陳 垚，甘春娟，張 彩，袁紹春，朱子奇

1.重慶交通大學(xué)水利水運(yùn)工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400074；2.重慶交通大學(xué)國家內(nèi)河航道整治工程研究中心，重慶 400074；3.重慶交通大學(xué)河海學(xué)院，重慶 400074；4.重慶市市政設(shè)計(jì)研究院，重慶 400012)

城市化導(dǎo)致流域不透水下墊面急劇增加，造成受納水生態(tài)系統(tǒng)的水文、物理化學(xué)和生物發(fā)生顯著擾動(dòng)[1]。為緩減雨水徑流產(chǎn)生的不利影響，相關(guān)國家提出并實(shí)施了一系列雨水最佳管理措施(best management practices, BMPs)。其中，雨水塘因其具有水文削峰調(diào)控和污染控制能力，并可實(shí)現(xiàn)景觀游憩、地下水補(bǔ)給、水生棲息地等生態(tài)服務(wù)功能而成為有效的BMPs之一[2-4]。由于雨水塘補(bǔ)水水源主要來自地表徑流，其水文特性受氣候條件影響顯著；同時(shí)，由于其沉積物在城市不同開發(fā)階段受流域瞬態(tài)性的驅(qū)動(dòng)(如城市開發(fā)初期和后期地表徑流攜帶的沉積物濃度顯著不同)而呈現(xiàn)出動(dòng)態(tài)屬性，使其不同于其他城市水體特征。此外，雨水塘常受高徑流量的雨水、沉積物、化學(xué)物質(zhì)與微生物等多重風(fēng)險(xiǎn)源的干擾與損害[4-6]，使得雨水塘營造的水生及其陸緣生物棲息地的質(zhì)量狀況受到不斷關(guān)注[2,7]。作為雨水管理設(shè)施和生態(tài)棲息地實(shí)現(xiàn)其生態(tài)功能目標(biāo)的同時(shí)，雨水塘還可與相應(yīng)的人類活動(dòng)產(chǎn)生的干擾進(jìn)行耦合，導(dǎo)致人地作用自驅(qū)動(dòng)機(jī)制并形成生態(tài)陷阱，最終表現(xiàn)出生態(tài)脆弱性和易損性[7-8]。雖然大量研究證實(shí)雨水塘可提高城市區(qū)域生物多樣性并實(shí)現(xiàn)生物物種的保護(hù)[2,4,9-10]，但其對(duì)污染物的滯留與凈化能力具有高度變異性，在特定環(huán)境條件下反而存在污染物富集風(fēng)險(xiǎn)[6,8,11]。相關(guān)研究者也開始質(zhì)疑雨水塘中底泥污染物的歸趨，并指出其已嚴(yán)重影響雨水塘的預(yù)期功能目標(biāo)，甚至對(duì)周圍生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響[6,12]。

對(duì)雨水塘沉積物質(zhì)量進(jìn)行科學(xué)評(píng)價(jià)可準(zhǔn)確掌握雨水塘系統(tǒng)處理城市雨水徑流過程中潛在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，并辨識(shí)風(fēng)險(xiǎn)受體對(duì)環(huán)境脅迫的響應(yīng)關(guān)系。但由于雨水塘水體沉積物具有動(dòng)態(tài)屬性，導(dǎo)致雨水塘沉積物質(zhì)量評(píng)價(jià)過程具有復(fù)雜性。雖然相關(guān)研究已開始關(guān)注雨水塘中沉積物存在的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)問題，但對(duì)于雨水塘生態(tài)毒理學(xué)方面的研究仍非常有限[7,13]，以致生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)研究結(jié)論相對(duì)模糊，難以歸類分析。目前雨水塘生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)在方法上尚缺乏一致性與特異性，迫切需要提出雨水塘生態(tài)質(zhì)量監(jiān)測、評(píng)價(jià)與維護(hù)管理的綜合性標(biāo)準(zhǔn)方法體系。

