歐陽莉莉，丁 瑤，高平川，賴承鉞，陳舒平，賈濱洋

成都市環(huán)境保護科學研究院，四川 成都 610062

河流生態(tài)系統(tǒng)是人類賴以生存的重要生態(tài)系統(tǒng)之一，健康的河流生態(tài)系統(tǒng)具有穩(wěn)定性和可持續(xù)性，對于外界的壓力和干擾具有良好的調節(jié)恢復能力[1-4]，能夠為人類提供生產(chǎn)生活用水、食物、交通等諸多生態(tài)系統(tǒng)服務功能[1-2]。然而河流為人類社會發(fā)展做出貢獻的同時，自身也遭到了損害和破壞，水資源枯竭、水質惡化等問題在全國各地都普遍存在[5-8]。河流生態(tài)系統(tǒng)保護工作刻不容緩，其中河流生態(tài)系統(tǒng)的健康評價是河流保護工作的基礎和前提。

目前常用的河流生態(tài)健康評價方法主要分為指示生物法和綜合指標體系法，指示生物法是指利用指示生物的敏感性或多樣性等特性來評價河流水質或生態(tài)健康狀況。20世紀80年代，國外學者開始注重河流生態(tài)健康的研究，并展開了一系列關于河流生物的監(jiān)測工作[9]，同時也提出了相關的指示生物評價方法，如河流無脊椎動物預測和分類計劃(PIVPACS)[10]。指示生物法雖然能夠反映出河流生態(tài)系統(tǒng)存在的一些健康問題，但由于指標類型單一，僅能從生物層面反映，無法揭示河流物理、化學層面的綜合情況。因此，由物理指標、化學指標、生物指標等構成的綜合指標體系法隨即產(chǎn)生，該方法能夠較為全面的反映河流生態(tài)系統(tǒng)健康狀況。相關的研究也較多，美國、瑞典和意大利采用岸邊與河道環(huán)境細則(RCE)，包括河岸帶完整性、河道寬(深)結構、水生植被、魚類等16個指標，快速評價農業(yè)地區(qū)河流健康[11]；澳大利亞采用基于河流水文、形態(tài)特征、河岸帶狀況、水質及水生生物5方面的溪流狀態(tài)指數(shù)(ISC)評價河流健康[12]。張玉珍等[5]利用水質、生境、底棲動物、魚類指標建立綜合指標體系評估了福建敖江流域水域生態(tài)系統(tǒng)健康狀況；郝利霞等[6]利用水質、營養(yǎng)鹽和底棲動物指標建立綜合指標體系評估了海河流域河流生態(tài)健康狀況；朱衛(wèi)紅等[7]選取河流水文、河流形態(tài)、河岸帶狀況、水體理化參數(shù)以及河流生物五大類指標綜合評價了圖們江流域河流生態(tài)系統(tǒng)健康狀況?，F(xiàn)有的綜合指標體系法評價河流生態(tài)健康狀況，基本上都能從水質、河流生境、水生生物等方面進行綜合評價，只是不同河流的實際情況不同，所選用的指標體系也不盡相同[2, 10, 13-15]，且大多數(shù)研究僅限于評價，而并未對人類活動與河流生態(tài)健康的關系進行數(shù)據(jù)分析。筆者根據(jù)成都市河流的特點，選取水質、河流生境狀況、浮游藻類以及底棲動物四大類指標構建綜合指標體系以評價成都市河流生態(tài)健康狀況。另外，為闡明人類活動對成都市河流生態(tài)健康的影響，選取能代表人類活動強度的幾個指標與河流生態(tài)健康評價結果進行了相關分析。

1 研究區(qū)域概況

成都市為四川省省會，是西南地區(qū)科技文化、貿易金融中心和交通樞紐。成都市域內河網(wǎng)密度大，主要包括西南部的岷江水系和東北部的沱江水系，成都市大部分地域屬岷江流域，流域面積約為9 169 km2，約占全市面積的70.4%；沱江流域面積約為3 221 km2，約占全市面積的29.6%。岷江干流經(jīng)紫坪鋪水庫調節(jié)流至都江堰后，被魚嘴分為內江和外江。內江指由寶瓶口進入成都平原的水系，外江即岷江正流。沱江干流在成都市域內的支流包括湔江、毗河、清白江(中河)以及其他山溪河，其中清白江和毗河干支流均為引入岷江來水后匯入沱江，為岷沱江共生水系。由于城市的飛速發(fā)展，成都市也面臨著許多河流生態(tài)健康問題(包括河道過度渠化、水資源不足、水體黑臭、水生生物多樣性減少等)，亟待解決。

