苏南新型农业社区水生态环境健康综合评价与分析----以常熟市生态农业社区为例

孙小凤，李建华

(同济大学环境科学与工程学院长江水环境教育部重点实验室，上海 200092)

0 引 言

苏南农业社区以江南水乡闻名，是典型的平原河网区域，其发展与水环境紧密相关。近年来由于人类活动的剧烈影响，其水环境污染、水生态系统失衡、水生境破坏等问题突出，严重制约平原河网水生态的健康发展与农业社区的经济发展[1]。伴随国家经济发展，江南水乡建设推行城乡一体化，促进农业集约化、产业化，发展农业生态旅游，一方面优质的水资源对农业区域发展起到至关重要的作用，另一方面新型农业社区结构转型对水环境的影响也在不断扩大，因此农业社区水环境管理面临着一些亟待解决的新情况和新问题。对于苏南农业社区的水生态环境，河网水体水质评价具有单一性，难以全面反映河网的水生态健康状况，不能满足其管理需求。为此，国内外已对水生态环境健康评价体系和方法等方面开展了大量的研究。美国早在1989年提出流域生态健康评价指标体系[2]，国内学者最早注重水质和生物完整性指数评价，而后研究提出河网水生态系统服务功能需求，强调河流健康必须依赖于社会服务的判断，对水生态环境的研究偏重于治理[3-6]，对农业社区水生态环境的综合评价较少涉及。为此，本文利用GIS技术结合PSR概念模型以及层次分析模型对苏南新型农业社区研究区域水生态系统健康影响因子进行筛选，再根据实际调研情况确定，构建河网水生态健康评价指标体系，并运用Delphi(专家咨询法)和AHP(层次分析法)划分各指标权重，以研究区域15个比较有代表性监测断面的实地调查和监测数据为基础，对其水生态环境进行综合评价，并结合各控制单元生态环境现状的定量化评价对评价结果进行验证和综合分析，从而为苏南农业社区平原河网水生态环境重点治理区域及其关键影响因子识别提供科学依据，以期为水生态环境管理提供基础支撑。

1 研究区域及研究方法

1.1 研究区域概况

研究对象农业社区位于常熟市地处长江下游，东以S38为界、西至中泾塘，北达走马塘、南及望虞河与盘锦北路。其行政面积为14.2 km2，社区人口为14 052人，面积较大的水系为东部的望虞河、中部的界泾河以及西部的中泾塘，主要特点可概括如下：①河网密集，主支流间层次复杂，河网水流流向往复不定，受闸、泵等水利工程干扰；②平坦地势使得河流水动力不足，水流流速缓慢，水体自净能力较差、富营养化程度显著；③居民傍水而建，区域经济发展迅速，大量生活污水和工、农业废水直接或间接排入河流，导致水体污染问题严重；④设施农业(包括大棚养殖)、标准厂房和店面房出租为农业社区主要集体经济收入来源；⑤随着经济发展，政府愈加重视加大对乡村湿地建设、发展生态农业旅游业，以提高区域生态环境影响。研究区域示意图如图1所示。

图1 研究区域Fig.1 Research area 注：监测断面依次为S1(界泾河上游)、S2(界姚泾交汇)、S3(香花桥河)、S4(走马塘)、S5(中泾塘上游)、S6(朱泾塘支流)、S7(陆家浜)、S8(历家浜)、S9(福山塘)、S10(姚泾)、S11(双墙门)、S12(九节支流)、S13(小望虞)、S14(九节)、S15(中泾下游)

1.2 农业社区河网水生态健康概念及评价指标分析

鉴于河流水生态健康是实现农业社区河网健康、又是实现河网生态、社会服务功能的基础，本人在前人研究基础上提出苏南农业社区河网水生态健康概念：农业社区河网水系自身结构和各项功能如防治水患、改善水质、水生生物栖息地保护以及江南水乡的自然景观均处于相对稳定的状态，即河流具有充足水量，良好的河流连通性、水质和天然的河岸栖息地环境，且保持良好的生物完整性和丰富的生物多样性，能够为实现河网生态、社会服务功能提供基础。

依据对农业社区河网水生态健康概念的理解，采用“压力-状态-响应”(PSR)模式构建农业社区河网水生态健康的评价指标体系[7,8]。对水环境胁迫因子P、水环境状况S以及水环境生物响应R进行指标分析，不但可以全面把握水环境的综合状况，还可以具体了解每个分项的状况，明确今后所需重点解决的问题。农业社区水环境胁迫因子主要为人为因素类指标(土地利用状况、景观设施、水系沟通程度、生产生活类型、垃圾清洁管理、社区管理组织等)；水环境状况主要为水体理化类指标(TOC/BOD/COD、NH3-N、TN、TP、浊度、DO电导率等)、栖息地指标(护岸形式/堤岸稳定性、岸带宽度、水体内沉积物/低质、浅滩、深潭或曲流/河道变化等)、水利水文指标(防洪情况、排涝情况、流速状况、水量状况等)；水环境生物响应主要为生物多样性指标(鱼类、岸带植被、水生植被、腐殖质类型、大型底栖动物等)。在对河网水生态健康评价过程中，可针对当地实际情况和需求对以上5个方面中的具体指标进行筛选。

