河流生態(tài)評(píng)價(jià)研究進(jìn)展

　　摘要：近年來(lái)河流生態(tài)現(xiàn)狀評(píng)價(jià)成為研究的重點(diǎn)。很多新理論、新方法被應(yīng)用到研究中。河流生態(tài)學(xué)的研究應(yīng)在流域尺度上展開(kāi)，結(jié)合河流健康及生態(tài)完整性進(jìn)行河流生態(tài)系統(tǒng)評(píng)價(jià)。本文綜述了國(guó)內(nèi)外的相關(guān)研究，著重從河流健康、河流生態(tài)完整性、河流生態(tài)系統(tǒng)管理以及流域生態(tài)學(xué)等幾個(gè)熱點(diǎn)方向作了詳細(xì)論述。

　　關(guān)鍵詞：河流生態(tài)；生態(tài)評(píng)價(jià)；生態(tài)健康；生態(tài)完整性　　

　　傳統(tǒng)的河流生態(tài)評(píng)價(jià)是以物理、化學(xué)指標(biāo)為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)各指標(biāo)的分析來(lái)反映河流系統(tǒng)所處的環(huán)境條件狀況，后來(lái)發(fā)現(xiàn)這種評(píng)價(jià)并不能有效地反映河流生態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)，因?yàn)樗鼘?shí)質(zhì)上說(shuō)明的是生態(tài)系統(tǒng)所面臨的環(huán)境壓力，而不是生態(tài)系統(tǒng)對(duì)環(huán)境條件變化的反應(yīng)及受到的影響。

　　從現(xiàn)今發(fā)展來(lái)看，采用生物指標(biāo)進(jìn)行河流生態(tài)評(píng)價(jià)，已成為了一種趨勢(shì)，生物指標(biāo)覆蓋了個(gè)體、種群、群落和生態(tài)系統(tǒng)等多個(gè)層次，涉及到浮游生物、底棲生物和魚(yú)類(lèi)等物種。理想的生物指標(biāo)包括以下特征：易于測(cè)量，與河流健康有很強(qiáng)的相關(guān)性，能夠提前預(yù)警，或者診斷造成健康破壞的原因。Cairns等人認(rèn)為有三種類(lèi)型的指示物：早期預(yù)警指示物，暗示河流健康狀態(tài)的衰退；依從指示物，顯示在允許的范圍內(nèi)背離自然狀況的情況[1]；診斷指示物，顯示造成背離自然狀況的原因。目前，盡管有許多可供選擇的生物指標(biāo)，使用最普遍的是大型底棲動(dòng)物[2]，其次是魚(yú)類(lèi)[3]和植物[4]。生物指標(biāo)被分為幾種[5]：物種豐富度、營(yíng)養(yǎng)組成、魚(yú)類(lèi)的豐富度和環(huán)境條件。

　　1美國(guó)河流生態(tài)評(píng)價(jià)的生物判別標(biāo)準(zhǔn)

　　1.1生物標(biāo)準(zhǔn)的作用

　　生物判別標(biāo)準(zhǔn)要求直接測(cè)量水生物群落的結(jié)構(gòu)和功能來(lái)測(cè)定生物的完好性和生態(tài)功能。它們是化學(xué)和毒理的方法的補(bǔ)充而不是替代。美國(guó)EPA的策略是生物調(diào)查方法要與毒理和化學(xué)的評(píng)價(jià)方法完全結(jié)成一體，用化學(xué)判別標(biāo)準(zhǔn)、排水總毒性和生物標(biāo)準(zhǔn)分別獨(dú)立地用于評(píng)價(jià)達(dá)不到用途要求的水體。生物標(biāo)準(zhǔn)提供生物資源受到化學(xué)和物理因素影響和危害的直接而有效工具。

　　1.2水生態(tài)生物標(biāo)準(zhǔn)的制定

　　生物標(biāo)準(zhǔn)可以用文字說(shuō)明也可以是數(shù)值來(lái)描述用于支持水生物的水體水生物群落的生物完整性。這個(gè)指標(biāo)的制訂是假設(shè)人類(lèi)活動(dòng)對(duì)水體的影響也包括對(duì)水生物群的損害，影響越大損害越大，另一個(gè)假設(shè)是，地表水未受人類(lèi)活動(dòng)影響，其生物群未受損害。未受人類(lèi)活動(dòng)影響的水生物群體的結(jié)構(gòu)和功能計(jì)量測(cè)定指標(biāo)定義為生物完好性，并以此為生物完好性的判別指標(biāo)。

