城市雨水塘生態(tài)風險評價方法

陳 垚，甘春娟，張 彩，袁紹春，朱子奇

1.重慶交通大學(xué)水利水運工程教育部重點實驗室，重慶 400074；2.重慶交通大學(xué)國家內(nèi)河航道整治工程研究中心，重慶 400074；3.重慶交通大學(xué)河海學(xué)院，重慶 400074；4.重慶市市政設(shè)計研究院，重慶 400012)

城市化導(dǎo)致流域不透水下墊面急劇增加，造成受納水生態(tài)系統(tǒng)的水文、物理化學(xué)和生物發(fā)生顯著擾動[1]。為緩減雨水徑流產(chǎn)生的不利影響，相關(guān)國家提出并實施了一系列雨水最佳管理措施(best management practices, BMPs)。其中，雨水塘因其具有水文削峰調(diào)控和污染控制能力，并可實現(xiàn)景觀游憩、地下水補給、水生棲息地等生態(tài)服務(wù)功能而成為有效的BMPs之一[2-4]。由于雨水塘補水水源主要來自地表徑流，其水文特性受氣候條件影響顯著；同時，由于其沉積物在城市不同開發(fā)階段受流域瞬態(tài)性的驅(qū)動(如城市開發(fā)初期和后期地表徑流攜帶的沉積物濃度顯著不同)而呈現(xiàn)出動態(tài)屬性，使其不同于其他城市水體特征。此外，雨水塘常受高徑流量的雨水、沉積物、化學(xué)物質(zhì)與微生物等多重風險源的干擾與損害[4-6]，使得雨水塘營造的水生及其陸緣生物棲息地的質(zhì)量狀況受到不斷關(guān)注[2,7]。作為雨水管理設(shè)施和生態(tài)棲息地實現(xiàn)其生態(tài)功能目標的同時，雨水塘還可與相應(yīng)的人類活動產(chǎn)生的干擾進行耦合，導(dǎo)致人地作用自驅(qū)動機制并形成生態(tài)陷阱，最終表現(xiàn)出生態(tài)脆弱性和易損性[7-8]。雖然大量研究證實雨水塘可提高城市區(qū)域生物多樣性并實現(xiàn)生物物種的保護[2,4,9-10]，但其對污染物的滯留與凈化能力具有高度變異性，在特定環(huán)境條件下反而存在污染物富集風險[6,8,11]。相關(guān)研究者也開始質(zhì)疑雨水塘中底泥污染物的歸趨，并指出其已嚴重影響雨水塘的預(yù)期功能目標，甚至對周圍生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響[6,12]。

對雨水塘沉積物質(zhì)量進行科學(xué)評價可準確掌握雨水塘系統(tǒng)處理城市雨水徑流過程中潛在的生態(tài)風險，并辨識風險受體對環(huán)境脅迫的響應(yīng)關(guān)系。但由于雨水塘水體沉積物具有動態(tài)屬性，導(dǎo)致雨水塘沉積物質(zhì)量評價過程具有復(fù)雜性。雖然相關(guān)研究已開始關(guān)注雨水塘中沉積物存在的環(huán)境風險問題，但對于雨水塘生態(tài)毒理學(xué)方面的研究仍非常有限[7,13]，以致生態(tài)風險研究結(jié)論相對模糊，難以歸類分析。目前雨水塘生態(tài)風險評價在方法上尚缺乏一致性與特異性，迫切需要提出雨水塘生態(tài)質(zhì)量監(jiān)測、評價與維護管理的綜合性標準方法體系。

