城市河流生态系统健康及其评价

近年来，我国在社会经济高速发展、城市化进程加快的同时，城市河流的水质遭到恶化，水生态系统受到严重破坏，从而导致城市水体功能的退化和降低。

城市河流生态系统受到了来自自然和人为因素的巨大压力，在各类直接或间接、潜在或显在、独立作用与累积干扰的作用下，城市河流生态系统整体状况及生态过程受到严重影响，但是，以往的针对水质、河岸带、河道等单要素的研究无法全面的反映城市河流生态系统的状况，需要以一种综合的、生态系统层次上的方式对其进行研究。

在这一背景下，研究城市河流生态系统健康的理论体系和评价方法，系统地诊断城市河流生态系统健康存在的问题和相互关联，为城市水环境质量改善提供理论依据和理论支持。

１　城市河流生态系统及其健康的内涵１．１　河流生态系统河流生态系统是指在河流内生物群落和河流环境相互作用的统一体，河流生态系统是动态的、开放的、连续的系统，具有典型的结构特征和独特的服务功能［１］，它包括陆地河岸生态系统、水生态系统、相关湿地及沼泽生态系统在内的一系列子系统，是一个复合生态系统。

河流生态系统的结构是指系统内各组成因素（生物组分与非生物环境）在时空连续及空间上的排列组合方式、相互作用形式以及相互联系规则，是生态系统构成要素的组织形式和秩序。

河流生态系统同其他水域生态系统一样，具有一定的营养结构、生物多样性、时空结构等基本结构。

河流生态系统服务功能是指人类直接或间接从河流生态系统中获取的利益。

按照服务功能性质分类，河流生态系统服务功能主要可分为淡水供应、水能提供、物质生产、生物多样性的维持、生态支持、环境净化、灾害调节、休闲娱乐和文化孕育等。

１．２　概念和内涵城市河流包括自然形成和人工开挖的流经城市区域的运河、河流、渠道，是城市的资源和环境载体，关系到城市的生存、发展，是影响城市风格和美化城市环境的重要因素。

“健康”即指系统在各种不良环境影响中，结构城市河流生态系统健康及其评价Urban River Ecosystem Health and Its Evaluation■　边　博（河海大学环境科学与工程学院，南京　２１００９８）■　程小娟（扬州环境资源职业学院，江苏　２２５００９）摘 要 介绍了城市河流生态系统健康的概念、内涵、特征以及研究尺度，阐述了河流生态系统健康评价的方法和评价指标体系，并指出了河流健康评价方法的发展方向，以及对我国河流管理的现实意义。

关键词 城市河流 生态系统健康 评价方法 指标体系和功能保持相对稳定状态，并可持续发展不断完善的特性。

健康的城市河流生态系统能够提供合乎自然和人类需求的生态服务。

因此，城市河流生态系统健康的概念具有双重属性：从自然属性来说，整个生态系统是完整的、稳定的、可持续性的，对外界不利因素具有抵抗力；从环境属性来说，具有持续提供生态系统完善的服务功能和满足城市居民观赏游憩和休闲娱乐的需要［２］，如图１所示。

根据以上定义，健康的城市河流生态系统应具备以下特征：具有良好的恢复能力和自我维持能力，即对污染能稀释、降解，对干扰能化解排除；能满足原生生态系统基本的水需求，如能满足河流生态系统生物、河岸生态系统生物生存的基本需要；具有相对稳定性，河流特征不出现重大改变，对邻近的生态系统和人类没有大的危害；能够发挥正常的生态功能、景观功能、旅游休闲功能、体现一定的水文化内涵。

与自然河流相比，由于城市功能对水体的依赖性，城市河流的水环境条件更为多样和复杂，城市高强度的社会经济活动对城市河流的水流、水质、水循环、水生态、总体健康状况都产生了显著的影响。

