摘要：

水生態(tài)系統(tǒng)統(tǒng)籌治理是新時(shí)期水生態(tài)環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的重點(diǎn)與難點(diǎn)，水生態(tài)系統(tǒng)作用機(jī)制復(fù)雜，各子系統(tǒng)間存在緊密的影響與反饋關(guān)系，厘清水生態(tài)環(huán)境各子系統(tǒng)間協(xié)同作用機(jī)制十分重要。為此，以望虞河西岸水生態(tài)環(huán)境功能分區(qū)（簡(jiǎn)稱分區(qū)）為評(píng)價(jià)單元，以水環(huán)境、沉積物、水生態(tài)3個(gè)子系統(tǒng)為研究對(duì)象，利用2019年豐、枯水期的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，通過建立協(xié)同效應(yīng)模型量化評(píng)價(jià)單元中研究對(duì)象間的協(xié)同效應(yīng)，探究其時(shí)空差異性，識(shí)別其主要限制因素。結(jié)果表明：① 豐水期環(huán)境條件更利于浮游動(dòng)物的生長(zhǎng)繁殖和水中污染物稀釋，協(xié)同效應(yīng)較枯水期更為強(qiáng)烈。② 中協(xié)同和強(qiáng)協(xié)同的區(qū)域分布在太湖濱湖和望虞河沿岸處，說明分區(qū)水生態(tài)環(huán)境治理、修復(fù)工程舉措初見成效，3個(gè)子系統(tǒng)耦合較好；弱協(xié)同或不協(xié)同的分區(qū)聚集在錫澄運(yùn)河以東、長(zhǎng)江以南的“三角區(qū)”。依據(jù)研究結(jié)果實(shí)施分區(qū)分類精細(xì)化管控，有利于提升望虞河西岸地區(qū)污染防治和生態(tài)修復(fù)措施的實(shí)施效率。

關(guān)" 鍵" 詞：

水生態(tài)環(huán)境功能區(qū); 協(xié)同效應(yīng)； 時(shí)空分布特征； 望虞河

中圖法分類號(hào)： X826;X323

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.07.005

收稿日期：

2023-12-18；接受日期：

2024-04-03

基金項(xiàng)目：

國(guó)家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)（2018ZX07208004-02）；江蘇省環(huán)保集團(tuán)科技項(xiàng)目計(jì)劃（JSEP-TZ-2021-1005-RE）

作者簡(jiǎn)介：

常聞捷，男，高級(jí)工程師，博士，研究方向?yàn)樯鷳B(tài)修復(fù)及環(huán)境管理。E-mail：changwenjie@jsep.com

Editorial Office of Yangtze River. This is an open access article under the CC BY-NC-ND 4.0 license.

文章編號(hào)：1001-4179（2024） 07-0035-09

引用本文：

常聞捷，劉媛，逄勇，等.

望虞河西岸水生態(tài)系統(tǒng)協(xié)同效應(yīng)評(píng)價(jià)

［J］.人民長(zhǎng)江，2024，55（7）：35-43.

0" 引 言

“十四五”時(shí)期，中國(guó)著力構(gòu)建水生態(tài)環(huán)境保護(hù)新格局，推進(jìn)由水環(huán)境質(zhì)量控制向水資源、水生態(tài)、水環(huán)境多要素協(xié)同治理轉(zhuǎn)變［1］。在水生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)性框架下各子系統(tǒng)之間交互影響程度頗深，水環(huán)境和沉積物是水生生物的棲境，每項(xiàng)水生態(tài)指標(biāo)的變化都是水生生物的生理特性和水環(huán)境、沉積物理化特性疊加產(chǎn)生的結(jié)果，氮磷等營(yíng)養(yǎng)鹽含量過高會(huì)抑制水生生物的生命活動(dòng)［2］，重金屬對(duì)水生生物也存在毒害作用［3］，所以水環(huán)境和沉積物治理措施的實(shí)施會(huì)提升水生生物棲息環(huán)境，間接增強(qiáng)水生生物的生長(zhǎng)繁殖速率，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)。轉(zhuǎn)變期內(nèi)，各地在實(shí)操過程中往往為統(tǒng)籌考慮、分項(xiàng)整治，但流域整治工程并沒有厘清協(xié)同作用，未實(shí)現(xiàn)真正意義上的協(xié)同治理，因此亟需進(jìn)行水生態(tài)子系統(tǒng)間的協(xié)同效應(yīng)量化評(píng)價(jià)，厘清各子系統(tǒng)間的協(xié)同系數(shù)和影響因素，提高污染防治和生態(tài)修復(fù)措施的實(shí)施效率。

