第1章 流域水生態系統健康評價研究概況
全世界淡水生態系統在近一個世紀發生巨大變化，水體污染和棲息地喪失導眾多水生生物生存受到威脅。全球964 種水鳥中有 203 種（21%）現已滅絕或處于受危狀態，此外37% 的淡水哺乳動物、20% 的淡水魚類、43%的棲動物、50% 的淡水角類以及43%的鱷魚都已處于受危、瀕危或滅絕狀態。我國淡水生物也表現出嚴重的退化趨勢，以長江為例， “四大家魚”魚苗量急劇下降，由20世紀50年代的300 多億尾降為目前的不足1億尾，上游的金沙江目前也僅能監測到歷史上143種魚類中的17 種，其中還包括3種外來種，瀕危物種白暨豚已經消失多年，江豚和中華解等物種也岌岌可危。究其原因，人口增長和經濟發展加快兩大因素是導致江河、湖泊中水生生物數量銳減的主要間接驅動力，而導致水生態系統退化的主要直接驅動力則包括基礎設施過度開發、土地圍墾、污染、過度捕撈以及外來物種的引入等。
隨著淡水生物生存條件的惡化，河流、湖泊處于何種狀態逐漸受到關注，由此流域健康的概念應運而生。美國《清潔水法》(Clean Water Act) 將流域健康定義為水體能夠恢復和保持其化學、物理和生物完整性 (Karr，1999)。盡管目前對流域健康的定義還沒有成共識，但大多數學者都認為流域健康應包括兩方面的內容：一方面水體需要維持自身的生存，即流域水生態系統結構與功能的完整性；另一方面水體可以為人類提供服務，即流域社會服務功能的實現。流域水生態系統健康評價是聯系水生態系統研究與管理決策的關鍵環節，其目的是全面認識水生態系統的現狀與變化趨勢，用通俗易懂的方式向決策者和公眾提供生態信息，以減少或消除水生態系統管理的不科學性，并以此為基礎開展水體生態修復與恢復，以實現流域水生態系統的可持續發展。
受污染水體已越來越被公眾重視，簡單的物理或化學指標水體監測并不能反映更多的生態信息，而水生生物可以反映更長期的污染特征、難以監測分析的污染物的影響以及綜合影響等信息。早在19 世紀，Nylander(1866) 就肯定了地衣對城市環境變化敏感性。此后，利用生物指標進行生態系統評價的方法被引入水生態系統健康評價中。縱觀流域水生態系統健康評價發展歷程，大體可以分為3 個階段。
第一階段主要是利用水生生物的生物學和生態學屬性信息進行水體評價。20世紀初期，德國學者首先提出了“污水生物系統”(saprobien system)，這是人們最早利用水生生物對河流有機污染的敏感性進行水體評價。其理論基礎是，河流受到有機物污染后污染源下游的一段流程里，會發生自凈，即隨河水污染程度的逐漸減輕。生物種類出發生變化，在不同的河段出現不同的生物種類。據此，可將河流依次劃為4個帶:α-中污帶、β-中污帶(即甲型、乙型中污帶)和寡污帶，每個帶都有各自的物理、化學和生物待征。但隨著對水體生物認識的不斷深人，在清潔的水體中也會發現存在著耐污性物種，而污染嚴重的水體中也會出現敏感性生物。生物種類的分布又受到地區和各種環境因素的限制，因此對于利用污水生物系統指示水體污染狀況的可靠性，尚存分歧。
第二階段利用生物指數計算、模型分析等數理統計手段成為主流。隨著 20 世紀六七十年代統計分析方法的不斷進步，涌現出了大量的水生生物評價指數，如生物指數 (biotic indices，BI)、香農-威納多樣性指數 (Shannon- Wienerdiversity index)等。這些生物評價指數有別于之前利用水生生物物種生態屬性的評價方法，而是更多地考慮了水生生物群落結構與功能特征。自20 世紀 80 年代以后，水體評價從單一生物指數逐漸向多參數或綜合參數的生物指數過渡。Karr (1981) 在運用大量生物參數的基礎上開發了一種新的復合指數，即生物完整性指數 (index of biological integrity，IBI)。這個指數擁有很強的適用性，在世界范圍內的各種水體都有所應用，還有很多類似的復合指數，如魚類集聚完整性指數 (fish assemblage integrity index，FAII)、營養完全指數 (index of trophic completeness，ITC)等。同時，人們逐漸認識到河流生物群落具有整合不同時間尺度上各種化學、生物和物理影響的能力，生物群落的結構和功能能夠反映諸如化學品污染、物理生境喪失、外來物種入侵、水資源過量消耗、河岸帶植被過度采伐等干擾壓力，水生生物也成為流域健康評價的核心內容。由此以水生生物要素為核心，綜合考慮水文、水化學、物理生境、景觀等要素的流域綜合評價方法逐步形成并完善。
第三階段則是依靠于當前不斷發展的各類生物新技術、新手段、新方法等，從水生生物個體生理、分子水平去評價水生態系統的健康狀況。例如，通過分析水體及水生生物體內含污量、關鍵生理指標活力水平進行水體環境評價，這在魚類、大型底棲動物方面的研究較多。此外也有通過分析水體環境DNAD(environmental DNA，eDNA)反映的生物信息，對河流進行健康評價。目前這一研究方向剛剛起步，在評價指標、評價標準等許多方面還需要不斷完善。
參考來源：張遠等著. 中國重點流域水生態系統健康評價[M]. 北京：科學出版社, 2019.
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