袁興中，王強，劉紅，龐旭，孫榮，張躍偉，任海慶

（1.重慶大學煤礦災害動力學與控制國家重點實驗室，重慶400044；2.重慶大學資源及環(huán)境科學學院，重慶400030；3.西南大學生命科學學院，重慶400715）

?

□研究論文

三峽庫區(qū)流域生態(tài)健康評估要要要以東河流域為例

袁興中1，王強3，劉紅2，龐旭3，孫榮3，張躍偉1，任海慶1

（1.重慶大學煤礦災害動力學與控制國家重點實驗室，重慶400044；2.重慶大學資源及環(huán)境科學學院，重慶400030；3.西南大學生命科學學院，重慶400715）

流域是其集水區(qū)內各種生態(tài)環(huán)境特征的綜合表征體，它能夠反映區(qū)域景觀的環(huán)境條件及其變化遙作為人類最重要的環(huán)境資源之一，流域生態(tài)系統(tǒng)健康動態(tài)已經(jīng)成為區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的聚焦點遙本文以位于渝東北三峽庫區(qū)腹心區(qū)域的開縣東河為例，對東河流域生態(tài)系統(tǒng)健康進行評估遙選擇陸域生態(tài)、河岸帶生態(tài)、水域生態(tài)健康狀況作為一級評價指標，構建流域生態(tài)健康綜合指數(shù)模型遙研究表明，東河流域生態(tài)健康得分為7.10，評估等級為野良冶遙評估結果與實際情況基本吻合遙東河流域生態(tài)健康的問題主要是梯級水電開發(fā)導致的河流生境片段化和生境質量衰退，中下游挖沙導致的局部河段底棲生境破壞，以及流域下游部分場鎮(zhèn)生活污水排放的局部不利影響遙通過東河流域健康評估，明確了流域健康水平及壓力，針對生態(tài)健康存在的問題，提出了東河流域健康保護目標遙對東河流域生態(tài)健康的評估，積累了流域生態(tài)健康本底數(shù)據(jù)，為三峽庫區(qū)流域管理提供了科學依據(jù)遙

流域；生態(tài)系統(tǒng)健康；健康評估；東河；三峽庫區(qū)

流域是匯集和補給一條河流及其支流的地表水和地下水的全部來源區(qū)，即地表水與地下水分水脊線所包圍的集水區(qū)域，流域是一個社會—經(jīng)濟—自然復合生態(tài)系統(tǒng)［1］。作為人類最重要的環(huán)境資源之一，其健康動態(tài)已經(jīng)成為區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的聚焦點。生態(tài)系統(tǒng)健康作為一個術語和嶄露頭角的實踐領域，國內外對其研究才剛剛開始，還沒有形成完整的理論體系和應用標準［2］。20世紀40年代美國土地倫理學家Aldo Leopold最早提出了土地健康（land health）概念［3］。Rapport在20世紀70年代末提出了生態(tài)系統(tǒng)醫(yī)學（ecosystem medicine）概念［4］，Rapport及其他一些學者認為，由于人類活動的加劇，致使生態(tài)系統(tǒng)受到損害，如何對受害癥狀進行診斷需要多學科合作研究［5、6］，植根于生態(tài)系統(tǒng)受害癥狀的綜合性診斷，逐漸發(fā)展為生態(tài)系統(tǒng)健康概念。流域生態(tài)系統(tǒng)是其集水區(qū)內各種環(huán)境特征的綜合表征體，流域生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況不僅反映了河流本身的生態(tài)變化，也反映了集水區(qū)的環(huán)境質量。

