三峡库区流域生态健康评估要要要以东河流域为例

袁兴中，王强，刘红，庞旭，孙荣，张跃伟，任海庆

（1.重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室，重庆400044；2.重庆大学资源及环境科学学院，重庆400030；3.西南大学生命科学学院，重庆400715）



□研究论文

三峡库区流域生态健康评估要要要以东河流域为例

袁兴中1，王强3，刘红2，庞旭3，孙荣3，张跃伟1，任海庆1

（1.重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室，重庆400044；2.重庆大学资源及环境科学学院，重庆400030；3.西南大学生命科学学院，重庆400715）

流域是其集水区内各种生态环境特征的综合表征体，它能够反映区域景观的环境条件及其变化遥作为人类最重要的环境资源之一，流域生态系统健康动态已经成为区域可持续发展的聚焦点遥本文以位于渝东北三峡库区腹心区域的开县东河为例，对东河流域生态系统健康进行评估遥选择陆域生态、河岸带生态、水域生态健康状况作为一级评价指标，构建流域生态健康综合指数模型遥研究表明，东河流域生态健康得分为7.10，评估等级为野良冶遥评估结果与实际情况基本吻合遥东河流域生态健康的问题主要是梯级水电开发导致的河流生境片段化和生境质量衰退，中下游挖沙导致的局部河段底栖生境破坏，以及流域下游部分场镇生活污水排放的局部不利影响遥通过东河流域健康评估，明确了流域健康水平及压力，针对生态健康存在的问题，提出了东河流域健康保护目标遥对东河流域生态健康的评估，积累了流域生态健康本底数据，为三峡库区流域管理提供了科学依据遥

流域；生态系统健康；健康评估；东河；三峡库区

流域是汇集和补给一条河流及其支流的地表水和地下水的全部来源区，即地表水与地下水分水脊线所包围的集水区域，流域是一个社会—经济—自然复合生态系统［1］。作为人类最重要的环境资源之一，其健康动态已经成为区域可持续发展的聚焦点。生态系统健康作为一个术语和崭露头角的实践领域，国内外对其研究才刚刚开始，还没有形成完整的理论体系和应用标准［2］。20世纪40年代美国土地伦理学家Aldo Leopold最早提出了土地健康（land health）概念［3］。Rapport在20世纪70年代末提出了生态系统医学（ecosystem medicine）概念［4］，Rapport及其他一些学者认为，由于人类活动的加剧，致使生态系统受到损害，如何对受害症状进行诊断需要多学科合作研究［5、6］，植根于生态系统受害症状的综合性诊断，逐渐发展为生态系统健康概念。流域生态系统是其集水区内各种环境特征的综合表征体，流域生态系统的健康状况不仅反映了河流本身的生态变化，也反映了集水区的环境质量。

20世纪80年代，北美及欧洲开始关注河流健康状况，并采取了一系列措施和方法对河流健康进行评估和修复［7、8］。美国于1989年开始实施快速生物监测协议（RBPs）［9］；美国的生物完整性指数（IBI）［10、11］，通过对水文情势、水化学情势、栖息地条件、水文连续性及生物组成的调查，对河流健康进行评价，此方法是当前广泛使用的河流健康评价方法。英国开展了河流生境调查，通过河流无脊椎动物预测和分类系统，预测及评价河流健康状况。澳大利亚于1992年开展国家河流健康计划（national river health program，NRHP），目的在于监测和评价河流生态状况［12］。南非水务及森林部（DWAF）于1994年发起了“河流健康计划”（the river health program，RHP）［13］。国内近年来开始关注流域健康，并逐渐受到各方重视［14、15］。张可刚等结合河流生态系统健康影响因素和目前河流生态系统现状，提出了14个河流生态系统健康评价指标［16］；赵彦伟和杨志峰结合我国城市河流的实际情况，将河流健康评价标准分为5个级别［17］。2004年黄河水利委员会提出了“维持黄河健康生命”的新理念［18］。近年来，我国在流域生态保护和流域管理方面采取了许多措施，对一些重点流域展开了生态环境整治。这些流域保护与管理行为往往强调对水体资源功能的开发和水害的防治，大多停留在水污染控制和水利工程的管理层面，区域性的水污染严重、水资源紧缺、水生态退化、洪涝灾害频发等问题依然没有真正得到解决。为适应历史发展趋势的需求，近年来我国开始了河流或流域健康评价工作，以期转变流域保护与管理方式。基于河流流域管理的现实状况，国家环境保护部于2011年3月向全国各省（市）环境保护厅（局）下发了《关于开展典型流域生态健康评估工作的商函》，并发布了《流域生态健康评估技术指南（征求意见稿）》（环境保护部自生态保护司、中国环境科学研究院，2012）。

