河流生态系统健康评价及其对我国河流健康保护的启示_水生态环境综合治理与保护（江西水问题研究与实践丛书）-QQ阅读男生科幻网

书名：水生态环境综合治理与保护（江西水问题研究与实践丛书）
作者名：江西省水利科学研究院
本章字数：8877字
更新时间：2021-04-16 21:51:39

河流生态系统健康评价及其对我国河流健康保护的启示

黄宝强

江西省水利科学研究院

南昌工程学院

李荣昉

江西省水利科学研究院

曹文洪

中国水利水电科学研究院

近年来，维持和恢复一个健康的河流生态系统已成为河流管理的重要目标。在介绍了河流健康内涵的基础上，从评价尺度、评价指标、评价标准以及评价方法等方面概括了河流健康评价研究的主要内容，并分析了其对我国河流健康保护的启示，认为评价系统的理论和方法有待进一步发展和完善。

关键词:河流生态系统-健康评价-评价方法-河流管理

河流是重要的自然生态系统，也是重要的生态廊道之一，是陆地生态系统和水生生态系统间物质循环、能量流动和信息交流的主要通道，发挥着重要的生态功能^［1］。河流是人类发展的重要自然资源，除为人类提供食物、生产生活用水外，还具有防洪、发电、航运、灌溉、旅游等多种服务功能。作为一种自然生态系统，河流生态系统具有自我维持、自我调控的功能，对外界的干扰具有一定的恢复能力，如很多营养盐及污染物在河流中得以迁移、稀释和降解，使污染水体得到净化^［2］。但是，随着人口的快速增长以及人类工农业活动的加剧，河流生态系统不断受到人类活动的干扰和损害，主要表现在：不合理的水资源开发利用，使得很多河流面临断流或枯竭；森林和河岸带植被的破坏，导致水土流失，河道淤塞；大量污染物的排入严重影响了河流水质状况；传统的水利工程强调经济效应和工程安全，导致自然河流的渠道化和非连续化，妨碍了河流与河岸系统的交流，使得河流结构受到极大的破坏，生物多样性丧失，诸多生态功能也因此而削弱或丧失^［3］。河流生态系统的退化和人类对水生生态系统服务功能的不断增加，使得河流及其流域的经济、社会和环境安全受到威胁。因此，如何维持和发挥现有河流生态系统的服务功能，修复受损系统，促进区域经济、社会和环境的可持续发展已成为一个全球性的问题^［4］，维持和恢复一个健康的生态系统已成为近年来环境管理的重要目标^［5-6］。

生态健康是20 世纪80 年代兴起的全新研究领域^［7］，生态系统健康评价迅速成为现代生态学的研究热点，在森林、农田、湿地等不同类型生态系统领域得到广泛开展，尤其是森林生态系统的研究最为完善 ^［8-9］。河流健康是伴随着生态系统健康而出现的，河流生态系统的研究显得相对滞后^［10］。河流生态环境的恶化以及河流管理方法的落后，促进了河流健康理论的产生和发展，并迅速成为河流管理的目标 ^［11-12］。Seifert于1938 年提出了近自然河溪治理的概念^［13］，20世纪50年代德国正式创立了近自然河道治理工程，Schlueter认为近自然治理（Near Nature Control）的目标是在满足人类对河流利用的同时，维护或创造河流的生态多样性^［14］。人们开始审视以往的工程措施、社会经济行为对河流生态系统的影响，重新思考河流的价值和河流的内在机理，开展了以“自然护岸为特色”的河流治理工作，着重关注河道的自然状态 ^［15-16］。20世纪90年代初期，人们关注的目光从近自然河道治理转向生物多样性恢复问题，将河流作为一个生态系统对待，注重河流生态系统结构完整性和整体功能的发挥，更加关注人与自然的和谐共处^［16］；更加注重将生态系统的知识应用于河流治理实践中的，认为河流治理要减轻人为活动对河流的压力，维持河流环境多样性、物种多样性及河流生态系统平衡，并逐渐恢复自然状况^［15］。我国学者董哲仁2003年提出了“生态水工学（Eco-Hydraulic Engineering）”的概念，他认为水工学应吸收、融合生态学的理论，建立和发展生态水工学，在满足人们对水的各种不同需求的同时，还应满足水生态系统的完整性、依存性的要求，恢复与建设洁净的水环境，实现人与自然的和谐共处^［17］。河流生态系统管理和生态治理是河流生态学的研究热点，而河流健康评价是河流管理的基础性工作，对河流的治理和管理目标具有重要的导向作用，因此，对河流生态系统进行健康评价极为重要。国外对河流生态健康的评价工作开展得比较早，最初是从欧洲少数受到严重污染的河流开始，对河流健康的评价主要停留在对水质的评价上^［18］。20世纪80年代，河流管理的重点由水质保护转向河流生态系统的恢复，河流健康评价的内容也开始转向对河流生态质量的评价^［7］。20世纪80代以来，美国、加拿大、英国、澳大利亚和南非等一些国家相继开展了大量关于河流健康评价的研究^［19］。国内对河流生态健康的研究起步较晚，近几年如何评价河流生态健康状况逐渐成为学术界研究的热点。因此，笔者以河流健康的内涵为基础，从评价尺度、评价指标、评价标准以及评价方法等方面综述了河流生态健康评价的主要内容，并探讨其对我国河流健康保护的启示。