20世紀80年代，北美及歐洲開始關注河流健康狀況，并采取了一系列措施和方法對河流健康進行評估和修復［7、8］。美國于1989年開始實施快速生物監(jiān)測協(xié)議（RBPs）［9］；美國的生物完整性指數(shù)（IBI）［10、11］，通過對水文情勢、水化學情勢、棲息地條件、水文連續(xù)性及生物組成的調查，對河流健康進行評價，此方法是當前廣泛使用的河流健康評價方法。英國開展了河流生境調查，通過河流無脊椎動物預測和分類系統(tǒng)，預測及評價河流健康狀況。澳大利亞于1992年開展國家河流健康計劃（national river health program，NRHP），目的在于監(jiān)測和評價河流生態(tài)狀況［12］。南非水務及森林部（DWAF）于1994年發(fā)起了“河流健康計劃”（the river health program，RHP）［13］。國內近年來開始關注流域健康，并逐漸受到各方重視［14、15］。張可剛等結合河流生態(tài)系統(tǒng)健康影響因素和目前河流生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)狀，提出了14個河流生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標［16］；趙彥偉和楊志峰結合我國城市河流的實際情況，將河流健康評價標準分為5個級別［17］。2004年黃河水利委員會提出了“維持黃河健康生命”的新理念［18］。近年來，我國在流域生態(tài)保護和流域管理方面采取了許多措施，對一些重點流域展開了生態(tài)環(huán)境整治。這些流域保護與管理行為往往強調對水體資源功能的開發(fā)和水害的防治，大多停留在水污染控制和水利工程的管理層面，區(qū)域性的水污染嚴重、水資源緊缺、水生態(tài)退化、洪澇災害頻發(fā)等問題依然沒有真正得到解決。為適應歷史發(fā)展趨勢的需求，近年來我國開始了河流或流域健康評價工作，以期轉變流域保護與管理方式?；诤恿髁饔蚬芾淼默F(xiàn)實狀況，國家環(huán)境保護部于2011年3月向全國各?。ㄊ校┉h(huán)境保護廳（局）下發(fā)了《關于開展典型流域生態(tài)健康評估工作的商函》，并發(fā)布了《流域生態(tài)健康評估技術指南（征求意見稿）》（環(huán)境保護部自生態(tài)保護司、中國環(huán)境科學研究院，2012）。

本文以位于渝東北三峽庫區(qū)腹心區(qū)域的開縣東河為例，參照環(huán)保部流域健康評估指標體系和模型，對東河流域生態(tài)系統(tǒng)健康進行了評估。本研究的目的是探索建立科學的評價方法，積累流域生態(tài)健康本底數(shù)據(jù)，預測流域健康發(fā)展趨勢，為三峽庫區(qū)流域生態(tài)管理提供科學依據(jù)。

1　研究區(qū)域環(huán)境概況

東河是長江干流左岸一級支流澎溪河的正源，發(fā)源于重慶市開縣白泉鄉(xiāng)一字梁。位于重慶市開縣北部，地處三峽庫區(qū)腹心，流域地理坐標為東經(jīng)108°22′～108°55′，北緯31°11′～31°41′（見圖1）。東河干流全長96.7 km，流域面積1 426.6 km2，海拔高程160～2 626 m，河道平均比降0.79%。東河位于大巴山南坡，流域屬中山地形，總體地勢北高南低，上游河段山高谷深，河段侵蝕溶蝕強烈，多呈V型峽谷。流域屬亞熱帶季風氣候區(qū)，四季分明，年平均降雨量1 530 mm，降雨年內分配不均。流域徑流主要來源于降雨和地下水，徑流的年內變化與降雨一致。流域土壤屬北亞熱帶四川盆地東部山地黃壤區(qū)，土壤垂直分帶明顯。流域植物區(qū)系組成屬泛北極植物區(qū)、中國—日本森林植物亞區(qū)。在我國植被區(qū)劃中，屬于亞熱帶常綠闊葉林區(qū)域東部常綠闊葉林亞區(qū)，處于北亞熱帶常綠、落葉闊葉混交林地帶和中亞熱帶常綠闊葉林地帶的分界線上。東河流域所在的秦巴山地是我國南方和北方的重要自然地理分界線，在中國動物地理區(qū)劃中隸屬東洋界、華中區(qū)、西部山地高原亞區(qū)、四川盆地農(nóng)田、亞熱帶林灌動物群。