城市水體生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)常采用沉積物質(zhì)量評(píng)價(jià)“三元法”(sediment quality triad，SQT)[14-16]和生物評(píng)價(jià)法2類方法。其中，生物評(píng)價(jià)法主要用于診斷環(huán)境條件脅迫響應(yīng)，如加拿大水生生物監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)(The Canadian Aquatic Biomonitoring Network，CABIN)[7]、澳大利亞河流無脊椎動(dòng)物等級(jí)數(shù)量平均水平(Stream Invertebrate Grade Number Average Level，SIGNAL)指數(shù)[17]、歐盟水框架指令(Water Framework Directive，WFD)[18]和英國的河流無脊椎動(dòng)物預(yù)測與分類系統(tǒng)(River Invertebrate Prediction and Classification System，RIVPACS)[19-20]等。SQT主要基于沉積物化學(xué)與毒理的實(shí)驗(yàn)室檢測分析，以及底棲生物群落結(jié)構(gòu)的野外監(jiān)測評(píng)價(jià)，已成為沉積物質(zhì)量評(píng)價(jià)中科學(xué)基礎(chǔ)最完備、應(yīng)用最廣泛的綜合評(píng)價(jià)方法，包括化學(xué)、毒理和生態(tài)3個(gè)基元。該方法融入了證據(jù)權(quán)重、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等方法的基本原理與手段，更關(guān)注污染問題，主要用于評(píng)估污染物等潛在不利因素所可能引發(fā)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)[14-16,21]。這2類方法均采用底棲生物作為生態(tài)評(píng)價(jià)終點(diǎn)，評(píng)價(jià)結(jié)果均與參照站位(即未受人類活動(dòng)干擾或受干擾影響最小的站位)有關(guān)。SQT很大程度依賴于參照站位的可獲性，而CABIN、SIGNAL指數(shù)等生物評(píng)價(jià)法則完全依賴于參照站位的選取，并要求選取受人類活動(dòng)影響最小的站位。參照站位的選取不僅影響生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)值，還可影響環(huán)境質(zhì)量修復(fù)目標(biāo)的識(shí)別與定義。城市人工靜態(tài)水生態(tài)系統(tǒng)(如雨水塘)在參照站位選取上往往存在較大的困難，需要尋求其他方法以消除或減弱評(píng)價(jià)方法對(duì)參照站位的依賴性。因此，研究雨水塘生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法有助于提高對(duì)這類特殊系統(tǒng)生態(tài)屬性與功能的識(shí)別與掌握，以滿足質(zhì)量評(píng)價(jià)與管理需求。

為此，筆者從回顧城市雨水塘生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究進(jìn)展出發(fā)，針對(duì)參照站位選取問題著重分析了現(xiàn)有生物評(píng)價(jià)法存在的局限性，并從自凈能力(self-purification potential，SPP)和生物多樣性保護(hù)能力(biodiversity preservation potential，BPP)2個(gè)角度對(duì)雨水塘的生態(tài)質(zhì)量目標(biāo)進(jìn)行了功能定義，在此基礎(chǔ)上，介紹了寡毛類動(dòng)物指數(shù)法(oligochaete index methodology，OIM)結(jié)合其三基元(即OIM-SQT)的綜合評(píng)價(jià)方法，并對(duì)該方法在生態(tài)質(zhì)量目標(biāo)概念框架中的應(yīng)用前景與研究領(lǐng)域進(jìn)行了展望，以期為我國海綿城市建設(shè)中雨水設(shè)施營造的生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量評(píng)價(jià)與管理提供參考。

1 城市雨水塘生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究進(jìn)展

雖然城市雨水管理設(shè)施具有生態(tài)屬性，但目前鮮見雨水塘采用的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)法能直接表征生態(tài)完整性概念的相關(guān)研究報(bào)道。大多研究采用的方法仍集中在單/多物種的生態(tài)毒理法、水體/沉積物污染物化學(xué)檢測法、生物群落特征分析的生態(tài)評(píng)價(jià)法或多學(xué)科交叉的綜合法(表1)。

表1 2006—2016年雨水塘生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法相關(guān)研究Table 1 Studies addressing the ecological risk assessment of stormwater ponds within the last 10 years (2006-2016)

1.1 生態(tài)毒理法

生態(tài)毒理法可有效檢測出污染物對(duì)某些生物的潛在毒理效應(yīng)，已成為預(yù)測風(fēng)險(xiǎn)出現(xiàn)概率及其可能產(chǎn)生負(fù)面效應(yīng)的最佳方法[50-51]。雖然該方法已形成標(biāo)準(zhǔn)化操作規(guī)程，研究結(jié)果具有良好的可重復(fù)性，并可用于結(jié)果比對(duì)與釋因分析，但在實(shí)驗(yàn)室模擬條件下得出的毒理結(jié)果難以外推至多風(fēng)險(xiǎn)源的生態(tài)系統(tǒng)[52]。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)室毒理檢測這一傳統(tǒng)生態(tài)毒理法并不能用于評(píng)價(jià)生態(tài)系統(tǒng)的主要組分[53]。針對(duì)上述研究結(jié)論，筆者整合相關(guān)文獻(xiàn)分析后認(rèn)為：(1)環(huán)境中群落生態(tài)因子可影響物種的毒理效應(yīng)，如物種密度效應(yīng)、捕食、種間/內(nèi)競爭等相互作用強(qiáng)度，物種功能的生物放大效應(yīng)與次生毒性作用及其在食物鏈中的位置。(2)毒性隨物種生命周期特征而發(fā)生變化，尤其是可通過生物個(gè)體發(fā)育效應(yīng)及其耐受性、生物累積性等暴露史來改變物種的生理特性；(3)由于目前難以對(duì)生態(tài)關(guān)聯(lián)性進(jìn)行準(zhǔn)確定義，在選擇鑒定生物時(shí)往往基于可操作性因素(如易采集物種、稀有物種[19])，并未考慮其生態(tài)關(guān)聯(lián)性；(4)在實(shí)驗(yàn)室檢測時(shí)通常對(duì)一些模擬條件進(jìn)行適當(dāng)修正，如適當(dāng)更改了微生物的生物有效性及其暴露情況，導(dǎo)致不同實(shí)驗(yàn)條件下污染物或其他環(huán)境因素及其產(chǎn)生的效應(yīng)均與野外實(shí)際生境條件顯著不同。