本文以位于渝东北三峡库区腹心区域的开县东河为例，参照环保部流域健康评估指标体系和模型，对东河流域生态系统健康进行了评估。本研究的目的是探索建立科学的评价方法，积累流域生态健康本底数据，预测流域健康发展趋势，为三峡库区流域生态管理提供科学依据。

1　研究区域环境概况

东河是长江干流左岸一级支流澎溪河的正源，发源于重庆市开县白泉乡一字梁。位于重庆市开县北部，地处三峡库区腹心，流域地理坐标为东经108°22′～108°55′，北纬31°11′～31°41′（见图1）。东河干流全长96.7 km，流域面积1 426.6 km2，海拔高程160～2 626 m，河道平均比降0.79%。东河位于大巴山南坡，流域属中山地形，总体地势北高南低，上游河段山高谷深，河段侵蚀溶蚀强烈，多呈V型峡谷。流域属亚热带季风气候区，四季分明，年平均降雨量1 530 mm，降雨年内分配不均。流域径流主要来源于降雨和地下水，径流的年内变化与降雨一致。流域土壤属北亚热带四川盆地东部山地黄壤区，土壤垂直分带明显。流域植物区系组成属泛北极植物区、中国—日本森林植物亚区。在我国植被区划中，属于亚热带常绿阔叶林区域东部常绿阔叶林亚区，处于北亚热带常绿、落叶阔叶混交林地带和中亚热带常绿阔叶林地带的分界线上。东河流域所在的秦巴山地是我国南方和北方的重要自然地理分界线，在中国动物地理区划中隶属东洋界、华中区、西部山地高原亚区、四川盆地农田、亚热带林灌动物群。

图1　东河流域地理位置Fig.1The Geographical location of Dong River watershed

2　研究方法

2.1评估范围及指标体系

按照环境保护部《流域生态健康评估技术指南（征求意见稿）》。流域生态健康的评估范围包括陆域、岸边带及河流水域所围合而成的空间区域。参考环保部推荐的流域生态健康评估指标，结合三峡库区山地河流的特点，选择陆域生态、河岸带生态、水域生态健康状况作为一级评估单元。根据指标体系构建原则、评估指标的选取方法、评估单元的选取并结合专家咨询建议，最终确定流域生态健康评估指标体系（见图2）。

2.2数据采集及方法

2.2.1生物数据采集

（1）底栖动物

选择代表性河段和生境设置采样点。每个采样点设置50 m长河段，进行底栖动物采集，每个样点做5个重复。深潭生境使用彼德逊采泥器（面积1/16 m2）采样，浅滩生境使用索伯网（面积0.09 m2，网径40目）采集。标本带回室内镜检分类、计数、鉴定。

（2）鱼类

鱼类采样用网捕法和电鱼法。在每个采样点选择500 m长河段进行鱼类调查。渔获物种类带回室内分类、鉴定。此外，通过对流域内主要鱼市进行调查，对沿河渔民进行访问以完善对鱼类区系组成的了解。

（3）河岸植被

采用系统取样法，每个样地长50 m（平行于河流流向），现场实测岸边带宽度，确定岸边带在流域中的面积比例，调查记录每个样地的植被覆盖度和岸边带植被连续性。

图2　流域生态健康评估指标体系及权重Fig.2Index system and weight of watershed ecosystem health assessment