圖1　東河流域地理位置Fig.1The Geographical location of Dong River watershed

2　研究方法

2.1評估范圍及指標體系

按照環(huán)境保護部《流域生態(tài)健康評估技術指南（征求意見稿）》。流域生態(tài)健康的評估范圍包括陸域、岸邊帶及河流水域所圍合而成的空間區(qū)域。參考環(huán)保部推薦的流域生態(tài)健康評估指標，結合三峽庫區(qū)山地河流的特點，選擇陸域生態(tài)、河岸帶生態(tài)、水域生態(tài)健康狀況作為一級評估單元。根據(jù)指標體系構建原則、評估指標的選取方法、評估單元的選取并結合專家咨詢建議，最終確定流域生態(tài)健康評估指標體系（見圖2）。

2.2數(shù)據(jù)采集及方法

2.2.1生物數(shù)據(jù)采集

（1）底棲動物

選擇代表性河段和生境設置采樣點。每個采樣點設置50 m長河段，進行底棲動物采集，每個樣點做5個重復。深潭生境使用彼德遜采泥器（面積1/16 m2）采樣，淺灘生境使用索伯網(wǎng)（面積0.09 m2，網(wǎng)徑40目）采集。標本帶回室內鏡檢分類、計數(shù)、鑒定。

（2）魚類

魚類采樣用網(wǎng)捕法和電魚法。在每個采樣點選擇500 m長河段進行魚類調查。漁獲物種類帶回室內分類、鑒定。此外，通過對流域內主要魚市進行調查，對沿河漁民進行訪問以完善對魚類區(qū)系組成的了解。

（3）河岸植被

采用系統(tǒng)取樣法，每個樣地長50 m（平行于河流流向），現(xiàn)場實測岸邊帶寬度，確定岸邊帶在流域中的面積比例，調查記錄每個樣地的植被覆蓋度和岸邊帶植被連續(xù)性。

圖2　流域生態(tài)健康評估指標體系及權重Fig.2Index system and weight of watershed ecosystem health assessment

2.2.2水質數(shù)據(jù)采集

水體理化指標采用便攜式多參數(shù)測量儀（sension156，美國哈希）測量。同時取水樣進行水化指標室內分析。

2.2.3空間數(shù)據(jù)采集

根據(jù)流域2011年Landsat ETM+影像數(shù)據(jù)，以1∶10 000地形圖為依據(jù)，按標準分幅應用二次多項式分別進行幾何校正。根據(jù)所獲統(tǒng)計資料、地形圖及各種專題圖件，結合野外踏勘，建立該區(qū)域解譯標志；應用圖像處理軟件，采用人機交互的監(jiān)督分類方法進行解譯，并通過野外驗證對其精度進行評價。在ArcGIS軟件支持下，統(tǒng)計生成土地利用/覆被數(shù)據(jù)。計算流域內森林、農(nóng)田、濕地和城市用地等各類用地面積，計算植被平均覆蓋度、土地利用強度指數(shù)和土壤侵蝕強度指數(shù)。

2.3評估模型

流域生態(tài)健康評估是基于陸域生態(tài)健康評估、岸邊帶生態(tài)健康評估和水域生態(tài)健康評估，通過指數(shù)加權獲得流域生態(tài)健康等級。

2.3.1陸域生態(tài)健康指數(shù)

陸域生態(tài)健康指數(shù)A1=0.4×土地因子健康指數(shù)（B1）+0.3×生物因子健康指數(shù)（B2）+0.3×污染脅迫因子健康指數(shù)（B3）

2.3.2岸邊帶生態(tài)健康指數(shù)

岸邊帶生態(tài)健康指數(shù)A2=0.5×結構健康指數(shù)（B4）+0.5×功能健康指數(shù)（B5）

2.3.3水域生態(tài)健康指數(shù)

水域生態(tài)健康指數(shù)A3=0.4×水質健康指數(shù)（B6）+0.3×水文健康指數(shù)（B7）+0.3×生物完整性指數(shù)（B8）

