对长江流域水生态监测评估的思考

对长江流域水生态监测评估的思考朱滨;邓燕青;胡俊;马沛明【摘要】为加快长江流域水生态监测评估工作,建立完善长江流域片水生态监测体系，依据长江流域综合规划和长江经济带生态环境保护规划对水生态监测的总体要求，结合流域水生态监测工作现状，从监测任务、监测内容和方法、监测点布设及监测方案、组织管理等方面，探讨了长江流域水生态监测与评估体系建设需要注意的问题.研究成果可为长江流域水生态信息库构建,长江流域水生生物多样性调查与观测网络建设、水生态监测方法和技术规范制定及定期发布长江流域水生态监测公报提供参考.【期刊名称】《人民长江》【年(卷)，期】2018(049)018【总页数】5页(P6-9,32)【关键词】水生态系统;监测与评估;流域综合管理;长江流域【作者】朱滨;邓燕青湖俊;马沛明【作者单位】水利部中国科学院水工程生态研究所，湖北武汉430079;江西省水文局水质处，江西南昌330008冰利部中国科学院水工程生态研究所，湖北武汉430079冰利部中国科学院水工程生态研究所，湖北武汉430079【正文语种】中文［中图分类】TV213数千年的人水关系博弈中，长江流域客观见证了人文社会系统与自然水生态系统之间持续不断的相互影响与渗透。长江流域是我国水资源配置的战略水源地、重要的清洁能源战略基地、横贯东西的〃黄金水道”、珍稀水生生物的天然宝库和改善我国北方生态与环境的重要支撑点，但同时也是我国国民经济发展、自然资源利用与生态保护之间矛盾最为突出的地区之一［1］。在国家新颁布的国民经济和社会发展〃十三五”规划中，长江流域直接和间接承接了长江经济带发展规划、水力发电规划、防洪减灾规划、跨流域调水规划、黄金水道及港口建设规划、岸线利用及整治规划、国家新型城镇化规划（长江三角洲城市群、长江中游城市群和成渝城市群）、〃一带一路”战略等20余项涉及能源、交通、水利、工业、农业等诸多国民经济发展领域的综合或专项规划的建设与发展任务。在可预见的未来数年内，人类活动对流域生态系统功能及生态安全的影响将进一步加深，特别是对水生态与环境的影响总体上是不利且不可逆的。长江流域的生态环境问题，已经成为制约区域经济社会发展的一个根本性因素，而协调水资源的开发与生态保护需求之间的矛盾，保证国家生态环境安全，已成为流域管理机构面临的紧迫而艰巨的任务。在长江经济带建设和绿色发展的要求下，推动长江治理战略由单纯工程治理向区域生态综合整治的转变势在必行。国家据此提出了〃生态优先、绿色发展”的总体战略，先后颁布了长江经济带生态环境保护规划、最严格水资源管理、生态红线与生态空间管控、一河（湖）一策、河（湖）长制、重点流域水生生物多样性保护方案、重点流域水污染防治规划等一批管理制度与措施，加快水生生物资源环境修复，维护重点流域水生生态系统的完整性和自然性，改善水生生物生存环境，保护水生生物多样性，促进人与自然和谐发展［2］。〃共抓大保护，不搞大开发”是长江经济带生态文明建设的行动方向，水生态监测和评估是长江流域水生态保护与修复的重点和难点。在长江流域这样一个经济发展不平衡、生态与地理条件独特、人水关系复杂的地区开展水生态系统的监测与评估，其中的多面性、复杂性和长期性不言而喻。目前流域水生态监测与保护工作基础较薄弱，滞后于实际需求，现有监测体系也难以满足新时代共抓长江大保护的新要求。统筹规划、整体联动，加强部门间、区域间合作，实现各种监测资源的最优化配置，加快建立长江流域综合监测体系，已成为推进共抓长江大保护战略的迫切需要。为此，笔者从监测任务、监测内容与方法、监测点布设与方案、组织管理等方面，探讨长江流域水生态监测与评估需注意的问题。1监测任务长江流域山水林田湖草浑然一体，其生态系统本身具有强大的洪水调蓄、净化环境功能。近30a来，长江生态系统格局变化剧烈，流域水资源、水生态、水环境关系紧张，生物多样性下降，生物栖息地环境条件部分丧失，水体污染呈加剧趋势以及河流连通性降低是长江流域水生态面临的主要问题；加之经济社会的高速发展对资源的需求增加和利用不当，巨大的人口压力和粗放式的经济增长模式，造成了长江流域生物多样性和生态系统整体服务功能的下降，成为流域社会经济可持续发展的制约因素。