(海城市水利技術(shù)推廣中心，遼寧 海城 114200)

生態(tài)系統(tǒng)健康是指一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)在時(shí)間上具有外界干擾恢復(fù)、自我調(diào)節(jié)、維持其組織結(jié)構(gòu)的可持續(xù)性與穩(wěn)定性的能力，可根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力、組織結(jié)構(gòu)和活力3個(gè)方面闡述其內(nèi)涵特征。具有獨(dú)特地理單元的流域在維持區(qū)域生態(tài)平衡、凈化水質(zhì)、涵養(yǎng)水源和調(diào)節(jié)徑流等方面發(fā)揮著重要作用，流域生態(tài)系統(tǒng)保持良好的生物、化學(xué)與物理完整性，其良好的平衡狀態(tài)為人類提供不同的服務(wù)功能或生態(tài)產(chǎn)品，對(duì)人類活動(dòng)或自然因素干擾具有一定的自我恢復(fù)與調(diào)節(jié)的能力即為流域生態(tài)系統(tǒng)健康的內(nèi)涵[1]。在流域生態(tài)健康方面國內(nèi)外許多學(xué)者開展了大量研究，主要集中在壓力-狀態(tài)-響應(yīng)模型、快速生物評(píng)價(jià)、棲息地完整性指數(shù)法、無脊椎動(dòng)物群落指數(shù)法、景觀格局指數(shù)生態(tài)評(píng)價(jià)以及模糊數(shù)學(xué)模型等方面的研究[2]。然而，目前在流域尺度上對(duì)其生態(tài)健康的評(píng)價(jià)研究還處于初期階段，尚未形成統(tǒng)一、完善的框架體系與研究方法[3]。鑒于此，本文參考相關(guān)資料，分別從水域和陸域兩個(gè)方面建立了評(píng)價(jià)體系，以海城河為例，綜合評(píng)價(jià)其生態(tài)健康狀態(tài)，以期為太子河流域建立生態(tài)補(bǔ)償體制和制定生態(tài)紅線提供信息和決策參考。

1 研究方法

1.1 海城河概況

海城河發(fā)源于孤山鎮(zhèn)瓦子溝村響水溝，由東南向西北方向主要流經(jīng)接文、馬風(fēng)、望臺(tái)、西柳等18個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，全長90.8km，流域面積1310km2，平均比降0.201%，屬于渾河水系太子河支流，是海城市的母親河。該河流處于大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，年均降水量在640～800mm之間，降水在空間分布上自東南向西北呈遞減趨勢(shì)。流域內(nèi)地貌特征為山地、丘陵、平原區(qū)和洼地等，并以丘陵和山地為主，河岸帶土壤多棕黃土與草甸土，并且大部分區(qū)域?yàn)楦魍粒参飬^(qū)系以砂土植物、水生植被、沼澤以及草甸為主。該流域地處海城市農(nóng)業(yè)生態(tài)功能區(qū)和城鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展核心位置，生態(tài)環(huán)境面臨的主要問題有農(nóng)業(yè)面源污染、城鄉(xiāng)生活污染以及工業(yè)企業(yè)污染等。

選擇統(tǒng)計(jì)、監(jiān)測(cè)以及數(shù)字影像資料等方式作為海城河生態(tài)健康評(píng)價(jià)主要數(shù)據(jù)來源，其中統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)包括海城市2016年統(tǒng)計(jì)年鑒、農(nóng)藥化肥普查數(shù)據(jù)、海城河調(diào)查問卷以及水利工程普查數(shù)據(jù)等；監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)有河流徑流量、降水量、水質(zhì)斷面監(jiān)測(cè)、面源與點(diǎn)源污染數(shù)據(jù)；數(shù)字影像資料主要有土壤類型矢量與土地利用數(shù)據(jù)庫、SPOT-5、分辨率為30m×30m的DEM[4-5]。