協(xié)同效應(yīng)的概念起源于社會(huì)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域，指兩項(xiàng)政策或經(jīng)濟(jì)舉措產(chǎn)生“1+1gt;2”效果的現(xiàn)象，多用來評(píng)估投資盈利能力［4］、政策創(chuàng)新效應(yīng)［5］等。隨著研究領(lǐng)域的擴(kuò)展，開始有學(xué)者研究生態(tài)環(huán)境與社會(huì)經(jīng)濟(jì)間［6］以及生態(tài)環(huán)境治理主體之間的協(xié)同性［7］；隨后協(xié)同效應(yīng)相關(guān)研究在大氣環(huán)境領(lǐng)域迅速發(fā)展，聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì)將其定義為“某項(xiàng)污染物減排措施實(shí)施的同時(shí)還產(chǎn)生了其他環(huán)境效益的現(xiàn)象”［8］，多用于減污降碳協(xié)同效應(yīng)評(píng)價(jià)，學(xué)者已針對(duì)不同部門、不同研究區(qū)域、不同研究方法對(duì)減污降碳的協(xié)同效應(yīng)進(jìn)行了深入探討［9-12］?？傮w來看，現(xiàn)有學(xué)者在政策及投資分析、大氣環(huán)境減污降碳等方面的協(xié)同效應(yīng)展開了豐富的研究，但尚缺少水生態(tài)環(huán)境協(xié)同效應(yīng)的有關(guān)研究，該領(lǐng)域協(xié)同效應(yīng)未有統(tǒng)一的定義，其量化評(píng)價(jià)方法及時(shí)空特征分析方法還不明確。

為此，本次研究借鑒大氣環(huán)境領(lǐng)域?qū)τ趨f(xié)同效應(yīng)的定義和研究方法，將水生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域的協(xié)同效應(yīng)定義為“水環(huán)境或沉積物子系統(tǒng)的改善也可促進(jìn)水生態(tài)子系統(tǒng)向好發(fā)展的效應(yīng)”，以望虞河西岸地區(qū)為研究區(qū)域，該區(qū)域?qū)儆谌螽a(chǎn)業(yè)聚集、河流水生態(tài)系統(tǒng)功能脆弱的敏感區(qū)，依據(jù)《江蘇省太湖流域水生態(tài)環(huán)境功能區(qū)劃（試行）》［13］，以水生態(tài)環(huán)境功能分區(qū)（以下簡(jiǎn)稱分區(qū)）為評(píng)價(jià)單元，以水環(huán)境子系統(tǒng)、沉積物子系統(tǒng)、水生態(tài)子系統(tǒng)為研究對(duì)象，引入?yún)f(xié)同效應(yīng)模型量化評(píng)價(jià)單元中研究對(duì)象間協(xié)同效應(yīng)，分析協(xié)同效應(yīng)的時(shí)空差異性，分類識(shí)別主要限制因素，提出差異化治理思路。希望通過該研究提升望虞河西岸區(qū)域的水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，恢復(fù)流域水生態(tài)系統(tǒng)功能，保證長(zhǎng)江和太湖水生態(tài)安全，也為其他地區(qū)探究流域要素協(xié)同治理路徑提供參考。

1" 材料與方法

1.1" 樣品采集

1.1.1" 采樣點(diǎn)

研究區(qū)域位于望虞河西岸地區(qū)，具體指望虞河以西、錫澄運(yùn)河以東、北至長(zhǎng)江、南至太湖的區(qū)域，涉及蘇州張家港市、常熟市以及無錫江陰市、錫山區(qū)、新吳區(qū)和梁溪區(qū)［14］，是連接長(zhǎng)江和太湖兩大重要水體的紐帶區(qū)域?！督K省太湖流域水生態(tài)環(huán)境功能區(qū)劃（試行）》顯示研究區(qū)域內(nèi)共有12個(gè)分區(qū)（表1）。其中Ⅲ級(jí)分區(qū)（Ⅲ級(jí)區(qū)）位于望虞河沿岸和鄰太湖區(qū)域，Ⅳ級(jí)分區(qū)（Ⅳ級(jí)區(qū)）位于錫澄運(yùn)河沿岸和沿江區(qū)。充分考慮代表性、系統(tǒng)性和差異性原則，在研究區(qū)域布設(shè)38個(gè)河流采樣點(diǎn)位，分區(qū)及采樣點(diǎn)位分布見圖1。

1.1.2" 采樣時(shí)間

按照設(shè)置的采樣點(diǎn)位（圖1），分別在枯水期（2019年3月）和豐水期（2019年8月）進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)及樣品采集工作，樣品包括常規(guī)水樣、沉積物及水生動(dòng)物樣品。水樣測(cè)試指標(biāo)為高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）、氨氮（NH3-N）、總磷（TP）、總氮（TN）和葉綠素a（Chl.a），沉積物指標(biāo)為銅（Cu）、鎘（Cd）、鉻（Cr）、鋅（Zn）、砷（As）、鉛（Pb）和汞（Hg）共7種重金屬，水生動(dòng)物指標(biāo)包括浮游動(dòng)物的密度和生物量、底棲動(dòng)物的密度和生物量。

1.1.3" 樣品分析處理和質(zhì)量控制

水樣、水生生物及沉積物按照各自對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)、指南及規(guī)范進(jìn)行采集、處理和測(cè)試，樣品采集后經(jīng)妥善處理，送至實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)。詳細(xì)樣品采集、處理以及測(cè)試方法見圖2。抽取10%的樣品作為質(zhì)控樣，保證樣品采集、處理和檢測(cè)質(zhì)量。

