河流生态修复效果评价指标体系研究*

曹欠欠， 王兴科

(1．郑州大学水利与环境学院， 郑州 450001;2．河南省纺织建筑设计院有限公司， 郑州 450007)

河流对人类的发展至关重要，不仅为人类提供食物、工农业及生活用水，还具有商业、交通、休闲娱乐等诸多服务功能。我国自20世纪末开始认识到传统的防洪及水资源开发活动使河流的水文条件和地形地貌特征等发生了较大变化，导致河流的生态系统功能严重退化［1］。为了减轻人类活动对生态系统造成的破坏，使河流生态系统重新回到自然演替的轨迹上，我国已经批准和实施了一大批生态修复工程。然而，生态修复是一个长期的动态过程，随着生态修复技术的逐步实施，河流生态系统状况、恢复程度及发展方向在不断的发生变化，因此需要一个科学准确的评价体系来评判其成果并监督修复工作［2］，进一步优化和调整生态修复方案，保证生态修复工程高效实施。本文在系统分析国内外相关研究成果的基础上，总结当前河流生态修复评价方法的优缺点，构建河流生态修复效果评价指标体系，提出了一套科学合理、可操作性强的河流生态修复效果评价指标体系，旨在为河流生态修复相关研究工作提供借鉴和参考，从而最终实现河流的成功修复。

1 河流生态修复效果评价研究现状

1．1 河流生态修复及效果评价的内涵

河流生态修复是指运用生态系统原理，修复和强化水体生态系统的主要功能。其目的是通过适当的工程措施、生物措施和管理措施，使当前的河流生态状况有所改善并向良性方向演进，部分的恢复到干扰前某种状态下的结构和功能［3］。其修复目标主要包括以下几个方面:(1)恢复河流自然功能:使河流的水循环系统恢复到健康状态;(2)强化生态环境功能:提高河流的自净能力，使河流具有一定的侵蚀—搬运—堆积作用;(3)提升社会经济功能:运用近自然修复技术及材料，降低工程项目经济成本，使河流具有一定的防洪功能，提高水的利用效率，重建河流景观，增加河流的亲水性［4］。

生态修复效果评价全面考虑了工程技术效益、经济效益、社会效益和生态效益，根据研究区的具体情况有针对性的建立一套多要素、多指标、多层次的评价体系，并通过一定的计算方法得到相应的综合评价指数来获取评价结果［5］。在工程实践中，河流生态修复效果评价的意义体现在对已完工或正在实施的生态修复工程效果进行客观准确的评价，及时掌握河流生态系统当前的状况、恢复程度等方面的信息，从而判定生态修复是否成功，并进一步调整和优化生态修复工程方案。

1．2 河流生态修复效果评价研究进展

1．2．1 国外研究进展

国外学者主要是从不同的角度提出生态修复效果评价体系，大致可以分为以下两类:

(1)生态修复评价指标体系:Cairns(1977)［6］认为，生态修复即是要恢复到其初始的结构和功能条件。20世纪80年代，美国联邦政府、资源质量监测研究委员会提出，河流生态修复效果的评价不仅要考虑化学指标，还要注重生态指标，栖息地质量和生物多样性及完整性［7］。Bradshaw(1987)［8］提出了判断生态修复的五个标准:可持续性、不可侵入性、生产力、营养保持力和具有生物间相互作用。Dvais(1996)和 Mgaraet(1997)等［9］认为，生态恢复就是要恢复到接近其受干扰以前的结构与功能，并提出乡土种的丰富度、初级生产力和次级生产力、食物网结构、物种丰富度等指标来评价群落结构与功能间的联接是否已经形成。2004年国际生态恢复协会(SBR)提出了从生态系统的结构与功能的自然维持、抗干扰能力及与相邻生态系统有无物质能量交流三个方面提出评价生态系统恢复完成与否的9个特征指标［10］。