為避免上述研究方法存在的缺陷，表1中的相關(guān)研究者嘗試采用生物標(biāo)記法、野外生物積累實(shí)驗(yàn)法等其他生態(tài)毒理法對(duì)雨水塘進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。雖然生物標(biāo)記法可作為單一壓力源或一般性環(huán)境壓力源的診斷與風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警工具[22,50-51,54]，但該方法多數(shù)基于單一物種，研究結(jié)果并不能直接外推至種群、群落和生態(tài)系統(tǒng)水平[14,54]。野外生物積累實(shí)驗(yàn)法雖可反映出真實(shí)的生境條件，并能很好地對(duì)污染物的生物可利用性及其遷移能力進(jìn)行表征，但該方法受物種特異性的調(diào)控作用影響，特別是當(dāng)沉積物與生物體內(nèi)污染物濃度的相關(guān)性較差時(shí)調(diào)控作用較為明顯。同時(shí)，該方法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有高度變異性，易受生物類型、污染物種類與環(huán)境條件的影響[55-56]。

1.2 化學(xué)檢測法

目前，大多數(shù)研究根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值，采用化學(xué)法對(duì)水體或沉積物中的污染物濃度進(jìn)行檢測與對(duì)比分析，以解決雨水塘潛在毒理效應(yīng)的表征問題。該方法可用于識(shí)別環(huán)境污染源、類型及其嚴(yán)重程度，但由于污染物本身不會(huì)直接顯現(xiàn)毒理效應(yīng)，有時(shí)甚至存在多種污染物的聯(lián)合毒理效應(yīng)，僅憑有限的化學(xué)檢測數(shù)據(jù)并不能對(duì)一個(gè)完整生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)質(zhì)量進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)價(jià)[14,57-58]。為解決這一問題，研究者采用更精細(xì)、更昂貴的化學(xué)檢測方法對(duì)化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行分析，如利用分級(jí)萃取法對(duì)痕量重金屬的形態(tài)進(jìn)行萃取分離。改進(jìn)后的化學(xué)檢測法可對(duì)生物群落中污染物可生物利用量與遷移能力作出準(zhǔn)確的預(yù)測性評(píng)價(jià)[38,59]，但其檢測成本昂貴，操作程序也較為復(fù)雜。

1.3 生態(tài)評(píng)價(jià)法

目前關(guān)于雨水塘生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)法的研究中，作為環(huán)境條件脅迫響應(yīng)的指示生物方面的研究較少。針對(duì)雨水塘因青紫細(xì)菌爆發(fā)而引起嚴(yán)重腹瀉的水質(zhì)安全問題，以及因藻類爆發(fā)引起的水體富營養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn)問題，相關(guān)研究者對(duì)浮游動(dòng)、植物等水棲生物群落進(jìn)行了時(shí)空監(jiān)測[44-45,47,60-61]，并從生物角度考察了生物群落特征，為雨水塘的性能評(píng)價(jià)提供了科學(xué)依據(jù)[60-61]。但這些研究尚未識(shí)別出并確定生物群落表觀變化的特征污染物。由于受目前污染物檢測水平的限制，在對(duì)非生物特征進(jìn)行對(duì)比分析時(shí)，檢測數(shù)據(jù)難以解譯生物響應(yīng)關(guān)系，甚至在生物群落中造成檢測結(jié)果具有高度變異性[2,46,62-63]，并出現(xiàn)檢測結(jié)果不支持其他證據(jù)權(quán)重的現(xiàn)象[13]。