2.2.2水质数据采集

水体理化指标采用便携式多参数测量仪（sension156，美国哈希）测量。同时取水样进行水化指标室内分析。

2.2.3空间数据采集

根据流域2011年Landsat ETM+影像数据，以1∶10 000地形图为依据，按标准分幅应用二次多项式分别进行几何校正。根据所获统计资料、地形图及各种专题图件，结合野外踏勘，建立该区域解译标志；应用图像处理软件，采用人机交互的监督分类方法进行解译，并通过野外验证对其精度进行评价。在ArcGIS软件支持下，统计生成土地利用/覆被数据。计算流域内森林、农田、湿地和城市用地等各类用地面积，计算植被平均覆盖度、土地利用强度指数和土壤侵蚀强度指数。

2.3评估模型

流域生态健康评估是基于陆域生态健康评估、岸边带生态健康评估和水域生态健康评估，通过指数加权获得流域生态健康等级。

2.3.1陆域生态健康指数

陆域生态健康指数A1=0.4×土地因子健康指数（B1）+0.3×生物因子健康指数（B2）+0.3×污染胁迫因子健康指数（B3）

2.3.2岸边带生态健康指数

岸边带生态健康指数A2=0.5×结构健康指数（B4）+0.5×功能健康指数（B5）

2.3.3水域生态健康指数

水域生态健康指数A3=0.4×水质健康指数（B6）+0.3×水文健康指数（B7）+0.3×生物完整性指数（B8）

2.3.4流域生态健康综合指数（1）式中，Hi表示第i项指标健康分值（Hi分别为陆域生态健康指数，岸边带生态健康指数，水域健康生态指数），i表示第i项指标权重。

2.3.5流域生态健康等级划分

参照目前流域生态健康评价标准，结合三峡库区生态环境实际，选定健康流域的参照标准，将流域生态健康评估等级分为五级，分别为优秀、良好、一般、较差和差（见表1）。

表1　流域生态健康评估分级标准体系Table 1 The grading standard system for watershed ecosystem health assessment

3　结果与分析

3.1陆域生态健康指标

3.1.1土地因子

（1）土地利用强度指数

根据土地利用类型的强度等级值、土地利用类型占总土地面积的比例，计算得出东河流域土地利用强度指数为299.33（见表2）。

表2　东河流域土地利用类型面积统计（hm2）Table 2The statistics of areas for land use types in Dong River watershed（hm2）

（2）土壤侵蚀强度指数

根据土壤侵蚀强度的分级值和各级土壤侵蚀强度在该流域内的面积比重，计算得出土壤侵蚀强度指数为455.58（见表3）。

表3　东河流域土壤侵蚀强度类型面积统计（hm2）Table 3The statistics of areas for soil erosion intensity types in Dong River watershed（hm2）

（3）土地因子健康评价

为使数据具有可比性，对原始土地利用强度指数和土壤侵蚀强度指数进行标准化处理（逆向指标进行正向标准化处理），计算得到东河流域土地因子健康指数为0.60（见表4）。

表4　东河流域土地因子健康指数评价结果Table 4Evaluation value of land health assessment index in Dong River watershed

3.1.2生物因子

通过NDVI像元二分模型分析和对高分影像的解译，确定各流域植被平均覆盖度和湿地面积比例。标准化后计算出东河流域的生物因子健康指数为0.60（见表5）。

表5　东河流域生物因子健康指数评价结果Table 5Evaluation value of biological health assessment index in Dong River watershed

3.1.3污染胁迫

根据调查结果及计算，东河流域污染胁迫健康指数为28.0（见表6）。

表6　东河流域污染胁迫健康指数评价结果Table 6Evaluation value of pollution stress health assessment index in Dong River watershed

3.2岸边带生态健康指标

根据调查及计算，东河流域岸边带生态健康指数为0.72（见表7）。

表7　东河流域岸边带生态健康指标评价结果Table 7Evaluation value of riparian zone health assessment index in Dong River watershed

3.3水域生态健康指标

根据调查及计算，东河流域水域生态健康指数为0.80（见表8）。

表8　东河流域水域生态健康指标评价结果Table 8Evaluation value of aquatic ecosystem health assessment index in Dong River watershed