1.2 研究方法

a.評(píng)價(jià)單元的劃分。綜合考慮流域環(huán)境管理、行政區(qū)劃管理和自然地理單元的組合一致性特征與空間疊加關(guān)系，根據(jù)河流自然條件的相似性與一致性特點(diǎn)，合并流域范圍內(nèi)的最小自然單元。參考海城河水污染防治規(guī)劃控制單元、行政管理單元以及自然地理單元的劃分，保持鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)劃與評(píng)估單元大小基本一致。通常情況下，行政區(qū)劃與最小評(píng)估單元基本保持一致，僅僅在邊界條件上存在一定差異，因此按照評(píng)價(jià)單元的核心行政單元統(tǒng)計(jì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)[6]。

b.構(gòu)建評(píng)價(jià)體系與分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。本研究依據(jù)流域生態(tài)健康評(píng)估指南，選擇17項(xiàng)代表性指標(biāo)?？紤]到海城河農(nóng)業(yè)污染與生產(chǎn)生活污水排放量較大的實(shí)際情況，在選擇水生生物評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)將大型底棲硅藻類、底棲動(dòng)物等對(duì)河流富營養(yǎng)化與酸化敏感的生物納入評(píng)估范圍，然后從水域和陸域兩大層次構(gòu)建河流生態(tài)健康評(píng)價(jià)體系[7]。不同評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)健康的貢獻(xiàn)程度可通過指標(biāo)的權(quán)重反映，通過專家咨詢法并考慮各指標(biāo)的內(nèi)涵與重要性程度確定其權(quán)重，見表1。生態(tài)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)的單位不同、類型較多，因此很難直接利用實(shí)測(cè)值進(jìn)行綜合對(duì)比分析，需要根據(jù)各指標(biāo)之間的相關(guān)關(guān)系和對(duì)河流影響的大小賦予標(biāo)準(zhǔn)化值，將其統(tǒng)一處理為0～1范圍內(nèi)的數(shù)值。然后根據(jù)流域健康評(píng)估指南中等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合海城河實(shí)際狀況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，最終確定各指標(biāo)實(shí)測(cè)值在不同分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)下的取值范圍。表1中優(yōu)秀、良好、一般、較差與極差的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，所對(duì)應(yīng)的分值依次為大于80、60～80、40～60、20～40、小于20。

c.建立流域健康評(píng)價(jià)模型。流域健康度WHI是根據(jù)各評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)值反映一個(gè)區(qū)域生態(tài)健康的重要參數(shù)，WHI取值范圍0～100，計(jì)算公式為

(1)

式中：WHIi為河流健康體系各層級(jí)的生態(tài)健康度；Li1、Wi分別為各指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化值及其權(quán)重值。

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果可建立用于河流健康系統(tǒng)評(píng)價(jià)的模型，其表達(dá)式為

(2)

式中：WHI、Li2分別為河流生態(tài)安全度與對(duì)象層權(quán)重值，對(duì)海城河各鄉(xiāng)鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)健康進(jìn)行評(píng)價(jià)計(jì)算，評(píng)價(jià)結(jié)果見表2。

表1 海城河生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)體系與分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

表2 海城河各鄉(xiāng)鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)

2 結(jié)果分析

2.1 水域生態(tài)健康評(píng)價(jià)

