河流生态评价研究进展

　　摘要：近年来河流生态现状评价成为研究的重点。很多新理论、新方法被应用到研究中。河流生态学的研究应在流域尺度上展开，结合河流健康及生态完整性进行河流生态系统评价。本文综述了国内外的相关研究，着重从河流健康、河流生态完整性、河流生态系统管理以及流域生态学等几个热点方向作了详细论述。
　　关键词：河流生态；生态评价；生态健康；生态完整性
　　
　　传统的河流生态评价是以物理、化学指标为基础，通过对各指标的分析来反映河流系统所处的环境条件状况，后来发现这种评价并不能有效地反映河流生态系统的状态，因为它实质上说明的是生态系统所面临的环境压力，而不是生态系统对环境条件变化的反应及受到的影响。
　　从现今发展来看，采用生物指标进行河流生态评价，已成为了一种趋势，生物指标覆盖了个体、种群、群落和生态系统等多个层次，涉及到浮游生物、底栖生物和鱼类等物种。理想的生物指标包括以下特征：易于测量，与河流健康有很强的相关性，能够提前预警，或者诊断造成健康破坏的原因。Cairns等人认为有三种类型的指示物：早期预警指示物，暗示河流健康状态的衰退；依从指示物，显示在允许的范围内背离自然状况的情况[1]；诊断指示物，显示造成背离自然状况的原因。目前，尽管有许多可供选择的生物指标，使用最普遍的是大型底栖动物[2]，其次是鱼类[3]和植物[4]。生物指标被分为几种[5]：物种丰富度、营养组成、鱼类的丰富度和环境条件。
　　1美国河流生态评价的生物判别标准
　　1.1生物标准的作用
　　生物判别标准要求直接测量水生物群落的结构和功能来测定生物的完好性和生态功能。它们是化学和毒理的方法的补充而不是替代。美国EPA的策略是生物调查方法要与毒理和化学的评价方法完全结成一体，用化学判别标准、排水总毒性和生物标准分别独立地用于评价达不到用途要求的水体。生物标准提供生物资源受到化学和物理因素影响和危害的直接而有效工具。
　　1.2水生态生物标准的制定
　　生物标准可以用文字说明也可以是数值来描述用于支持水生物的水体水生物群落的生物完整性。这个指标的制订是假设人类活动对水体的影响也包括对水生物群的损害，影响越大损害越大，另一个假设是，地表水未受人类活动影响，其生物群未受损害。未受人类活动影响的水生物群体的结构和功能计量测定指标定义为生物完好性，并以此为生物完好性的判别指标。
　　缅因州的法规只用最简单的表达方式规定生物完整性，如“和天然状况一样”“不能有害于”。对取样和数据分析及解释的规定作为法规的支持文件[6]。
　　阿肯色州的规定是“河流应支持天生的和引入的鱼类和其他水生物群体。鱼类群体的特征应为有限比例的敏感物种。在标准中还把主要应存在的鱼种一一列出，作为判断根据[6]。
　　俄亥俄州用数值规定生物指标，标准为在生态区内的参照点的生物指数的第25百分比段。温水栖息地定在参照点指数的第75百分段。俄亥俄州的法规在使用了生物标准对水体用途分类及水质评价最广泛的。使用生态区参照点的方法制定俄亥俄州的生物标准。在五个生态区里，每个区用三个生物指数（两个鱼群的和一个大型底栖动物）导出生物标准。成功地把生物标准用于证明水质满足水生物的生活要求和用在发现以前未发现或为肯定的不和要求的水体上。结合生物标准和化学标准所发现的不合标准的水体的数量，是仅用化学标准发现的两倍[6]。
　　1.3生物监测
　　生物标准的一个关键要素是反映地表水中的生物群体的特征。生物标准是通过生物调查来制定的，提供了直接的测量水生物群体的结构和功能。
　　生物监测调查有几个重要步骤，根据水体状况和调查目的选定代表性生物种群，选择参照点和取样点，进行生物调查收集数据，对数据进行统计分析。鱼、大型底栖动物、藻类和浮游动物是最普通的用于生物评价的物种。种群的选择并非一成不变，取决于要评价的水生态系统和受损害的类型。流动的淡水长选用大型无脊椎动物和鱼。植物常用在湿地，藻类常用于湖泊和河口的富营养化评价中。在海水系统中，大型底栖动物和水下植物可作为重要种群。多组分，多物种的体系可靠性较为高。
　　生物评价是评价调查人类活动引起生物相异于自然状态的变化。制定生物指数有很多不同方式。没有一种指数可以通用而且又没有偏差。在区别污染和生物完好性受到破坏的程度时，必需使用统计的方法。二十年来有两种方法用于生物监测，并已经成为水质监测工具。
　　1.4河流生态评价体系—两种指数
　　用于评价水体生态系统的健康状况的生物评价体系有很多种，在美国使用较多的有两种。即无脊柱动物预测和分类系统RIVPACS（RiverInvertebratePredictionandClassificationSystem）[7]，生物完整性指数IBI（IndexofBiologicalIntegrity）。