(2)借鉴生态系统健康的相关概念:Costanza等(1992)［11］提出用活力、组织、恢复力等指标来评价生态系统健康状况。Careder和Knapp(1995)［12］提出采用记分卡的方法评价恢复度，根据生态系统的各个重要参数的波动幅度，比较退化生态系统恢复过程中相应的各个参数，看每个参数是否已经达到正常的波动范围或距该范围还有多大的差距，以此来评价生态系统是否已经恢复到健康状态。

1．2．2 国内研究进展

我国河流生态修复工作起步较晚，但发展迅速，近10年里，河流生态修复与保护工作已经引起社会各界的重视，并相继开展了许多研究与实践工作［13］，在河流生态修复效果方面也取得了一系列的研究成果。国内目前用于生态修复效果评价的方法主要有两种，即指示物种法和指标体系法。

1．2．2．1 指示物种法

指示物种法是通过监测水生态系统中的指示物种对环境胁迫的反应，间接评价河流生态系统的健康状况。冯江等［14］在长春南湖生态治理工程中选用藻类作为指示物种，通过前后定量对比发现藻类生存密度大幅下降，种类组成明显增加，种群爆发式更替显著，长春南湖水质好转，表明生态治理工程效果显著;丁成［15］对治理草浆工业废水生态湿地工程中水体的原生动物进行监测，通过对其结构参数、功能参数的研究，以及水质的分析，对原生动物的特征参数和水质关系进行了初步的探讨，研究表明原生动物可以作为废水湿地生态处理状况的指示生物;李巧等人［16］介绍了节肢动物作为生物指示物种评价生态恢复的重要性和可行性，指出以两个或多个类群作为生物指示物种将会受到重视。

1．2．2．2 指标体系法

指标体系法是根据生态系统的特征和服务功能，综合物理、化学、生物甚至社会经济指标构建指标体系，然后采用数学方法确定河流的健康状况。我国目前对生态修复效果评价指标体系的研究主要集中在两个方面。

(1)采用水质评价法对已实施的生态修复工程进行评价分析。朱浩等人［17］选用水质指标(总氮、总磷、硝氮、亚硝氮和叶绿素)分析生态工程完工半年后大莲湖的水质变化情况，结果表明水质得到明显改善;王敏等人［18］选用12项水质理化指标(pH值、溶解氧、电导率、溶解性总固体、盐度、COD、BOD5、氨氮、总氮、总磷、氯化物、总悬浮固体)和5种重金属含量(Cr、Cd、Zn、Pb和 Cu)对天津市大沽排河开展的河道原位生态修复示范工程进行综合评价，研究生态修复示范工程对大沽排河水质的修复效果和生态效应。

(2)采用生态修复效果综合评价指标体系。蔡楠等人［19］在对受损河流修复效果进行评估时，结合物理、化学参数，以及对生物结构、多样性和过程的影响，构建了包含河流水力(水源补给量、用水量)、水质(水质平均污染指数、营养状态、透明度、恶臭、溶解氧)、水生生物(鱼类IBI、藻类多样性)、河岸带(河岸带植被覆盖率、河岸景观效应、河岸、河床稳定性)及物理结构(与附近生态斑块连通性、河流连通度、鱼类栖息地状况)5方面15个指标的城市河流生态评估指标体系;韦章平等人［2］根据我国实际情况，考虑各地社会经济发展的差异和流域自然条件的不同，从生态系统健康、生态系统稳定性和工程项目评价三个方面建立生态修复效果评价指标体系;林积泉等人［20］在小流域环境治理评价中提出流域生态环境、农村环境和社会经济三类指标;方东等人［21］选取水质化学指标(透明度、总氮、总磷、高锰酸盐指数、悬浮物)、水生生物指标(生物优势种、生物量、叶绿素a含量、多样性指数)三类指标，对利用生态工程治理玄武湖水环境污染的效果进行环境监测与评价。

1．2．3 国内外河流生态修复效果评价方法小结

借鉴生态系统健康的相关概念，可以从多角度、多途径分析和全面判断生态系统修复效果，但河流生态系统健康是一个静态过程，与河流生态修复的动态过程特性不相吻合。

指示物种法简单易行，主要依据生态系统的关键种、特有种、指示种等的数量、结构功能等指标来描述系统的健康状况，但指示物种的筛选标准及其对生态系统健康指示作用的强弱不明确，且未考虑社会经济指标等因素，难以全面的反映生态系统的健康状况，该方法存在严重的不足，尤其不适用于由人类活动主导的生态系统评价。

