常聞捷，龔利雪，陸嘉昂，馮彬，孫潔麗

(1.江蘇省環(huán)境科學(xué)研究院, 江蘇省環(huán)境工程重點實驗室, 江蘇 南京 210036; 2.河海大學(xué)環(huán)境學(xué)院, 江蘇 南京 210098)

近一個世紀以來，全球淡水生態(tài)環(huán)境遭受嚴重威脅，水體污染、河流閘控、棲息地退化、土地利用等因素導(dǎo)致淡水生物面臨巨大風(fēng)險。近年來，我國淡水生物也表現(xiàn)出退化趨勢，白鰭豚、江豚和中華鱘等物種已滅絕或瀕臨滅絕。經(jīng)濟發(fā)展、人口增長與水環(huán)境治理不協(xié)調(diào)是導(dǎo)致淡水生態(tài)系統(tǒng)變化的主要因素。

長期以來我國以地表水環(huán)境功能區(qū)、地表水環(huán)境質(zhì)量標準為基礎(chǔ)的水環(huán)境管理方式發(fā)揮了重要作用，但在現(xiàn)階段表現(xiàn)出一定的局限性，它僅關(guān)注水體的使用功能及水化學(xué)指標，忽略了對生態(tài)系統(tǒng)的保護。以生態(tài)系統(tǒng)健康為目標的水環(huán)境管理逐漸成為共識。水質(zhì)管理中的化學(xué)指標表征的是瞬時環(huán)境質(zhì)量，其數(shù)值受溫度、水量、風(fēng)力等因素影響較大，具有偶然性；而水生生物的群落結(jié)構(gòu)表征的是長期綜合質(zhì)量，反映的是更長期的化學(xué)品污染、物理生境喪失、外來物種入侵、河岸帶植被破壞、水資源過量消耗等信息。因此，水生態(tài)綜合評價在一定程度上較水質(zhì)評價更具有代表性，也更能準確衡量較長時間背景下的水體污染程度。因此需要一套針對水生態(tài)系統(tǒng)的區(qū)劃體系，不僅可以指導(dǎo)水質(zhì)管理，而且能夠反映水生生物及其自然生活環(huán)境的特征[1]。作為水生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境管理的基本單元，水生態(tài)區(qū)不僅包含了當前階段水質(zhì)目標管理這一重要手段，更強調(diào)了對水生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的保護[2]，體現(xiàn)水生態(tài)系統(tǒng)空間特征的差異，可以實現(xiàn)水陸一體化統(tǒng)籌管理。

1 國外水生態(tài)區(qū)的發(fā)展歷程

1.1 美國水生態(tài)區(qū)研究與發(fā)展

1987年美國環(huán)境保護局(EPA)Omernik[3]提出了水生態(tài)區(qū)的概念，即具有相對同質(zhì)的淡水生態(tài)系統(tǒng)或生物體及其與環(huán)境相關(guān)的土地單元，同時運用生態(tài)群落具有的內(nèi)在因果關(guān)系，創(chuàng)新性地使用土地利用、地形、自然植被類型和土壤類型4個指標劃分各個級別的生態(tài)區(qū)，揭示不同層次水生態(tài)系統(tǒng)的差異并提出生態(tài)區(qū)劃方案。之后世界自然基金會組織劃分了全球淡水生態(tài)分區(qū)，以保護生物多樣性為目標，根據(jù)不同地區(qū)具有的相似環(huán)境條件、生境結(jié)構(gòu)、群體結(jié)構(gòu)和物種適應(yīng)性的群落劃分每個區(qū)域的主要棲息地類型，并對每個棲息地按照危急或瀕危、脆弱、相對穩(wěn)定或完整進行分類。以幫助各地區(qū)更好地認識和減輕土地使用類型變化的影響，或放棄特別敏感的生態(tài)區(qū)域的發(fā)展活動，保護生物多樣性。美國的生態(tài)區(qū)劃在時間、研究深度、應(yīng)用情況等方面均領(lǐng)先其他國家。