城市水體生態(tài)風險評價常采用沉積物質(zhì)量評價“三元法”(sediment quality triad，SQT)[14-16]和生物評價法2類方法。其中，生物評價法主要用于診斷環(huán)境條件脅迫響應(yīng)，如加拿大水生生物監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)(The Canadian Aquatic Biomonitoring Network，CABIN)[7]、澳大利亞河流無脊椎動物等級數(shù)量平均水平(Stream Invertebrate Grade Number Average Level，SIGNAL)指數(shù)[17]、歐盟水框架指令(Water Framework Directive，WFD)[18]和英國的河流無脊椎動物預(yù)測與分類系統(tǒng)(River Invertebrate Prediction and Classification System，RIVPACS)[19-20]等。SQT主要基于沉積物化學(xué)與毒理的實驗室檢測分析，以及底棲生物群落結(jié)構(gòu)的野外監(jiān)測評價，已成為沉積物質(zhì)量評價中科學(xué)基礎(chǔ)最完備、應(yīng)用最廣泛的綜合評價方法，包括化學(xué)、毒理和生態(tài)3個基元。該方法融入了證據(jù)權(quán)重、生態(tài)風險評價等方法的基本原理與手段，更關(guān)注污染問題，主要用于評估污染物等潛在不利因素所可能引發(fā)的生態(tài)風險[14-16,21]。這2類方法均采用底棲生物作為生態(tài)評價終點，評價結(jié)果均與參照站位(即未受人類活動干擾或受干擾影響最小的站位)有關(guān)。SQT很大程度依賴于參照站位的可獲性，而CABIN、SIGNAL指數(shù)等生物評價法則完全依賴于參照站位的選取，并要求選取受人類活動影響最小的站位。參照站位的選取不僅影響生態(tài)風險評價值，還可影響環(huán)境質(zhì)量修復(fù)目標的識別與定義。城市人工靜態(tài)水生態(tài)系統(tǒng)(如雨水塘)在參照站位選取上往往存在較大的困難，需要尋求其他方法以消除或減弱評價方法對參照站位的依賴性。因此，研究雨水塘生態(tài)風險評價方法有助于提高對這類特殊系統(tǒng)生態(tài)屬性與功能的識別與掌握，以滿足質(zhì)量評價與管理需求。

為此，筆者從回顧城市雨水塘生態(tài)風險評價研究進展出發(fā)，針對參照站位選取問題著重分析了現(xiàn)有生物評價法存在的局限性，并從自凈能力(self-purification potential，SPP)和生物多樣性保護能力(biodiversity preservation potential，BPP)2個角度對雨水塘的生態(tài)質(zhì)量目標進行了功能定義，在此基礎(chǔ)上，介紹了寡毛類動物指數(shù)法(oligochaete index methodology，OIM)結(jié)合其三基元(即OIM-SQT)的綜合評價方法，并對該方法在生態(tài)質(zhì)量目標概念框架中的應(yīng)用前景與研究領(lǐng)域進行了展望，以期為我國海綿城市建設(shè)中雨水設(shè)施營造的生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量評價與管理提供參考。

1 城市雨水塘生態(tài)風險評價研究進展

雖然城市雨水管理設(shè)施具有生態(tài)屬性，但目前鮮見雨水塘采用的生態(tài)風險評價法能直接表征生態(tài)完整性概念的相關(guān)研究報道。大多研究采用的方法仍集中在單/多物種的生態(tài)毒理法、水體/沉積物污染物化學(xué)檢測法、生物群落特征分析的生態(tài)評價法或多學(xué)科交叉的綜合法(表1)。

表1 2006—2016年雨水塘生態(tài)風險評價方法相關(guān)研究Table 1 Studies addressing the ecological risk assessment of stormwater ponds within the last 10 years (2006-2016)

1.1 生態(tài)毒理法

生態(tài)毒理法可有效檢測出污染物對某些生物的潛在毒理效應(yīng)，已成為預(yù)測風險出現(xiàn)概率及其可能產(chǎn)生負面效應(yīng)的最佳方法[50-51]。雖然該方法已形成標準化操作規(guī)程，研究結(jié)果具有良好的可重復(fù)性，并可用于結(jié)果比對與釋因分析，但在實驗室模擬條件下得出的毒理結(jié)果難以外推至多風險源的生態(tài)系統(tǒng)[52]。同時，實驗室毒理檢測這一傳統(tǒng)生態(tài)毒理法并不能用于評價生態(tài)系統(tǒng)的主要組分[53]。針對上述研究結(jié)論，筆者整合相關(guān)文獻分析后認為：(1)環(huán)境中群落生態(tài)因子可影響物種的毒理效應(yīng)，如物種密度效應(yīng)、捕食、種間/內(nèi)競爭等相互作用強度，物種功能的生物放大效應(yīng)與次生毒性作用及其在食物鏈中的位置。(2)毒性隨物種生命周期特征而發(fā)生變化，尤其是可通過生物個體發(fā)育效應(yīng)及其耐受性、生物累積性等暴露史來改變物種的生理特性；(3)由于目前難以對生態(tài)關(guān)聯(lián)性進行準確定義，在選擇鑒定生物時往往基于可操作性因素(如易采集物種、稀有物種[19])，并未考慮其生態(tài)關(guān)聯(lián)性；(4)在實驗室檢測時通常對一些模擬條件進行適當修正，如適當更改了微生物的生物有效性及其暴露情況，導(dǎo)致不同實驗條件下污染物或其他環(huán)境因素及其產(chǎn)生的效應(yīng)均與野外實際生境條件顯著不同。