1.3 现场调查及分析

水生态调查的主要目的是识别水生态系统基本特征以及影响因素，为水生态功能区划的指标筛选提供依据。水生态调查数据为2016年8月对研究区域农业社区水生态系统现状进行现场调研采样获取，重点调查较有代表性的15个监测断面(如图1所示)的临近河流的人为因素指标、水体理化指标、河流结构形态、水利水文、生物多样性以及河流栖息地环境等情况。

1.4 数据处理

1.4.1 指标权重计算

目前大多数的权重分配研究成果可分为三类：主观赋权法、客观赋权法和组合赋权法[9]。理论上组合赋权法应是达到各指标权重的实际情况最为复合，误差最小的评价方法，然而无法合理确定加权系数及需要同时运用两种模型进行评价等因素，而客观赋权法同样存在此问题，不仅需要在指标体系构建完成之前收集所有指标数据进行数学运算，且会出现确定的权重与实际重要程度完全相悖的情况，这种不确定性会增大评价及分析过程中的误差影响评价效率。鉴于此，本文决定选取主观赋权法研究比较深入的Delphi(专家咨询法)、AHP(层次分析法)以及根据现场调研确定各指标权重[9,10]，按照结构图的层次关系进行判别比较，分别构造判断矩阵，最后经过一定的数学处理与一致性检验，得到标准化后的特征向量W，即是本层次相应因素对上层次某因素的相对重要性即权重值。

1.4.2 分级评价标准

评价指标的标准以现有的地方及国家标准优先，参考国内外相关文献上的标准，并结合评价区域的实际情况进行划分确定，本文中的评价区域即为太湖流域平原河网农业社区水环境[11-16]。

结合本文采用的评价方法，对所有评价指标进行定量化。其中，对于易于定量的连续性指标，采取相应的标准对其进行等级划分；而对于定性的离散型指标，在参考相关文献或评价方法后，对其不同等级标准进行定性描述，之后根据专家咨询打分法确定各项指标得分，定性指标的标准得分从从I到V级分别为10-8、8-6、6-4、4-2、2-0。

1.4.3 水生态健康程度综合评价计算方法及量化分级

(1)根据构建的苏南农业社区水生态环境健康评价指标体系，计算水生态健康综合指数(Composite Health Index,CHI)如下：

(1)

式中：CHI为水生态环境健康综合指数，其值范围为0～10；Wi为评价指标在综合评价指标体系中的权重，其值范围为0～1；Ii为评价指标的得分值，其值范围0～10；i为评价指标类别；n为评价指标序列。

(2)目前，水生态健康评价在国内外已有大量的研究成果，本文在参考国内外研究的基础上，结合平原河网地域特色，建立适合苏南农业社区的水生态健康综合评价标准，分为5个等级。见表1。

表1 水生态环境健康评价量化分级Tab.1 Different levels of water ecological health evaluation

2 评价结果与分析

2.1 苏南农业社区水生态环境健康评价指标遴选

以主题“平原河网+水生态健康+指标体系”进行文献检索以及国外河流生态综合评价方法，结合苏南农业社区当地特色，完成评价指标筛选和体系构建。首先，对准则层进行确认，基于水生态环境PSR模型，在已有文献中出现的准则层指标频率较高分别有“人为因素指标、水体理化指标、栖息地指标、水利水文指标以及生物多样性指标”[11-16]。其次，对指标层指标进行筛选，结合农业社区当地调研情况，以及相关文献中出现频率较高的指标，并考虑指标评价可行性的前提下，初步筛选以下指标，详见表2。

表2 苏南农业社区河网水生态健康综合评价指标体系评价标准与权重划分Tab.2Theevaluation standard and weight distribution of water ecologicalhealth evaluation index system in agricultural community of south Jiangsu province

续表2 苏南农业社区河网水生态健康综合评价指标体系评价标准与权重划分

2.2 河网水生态健康程度综合评价

为了判断构建评价指标体系的合理性，了解研究区域农业社区河网水生态健康状况，选取2016年8月现场调研实验数据，对该区域水生态系统的健康状况进行评价。根据前文中给出的水生态环境健康综合指数计算公式和水生态环境健康评价标准，对研究区域生态农业社区水生态环境健康情况进行评价，评价结果如表3所示。