表9　东河流域生态健康指标评价结果Table 9Evaluation value of ecosystem health assessment index of Dong River watershed

4　讨论

东河是长江干流左岸一级支流澎溪河的正源，发源于渝东北开县白泉乡一字梁，位于大巴山南坡，源头在雪宝山国家级自然保护区内，是典型的山地河流。东河流域所处的区域是秦巴山区的重要组成部分，生物多样性极为丰富，被《中国生物多样性保护行动计划》列入了中国优先保护生态系统名单，也是中国17个生物多样性关键区域之一，是长江上游和三峡水库的生态屏障。流域内森林覆盖率高。从源头到河口，没有工业污染。在流域中上游，森林覆盖率高，水质优良。然而在流域下游的场镇，由于生活污水排放（如大进镇、温泉镇等），使得临近场镇的局部河段受到污染。由于东河水量较大，河流自净能力较强，因此东河下游河流水质总体上较好。作为山地河流，河流生境类型多样，生境质量优良，河流生物群落受人为破坏较小，生物多样性较为丰富，尤其是冷水性生物广泛分布，如裂腹鱼类、巫山北鲵（Ranodon wushanensis）等中国特有动物在流域上游海拔800 m以上的河溪均有分布。从东河的二级河流开始，河岸植被较为完整，在中下游的许多河段，还保留了连续性较好的河岸自然植被。鱼类受到河流上已建成电站的影响，大多数电站为径流式引水电站，均为低坝。河流下游的底栖动物受到挖沙采石的一定影响。从现场调查的实际感知、水质状况和水生生物群落实际调查情况看，与运用流域生态健康综合指数模型评估所得到的结果基本吻合。

东河流域健康状况良好，其现存问题主要是梯级水电开发导致的河流生境片段化和生境质量衰退；中下游挖沙导致的局部河段底栖生境破坏；流域下游部分场镇生活污水排放的局部不利影响。针对健康评估中存在的问题，提出东河流域健康保护目标为：在保持流域生态系统现状水平的基础上，通过优化流域生态系统结构，提升流域生态系统服务功能，尤其是重点保障流域生态用水，加强河流生态恢复，从而使东河流域生态健康水平得到进一步提升。

国内外关于流域健康的研究，仍处于起步阶段。对东河流域健康的评估，在一定程度上摸清了东河流域的“家底”，对我们认识三峡库区流域健康水平，制定流域生态保护和修复对策有重要意义。

从评估情况看，还存在着许多需要进一步探讨和解决的问题，如岸边带结构指标包括岸边带类型、岸边带面积比例，对其定义尚不完全明确；目前，以岸边带宽度代替面积比例，在一定程度上忽略了岸边带生态结构的复杂性所发挥的作用。此外，由于河流水生生物监测起步较晚，很多数据的本底值缺乏。

建议在今后的评估工作中，进一步优化流域健康评估指标体系，选择最能够直接反映流域健康的关键因子，包括生物因子、河流生境、水质等；在流域生态健康评估指标中关注功能性生境指标；考虑评估指标的易测、易得，因此，应探讨快速评估指标的筛选。

［1］罗初跃，周忠轩，孙轶，等.流域生态系统健康评价方法［J］.生态学报，2003，23（8）：1606-1614.

［2］袁兴中，刘红，陆健健.生态系统健康评价——概念构架与指标选择［J］.应用生态学报，2001，12（4）：627-629.

［3］LEOPOLD A.Wilderness as a Land Laboratory［J］.Living Wilderness，1941，（6）：3.

［4］RAPPORT DJ.，THORPE C.，REGIER HA.Ecosystem Medicine［J］.Bulletin of Ecological Society of America，1979，60（4）：180-182.

［5］RAPPORT DJ.What Constitutes Ecosystem Health［J］.Perspectives in Biology and Medicine，1989，33（1）：120-132.

［6］RAPPORT DJ.，BOHM，G.，BUCKINGHAM D.et al.Ecosystem Health：the Concept，the ISEH，and the Important Tasks Ahead［J］. Ecosystem health，1999，5（2）：82-90.