1.2 歐洲水生態(tài)區(qū)研究與發(fā)展

《歐盟水框架指令》(WFD)是第一個為地表水制定基于水生生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量目標的大尺度框架，其方案源于1978年Illies[4]發(fā)布的歐洲水生態(tài)分區(qū)，該分區(qū)以水生無脊椎動物分布的差異性，將歐洲劃分為25個河流湖泊生態(tài)區(qū)。荷蘭學(xué)者Klijin[5]采用氣候、地形、植被、陸地和水生生物等作為分類特征指標，將荷蘭分為37個二級生態(tài)區(qū)。2007年Schroeder等[6]依據(jù)歐洲苔蘚調(diào)查的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，對德國不同年份共計2 646個點位的苔蘚樣本進行多金屬含量分析，利用自然植被、高程、土壤質(zhì)地、氣候等地表資料，采用分類回歸樹方法最終將德國劃分為21個生態(tài)區(qū)。希臘學(xué)者Zogaris[7]研究了希臘及其鄰近巴爾干國家的WFD生態(tài)區(qū)邊界，對23個流域魚類組合進行分類和排序分析，確定水生生物群落擴散的主要生物地理屏障，劃分了本區(qū)域可描述淡水物種區(qū)系分布的生態(tài)區(qū)，并指出需要對WFD生態(tài)區(qū)邊界進行調(diào)整，以使歐洲生態(tài)區(qū)劃可有效服務(wù)于水生態(tài)系統(tǒng)研究和水環(huán)境管理。國外水生態(tài)分區(qū)開展情況見表1。

表1 國外水生態(tài)分區(qū)開展情況

2 國外水生態(tài)區(qū)的主要應(yīng)用

2.1 基于水生態(tài)區(qū)的環(huán)境數(shù)據(jù)庫

美國針對各水生態(tài)區(qū)分別建立了詳細的自然地理、野生動物、本土植物等各類數(shù)據(jù)庫。明尼蘇達州依據(jù)湖泊面積、深度和堿度等物理和化學(xué)特征對湖泊進行分組，并將湖泊的清澈度值與生態(tài)區(qū)、縣、小流域和集水區(qū)的土地覆蓋變量聯(lián)系起來，發(fā)現(xiàn)湖泊清澈度與農(nóng)業(yè)或者城市土地面積變化存在相關(guān)關(guān)系，建立基于水生態(tài)分區(qū)的水質(zhì)清澈度數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫涵蓋了從1985—2005年20年的時間跨度，以水體透明度為指標對10 500多個湖泊進行基于地球資源衛(wèi)星的水質(zhì)清澈度估算[8]。

2.2 基于水生態(tài)區(qū)的水環(huán)境質(zhì)量標準制定

水生態(tài)區(qū)的應(yīng)用多集中于制定基于不同水生態(tài)分區(qū)水質(zhì)標準及完善標準指標體系等方面。俄亥俄州[9]發(fā)現(xiàn)單一的水化學(xué)指標難以起到保護和恢復(fù)地表水生物完整性的作用，因此將河流生物指標作為該州水質(zhì)標準的一部分。20世紀80年代末，明尼蘇達州基于生態(tài)區(qū)制定了由北向南湖泊的不同磷標準，以滿足湖泊區(qū)域差異保護的要求，這些標準已被《清潔水法》用來規(guī)定營養(yǎng)不良湖泊的閾值，并正在作為湖泊標準加以改進。

2.3 基于水生態(tài)區(qū)的河流監(jiān)測及水體健康評價

在河流監(jiān)測及水環(huán)境評價中，水生態(tài)區(qū)是選擇參照系的有效單元。美國愛荷華州以水生態(tài)區(qū)作為監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的依據(jù)，劃分長久監(jiān)測點位，評估水資源狀況，并確定了地表水環(huán)境監(jiān)測因子。Hoos等[10]利用水生態(tài)區(qū)研究流域內(nèi)進入環(huán)境和影響向水體輸送氮的含量和時間的環(huán)境特征，模擬預(yù)測河道內(nèi)的氮負荷及影響氮遷移的控制因素。2013年美國依據(jù)馬里蘭州長期生物調(diào)查[11]，利用2級和3級河流描述營養(yǎng)景觀特征與總氮、總磷之間的關(guān)系，從而預(yù)測美國Ⅱ級和Ⅲ級水生態(tài)區(qū)的水質(zhì)特征。2007年美國對湖泊進行全國性評估(NLA)時，以生態(tài)區(qū)為基礎(chǔ)定義了5個分區(qū)，提供環(huán)境變量和人類影響的基礎(chǔ)資料，最終確定了美國東北地區(qū)的參考湖泊。