从表3可以看出，大部分监测断面(53.3%)水生态健康程度均处于“亚健康”水平，46.7%监测断面处于“不健康”水平，评价结果与生态调查情况相符。从该评价结果可以看出，伴随着新型农业社区的建设，研究区域农业社区河网水生态健康问题依然比较严重。

表3 各监测断面水生态健康程度评价结果Tab. 3 The ecological health evaluation results of each monitoring site

2.3 各控制层指标评价结果与综合评价指数对比分析

为了研究评价区域内水生态健康影响因子，就PSR模型中各准则层评价指标得分与综合评价得分进行对比分析(如图2)。从图2中可以看出综合指标评价为“病态”的监测断面S6，其人为因素指标、水利水文指标及生物多样性指标皆处于Ⅴ类，尤其是附近的纺织类小作坊污水随意倾倒以及提坝工程，导致该区域处于断头浜状态水体污染严重，生物多样性偏低。对于各评价指标与综合指标的相关关系，水生态健康综合评价受人为因素类影响较大的监测断面分别为S3、S6、S10、S11、S13、S14，除S13外其他监测断面受水体理化指标影响均较大，受栖息地指标影响较大的分别为S3、S4、S5、S8、S9、S10、S14、S15，受水利水文类指标影响除S6外其他均较小，受生物多样性指标影响较大的分别为S2、S4、S6。

图2 各准则层指标与综合指标对比分析Fig.2 Contrastive analysis between each criterion index and comprehensive index

从整体看来，农业社区河网水生态环境健康受人为因素、水体理化指标、栖息地指标以及生物多样性指标影响较大，尤其是水体理化指标，水利水文类指标影响较小。

2.4 对策和建议

伴随着经济发展要求，国家经过“十一五”“十二五”规划对水环境治理愈加重视，河流水污染恶化的势头得到有效控制，然而农村水生态环境退化仍然很严重[17]。对此，苏南农业社区水生态环境问题，不仅仅是设施工程建设多少和资金投入多少的问题，更是在农村缺少一个科学的水环境综合管理体系，包括水环境保护措施、后续长效运行维护机制、社区自治能力等问题[18]。结合本文中提出的农业社区水生态环境健康评价体系以及相关分析，为提高农业社区水生态健康程度建议采取以下对策。

(1)落实农业社区水生态环境健康评价工作，如涉及水利水文、水环境和水生物等指标的调研监测工作。明确农业社区水生态环境保护目标，跟踪调研农业社区水生态环境健康程度，分析水生态环境与社区经济发展相关联系，避免顾此失彼。针对水生态环境健康较差的区域，分析该区域水生态环境影响较大的因素，针对这些因素进行优先治理。以监测断面S6(朱家塘断头浜)为例，若是构建该支流与朱家塘的水系沟通，控制周边纺织业污水排放量，即使在不改变其他条件的情况下，该点的水生态健康评价结果将由“不健康”转化为“亚健康”或更佳。随着人为因素指标的控制，其他准则层指标也将逐步得到改善。

(2)加强农业社区水生态环境综合管理。水生态环境健康评价需要水利、环保、水产等多个部门的合作与协调，强化各部门间的信息沟通，切实做好河网水生态建设工作。

(3)发展科学治理手段。河网水生态环境修复只能在外来污染得到有效控制时才能进行。针对不同河网水环境状况，根据PSR模型评价分析其生态健康影响因子，针对主要外来因素进行优先治理，避免盲目进行恢复植被、放羊食藻鱼类等生态工程。

(4)促进宣传教育，提高公众意识。农业社区居民文化素养不高，对水生态环境保护意识不够，因此提高环境保护公众意识对促进其水生态环境健康发展尤为重要。一方面，农业社区可通过广播、环保法规宣传墙、环保专题知识讲座，增强社区群众环境保护法治意识；另一方面，积极指导有条件的村、社区开展“生态乡村”、“绿色社区”等创建活动，发展生态旅游业取代污染环境的产业。

3 结 语

本文利用PSR分析模型与水生态健康相关文献资料，并结合2016年8月对苏南农业社区河网水生态环境调研实验资料，最终确定5个准则层指标类别以及26项评价指标，采用层次分析法确定各项指标权重，根据模糊评价法计算该研究区域不同监测断面的水生态健康程度，分析各准则层评价得分对综合评价指数的不同影响，以此提出相应的对策与建议。本文提出的评价指标体系结构简单、层次清楚、指标明确，应用于常熟农业社区河网生态环境评价，客观地反映了2016年该农业社区的水生态状况，并对进一步的水生态修复提供科学依据，可推广至其他苏南农业社区河网水生态评价中，具有良好的实际应用价值。

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