1.2" 研究方法

1.2.1" 水環(huán)境子系統(tǒng)評(píng)價(jià)方法

水環(huán)境子系統(tǒng)參照內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法進(jìn)行評(píng)價(jià)，該方法兼顧水質(zhì)均值和最值的影響評(píng)價(jià)水質(zhì)優(yōu)劣，是運(yùn)用較廣泛的綜合性多因子評(píng)價(jià)方法，計(jì)算公式［15］如下：

Fi=Ci/Si

（1）

IWQ=F2i平均值+F2i最大值2

（2）

式中：IWQ為水環(huán)境子系統(tǒng)值，即內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)；

Fi為水環(huán)境子系統(tǒng)中第i種指標(biāo)的單項(xiàng)指數(shù)，指標(biāo)包括高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、TP、TN和Chl.a；

Ci為水環(huán)境子系統(tǒng)第i種指標(biāo)監(jiān)測(cè)值，mg/L；

Si為第i種指標(biāo)地表水標(biāo)準(zhǔn)值，mg/L。依據(jù)DB 32/T 3871-2020《太湖流域水生態(tài)環(huán)境功能區(qū)質(zhì)量評(píng)估技術(shù)規(guī)范》，設(shè)2.0 mg/L為TN標(biāo)準(zhǔn)值，參考《太湖流域（江蘇）水生態(tài)功能分區(qū)與標(biāo)準(zhǔn)管理工程建設(shè)課題》，設(shè)定64 μg/L為Chl.a標(biāo)準(zhǔn)值，其余水環(huán)境子系統(tǒng)指標(biāo)均執(zhí)行GB 3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)；

Fi平均值為各單項(xiàng)指數(shù)的平均值；

Fi最大值為各單項(xiàng)指數(shù)的最大值。水環(huán)境子系統(tǒng)狀況分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)［15］為：IWQlt;1.0為清潔，1.0≤IWQlt;2.0為輕污染，IWQ≥2.0為污染。

1.2.2" 沉積物子系統(tǒng)評(píng)價(jià)方法

分區(qū)沉積物子系統(tǒng)參照重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)，計(jì)算公式［16］如下：

Ei=Ti×Di/Bi（3）

IR=7i=1Ei（4）

式中：Ei為沉積物中重金屬元素i的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)；

Ti表示沉積物子系統(tǒng)第i種重金屬元素的毒性系數(shù)（Cu、Cd、Cr、Zn、As、Pb和Hg的毒性系數(shù)分別為5，30，2，1，10，5，40［17］）；

Di表示沉積物子系統(tǒng)第i種元素含量實(shí)測(cè)值，mg/kg；

Bi表示沉積物子系統(tǒng)第i種元素土壤元素背景值，mg/kg；

IR為沉積物子系統(tǒng)值，即沉積物重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)。采用調(diào)整后的IR分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)［18］：IRlt;70污染程度為輕度，70≤IRlt;140為中等，140≤IRlt;280為較強(qiáng)，IR≥280為很強(qiáng)。

1.2.3" 水生態(tài)子系統(tǒng)評(píng)價(jià)方法

分區(qū)生態(tài)子系統(tǒng)現(xiàn)狀采用Shannon-wiener多樣性指數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)，其是表征生物多樣性的常用指數(shù)之一。計(jì)算公式［19］如下：

Yj=-（nij/Nj）×ln（nij/Nj）

（5）

式中：Yj為浮游動(dòng)物Shannon-wiener多樣性指數(shù)（Y1）或底棲動(dòng)物Shannon-wiener多樣性指數(shù)（Y2）；

nij表示采樣點(diǎn)第i種浮游動(dòng)物或底棲動(dòng)物的豐度，ind/L或ind/m2；

Nj表示采樣點(diǎn)浮游動(dòng)物或底棲動(dòng)物的總密度，ind/L或ind/m2。

水生態(tài)子系統(tǒng)值（Y）表示浮游動(dòng)物和底棲動(dòng)物的總體多樣性現(xiàn)狀，采用浮游動(dòng)物Shannon-wiener多樣性指數(shù)（Y1）和底棲動(dòng)物Shannon-wiener多樣性指數(shù)（Y2）的加權(quán)和，底棲生物在河道中相對(duì)固定，參考DB11/T 1722-2020《水生態(tài)健康評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》的指標(biāo)賦權(quán)結(jié)果，設(shè)浮游動(dòng)物、底棲動(dòng)物Shannon-wiener多樣性指數(shù)權(quán)重分別為1/3和2/3。

1.2.4" 協(xié)同效應(yīng)分析方法

借鑒王淑佳等［20］修正過的耦合協(xié)調(diào)模型評(píng)價(jià)水環(huán)境子系統(tǒng)、沉積物子系統(tǒng)以及水生態(tài)子系統(tǒng)間的協(xié)同效應(yīng)。為消除量綱和正逆性的影響，各子系統(tǒng)值需采用極差標(biāo)準(zhǔn)化法進(jìn)行處理［20］，I′WQ、I′R、Y′分別為IWQ、IR、Y極差標(biāo)準(zhǔn)化后的值。模型計(jì)算方法如下：

