撓力河流域河流生境質(zhì)量評價

撓力河流域河流生境質(zhì)量評價

生境被稱為“生態(tài)模式”，生境特征與生物多樣性密切相關(guān)。河流生境,又稱河流生物棲息地,一般是指河流生命物質(zhì)賴以生存的局地環(huán)境,如淺灘、深塘,卵石、水草,枯落物、倒木,沙礫或淤泥底質(zhì)等,它們在河流演化的區(qū)域背景上形成、并構(gòu)成河流生命物質(zhì)的基礎(chǔ)支持系統(tǒng),是河流生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分。也有學(xué)者認(rèn)為,河流生境是為河流生物提供生活環(huán)境的相關(guān)物理、化學(xué)和生物條件的綜合。國外開展河流生境評價工作較早,使用的方法和指標(biāo)各有不同,如,Parsons和Norris采用淺灘、河岸、池塘、巖石和大型植物等指標(biāo)評價河流生境;美國環(huán)保署(EPA)推薦的河流快速生物評價中包括河流底質(zhì)、流量、河道形態(tài)及其變化、河岸穩(wěn)定性、河岸植被及保護(hù)等10項(xiàng)生境評價指標(biāo),澳大利亞的ISC指數(shù)中包含河流水文(與自然狀態(tài)比較的徑流季節(jié)動態(tài)、城市化比例和水電站瀉流)、物理形態(tài)(岸坡穩(wěn)定性、河床蝕積、人工屏障、粗木屑的來源和數(shù)量)、河岸植被(河岸植被類型、寬度、縱向連續(xù)性、群落完整性、鄉(xiāng)土種比例、再生能力、濕地和洼地狀況)、以及水質(zhì)(總磷、混濁度、電導(dǎo)率和pH值)等4大類共20項(xiàng)指標(biāo)。總之,目前國內(nèi)外河流生境評價還沒有形成統(tǒng)一的方法和標(biāo)準(zhǔn)。本研究在參考美國EPA的快速生物評價、澳大利亞的ISC指數(shù)以及國內(nèi)學(xué)者鄭丙輝等相關(guān)成果基礎(chǔ)上,結(jié)合撓力河流域環(huán)境特點(diǎn),對影響和制約河流生物的環(huán)境條件進(jìn)行精選,建立相應(yīng)的評價指標(biāo)及標(biāo)準(zhǔn),進(jìn)行撓力河流域河流生境質(zhì)量評價研究,以期為河流健康與流域生態(tài)綜合管理提供依據(jù)。1學(xué)習(xí)方法1.1生態(tài)氣候條件撓力河流域位于中國東北地區(qū)黑龍江省三江平原東南部,地理位置在131°31′—134°10′E,45°43′—47°35′N之間(圖1),流域面積2.36×104km2,其中,山地占38.3%,平原占61.7%。氣候?qū)儆跍貛駶櫚霛駶櫞箨懶约撅L(fēng)氣候區(qū),多年平均氣溫3.5℃,多年平均降水量518mm。在過去的50a中,由于人口增長和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要,大量濕地被排水疏干轉(zhuǎn)化為農(nóng)田,全流域耕地面積由1954年的2.06×102km2增加到2000年的1.44×103km2。目前,該區(qū)已成為三江平原主要產(chǎn)糧區(qū)和國家重要商品糧基地。與此同時,由于農(nóng)業(yè)開發(fā)、廢水排放、礦山開采等帶來的水域污染及富營養(yǎng)化威脅也與日俱增,流域與河流生態(tài)出現(xiàn)退化趨勢。1.2質(zhì)量調(diào)查方法在全流域考察和河段樣點(diǎn)斷面設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上,于2007-07-16—30進(jìn)行撓力河流域6個河段共21個樣點(diǎn)的河流生境質(zhì)量調(diào)查(圖1)。河流生境質(zhì)量調(diào)查方法是:沿著每個長約290m的樣點(diǎn)河段,從下游到上游步行,調(diào)查、測量和記錄河流水量充滿河道的程度,水面寬度和平均深度,河水顏色、氣味和混濁度,水流平均速度,河道寬度和深度、河道生境組成結(jié)構(gòu)、河岸侵蝕程度、河岸植被蓋度和組成,河岸人類活動情況、周圍土地利用以及水工設(shè)施等多項(xiàng)指標(biāo);同時使用GPS記錄每個樣點(diǎn)的起點(diǎn)、終點(diǎn)和中點(diǎn)的經(jīng)緯度坐標(biāo)并拍攝景觀照片。同期進(jìn)行河水理化指標(biāo)的監(jiān)測和水生大型無脊椎動物樣品采集。1.3河流棲息地的質(zhì)量評價1.3.1生境特征指標(biāo)參考相關(guān)國內(nèi)外河流生境質(zhì)量評價指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn),結(jié)合流域環(huán)境特點(diǎn),建立撓力河流域河流生境質(zhì)量評價的指標(biāo)系統(tǒng)和評分標(biāo)準(zhǔn)(圖1)。