于 嶸, 潘泳羽, 蘇相琴, 3

(1.廣西壯族自治區(qū)輻射環(huán)境監(jiān)督管理站, 南寧 530222; 2.廣西壯族自治區(qū)環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院, 南寧 530022;3.廣西廣播電視大學(xué), 南寧 530022)

0 引 言

我國江河流域生態(tài)環(huán)境復(fù)雜而脆弱, 部分流域生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性和生態(tài)服務(wù)功能下降, 已經(jīng)成為制約我國社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的突出因素之一[1-2]。

自流域健康評價(jià)概念和相關(guān)理論提出后, 國內(nèi)外學(xué)者開展了多空間尺度、多指標(biāo)因子、多評價(jià)模型多角度研究。國外，Schaeffer等1988年提出生態(tài)系統(tǒng)健康評價(jià)需要科學(xué)的評價(jià)方法和具體的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)[3]；Harwell等對生態(tài)系統(tǒng)健康評價(jià)主要相關(guān)參數(shù)生境質(zhì)量、生物完整性、水質(zhì)、水文等進(jìn)行了研究[4]；Alilou等基于Fuzzy-ANP模型對Khoy流域生態(tài)健康進(jìn)行了評價(jià)[5]；Hazbavi等使用壓力-狀態(tài)-響應(yīng)模型(PSR)對Shazand流域生態(tài)健康進(jìn)行了評價(jià)[6]；Hoque等基于相關(guān)向量機(jī)算法建立流域水質(zhì)時(shí)間序列數(shù)據(jù)對Cedar Creek等2個(gè)流域開展了流域健康評價(jià)[7]；Ladson等提出一個(gè)由水文、水質(zhì)和水生動物等指標(biāo)構(gòu)成的溪流健康指數(shù)對河流進(jìn)行持續(xù)評價(jià)[8]。在國內(nèi), 李楊等采用水質(zhì)綜合評價(jià)和水生物評價(jià)方法對洱海流域河流生態(tài)系統(tǒng)健康進(jìn)行了研究[9]；劉麟菲等應(yīng)用硅藻指數(shù)評價(jià)了渭河流域水生態(tài)健康狀況[10]；劉娟等構(gòu)建了涵蓋水體物理化學(xué)和水生生物特性等方面的指標(biāo)體系, 采用改進(jìn)的灰色關(guān)聯(lián)方法對汾河上中游流域生態(tài)系統(tǒng)健康進(jìn)行評價(jià)[11]；胡金等構(gòu)建了包括河岸帶狀態(tài)、河流形態(tài)、營養(yǎng)鹽、氧平衡、著生藻類和大型底棲無脊椎動物6個(gè)方面19項(xiàng)指標(biāo)的綜合指標(biāo)體系，并對沙潁河水生態(tài)健康進(jìn)行了評價(jià)[12]；何建波等基于加權(quán)平均法和層次分析法構(gòu)建了浦陽江流域(浦江段)河流生態(tài)系統(tǒng)健康評價(jià)指標(biāo), 并將河流熒光溶解性有機(jī)質(zhì)不同組分的熒光強(qiáng)度引入作為新型評價(jià)指標(biāo)[13]；王為木等認(rèn)為生物完整性指數(shù)可有效分析水生態(tài)對人類干擾的響應(yīng)和水生態(tài)健康狀況[14]；李寧等基于2000—2016年土地利用數(shù)據(jù), 對漓江流域陸域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行了分析[15]；魏建文等基于PSR模型建立了漓江流域生態(tài)健康評價(jià)框架對流域2006—2011年生態(tài)環(huán)境狀況進(jìn)行了評價(jià)[16]；陳美球等對我國基于PSR模型的流域生態(tài)系統(tǒng)健康評價(jià)研究進(jìn)行了綜合分析, 提出評價(jià)指標(biāo)的觀測應(yīng)注重時(shí)間尺度上的縱向變化[17]；王文杰等提出要將大流域按照支流匯水等條件劃分為若干個(gè)小流域, 針對評價(jià)體系提出了涉及水域、岸邊帶、陸域的評價(jià)框架, 評價(jià)指標(biāo)概括為結(jié)構(gòu)、功能、脅迫3個(gè)方面[18]。整體來看, 這些研究側(cè)重于水域水文、水質(zhì)、水生生物或流域土地利用等要素, 對流域人類水資源開發(fā)利用、水利工程對水生生境干擾、景觀破碎度、主要水污染物排放等影響要素研究不多, 且多集中于內(nèi)陸地區(qū), 而對于沿海流域的相關(guān)研究相對較少。