K=（1-U3-U1 +U2-U1 +|U3-U2 |3×U1×U2U3

（6）

A=a1U1+a2U2+a3U3

（7）

M=K×A

（8）

式中：Ui分別表示I′WQ、I′R、Y′，i=1，2，3，maxUi=U3；K表示子系統(tǒng)間耦合度；A表示子系統(tǒng)間綜合協(xié)調(diào)指數(shù)；a1、a2、a3表示待定系數(shù)，a1+a2+a3=1，該研究認(rèn)為各子系統(tǒng)同等重要，即a1=a2=a3=1/3；M表示協(xié)同系數(shù)，即子系統(tǒng)間耦合協(xié)調(diào)度。

M范圍為［0，1］，M值越接近于1表明協(xié)同效應(yīng)越強(qiáng)。M等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)在王淑佳等［20］的研究基礎(chǔ)上根據(jù)研究區(qū)域情況進(jìn)行合并修訂，Mlt;0.5為不協(xié)同，0.5≤Mlt;0.6為弱協(xié)同，0.6≤Mlt;0.7為中協(xié)同，M≥0.7為強(qiáng)協(xié)同。

1.2.5" 數(shù)據(jù)分析方法

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)整理后分別進(jìn)行IWQ、IR、Y、M的計(jì)算，分區(qū)值等于該分區(qū)內(nèi)采樣點(diǎn)的平均值。使用Origin 2022軟件繪制IWQ、IR分布圖，運(yùn)用ArcGIS 10.6軟件繪制Y、枯水期M、豐水期M以及年均M的空間分布圖。

2" 結(jié)果與討論

2.1" 分區(qū)子系統(tǒng)時(shí)空分布特征

2.1.1" 水環(huán)境子系統(tǒng)時(shí)空分布特征

由圖3可知，各分區(qū)水環(huán)境子系統(tǒng)年均IWQ為0.59～1.03，83%的分區(qū)水質(zhì)處于清潔狀態(tài)。從時(shí)間上看，各分區(qū)枯水期IWQ普遍高于豐水期，豐水期IWQ較枯水期最大降幅達(dá)38%，這可能是因?yàn)閰^(qū)域河道基本采用閘控措施，枯水期河道水量小且流動(dòng)緩慢，自凈能力較弱，豐水期開閘泄洪水量增大起到了稀釋作用［21］。從空間上看，Ⅳ級(jí)區(qū)水質(zhì)明顯劣于Ⅲ級(jí)區(qū)，Ⅳ級(jí)區(qū)工業(yè)企業(yè)密布，而Ⅲ級(jí)區(qū)靠近“引江濟(jì)太”重要通道望虞河及太湖沿岸，具有相對(duì)嚴(yán)格的管理體制，排污能得到一定控制，因此水質(zhì)相對(duì)稍好。Ⅳ-07的IWQ顯著高于其他分區(qū)，時(shí)間上也呈現(xiàn)較為顯著的相反趨勢(shì)，這是由于該分區(qū)涉及江陰經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的華士鎮(zhèn)、周莊鎮(zhèn)、新橋鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，根據(jù)《江陰統(tǒng)計(jì)年鑒（2020年）》，2019年城鎮(zhèn)人口及國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）均較高，以紡織、鋼鐵、金屬、電子等行業(yè)為主的企業(yè)眾多，單位面積污染物入河量相較于其他分區(qū)較大［22］。時(shí)間上的相反趨勢(shì)可能是因豐水期初期雨水沖刷效應(yīng)顯著［23-24］，而當(dāng)?shù)氐挠晡酃艿朗占{有限，產(chǎn)生雨水倒灌現(xiàn)象，導(dǎo)致污水溢出。

2.1.2" 沉積物子系統(tǒng)時(shí)空分布特征

分區(qū)沉積物子系統(tǒng)平均IR為163.62，處于較強(qiáng)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。由圖4可見，豐水期IR普遍高于枯水期，這可能是由于豐水期水體擾動(dòng)強(qiáng)度較大加速了沉積物中重金屬釋放過程［25］；空間維度上，由于Ⅳ級(jí)區(qū)工業(yè)企業(yè)更為密集，Ⅳ級(jí)區(qū)沉積物重金屬污染遠(yuǎn)高于Ⅲ級(jí)區(qū)。其中Ⅳ-07年均IR高達(dá)286.28，處于很強(qiáng)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，結(jié)合《江陰統(tǒng)計(jì)年鑒（2020年）》和《江陰年鑒（2020年）》，Ⅳ-07沉積物重金屬污染可能與該分區(qū)涉重工業(yè)較為發(fā)達(dá)有關(guān)，Ⅳ-07涉及的周莊鎮(zhèn)、華士鎮(zhèn)、新橋鎮(zhèn)工業(yè)增加值在研究區(qū)域內(nèi)名列前茅，均在85億元以上，重點(diǎn)工業(yè)行業(yè)有鋼鐵、紡織和金屬制品等，初期雨水、生產(chǎn)過程、污染治理等環(huán)節(jié)可能導(dǎo)致重金屬通過遷移轉(zhuǎn)化逐漸富集至沉積物中。