為避免上述研究方法存在的缺陷，表1中的相關(guān)研究者嘗試采用生物標記法、野外生物積累實驗法等其他生態(tài)毒理法對雨水塘進行生態(tài)風險評價。雖然生物標記法可作為單一壓力源或一般性環(huán)境壓力源的診斷與風險預(yù)警工具[22,50-51,54]，但該方法多數(shù)基于單一物種，研究結(jié)果并不能直接外推至種群、群落和生態(tài)系統(tǒng)水平[14,54]。野外生物積累實驗法雖可反映出真實的生境條件，并能很好地對污染物的生物可利用性及其遷移能力進行表征，但該方法受物種特異性的調(diào)控作用影響，特別是當沉積物與生物體內(nèi)污染物濃度的相關(guān)性較差時調(diào)控作用較為明顯。同時，該方法的實驗結(jié)果具有高度變異性，易受生物類型、污染物種類與環(huán)境條件的影響[55-56]。

1.2 化學(xué)檢測法

目前，大多數(shù)研究根據(jù)相關(guān)標準規(guī)定的限值，采用化學(xué)法對水體或沉積物中的污染物濃度進行檢測與對比分析，以解決雨水塘潛在毒理效應(yīng)的表征問題。該方法可用于識別環(huán)境污染源、類型及其嚴重程度，但由于污染物本身不會直接顯現(xiàn)毒理效應(yīng)，有時甚至存在多種污染物的聯(lián)合毒理效應(yīng)，僅憑有限的化學(xué)檢測數(shù)據(jù)并不能對一個完整生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)質(zhì)量進行準確評價[14,57-58]。為解決這一問題，研究者采用更精細、更昂貴的化學(xué)檢測方法對化學(xué)物質(zhì)進行分析，如利用分級萃取法對痕量重金屬的形態(tài)進行萃取分離。改進后的化學(xué)檢測法可對生物群落中污染物可生物利用量與遷移能力作出準確的預(yù)測性評價[38,59]，但其檢測成本昂貴，操作程序也較為復(fù)雜。

1.3 生態(tài)評價法

目前關(guān)于雨水塘生態(tài)風險評價法的研究中，作為環(huán)境條件脅迫響應(yīng)的指示生物方面的研究較少。針對雨水塘因青紫細菌爆發(fā)而引起嚴重腹瀉的水質(zhì)安全問題，以及因藻類爆發(fā)引起的水體富營養(yǎng)化風險問題，相關(guān)研究者對浮游動、植物等水棲生物群落進行了時空監(jiān)測[44-45,47,60-61]，并從生物角度考察了生物群落特征，為雨水塘的性能評價提供了科學(xué)依據(jù)[60-61]。但這些研究尚未識別出并確定生物群落表觀變化的特征污染物。由于受目前污染物檢測水平的限制，在對非生物特征進行對比分析時，檢測數(shù)據(jù)難以解譯生物響應(yīng)關(guān)系，甚至在生物群落中造成檢測結(jié)果具有高度變異性[2,46,62-63]，并出現(xiàn)檢測結(jié)果不支持其他證據(jù)權(quán)重的現(xiàn)象[13]。