九洲江從北向南流經(jīng)廣西陸川縣、博白縣和廣東省廉江市后入海, 屬于北部灣獨(dú)流入海水系, 是桂東南和粵西雷州半島地區(qū)的主要水源。隨著流域內(nèi)社會經(jīng)濟(jì)活動加劇, 流域面臨的生態(tài)環(huán)境威脅日趨嚴(yán)重[19], 開展流域內(nèi)生態(tài)健康評價(jià)尤為必要。本文參照原環(huán)境保護(hù)部印發(fā)的《流域生態(tài)健康評價(jià)技術(shù)指南(試行)》(環(huán)辦函〔2013〕320號), 建立了由水域的生境結(jié)構(gòu)、水生生物、生態(tài)壓力和陸域的生態(tài)格局、生態(tài)功能、生態(tài)壓力共6類16項(xiàng)指標(biāo)構(gòu)成的綜合評價(jià)體系, 使用多指標(biāo)權(quán)重法對九洲江流域開展了流域生態(tài)健康評價(jià), 研究成果對今后長期開展九洲江流域生態(tài)健康評價(jià)提供了技術(shù)借鑒, 為九洲江流域水生態(tài)、陸域生態(tài)環(huán)境保護(hù)和九洲江流域生態(tài)安全維護(hù)提供了科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

九洲江流域位于廣西玉林市東南部和廣東省廉江市,干流發(fā)源于廣西陸川縣沙坡鎮(zhèn),流經(jīng)陸川縣、博白縣后在廉江市北部石角鎮(zhèn)流入廣東,至廉江市英羅港黎頭沙入海,河長162 km,流域面積3 337 km2。廣西境內(nèi)九洲江干流長84 km,集雨面積1 092 km2, 其多年平均水資源量為11.05億m3。九洲江流域4—9月份降水量占全年的70%以上, 多年平均降雨量1 790 mm。流域內(nèi)水域浮游植物主要為硅藻、綠藻等, 浮游動物主要為橈足類、枝角類和原生動物等, 底棲動物主要為蚌、螺和蜆等[20-22]。根據(jù)實(shí)地調(diào)查和環(huán)境統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)(廣西區(qū)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心提供，內(nèi)部資料), 2016年廣西九洲江流域森林覆蓋率為74.64%, 流域內(nèi)人口約79.21萬人，流域內(nèi)工業(yè)、城鎮(zhèn)生活、畜禽養(yǎng)殖業(yè)化學(xué)需氧量排放量分別為226.87、4 286.57和4 872.79 t, 氨氮排放量分別為9.08、472.67和1 921.38 t, 畜禽養(yǎng)殖業(yè)為主要水污染源。

圖1 九洲江流域(廣西)地理位置

2 材料與方法

2.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)基準(zhǔn)年為2016年, 水生態(tài)采樣等野外調(diào)查時(shí)間為2016年6月, 生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成、行業(yè)用水量變化評價(jià)時(shí)段為2005—2015年?；A(chǔ)數(shù)據(jù)主要包括:(1)基于廣西九洲江流域2005、2015年ALOS衛(wèi)星10 m空間分辨率遙感影像, 采用人工解譯提取的草地、耕地、林地、水域和城鄉(xiāng)工礦居民用地5類矢量數(shù)據(jù);(2)通過陸域生態(tài)環(huán)境現(xiàn)場調(diào)查、水質(zhì)監(jiān)測獲取的2016年流域環(huán)境要素?cái)?shù)據(jù);(3)2017年《陸川年鑒》、《廣西年鑒》博白縣部分和當(dāng)?shù)丨h(huán)境統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、水文資料等(表1～3)。

表1 廣西九洲江流域2005、2015年生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成

2.2 流域生態(tài)健康評價(jià)

