于 嵘, 潘泳羽, 苏相琴, 3

(1.广西壮族自治区辐射环境监督管理站, 南宁 530222; 2.广西壮族自治区环境保护科学研究院, 南宁 530022;3.广西广播电视大学, 南宁 530022)

0 引 言

我国江河流域生态环境复杂而脆弱, 部分流域生态系统稳定性和生态服务功能下降, 已经成为制约我国社会经济可持续发展的突出因素之一[1-2]。

自流域健康评价概念和相关理论提出后, 国内外学者开展了多空间尺度、多指标因子、多评价模型多角度研究。国外，Schaeffer等1988年提出生态系统健康评价需要科学的评价方法和具体的参数标准[3]；Harwell等对生态系统健康评价主要相关参数生境质量、生物完整性、水质、水文等进行了研究[4]；Alilou等基于Fuzzy-ANP模型对Khoy流域生态健康进行了评价[5]；Hazbavi等使用压力-状态-响应模型(PSR)对Shazand流域生态健康进行了评价[6]；Hoque等基于相关向量机算法建立流域水质时间序列数据对Cedar Creek等2个流域开展了流域健康评价[7]；Ladson等提出一个由水文、水质和水生动物等指标构成的溪流健康指数对河流进行持续评价[8]。在国内, 李杨等采用水质综合评价和水生物评价方法对洱海流域河流生态系统健康进行了研究[9]；刘麟菲等应用硅藻指数评价了渭河流域水生态健康状况[10]；刘娟等构建了涵盖水体物理化学和水生生物特性等方面的指标体系, 采用改进的灰色关联方法对汾河上中游流域生态系统健康进行评价[11]；胡金等构建了包括河岸带状态、河流形态、营养盐、氧平衡、着生藻类和大型底栖无脊椎动物6个方面19项指标的综合指标体系，并对沙颍河水生态健康进行了评价[12]；何建波等基于加权平均法和层次分析法构建了浦阳江流域(浦江段)河流生态系统健康评价指标, 并将河流荧光溶解性有机质不同组分的荧光强度引入作为新型评价指标[13]；王为木等认为生物完整性指数可有效分析水生态对人类干扰的响应和水生态健康状况[14]；李宁等基于2000—2016年土地利用数据, 对漓江流域陆域生态系统服务价值进行了分析[15]；魏建文等基于PSR模型建立了漓江流域生态健康评价框架对流域2006—2011年生态环境状况进行了评价[16]；陈美球等对我国基于PSR模型的流域生态系统健康评价研究进行了综合分析, 提出评价指标的观测应注重时间尺度上的纵向变化[17]；王文杰等提出要将大流域按照支流汇水等条件划分为若干个小流域, 针对评价体系提出了涉及水域、岸边带、陆域的评价框架, 评价指标概括为结构、功能、胁迫3个方面[18]。整体来看, 这些研究侧重于水域水文、水质、水生生物或流域土地利用等要素, 对流域人类水资源开发利用、水利工程对水生生境干扰、景观破碎度、主要水污染物排放等影响要素研究不多, 且多集中于内陆地区, 而对于沿海流域的相关研究相对较少。

九洲江从北向南流经广西陆川县、博白县和广东省廉江市后入海, 属于北部湾独流入海水系, 是桂东南和粤西雷州半岛地区的主要水源。随着流域内社会经济活动加剧, 流域面临的生态环境威胁日趋严重[19], 开展流域内生态健康评价尤为必要。本文参照原环境保护部印发的《流域生态健康评价技术指南(试行)》(环办函〔2013〕320号), 建立了由水域的生境结构、水生生物、生态压力和陆域的生态格局、生态功能、生态压力共6类16项指标构成的综合评价体系, 使用多指标权重法对九洲江流域开展了流域生态健康评价, 研究成果对今后长期开展九洲江流域生态健康评价提供了技术借鉴, 为九洲江流域水生态、陆域生态环境保护和九洲江流域生态安全维护提供了科学依据。

1 研究区概况

九洲江流域位于广西玉林市东南部和广东省廉江市,干流发源于广西陆川县沙坡镇,流经陆川县、博白县后在廉江市北部石角镇流入广东,至廉江市英罗港黎头沙入海,河长162 km,流域面积3 337 km2。广西境内九洲江干流长84 km,集雨面积1 092 km2, 其多年平均水资源量为11.05亿m3。九洲江流域4—9月份降水量占全年的70%以上, 多年平均降雨量1 790 mm。流域内水域浮游植物主要为硅藻、绿藻等, 浮游动物主要为桡足类、枝角类和原生动物等, 底栖动物主要为蚌、螺和蚬等[20-22]。根据实地调查和环境统计数据(广西区生态环境监测中心提供，内部资料), 2016年广西九洲江流域森林覆盖率为74.64%, 流域内人口约79.21万人，流域内工业、城镇生活、畜禽养殖业化学需氧量排放量分别为226.87、4 286.57和4 872.79 t, 氨氮排放量分别为9.08、472.67和1 921.38 t, 畜禽养殖业为主要水污染源。

图1 九洲江流域(广西)地理位置

2 材料与方法

2.1 基础数据

数据基准年为2016年, 水生态采样等野外调查时间为2016年6月, 生态系统构成、行业用水量变化评价时段为2005—2015年。基础数据主要包括:(1)基于广西九洲江流域2005、2015年ALOS卫星10 m空间分辨率遥感影像, 采用人工解译提取的草地、耕地、林地、水域和城乡工矿居民用地5类矢量数据;(2)通过陆域生态环境现场调查、水质监测获取的2016年流域环境要素数据;(3)2017年《陆川年鉴》、《广西年鉴》博白县部分和当地环境统计数据、水文资料等(表1～3)。

