(海城市水利技術推廣中心，遼寧 海城 114200)

生態(tài)系統(tǒng)健康是指一個生態(tài)系統(tǒng)在時間上具有外界干擾恢復、自我調節(jié)、維持其組織結構的可持續(xù)性與穩(wěn)定性的能力，可根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)恢復力、組織結構和活力3個方面闡述其內涵特征。具有獨特地理單元的流域在維持區(qū)域生態(tài)平衡、凈化水質、涵養(yǎng)水源和調節(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功能或生態(tài)產品，對人類活動或自然因素干擾具有一定的自我恢復與調節(jié)的能力即為流域生態(tài)系統(tǒng)健康的內涵[1]。在流域生態(tài)健康方面國內外許多學者開展了大量研究，主要集中在壓力-狀態(tài)-響應模型、快速生物評價、棲息地完整性指數(shù)法、無脊椎動物群落指數(shù)法、景觀格局指數(shù)生態(tài)評價以及模糊數(shù)學模型等方面的研究[2]。然而，目前在流域尺度上對其生態(tài)健康的評價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，本文參考相關資料，分別從水域和陸域兩個方面建立了評價體系，以海城河為例，綜合評價其生態(tài)健康狀態(tài)，以期為太子河流域建立生態(tài)補償體制和制定生態(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接文、馬風、望臺、西柳等18個鄉(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。流域內地貌特征為山地、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)域為耕作土，植物區(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業(yè)生態(tài)功能區(qū)和城鎮(zhèn)經濟發(fā)展核心位置，生態(tài)環(huán)境面臨的主要問題有農業(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、監(jiān)測以及數(shù)字影像資料等方式作為海城河生態(tài)健康評價主要數(shù)據(jù)來源，其中統(tǒng)計數(shù)據(jù)包括海城市2016年統(tǒng)計年鑒、農藥化肥普查數(shù)據(jù)、海城河調查問卷以及水利工程普查數(shù)據(jù)等；監(jiān)測數(shù)據(jù)有河流徑流量、降水量、水質斷面監(jiān)測、面源與點源污染數(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.評價單元的劃分。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系，根據(jù)河流自然條件的相似性與一致性特點，合并流域范圍內的最小自然單元。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)劃與評估單元大小基本一致。通常情況下，行政區(qū)劃與最小評估單元基本保持一致，僅僅在邊界條件上存在一定差異，因此按照評價單元的核心行政單元統(tǒng)計社會經濟數(shù)據(jù)[6]。

b.構建評價體系與分級標準。本研究依據(jù)流域生態(tài)健康評估指南，選擇17項代表性指標?？紤]到海城河農業(yè)污染與生產生活污水排放量較大的實際情況，在選擇水生生物評價指標時將大型底棲硅藻類、底棲動物等對河流富營養(yǎng)化與酸化敏感的生物納入評估范圍，然后從水域和陸域兩大層次構建河流生態(tài)健康評價體系[7]。不同評價指標對生態(tài)系統(tǒng)健康的貢獻程度可通過指標的權重反映，通過專家咨詢法并考慮各指標的內涵與重要性程度確定其權重，見表1。生態(tài)健康評價指標的單位不同、類型較多，因此很難直接利用實測值進行綜合對比分析，需要根據(jù)各指標之間的相關關系和對河流影響的大小賦予標準化值，將其統(tǒng)一處理為0～1范圍內的數(shù)值。然后根據(jù)流域健康評估指南中等級劃分標準，并結合海城河實際狀況進行適當調整，最終確定各指標實測值在不同分級標準下的取值范圍。表1中優(yōu)秀、良好、一般、較差與極差的等級標準，所對應的分值依次為大于80、60～80、40～60、20～40、小于20。

c.建立流域健康評價模型。流域健康度WHI是根據(jù)各評價指標數(shù)值反映一個區(qū)域生態(tài)健康的重要參數(shù)，WHI取值范圍0～100，計算公式為

(1)

式中：WHIi為河流健康體系各層級的生態(tài)健康度；Li1、Wi分別為各指標標準化值及其權重值。

根據(jù)上述計算結果可建立用于河流健康系統(tǒng)評價的模型，其表達式為

(2)

