河湖生态系统健康评价研究现状与展望

胡益强

（广州资源环保科技股份有限公司工程管理中心 广东广州 510601）

引言

水是生物进化和生态演替过程中无可替代的自然资源。河湖水域是自然淡水资源，为人类创造能源、能量，但由于工业化发展，流域水体污染日益严重，水质越来越差、水功能衰减越来越严重。面对全球水资源危机和水环境污染，采取有效的指标和科学的方法进行水环境生态系统健康性评价成为研究热点[1]。Rapport等人[2]于1993年提出，生态系统健康是一个生态系统环境的征象，容易受火灾、干旱、物种灭绝、外来物种入侵、气候变化、矿业、农业等因素影响。对于水生态系统健康性评价，目前还未形成一套成熟的系统健康评价标准。Costanza等人[3]通过研究，将健康的生态系统定义为具有一定自净能力，在受到外界干扰的情况下，具有一定的抵抗力和修复能力，以维持系统的稳定性和可持续性。河湖生态系统健康性评价主要是从科学、系统的角度去判定河湖系统的系统运作和恢复能力。

1 河湖生态系统健康性评价研究现状

19世纪末，欧洲为了解决河湖污染问题，通过水质评价初步判定河湖健康，由水质指标浓度高低来判定水体污染严重程度，此方法已逐步并成熟推向各个国家。20世纪70-80年代，为了更全面反映河流生态健康状况，河湖“健康”的研究逐渐由水质延伸到包含多种环境因素的评价，包含水文水利、水生生物等因素[4]。

湖生态健康评价研究始于英国，通过应用Trem生物指数法和Chanddler指数法进行水体有机物的分析。至20世纪80年代，河湖生物预测模型法和生态多指标评价法得到越来越多的研究[5]。1981年，美国Karr提出以生态完整性直属的评价方法，通过运用河湖物种的多样性进行12项指标分析河湖生物群落和功能，此方法得到普遍应用。后续中国也逐渐开展河湖生态系统健康评价，于1992年杨莲芳等人[6]开展底栖动物完整性指数评价研究，将大型底栖动物生物学、生态学和生理学特征反应作为水生态系统质量的重要指标，基于群落结构特征而构建的底栖生物完整性指数B-IBI。于2005年，赵彦伟、吴阿娜、谢锋、张光生等人陆续深入研究河湖生态系统，于宁波甬江、巢湖、青海湖、滇池等流域进行了健康评估，在评价指标体系构建上做了大量工作，涵盖水资源开发利用率、水流量变异程度、湖岸带稳定性、湖库连通指数、富营养化状况等方面进行研究，同时根据不同河流的形态功能差异，充分研究河流防洪灌溉、开发利用作用和生态效能[7-8]。目前，也有相对单位机构投入研究。其中，中国科学院水生生物研究所研究了人类活动、水质、水生生物群落等因素综合响应下，水生态系统的变化机理；上海市园林科学研究所成立研究项目组，首次针对城市地区湿地开展湿地植被、水环境、土壤等主要因子长期、定位调查分析，提出了基于PCA分析的不同人为干扰强度下城市湿地退化状况判别方法和生态系统健康状况的定量评估手段，结合GIS数据库建立城市湿地生态系统健康评价系统。

2 河湖生态系统健康性评价指标和方法

科学的指标体系是河湖生态健康评价研究的基础，各项指标是组成评估体系的重要成分，不仅能诊断水域现状，还能为治理提供数据支撑。评估指标体系包括目标层、准则层一级指标层[9]。其中，目标层为河湖健康，主要分析河湖生态系统状况变化，以及社会服务功能状况等因素的综合放映。准则性主要是对系统完整性进行判定，主要有水文水资源完整性、物理结构完整性、化学完整性、生物完整性、社会服务功能完整性。

用于湖泊领域的生态系统健康评价方法主要包括指示生物法（Index of Biotic Integrity,IBI）、压力-状态-响应法（Pressure-State-Response,PSR）、生态健康综合指数法（Ecological Health Comprehensive Index,EHCI）。其中，生物指示法得以系统应用研究。生物评价主要通过对地表水生物一级生物、二级生物等调查和测量，评价水环境健康性的方法。Karr等人[10]最早提出生物指示法，应用鱼类物种多样性进行水系统健康性判定。于1972年，美国清洁水法（Clean Water Act）就建立国家水资源化学、物理、生物完整性时提出“生物完整性”概念。随后杨莲芳等人针对中国河湖特点，开展生物完整性对水生态系统健康的影响研究，并形成系统方法。

使用生物指示法时，需对生物进行筛选，根据不同生物直属对不同污染型敏感度的差异，应用Pearson方法对所选生物指数进行相关分析，若生物指数间的相关系数r>0.75或r<-0.75，标明指数所反应信息中的大部分趋于相同，而对相关性r>-0.75或r<0.75的生物指数，则可直接用于水质生物评价。

表1 候选生物指标及其对干扰的反应

为了在统一标准下对不同河道进行评价，一般采用统一评价量纲的方法，王备新等人对比了3分制，4分制和比值法，发现比值法具有更高的稳定性及准确度，故研究采用比值法进行指标体系计算，即干扰越强，指数值越低的指数，以95%分位数值为最佳值，各指数的分值等于指数值除以95%分位数值。对于干扰越强，指数值越高的指数则以5%分位数值为最佳值（表1）。该法规定，经计算后的分值的分布范围为0-1，如果大于1，则都记为1，对于计算结果求和。被筛选出来的生物直属的值加合得出IBI值，对于值分布的25%被界定为健康，小于25%被划分为4等分，分别为亚健康、一般、差、极差。

结语

河湖是社会-经济-自然符合生态系统，涉及人文、地理、环境、生态、水利、生物等多学科，需要考虑区域发展规划、水生态系统食物链等因素，兼容水环境生物指标、社会经济和人类健康等多因素指标，为人和自然和谐相处提供了方法指引[11]。由于评价体系的复杂性，目前稍微形成一套成熟的方法，甚至对于流域生态系统健康的定义也还存在争论。但通过国内外河湖生态健康评价的研究现状可以看出，河湖生态健康评价指标已取得一定的进展，但在指标体系的适用性上尚存在问题，这些问题将会是河湖生态健康评价研究的重点，待进一步系统研究、认证、应用，进而推进水生态系统健康评价的发展，为环境生态治理和修复工作提供指引。