因此，城市河流的健康更多地受到人为活动的影响，同时也更为密切地影响着人类的社会活动。

２　研究的尺度城市河流生态系统是一个复合生态系统，监测和评价城市河流生态系统健康须从城市河流生态系统的结构和功能研究入手，从单一子系统、小集水区、整个流域复合系统、流域与流域之间以及这些不同层次对干扰和环境变化的响应等尺度上考虑［３］，建立长期时间尺度上的健康监测指标，研究城市河流生态系统动态和演替过程。

可以从两个层次上开展城市河流生态系统健康的研究。

第一层次，将整个城市河流视为一个水陆相互结合、相互作用的大系统，关心流域内不同组成子系统之间的物质能量流动规律及其健康状况；第二层次，研究城市河流各主要组成系统的结构与功能，关心这些系统本身的物质能量流动规律、健康状况及其对整个流域健康的影响。

城市河流生态系统健康研究的空间尺度中要特别考虑河流的水体。

在河流流域中，由源头集水区的第一级河流起，以下流经各级河流流域，形成连续的、流动的、独特而完整的系统，称为河流连续统。

河流连续统的概念把河流网络看作一个连续的整体系统，强调生态系统中河流群落及一系列功能与流域的统一性，把河流视作一个不同时间和空间尺度范畴内的连续变化梯度。

河流连续统常表现为一种树枝状的结构，干流流经一些不同的地理地带，并且接纳大量的支流。

支流的健康受损常会影响到干流乃至整个流域的健康状况。

因此，在选择流域生态系统健康研究的尺度时要充分考虑流域干支流的连续性。

３　评价理论体系城市河流生态系统具有调节气候、改善生态环境等众多功能，需要采用一定的指标和方法来表示河流环境条件的各个方面，即从多角度来评估河流的健康状况，从而提供对整治以及管理有用的信息。

３．１　评价的标准从生态系统层次出发，一个健康的生态系统应该是相对稳定和可持续的，即生态系统随着时间的进程有活力并且能维持其自组织性（Ａｕｔｏｎｏｍｙ），在外界胁迫下容易恢复［４］，其中Ｃｏｎｓｔａｎｚａ提出的生态系统健康概念得到广泛认同，该理论涵盖了６个方面：自我平衡、没有病征、多样性、有恢复力、有活力和能够保持系统组分间的平衡。

生态系统健康的标准主要包括活力、恢复力、生态完整性：支撑/维持系统能力的适应性恢复力：受到干扰后参考价值）服务：鱼类生产、保持水供商品：工农业用水供应、人类服务价值生态价值图１　城市河流生态系统健康的内涵示意图组织、生态系统服务功能的维持、管理选择、外部输入减少、对邻近系统的影响以及人类健康影响等８个方面，分属于生物物理范畴、社会经济范畴、人类健康范畴以及一定的时间、空间范畴。

这８个标准中最重要的是前３个方面。

活力（Ｖｉｇｏｒ）是指生态系统的能量输入和营养循环容量，具体指标为生态系统的初级生产力和物质循环。

恢复力（Ｒｅｓｉｌｉｅｎｃｅ）是指胁迫消失时，系统克服压力及反弹回复的容量。

组织（Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ）是指系统的复杂性，会随生态系统的次生演替而发生变化和作用。

鉴于生态系统类型的多样性及复杂性，不同专业的生态学家提出了不同的评价模式，为便于比较，Ｃｏｎｓｔａｎｚａ等［５］提出了一个基于系统层次的生态健康指数（Ｈｅａｌｔｈ　Ｉｎｄｅｘ，ＨＩ）：式中，Ｖ代表活力；Ｏ为自组织水平；Ｒ为系统恢复力。

３．２　评价方法和评价体系为了使生态系统健康的概念有实际操作性，需要对其进行评价。

但由于在概念上存在分歧，并且要评价的生态系统类型各异，因此也产生了多种评价指标体系。

这些指标体系主要分为３类：①生态指标：在生态系统水平和群落层次上设计指标；②人类健康和社会经济指标：主要应用在一些与人类有密切关系的生态系统中，如流域内的生态系统；③物化指标：探究影响生态系统变化的非生物原因。