1.4 綜合評(píng)價(jià)法

為提高雨水塘質(zhì)量評(píng)價(jià)水平，研究者嘗試采用多學(xué)科交叉的綜合評(píng)價(jià)法，如在SQT證據(jù)權(quán)重模型中結(jié)合從沉積物化學(xué)分析、毒性鑒定和原位生物生態(tài)監(jiān)測等獲得的多證據(jù)權(quán)重進(jìn)行分析。雖然該方法可較好確定生態(tài)系統(tǒng)的質(zhì)量狀況，但原位生物損害終點(diǎn)與毒性程度常表現(xiàn)出與水體或沉積物中的污染物濃度不相關(guān)[13,48-49]?？梢姡摲椒ㄈ噪y以識(shí)別出生物群落的干擾因子，最終影響雨水塘生態(tài)質(zhì)量評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性。為此，研究者采用寡毛類、搖蚊科等大型底棲動(dòng)物類群對(duì)生物群落進(jìn)行了分析，并認(rèn)為這些具耐污能力的生物對(duì)干擾因子不敏感[7,48-49]，可作為原位生物損害終點(diǎn)。但生物群落分析常因環(huán)境條件的異質(zhì)性產(chǎn)生多壓力源的交互作用，影響評(píng)價(jià)終點(diǎn)生物響應(yīng)結(jié)果，并使群落分析顯得異常復(fù)雜[64]。

可見，單一的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)法仍主要集中在雨水塘生態(tài)損害的識(shí)別定義研究上，而這已嚴(yán)重阻礙了雨水塘生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性、生態(tài)質(zhì)量預(yù)期目標(biāo)的確定以及用于改善雨水生態(tài)質(zhì)量的可持續(xù)管理措施的制定。若多學(xué)科綜合評(píng)價(jià)法能解決生物群落分析的異質(zhì)性問題，利用基于原位生物損害終點(diǎn)(如底棲生物)的生物評(píng)價(jià)法準(zhǔn)確解譯原位生物生態(tài)組分信息，便可對(duì)雨水塘生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)價(jià)。

2 基于底棲生物的生物評(píng)價(jià)法的局限性

沉積物-水界面上的底棲生物可反映沉積物的所有暴露途徑，適合作為沉積物質(zhì)量的指示生物。同時(shí)，底棲生物受棲息地的物理與化學(xué)性質(zhì)的影響，其豐度、多樣性與組分可作為魚類、鳥類等位于較高營養(yǎng)層的生物調(diào)控因子，也可作為一個(gè)重要的水生態(tài)健康評(píng)價(jià)因子。因此，原位底棲生物群落分析可有效識(shí)別污染條件下沉積物中底棲生物的損害情況，如表觀數(shù)量的變化情況[57]，最終確定底棲生物與環(huán)境脅迫的響應(yīng)關(guān)系。底棲生物群落分析雖為SQT法中的證據(jù)權(quán)重之一[14,15]，但難以成為生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中最重要的證據(jù)權(quán)重。在實(shí)際應(yīng)用過程中往往需要通過對(duì)監(jiān)測站位與參照站位的底棲生物特征(如表征群落結(jié)構(gòu)與成份的變量)進(jìn)行對(duì)比分析，以評(píng)價(jià)底棲生物群落的響應(yīng)結(jié)果，并識(shí)別出生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型中的構(gòu)成要素及其關(guān)鍵元素。

從城市雨水徑流對(duì)水生態(tài)影響的研究情況來看，總體上缺少不同水生態(tài)系統(tǒng)下底棲生物對(duì)重度污染源的響應(yīng)研究[7,13,54,56]。同時(shí)，參照站位與監(jiān)測站位缺少必要的相似性，難以根據(jù)底棲生物“無響應(yīng)”這一診斷結(jié)果直接推斷出環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源對(duì)水生態(tài)系統(tǒng)“無影響”這一評(píng)價(jià)結(jié)論。野外監(jiān)測站位內(nèi)水生態(tài)系統(tǒng)的生物群落常受水文徑流情勢(shì)、棲息地結(jié)構(gòu)、生物相互作用、能量來源與化學(xué)變量等多重因子的影響，并直接或間接受人類活動(dòng)產(chǎn)生的脅迫因子所調(diào)控[8,17,35]。多重因子的聯(lián)合效應(yīng)決定了生物群落的生境條件，從而造成生態(tài)系統(tǒng)干擾性輸入與防御(自凈)機(jī)制間的差異性[8]。同時(shí)，各因子相互依賴產(chǎn)生損害或保護(hù)效應(yīng)。因此，進(jìn)行城市水系統(tǒng)生態(tài)質(zhì)量評(píng)價(jià)時(shí)將所有損害效應(yīng)歸因于同一類因素(如化學(xué)變量)顯然是不恰當(dāng)?shù)摹６x取的站位不適合作為監(jiān)測站位的參照分析可能是由于棲息地的高度異質(zhì)性[65]、其他交互作用因素[56-66]或僅僅是由于某些特定生物群落或特殊生態(tài)系統(tǒng)自身并不存在合適的參照站位[67]等原因造成。