2.3.4流域生態(tài)健康綜合指數(shù)（1）式中，Hi表示第i項指標健康分值（Hi分別為陸域生態(tài)健康指數(shù)，岸邊帶生態(tài)健康指數(shù)，水域健康生態(tài)指數(shù)），i表示第i項指標權重。

2.3.5流域生態(tài)健康等級劃分

參照目前流域生態(tài)健康評價標準，結合三峽庫區(qū)生態(tài)環(huán)境實際，選定健康流域的參照標準，將流域生態(tài)健康評估等級分為五級，分別為優(yōu)秀、良好、一般、較差和差（見表1）。

表1　流域生態(tài)健康評估分級標準體系Table 1 The grading standard system for watershed ecosystem health assessment

3　結果與分析

3.1陸域生態(tài)健康指標

3.1.1土地因子

（1）土地利用強度指數(shù)

根據(jù)土地利用類型的強度等級值、土地利用類型占總土地面積的比例，計算得出東河流域土地利用強度指數(shù)為299.33（見表2）。

表2　東河流域土地利用類型面積統(tǒng)計（hm2）Table 2The statistics of areas for land use types in Dong River watershed（hm2）

（2）土壤侵蝕強度指數(shù)

根據(jù)土壤侵蝕強度的分級值和各級土壤侵蝕強度在該流域內的面積比重，計算得出土壤侵蝕強度指數(shù)為455.58（見表3）。

表3　東河流域土壤侵蝕強度類型面積統(tǒng)計（hm2）Table 3The statistics of areas for soil erosion intensity types in Dong River watershed（hm2）

（3）土地因子健康評價

為使數(shù)據(jù)具有可比性，對原始土地利用強度指數(shù)和土壤侵蝕強度指數(shù)進行標準化處理（逆向指標進行正向標準化處理），計算得到東河流域土地因子健康指數(shù)為0.60（見表4）。

表4　東河流域土地因子健康指數(shù)評價結果Table 4Evaluation value of land health assessment index in Dong River watershed

3.1.2生物因子

通過NDVI像元二分模型分析和對高分影像的解譯，確定各流域植被平均覆蓋度和濕地面積比例。標準化后計算出東河流域的生物因子健康指數(shù)為0.60（見表5）。

表5　東河流域生物因子健康指數(shù)評價結果Table 5Evaluation value of biological health assessment index in Dong River watershed

3.1.3污染脅迫

根據(jù)調查結果及計算，東河流域污染脅迫健康指數(shù)為28.0（見表6）。

表6　東河流域污染脅迫健康指數(shù)評價結果Table 6Evaluation value of pollution stress health assessment index in Dong River watershed

3.2岸邊帶生態(tài)健康指標

根據(jù)調查及計算，東河流域岸邊帶生態(tài)健康指數(shù)為0.72（見表7）。

表7　東河流域岸邊帶生態(tài)健康指標評價結果Table 7Evaluation value of riparian zone health assessment index in Dong River watershed

3.3水域生態(tài)健康指標

根據(jù)調查及計算，東河流域水域生態(tài)健康指數(shù)為0.80（見表8）。

表8　東河流域水域生態(tài)健康指標評價結果Table 8Evaluation value of aquatic ecosystem health assessment index in Dong River watershed

表9　東河流域生態(tài)健康指標評價結果Table 9Evaluation value of ecosystem health assessment index of Dong River watershed