表1 广西九洲江流域2005、2015年生态系统构成

2.2 流域生态健康评价

根据《流域生态健康评价技术指南(试行)》, 结合九洲江流域生态环境现状, 九洲江流域生态健康评价流程主要包括确定评价指标体系与权重、评价指标分级和综合评价。

表2 采样点大型底栖动物密度和生物量

表3 采样点鱼类名录

2.2.1 评价指标体系构建与指标权重 水域生态健康评价指标主要包括生境结构、水生生物和生态压力3类, 陆域生态健康评价指标主要包括生态格局、生态功能和生态压力3类。将指标体系划分为3个层次, 分别为评价对象、指标类型和评价指标, 并明确权重, 如表4所示。

表4 广西九洲江流域生态健康评价指标体系及权重

2.2.2 评价标准确定 根据九洲江流域现状, 各分指标的分级标准及其赋值如表5所示。

表5 广西九洲江流域生态健康评价指标分级标准及赋值

2.2.3 流域生态健康综合评价 综合评价流域生态健康分为两步: 先分别评价流域水域和陆域生态健康的状态和压力, 再通过水域和陆域健康指数加权求和, 构建综合评价指数WHI(以该指数表示各评价单元和流域整体的健康状况)进行流域生态健康综合评价。

流域生态健康综合指数WHI计算公式为

WHI=IWWW+ILWL,

其中:IW为水域健康指数值；WW为水域健康指数权重;IL为陆域健康指数值；WL为陆域健康指数权重。IW和IL分别由各自的二级指标加权获得。

水域健康指数值计算公式为

陆域健康指数值计算公式为

其中:wi、wj为水域和陆域的二级指标权重,xi′、xj′为二级指标值。

根据流域生态健康评价综合指数(WHI)分值大小, 将流域生态健康等级分为5级, 分别为“优秀”、“良好”、“一般”、“较差”和“差”, 如表6所示。

表6 广西九洲江流域生态健康状况分级

3 结果分析与讨论

根据水域和陆域生态健康指数评价结果, 分别加权求和, 计算得到广西九洲江流域生态健康综合指数分值如表7、图2所示。

表7 广西九洲江流域生态健康评价结果

图2 广西九洲江流域水域(a)和陆域(b)生态健康状况评价结果

根据评价结果, 水域生态健康综合指数为52.99, 属“一般”等级；陆域生态健康综合指数为74.43, 属于“良好”等级；广西九洲江流域生态健康综合指数为65.86, 属于“良好”等级。

流域内水资源开发利用强度偏高、枯水期径流量占同期年均径流量比例低是造成九洲江水域生态健康状况偏低的主要原因。根据相关资料[23], 广西九洲江流域地表水资源量年均值为11.05亿m3, 地表水资源可利用量为3.87亿m3, 可利用率仅为35%, 流域长期面临水资源偏少, 可利用水资源量不足状况。2015年, 流域所在的玉林市人均水资源占有量为2 065 m3(按常住人口计算), 为广西人均水资源占有量的49%, 属于中度缺水地区, 而九洲江流域人均水资源占有量仅为1 426 m3, 为重度缺水流域。2005—2015年, 流域所在的玉林市人口增加了20.32万人, 城镇生活用水量增加了22 391万m3, 农业用水量增加了11 562万m3, 但生态环境用水量却从7 240万m3下降到284万m3, 下降了96%。由于流域人类城镇生活用水和农业用水量迅速增加, 大量挤占九洲江生态环境用水, 导致九洲江枯水期径流量占同期年均径流量比例低, 九洲江干流文官水文站断面河道内生态基流仅为2.53 m3/s, 流域水生态环境极为脆弱。

自然保护地面积占比偏低是九洲江陆域生态健康状况偏低的主要原因。据统计, 流域内分布有陆川县县级饮用水水源保护区3处、风景名胜区1处, 总面积为29.75 km2, 占流域总面积的2.63%, 远低于广西禁止开发区和其他生态保护地面积占比17.42%的平均水平, 也低于广西生态保护红线面积占比约25%水平。自然保护地面积占比偏低, 人工林面积不断增加, 野生动植物生境不断恶化, 严重威胁流域内森林生态环境质量和生物多样性。

4 结 论

(1)广西九洲江流域生态健康综合指数为65.86, 属于“良好”等级。流域内水资源开发利用强度偏高、枯水期径流量占同期年均径流量比例低和自然保护地面积占比偏低是威胁广西九洲江流域生态健康状况的主要因素;(2)广西九洲江流域人均水资源占有量仅为1 426 m3, 为重度缺水流域, 2005—2015年城镇和农业用水大幅增加, 流域干流生态环境用水量下降了96%, 水生态环境受到严重威胁;(3)九洲江流域内禁止开发区和其他生态保护地面积占比仅为2.63%, 自然保护地面积偏小对维持区域生态环境质量和生物多样性带来不利影响。

根据以上分析, 提出以下建议:(1)推进九洲江上中游水库和引水工程建设, 提高流域调蓄能力, 增加流域水资源可利用量; 科学规划流域内产业布局, 提高用水效率和生态环境用水比例。(2)在九洲江干流及骑马河、宁谭河等主要支流沿岸两侧200 m范围、饮用水一二级保护区范围划定畜禽禁养区, 加大流域产业结构调整力度, 推广测土配方施肥和流域工业园区清洁生产制度, 持续开展流域面源、点源水污染综合治理, 确保九洲江水质监测断面Ⅲ类水质稳定达标。(3)开展流域“资源环境承载能力评价”和“国土空间开发适宜性评价”, 通过生态补偿等措施将生态脆弱和敏感地区商品林有序转换为公益林, 增加流域内自然保护区、水源保护区等禁止开发区和其他生态保护地面积比例到25%左右。