^[1]

1 河流健康的内涵

河流健康是河流生态学中的一个新概念，是伴随着生态系统健康的出现而产生，仅有30多年的历史，它是在河流生命存在的前提下，人类对其生命存在状态的描述 ^［19-20］。到目前为止，河流健康尚未形成统一的概念，缺乏明确的定义 ^［21-22］。1972 年，河流健康的概念首先在美国《清洁水法》中被提出，该法案将河流健康设定为物理、化学和生物的完整性，即维持生态系统的自然结构和功能的状态。以Schofield^［23］、Norris^［10］、Karr^［21］以及An^［24］为代表的学者认为，河流健康就是维持河流生态系统的完整性，主要从生态系统健康的角度来考虑问题，比较强调生态系统健康的生态学指标。随着对生态系统健康概念理解的深入，越来越多的学者认为生态系统健康应该把人类健康也包括进来，即应该满足人类社会合理要求的能力和生态系统本身自我维持与更新的能力，不考虑社会、经济与文化的生态系统健康是不全面的，河流健康概念中应该包括人类价值 ^［25-27］。也有学者认为，河流健康是指河流生态系统除了能维持自身结构的完整性，并能维持正常的服务功能和满足人类社会发展的合理需求，在健康的概念中涵盖了生态完整性与对人类的服务价值^［11］。这种体现人类价值判断的河流健康理解逐步得到认同，我国学者更倾向于第二种提法^［⁴^，¹¹^，¹⁹^］，认为河流健康是相对的，在不同历史文化和经济条件下，河流的健康标准实际上是一种社会选择^［19］。但也有学者认为河流健康不是严格意义上的科学概念，而是河流管理的评估工具^［28］。可见，由于研究者不同的学科背景和评价视角，加上河流生态系统自身的复杂性，对河流健康内涵的理解也呈现出多元化的格局，有关河流健康概念及其内涵的界定有待进一步研究^［29］。明确的河流健康概念及内涵，对于推动河流健康研究的持续深入，促进其相关理论框架和技术方法的发展，指导河流保护和管理实践的有效开展都具有重要的现实意义^［29］。因此，河流健康的概念仍是河流生态健康评价的重要内容之一。

2 河流生态系统健康评价

2.1 评价尺度

河流健康评价可在不同的尺度上进行，评价尺度的选取是河流健康评价研究的重要内容^［7］。随着河流健康研究的不断发展，河流保护工作相继经历了河流水质恢复、河流生态系统恢复、大型河流生态恢复及流域尺度的整体生态恢复等阶段^［30］。在不同时期，河流健康评价的尺度是不同的，选取的评价指标也是不同的，从而产生不同的评价结果。而评价指标体系中不同生物反映的时空尺度也是不同的，如藻类的时间尺度为几天到几个星期，空间尺度为几平方米；大型水生生物的时间尺度为几个月至一年，空间尺度为几百平方米；鱼类的时间尺度为几年，空间尺度为平方公里；河岸植被的时间尺度长达几十年，而在空间上不能用尺度进行表征^［31］。因此，在用不同生物类群进行评价时取样尺度及频度是一个关键问题^［18］；而对人类价值的评价，需要选取较大的尺度^［11］。对不同尺度开展的研究，其影响的因素也是不同的。如从流域层次开展的河流生态学研究，河流生态系统的健康受到河岸带植被和流域土地利用变化的双重影响^［⁷^，¹¹^，¹⁸^］。