4　討論

東河是長江干流左岸一級支流澎溪河的正源，發(fā)源于渝東北開縣白泉鄉(xiāng)一字梁，位于大巴山南坡，源頭在雪寶山國家級自然保護區(qū)內，是典型的山地河流。東河流域所處的區(qū)域是秦巴山區(qū)的重要組成部分，生物多樣性極為豐富，被《中國生物多樣性保護行動計劃》列入了中國優(yōu)先保護生態(tài)系統(tǒng)名單，也是中國17個生物多樣性關鍵區(qū)域之一，是長江上游和三峽水庫的生態(tài)屏障。流域內森林覆蓋率高。從源頭到河口，沒有工業(yè)污染。在流域中上游，森林覆蓋率高，水質優(yōu)良。然而在流域下游的場鎮(zhèn)，由于生活污水排放（如大進鎮(zhèn)、溫泉鎮(zhèn)等），使得臨近場鎮(zhèn)的局部河段受到污染。由于東河水量較大，河流自凈能力較強，因此東河下游河流水質總體上較好。作為山地河流，河流生境類型多樣，生境質量優(yōu)良，河流生物群落受人為破壞較小，生物多樣性較為豐富，尤其是冷水性生物廣泛分布，如裂腹魚類、巫山北鯢（Ranodon wushanensis）等中國特有動物在流域上游海拔800 m以上的河溪均有分布。從東河的二級河流開始，河岸植被較為完整，在中下游的許多河段，還保留了連續(xù)性較好的河岸自然植被。魚類受到河流上已建成電站的影響，大多數(shù)電站為徑流式引水電站，均為低壩。河流下游的底棲動物受到挖沙采石的一定影響。從現(xiàn)場調查的實際感知、水質狀況和水生生物群落實際調查情況看，與運用流域生態(tài)健康綜合指數(shù)模型評估所得到的結果基本吻合。

東河流域健康狀況良好，其現(xiàn)存問題主要是梯級水電開發(fā)導致的河流生境片段化和生境質量衰退；中下游挖沙導致的局部河段底棲生境破壞；流域下游部分場鎮(zhèn)生活污水排放的局部不利影響。針對健康評估中存在的問題，提出東河流域健康保護目標為：在保持流域生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)狀水平的基礎上，通過優(yōu)化流域生態(tài)系統(tǒng)結構，提升流域生態(tài)系統(tǒng)服務功能，尤其是重點保障流域生態(tài)用水，加強河流生態(tài)恢復，從而使東河流域生態(tài)健康水平得到進一步提升。

國內外關于流域健康的研究，仍處于起步階段。對東河流域健康的評估，在一定程度上摸清了東河流域的“家底”，對我們認識三峽庫區(qū)流域健康水平，制定流域生態(tài)保護和修復對策有重要意義。

從評估情況看，還存在著許多需要進一步探討和解決的問題，如岸邊帶結構指標包括岸邊帶類型、岸邊帶面積比例，對其定義尚不完全明確；目前，以岸邊帶寬度代替面積比例，在一定程度上忽略了岸邊帶生態(tài)結構的復雜性所發(fā)揮的作用。此外，由于河流水生生物監(jiān)測起步較晚，很多數(shù)據(jù)的本底值缺乏。

建議在今后的評估工作中，進一步優(yōu)化流域健康評估指標體系，選擇最能夠直接反映流域健康的關鍵因子，包括生物因子、河流生境、水質等；在流域生態(tài)健康評估指標中關注功能性生境指標；考慮評估指標的易測、易得，因此，應探討快速評估指標的篩選。

［1］羅初躍，周忠軒，孫軼，等.流域生態(tài)系統(tǒng)健康評價方法［J］.生態(tài)學報，2003，23（8）：1606-1614.

［2］袁興中，劉紅，陸健健.生態(tài)系統(tǒng)健康評價——概念構架與指標選擇［J］.應用生態(tài)學報，2001，12（4）：627-629.

［3］LEOPOLD A.Wilderness as a Land Laboratory［J］.Living Wilderness，1941，（6）：3.

［4］RAPPORT DJ.，THORPE C.，REGIER HA.Ecosystem Medicine［J］.Bulletin of Ecological Society of America，1979，60（4）：180-182.

［5］RAPPORT DJ.What Constitutes Ecosystem Health［J］.Perspectives in Biology and Medicine，1989，33（1）：120-132.

［6］RAPPORT DJ.，BOHM，G.，BUCKINGHAM D.et al.Ecosystem Health：the Concept，the ISEH，and the Important Tasks Ahead［J］. Ecosystem health，1999，5（2）：82-90.

［7］SIMPSON J.，NORRIS R.，BARMUTA L.，et al.AusRivAS-National River Health Program：User Manual Websiteversion［S］.1999.

