區(qū)或流域的生境評估, 要從景觀和流域尺度進行環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測, 關(guān)注整個流域的生態(tài)狀況, 對河流、流域的生境健康評價研究有著更重大的意義。

(3)擴大時間尺度: 隨著河流生態(tài)評估體系的發(fā)展, 越來越多的河流進行了生境評估, 但流域生態(tài)系統(tǒng)的物理生境變化具有一定的滯后性, 快速即時的評估依然無法讓河流狀況得到及時防治。因此我們應(yīng)該在生境評估系統(tǒng)上疊加時間尺度, 對河流健康狀況進行連續(xù)性的監(jiān)測, 并且與監(jiān)測站的水質(zhì)變化數(shù)據(jù)相結(jié)合, 建立相關(guān)的數(shù)學模型, 以達到長期動態(tài)的監(jiān)測評估。

(4)建立統(tǒng)一數(shù)據(jù)共享平臺或者數(shù)據(jù)庫: 由于河流所處的流域一般是跨行政單位的, 因此可獲得的數(shù)據(jù)通常是從不同省市的單位獲得, 加之各單位的指標記錄各不相同, 這就導致流域內(nèi)數(shù)據(jù)偏差較大。因此我們需要建立統(tǒng)一數(shù)據(jù)共享平臺或者數(shù)據(jù)庫以整合不同地區(qū)的河流數(shù)據(jù), 避免重復(fù)性的測量。

總之, 我國的河流生境評估研究還需要大力發(fā)展, 通過政府宏觀規(guī)劃, 建立一套適用于我國河流生態(tài)系統(tǒng)的評估體系, 為河流及流域的生態(tài)健康管理提供參考, 以期能夠?qū)崿F(xiàn)我國河流生態(tài)健康的可持續(xù)發(fā)展。