南方红壤区楠溪江流域生态健康评估

游诗雪，李鹏，蔡景波，黄舟，邓劲松*，周梦梦，胡税根

（1.浙江大学环境与资源学院，杭州310058；2.浙江大学公共管理学院，杭州310058；3.浙江省海洋水产养殖研究所，浙江温州325005）

流域是由分水岭包围的相对独立的集水区，也是人类活动的重要载体。流域生态健康是指流域生态系统能为各种水生、河岸生物种群提供栖息生境及避难所，维持河流连通性，使其处于稳定、可持续状态，并对自然及人为干扰具有一定的自我调节和修复能力[1]。开展流域生态系统的研究对于揭示流域的化学、物理及生物完整性和生态系统服务功能[2-4]，了解流域对气候及土地利用变化的响应[5]等热点问题具有重要意义。近年在有关流域生态健康评估方面的研究中，基于构建多指标评估体系多有报道[6-8]，且地理信息系统（geographic information system,GIS）和遥感（remote sensing,RS）技术逐渐成为获取指标数据的重要方法之一[9-10]。流域生态健康评估工作在国际上开展较早，而在中国起步较晚且目前仍处于研究阶段[11-12]。建立综合评估指标体系，结合GIS和RS等技术快速获取并分析各项指标特征数据，了解流域健康状态与压力并诊断其存在的问题，可为流域可持续发展及经营管理等提供指导依据[13-14]。

中国南方红壤生态系统面临着水土流失、生物退化及系统功能衰减等问题，而以小流域为主要生态景观的南方红壤区更易遭侵蚀，是生态脆弱地带[15-16]。浙江省永嘉县楠溪江流域的土壤以红壤为主，保有较为完整的宋代村貌及习俗，是唯一以山水田园风光为特色的国家级风景名胜区，在社会经济发展中发挥着重要作用。近年来，随着流域内人为干扰日益增强，楠溪江作为瓯江第二大支流和重要的饮用水源，其健康状况与瓯江中下游生态健康密切相关。本研究参考相关评估方式[17]，考虑数据可获得性及流域实际生态状况，构建浙江省楠溪江流域生态健康评估综合指标体系，并对流域生态系统健康状况进行评估与分析，旨在为我国生态脆弱地带流域生态健康管理和进一步完善提供基础资料和理论依据。

1 研究区概况

研究区位于浙江省温州市永嘉县境内的楠溪江流域（120°35′～120°59′E，28°10′～28°34′N）。楠溪江主流长139.92km，面积2489.97km2，属中亚热带季风气候，是瓯江第二大支流，分大楠溪、小楠溪2大水系[18]。该流域年均温度18.2℃，年降水量1 705.5 mm，土壤以红壤为主（73.88%），森林植被类型丰富，可作为南方红壤流域健康评估的典型研究区。

评估对象分水域和陆域生态系统，综合流域最小行政区划管理单元及其自然集水区的空间叠置关系[19]，将楠溪江分为18个评估单元（子流域），并综合评估整个流域的生态健康状态及压力（图1）。

图1 楠溪江流域生态健康评估区域Fig.1 Assessment area of watershed ecosystem health in Nanxi River

2 数据收集与研究方法

2.1 数据来源

研究数据主要包括以下内容。1）遥感影像和土地利用解译数据：收集2000年和2015年覆盖流域的Landsat系列遥感影像，采用面向对象分割和机器视觉方法自动提取生态系统类型信息[20]，将生态系统分为森林、灌丛、草地、农田、城镇、裸地等陆域类型及湿地等水域类型；2）实地调查和环境监测数据：包括鱼类资源[18,21]、陆域生态现状现场调查、水质监测数据等；3）社会经济及环境统计数据。计算各评价指标的数据来源详见表1。

表1 楠溪江流域生态健康评估指标体系Table 1 Assessment indices of watershed ecosystem health in Nanxi River

2.2 流域健康评估体系

参考国内外生态环境评估研究的成果和中国环保部相关评估指南[17]，综合考虑楠溪江流域评估数据的可获得性及实际生态状况，选取包括水域的生境结构、水生生物、生态压力以及陆域的生态格局、生态功能、生态压力共6类16项评估指标，构建浙江省楠溪江流域生态健康评估综合指标体系（表1）。为了提高研究方法的实用性和可推广性，结合成熟且应用广泛的层次分析法[22]来确定各指标权重，将指标体系划分为3个层次，分别为评估对象、指标类型及评估指标。各分指标的分级标准及其赋分[17]详见表2。

表2 楠溪江流域生态健康评估指标分级标准及其赋分Table 2 Classification criteria and scoring for assessment indices of watershed ecosystem health in Nanxi River

综合评估流域的生态健康分为2部分，首先分别评估其状态及压力，再进行综合评估。水域生态健康状态包括生境结构和水生生物各项指标；陆域生态健康状态包括生态格局和生态功能各项指标；流域生态健康压力表示流域的水、陆域所承受的生态压力状况，包括水、陆域生态压力各项指标。流域生态健康综合评估采用综合指数法，加权流域健康指数值，构建综合评估指数（WHI）来评估各单元及流域整体的健康状况。计算公式为：WHI=IWWW+ILWL[17]。式中：IW、IL分别为研究区水、陆域健康指数值，由各2级指标加权，且各2级指标均基于整体流域为单位进行计算；WW、WL分别为相应指数权重。根据WHI计算可得流域各评估单元及整体的生态健康综合指数。其中：WHI≥80，优秀；60≤WHI＜80，良好；40≤WHI＜60，一般；20≤WHI＜40，较差；WHI＜20，差。