通常而言，參照站位應(yīng)從生境類型(即水文、物理化學(xué)和生物特性)相似并具有可比性的站位中選擇人類活動(dòng)干擾最小，或脅迫因子產(chǎn)生影響最小的站位作為參照條件，并通過與監(jiān)測站位進(jìn)行對(duì)比分析來確定生態(tài)系統(tǒng)不可接受的損害范圍[67]。該方法為目前應(yīng)用最為廣泛、實(shí)施方法比較成熟的參照條件確定方法。但由于城市化過程對(duì)城市區(qū)域內(nèi)所有水生棲息地系統(tǒng)產(chǎn)生了人為干擾，導(dǎo)致城市雨水塘形成了獨(dú)特的生態(tài)系統(tǒng)與服務(wù)功能。顯然，在這種條件下難以找到合適的參照站位。同時(shí)，參照站位的選擇必須涵蓋監(jiān)測站位所獲取的相關(guān)屬性，而作為約束性極強(qiáng)、受多重環(huán)境壓力源脅迫作用且人為營造的棲息地，難以與理想的自然生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行比較。此外，人為營造的雨水塘生態(tài)系統(tǒng)較新，特別是在修建過程中幾乎無棲息生物，并且生物群落的演替過程受塘齡影響，導(dǎo)致其與自然水體形成的棲息地在底棲生物群落與生態(tài)功能水平上存在顯著差異[56,60]。因此，識(shí)別并掌握城市雨水塘獨(dú)特的生態(tài)特征與服務(wù)功能，有助于提高生物監(jiān)測及其管理水平。而這一過程首先應(yīng)解決一個(gè)關(guān)鍵問題：在“相似區(qū)域”內(nèi)如何選取一個(gè)具有“相似特征”的參照站位，并根據(jù)質(zhì)量目標(biāo)的定義確定站位改變或影響特征，從而識(shí)別結(jié)果存在的差異性？在理想情況下，應(yīng)識(shí)別出研究區(qū)域干擾前的條件，對(duì)單因素的前、后變化信息進(jìn)行解譯，并基于可獲信息采用最佳專業(yè)評(píng)判(best professional judgment，BPJ)確定生態(tài)質(zhì)量變化值[14]。當(dāng)對(duì)比結(jié)果的差異性不顯著時(shí)，應(yīng)選擇位于BPJ左側(cè)的站位(即評(píng)價(jià)結(jié)果為最小響應(yīng))作為參照站位，并認(rèn)為該方案確定的“可接受”條件同樣適用于考慮生態(tài)和社會(huì)因素下的生態(tài)系統(tǒng)。而在最不利情況下，特別是出現(xiàn)無參照站位時(shí)，可通過對(duì)所有監(jiān)測站位進(jìn)行對(duì)比，并將影響最小的監(jiān)測站位作為參照站位[65]。但該方法確定的參照站位可能會(huì)由于站位選擇的差異性造成生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)及其質(zhì)量目標(biāo)定義的多樣化，并最終產(chǎn)生2類誤差。其中，若選擇的參照站位質(zhì)量高于所要求的理論參照站位時(shí)，將導(dǎo)致對(duì)生態(tài)影響、質(zhì)量目標(biāo)及其修復(fù)措施的評(píng)價(jià)結(jié)果過高，從而產(chǎn)生A類誤差；反之，則產(chǎn)生B類誤差。對(duì)此，可采用選取多個(gè)參照站位的方法來減少監(jiān)測站位與參照站位間因環(huán)境特征異質(zhì)性所產(chǎn)生的結(jié)果差異[67]。在不增加B類誤差的前提下篩選單一參照站位較為困難，往往選用多個(gè)參照站位；但采用多個(gè)參照站位進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)時(shí)，則會(huì)由于研究持續(xù)時(shí)間和樣本采集/分析量的大幅增加而導(dǎo)致實(shí)際操作難以開展。

因此，當(dāng)監(jiān)測站位呈現(xiàn)出即便在消除干擾后也不再恢復(fù)至參照站位的原始狀態(tài)時(shí)，最理想的方法是利用監(jiān)測站位與參照狀態(tài)的對(duì)比程度對(duì)質(zhì)量目標(biāo)進(jìn)行定義。這主要是由于若生態(tài)損害超出其彈性邊界，生態(tài)系統(tǒng)可表現(xiàn)出延滯特性[52]。這一結(jié)果表明，干擾后的生態(tài)系統(tǒng)不需完全沿逆向路徑進(jìn)行修復(fù)，而應(yīng)向另一狀態(tài)逐漸演化以實(shí)現(xiàn)生態(tài)修復(fù)，如將需氧代謝主導(dǎo)型的生態(tài)系統(tǒng)逐漸演變?yōu)閰捬醮x主導(dǎo)型。修復(fù)后的生態(tài)系統(tǒng)可通過生物群落的成份與結(jié)構(gòu)差異性的分析對(duì)生態(tài)質(zhì)量進(jìn)行表征，最終確定這一修復(fù)目標(biāo)是否具有可達(dá)性。