2.1.3" 水生態(tài)子系統(tǒng)時(shí)空分布特征

研究區(qū)域水生態(tài)子系統(tǒng)年均Y為0.76，參照浮游動(dòng)物和底棲動(dòng)物多樣性指數(shù)水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)［26-27］，所有分區(qū)均處于重污染狀態(tài)，優(yōu)勢(shì)種群為中華窄腹劍水蚤、象鼻溞、霍甫水絲蚓、銅銹環(huán)棱螺等，均為耐污種類。底棲動(dòng)物活動(dòng)范圍?。?8］，在河道中相對(duì)穩(wěn)定，因此Y值大小主要取決于浮游動(dòng)物。Y在豐水期相對(duì)較優(yōu)（圖5），可能原因?yàn)楦咚疁丨h(huán)境更適于絕大多數(shù)浮游生物的生長(zhǎng)繁殖［26］，浮游植物作為飼料也會(huì)間接增加浮游動(dòng)物多樣性?？臻g上，Y呈現(xiàn)出“Ⅲ級(jí)區(qū)高Ⅳ級(jí)區(qū)低”的分布規(guī)律，Ⅲ-13、Ⅲ-15、Ⅲ-19、Ⅳ-06水生態(tài)子系統(tǒng)狀況良好。生境異質(zhì)性是導(dǎo)致水生態(tài)子系統(tǒng)分區(qū)分布差異的重要因素：Ⅲ級(jí)區(qū)部分河流鄰近太湖，湖泊在維持生態(tài)系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)移中具有特殊的生態(tài)作用［29］，故而Ⅲ級(jí)區(qū)具有一定生態(tài)延伸優(yōu)勢(shì)，水生植物種類和數(shù)量豐富，棲息空間更具多樣化；城鎮(zhèn)、工業(yè)擴(kuò)張?jiān)斐散艏?jí)區(qū)底質(zhì)不佳、棲境單一。同時(shí)Ⅳ級(jí)區(qū)受航運(yùn)、疏浚、閘控影響較重，沉積物重金屬含量較高，水體擾動(dòng)產(chǎn)生的懸浮顆粒會(huì)阻礙光照從而削弱水體初級(jí)生產(chǎn)力，導(dǎo)致水生動(dòng)物食物同化率［30］降低，沉積物重金屬毒性效應(yīng)也會(huì)抑制水生動(dòng)物的生長(zhǎng)繁殖［31］，導(dǎo)致浮游動(dòng)物和底棲動(dòng)物趨向單一化。

2.2" 水生態(tài)協(xié)同效應(yīng)時(shí)空分布特征及成因分析

2.2.1" 水生態(tài)子系統(tǒng)時(shí)空分布特征

時(shí)間維度上，研究區(qū)域豐水期各系統(tǒng)間協(xié)同系數(shù)M均值為枯水期的1.10倍，圖6（a）、（b）顯示：除Ⅲ-13、Ⅳ-08外，其余分區(qū)的協(xié)同效應(yīng)均在豐水期有不同程度的提高，豐水期M增長(zhǎng)率在1%～37%之間，Ⅳ-09增幅最大。Ⅲ-13、Ⅳ-08在豐水期有所下降，其中Ⅲ-13在枯、豐兩水期均處于強(qiáng)協(xié)同等級(jí)，豐水期M下降率為4%；Ⅳ-08的豐水期M下降率21%，協(xié)同等級(jí)從枯水期的強(qiáng)協(xié)同降至弱協(xié)同。空間維度上，根據(jù)圖6（c）分析可知，67%的分區(qū)年均協(xié)同系數(shù)大于0.6，處于中協(xié)同水平，Ⅲ級(jí)區(qū)平均協(xié)同效應(yīng)更強(qiáng)，水生態(tài)環(huán)境各子系統(tǒng)間呈良性循環(huán)。依據(jù)協(xié)同效應(yīng)評(píng)價(jià)結(jié)果，各分區(qū)協(xié)同類型可分為兩種：① 協(xié)同效應(yīng)處于中協(xié)同及以上等級(jí)的分區(qū)，包括Ⅲ-13、Ⅲ-14、Ⅲ-15、Ⅲ-16、Ⅲ-19、Ⅳ-06、Ⅳ-08、Ⅳ-09，主要分布在濱湖和望虞河沿岸的“倒C區(qū)”。② 協(xié)同效應(yīng)處于弱協(xié)同或不協(xié)同等級(jí)的分區(qū)，包含Ⅳ-03、Ⅳ-04、Ⅳ-05、Ⅳ-07，主要聚集在錫澄運(yùn)河以東、長(zhǎng)江以南的“三角區(qū)”。