水生态监测的目标是通过生态指标的跟踪、变化及其对比分析来发现、预测水域生态系统可能出现的不利后果，为后期生态保护与修复措施的实施提供切入点，并对相应的对策和减缓措施的效果开展评估。因此水生态监测任务的设定和实施，应针对流域不同区域的关键生态问题和胁迫因子，从流域尺度上对水生态监测工作进行系统规划和整体布局，在长江上、中、下游分期分片分区域有序实施。长江流域约90%的水能资源集中在上游地区，在我国确定的12大水电基地中，长江上游地区有5个，是我国〃西电东输”重大工程和〃西部大开发”战略实施所依托的重要能源基地。长江上游地区特殊的自然、地理、地质和气候背景，也使得该地区生态敏感区和脆弱区相对集中，因此上游水生态监测可重点在长江源源头区自然生态和干流河段的水电梯级开发叠加、累积生态效应方面适度加强［3］。长江中下游水生态监测则应针对下属情况开展工作：岸线整治工程减少了鱼类繁殖及仔稚鱼觅食场所面积；传统的堤防建设使得坡岸硬质化，阻碍了库区陆域与水域的交流；航道整治造成河道同质化，减少了部分物种的生存空间；跨流域调水造成地方性土著种类减少甚至消失；湖泊、湿地生态功能弱化、水质污染加剧、城市群建设等方面的实际需求［4］。另一方面，为保证长江流域水生态监测工作的系统性和时空连续性，还可根据监测内容和区域的不同，设定常规监测、专项监测和应急监测。常规监测注重资料的长序列性，可为重要典型水域和生态敏感区的生态状况评价积累基础性资料。专项监测可针对特定要求和目标开展，如针对重要工程建设前后、水资源开发利用密集区、关键水生物种生存状态，以及生态调度、过鱼设施、鱼类增殖放流和栖息地保护等修复措施的实施效果定期开展［5］。2监测内容与方法长江流域水生态监测评估内容设计，应考虑通过河流系统作为纽带，把人类社会与自然生态系统的共同利益交织在一起，关注的对象不仅是具有水文特性和水力学特性的河流，还包括具备生命特性的河流生态系统，从河流生态系统的结构完整性入手，着重考察河流生态系统的各个组成成分，从生态系统综合管理，生态-社会-经济复合生态系统健康与可持续性需求出发，来设计和确定监测内容与评估方法，达到动态掌握长江健康状况，长序积累长江健康档案的目标［6］。2.1监测内容与指标国际上对水生态监测内容的选择更多地从生态系统本身的特征出发，生态监测指标可以被分为生态系统状态指标和压力指标，这类指标在分析生态系统状态时尤为有用。状态指标主要是生态系统中表征生物个体、群落及栖息地状况的参数，而压力指标主要指人类活动对生态系统的影响，包括那些表征对生态系统产生影响的物理、化学甚至生物参数。而依据指标所表征的生态系统特征的不同层次，又可将指标划分为组织指标、结构指标和功能指标。按照生态系统的构成又可将指标分为生物因素指标和非生物因素指标。综合考虑国际上水生态监测的发展，长江流域水生态监测从水文地貌、水质、水生生物3个方面开展生态监测，分别针对河流水文过程及其变化、河流水系结构及其变化、沿岸带微生境结构及功能状况、生物群落结构及功能状况等方面开展监测与数据收集。水文地貌指标。水文形态既包括河流湖泊等水体的水文特征，也包括河流连续性、地貌形态等栖息地条件，主要是指维系生物群落存在的水文条件和生境状况。考虑到实际工作的可操作性，水文条件选择最为常见的水位、流速、流量等作为评价指标，而生境指标中则主要从河岸河道、湖床底质等将指标整理分类进行构建，这些监测的指标大部分内容与国内的水文监测重合［7］。水质指标。水体理化性质指标使用最为广泛，在水生态监测中，主要依据水体理化性质对生物群落存在的支持属性划分为氧化状态、营养条件、酸度条件、盐度条件和温度条件5类属性。温度条件主要是指水温监测，受水温及其过程变化影响最为直接的就是鱼类。氧化条件主要是对氧平衡有影响的物质，通常可以直接监测溶解氧或COD、BOD。酸化指标则主要包括pH及碱度等酸碱平衡指标，pH直接影响鱼类呼吸，并且影响到鱼类对溶氧的需求。盐度则主要是指水体阴阳离子浓度，其与不同的酸度条件会直接影响鱼类生存。