2 實驗部分

2.1 采樣點選擇與布設

河流生態(tài)健康評價工作中采樣點的選擇與布設至關重要，是后續(xù)工作的前提與基礎，要選擇有對比的參照點和受損點，才能客觀評價河流生態(tài)健康狀況[16-17]。成都市河流為自北向南、自西向東流向，北部上游區(qū)域河道較寬、流速快，基本無法采集到底棲動物樣品，西邊同樣是上游區(qū)域，河道渠化較少，水流較緩，且非城市中心，因此自西向東布設42個采樣點(圖1)，同樣能體現(xiàn)成都市河流從上游到下游，從周邊到城市中心的區(qū)域變化特征(即參照點到受損點的變化)。所有樣品統(tǒng)一于2016年10月進行采集。

注：各采樣點編號為St1.瑤子巖水文站；St2.桑園；St3.兩合水;St4.唐場大橋；St5.五星；St6.桂山；St7.黃塔；St8.斜江河口；St9.南河上游；St10.劉家壕；St11.余石村；St12.泗江堰；St13.鐵溪河口；St14.南河加密點；St15.老南河大橋；St16.金馬河口；St17.楊柳河口；St18.沱江河郫縣出口；St19.永寧；St20.羅家村；St21.永康村電站；St22.機場高速公路橋；St23.岳店子下；St24.沙河口；St25.彩虹橋；St26.川心橋;St27.東林橋；St28.鹿溪河；St29.黃龍溪；St30.彭溪；St31.北河口入口；St32.中河入口；St33.201醫(yī)院；St34.清江大橋；St35.九道堰；St36.攔河堰；St37.西江河；St38.西河天平；St39.毗河大橋；St40.三皇廟；St41.五鳳；St42.臨江寺。圖1 采樣點示意圖Fig.1 Location of sampling sites

2.2 樣品采集

水樣的采集：采集每個河流采樣點表層以下約0.5 m的水樣，及時送往實驗室進行測定，水質監(jiān)測指標參考《地表水環(huán)境質量標準》(GB 3838—2002)中的指標(包括總氮、總磷、氨氮、化學需氧量、五日生化需氧量等)，以評價水質類別。

浮游藻類的采集：每個采樣點需采集一組定量和定性樣品，定量樣品用有機玻璃采水器采集1 L水樣放入貼有標簽的聚乙烯樣品瓶中，加入15 mL魯哥氏液固定；定性樣品用25#浮游生物網(wǎng)在水面表層呈“∞”字形緩慢撈取5～10 min，待水濾去后，打開閥門，將樣品放入貼有標簽的樣品瓶中，用膠頭滴管加入5～6滴魯哥氏液固定。實驗室濃縮預處理后，顯微鏡下進行樣品的鑒定和計數(shù)[18-20]。

底棲動物的采集：若底質為石塊淺灘，采集河段長度約為10 m，在采樣河段內按比例采集主要生境類型，用D型網(wǎng)(孔徑為0.63 mm，0.3 m寬)，以踢擊或抄的方法，在河段所有主要的生境類型共采集20抄(或踢)，每次采集面積約為3 m2，若底棲動物量太少，可以適當增加采集面積；若底質為淤泥，用彼得生采泥器(1/16 m2)采集，將采泥器掛好提鉤緩慢放至水底，繼續(xù)放繩并抖脫提鉤，輕輕向上提繩拉緊，采泥器慢慢閉合后提起，倒入孔徑為0.63 mm篩子中清洗。所采集的樣品置于自封袋或塑料袋中，用95%酒精保存，帶回實驗室，繼續(xù)使用孔徑為0.63 mm篩子清洗并挑樣，最后進行鑒定和計數(shù)[17-20]。

生物樣品采集過程中要及時檢查設備，以保證其處于良好運行狀態(tài)；合理安排樣品采集順序，以免生物類群被擾動；每次采樣完成，要及時清理設備準備下次采樣；現(xiàn)場及時處理保存樣品；正確填寫樣品標簽[21]。

2.3 生境調查

生境調查方法：選擇調查采樣點上下各100 m左右的河段，通過目測，對調查河段的所有評價參數(shù)進行評分。評價參數(shù)由10個指標構成，包括底質、棲息地復雜性、流速-深度結合特性、河岸穩(wěn)定性、河道變化、河水水量狀況、植被多樣性、水質狀況、人類活動強度、河岸土地利用類型，評分范圍為0～20。將分數(shù)累加，并與參照環(huán)境比較，得到最終棲息地等級。進行評價時，應注意近距離觀察棲息地特征，避免干擾采樣棲息地，且至少由2人共同完成棲息地評價[19]。