根據(jù)《流域生態(tài)健康評價(jià)技術(shù)指南(試行)》, 結(jié)合九洲江流域生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀, 九洲江流域生態(tài)健康評價(jià)流程主要包括確定評價(jià)指標(biāo)體系與權(quán)重、評價(jià)指標(biāo)分級和綜合評價(jià)。

表2 采樣點(diǎn)大型底棲動物密度和生物量

表3 采樣點(diǎn)魚類名錄

2.2.1 評價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建與指標(biāo)權(quán)重 水域生態(tài)健康評價(jià)指標(biāo)主要包括生境結(jié)構(gòu)、水生生物和生態(tài)壓力3類, 陸域生態(tài)健康評價(jià)指標(biāo)主要包括生態(tài)格局、生態(tài)功能和生態(tài)壓力3類。將指標(biāo)體系劃分為3個(gè)層次, 分別為評價(jià)對象、指標(biāo)類型和評價(jià)指標(biāo), 并明確權(quán)重, 如表4所示。

表4 廣西九洲江流域生態(tài)健康評價(jià)指標(biāo)體系及權(quán)重

2.2.2 評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)確定 根據(jù)九洲江流域現(xiàn)狀, 各分指標(biāo)的分級標(biāo)準(zhǔn)及其賦值如表5所示。

表5 廣西九洲江流域生態(tài)健康評價(jià)指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)及賦值

2.2.3 流域生態(tài)健康綜合評價(jià) 綜合評價(jià)流域生態(tài)健康分為兩步: 先分別評價(jià)流域水域和陸域生態(tài)健康的狀態(tài)和壓力, 再通過水域和陸域健康指數(shù)加權(quán)求和, 構(gòu)建綜合評價(jià)指數(shù)WHI(以該指數(shù)表示各評價(jià)單元和流域整體的健康狀況)進(jìn)行流域生態(tài)健康綜合評價(jià)。

流域生態(tài)健康綜合指數(shù)WHI計(jì)算公式為

WHI=IWWW+ILWL,

其中:IW為水域健康指數(shù)值；WW為水域健康指數(shù)權(quán)重;IL為陸域健康指數(shù)值；WL為陸域健康指數(shù)權(quán)重。IW和IL分別由各自的二級指標(biāo)加權(quán)獲得。

水域健康指數(shù)值計(jì)算公式為

陸域健康指數(shù)值計(jì)算公式為

其中:wi、wj為水域和陸域的二級指標(biāo)權(quán)重,xi′、xj′為二級指標(biāo)值。

根據(jù)流域生態(tài)健康評價(jià)綜合指數(shù)(WHI)分值大小, 將流域生態(tài)健康等級分為5級, 分別為“優(yōu)秀”、“良好”、“一般”、“較差”和“差”, 如表6所示。

表6 廣西九洲江流域生態(tài)健康狀況分級

3 結(jié)果分析與討論

根據(jù)水域和陸域生態(tài)健康指數(shù)評價(jià)結(jié)果, 分別加權(quán)求和, 計(jì)算得到廣西九洲江流域生態(tài)健康綜合指數(shù)分值如表7、圖2所示。

表7 廣西九洲江流域生態(tài)健康評價(jià)結(jié)果

圖2 廣西九洲江流域水域(a)和陸域(b)生態(tài)健康狀況評價(jià)結(jié)果

根據(jù)評價(jià)結(jié)果, 水域生態(tài)健康綜合指數(shù)為52.99, 屬“一般”等級；陸域生態(tài)健康綜合指數(shù)為74.43, 屬于“良好”等級；廣西九洲江流域生態(tài)健康綜合指數(shù)為65.86, 屬于“良好”等級。