2.2 评价指标

河流健康表征指标的合理选择和有效评估作为河流健康评价的重要内容，影响并制约着河流健康评价结果的针对性和准确性^［29］。如何从众多的生态因子中提取不受特定地域限制、易于比较、相对稳定的，既能客观反映生态系统状况，又便于度量的综合参数是河流健康评价研究的关键技术问题^［¹¹^，¹⁸^］，应该包括生态系统中各类最重要的生态因子及功能指标^［18］。但是，有些研究应用的指标体系过多，需要多学科的专业人员合作才能完成评价工作，无法进行快速评价^［32］。由于河流健康涉及的范围比较广泛，加上河流系统的复杂性，各个国家、各条河流面临的问题也不尽相同。因此，选用什么指标衡量、如何衡量具有一定的特殊性，河流健康评价选择的指标体系差异较大^［¹¹^，^21-24^，^32-33^］，但一般评价指标体系的选择应遵循整体性、科学性、代表性、独立性、可比性和可操作性原则^［34］。另外，还要针对河流健康特点考虑指标的差异性、阶段性、系统性、层次性、流域尺度性以及临界性等方面的因素^［35］，选择的指标要尽可能能够量化。目前，河流健康的衡量标准大多是从生态学的角度进行分析，评价指标大多从水质、水生生物、河流形态结构、河流水文和河岸带中选取^［21^，^35-37^］。也有学者认为，除了河道健康指标和河道生态系统健康指标外，评价指标还应包括社会经济价值方面的指标^［38］，涵盖河流的服务、环境、防洪、开发利用及生态功能^［40］。如何借鉴国内外研究成果，结合对管理要求、区域特征、河流功能定位等的诊断和评估，确定适宜的河流健康表征指标及评估准则，是进行河流健康评价的重要内容^［29］。

2.3 评价标准

评价就是人们参照一定的标准对客体的价值或优劣进行评判比较的一种认知过程，同时也是一种决策过程^［38］。评价标准的确定在河流健康评价中显得极为重要，同一条河流若采用不同的评价标准进行评价，评价结果可能不同^［11］。由于河流健康涉及的范畴比较广泛，既受自然条件的限制，又受流域人类活动和经济发展的制约。河流健康只是在河流的自然功能和社会功能之间寻找平衡，努力做到两者的共存共荣，只是相对意义上的健康，不同背景下的河流健康标准实际上是一种社会选择^［39］。因此，河流健康只是一个相对概念，评价时需要一定的基准状态作为参照点，与其对比进行健康状况的评价^［38］。现有方法多以无干扰或干扰程度很小状态作为河流健康的基准，但仍存在争议，因为河流健康评价标准具有明显的时代和地域特征，也具有动态性特征，主要取决于人们对河流功能的定位。在不同的人类认识水平、经济发展阶段、社会历史文化氛围、人类生态价值取向、气候变化、地质构造变迁及生态演替阶段，河流健康的标准是不同的^［¹¹^，³⁸^］。同时，研究者不同的学科背景和评价视角，对指标的选取以及重要程度的认识也是不同的；因此，评价标准需通过专家评判以及与现有标准规范相结合的方法来确定^［11］。河流健康评价指标的标准和权重应当因“河”而异，因“时”而异，结合河流的自然特性、生态环境以及所处的社会经济环境来具体确定^［38］。此外，评价标准的制定需要进行敏感性分析，以国际标准、国家标准、发展规划值、典型河流的现状特征值为基础，通过专家咨询研究具体指标的临界点，最后确定河流健康度的评价标准^［40］。