計(jì)算分析海城河水域生態(tài)壓力、水生生物以及水生生境結(jié)構(gòu)各項(xiàng)指標(biāo)值，結(jié)果顯示該河流生態(tài)健康評(píng)價(jià)優(yōu)秀、良好和一般單元的面積占比分別為21%、42%、37%，河流生態(tài)健康狀況整體處于一般及以上水平。根據(jù)各指標(biāo)評(píng)價(jià)值可以看出，水生生物、水環(huán)境質(zhì)量為影響海城河流域健康的主要因素，特別是在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、人類活動(dòng)以及人口密集的城區(qū)最為顯著，河流下游區(qū)域工業(yè)廢水、生活污水排放量較大，對(duì)水生動(dòng)物種群結(jié)構(gòu)造成不利影響。野外水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，水生生物評(píng)價(jià)指數(shù)在Ⅲ類水質(zhì)以下的區(qū)域均處于差或較差水平[8]。海城河上游區(qū)域人類活動(dòng)較少，水環(huán)境質(zhì)量相對(duì)較好，在Ⅲ類及以上水平，該區(qū)域生態(tài)健康評(píng)價(jià)為優(yōu)秀且水生生物綜合指數(shù)較高，并以二臺(tái)子大橋上游區(qū)域水質(zhì)最好。在人類活動(dòng)較多的下游地區(qū)河流水質(zhì)質(zhì)量較差，從而造成水生生物指標(biāo)偏低，以牌樓鎮(zhèn)、八里鎮(zhèn)最為顯著。海城河徑流城區(qū)段存在較多的小印花、小染坊等服裝企業(yè)，廢水未經(jīng)處理或處理不達(dá)標(biāo)排放造成河道污染嚴(yán)重，水環(huán)境質(zhì)量極差，處于Ⅳ和Ⅴ類水，水生生境結(jié)構(gòu)改變并使得很多水生物種減少甚至消失，以西柳鎮(zhèn)最為突出。

2.2 陸域生態(tài)健康評(píng)價(jià)

海城河陸域生態(tài)系統(tǒng)健康良好、一般、較差的單元面積分別為68%、30%、2%，總體不存在優(yōu)秀評(píng)價(jià)單元。健康評(píng)價(jià)等級(jí)在空間分布上以山區(qū)最為優(yōu)秀，城區(qū)低于鄉(xiāng)鎮(zhèn)。污染物減排資料是計(jì)算陸域點(diǎn)、面源污染負(fù)荷的主要依據(jù)，然而其數(shù)據(jù)獲取計(jì)算單元為縣區(qū)，從而使得在鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)評(píng)價(jià)單元上兩個(gè)指標(biāo)不存在可比性，因此不再探討其影響作用[9]。在評(píng)價(jià)等級(jí)為優(yōu)秀的單元中，如接文鎮(zhèn)各項(xiàng)指標(biāo)得分較高，特別是水源涵養(yǎng)指數(shù)、重要生境保持率、建設(shè)用地以及森林覆蓋率等參數(shù)均大于其他評(píng)價(jià)單元；水源涵養(yǎng)指數(shù)、生境保持率為限制生態(tài)健康良好等級(jí)評(píng)價(jià)單元的主要因素，如馬風(fēng)鎮(zhèn)、孤山鎮(zhèn)等單元。在評(píng)價(jià)等級(jí)為一般的單元中，水源涵養(yǎng)指數(shù)、森林覆蓋率以及建設(shè)用地比例過高為限制生態(tài)健康的主要因素，如西柳鎮(zhèn)、牛莊鎮(zhèn)等單元。

2.3 生態(tài)系統(tǒng)健康綜合評(píng)價(jià)

在海城河生態(tài)健康綜合評(píng)價(jià)中，優(yōu)秀、良好、一般的單元面積分別占5%、62%、33%，整體處于一般及以上水平。海城河上游至下游生態(tài)健康分布表現(xiàn)出逐級(jí)遞減的趨勢(shì)，在河流源頭區(qū)域的生態(tài)健康狀況為優(yōu)秀，然后逐漸過渡至良好和一般狀態(tài)，在牛莊鎮(zhèn)匯入太子河附近的生態(tài)系統(tǒng)健康破壞較為嚴(yán)重，西柳鎮(zhèn)與牛莊鎮(zhèn)單元的評(píng)價(jià)等級(jí)為一般，并低于附近其他區(qū)域。從流域整體上分析，人類活動(dòng)干擾和社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)為引起海城河生態(tài)系統(tǒng)健康存在差異的主要因素，上游區(qū)域和山地丘陵區(qū)健康等級(jí)較高，在平原、盆地以及人口密集的中下游區(qū)域偏低。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城鎮(zhèn)化發(fā)展速度的加快，可能會(huì)進(jìn)一步增加海城河沿岸的建設(shè)用地，在工業(yè)產(chǎn)值和農(nóng)業(yè)灌溉等綜合作用下河流的減排負(fù)荷指數(shù)壓力較大，海城河水質(zhì)狀況在短期內(nèi)很難得到明顯的改善[10]。