［7］SIMPSON J.，NORRIS R.，BARMUTA L.，et al.AusRivAS-National River Health Program：User Manual Websiteversion［S］.1999.

［8］NORRIS R.H.，THOMS M.C..What is River Health［J］.Freshwater Biology，1999，41（2）：197-209.

［9］BARBOUR M.T.，GERRITSEN J.，SNYDER B.D.，et al.Rapid Bioassessment Protocols for Use in Stream Sand Wadeablerivers：Periphyton，Benthic Macroinvertebrate Sand Fish（2nd edition）［M］.Washington D.C.，U.S：Environmental Protection Agency，1999.

［10］KARR J.R..Assessment of Biotic Integrity Using Fish Communities［J］.Fisheries，1981，6（6）：21-27.

［11］BELPAIRE C.，SMOLDERS R.，AUWEELE I.V.，et al.An Index of Biotic Integrity Characterizing Fish Population Sand the Ecological Quality of Flandrian Water Bodies［J］.Hydrobiologia，2000，434（1-3）：17-33.

［12］WHITE L.J.，LADSON A.R..An Index of Streamcondition：User'Smanual（2nd edition）［M］.Melbourne：Department of Natural Resources and Environment.1999.

［13］PARSONS M.，NORRIS R.H..The Effect of Habitat Specific Sampling on Biological Assessment of Water Quality Using a Predictive Model［J］.Freshwater Biology，1996，36（2）：419-434.

［14］龙笛，张思聪，樊朝宇.流域生态系统健康评价研究［J］.资源科学，2006，28（4）：38-44.

［15］董哲仁.河流健康的内涵［J］.中国水利，2005（4）：15-18.

［16］张可刚，赵翔，邵学强.河流生态系统健康评价研究［J］.水资源保护，2005，21（6）：11-14.

［17］赵彦伟，杨志峰.城市河流生态系统健康评价初探［J］.水科学进展，2005，16（3）：349-355.

［18］侯全亮，李肖强.论河流健康生命［M］.郑州：黄河水利出版社，2007.

［责任编辑：友清］

Watershed Ecosystem Health Assessment of Three Gorges Reservoir: Dong River Watershed as a Case Study

YUAN Xing-zhong1，WANG Qiang3，LIU Hong2，PANG Xu3，SUN Rong3，ZHANG Yue-wei1，REN Hai-qing1

（1.State Key Laboratory of Coal Mine Disaster Dynamics and Control，Chongqing University，Chongqing 400044，China；2.College of Resources and Environmental Science，Chongqing University，Chongqing 400030，China；3.School of Life Science，Southwest University，Chongqing 400715，China）

Watershed is a special ecosystem type which can reflects ecological conditions of the regional integrally.As one of important environments and resources，the dynamics of watershed ecosystem health have been a focus of regionally sustainable development.Taking Dong River Watershed（DRW）of the Three Gorges Reservoir Area（TGRA）as an example，it's ecosystem health assessment was carried out.Choosing the terrestrial，riparian zone，and aquatic ecosystem health status as the first grade indices，a model of watershed ecosystem health index was established.Research shows that the score of the DRW ecological health is 7.10，and that the DRW health is good.The evaluation results are basically consistent with the actual situation.The DRW ecological health problems are as follows:river habitat fragmentation and habitat quality decline caused by cascade hydropower development，river benthic habitat destruction induced by sand excavation in the middle and lower reaches，and local adverse effects resulted from domestic wastewater discharge of some towns in the lower reaches.This assessment showed the actual level and pressure of DRW ecosystem health，and some strategies maintaining and managing theriver ecosystem health are proposed.Based on the DRW assessment，the baseline data of TGRA watershed ecosystem health was accumulated，and scientific basis of the watershed management was provided.

watershed；ecosystem health；ecological health assessment；Dong River；Three Gorges Reservoir

X171.1.719

A

2096-2347（2016）01-0028-08

2016-03-20

国家科技重大专项项目（2013ZX07104-004-05）。

袁兴中（1963—），男，四川万源人，教授，博士生导师，主要从事生态系统生态学研究。E-mail：1072000659@qq.com