2.4 评价方法

河流健康评估方法以河流生态系统状况为主线，着眼于建立河流状况变化与生物过程的关系，建立一种兼顾合理开发利用和生态保护的综合评估体系。如何建立评估体系，是河流健康评估的关键技术问题^［41］。近20 年来，河流健康状况评价的方法学不断发展，形成了一系列各具特色的评价方法，评估的内容包括物理-化学评估、生物栖息地质量评估、水文评估和生物评估4 个方面的内容 ^［42-45］。但就评价原理而言，可将这些评价方法分为两类：一类是预测模型（Predictive Model）方法或多元变量统计分析方法（Multivariate Statistical Methods），代表性的方法有河流无脊椎动物预测、分类系统（River in Vertebrate Predictionand Classification System，RIVPACS）和澳大利亚河流评价计划（Australian River Assessment Scheme，AusRivAS）^［46-48］；另一类方法称为多指标方法（Multimetrics Index），主要有生物完整性指数（Index of Biotic Integrity，IBI）、澳大利亚的溪流状况指数（Index of Stream Condition，ISC）、英国的河流生境调查（River Habitat Survey，RHS）、瑞典的河岸、河道与环境细则（Riparian，Channel，Environment Inventory，RCE）和南非的河流健康计划（River Health Planning，RHP）等^［¹⁸^，³²^，³⁷^，⁴¹^，⁴⁹^］。采用预测模型，将河流在无人为干扰下理论的物种组成与河流实际的生物组成进行比较，从而评价河流的健康状况。这类方法主要通过单一物种对河流健康状况进行比较（例如RIVPACS、AUSRIVAS 都以底栖无脊椎动物作为对象），并且假设河流任何变化都会反映在这一物种的变化上。如果河流健康状况受到破坏，但并未反映在所选物种的变化上，这类方法就无法反映河流真实状况，具有一定的局限性，是评价预测模型法的一大缺陷^［37］。而多指标评价法使用评价标准对河流的生物、物理化学、水文以及形态特征指标进行评分，将各项得分累计后的总分作为评价河流健康状况的依据。此类方法在美国以及澳大利亚得到广泛应用，多指标评价法考虑的表征因子远多于预测模型法，但由于评价标准较难确定，因此精度有所欠缺，并且综合评价指数在一定程度上掩盖了单个参数的信息^［37］。因此，一个好的评价方法应具备的特征有：①把复杂的生态现象简单化并定量化；②能够提供简单易解释的结果；③能够对人类的破坏做出预测性的响应；④和一个适当的尺度相联系；⑤与管理目标相联系；⑥具有科学的理由，应是建立在生态学基础上，易于操作、不需要太多专业知识（如生物鉴别、分类知识等）的河流健康评价的有效工具^［18］。

3 对我国河流健康保护的启示

我国河流健康评价工作还处于起步阶段，20世纪90 年代河流管理工作开始重视生态的恢复和保护，关注河流的生态健康问题^［50］。在首届黄河国际论坛上，李国英提出将“维持河流健康生命”作为第二届黄河国际论坛的主题，从而引发了我国对河流健康的讨论，国内开始真正重视河流健康评价工作。随后，长江、黄河和珠江等各大流域机构相继开展了相关工作^［¹⁹^，^51-52^］，河流健康评价工作在中小河流中得到进一步开展，先后在渭河、海河、澜沧江、大汶河、辽河、塔里木河等河流开展了河流健康评价工作^［³⁴^，⁴⁰^，^53-57^］。随着我国城市河流保护以及河道综合治理力度的加大，城市河流生态健康的评价工作也得到开展 ^［59-61］，同时还提出了修复措施 ^［53-54］。尽管我国在河流健康评价指标体系、河流健康评价方法学、河流的可持续管理等方面开展了一定的工作，但我国仍主要借助于化学、物理以及少量生物监测来评价河流水质状况，利用河流生物进行监测的报道少见 ^［62-63］，缺乏生物评价所需的系统观测或监测资料；在水文和水质评价方面，虽然已有资料和经验，但缺乏与生物、生境联系方面的观测和科研成果；在生物栖息质量评价方面，未能提出系统的评价方法，从系统健康的角度认识河流状态尚待进一步深入研究^［11］。此外，在河流健康评价方面，对于引起健康的原因未做深入研究^［64］。虽然河流健康研究方法种类繁多，但由于其研究历史较短，在理论和方法上还不成熟，用什么样的指标体系来度量、评价系统的健康状况仍有待进一步研究^［⁴^，¹¹^］。因此，河流健康评价系统的理论和方法有待进一步发展和完善。

中国境内拥有众多的河流，形成了独特的河网水系，是灌溉、排涝、航运、发展国民经济和保障人民安居乐业的生命线，在中国经济社会发展中发挥了重要的作用。然而，中国河流也存在河道淤积严重、行洪排涝能力不足、断流、脱水、水环境恶化以及生物多样性丧失等诸多问题，河流的结构和功能受到破坏，对中国的社会经济可持续发展构成了潜在的威胁。随着可持续发展战略的实施，健康的河流生态系统已经成为河流管理和生态河道治理的主要目标，所以，中国很有必要建立一套适用于中国国情的河流生态系统健康的理论及评价体系，摸清中国国内河流的健康状况，从河流自身的特点出发，审视以往的工程措施和社会经济行为对河流生态系统的影响，重新思考河流的价值和内在机理，科学地诊断河流健康状况，为河流及流域管理提供基础数据和决策依据，从而实现社会、经济及环境的可持续发展。