河流健康状况的表征及其评价

河流健康状况的表征及其评价１　杨凯, 吴阿娜, 车越，袁雯华东师范大学资源与环境科学学院（２０００６２）　Email：kyang@摘　要：河流健康状况评价是河流管理和河流生态系统监控的基础。

本文阐述了河流健康状 况的内涵，尝试从理化参数、生物指标、形态结构、水文特征、河岸带状况 ５ 个方面表征河 流的健康状况； 并从预测模型法和多指标评价法角度对 ＲＩＶＰＡＣＳ、 ＡＵＳＲＩＶＡＳ、 ＩＢＩ、 ＲＣＥ、 ＩＳＣ、 ＲＨＳ、ＲＨＰ 等河流健康状况的评价方法进行评述；在探讨美国、英国、澳大利亚、南非等国 家河流健康状况开展情况的基础上， 指出我国迫切需要构建一套适合国情的河流健康状况评 价体系， 从河流健康角度评价国内主要河流的生态环境质量， 并为广泛开展的河流恢复项目 提供基础数据和决策依据。

关键词： 河流健康状况； 评价； 方法； 指标 1. 引言河流生态系统是生物圈物质循环的重要通道， 具有调节气候、 改善生态环境以及维护生 物多样性等众多功能[1-3]，当前河流生态系统不断受到人类活动的干扰和损害，恢复和维持 一个健康的河流生态系统已经成为近年来环境管理的重要目标。

在这一背景下， 如何表征和 评价河流健康状况正成为河流生态学领域的研究热点之一，美国、澳大利亚、英国、南非等 国家都已经开展了大量的工作[4-7]。

河流健康状况的表征和评价技术不仅可应用于对河流现 状的客观描述和评估， 而且可以有效评价受损河流生态修复的成效， 对于河流的可持续管理、 区域生态环境建设都具有非常重要的意义。

2. 河流健康状况的内涵目前在生态学领域有关健康状况概念和内涵的研究多集中于生态系统健康、 流域生态系 统健康、湿地生态系统健康等方面，而河流健康状况的概念尚处于探讨阶段[8,9]。

从河流生1本课题得到高等学校博士学科点专项科研基金资助项目（No.20020269014） 、上海市科技启明星跟踪项目 （02qmg1413） 、上海市生态学重点学科以及 211 学科建设项目资助。

1态系统的结构、功能、以及能量和物质循环角度可以对河流健康状况的内涵进行界定：即河 流健康状况是衡量河流生态系统结构、 功能特征的隐喻标准， 是评价河流生态系统状态的有 效方法， 可以理解为是对河流生态系统的结构和功能整体状况的评判。

对于处于健康状况的 河流而言，河流的结构合理、功能健全，正常的能量流动和物质循环没有受到破坏，对自然 干扰的长期效应具有抵抗力和恢复力， 能够维持自身的组织结构长期稳定， 并发挥其正常的 生态环境效益。

河流健康状况受制于众多因素，大体可分为自然变动和人类活动两类[8-10]。

前者是指自 然界正常的环境因子变化，如温度、光周期、光强、流速、营养、溶解氧等，此外也包括规 律性的季节变化和周年变化因素。

这些因子的变化不但会导致水环境在组分与功能上的改 变， 并且有可能引起河流生态系统功能的削弱甚至消失。

后者则强调人为干扰对河流健康状 况的影响， 工业废水和生活污水能够改变河流生态系统的结构和功能； 改变河流结构的物理 重建措施（如防洪墙的建立、堤坝的设置等）会破坏水生生态系统的完整性，并且由于生境 条件变化而使得生物多样性降低； 此外， 外来种入侵以及水资源的不合理利用等因素也一定 程度上破坏了河流生态系统的结构和功能。

　3. 河流健康状况的表征联系河流健康状况内涵与评价技术的一个重要纽带就是对河流健康状况的准确表征， 即 通过合理、准确的表征描述河流当前的健康状况，深化对河流健康状况内涵的理解，并为河 流健康状况评价提供科学依据。

近年来国际上对河流健康状况的表征开展广泛研究， 就目前 的研究进展而言，可通过以下 5 类指标表征河流的健康状况。

３．１ 水质理化参数　水体中营养物质和污染物的含量、浑浊度、pH 值、水温等参数都有可能影响河流生态 系统功能的正常发挥。

20 世纪初，工业化进程引起水质恶化，化学物质对河流水质的影响 受到重视，各种理化参数逐渐被用于表征水质状况，但是随后的评价实践表明，由于其与生 物状态的联系不明显等原因，单纯利用物理化学指标和标准难以全面评价河流的健康状况[4]，这也使得生物等其它类型指标开始被引入对河流健康状况的表征中。

３．２ 河流生物指标　近 20 年来，人们发现河流生物群落具有整合不同时间尺度上各种化学、生物和物理影 响的能力。

由此，生物评价方法和标准评估开始被应用于研究生物群落对人类活动的响应， 诊断河流退化原因，并逐渐成为河流健康评价的主要手段[6,11,12]。

鉴于河流生态系统的复杂 性，一些指示生物类群（indicator taxa）常被用于监测河流健康状况，其中浮游生物、底栖2大型无脊椎动物和鱼类为使用得较多的类群。