式中：WHI、Li2分別為河流生態(tài)安全度與對象層權重值，對海城河各鄉(xiāng)鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)健康進行評價計算，評價結果見表2。

表1 海城河生態(tài)系統(tǒng)健康評價體系與分級標準

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

2 結果分析

2.1 水域生態(tài)健康評價

計算分析海城河水域生態(tài)壓力、水生生物以及水生生境結構各項指標值，結果顯示該河流生態(tài)健康評價優(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)各指標評價值可以看出，水生生物、水環(huán)境質量為影響海城河流域健康的主要因素，特別是在農業(yè)生產、人類活動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，對水生動物種群結構造成不利影響。野外水質監(jiān)測結果顯示，水生生物評價指數(shù)在Ⅲ類水質以下的區(qū)域均處于差或較差水平[8]。海城河上游區(qū)域人類活動較少，水環(huán)境質量相對較好，在Ⅲ類及以上水平，該區(qū)域生態(tài)健康評價為優(yōu)秀且水生生物綜合指數(shù)較高，并以二臺子大橋上游區(qū)域水質最好。在人類活動較多的下游地區(qū)河流水質質量較差，從而造成水生生物指標偏低，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)，廢水未經處理或處理不達標排放造成河道污染嚴重，水環(huán)境質量極差，處于Ⅳ和Ⅴ類水，水生生境結構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)健康評價

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)秀評價單元。健康評價等級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算陸域點、面源污染負荷的主要依據(jù)，然而其數(shù)據(jù)獲取計算單元為縣區(qū)，從而使得在鄉(xiāng)鎮(zhèn)級評價單元上兩個指標不存在可比性，因此不再探討其影響作用[9]。在評價等級為優(yōu)秀的單元中，如接文鎮(zhèn)各項指標得分較高，特別是水源涵養(yǎng)指數(shù)、重要生境保持率、建設用地以及森林覆蓋率等參數(shù)均大于其他評價單元；水源涵養(yǎng)指數(shù)、生境保持率為限制生態(tài)健康良好等級評價單元的主要因素，如馬風鎮(zhèn)、孤山鎮(zhèn)等單元。在評價等級為一般的單元中，水源涵養(yǎng)指數(shù)、森林覆蓋率以及建設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)健康綜合評價

在海城河生態(tài)健康綜合評價中，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)出逐級遞減的趨勢，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)健康破壞較為嚴重，西柳鎮(zhèn)與牛莊鎮(zhèn)單元的評價等級為一般，并低于附近其他區(qū)域。從流域整體上分析，人類活動干擾和社會經濟活動為引起海城河生態(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。隨著經濟的發(fā)展和城鎮(zhèn)化發(fā)展速度的加快，可能會進一步增加海城河沿岸的建設用地，在工業(yè)產值和農業(yè)灌溉等綜合作用下河流的減排負荷指數(shù)壓力較大，海城河水質狀況在短期內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)健康評價結果，本文總結分析了海城河生態(tài)環(huán)境面臨的主要問題有點面源污染排放量大、建設用地比例高、水源涵養(yǎng)能力弱以及干流水質差。污染物排放量較大是引起海城河水質較差的關鍵因素，據(jù)統(tǒng)計，海城河2016年點源、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。點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)，農村與城鎮(zhèn)生活污染，化學制造業(yè)等。隨著工業(yè)產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移矩陣，該區(qū)域居民地、交通運輸以及工程建設用地增加了1028hm2，建設用地的急劇增加給河流生態(tài)系統(tǒng)、農田、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。土地硬質化改變了流域內的水熱條件、水陸系統(tǒng)能量物質交換，極易引起生態(tài)災害與洪澇的發(fā)生。

3 結 論

a.海城河生態(tài)健康綜合評價中優(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)出逐級遞減的趨勢，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)健康破壞較為嚴重。健康評價等級在空間分布上以山區(qū)最為優(yōu)秀，城區(qū)低于鄉(xiāng)鎮(zhèn)，水質狀態(tài)指數(shù)為主要影響因子。

b.人類活動干擾和社會經濟活動為引起海城河生態(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)，廢水未經處理或處理不達標排放造成河道污染嚴重，水環(huán)境質量極差處于Ⅳ和Ⅴ類水，水生生境結構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。