2.4 評價指標選擇與體系建立

評價指標的選擇應盡可能反映河流水生態(tài)系統(tǒng)的整體情況，其中生物類群的評價指標要根據(jù)研究區(qū)域的實際情況，選擇當?shù)爻Ｒ姷?、具有代表性的、對外界水環(huán)境狀況變化反映靈敏的生物類群[6, 9, 16]。成都市為典型城市河流，河道渠化多、流速慢、魚類現(xiàn)存量少，而浮游藻類作為河流初級生產(chǎn)者，對外界環(huán)境變化反應靈敏，底棲動物具有生命周期長、生活場所固定、耐污能力多樣性高等特點，且兩者樣品相對容易采集，常被作為河流健康狀況的指示生物。參考其他研究者的經(jīng)驗[5, 6, 21-22]并參考《河流水生態(tài)環(huán)境質量評價指南(試行)》[16]以及《河流水生態(tài)環(huán)境質量監(jiān)測技術指南(試行)》[19]，選取水質類別指標、河流生境狀況、浮游藻類Palmer污染指數(shù)、底棲動物BMWP指數(shù)、底棲動物BI指數(shù)共三大類5項指標，構建成都市河流生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標體系。各指標權重及計算方法如表1所示。

表1 成都市河流生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標體系Table 1 The river ecosystem health evaluation index system of Chengdu

2.5 河流健康與人類活動關系的分析方法

利用代表人類活動強度的土地利用數(shù)據(jù)、人口數(shù)據(jù)以及成都市各區(qū)(市)縣地區(qū)生產(chǎn)總值等數(shù)據(jù)，與2016年水質指標數(shù)據(jù)、河流生態(tài)健康數(shù)據(jù)進行相關分析，以探討河流健康與人類活動的相互關系。其中2016年人口數(shù)據(jù)、成都市各區(qū)(市)縣地區(qū)生產(chǎn)總值數(shù)據(jù)來自成都市統(tǒng)計年鑒，2016年水質指標數(shù)據(jù)來自成都市環(huán)境監(jiān)測中心站以及課題組采樣檢測數(shù)據(jù)，土地利用數(shù)據(jù)來自“全國生態(tài)環(huán)境十年變化(2000—2010年)遙感調查與評估”項目，相關分析使用SPSS Statistics分析軟件進行。

3 結果與分析

3.1 成都市河流生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀調查及評價結果

3.1.1 水質狀況

此次調查的成都市域內42個水質斷面中，地表水水質Ⅱ～Ⅲ類的斷面有6個，占監(jiān)測斷面總數(shù)的14.3%；地表水水質Ⅳ～Ⅴ類的斷面有9個，占監(jiān)測斷面總數(shù)的21.4%；而地表水水質為劣Ⅴ類的斷面有26個，占監(jiān)測斷面總數(shù)的61.9%。主要污染物為總磷、氨氮和揮發(fā)酚。

3.1.2 生境狀況

參考《河流水生態(tài)環(huán)境質量監(jiān)測技術指南(試行)》[19]對各個采樣點的底質、棲息地復雜性、流速-深度結合特性、河岸穩(wěn)定性、河道變化、河水水量狀況、植被多樣性、水質狀況、人類活動強度、河岸土地利用類型10項指標進行評分，分值越高，生境狀況越好。各采樣點生境狀況得分及其評價賦分結果如表2所示，可見上游或人類活動相對較少的城市周邊區(qū)域，生境得分相對較高。