流域內(nèi)水資源開發(fā)利用強(qiáng)度偏高、枯水期徑流量占同期年均徑流量比例低是造成九洲江水域生態(tài)健康狀況偏低的主要原因。根據(jù)相關(guān)資料[23], 廣西九洲江流域地表水資源量年均值為11.05億m3, 地表水資源可利用量為3.87億m3, 可利用率僅為35%, 流域長期面臨水資源偏少, 可利用水資源量不足狀況。2015年, 流域所在的玉林市人均水資源占有量為2 065 m3(按常住人口計(jì)算), 為廣西人均水資源占有量的49%, 屬于中度缺水地區(qū), 而九洲江流域人均水資源占有量僅為1 426 m3, 為重度缺水流域。2005—2015年, 流域所在的玉林市人口增加了20.32萬人, 城鎮(zhèn)生活用水量增加了22 391萬m3, 農(nóng)業(yè)用水量增加了11 562萬m3, 但生態(tài)環(huán)境用水量卻從7 240萬m3下降到284萬m3, 下降了96%。由于流域人類城鎮(zhèn)生活用水和農(nóng)業(yè)用水量迅速增加, 大量擠占九洲江生態(tài)環(huán)境用水, 導(dǎo)致九洲江枯水期徑流量占同期年均徑流量比例低, 九洲江干流文官水文站斷面河道內(nèi)生態(tài)基流僅為2.53 m3/s, 流域水生態(tài)環(huán)境極為脆弱。

自然保護(hù)地面積占比偏低是九洲江陸域生態(tài)健康狀況偏低的主要原因。據(jù)統(tǒng)計(jì), 流域內(nèi)分布有陸川縣縣級飲用水水源保護(hù)區(qū)3處、風(fēng)景名勝區(qū)1處, 總面積為29.75 km2, 占流域總面積的2.63%, 遠(yuǎn)低于廣西禁止開發(fā)區(qū)和其他生態(tài)保護(hù)地面積占比17.42%的平均水平, 也低于廣西生態(tài)保護(hù)紅線面積占比約25%水平。自然保護(hù)地面積占比偏低, 人工林面積不斷增加, 野生動植物生境不斷惡化, 嚴(yán)重威脅流域內(nèi)森林生態(tài)環(huán)境質(zhì)量和生物多樣性。

4 結(jié) 論

(1)廣西九洲江流域生態(tài)健康綜合指數(shù)為65.86, 屬于“良好”等級。流域內(nèi)水資源開發(fā)利用強(qiáng)度偏高、枯水期徑流量占同期年均徑流量比例低和自然保護(hù)地面積占比偏低是威脅廣西九洲江流域生態(tài)健康狀況的主要因素;(2)廣西九洲江流域人均水資源占有量僅為1 426 m3, 為重度缺水流域, 2005—2015年城鎮(zhèn)和農(nóng)業(yè)用水大幅增加, 流域干流生態(tài)環(huán)境用水量下降了96%, 水生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重威脅;(3)九洲江流域內(nèi)禁止開發(fā)區(qū)和其他生態(tài)保護(hù)地面積占比僅為2.63%, 自然保護(hù)地面積偏小對維持區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量和生物多樣性帶來不利影響。

根據(jù)以上分析, 提出以下建議:(1)推進(jìn)九洲江上中游水庫和引水工程建設(shè), 提高流域調(diào)蓄能力, 增加流域水資源可利用量; 科學(xué)規(guī)劃流域內(nèi)產(chǎn)業(yè)布局, 提高用水效率和生態(tài)環(huán)境用水比例。(2)在九洲江干流及騎馬河、寧譚河等主要支流沿岸兩側(cè)200 m范圍、飲用水一二級保護(hù)區(qū)范圍劃定畜禽禁養(yǎng)區(qū), 加大流域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整力度, 推廣測土配方施肥和流域工業(yè)園區(qū)清潔生產(chǎn)制度, 持續(xù)開展流域面源、點(diǎn)源水污染綜合治理, 確保九洲江水質(zhì)監(jiān)測斷面Ⅲ類水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。(3)開展流域“資源環(huán)境承載能力評價(jià)”和“國土空間開發(fā)適宜性評價(jià)”, 通過生態(tài)補(bǔ)償?shù)却胧⑸鷳B(tài)脆弱和敏感地區(qū)商品林有序轉(zhuǎn)換為公益林, 增加流域內(nèi)自然保護(hù)區(qū)、水源保護(hù)區(qū)等禁止開發(fā)區(qū)和其他生態(tài)保護(hù)地面積比例到25%左右。