浮游生物是水生生态系统的重要组分， 处于河 流生态系统食物链始端，对污染物反应灵敏，可为水质变化提供早期预警信息，是河流健康 监测的主要指示类群之一[13]，Palmer 指数、Shannon-Veavers 多样性指数等都是基于浮游藻 类建立的河流健康评价方法[14]；底栖无脊椎动物结构的变化能很好地反映河段生境条件的 变化，是河流水质状况常用的另外一项重要监测指标，英国的“河流无脊椎动物预测和分类 系统” （River Invertebrate Prediction and Classification System，RIVPACS）[15]以及“澳大利亚 河流评价计划” （Australian River Assessment System，AUSRIVAS）[16-18]等都是基于对河流 大型无脊椎动物生物多样性及其功能监测基础上的河流健康状况评价模型； 处于营养顶级的 鱼类反映了整个水生态系统的健康状况，是河流健康评价的重要指示生物，Karr 于 1981 年 提出了基于河流鱼类物种丰富度、指示种类别、营养类型、鱼类数量、杂交率、畸变率等 12 项指标基础上的生物完整性指数（Index of Biological Integrity, IBI ）[19]，成为当前广泛使 用的河流健康状况评价方法之一。

３．３ 河流形态结构　生物群落用来评价河流状态最主要的优势就是生物群落受到很多物理和化学因素的影 响， 对生物的影响是河流环境退化和污染的终点。

然而生物健康与河流的物理生境存在必然 的内在联系：河流地貌过程决定河流形态，进而决定河流生物的生境结构。

基于这一思想， 河流形态成为评价河流健康与否的重要因子。

近年来河流形态已经开始被用于河流健康状况 的评价[18]，澳大利亚 Brierley 于 1994 年提出河流形态结构框架（Geomorphic River Styles）[18,20,21]，旨在强调河流健康的物理结构和功能因子，并提供流域不同河段河流特征的基础调查 以 及 河 流 形 态 结 构 控 制 的 评 价 程 序 ； 此 外 ， 美 国 的 HABSCORE （ USEPA Rapid Bioassessment Protocol，RBP） 、澳大利亚的河流状态调查（State of the Rivers Survey）以及 南非河流健康计划（River Health Programme，RHP）也都将河流形态因子纳入到河流健康状 况评估程序中[4,18,22]。

３．４ 河流水文特征　人类活动影响了城市河流的水文特征， 如筑坝、 水电站建设以及城市化过程中流域土地 利用方式调整等都改变了河流的流速、流量、洪水频率及洪水量等水文参数。

而河流的水文 特征对于河流洪泛区、河流形态、生物群落组成、河岸植被以及河流水质等具有重要意义。

目前， 国外学者已经开始尝试将描述河流水文特征的参数和指标用于评价河流健康状况， 以 便更好的了解河流过程[23]。

澳大利亚的 AUSRIVAS 调查就纳入了年平均流量等水文指标， 南非的 RHP 也已将水文指标作为表征河流健康状况的重要因子[4,18]。

３．５ 河岸带状况　3河岸带具有削减面源污染、提供野生动植物生境、改善河流生态环境等诸多功能，并可 提供多用途的娱乐场所和舒适环境以提高河流景观价值[24-25]， 河岸带宽度及其生物种类组成 等对于河流生态系统健康状况具有较大影响， 河流正常功能的发挥在很大程度上取决于河岸 带状况。

随着近年来人们对河岸带保持和恢复工作的重视， 河岸带表征因子逐渐成为河流健 康状况评价的重要指标，RCE 清单（Riparian，channel，environment inventory） 、溪流状态 指数（Index of stream condition，ISC）以及南非的 RHP，都引入了河岸带宽度、河岸带结构 完整性以及植被组成等河岸带质量指标[18,23,26]。

随着景观生态学的发展以及生态系统管理更趋于功能化， 有必要将河流的理化参数、 生 物指标、 形态结构、 水文特征以及河岸带状况等诸多指标结合在一起对河流健康状况进行综 合评判，以达到可持续发展的河流管理[27]。

4. 河流健康状况评价４．１ 河流健康状况的评价方法　近 20 年来，河流健康状况评价的方法学不断发展，形成了一些各具特色的评价方法， 例如 RIVPACS、AUSRIVAS、IBI 、RCE、ISC、RHS、RHP 等。

就评价原理而言，可大致 将这些评价方法分为预测模型法（Predictive Model）和多指标评价法（Multimetrics） 。

４．１．１ 预测模型法 预测模型法主要基于以下思路： 将假设河流在无人为干扰条件下理论上应该存在的物种 组成与河流实际的生物组成进行比较，从而评价河流的健康状况。

具体评价流程为：①选取 无人为干扰或人为干扰非常小的河流作为参照河流； ②调查参照河流的物理化学特征及生物 组成； ③建立参照河流物理化学特征与相应生物组成之间的经验模型； ④调查被评价河流的 物理化学特征，并将调查结果代入经验模型，得到被评价河流理论上（河流健康情况下）应 具备的生物组成（E） ；⑤调查被评价河流的实际生物组成（O） ；⑥Ｏ/Ｅ的值即反映被评价 河流的健康状况，比值越接近 1 表明该河流越接近自然状态，其健康状况也就越好[15,17,18]。

RIVPACS 和 AUSRIVAS 就是这类方法的代表。

但是预测模型法存在一个较大的缺陷，即主 要通过单一物种对河流健康状况进行比较评价（例如 RIVPACS、AUSRIVAS 都以底栖无脊 椎动物作为监测对象） ，并且假设河流任何变化都会反映在这一物种的变化上，因此，一旦 出现虽然河流健康状况受到破坏， 但并未反映在所选物种的变化上的情况， 这一方法就无法 反映河流真实状况，具有一定的局限性。