該指標(biāo)系統(tǒng)包括河水、河道及人類干擾等3大項(xiàng)目共11項(xiàng)評價指標(biāo),每一項(xiàng)指標(biāo)又分別由一項(xiàng)或多項(xiàng)指標(biāo)構(gòu)成。首先,河水項(xiàng)目中,水量采用的是單項(xiàng)指標(biāo),用水量占河道的百分比來表示,以反映水生生物可利用水資源的供應(yīng)程度;為了綜合反映河流水質(zhì)狀況,水質(zhì)指標(biāo)采用了由8個基本水質(zhì)參數(shù)進(jìn)行模糊綜合評價(FSE)的得分值;速度與深度組合也是一項(xiàng)綜合指標(biāo),反映的是水動力狀況和水環(huán)境結(jié)構(gòu),也是影響水生生物群落組成和結(jié)構(gòu)的重要條件。其次,在河道項(xiàng)目中,河床寬深比是一項(xiàng)形態(tài)指標(biāo),依據(jù)邊緣效應(yīng)理論,一般來講,其值愈大,生物多樣性愈豐富;生境多樣性是一項(xiàng)結(jié)構(gòu)指標(biāo),多樣化的生境意味著可以為水生生物提供多樣化的生存、繁衍和棲息環(huán)境,減少生存競爭并應(yīng)對各種不利或?yàn)?zāi)害因素;河岸侵蝕率是一項(xiàng)綜合反映河道穩(wěn)定性、水流動態(tài)以及河流蝕積平衡的重要指標(biāo),一直為河流和流域生態(tài)環(huán)境研究者所重視;河岸植被對于河流生態(tài)系統(tǒng)具有重要影響,茂密的河岸林被不僅可以遮蔭、滯塵和截留污染物質(zhì),調(diào)節(jié)水流并營造特有小生境,而且還在重力和風(fēng)力作用下,不斷向河水中輸入大量的枯枝、落葉、果實(shí)和花粉等有機(jī)物,成為河流中異養(yǎng)生物的食物和能量來源。植被蓋度和結(jié)構(gòu)是反映河岸植被特征的不可缺少的生境評價指標(biāo)。第三,人類干擾活動主要包括河岸帶范圍內(nèi)的廢水排放、垃圾或肥料的堆放、捕魚、畜牧、交通、旅游等活動,河流兩側(cè)的土地利用類型,以及流域土地利用和土地覆被格局和動態(tài)變化等。此外,河流水工設(shè)施,包括水庫、堤壩、閘涵、港口、揚(yáng)水和排水設(shè)施,河道取直和加固等的建設(shè),也會對河流產(chǎn)生重要影響,因而確定為河流生境質(zhì)量評價的指標(biāo)之一。1.3.2河流生境質(zhì)量評價針對每一項(xiàng)指標(biāo),按照質(zhì)量差異進(jìn)行了分級,并采用5分制建立相應(yīng)的評分標(biāo)準(zhǔn)(表1),在11項(xiàng)評價指續(xù)表標(biāo)中,除了最后一項(xiàng)——水工設(shè)施,有則減去1分之外,其余10項(xiàng)指標(biāo),均可按照質(zhì)量由好到差,分成5個等級,按照模糊隸屬度原則,為每一項(xiàng)指標(biāo)實(shí)測值評分,最好為5分,最差為1分,將全部10項(xiàng)指標(biāo)的得分累計(jì)求和,得到河流生境質(zhì)量指數(shù)(indexofsteamhabitatquality,簡稱ISHQ)總得分。10項(xiàng)指標(biāo)滿分為50分。參照An等采用的生境質(zhì)量分級方法,即,根據(jù)ISHQ分值的分布范圍(0—50),小于25%分位數(shù)值的為優(yōu)等,介于25%和40%之間的為良好,介于40%和55%之間的為一般,介于55%和70%之間的為較差,大于70%分位值的為最差,以此劃定河流生境質(zhì)量分級標(biāo)準(zhǔn)(表2)。2結(jié)果和分析2.1河流生境指標(biāo)根據(jù)所確定的各項(xiàng)指標(biāo)及相應(yīng)的評分標(biāo)準(zhǔn),對撓力河流域21個樣點(diǎn)的各項(xiàng)生境指標(biāo)進(jìn)行賦分,計(jì)算得到21個樣點(diǎn)的河流生境質(zhì)量分值(ISHQ值)(表3)。2.2河流生境質(zhì)量較差等級分析撓力河流域21個樣點(diǎn)的河流生境質(zhì)量指數(shù)分值介于21—44之間(表3)。根據(jù)上述生境質(zhì)量分級標(biāo)準(zhǔn)對樣點(diǎn)進(jìn)行的生境質(zhì)量分級顯示,在全流域21個樣點(diǎn)中有10個樣點(diǎn)的生境質(zhì)量處于優(yōu)等或良好等級,占47.6%;7個樣點(diǎn)為一般等級,占33.3%;4個樣點(diǎn)為較差等級,約占19.1%;沒有最差等級的樣點(diǎn)(表4)。