綜上所述，目前仍難以探尋合適的參照站位并準(zhǔn)確解譯底棲生物所產(chǎn)生或缺失的響應(yīng)信息；同時(shí)，質(zhì)量目標(biāo)定義的多樣化也會(huì)導(dǎo)致評(píng)價(jià)結(jié)果出現(xiàn)誤差。但這些問題已開始得到相關(guān)研究者的重視[68-70]。

3 基于生態(tài)目標(biāo)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法

3.1 生態(tài)目標(biāo)的定義

城市雨水塘主要用于調(diào)控城市地表產(chǎn)生的徑流量，處理污染物，并為水棲生物提供棲息地，從而實(shí)現(xiàn)城市化進(jìn)程與生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)間的平衡關(guān)系。因此，雨水塘的監(jiān)測與管理首先應(yīng)確定設(shè)施輸入的徑流量、沉積物與污染物濃度，然后通過相關(guān)調(diào)控與凈化過程將其降至下游受納生態(tài)系統(tǒng)的可接受范圍內(nèi)，確定水生生物無損害作用的環(huán)境條件并對(duì)其進(jìn)行保護(hù)，從而實(shí)現(xiàn)雨水塘生態(tài)系統(tǒng)的功能目標(biāo)。

TIXIER等[70]對(duì)城市雨水塘生態(tài)系統(tǒng)的2種功能進(jìn)行了定義。其中，生態(tài)系統(tǒng)的第1種功能可定義為自凈能力(SPP)，反映了生態(tài)系統(tǒng)消納所有輸入物質(zhì)的能力。雨水塘調(diào)蓄洪峰，防止水力侵蝕，可采用調(diào)蓄容積與滯留時(shí)間等參數(shù)進(jìn)行水力調(diào)控。而在這些參數(shù)所確定的具體邊界內(nèi)，SPP可描述出營養(yǎng)物物質(zhì)循環(huán)與污染物凈化過程中生物(生物代謝)、物理(水文地貌過程、水交換動(dòng)力學(xué)等)和化學(xué)(氧化還原電位、絡(luò)合物、重金屬形態(tài))因素的協(xié)同作用，并使其具有時(shí)間與空間尺度效應(yīng)[71]。生物質(zhì)量狀態(tài)的改善在空間尺度上可表示為雨水塘輸入與輸出物質(zhì)間的差異性；而在時(shí)間尺度上則表示為雨水塘在實(shí)施修復(fù)計(jì)劃前、后生物狀態(tài)恢復(fù)的差異性。因此，SPP的質(zhì)量目標(biāo)可直接定義為生態(tài)系統(tǒng)功能的修復(fù)或保護(hù)，并使生態(tài)系統(tǒng)處于生態(tài)恢復(fù)域的邊界內(nèi)(圖1)。該邊界由最大環(huán)境壓力源所確定，系統(tǒng)在該邊界內(nèi)可通過自我調(diào)節(jié)能力快速得以恢復(fù)而不改變其穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)。由于生態(tài)系統(tǒng)在恢復(fù)域內(nèi)仍可維持一個(gè)可接受的生態(tài)條件范圍，從而表現(xiàn)出最小的毒性效應(yīng)，并維持系統(tǒng)的主要生態(tài)功能，即系統(tǒng)在恢復(fù)域內(nèi)可表現(xiàn)出“生態(tài)防御”(ecosystem defences，ED)功能。而第2種功能可定義為生物多樣性保護(hù)能力(BPP)，即生態(tài)系統(tǒng)達(dá)到并維系最大可能生物多樣性的能力，采用物種與過程豐度進(jìn)行表示。由圖1可知，BPP近似但不同于未受污染的靜態(tài)參照系統(tǒng)所形成的生物多樣性。

在圖1描繪的城市雨水塘生態(tài)狀況演替圖中，SPP和BPP的概念界定顯然與所采用的生物評(píng)價(jià)手段有關(guān)。而這些評(píng)價(jià)方法可對(duì)環(huán)境要素從未污染、輕度污染到嚴(yán)重污染這一變化范圍進(jìn)行梯度分析，并不受靜態(tài)系統(tǒng)的類型所限制。因此，SPP/BPP的定義可有效避免因參照站位生態(tài)目標(biāo)定義的多樣化而產(chǎn)生的誤差。

BIO—生物多樣性；IN—生物適應(yīng)能力；ED—生態(tài)防御；BPP—生物多樣性保護(hù)能力；SPP—自凈能力； OI—寡毛類動(dòng)物指數(shù)；IBP—生物潛力指數(shù)。