指标体系法则根据生态系统的特征和服务功能建立指标体系为生态系统进行定量评价［22］，能相对全面综合的反映生态系统健康状况和生态修复效果，因此本文主要采用指标体系法进行河流生态修复效果评价。但目前采用的生态修复效果评价指标体系主要是针对某一工程项目进行评价，关于综合生态修复效果评价指标体系的研究主要包括物理、化学及生物指标，社会经济指标涉及较少，尚未形成完善成熟的评价体系，不能从宏观上把握生态系统修复状况，评价指标体系亟待完善。

2 河流生态修复效果评价指标体系构建

2．1 评价指标体系构建原则

评价指标体系应能全面、真实和定量评价修复区域修复工程实施后其环境质量的变化情况。本指标体系的构建遵循以下原则:(1)科学性原则:指标应该客观存在，概念明确，并具有一定的独立内涵;能反映修复区域环境质量在时间、空间上的变化特征和水平，应尽可能反映生态修复前后的直接和间接效益;(2)系统性原则:各评价指标及其所反映的环境质量特征之间有着内在联系，单个指标仅反映修复区域内环境质量的某个方面，只有相互联系的指标体系才能反映修复区域内环境质量的总体特征;(3)可比性原则:指标应充分考虑修复区域内生态修复的阶段性和生态环境不断变化的特点，使选择的指标有时间变化的可比性;(4)可量化性原则:指标易于量化和获得，每个指标的值应同其所反映的效益相一致;(5)全面性原则:与现有社会经济和环境政策相结合，使评价指标体系更加完善，结果更加具有说服力。

2．2 指标体系的结构层次

参照国内外评价指标体系的文献资料，本研究采用四级指标体系，分别为目标层、系统层、要素层和指标层(如图1所示)。

图1 河流生态修复效果评价指标体系结构

目标层即为生态修复的终极目标，重建河流健康水生态系统，代表河流生态修复的最终结果。系统层和要素层是对目标层和指标层之间的关系和作用机制的分析和说明［23］，系统层包含生态修复效果评价体系所构成的完整的系统体系，根据生态修复和生态修复效果评价的概念及目标，提出生态修复效果评价的系统层应包含河流自然功能、生态环境功能和社会经济功能三个方面;要素层是指为实现生态修复效果评价所需的组成要素;指标层则为生态修复效果评价的具体的表征指标，也是生态修复效果评价指标体系构建的主要研究内容。

2．3 河流生态修复效果评价指标选取范围

本研究中河流生态修复效果评价指标的选取主要包括指标的初选、复选及补充完善三个步骤，从河流健康评价、河流生态修复效果评价及河流生态修复工程技术措施三个方面选取指标体系指标层的具体表征指标，然后依据河流自然功能、生态环境功能和社会经济功能三个方面对指标层的指标进归纳分类，确定要素层表征指标，从而构建完整的生态修复效果多目标综合评价指标体系。

(1)国内外目前关于河流健康评价的研究要多于河流生态修复效果评价的研究，依据河流健康评价的指标来衡量河流生态修复是否成功(健康即为成功，不健康即为不成功)，由此初步构建河流生态修复效果评价指标体系。

(2)河流健康评价指标仅能反映河流进行生态修复后的最终状态，只代表河流在某一时刻生态系统是否健康，这将会忽略河流生态修复的动态过程，因此，运用理论分析法，依据现有河流生态修复效果评价指标体系研究，复选河流生态修复效果评价指标体系。

(3)河流生态修复效果评价如果脱离工程实际，则不能反馈信息并指导河流生态修复工程的实施和改进，因此需要结合工程实践，分析目前所采用的工程技术措施，构建完善河流生态修复效果评价指标体系。