2.2.2" 成因分析

結(jié)合望虞河西岸地區(qū)枯水期、豐水期I′WQ、I′R、Y′值（表2）分析可知，整體時(shí)間變化上，除Ⅲ-13、Ⅳ-08外，其余分區(qū)的協(xié)同效應(yīng)均在豐水期增強(qiáng)，這可能因?yàn)樵撍诤拥浪吭龃?、水溫升高，稀釋作用增?qiáng)，水質(zhì)狀況良好。適宜的生境使得多數(shù)浮游動(dòng)物形成了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的群落［28］，一定程度弱化了水流沖擊，且底棲動(dòng)物受水期更替影響較小，總體水生生物多樣性更為豐富。同時(shí)，受極值標(biāo)準(zhǔn)化影響，沉積物中重金屬污染限制效應(yīng)水期變化不顯著，因此子系統(tǒng)間協(xié)同效應(yīng)相對(duì)更強(qiáng)。

Ⅳ-08在豐水期協(xié)同性下降是因水環(huán)境與水生態(tài)兩個(gè)子系統(tǒng)變化方向相反且差異明顯。Ⅳ-08范圍內(nèi)涉及張家港沿江段、十一圩港沿江段，均是太湖流域武澄錫虞區(qū)的骨干排水河道，根據(jù)太湖流域管理局水文局的水位站實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，或受豐水采樣期望虞河常熟水利樞紐向長(zhǎng)江排水影響，分區(qū)內(nèi)沿江口門（十一圩港閘、張家港閘）水位抬升明顯，分區(qū)水位增幅居首。此時(shí)該分區(qū)水質(zhì)因河道水力沖刷而改善，但水位的大幅增加卻使河底溶氧稀少、光照變?nèi)?，大部分底棲?dòng)物生長(zhǎng)受到抑制，溶解氧不足的環(huán)境也會(huì)增加沉積物中硫化物含量從而增強(qiáng)對(duì)底棲動(dòng)物的潛在毒性［32］。同時(shí)，分區(qū)水量豐沛、流速較急的特點(diǎn)破壞了底質(zhì)棲境的穩(wěn)定性，底棲動(dòng)物檢出物種數(shù)銳減，造成協(xié)同效應(yīng)的減弱。

Ⅲ-13在兩水期均為強(qiáng)協(xié)同等級(jí)，這與其在研究區(qū)域內(nèi)具有最重要的地理區(qū)位和治理戰(zhàn)略地位息息相關(guān)。地理區(qū)位上，該分區(qū)與太湖相鄰，是河流與湖泊間

能量流動(dòng)、物質(zhì)交換過程強(qiáng)烈的過渡區(qū)域，具有“生態(tài)

服務(wù)功能輻射效應(yīng)”［33］，表征浮游植物［34-35］的高含量Chl.a會(huì)促進(jìn)浮游動(dòng)物趨于多樣化［36］。同時(shí)，該分區(qū)臨湖水位低，入湖閘門長(zhǎng)時(shí)間關(guān)閉，可形成較為穩(wěn)定的底質(zhì)形態(tài)，適宜底棲動(dòng)物生長(zhǎng)繁殖。治理戰(zhàn)略地位上，Ⅲ-13包括太湖（無錫市區(qū)）重要保護(hù)區(qū)、惠山國(guó)家森林公園等7個(gè)生態(tài)紅線管控區(qū)，是研究區(qū)域內(nèi)生態(tài)紅線管控區(qū)占比最高的分區(qū)，作為太湖流域水生態(tài)修復(fù)的重點(diǎn)區(qū)域之一［37］，近年來河岸生態(tài)化改造、河道底質(zhì)原位修復(fù)等水生態(tài)修復(fù)措施力度不斷加大，區(qū)域生境得到持續(xù)恢復(fù)且逐漸穩(wěn)固，水生棲境類型趨于多樣化，分區(qū)水生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)中趨好。因此，Ⅲ-13的水生態(tài)功能發(fā)揮良好，水生態(tài)系統(tǒng)整體處于健康、和諧狀態(tài)，協(xié)同效應(yīng)顯著且穩(wěn)定。

整體空間變化上，協(xié)同效應(yīng)處于中協(xié)同及以上等級(jí)的分區(qū)主要分布在濱湖區(qū)和望虞河沿岸的“倒C區(qū)”。此區(qū)域涉及太湖保護(hù)區(qū)和望虞河“引江濟(jì)太”重要通道，是環(huán)境治理和生態(tài)修復(fù)工程建設(shè)的先導(dǎo)區(qū)。無錫新吳區(qū)、錫山區(qū)、蘇州相城區(qū)與常熟市均長(zhǎng)期致力于該區(qū)域污染負(fù)荷削減、水生態(tài)修復(fù)和河道空間管控工作，采取了一系列岸線資源及岸坡植被恢復(fù)、底質(zhì)生境改良、排口原位凈化及兩岸濱水河流生態(tài)廊道建設(shè)等措施。這些分區(qū)較好的協(xié)同效應(yīng)從側(cè)面說明了工程舉措初見成效。