2.4 基于水生態(tài)區(qū)的濕地修復(fù)標準及保護水生生物多樣性

水生態(tài)區(qū)在描述濕地特征以及評價人類活動對濕地的影響方面具有重要作用。1996年Bedford[12]指出水生態(tài)區(qū)是建立大尺度濕地評判標準的適宜單元，在制定評判水文等值的準則時，把尺度由個別濕地項目擴大至更廣闊的范圍，決策者才能夠評估具體修復(fù)措施對大規(guī)模濕地多樣性格局的潛在累積影響。2006年Mccreadie等[13]發(fā)現(xiàn)黑蠅幼蟲的組合形式與生態(tài)區(qū)分布具有明顯的相關(guān)性，即相鄰但不同的生態(tài)區(qū)具有不同的水生動物類群，因此可以對不同生態(tài)區(qū)的水生昆蟲類型進行預(yù)測。Glover[14]認為水生態(tài)分區(qū)對魚類體內(nèi)汞含量具有重要的影響，不同生態(tài)區(qū)的土地利用和水化學(xué)指標導(dǎo)致不同水體類型中魚類汞含量的差異。

2.5 基于水生態(tài)區(qū)評估水體的生態(tài)狀況

歐洲以水生態(tài)區(qū)作為確定河流水體參考條件的基礎(chǔ)開展淡水生態(tài)系統(tǒng)評估，從而確定以生態(tài)保護和恢復(fù)為目標的淡水生態(tài)系統(tǒng)保護原則。Moog等[15]基于奧地利海拔、地質(zhì)和河流類型的考慮，將河流景觀類型和主要地表水類型的先驗類型與多元分析結(jié)果相結(jié)合，分析相對較大的生態(tài)區(qū)之間的物種組成，建立了奧地利15個較小的生物河流區(qū)，用于評估水體的生態(tài)狀況。

3 太湖流域水生態(tài)功能分區(qū)研究

“十一五”以來，高永年和高俊峰等[16]提出了太湖流域水生態(tài)功能分區(qū)的理論和技術(shù)體系，并劃分了太湖流域的三級分區(qū)方案。一級分區(qū)以河網(wǎng)密度及地面高程作為分區(qū)指標，將太湖流域分為西部丘陵河流生態(tài)區(qū)和東部平原河流湖泊水生態(tài)區(qū)2個分區(qū)，體現(xiàn)太湖流域水生態(tài)系統(tǒng)中的生物群落及生物種群的差異性。二級分區(qū)將建設(shè)用地面積比、耕地面積比、土壤類型及坡度作為指標，在一級分區(qū)的基礎(chǔ)上將太湖流域分為5個生境水生態(tài)亞區(qū)，目的在于體現(xiàn)太湖流域水生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性及完整性的空間差異，突出湖體的重要性原則。三級分區(qū)以底棲動物、葉綠素、水體流速、特征指示物種比例、水生生物生境等為分區(qū)指標，將二級分區(qū)進一步分為21個功能區(qū)，體現(xiàn)太湖流域水生態(tài)系統(tǒng)支持和調(diào)節(jié)等維持功能的差異性。為太湖流域制定總量控制目標、污染控制措施、環(huán)保準入條件、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、生態(tài)修復(fù)與保護等流域水環(huán)境分類管理提供了新的模式和基本單元。