2.4 生態(tài)環(huán)境問題分析

根據(jù)生態(tài)健康評(píng)價(jià)結(jié)果，本文總結(jié)分析了海城河生態(tài)環(huán)境面臨的主要問題有點(diǎn)面源污染排放量大、建設(shè)用地比例高、水源涵養(yǎng)能力弱以及干流水質(zhì)差。污染物排放量較大是引起海城河水質(zhì)較差的關(guān)鍵因素，據(jù)統(tǒng)計(jì)，海城河2016年點(diǎn)源、面源COD排放分別為1.28萬t和3018.52t，并且氨氮與工業(yè)廢水排放呈現(xiàn)出不斷上升的趨勢(shì)。點(diǎn)源污染為海城河主要污染源，污染物主要來源于服裝小印花、印染企業(yè)，農(nóng)村與城鎮(zhèn)生活污染，化學(xué)制造業(yè)等。隨著工業(yè)產(chǎn)值的提升和沿岸人口數(shù)量的不斷增大，海城河水環(huán)境治理仍具有較大的壓力。另外，河流生態(tài)壓力與生態(tài)功能受建設(shè)用地比例影響顯著，通過分析海城河沿岸2012—2016年的土地覆蓋類型轉(zhuǎn)移矩陣，該區(qū)域居民地、交通運(yùn)輸以及工程建設(shè)用地增加了1028hm2，建設(shè)用地的急劇增加給河流生態(tài)系統(tǒng)、農(nóng)田、森林覆蓋等造成較大壓力，從而使得生境面積減少并加大了生境破碎程度。土地硬質(zhì)化改變了流域內(nèi)的水熱條件、水陸系統(tǒng)能量物質(zhì)交換，極易引起生態(tài)災(zāi)害與洪澇的發(fā)生。

3 結(jié) 論

a.海城河生態(tài)健康綜合評(píng)價(jià)中優(yōu)秀、良好、一般的單元面積分別占5%、62%、33%，整體處于一般及以上水平。海城河上游至下游生態(tài)健康分布表現(xiàn)出逐級(jí)遞減的趨勢(shì)，在河流源頭區(qū)域的生態(tài)健康狀況為優(yōu)秀，在牛莊鎮(zhèn)匯入太子河附近的生態(tài)系統(tǒng)健康破壞較為嚴(yán)重。健康評(píng)價(jià)等級(jí)在空間分布上以山區(qū)最為優(yōu)秀，城區(qū)低于鄉(xiāng)鎮(zhèn)，水質(zhì)狀態(tài)指數(shù)為主要影響因子。

b.人類活動(dòng)干擾和社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)為引起海城河生態(tài)系統(tǒng)健康存在差異的主要因素，從而使得上游區(qū)域和山地丘陵區(qū)健康等級(jí)較高，在平原、盆地以及人口密集的中下游區(qū)域偏低。

c.海城河徑流城區(qū)段存在較多的小印花、小染坊等服裝企業(yè)，廢水未經(jīng)處理或處理不達(dá)標(biāo)排放造成河道污染嚴(yán)重，水環(huán)境質(zhì)量極差處于Ⅳ和Ⅴ類水，水生生境結(jié)構(gòu)改變并使得很多水生物種減少，甚至消失，以西柳鎮(zhèn)最為突出。