第1章 流域水生态系统健康评价研究概况
全世界淡水生态系统在近一个世纪发生巨大变化，水体污染和栖息地丧失导众多水生生物生存受到威胁。全球964 种水鸟中有 203 种（21%）现已灭绝或处于受危状态，此外37% 的淡水哺乳动物、20% 的淡水鱼类、43%的栖动物、50% 的淡水角类以及43%的鳄鱼都已处于受危、濒危或灭绝状态。我国淡水生物也表现出严重的退化趋势，以长江为例， “四大家鱼”鱼苗量急剧下降，由20世纪50年代的300 多亿尾降为目前的不足1亿尾，上游的金沙江目前也仅能监测到历史上143种鱼类中的17 种，其中还包括3种外来种，濒危物种白暨豚已经消失多年，江豚和中华解等物种也岌岌可危。究其原因，人口增长和经济发展加快两大因素是导致江河、湖泊中水生生物数量锐减的主要间接驱动力，而导致水生态系统退化的主要直接驱动力则包括基础设施过度开发、土地围垦、污染、过度捕捞以及外来物种的引入等。
随着淡水生物生存条件的恶化，河流、湖泊处于何种状态逐渐受到关注，由此流域健康的概念应运而生。美国《清洁水法》(Clean Water Act) 将流域健康定义为水体能够恢复和保持其化学、物理和生物完整性 (Karr，1999)。尽管目前对流域健康的定义还没有成共识，但大多数学者都认为流域健康应包括两方面的内容：一方面水体需要维持自身的生存，即流域水生态系统结构与功能的完整性；另一方面水体可以为人类提供服务，即流域社会服务功能的实现。流域水生态系统健康评价是联系水生态系统研究与管理决策的关键环节，其目的是全面认识水生态系统的现状与变化趋势，用通俗易懂的方式向决策者和公众提供生态信息，以减少或消除水生态系统管理的不科学性，并以此为基础开展水体生态修复与恢复，以实现流域水生态系统的可持续发展。
受污染水体已越来越被公众重视，简单的物理或化学指标水体监测并不能反映更多的生态信息，而水生生物可以反映更长期的污染特征、难以监测分析的污染物的影响以及综合影响等信息。早在19 世纪，Nylander(1866) 就肯定了地衣对城市环境变化敏感性。此后，利用生物指标进行生态系统评价的方法被引入水生态系统健康评价中。纵观流域水生态系统健康评价发展历程，大体可以分为3 个阶段。
第一阶段主要是利用水生生物的生物学和生态学属性信息进行水体评价。20世纪初期，德国学者首先提出了“污水生物系统”(saprobien system)，这是人们最早利用水生生物对河流有机污染的敏感性进行水体评价。其理论基础是，河流受到有机物污染后污染源下游的一段流程里，会发生自净，即随河水污染程度的逐渐减轻。生物种类出发生变化，在不同的河段出现不同的生物种类。据此，可将河流依次划为4个带:α-中污带、β-中污带(即甲型、乙型中污带)和寡污带，每个带都有各自的物理、化学和生物待征。但随着对水体生物认识的不断深人，在清洁的水体中也会发现存在着耐污性物种，而污染严重的水体中也会出现敏感性生物。生物种类的分布又受到地区和各种环境因素的限制，因此对于利用污水生物系统指示水体污染状况的可靠性，尚存分歧。
第二阶段利用生物指数计算、模型分析等数理统计手段成为主流。随着 20 世纪六七十年代统计分析方法的不断进步，涌现出了大量的水生生物评价指数，如生物指数 (biotic indices，BI)、香农-威纳多样性指数 (Shannon- Wienerdiversity index)等。这些生物评价指数有别于之前利用水生生物物种生态属性的评价方法，而是更多地考虑了水生生物群落结构与功能特征。自20 世纪 80 年代以后，水体评价从单一生物指数逐渐向多参数或综合参数的生物指数过渡。Karr (1981) 在运用大量生物参数的基础上开发了一种新的复合指数，即生物完整性指数 (index of biological integrity，IBI)。这个指数拥有很强的适用性，在世界范围内的各种水体都有所应用，还有很多类似的复合指数，如鱼类集聚完整性指数 (fish assemblage integrity index，FAII)、营养完全指数 (index of trophic completeness，ITC)等。同时，人们逐渐认识到河流生物群落具有整合不同时间尺度上各种化学、生物和物理影响的能力，生物群落的结构和功能能够反映诸如化学品污染、物理生境丧失、外来物种入侵、水资源过量消耗、河岸带植被过度采伐等干扰压力，水生生物也成为流域健康评价的核心内容。由此以水生生物要素为核心，综合考虑水文、水化学、物理生境、景观等要素的流域综合评价方法逐步形成并完善。
第三阶段则是依靠于当前不断发展的各类生物新技术、新手段、新方法等，从水生生物个体生理、分子水平去评价水生态系统的健康状况。例如，通过分析水体及水生生物体内含污量、关键生理指标活力水平进行水体环境评价，这在鱼类、大型底栖动物方面的研究较多。此外也有通过分析水体环境DNAD(environmental DNA，eDNA)反映的生物信息，对河流进行健康评价。目前这一研究方向刚刚起步，在评价指标、评价标准等许多方面还需要不断完善。
参考来源：张远等著. 中国重点流域水生态系统健康评价[M]. 北京：科学出版社, 2019.
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