　　虽然在概念上和分析细节上不同，二者有下述共同之处：1）以生物终端为重点来定义水质状况。2）用地区的有关参照条件作为对比根据。3）将相似环境特征分类。4）评价人类活动引起的变化和破坏。5）需要有标准化的取样和、实验和分析方法。6）用数值评分来反映取样点的生物状况。7）规定状态的分类来代表水体的状况。8）最终落实在提供管理决定所需信息。
　　2IBI(IndexofBiologicalIntegrity)评价研究现状
　　IBI是一个衡量经济和人体健康的多面指数，综合了多个指数对河流及整个流域的生态健康进行测量及信息的表达[8]。生态系统完整性主要就是对生物完整性的关注[9]。人类活动对水资源生物完整性的干扰主要体现在5个方面：水质、栖境质量、水文、能量来源和生物之间的相互作用[10]。Karr认为生态系统健康就是生态完整性好，并率先在河流的评价中建立和使用了生物完整性指数。
　　IBI是Karr在1981年提出的，最初是以鱼类为研究对象建立的，IBI是分析鱼群的常用方法，又称F-IBI，共有十二个测量指标[10]。六个用作种群和丰度的评价：鱼种的数目；darter鱼种的数目；sucker鱼种的数目；sunfish鱼种的数目；忍受性差的鱼种的数目；greensunfish的比例。三种营养级组成的计测：杂食动物的比例；食虫动物的比例；食鱼动物的比例。三种概括鱼数量和状况的计量：样品中个体的数量；杂种鱼的比例；有病个体的比例。每个测量用1、3、5（坏、中、好）评分，取决于和参照点比较的情况。然后把12个分数相加作为总的来说生物指数。
　　Karr的基本思想一直为后来的研究者所普遍接受，逐渐被应用于大型底栖动物、藻类、浮游生物，湿地、溪流和河口地区的高等维管束植物。此后，在研究生态完整性在水资源管理中的重要性时，认为生态系统完整性是一种生态质量，处于完整的和很少需要外部支撑的没有遭受分割的状态。
　　IBI自提出至今，经过了20余年的应用、验证和改进，现已成为美国联邦政府开展生物监测的基础。在全球各大洲，鱼类生物完整性指数(F-IBI，Fish-IBI)已广泛应用于基础科学研究、资源管理、环境工程评价、政策和法律的制订，也被许多环保自愿者组织所采用。而底栖动物完整性指数(B-IBI，Benthic-IBI)也已在全球得到广泛使用。IBI可以反应化学污染物的生物效应及人类活动对流域或景观的影响，可以作为水资源调查过程中生物资源调查的工作框架。在巴西，SILVEIRA利用Shannon指数、BWMP记分系统、EPT%、EPT的相对丰度组成B-IBI指数评价巴西东南部河流健康状况[11]。在法国，IBI被用来评价SeineRiver流域受渠道化、农业排放和城镇化后的累积影响，以及蛙鱼养殖业对溪流生态系统的影响。在印度，用F-IBI指数来评价受到重金属和有机污染的Khan和Kshipro河流的健康[12]。在干旱的墨西哥中西部，IBI被用来评价土地的不同使用方式对溪流生态系统的影响。在日本，已利用鱼类和无脊椎动物建立IBI-J(indexofbiologicalintegrityforJapanesestreams)指标体系用于评价大阪溪流生态系统的健康。韩国在90年代初期已开始采用底栖动物类群的耐污值和生物指数评价水质[13]。在美国，所有的州都开始使用多度量法进行水质生物评价，用底栖动物进行评价的有48个州，用渔类进行评价的29个州，用藻类进行评价的4个州，使用1个以上生物类群进行水质评价的有26个州[14]。已建立的多度量指数有：佛罗里达州建立的SCI指数（StreamConditionIndex）[15]，沿大西洋中部海岸平原（Mid-AtlanticCostalPlain）的CPMI指数（CostalPlainMacroinvertebrateIndex）[16]等。美国的马里兰州建立了SS-IBI（streamsalamanderindexofbioticintegrity）评价水生态系统的健康状况[17]。目前，美国EPA对生物评价的重心已开始转向对生态系统的健康评价上来，IBI评价法已成为其水体生物监测的基础。
　　综上所述，开展河流生态系统的生态学研究是流域生态学研究的重要基础。如包括鱼在内的水生生物不仅能净化水质，而且其生物多样性还随流域内陆地生态系统的土地利用状况而变化，是流域环境质量的指示生物。因此只有在充分了解河流生态系统生态因子间相互关系的基础上，才能进一步了解流域内水陆系统间的关系，从而在流域的高度上展开河流生态系统管理的综合研究。
　　参考文献
　　[1]CairnsJ.,McCormick.V,Developinganecosystembasedcapabilityforecologicalriskassessments,TheEnvironmentProfessional,1992,14,186-196.