協(xié)同效應(yīng)處于弱協(xié)同或不協(xié)同等級(jí)的分區(qū)，主要聚集在錫澄運(yùn)河以東、長(zhǎng)江以南“三角區(qū)”。它們的特征主要分為以下3種情況：

（1） 水環(huán)境、沉積物子系統(tǒng)均較好但水生態(tài)子系統(tǒng)較差。Ⅳ-03在豐水期就屬于這一類型，該分區(qū)沉積物重金屬污染較少但底棲動(dòng)物物種較為單一，結(jié)合實(shí)際污染排放情況推測(cè)可能存在未監(jiān)測(cè)的障礙因子。分區(qū)范圍內(nèi)錫澄運(yùn)河沿岸的江陰市青陽鎮(zhèn)存在部分水產(chǎn)養(yǎng)殖，污染累加效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致底質(zhì)氮磷富集，底棲動(dòng)物繁衍或許因此受限，阻礙了水生態(tài)子系統(tǒng)的向好發(fā)展。

（2） 分區(qū)水環(huán)境、沉積物子系統(tǒng)其中之一處于較優(yōu)狀態(tài)，水生態(tài)子系統(tǒng)主要受其中不良的子系統(tǒng)影響，為Ⅳ-04、Ⅳ-05。以Ⅳ-04為例，該區(qū)域位于江陰市主城區(qū)澄江街道，人口密集，部分城鎮(zhèn)污水未得到有效收集處理，直排或溢流入錫澄運(yùn)河、東橫河，枯水期河道自凈能力減弱，城鎮(zhèn)生活污染影響了水生動(dòng)物的繁衍［38］；分區(qū)內(nèi)江陰高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)內(nèi)新材料、精密機(jī)械、電子信息、半導(dǎo)體等產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)，豐水期沉積物重金屬對(duì)底棲動(dòng)物產(chǎn)生抑制乃至毒害作用［39］，水生態(tài)子系統(tǒng)嚴(yán)重受損。

（3） 3個(gè)子系統(tǒng)發(fā)展方向一致但現(xiàn)狀均較差，為Ⅳ-07。Ⅳ-07的IWQ、IR均是區(qū)域最差，生態(tài)子系統(tǒng)也處于中下水平。該分區(qū)涵蓋江陰市工業(yè)發(fā)達(dá)的周莊鎮(zhèn)、華士鎮(zhèn)、新橋鎮(zhèn)，分布有各類鄉(xiāng)鎮(zhèn)工業(yè)集聚區(qū)，涉及鋼鐵、紡織和金屬制品等行業(yè)。Ⅳ-07較差的協(xié)同效應(yīng)是由其優(yōu)越的經(jīng)濟(jì)條件與惡劣的水生態(tài)環(huán)境之間的矛盾所導(dǎo)致。

2.3" 基于協(xié)同效應(yīng)分布特征的精細(xì)化管控思路

研究區(qū)域具有中協(xié)同或強(qiáng)協(xié)同效應(yīng)的分區(qū)，可視為其生態(tài)功能發(fā)揮較好，水生態(tài)子系統(tǒng)協(xié)同向好發(fā)展趨勢(shì)，在實(shí)施生境治理和水生態(tài)修復(fù)措施時(shí)，二者相輔相成，可達(dá)到更好的環(huán)境效益。

而對(duì)于協(xié)同效應(yīng)較弱的分區(qū)，其水生態(tài)系統(tǒng)受到一定破壞，不能較好地發(fā)揮生態(tài)功能，系統(tǒng)內(nèi)各子系統(tǒng)失去了原本的平衡性、和諧性。分區(qū)作為水質(zhì)目標(biāo)管理向水生態(tài)健康管理拓展的基礎(chǔ)管理單元［40］，有助于針對(duì)具有相似屬性的區(qū)域開展研究并實(shí)施精細(xì)化管理措施。因此需制定分區(qū)分類管控計(jì)劃，以改善分區(qū)水生態(tài)系統(tǒng)不良狀態(tài)。

（1） 水環(huán)境子系統(tǒng)、沉積物子系統(tǒng)均處于較優(yōu)水平，但水生態(tài)子系統(tǒng)狀況較差導(dǎo)致協(xié)同效應(yīng)較弱的（如Ⅳ-03），需增補(bǔ)分析沉積物中氮磷污染物生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，加強(qiáng)對(duì)水生生物的觀測(cè)頻次，進(jìn)一步明確水生生物多樣性發(fā)展的制約因素后，制定后續(xù)治理/修復(fù)計(jì)劃，同步調(diào)控生態(tài)水位，確保水生生物的棲息不受影響。

（2） 水環(huán)境子系統(tǒng)、沉積物子系統(tǒng)其中之一處于較優(yōu)狀態(tài)，生態(tài)子系統(tǒng)主要受其中不良的子系統(tǒng)影響導(dǎo)致協(xié)同效應(yīng)較弱的（如Ⅳ-04、Ⅳ-05），依據(jù)不同水期污染特征，對(duì)水環(huán)境、沉積物中情況較差的子系統(tǒng)進(jìn)行針對(duì)性治理，水環(huán)境方面應(yīng)提升污水收集處理能力，根據(jù)污水溢流情況的不同采取相應(yīng)的污染控制策略，沉積物方面應(yīng)進(jìn)行底質(zhì)修復(fù)與改造，因地制宜種植水生植物［41］，吸附去除Cd、Cu等重金屬。