3 结果与分析

综合楠溪江流域各评估单元的生态健康评估结果，应用雷达图来直观地表明整体流域的生态健康状态和压力。从图2可以看出，在陆域生态健康状态中受保护区面积占国土面积的比例得分相对较低。本研究根据永嘉县现有生态功能区划所计算的禁止准入区面积较低，除大箬岩镇、鹤盛镇、枫林镇等乡镇以外，大部分乡镇内受保护区域面积为0，导致该指标成为各评估单元及整体流域中陆域生态健康评估的限制因子，表明流域内保护区域范围有待调整。由图3可以看出，在水域生态健康状态中水生生物类2项指标得分均相对较低。楠溪江自古盛产香鱼，但近年来由于水域生态系统遭到破坏以及无序捕捞等原因，野生楠溪香鱼几乎绝迹，尽管永嘉县渔业部门每年向楠溪江投放大量人工香鱼幼苗，但仍需加强对香鱼产卵及洄游场所、流域水生生态环境等的保护，以保护流域生物多样性、恢复香鱼等鱼类资源。结合流域生态健康压力（图4）可以看出，点、面源污染负荷排放及水生生境干扰指标得分均较低，表明水生生态系统遭受一定程度的破坏，其健康状况下降主要源于污染排放及人为干扰。

图2 楠溪江流域陆域生态健康状态评估结果Fig.2 Results of ecosystem health assessment of terrestrial area in Nanxi River

图3 楠溪江流域水域生态健康状态评估结果Fig.3 Results of ecosystem health assessment of water area in Nanxi River

图4 楠溪江流域生态健康压力评估结果Fig.4 Results of watershed ecological pressure assessment in Nanxi River

根据各生态指标得分及其权重，计算得到楠溪江水域、陆域和整体流域的各项生态健康分值，并根据分级标准确定等级。从表3可以看出：楠溪江流域综合得分68.9，其生态健康等级为良好；18个子流域综合得分在55～75之间，大部分（83.3%）生态健康等级为良好。其中，健康等级为一般的3个子流域均处于流域下游，该区域建设用地比例较高，受人为因素影响较大，健康状况相对较差。根据2000—2015年楠溪江流域生态系统类型遥感数据解译，流域内城镇生态系统面积快速增长，主要占用了农田生态系统，且草地及灌丛等生态系统的面积均有不同程度地向城镇转化，导致流域内的自然生态系统面积比例严重下降。结合实地调研，部分河段存在河道挖掘、非法采砂等活动，流域内还存在各类养殖情况，均对流域水生生境造成了严重威胁，影响流域的生态健康。

表3 楠溪江流域生态健康综合评估结果Table 3 Results of comprehensive assessment indices of watershed ecosystem health in Nanxi River

4 讨论

流域生态系统作为一种自然-社会-经济复合生态系统，其生态系统健康状况影响着整个区域的可持续发展，也是近年来流域开发与管理的研究热点。本研究构建的评估指标体系基本能够满足评估目的及要求。

采用遥感图像进行数据解译，快速提取生态系统类型信息，可为部分较难获取数据的指标计算提供数据来源，且能在相对宏观的尺度上更好地对流域整体情况进行评估；同时，分析各项生态系统类型在一定时间内的转移情况，可为评估结果及后期流域的早期预防、健康管理等提供理论依据。具时间序列的遥感图像解译结果表明，流域内城镇生态系统面积比例升高，导致流域内其余生态系统面积比例下降，同时缺乏一定规划的城镇用地扩张，加大了生境破碎化的程度，降低了整个生态系统的稳定性。因此，城镇生态系统的面积及格局变化对其他生态系统有重大影响，在整个流域生态健康评估中也起着关键作用。建议进行必要的村镇建设规划，适当控制城镇扩张，合理利用已存在的人为活动剧烈区域，从而增加流域内的受保护区域，维持生态系统自我净化及修复的能力。

以大型底栖动物为指示性物种可有效反映水域的质量状况[23]，而缺乏物种多样性的综合指标评估，对揭示该流域生态健康状况具有一定影响。同时，由于流域生态系统动态变化比较剧烈，本研究数据多采用一次监测数据进行评估，仅能反映该时期流域生态健康状态和压力，因此，在流域生态健康发展与管理中，观测水生生物并积累基础数据，同时结合RS技术准确、快速地提取信息，进行长期监测和研究，对于指导流域的可持续发展及管理十分有益。

结合GIS技术，在考虑流域自然集水区的地理情况下，选取最小行政区划管理单元作为评估单元。从研究目的及管理需求的角度来看，方便了指标体系中社会经济相关数据的获取及分析，也对政府依靠评估结果制定管控措施等提供了便捷。故针对楠溪江这类县域尺度范围的流域，其生态健康评估的终极目标是生态、资源管理，至于是否可直接选取行政区划作为简单且有效的评估单元，仍有待进一步研究与探讨。

5 结论

本研究构建了南方红壤区楠溪江流域的生态健康评估指标体系，结合遥感和GIS技术，对流域生态健康状态和压力进行评估与分析，结论如下。

1）该流域整体健康状况良好，但水生生物和生态功能方面的健康状况较差；在18个评估单元中，83.3%的健康状况良好，其余健康状况一般且均处于流域下游。

2）流域生态系统退化主要源于流域内城镇用地面积快速增长、畜禽养殖及无序捕捞等人为干扰，建议调整流域保护区域范围，加强点、面源污染的管控，保护水生、河岸生物多样性。

3）包含水域、陆域6类共16项指标的评估体系基本满足楠溪江流域的生态健康评估，该评估体系可用于指导生态脆弱地带流域可持续发展和经营管理，保障流域及下游区域水体生态健康。

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