［8］NORRIS R.H.，THOMS M.C..What is River Health［J］.Freshwater Biology，1999，41（2）：197-209.

［9］BARBOUR M.T.，GERRITSEN J.，SNYDER B.D.，et al.Rapid Bioassessment Protocols for Use in Stream Sand Wadeablerivers：Periphyton，Benthic Macroinvertebrate Sand Fish（2nd edition）［M］.Washington D.C.，U.S：Environmental Protection Agency，1999.

［10］KARR J.R..Assessment of Biotic Integrity Using Fish Communities［J］.Fisheries，1981，6（6）：21-27.

［11］BELPAIRE C.，SMOLDERS R.，AUWEELE I.V.，et al.An Index of Biotic Integrity Characterizing Fish Population Sand the Ecological Quality of Flandrian Water Bodies［J］.Hydrobiologia，2000，434（1-3）：17-33.

［12］WHITE L.J.，LADSON A.R..An Index of Streamcondition：User'Smanual（2nd edition）［M］.Melbourne：Department of Natural Resources and Environment.1999.

［13］PARSONS M.，NORRIS R.H..The Effect of Habitat Specific Sampling on Biological Assessment of Water Quality Using a Predictive Model［J］.Freshwater Biology，1996，36（2）：419-434.

［14］龍笛，張思聰，樊朝宇.流域生態(tài)系統(tǒng)健康評價研究［J］.資源科學，2006，28（4）：38-44.

［15］董哲仁.河流健康的內涵［J］.中國水利，2005（4）：15-18.

［16］張可剛，趙翔，邵學強.河流生態(tài)系統(tǒng)健康評價研究［J］.水資源保護，2005，21（6）：11-14.

［17］趙彥偉，楊志峰.城市河流生態(tài)系統(tǒng)健康評價初探［J］.水科學進展，2005，16（3）：349-355.

［18］侯全亮，李肖強.論河流健康生命［M］.鄭州：黃河水利出版社，2007.

［責任編輯：友清］

Watershed Ecosystem Health Assessment of Three Gorges Reservoir: Dong River Watershed as a Case Study

YUAN Xing-zhong1，WANG Qiang3，LIU Hong2，PANG Xu3，SUN Rong3，ZHANG Yue-wei1，REN Hai-qing1

（1.State Key Laboratory of Coal Mine Disaster Dynamics and Control，Chongqing University，Chongqing 400044，China；2.College of Resources and Environmental Science，Chongqing University，Chongqing 400030，China；3.School of Life Science，Southwest University，Chongqing 400715，China）

Watershed is a special ecosystem type which can reflects ecological conditions of the regional integrally.As one of important environments and resources，the dynamics of watershed ecosystem health have been a focus of regionally sustainable development.Taking Dong River Watershed（DRW）of the Three Gorges Reservoir Area（TGRA）as an example，it's ecosystem health assessment was carried out.Choosing the terrestrial，riparian zone，and aquatic ecosystem health status as the first grade indices，a model of watershed ecosystem health index was established.Research shows that the score of the DRW ecological health is 7.10，and that the DRW health is good.The evaluation results are basically consistent with the actual situation.The DRW ecological health problems are as follows:river habitat fragmentation and habitat quality decline caused by cascade hydropower development，river benthic habitat destruction induced by sand excavation in the middle and lower reaches，and local adverse effects resulted from domestic wastewater discharge of some towns in the lower reaches.This assessment showed the actual level and pressure of DRW ecosystem health，and some strategies maintaining and managing theriver ecosystem health are proposed.Based on the DRW assessment，the baseline data of TGRA watershed ecosystem health was accumulated，and scientific basis of the watershed management was provided.

watershed；ecosystem health；ecological health assessment；Dong River；Three Gorges Reservoir

X171.1.719

A

2096-2347（2016）01-0028-08

2016-03-20

國家科技重大專項項目（2013ZX07104-004-05）。

袁興中（1963—），男，四川萬源人，教授，博士生導師，主要從事生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學研究。E-mail：1072000659@qq.com