而鄭丙輝等采用類似方法對遼河流域河流生境評價的結(jié)果:全流域36%的監(jiān)測點(diǎn)生境質(zhì)量處于較好或好等級,22%為一般等級,約42%為較差或差等級,相比之下,撓力河流域河流生境質(zhì)量整體狀況良好。但是,也有個別樣點(diǎn)(如B05等)的生境質(zhì)量較差。進(jìn)一步分析河流生境質(zhì)量差異的原因發(fā)現(xiàn),生境質(zhì)量為優(yōu)等或良好等級的樣點(diǎn)均處于撓力河支流或干流的上游,其中,屬于優(yōu)等水平的B01、Q01、Q02、Q03和Q04等樣點(diǎn)位于支流上游的山區(qū),人類活動較少,周圍均為茂密的森林植被;較差等級的樣點(diǎn)B04、B05、803和N05,主要位于支流下游或干流中游,大多臨近居民點(diǎn),特別是在其河岸區(qū)域缺乏有效的植被緩沖帶。較差的河流生境主要表現(xiàn)為河岸平直,底質(zhì)單一,多為細(xì)沙或淤泥質(zhì),水流形式單一,自然植被覆蓋度低,河岸侵蝕嚴(yán)重,河水渾濁或有腥臭味,河岸人類活動密集,土地開發(fā)利用強(qiáng)烈等特征。3討論3.1結(jié)果分析和統(tǒng)計(jì)分析本研究作為以生態(tài)完整性為核心理念的河流健康評價項(xiàng)目的組成部分,河流生境評價系統(tǒng)中包含有河流水質(zhì)綜合評價子系統(tǒng),而河流生境評價系統(tǒng)又是更高一級的河流健康(生態(tài)完整性)評價系統(tǒng)的子系統(tǒng)。因此,本研究在完成河流水質(zhì)模糊綜合評價、河流生物完整性評價和河流生境質(zhì)量評價基礎(chǔ)上,進(jìn)行河流生境質(zhì)量評價與河流水質(zhì)模糊綜合評價,以及與河流生物完整性評價結(jié)果之間的相關(guān)性統(tǒng)計(jì)分析,以揭示它們之間的關(guān)系。正態(tài)分布檢驗(yàn)表明,樣本系列不符合正態(tài)分布,因而采用Spearman非參數(shù)檢驗(yàn)方法進(jìn)行相關(guān)性統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果顯示,①河流生境質(zhì)量指數(shù)與水質(zhì)綜合評價結(jié)果達(dá)到顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)為0.710(P<0.01),這說明作為河流生境的重要組成成分,水質(zhì)對河流生境質(zhì)量具有重要貢獻(xiàn);②河流生境質(zhì)量指數(shù)值與兩個河流生物完整性指數(shù)值之間均為顯著正相關(guān)關(guān)系,與3分法得到的河流生物完整性指數(shù)值的相關(guān)系數(shù)為0.832(P<0.01),與比值法得到的河流生物完整性指數(shù)值的相關(guān)系數(shù)為0.828(P<0.01)。這表明,河流生物完整性與河流生境質(zhì)量密切相關(guān),河流生境質(zhì)量愈高,河流生物完整性愈好。3.2評價指標(biāo)的選擇目前,國內(nèi)外在河流生境評價方面還沒有形成統(tǒng)一的方法和標(biāo)準(zhǔn)。盡管在流域尺度上,流域土地利用/覆被格局及河岸植被對河流生態(tài)系統(tǒng)影響的研究受到重視,但為了便于調(diào)查并考慮與相關(guān)研究的可比性,在本研究中,仍將河流生境評價范圍限定于對河流水生生物群落結(jié)構(gòu)與功能具有直接影響的河流及河岸條件。本研究在參考國內(nèi)外相關(guān)成果基礎(chǔ)上,結(jié)合撓力河流域環(huán)境特點(diǎn),建立了由三大類11項(xiàng)指標(biāo)構(gòu)成的評價指標(biāo)系統(tǒng)。各項(xiàng)指標(biāo)的選擇依據(jù)上文已述,所選擇的評價指標(biāo)均是與水生生物,特別是與大型無脊椎動物的生存攸關(guān),并能夠比較全面地反映河流生境的限制性條件并盡量減少信息冗余。各項(xiàng)指標(biāo)的評分標(biāo)準(zhǔn)主要是依據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)的分布范圍并根據(jù)相關(guān)研究擬定的,沒有考慮河流上、下游的差異,這可能會影響結(jié)果的準(zhǔn)確性,有待在以后的工作中進(jìn)一步嘗試和完善。3.3參照點(diǎn)選擇和參照系一般來講,參照系的選擇或建立是實(shí)施生境評價的基礎(chǔ)。當(dāng)前用于河流生境調(diào)查的參照系主要有兩種:參照點(diǎn)或參照域。鑒于目前我國各級生態(tài)地理系統(tǒng)的基本格局還未完全建立,本研究采用的是前者。在參照點(diǎn)的選擇上,依據(jù)的是對流域景觀源匯格局分析并結(jié)合水質(zhì)模糊