“十二五”期間，江蘇省結(jié)合太湖流域三級分區(qū)研究成果，以流域水文、水質(zhì)、水生態(tài)健康狀態(tài)、物種分布等流域水生態(tài)系統(tǒng)空間特征差異為基礎(chǔ)，在保證小流域完整性的同時，兼顧行政區(qū)域的完整性，研究劃定了49個(陸域43個、水域6個)分區(qū)，明確了49個分區(qū)的生態(tài)與服務(wù)功能，設(shè)定了生態(tài)I級區(qū)—IV級區(qū)4個等級，并分別制定了差異化的生態(tài)環(huán)境、空間管控、物種保護三大類管理目標，最終形成的《江蘇省太湖流域水生態(tài)環(huán)境功能區(qū)劃(試行)》獲得江蘇省政府批復(fù)[17]。

執(zhí)行地表水(環(huán)境)功能區(qū)劃是當前江蘇省水環(huán)境管理的主要手段，但存在一定的局限性。而水生態(tài)區(qū)不僅可以指導(dǎo)水質(zhì)目標管理，且能夠反映水生態(tài)系統(tǒng)的健康程度與空間特征差異，其根本目的是使水環(huán)境管理從水質(zhì)目標管理向水生態(tài)健康管理拓展，從水體的使用功能保護逐步過渡到對水生態(tài)系統(tǒng)功能的保護。

4 太湖流域水生態(tài)區(qū)管理應(yīng)用研究建議

結(jié)合國外研究應(yīng)用情況，以及水生態(tài)區(qū)在太湖流域的實踐成果，建議重點從水生態(tài)區(qū)試點考核、監(jiān)測、評價、修復(fù)等具體操作層面開展應(yīng)用研究。

(1)開展基于水生態(tài)區(qū)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量持續(xù)性監(jiān)測。水生態(tài)區(qū)的應(yīng)用依賴于水生態(tài)監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展和長時期監(jiān)測數(shù)據(jù)的支撐。國內(nèi)對于水生生物的系統(tǒng)監(jiān)測開展較晚，大多限于科研人員的研究，在采樣標準、監(jiān)測方法、評價方式、質(zhì)量控制等方面尚未有統(tǒng)一的規(guī)范，加之監(jiān)測部門生態(tài)監(jiān)測技術(shù)水平參差不齊，傳統(tǒng)監(jiān)測方法不同人員的分析差異大且周期長，難以長期有效地開展水生態(tài)監(jiān)測工作，因此開發(fā)快速生物監(jiān)測方法、確定相應(yīng)的監(jiān)測技術(shù)規(guī)程、明確監(jiān)測指標、優(yōu)化現(xiàn)行監(jiān)測布點、建立太湖流域基于水生態(tài)區(qū)的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)體系對水生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)與保護至關(guān)重要。

(2)推進太湖流域水生態(tài)環(huán)境功能分區(qū)管理考核試點工作。地表水環(huán)境功能區(qū)劃、“水十條”等政策法規(guī)執(zhí)行過程中均制定了考核辦法以約束地方政府圍繞考核目標定期開展考核任務(wù)與評價。在太湖流域開展水生態(tài)環(huán)境功能分區(qū)管理考核試點工作具有重要意義，在考核中發(fā)現(xiàn)長期以來不同分區(qū)水生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)存在的問題，以便提出切實可行的方案恢復(fù)水質(zhì)與生態(tài)系統(tǒng)，也為推進以水生態(tài)系統(tǒng)健康為導(dǎo)向的水環(huán)境管理制度提供抓手。

(3)構(gòu)建以水生態(tài)健康、水生態(tài)區(qū)為核心的管控實施策略。需要研判不同分區(qū)水生態(tài)環(huán)境存在的問題，長期持續(xù)開展太湖流域水生態(tài)環(huán)境功能分區(qū)考核與評估，針對分區(qū)產(chǎn)業(yè)特點、土地利用現(xiàn)狀、區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展，提出相應(yīng)的管控措施以達到考核目標要求，針對不同區(qū)域水生態(tài)系統(tǒng)差異，遴選不同的生態(tài)修復(fù)技術(shù)，恢復(fù)水生生態(tài)系統(tǒng)，以水生態(tài)健康、水生態(tài)環(huán)境功能區(qū)為核心，為水生態(tài)功能的系統(tǒng)修復(fù)與保護提供策略依據(jù)。