营养条件主要指导致水体富营养化、藻类水华的物质，其对浮游植物影响较大，进而影响整个水生态系统。上述5类指标涉及一种或多种监测参数，具体监测参数主要从我国地表水环境质量标准(GB3838-2002)中选取，以便与水质监测工作保持一致［8］。水生生物指标。目前国内外监测工作中涉及的水生生物主要包括浮游生物、底栖动物、水生植物、着生藻类和鱼类，这样划分不仅与国际上水生态监测内容相一致，符合水生态监测的认识与发展过程。浮游生物在水库营养结构中起着重要的作用，对水域生产性能具有决定意义。底栖动物是水生态系统中最重要的定居动物代表类群之一，影响着水生态系统中的物质分解和营养循环，其多样性程度可以间接反映水生态系统功能的完整性。鱼类能在绝大多数水生态系统中生存，可以反映流域尺度较为全面和详细的水生态系统信息，且其形态特征明显，易于鉴定；其次，大多数鱼类生活史较长，对各方面的压力敏感，当水体特征发生改变时，鱼类个体在形态、生理和行为上会产生相应的反应。基于生物的基因、个体、种群等属性的生物集合指标与水文、水质指标相比，能够提供一种生物或生态学上的评估，从而使结果更容易解释；生物集合对整个生态系统功能的退化更为敏感，容易反映出生态系统遇到的长期的、累积性的影响。另一方面，基于生物要素的生物集合指标不仅能够反映生物个体自身或生物群落等的变化，也能反映生态系统中物理、化学等其它非生物要素的作用以及它们与生物之间的相互影响，从而成为提供生态系统状态、结构和功能等信息的最好工具。2.2监测与评估方法原始的监测参数可以直接反映生态系统的某一特征或满足某一特定的生态监测目的，并基于某些统一的标准对系统做出单一评价。但是大多数情况下，原始数据的评价标准难以统一，生物参数更是如此。水生生物涉及到了浮游生物、鱼类等多种生物，且具体指标涉及到生物个体特征、数量特征、多样性特征等多种参数，并且不同地域的生物差别非常大，尤其是与水质和生境参数相比，即使同一物种许多时候也都不存在统一的标准，对水生生物开展分析更加复杂。因此，对于生态系统，开展综合评价最重要的是将这些不同类型的指标与参数有机地整合在一个统一的理论框架内，才能全面、综合地反映水生态系统的总体现状及其演变趋势［9］。在长江流域水生态监测和评估中，将水生生态系统分为水生生境状况与水生生物状况两个层面，设置水质状况、河流完整性、生物完整性、生物多样性4个状态层，采用层次分析法、熵权法等方法确定权重，选择综合评价函数计算，从水文过程完整性、环境结构完整性、生物完整性等方面对生态系统健康状况给出定量描述。在水生生境状况方面，开展生态需水保障评价、河流连通性评估和栖息、地质量评价，量化评估长江流域水生态系统关键生态过程的水文、连通性和栖息、地需求。在水生生物群落结构方面，开展生物多样性评价、生物完整性评价和环境DNA诊断［10］，从生物分类类群和环境生物组成方面量化评估长江流域水生态系统的结构和功能。最后通过水生生物群落和水生生境状况共同评价长江流域水生态健康状况。目前，描述生态系统状态及变化趋势的最好方法之一是评估生态系统的生态完整性。在水生生态系统中评估水体生态状态的方法则是根据生态完整性理论提出的生物完整性指数(indexofbioticintegrity，IBI)［11］。本质上，生物完整性指数是一系列描述生物个体、种类、种群的生物参数综合而成的综合指数。每个生物参数都对一类或几类生态系统的外界干扰反应敏感，通过对应生态系统的不同层次，综合反映水体的生态状况。所以，目前开展的生物完整性评价方法本质也是一种综合评价方法。水体生物完整性评价作为水生态评价的重要手段和方法，从一定程度上表征了生态系统结构的完整性和稳定性，同时反映生态系统功能是否完善。生物完整性指数最初是选择鱼类来构建的，但其构建原理也完全可以适用于底栖动物等其它水生生物，并且已发展出类似的指数。例如，按照生物类别，完整性指数可以分为鱼类生物完整性指数(F-IBI)、浮游生物完整性指数(P-IBI)、底栖动物完整性指数(B-IBI)。