　　緬因州的法規(guī)只用最簡(jiǎn)單的表達(dá)方式規(guī)定生物完整性，如“和天然狀況一樣”“不能有害于”。對(duì)取樣和數(shù)據(jù)分析及解釋的規(guī)定作為法規(guī)的支持文件[6]。

　　阿肯色州的規(guī)定是“河流應(yīng)支持天生的和引入的魚(yú)類(lèi)和其他水生物群體。魚(yú)類(lèi)群體的特征應(yīng)為有限比例的敏感物種。在標(biāo)準(zhǔn)中還把主要應(yīng)存在的魚(yú)種一一列出，作為判斷根據(jù)[6]。

　　俄亥俄州用數(shù)值規(guī)定生物指標(biāo)，標(biāo)準(zhǔn)為在生態(tài)區(qū)內(nèi)的參照點(diǎn)的生物指數(shù)的第25百分比段。溫水棲息地定在參照點(diǎn)指數(shù)的第75百分段。俄亥俄州的法規(guī)在使用了生物標(biāo)準(zhǔn)對(duì)水體用途分類(lèi)及水質(zhì)評(píng)價(jià)最廣泛的。使用生態(tài)區(qū)參照點(diǎn)的方法制定俄亥俄州的生物標(biāo)準(zhǔn)。在五個(gè)生態(tài)區(qū)里，每個(gè)區(qū)用三個(gè)生物指數(shù)（兩個(gè)魚(yú)群的和一個(gè)大型底棲動(dòng)物）導(dǎo)出生物標(biāo)準(zhǔn)。成功地把生物標(biāo)準(zhǔn)用于證明水質(zhì)滿足水生物的生活要求和用在發(fā)現(xiàn)以前未發(fā)現(xiàn)或?yàn)榭隙ǖ牟缓鸵�求的水體上。結(jié)合生物標(biāo)準(zhǔn)和化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)所發(fā)現(xiàn)的不合標(biāo)準(zhǔn)的水體的數(shù)量，是僅用化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)現(xiàn)的兩倍[6]。

　　1.3生物監(jiān)測(cè)

　　生物標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)關(guān)鍵要素是反映地表水中的生物群體的特征。生物標(biāo)準(zhǔn)是通過(guò)生物調(diào)查來(lái)制定的，提供了直接的測(cè)量水生物群體的結(jié)構(gòu)和功能。

　　生物監(jiān)測(cè)調(diào)查有幾個(gè)重要步驟，根據(jù)水體狀況和調(diào)查目的選定代表性生物種群，選擇參照點(diǎn)和取樣點(diǎn)，進(jìn)行生物調(diào)查收集數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。魚(yú)、大型底棲動(dòng)物、藻類(lèi)和浮游動(dòng)物是最普通的用于生物評(píng)價(jià)的物種。種群的選擇并非一成不變，取決于要評(píng)價(jià)的水生態(tài)系統(tǒng)和受損害的類(lèi)型。流動(dòng)的淡水長(zhǎng)選用大型無(wú)脊椎動(dòng)物和魚(yú)。植物常用在濕地，藻類(lèi)常用于湖泊和河口的富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)中。在海水系統(tǒng)中，大型底棲動(dòng)物和水下植物可作為重要種群。多組分，多物種的體系可靠性較為高。

　　生物評(píng)價(jià)是評(píng)價(jià)調(diào)查人類(lèi)活動(dòng)引起生物相異于自然狀態(tài)的變化。制定生物指數(shù)有很多不同方式。沒(méi)有一種指數(shù)可以通用而且又沒(méi)有偏差。在區(qū)別污染和生物完好性受到破壞的程度時(shí)，必需使用統(tǒng)計(jì)的方法。二十年來(lái)有兩種方法用于生物監(jiān)測(cè)，并已經(jīng)成為水質(zhì)監(jiān)測(cè)工具。