3.2 OIM-SQT綜合評(píng)價(jià)法

基于城市區(qū)域參照站位選取存在的問題，研究者開始探尋其他無需參照站位或?qū)⒄照疚灰蕾囆圆粡?qiáng)的評(píng)價(jià)方法[13]。法國致力于沉積物質(zhì)量評(píng)價(jià)研究的學(xué)者提出了基于寡毛類動(dòng)物類群分析的寡毛類動(dòng)物指數(shù)法(OIM)，并制定了標(biāo)準(zhǔn)化操作規(guī)程。該方法已成為歐盟水框架指令(WFD)下用于淡水湖泊生態(tài)質(zhì)量評(píng)價(jià)的重要方法之一，并在城市水體沉積物生物質(zhì)量評(píng)價(jià)中得到廣泛應(yīng)用[7,13,66,70]。OIM主要基于靜態(tài)生態(tài)系統(tǒng)不同生態(tài)條件下的污染物梯度分析，可取代傳統(tǒng)參照站位的對(duì)比分析法[7]。在雛形階段，該方法提出了2個(gè)證據(jù)權(quán)重[7,13]。其中，第1個(gè)證據(jù)權(quán)重為基于寡毛類動(dòng)物生物多樣性計(jì)算得到的底泥生物潛力指數(shù)(index of biological potential，IBP)，該指數(shù)與沉積物的生物同化與礦化能力存在顯著相關(guān)性，同時(shí)寡毛類動(dòng)物也受沉積物中有機(jī)物的影響。因此，IBP可作為湖泊富營養(yǎng)化程度的指標(biāo)。靜態(tài)型生態(tài)系統(tǒng)中有機(jī)營養(yǎng)物可通過沉積物礦化作用這一生態(tài)功能為初級(jí)生產(chǎn)者提供無機(jī)形態(tài)的營養(yǎng)物，還可通過食物鏈進(jìn)行后續(xù)能量流動(dòng)與物質(zhì)遷移。其中，沉積物對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)的生物同化與礦化能力受自然條件或人類活動(dòng)產(chǎn)生的環(huán)境要素影響。因此，與生態(tài)質(zhì)量相比，IBP還可作為靜態(tài)水體的另一生態(tài)功能指標(biāo)對(duì)SPP目標(biāo)進(jìn)行定義與量化。第2個(gè)證據(jù)權(quán)重則采用寡毛類動(dòng)物法，寡毛類動(dòng)物類群與重金屬等污染物濃度及其形態(tài)呈顯著正相關(guān)[13,72-73]，根據(jù)已知的污染物敏感性對(duì)寡毛類動(dòng)物進(jìn)行分類。掌握污染物敏感物種的相對(duì)豐度，即寡毛類動(dòng)物指數(shù)(oligochaete index，OI)[66,70]，便可對(duì)受污染損害或受自然因素限制的生態(tài)系統(tǒng)的生物潛力進(jìn)行區(qū)分與界定，從而對(duì)BPP目標(biāo)進(jìn)行定義與量化。

結(jié)合目前利用OI指標(biāo)，并根據(jù)物種特異性與污染敏感特征原理的寡毛類動(dòng)物類群分析法的相關(guān)研究結(jié)論[7,13,70]，分析認(rèn)為OIM在靜態(tài)水生系統(tǒng)沉積物生態(tài)質(zhì)量評(píng)價(jià)中具有如下優(yōu)點(diǎn)：(1)與歷經(jīng)空氣-水體兩相生命階段的大型底棲動(dòng)物類群不同，OIM僅涉及嚴(yán)格意義上的水棲生物，使其在整個(gè)生命周期內(nèi)可貫穿于水生條件的暴露環(huán)境中，而不會(huì)受季節(jié)更替等時(shí)間變化的影響。(2)類群分類法和個(gè)體生態(tài)學(xué)可同時(shí)用于識(shí)別種群水平，并融入功能特征信息。特別是在種群水平上，寡毛類動(dòng)物群落可表示為具有不同生態(tài)功能、對(duì)環(huán)境污染敏感等高度多樣化的生物類群。即使在出現(xiàn)監(jiān)測站位間類群分類組成重疊較低時(shí)，仍可采用種群特征信息分析法對(duì)底棲生物群落損害進(jìn)行科學(xué)評(píng)價(jià)[74]。(3)寡毛類動(dòng)物是雨水塘沉積物中最為豐富的類群之一，在一定程度上也保證了該方法的應(yīng)用范圍與可信度。(4)OIM主要基于淡水水生系統(tǒng)中廣泛分布的周期性物種—寡毛類動(dòng)物，因此，該方法在區(qū)域分布類群上并不會(huì)出現(xiàn)相同程度上的空間異質(zhì)性，適用于不同類型的靜態(tài)水系，甚至可直接移植于雨水塘的生態(tài)質(zhì)量評(píng)價(jià)研究上。