3监测点布设与方案长江发源于青藏高原的唐古拉山主峰格拉丹冬雪山西南侧，干流全长6300余km，总落差约5400m，流域面积10000km2以上的支流有49条，其中80000km2以上的一级支流有8条，重要湖泊有洞庭湖、鄱阳湖、巢湖和太湖等。辽阔的地域、复杂的地貌决定了长江流域水生态监测站网必须从流域尺度上进行整体规划和系统布局，着眼于〃完整的生态系统综合体”，对人类活动造成的生态破坏和影响进行测定，与已有的水资源监测、渔政监测、水文监测相比，其具有多学科交叉性、长期性、复杂性、分散性的特点。因此，生态监测网络的构建应主要遵循依托现有、重点突出、机动监测的原则。经过长期的建设，长江流域基本形成了较为完善的水文、水质监测体系，并在部分典型和重点江段建设了数量众多的水土保持、渔业、湿地野外科学实验等监测系统。在此基础上，补充水生态监测基础设施，完善水生态监测指标和内容，适度增加流动监测设施设备，按照流域结合区域管理的总体思路，遵循〃站点布设由疏到密，监测项目由多到全”的原则，即可构建长江流域水生态监测基础平台。根据监测站点的管理权限、监测内容及重要性，水生态监测站点又可分为重点站、基本站和流动站。重点站是为及时掌握区域性水生态状态，开展综合监测而设置的，以满足区域生态评价和管理的需要，并且为其它监测站点的生态监测提供技术指导与协调。基本站主要是针对某项监测内容、实现单一监测功能，由上级重点站负责管理，一般只负责采样和简单检测工作，也可采用资料收集、购买、合作等或通过各部门协调等手段实现与其它部门监测体系数据共享，避免重复建设，资源浪费，充分发挥已有监测网络的作用。流动监测站点，采取机动的监测方式开展监测工作，对于某些突发性事件，可在事件发生后争得第一手相关资料。4组织管理流域生物调查、监测和分析所获得的数据是生态系统结构、功能的基本资料，数据可靠程度直接影响研究工作的质量和流域管理的成效。在河流生态调查中，对某一特定环境、不同单位和人员取样分析往往会得到不同的分析结果，甚至会导致不同的判断和评价。在大规模区域环境调查研究中，各协作单位测得的数据之间，也往往因缺乏可比性而难以进行统一的归纳和总结。为了保证数据的准确可比，必须采取切实有效的质量控制和保证措施，从而使整个调查研究工作高质量、高水平地完成。质量控制和保证贯穿整个调查研究工作的全过程，包括采样点的布设、采样方法、采样时间和频次、样品的储存运输、样品的实验室分析处理、数据处理、总结评价等一系列的调查研究过程，即全过程的质量控制和保证［12］。为了保证监测数据能准确反映河流生态环境的现状，要保证得到的数据具有代表性、准确性、完整性、可比性和溯源性5个特征。目前，缺乏一个统筹部门从流域生态可持续性维护的角度进行资料的汇编和总结，且现阶段水生态监测评估工作缺乏标准技术与数据体系，不同部门所掌握的资料又存在时空匹配、数据标准、数据内容和数据量等方面的不一致，因此建设长江流域水生态监测基础平台，进行流域层面水生态信息系统化、标准化的收集、整理和分析，从而进行生态预警，对满足长江经济带发展、流域综合管理、河长制、防汛抗旱调水、规划环评、保护区管理、水利设施建设、水行政执法、水库监管等对水生态监测的需求，实现长江流域的可持续管理是一项非常迫切的工作。5结语水生态监测和评估是长江流域水生态保护与修复工作的重要基础，对流域水生态文明建设和深层次水资源管理具有十分重要的意义。目前国内水生态监测整体水平相对滞后、监测指标的应用没有普及，水生态监测方法和技术规范尚未出台。由于缺乏系统成熟的水生态监测方法和技术规范，已有的监测结果可能由于监测指标不统一、频次不同步、时间不连续，数据不可比等问题，难以形成有效信息，加之水生态系统的复杂性使水生态监测评价指标必须根据具体情况进行取舍，进一步加大了大规模和大尺度的水生态监测的难度，降低了水生态监测的效率。随着国家经济建设和结构调整步伐的加快，人类活动施加在长江流域上的影响也将进一步加剧，长江将更多地表现为一条可人工调节，但不一定完全受控的河流。长江流域水生态监测与评价的任务也应针对流域不同区域的关键生态问题分片分区有序实施，监测尺度将由传统的小范围监测扩展到流域空间大尺度监测，完善并丰富监