　　1.4河流生態(tài)評(píng)價(jià)體系—兩種指數(shù)

　　用于評(píng)價(jià)水體生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況的生物評(píng)價(jià)體系有很多種，在美國(guó)使用較多的有兩種。即無(wú)脊柱動(dòng)物預(yù)測(cè)和分類(lèi)系統(tǒng)RIVPACS（RiverInvertebratePredictionandClassificationSystem）[7]，生物完整性指數(shù)IBI（IndexofBiologicalIntegrity）。

　　雖然在概念上和分析細(xì)節(jié)上不同，二者有下述共同之處：1）以生物終端為重點(diǎn)來(lái)定義水質(zhì)狀況。2）用地區(qū)的有關(guān)參照條件作為對(duì)比根據(jù)。3）將相似環(huán)境特征分類(lèi)。4）評(píng)價(jià)人類(lèi)活動(dòng)引起的變化和破壞。5）需要有標(biāo)準(zhǔn)化的取樣和、實(shí)驗(yàn)和分析方法。6）用數(shù)值評(píng)分來(lái)反映取樣點(diǎn)的生物狀況。7）規(guī)定狀態(tài)的分類(lèi)來(lái)代表水體的狀況。8）最終落實(shí)在提供管理決定所需信息。

　　2IBI(IndexofBiologicalIntegrity)評(píng)價(jià)研究現(xiàn)狀

　　IBI是一個(gè)衡量經(jīng)濟(jì)和人體健康的多面指數(shù)，綜合了多個(gè)指數(shù)對(duì)河流及整個(gè)流域的生態(tài)健康進(jìn)行測(cè)量及信息的表達(dá)[8]。生態(tài)系統(tǒng)完整性主要就是對(duì)生物完整性的關(guān)注[9]。人類(lèi)活動(dòng)對(duì)水資源生物完整性的干擾主要體現(xiàn)在5個(gè)方面：水質(zhì)、棲境質(zhì)量、水文、能量來(lái)源和生物之間的相互作用[10]。Karr認(rèn)為生態(tài)系統(tǒng)健康就是生態(tài)完整性好，并率先在河流的評(píng)價(jià)中建立和使用了生物完整性指數(shù)。

　　IBI是Karr在1981年提出的，最初是以魚(yú)類(lèi)為研究對(duì)象建立的，IBI是分析魚(yú)群的常用方法，又稱(chēng)F-IBI，共有十二個(gè)測(cè)量指標(biāo)[10]。六個(gè)用作種群和豐度的評(píng)價(jià)：魚(yú)種的數(shù)目；darter魚(yú)種的數(shù)目；sucker魚(yú)種的數(shù)目；sunfish魚(yú)種的數(shù)目；忍受性差的魚(yú)種的數(shù)目；greensunfish的比例。三種營(yíng)養(yǎng)級(jí)組成的計(jì)測(cè)：雜食動(dòng)物的比例；食蟲(chóng)動(dòng)物的比例；食魚(yú)動(dòng)物的比例。三種概括魚(yú)數(shù)量和狀況的計(jì)量：樣品中個(gè)體的數(shù)量；雜種魚(yú)的比例；有病個(gè)體的比例。每個(gè)測(cè)量用1、3、5（壞、中、好）評(píng)分，取決于和參照點(diǎn)比較的情況。然后把12個(gè)分?jǐn)?shù)相加作為總的來(lái)說(shuō)生物指數(shù)。

　　Karr的基本思想一直為后來(lái)的研究者所普遍接受，逐漸被應(yīng)用于大型底棲動(dòng)物、藻類(lèi)、浮游生物，濕地、溪流和河口地區(qū)的高等維管束植物。此后，在研究生態(tài)完整性在水資源管理中的重要性時(shí)，認(rèn)為生態(tài)系統(tǒng)完整性是一種生態(tài)質(zhì)量，處于完整的和很少需要外部支撐的沒(méi)有遭受分割的狀態(tài)。