基于OIM的優(yōu)勢(shì)，TIXIER等[7,13,70]在OIM與SQT的基礎(chǔ)上，提出了用于雨水塘沉積物生物評(píng)價(jià)的OIM-SQT法。研究結(jié)果證實(shí)，該方法在缺少有效參照站位的情況下仍可獲取污染效應(yīng)的證據(jù)權(quán)重，并能很好地對(duì)生物質(zhì)量狀況進(jìn)行定義與量化。因此，OIM-SQT法特別適用于缺乏有效參照站位的雨水塘生態(tài)質(zhì)量評(píng)價(jià)，且在應(yīng)用時(shí)只需確定雨水塘的IBP和OI值等證據(jù)權(quán)重，便可正確識(shí)別雨水塘的風(fēng)險(xiǎn)源，確定其生態(tài)功能目標(biāo)?？梢姡贠IM-SQT綜合法的生態(tài)質(zhì)量目標(biāo)概念框架不僅可有效解決SQT評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)參照站位過度依賴的問題，還可為雨水塘生態(tài)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)、預(yù)防與修復(fù)重建提供有價(jià)值的信息，有助于提高對(duì)城市雨水塘生態(tài)功能及其風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別水平與管控。

OIM-SQT法獲取的證據(jù)權(quán)重可用于多個(gè)研究領(lǐng)域[70]。(1)在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域，該方法可獲取寡毛類動(dòng)物的種群生態(tài)結(jié)構(gòu)與環(huán)境要素中污染物敏感信息，還可掌握水體與沉積物中污染物特異性損害與多種污染物毒理效應(yīng)等相關(guān)信息。(2)在研究開發(fā)領(lǐng)域，在雨水塘現(xiàn)有生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法分析的基礎(chǔ)上，通過引入污染梯度分析的概念，可較好地表征雨水塘生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中寡毛類動(dòng)物與污染物濃度的相關(guān)性。同時(shí)，IBP和OI還可分別用于SPP與BPP功能目標(biāo)的定義。(3)在應(yīng)用領(lǐng)域，基于SPP/BPP生態(tài)目標(biāo)提出的OIM-SQT法適用于雨水塘預(yù)防性措施與修復(fù)重建方案的制定。

4 結(jié)論與展望

生態(tài)毒理、化學(xué)檢測、生態(tài)評(píng)價(jià)等單一生物評(píng)價(jià)法已難以適應(yīng)人工營造生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)質(zhì)量目標(biāo)識(shí)別與可持續(xù)管理措施制定，而廣泛應(yīng)用的SQT綜合評(píng)價(jià)法涉及化學(xué)、生態(tài)學(xué)、毒理學(xué)等多個(gè)學(xué)科，其發(fā)展有賴于上述學(xué)科及其交叉學(xué)科的共同發(fā)展。在這些方法中，城市水生態(tài)系統(tǒng)中合適參照站位的選取問題已成為生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的研究瓶頸。為改進(jìn)靜態(tài)水生態(tài)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)方法，提高評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性，并降低對(duì)參照站位的依賴性，甚至取消參照站位，今后應(yīng)從生態(tài)目標(biāo)定義方面入手，進(jìn)一步對(duì)現(xiàn)有的方法體系進(jìn)行改進(jìn)，確定具有獨(dú)立生態(tài)學(xué)功能的參數(shù)指標(biāo)，以提出多學(xué)科交叉的綜合評(píng)價(jià)方法。

在SPP/BPP生態(tài)功能目標(biāo)定義框架內(nèi)，采用OIM-SQT法不僅可強(qiáng)化SQT的評(píng)價(jià)結(jié)論，降低靜態(tài)水生態(tài)系統(tǒng)沉積物評(píng)價(jià)的不準(zhǔn)確性，較好解決沉積物質(zhì)量評(píng)價(jià)缺少合適參照站位的難題與生物群落分析產(chǎn)生的異質(zhì)性問題，還可用于識(shí)別與掌握雨水塘功能目標(biāo)及其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，制定預(yù)防性措施與修復(fù)重建方案。特別是該方法引入了功能性的生物監(jiān)測指標(biāo)，彌補(bǔ)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)性生物監(jiān)測方法存在的缺陷，有效提高了評(píng)價(jià)結(jié)果的生態(tài)關(guān)聯(lián)性。今后應(yīng)重點(diǎn)對(duì)該方法進(jìn)行驗(yàn)證性研究，并提出標(biāo)準(zhǔn)化和業(yè)務(wù)化的操作規(guī)程。