目前河流生态系统健康评价方法可分为指示物种法和综合指标法。

实际上，河流生态系统健康评价的最佳途径是微观与宏观相结合的综合性研究。

３．２．１指示物种评价法指示物种评价生态系统健康主要是依据生态系统的关键物种、特有物种、指示物种、濒危物种、长寿命物种和环境敏感物种等的数量、生物量、生产力、结构指标、功能指标及一些生理生态指标来描述生态系统的健康状况［３］。

目前存在的问题是：指示物种的筛选标准不明确，有些采用了不合适的类群；一些监测参数的选择不恰当也会给生态系统健康评价带来偏差，不能全面反映生态系统的变化趋势。

可见，在河流生态系统健康评价研究中，指示物种和指标的选择应该谨慎，要综合考虑到它们的敏感性和可靠性，即要明确它们对流域自然生态系统健康指示作用的强弱。

３．２．２综合指标法综合指标法是根据生态系统的特征和其服务功能建立指标体系，首先要选用能够表征城市河流生态系统主要特征的指标；其次要对这些特征进行归类区分，分析各个特征对生态健康的意义；再次是对这些特征因子进行度量，确定每个特征因子在流域生态系统健康中的权重系数，每类特征因子在流域生态系统健康中的比重；最后建立流域生态系统健康评价的指标体系，合理的指标体系既要反映河流的总体健康水平或服务功能水平，又要反映生态系统健康变化趋势。

前面介绍的指示物种方法虽然简便易行，但存在一些明显的不足：应该选择不同组织水平的物种类群；应该考虑不同尺度；同一组织水平内应考虑到指示物种间的相互作用；应考虑到指示物种在不同尺度转换时的监测指标变化；未考虑流域内社会经济和人类健康参数，不能全面反映流域生态系统的健康状况。

因此，必需建立包括社会经济和人类健康指标在内的指标体系，对大量复杂信息进行综合。

因此，综合指标法成为一个重要的发展方向，其根据评价标准对河流的生物、化学以及形态特征进行打分，将各项得分累计后的总分作为评价河流生态系统健康状况的依据。

此类方法在美国以及澳大利亚得到广泛应用，其中最具代表性的是澳大利亚的溪流状况指数ＩＳＣ，它构建了基于河流水文学、形态特征、河岸带状况、水质及水生生物５方面、共计１９项指标的评价指标体系［６］，了解河流生态系统健康状况，并评价长期河流管理和恢复中管理干扰的有效性。

在维多利亚的流域中８０多条河流的实证研究表明，ＩＳＣ的结果有助于确定河流恢复的目标，评价河流恢复的有效性，从而引导可持续发展的河流管理。

３．３　评价指标体系随着可持续发展战略的实施，健康的河流生态系统必将成为河流管理的主要目标，有必要迅速开展相关研究，建立一套适用于我国的河流生态系统健康理论及评价体系，对主要河流进行健康评价，为河流及流域管理提供基础数据和决策依据。

HI V O R =××本文根据城市河流生态系统健康的概念和内涵，将河流生态系统健康的构成要素分为水体形态要素（分为三部分：岸坡条件、基底条件、周边条件）、水动力要素（分为流动条件，交换条件、容量条件、泥沙条件）、水环境要素（包括污染源和水质指标）、水景观要素（水体景观和周边景观）、水生态要素（物种的多样性和生境的多样性），这些是决定城市河流生态系统健康状况的主要因素，对于每一个评价要素由哪些具体指标来表达，还有待于进一步研究，　因此，　河流生态系统健康的指标体系还处于探索阶段。

评价体系示意图如图２。

４ 评价对我国河流管理的意义河流健康概念不是一个严格定义的科学概念，而是通俗意义上的管理评估工具［７］。