表2 各斷面河流生境評價結果Table 2 The result of river habitats evaluation

3.1.3 浮游藻類群落特征

此次調查共發(fā)現(xiàn)浮游藻類193種，隸屬于7門(包括藍藻門、金藻門、硅藻門、隱藻門、甲藻門、裸藻門和綠藻門)，其中以硅藻和綠藻的種類數(shù)最多，分別有71、69種，藻類密度范圍為2.20×103～3.68×106ind./L，平均密度為4.05×105ind./L。從各個斷面的浮游藻類群落組成來看(圖3)，此次調查的大多數(shù)斷面以硅藻和綠藻為主，且總藻類密度都在106ind./L以下，遠小于富營養(yǎng)水體的藻類密度值[23]，這一點符合河流浮游藻類的特征。而部分采樣點(如St38、St28和St4)以藍藻為主，僅藍藻密度都分別達到1.64×106、2.08×106、2.27×106ind./L，St38的藍藻以細小平裂藻(Merismopediaminima)、浮游澤絲藻(Limnothrixplanctonica)和浮游細鞘絲藻(Leptolyngbyaplanktonica)為主，St28的藍藻以柔細束絲藻(Aphanizomenon)、拉氏擬柱胞藻(Cylindrospermopsisraciborskii)和鏈狀假魚腥藻(Pseudanabaenacatenata)為主，St4的藍藻以極小假魚腥藻(Pseudanabaenaminima)、中華尖頭藻(Raphidiopsissinensis)和鏈狀假魚腥藻(Pseudanabaenacatenata)為主。其中細小平裂藻(Merismopediaminima)是富營養(yǎng)型水體的指示種[23]，所指示的水體有機物濃度高、耗氧大，柔細束絲藻(Aphanizomenon)、拉氏擬柱胞藻(Cylindrospermopsisraciborskii)和中華尖頭藻(Raphidiopsissinensis)可能產(chǎn)毒，鏈狀假魚腥藻(Pseudanabaenacatenata)可能會產(chǎn)生異味，從而對水體產(chǎn)生危害[24-26]，是否產(chǎn)毒、產(chǎn)異味需要進一步檢測，因而這幾種藻類的出現(xiàn)屬于潛在環(huán)境風險，需要密切關注。

圖2 浮游藻類群落結構圖Fig.2 Community structure of the phytoplankton

3.1.4 底棲動物群落特征

此次調查共發(fā)現(xiàn)底棲動物56個分類單元，隸屬于4門、7綱、18目(包括顫蚓目、端足目、十足目、等足目、鞘翅目、雙翅目、蜉蝣目、半翅目、鱗翅目、蜻蜓目、毛翅目、蚌目、簾哈目、貽貝目、中腹足目、基眼目、三腸目和吻蛭目)，各個斷面底棲動物密度范圍為3～36 576 ind./m2，平均密度為2 571 ind./m2。詳見圖3。

圖3 底棲動物群落結構圖Fig.3 Community structure of the benthic invertebrates

由圖3可見，顫蚓目的顫蚓科在所有采樣點的出現(xiàn)頻率最高，約86%的采樣點都出現(xiàn)，且有約48%的采樣點以顫蚓科為優(yōu)勢種，其中St26、St37、St13、St5、St17、St35和St25斷面的顫蚓科水絲蚓(Limnodrilussp.)、蘇氏尾鰓蚓(Branchiurasowerbyi)是優(yōu)勢種，且密度較大(1 895～36 560 ind./m2)，顫蚓科是耐有機污染的底棲動物，能夠有效地指示水體的有機污染，說明這些斷面可能受到不同程度的有機污染。其他采樣點的優(yōu)勢種有十足目、雙翅目、蜉蝣目、鞘翅目、半翅目和中腹足目，其中蜉蝣目多為敏感種[5]，一般指示良好水體，采樣點St21、St19、St9以蜉蝣目的四節(jié)蜉(Baetissp.)為優(yōu)勢種。

3.1.5 生物指標評價結果

浮游藻類Palmer污染指數(shù)值、底棲動物BMWP指數(shù)值、底棲動物BI指數(shù)值會隨著水體污染的加重，分別增大、減小和增大[16]。各個采樣點的生物指標評價結果顯示(圖4)，3個指數(shù)值變化趨勢能夠較好地吻合(每2個相鄰采樣點之間，至少有2個指數(shù)值的變化趨勢能夠對應)，說明這3個指數(shù)適用于成都市河流生態(tài)健康評價。

圖4 生物指標評價結果Fig.4 The result of biological index evaluation

3.2 成都市河流生態(tài)健康狀況評價結果

評價結果顯示(圖5)，成都市域內全流域42個采樣點中，河流健康狀況呈“良好”的采樣點僅有3個，占總采樣點的7.1%；河流健康狀況呈“一般”的采樣點有8個，占總采樣點的19.0%；河流健康狀況呈“差”或“很差”的采樣點有31個，占總采樣點的73.8%，說明成都市河流健康狀況不容樂觀。