　　IBI自提出至今，經(jīng)過(guò)了20余年的應(yīng)用、驗(yàn)證和改進(jìn)，現(xiàn)已成為美國(guó)聯(lián)邦政府開(kāi)展生物監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)。在全球各大洲，魚(yú)類(lèi)生物完整性指數(shù)(F-IBI，F(xiàn)ish-IBI)已廣泛應(yīng)用于基礎(chǔ)科學(xué)研究、資源管理、環(huán)境工程評(píng)價(jià)、政策和法律的制訂，也被許多環(huán)保自愿者組織所采用。而底棲動(dòng)物完整性指數(shù)(B-IBI，Benthic-IBI)也已在全球得到廣泛使用。IBI可以反應(yīng)化學(xué)污染物的生物效應(yīng)及人類(lèi)活動(dòng)對(duì)流域或景觀的影響，可以作為水資源調(diào)查過(guò)程中生物資源調(diào)查的工作框架。在巴西，SILVEIRA利用Shannon指數(shù)、BWMP記分系統(tǒng)、EPT%、EPT的相對(duì)豐度組成B-IBI指數(shù)評(píng)價(jià)巴西東南部河流健康狀況[11]。在法國(guó)，IBI被用來(lái)評(píng)價(jià)SeineRiver流域受渠道化、農(nóng)業(yè)排放和城鎮(zhèn)化后的累積影響，以及蛙魚(yú)養(yǎng)殖業(yè)對(duì)溪流生態(tài)系統(tǒng)的影響。在印度，用F-IBI指數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)受到重金屬和有機(jī)污染的Khan和Kshipro河流的健康[12]。在干旱的墨西哥中西部，IBI被用來(lái)評(píng)價(jià)土地的不同使用方式對(duì)溪流生態(tài)系統(tǒng)的影響。在日本，已利用魚(yú)類(lèi)和無(wú)脊椎動(dòng)物建立IBI-J(indexofbiologicalintegrityforJapanesestreams)指標(biāo)體系用于評(píng)價(jià)大阪溪流生態(tài)系統(tǒng)的健康。韓國(guó)在90年代初期已開(kāi)始采用底棲動(dòng)物類(lèi)群的耐污值和生物指數(shù)評(píng)價(jià)水質(zhì)[13]。在美國(guó)，所有的州都開(kāi)始使用多度量法進(jìn)行水質(zhì)生物評(píng)價(jià)，用底棲動(dòng)物進(jìn)行評(píng)價(jià)的有48個(gè)州，用漁類(lèi)進(jìn)行評(píng)價(jià)的29個(gè)州，用藻類(lèi)進(jìn)行評(píng)價(jià)的4個(gè)州，使用1個(gè)以上生物類(lèi)群進(jìn)行水質(zhì)評(píng)價(jià)的有26個(gè)州[14]。已建立的多度量指數(shù)有：佛羅里達(dá)州建立的SCI指數(shù)（StreamConditionIndex）[15]，沿大西洋中部海岸平原（Mid-AtlanticCostalPlain）的CPMI指數(shù)（CostalPlainMacroinvertebrateIndex）[16]等。美國(guó)的馬里蘭州建立了SS-IBI（streamsalamanderindexofbioticintegrity）評(píng)價(jià)水生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況[17]。目前，美國(guó)EPA對(duì)生物評(píng)價(jià)的重心已開(kāi)始轉(zhuǎn)向?qū)ι鷳B(tài)系統(tǒng)的健康評(píng)價(jià)上來(lái)，IBI評(píng)價(jià)法已成為其水體生物監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)。

　　綜上所述，開(kāi)展河流生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)學(xué)研究是流域生態(tài)學(xué)研究的重要基礎(chǔ)。如包括魚(yú)在內(nèi)的水生生物不僅能凈化水質(zhì)，而且其生物多樣性還隨流域內(nèi)陸地生態(tài)系統(tǒng)的土地利用狀況而變化，是流域環(huán)境質(zhì)量的指示生物。因此只有在充分了解河流生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)因子間相互關(guān)系的基礎(chǔ)上，才能進(jìn)一步了解流域內(nèi)水陸系統(tǒng)間的關(guān)系，從而在流域的高度上展開(kāi)河流生態(tài)系統(tǒng)管理的綜合研究。

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