第1章 流域水生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)研究概況
全世界淡水生態(tài)系統(tǒng)在近一個(gè)世紀(jì)發(fā)生巨大變化，水體污染和棲息地喪失導(dǎo)眾多水生生物生存受到威脅。全球964 種水鳥(niǎo)中有 203 種（21%）現(xiàn)已滅絕或處于受危狀態(tài)，此外37% 的淡水哺乳動(dòng)物、20% 的淡水魚類、43%的棲動(dòng)物、50% 的淡水角類以及43%的鱷魚都已處于受危、瀕危或滅絕狀態(tài)。我國(guó)淡水生物也表現(xiàn)出嚴(yán)重的退化趨勢(shì)，以長(zhǎng)江為例， “四大家魚”魚苗量急劇下降，由20世紀(jì)50年代的300 多億尾降為目前的不足1億尾，上游的金沙江目前也僅能監(jiān)測(cè)到歷史上143種魚類中的17 種，其中還包括3種外來(lái)種，瀕危物種白暨豚已經(jīng)消失多年，江豚和中華解等物種也岌岌可危。究其原因，人口增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展加快兩大因素是導(dǎo)致江河、湖泊中水生生物數(shù)量銳減的主要間接驅(qū)動(dòng)力，而導(dǎo)致水生態(tài)系統(tǒng)退化的主要直接驅(qū)動(dòng)力則包括基礎(chǔ)設(shè)施過(guò)度開(kāi)發(fā)、土地圍墾、污染、過(guò)度捕撈以及外來(lái)物種的引入等。
隨著淡水生物生存條件的惡化，河流、湖泊處于何種狀態(tài)逐漸受到關(guān)注，由此流域健康的概念應(yīng)運(yùn)而生。美國(guó)《清潔水法》(Clean Water Act) 將流域健康定義為水體能夠恢復(fù)和保持其化學(xué)、物理和生物完整性 (Karr，1999)。盡管目前對(duì)流域健康的定義還沒(méi)有成共識(shí)，但大多數(shù)學(xué)者都認(rèn)為流域健康應(yīng)包括兩方面的內(nèi)容：一方面水體需要維持自身的生存，即流域水生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的完整性；另一方面水體可以為人類提供服務(wù)，即流域社會(huì)服務(wù)功能的實(shí)現(xiàn)。流域水生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)是聯(lián)系水生態(tài)系統(tǒng)研究與管理決策的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其目的是全面認(rèn)識(shí)水生態(tài)系統(tǒng)的現(xiàn)狀與變化趨勢(shì)，用通俗易懂的方式向決策者和公眾提供生態(tài)信息，以減少或消除水生態(tài)系統(tǒng)管理的不科學(xué)性，并以此為基礎(chǔ)開(kāi)展水體生態(tài)修復(fù)與恢復(fù)，以實(shí)現(xiàn)流域水生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。
受污染水體已越來(lái)越被公眾重視，簡(jiǎn)單的物理或化學(xué)指標(biāo)水體監(jiān)測(cè)并不能反映更多的生態(tài)信息，而水生生物可以反映更長(zhǎng)期的污染特征、難以監(jiān)測(cè)分析的污染物的影響以及綜合影響等信息。早在19 世紀(jì)，Nylander(1866) 就肯定了地衣對(duì)城市環(huán)境變化敏感性。此后，利用生物指標(biāo)進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)評(píng)價(jià)的方法被引入水生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)中?？v觀流域水生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)發(fā)展歷程，大體可以分為3 個(gè)階段。