圖5 河流生態(tài)健康狀況評價結果Fig.5 The result of river ecosystem health evaluation

其中，健康狀況呈“良好”的采樣點分別為St1、St2和St19，分別位于成都西部和北部的上游位置，遠離人口聚集區(qū)，河流生境狀況也較好；“一般”的采樣點分別為St33、St42、St41、St18、St20、St11、St25和St9，其中St33、St41和St42分別位于沱江干流的上游、中游和下游位置，河道雖沒有明顯渠道化，且沿河植被覆蓋率較高，但這幾個采樣點附近均有橋梁通過，仍然受一定的影響，St18、St20和St25位于岷江內江流域，分別在中上游和中下游位置，河道也沒有渠化，但附近有橋梁通過，St20附近還有農田和農家樂，St11和St9位于外江流域的中游位置；其他“差”或“較差”的采樣點基本位于人口集中的市區(qū)或成都下游位置，這些區(qū)域高強度的人類活動導致河道外源污染嚴重，且城市河道大多渠化，生境遭到嚴重破壞，河流自凈能力不足，進一步影響浮游藻類、底棲動物等生物的生存，從而影響整個河流生態(tài)系統(tǒng)的健康狀態(tài)?？傮w來看，成都市河流生態(tài)健康狀況呈

現(xiàn)中上游優(yōu)于下游、城市周邊優(yōu)于市區(qū)的特征，有部分采樣點(如St40)屬于城市周邊中上游位置，健康狀況卻為“差”，而其上下游均為“一般”，究其原因，是其上游匯入一支流水質較差，從而影響到該采樣點的水質和河流生態(tài)。

3.3 成都市河流健康狀況與人類活動的關系分析

為探討河流生態(tài)健康狀況與人類活動的關系，且考慮到河流生物對于外界變化的響應具有延后效應，選擇部分采樣點的生態(tài)健康評價值與2016年9—10月3次水質指標數(shù)據(jù)均值進行相關性分析，水質指標為《地表水環(huán)境質量標準》(GB 3838—2002)中表1的24項水質指標，結果顯示(表3)，生態(tài)健康值與高錳酸鹽指數(shù)、總磷、化學需氧量、總氮、氨氮、五日生化需氧量呈顯著或極顯著負相關，與溶解氧呈顯著正相關，說明高錳酸鹽指數(shù)、總磷、氨氮等典型污染物對成都市河流生態(tài)健康影響顯著，污染物濃度越高，河流生態(tài)健康狀況越差。

表3 河流生態(tài)健康與水質指標值的相關性分析結果Table 3 The correlation of river ecosystem health and water quality indexes

注：“**”表示在0.01水平(雙側)上顯著相關;“*”表示在0.05水平(雙側)上顯著相關。

眾所周知，城市河流中污染物的來源與人類活動密切相關，為充分說明這一點，選取部分采樣點的2016年水質指標年均值與代表人類活動強度的土地利用數(shù)據(jù)、人口數(shù)據(jù)以及成都市各區(qū)(市)縣地區(qū)生產(chǎn)總值進行相關分析，結果顯示，氨氮與人口密度和人類活動用地(主要指居住、交通和農田用地)比例呈顯著正相關(相關系數(shù)分別為0.612、0.554)。由此可見，代表人類活動強度的人口密度和人類活動用地比例確實會對河流生態(tài)健康產(chǎn)生影響，且主要體現(xiàn)在對河流中氨氮濃度的影響。

4 結論與展望

1)成都市總體水質狀況不容樂觀，主要超標污染物為總磷、氨氮和揮發(fā)酚；河流浮游藻類以硅藻和綠藻為主，部分采樣點有大量藍藻出現(xiàn)，需進一步關注可能產(chǎn)毒、產(chǎn)異味的藻種；底棲動物以指示水體有機污染的顫蚓科出現(xiàn)頻率最高，約48%的采樣點以顫蚓科為優(yōu)勢種。

2)綜合水質類別、生境類型、浮游藻類、底棲動物指標體系評價成都市河流健康狀態(tài)，結果顯示，約74%的河流斷面健康狀況呈現(xiàn)“差”或“很差”，該指標體系評價結果基本能夠反映成都市河流生態(tài)健康狀況，且評價過程相對簡單，適用于與成都情況類似的城市河流生態(tài)健康評價。

3)人類活動會對河流生態(tài)健康產(chǎn)生負面影響，體現(xiàn)在對河流中氨氮濃度的影響。

河流生態(tài)健康評價最終是為河流生態(tài)修復服務的，針對成都市河流生態(tài)健康現(xiàn)狀，其生態(tài)修復目標和重點仍應該以改善受污染河段的水質為主，但在修復過程中，不僅要確定優(yōu)先恢復的部分，也要把握分寸，不能與恢復河流生態(tài)系統(tǒng)完整性理念相悖。在此理念基礎上，利用地貌學、景觀生態(tài)學和基礎生態(tài)學等多學科的融合，制定河流生態(tài)修復技術體系，并注重生態(tài)修復后的影響評價和監(jiān)測。

致謝：感謝成都市環(huán)境監(jiān)測中心站提供的相關數(shù)據(jù)資料以及在課題進行過程中給予的幫助！