　　[2]ReshV.H,JacksonJ.K,Rapidassessmentapproachestobiomonitoringusingbenthicmacroinvertebrates,FreshwaterBiomonitoringandBenthicMacroinvertebrates(EdsD.M.RosenbergandV.H.Resh),Chapman&Hall,NewYork,1993,195-233.
　　[3]HarrisJ.H.,Theuseoffishinecologicalassessments,AustralianJournalofEcology,1995,20,65-80.
　　[4]WhittonB.A.,KellyM.G.,Useofalgaeandotherplantsformonitoringrivers,AustralianJournalofEcology,1995,20,45-56.
　　[5]CranstonP.S.,FairweatherP.,Biologicalindicatorsofwaterquality.IndicatorsofCatchmentHealth,ATechnicalPerspective(EdsJ.WalkerandD.J.Reuter),CSIROPublishing,Melbourne,1996,143-154.
　　[6]www.epa.com
　　[7]王备新，杨莲芳：“大型底栖无脊椎动物水质快速生物评价的研究进展”，《南京农业大学学报》，2001，24(4)，107-111。
　　[8]RyanS.King,CurtisJ.Richardson,IntegratingBioassessmentandEcologicalRiskAssessment,AnApproachtoDevelopingNumericalWater-QualityCriteria.EnvironmentalManagement,2003,31,795-809.
　　[9]ReynoldsonTB,NorrisRH,ReshVH,Thereferencecondition:acomparisonofmultimetricandmultivariateapproachestoassesswater-qualityimpairmentusingbenthicmacroinvertebrates,JNAmBentholSoc,1997,16(4),833-852.
　　[10]KarrJR,EWChu,Sustaininglivingrivers,Hydrobiologia,2000,422/423,1-14.[10]KarrJR,Assessmentofbioticintegrityusingfishcommunities,Fisheries,1981,6(6),21-27.
　　[11]M.P.Silveira,Applicationofbiologialmeasuresforstreamintegrityassessmentinsouth-eastBrazil.EnvironmentalMonitoringandAssessment,2005,101,117-128.
　　[12]GanasanV,HughesRM,Applicationofanindexofbiologicalintegrity(IBI)tofishassemblagesoftheriversKhanandKshipra(MadhyaPradesh),India,FreshwaterBiology,1998,40,367-383.
　　[13]YoonIB,KongDS,RyuJK,Studiesonthebiologicalevaluationofwaterqualitybybenthicmacroinvertebrates-Saprobicvalencyandindicativevalue,KoreanJEnvironBiol,1992,10(1),24-39.
　　[14]KarrJR,EWChu,Sustaininglivingrivers,Hydrobiologia,2000,422/423,1-14.
　　[15]BarbourMT,GerritsenJ,GriffithGE,AframeworkforbiologicalcriteriaforFloridastreamsusingbenthicmacroinvertebrates,JNAmBentholSoc,1996,15(2),185-211.
　　[16]MaxtedJR,BarbourMT,GerritsenJ,Assessmentframeworkformid-Atlanticcoastalplainstreamsusingbenthicmacroinvertebrates,JNAmBentholSoc,2000,19(1),128-144.
　　[17]MarkTSoutherland,RobinEJung,DavidPBaxter,StreamsalamandersasindicatorsofstreamqualityinMaryland,USA.AppliedHerpetology,2004,2,23-46.