第一階段主要是利用水生生物的生物學(xué)和生態(tài)學(xué)屬性信息進(jìn)行水體評(píng)價(jià)。20世紀(jì)初期，德國(guó)學(xué)者首先提出了“污水生物系統(tǒng)”(saprobien system)，這是人們最早利用水生生物對(duì)河流有機(jī)污染的敏感性進(jìn)行水體評(píng)價(jià)。其理論基礎(chǔ)是，河流受到有機(jī)物污染后污染源下游的一段流程里，會(huì)發(fā)生自凈，即隨河水污染程度的逐漸減輕。生物種類出發(fā)生變化，在不同的河段出現(xiàn)不同的生物種類。據(jù)此，可將河流依次劃為4個(gè)帶:α-中污帶、β-中污帶(即甲型、乙型中污帶)和寡污帶，每個(gè)帶都有各自的物理、化學(xué)和生物待征。但隨著對(duì)水體生物認(rèn)識(shí)的不斷深人，在清潔的水體中也會(huì)發(fā)現(xiàn)存在著耐污性物種，而污染嚴(yán)重的水體中也會(huì)出現(xiàn)敏感性生物。生物種類的分布又受到地區(qū)和各種環(huán)境因素的限制，因此對(duì)于利用污水生物系統(tǒng)指示水體污染狀況的可靠性，尚存分歧。
第二階段利用生物指數(shù)計(jì)算、模型分析等數(shù)理統(tǒng)計(jì)手段成為主流。隨著 20 世紀(jì)六七十年代統(tǒng)計(jì)分析方法的不斷進(jìn)步，涌現(xiàn)出了大量的水生生物評(píng)價(jià)指數(shù)，如生物指數(shù) (biotic indices，BI)、香農(nóng)-威納多樣性指數(shù) (Shannon- Wienerdiversity index)等。這些生物評(píng)價(jià)指數(shù)有別于之前利用水生生物物種生態(tài)屬性的評(píng)價(jià)方法，而是更多地考慮了水生生物群落結(jié)構(gòu)與功能特征。自20 世紀(jì) 80 年代以后，水體評(píng)價(jià)從單一生物指數(shù)逐漸向多參數(shù)或綜合參數(shù)的生物指數(shù)過(guò)渡。Karr (1981) 在運(yùn)用大量生物參數(shù)的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了一種新的復(fù)合指數(shù)，即生物完整性指數(shù) (index of biological integrity，IBI)。這個(gè)指數(shù)擁有很強(qiáng)的適用性，在世界范圍內(nèi)的各種水體都有所應(yīng)用，還有很多類似的復(fù)合指數(shù)，如魚類集聚完整性指數(shù) (fish assemblage integrity index，F(xiàn)AII)、營(yíng)養(yǎng)完全指數(shù) (index of trophic completeness，ITC)等。同時(shí)，人們逐漸認(rèn)識(shí)到河流生物群落具有整合不同時(shí)間尺度上各種化學(xué)、生物和物理影響的能力，生物群落的結(jié)構(gòu)和功能能夠反映諸如化學(xué)品污染、物理生境喪失、外來(lái)物種入侵、水資源過(guò)量消耗、河岸帶植被過(guò)度采伐等干擾壓力，水生生物也成為流域健康評(píng)價(jià)的核心內(nèi)容。由此以水生生物要素為核心，綜合考慮水文、水化學(xué)、物理生境、景觀等要素的流域綜合評(píng)價(jià)方法逐步形成并完善。
第三階段則是依靠于當(dāng)前不斷發(fā)展的各類生物新技術(shù)、新手段、新方法等，從水生生物個(gè)體生理、分子水平去評(píng)價(jià)水生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況。例如，通過(guò)分析水體及水生生物體內(nèi)含污量、關(guān)鍵生理指標(biāo)活力水平進(jìn)行水體環(huán)境評(píng)價(jià)，這在魚類、大型底棲動(dòng)物方面的研究較多。此外也有通過(guò)分析水體環(huán)境DNAD(environmental DNA，eDNA)反映的生物信息，對(duì)河流進(jìn)行健康評(píng)價(jià)。目前這一研究方向剛剛起步，在評(píng)價(jià)指標(biāo)、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等許多方面還需要不斷完善。
參考來(lái)源：張遠(yuǎn)等著. 中國(guó)重點(diǎn)流域水生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)[M]. 北京：科學(xué)出版社, 2019.
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