（3） 3個(gè)子系統(tǒng)發(fā)展方向一致但現(xiàn)狀均較差導(dǎo)致協(xié)同效應(yīng)較弱的（如Ⅳ-07），這類區(qū)域已形成不良的水生態(tài)子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和影響體系，需先行采取水質(zhì)、沉積物重金屬污染的整治措施，持續(xù)改善生境，待水環(huán)境子系統(tǒng)和分區(qū)沉積物子系統(tǒng)情況均有明顯好轉(zhuǎn)且水生生物種群結(jié)構(gòu)穩(wěn)定一段時(shí)間后，再行采取水生態(tài)修復(fù)措施。

3" 結(jié) 論

（1） 時(shí)間上，豐水期水生態(tài)子系統(tǒng)間協(xié)同效應(yīng)較枯水期更為強(qiáng)烈，這是由于豐水期河道水量豐沛、水溫升高，水質(zhì)狀況良好，適宜的生境使多數(shù)浮游動(dòng)物形成了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的群落，弱化了水流沖擊，底棲動(dòng)物則受水期更替影響較小，水生生物多樣性更豐富。

（2） 空間上，Ⅲ級(jí)區(qū)協(xié)同效應(yīng)顯著。中協(xié)同及以上等級(jí)的分區(qū)主要分布在太湖濱湖和望虞河沿岸處，分區(qū)水環(huán)境治理和水生態(tài)修復(fù)工程舉措初見成效，3個(gè)子系統(tǒng)呈現(xiàn)耦合向好趨勢(shì)。弱協(xié)同或不協(xié)同等級(jí)的分區(qū)聚集于錫澄運(yùn)河以東、長(zhǎng)江以南的 “三角區(qū)”，由污染類型不同可分為3種情況：① 分區(qū)環(huán)境、沉積物子系統(tǒng)較優(yōu)但生態(tài)子系統(tǒng)較差；② 分區(qū)環(huán)境、分區(qū)沉積物子系統(tǒng)中一優(yōu)一差，生態(tài)子系統(tǒng)較差；③ 3個(gè)子系統(tǒng)發(fā)展方向一致但現(xiàn)狀均較差。

（3） 具有中協(xié)同或強(qiáng)協(xié)同效應(yīng)的分區(qū)，其生態(tài)功能發(fā)揮較好，在實(shí)施生境治理和水生態(tài)修復(fù)措施時(shí)可達(dá)到更好的環(huán)境效益；而對(duì)于協(xié)同效應(yīng)不強(qiáng)的分區(qū)，需制定分區(qū)分類管控計(jì)劃，以改善分區(qū)水生態(tài)系統(tǒng)不良狀態(tài)。

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（編輯：劉 媛）

Synergistic effect evaluation on water ecosystem in western area of Wangyu River

CHANG Wenjie1，2，3，LIU Yuan1，2，PANG Yong3，SHU Ruiqi1，2，XU Ruichen3

（1.Jiangsu Environmental Engineering Technology Co.，Ltd.，Nanjing 210019，China；" 2.Jiangsu Province Engineering Research Center of Standardized Construction and Intelligent Management of Industrial Parks，Nanjing 210019，China；" 3.College of Environment，Hohai University，Nanjing 210024，China）

Abstract：

The overall management of the water ecosystem is the key and difficult point in water ecological environment protection in the new era.The mechanism of the water ecosystem is complex，and each subsystem has a close influence and feedback relationship.It is very important to clarify the synergy mechanism among water ecosystem subsystems.Therefore，the water ecological environment functional zoning （zoning for short） on the west bank of Wangyu River was taken as the evaluation unit，and the three subsystems of water environment，sediment，and water ecology were taken as the research objects.Based on the measured data of the high-flow and low-flow seasons in 2019，a synergistic effect model was established to quantify the synergistic effect among the research objects in the evaluation unit，explore its spatial and temporal differences，and identify its main limiting factors.The results demonstrated that： ① The environmental condition in the high-flow season was more conducive to the growth of zooplankton and the dilution of pollutants in the water，then the synergistic effect was stronger than that in the low-flow season.② The sub-regions with moderate synergy and strong synergy were distributed in the shore area of Taihu Lake and Wangyu River，which showed that the water ecological environment management and restoration projects in these sub-regions had achieved initial results，and the coupling of the three subsystems tended to be good.The sub-regions with light synergy and non-synergy were clustered in the \"triangle area\" which was in the east of the Xicheng Canal and south of the Changjiang River.Referring to the evaluation results to take precise actions based on different functional zones and classifications can improve the implementation efficiency of pollution prevention and control as well as ecological restoration measures in the western area of Wangyu River.

Key words：

water ecological and environment functional zone； synergistic effect； spatial and temporal distribution characteristics； Wangyu River