2．4 河流生态修复效果评价指标初选及复选

河流生态修复的终极目标即河流呈健康状态，本研究在查阅国内外大量河流健康评价相关研究的基础上，选取28篇河流健康评价指标体系的代表性文献［24-51］，依据河流生态修复效果评价指标体系的构建原则，运用频度分析法，选取引用概率超过10%的指标作为基础资料，共计48项指标(如表1所示)，优先选用引用概率超过50%的指标(水系连通性、水功能区水质达标率、生态需水满足率、防洪标准、水资源开发利用率和河床稳定性6项指标)。

同时结合国内现有的生态修复效果评价指标体系的研究成果，对初选指标进行复选，选出重复或相近的指标，复选结果为表1中带*的指标19项，共计25项指标。

表1 生态修复效果评价初选指标统计

2．5 河流生态修复评价指标体系构建

表2为较为完善的生态修复效果评价指标体系。生态修复效果评价主要是对具体的工程项目进行效果分析，因此在选用生态修复效果评价指标时应该结合河流生态修复技术，完善生态修复效果评价指标体系。国内目前关于生态修复开展了较为广泛的研究，主要集中在生态水体修复技术、生态护岸技术和生态景观建设三个方面。

生态水体修复技术是利用培育的植物、动物或培养、接种的微生物的生命活动，对水中污染物进行转移、转化及降解作用，从而使水体得到净化的技术，主要包括:生态湿地、生物膜法处理、底泥疏浚、曝气及生物操纵等技术［52］;生态护岸对水陆生态系统的物流、能流、生物流发挥着廊道、过滤器和天然屏障的功能。其在治理水土污染、控制水土流失、加固堤岸、增加动植物种类、调节微气候和美化环境方面都有巨大作用，依据其使用的主要护岸材料可分为植被护岸、木材护岸和石材护岸三种类型［4］;河道生态景观建设包括河岸形态和河岸的绿化美化，力图使河流更接近自然，提高河流的空间异质性，为各种生物提供良好的栖息场所，创造良好人居环

境［53］。

总结目前国内开展的生态修复技术，主要是通过增加动植物种类和采取工程技术措施恢复河流自我修复能力，在生态恢复与重建的实际工作中常引入外来物种用于生态系统的改造与修复，因此外来物种所起的作用是不可忽视的，同时在进行生态系统修复和重建时必将会引起物理结构的变化，因此，补充“外来物种干扰程度”和“与附近生态斑块的连通性”指标，得到较为完善的生态修复效果评价指标体系，共计27项指标。

3 小结及展望

3．1 小结

本文在总结已有的河流生态修复效果评价研究的基础上，提出了一套较为完整的生态修复效果评价指标体系，结合河流健康评价、受损河流修复效果评估及现有的生态修复技术措施，有针对性的提出了包含河流自然功能、生态环境功能和社会经济功能三个方面27项指标的生态修复效果综合评价指标体系，为生态修复的后续工作提供参考依据。

3．2 展望

(1)河流生态修复是一项新兴工程，基于河流生态修复的复杂性和多样性，衡量河流生态修复效果评价工作成功与否的难点之一是评价标准和参照系的确定，这将是今后河流生态修复效果评价工作的主要研究方向之一。

(2)生态修复效果评价体系是一个复杂的多目标、多因素和多指标的综合评价过程，指标体系庞大。每个指标对整个系统都有它的作用和贡献，但是不同的评价指标对综合评价值的影响程度是不一样的。如何解决指标间的相关性，避免各个指标的重复性，如何对生态修复效果评价指标体系的各级指标分别进行权重系数测定，以权值反映不同评价因子重要性程度的差异，将成为指标体系构建的关键问题之一。

(3)在对修复区域进行生态修复效果评价时，应该根据修复区域所在地区及采取修复措施的不同进行深入分析，全面系统的分析和评估生态修复效果。运用综合指标体系法评价河流生态修复整体效果，加强生态修复评价对生态修复后续工作的指导作用，逐步利用评价信息来反向推进生态退化和生态修复机理方面的研究，完善河流生态修复理论，并建立起良好的生态修复效果评价长效执行机制。

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