1.4 綜合評價法

為提高雨水塘質(zhì)量評價水平，研究者嘗試采用多學(xué)科交叉的綜合評價法，如在SQT證據(jù)權(quán)重模型中結(jié)合從沉積物化學(xué)分析、毒性鑒定和原位生物生態(tài)監(jiān)測等獲得的多證據(jù)權(quán)重進行分析。雖然該方法可較好確定生態(tài)系統(tǒng)的質(zhì)量狀況，但原位生物損害終點與毒性程度常表現(xiàn)出與水體或沉積物中的污染物濃度不相關(guān)[13,48-49]。可見，該方法仍難以識別出生物群落的干擾因子，最終影響雨水塘生態(tài)質(zhì)量評價的準確性。為此，研究者采用寡毛類、搖蚊科等大型底棲動物類群對生物群落進行了分析，并認為這些具耐污能力的生物對干擾因子不敏感[7,48-49]，可作為原位生物損害終點。但生物群落分析常因環(huán)境條件的異質(zhì)性產(chǎn)生多壓力源的交互作用，影響評價終點生物響應(yīng)結(jié)果，并使群落分析顯得異常復(fù)雜[64]。

可見，單一的生態(tài)風險評價法仍主要集中在雨水塘生態(tài)損害的識別定義研究上，而這已嚴重阻礙了雨水塘生態(tài)風險評價的準確性、生態(tài)質(zhì)量預(yù)期目標的確定以及用于改善雨水生態(tài)質(zhì)量的可持續(xù)管理措施的制定。若多學(xué)科綜合評價法能解決生物群落分析的異質(zhì)性問題，利用基于原位生物損害終點(如底棲生物)的生物評價法準確解譯原位生物生態(tài)組分信息，便可對雨水塘生態(tài)風險進行準確評價。

2 基于底棲生物的生物評價法的局限性

沉積物-水界面上的底棲生物可反映沉積物的所有暴露途徑，適合作為沉積物質(zhì)量的指示生物。同時，底棲生物受棲息地的物理與化學(xué)性質(zhì)的影響，其豐度、多樣性與組分可作為魚類、鳥類等位于較高營養(yǎng)層的生物調(diào)控因子，也可作為一個重要的水生態(tài)健康評價因子。因此，原位底棲生物群落分析可有效識別污染條件下沉積物中底棲生物的損害情況，如表觀數(shù)量的變化情況[57]，最終確定底棲生物與環(huán)境脅迫的響應(yīng)關(guān)系。底棲生物群落分析雖為SQT法中的證據(jù)權(quán)重之一[14,15]，但難以成為生態(tài)風險評價中最重要的證據(jù)權(quán)重。在實際應(yīng)用過程中往往需要通過對監(jiān)測站位與參照站位的底棲生物特征(如表征群落結(jié)構(gòu)與成份的變量)進行對比分析，以評價底棲生物群落的響應(yīng)結(jié)果，并識別出生態(tài)風險評價模型中的構(gòu)成要素及其關(guān)鍵元素。

從城市雨水徑流對水生態(tài)影響的研究情況來看，總體上缺少不同水生態(tài)系統(tǒng)下底棲生物對重度污染源的響應(yīng)研究[7,13,54,56]。同時，參照站位與監(jiān)測站位缺少必要的相似性，難以根據(jù)底棲生物“無響應(yīng)”這一診斷結(jié)果直接推斷出環(huán)境風險源對水生態(tài)系統(tǒng)“無影響”這一評價結(jié)論。野外監(jiān)測站位內(nèi)水生態(tài)系統(tǒng)的生物群落常受水文徑流情勢、棲息地結(jié)構(gòu)、生物相互作用、能量來源與化學(xué)變量等多重因子的影響，并直接或間接受人類活動產(chǎn)生的脅迫因子所調(diào)控[8,17,35]。多重因子的聯(lián)合效應(yīng)決定了生物群落的生境條件，從而造成生態(tài)系統(tǒng)干擾性輸入與防御(自凈)機制間的差異性[8]。同時，各因子相互依賴產(chǎn)生損害或保護效應(yīng)。因此，進行城市水系統(tǒng)生態(tài)質(zhì)量評價時將所有損害效應(yīng)歸因于同一類因素(如化學(xué)變量)顯然是不恰當?shù)?。而選取的站位不適合作為監(jiān)測站位的參照分析可能是由于棲息地的高度異質(zhì)性[65]、其他交互作用因素[56-66]或僅僅是由于某些特定生物群落或特殊生態(tài)系統(tǒng)自身并不存在合適的參照站位[67]等原因造成。

通常而言，參照站位應(yīng)從生境類型(即水文、物理化學(xué)和生物特性)相似并具有可比性的站位中選擇人類活動干擾最小，或脅迫因子產(chǎn)生影響最小的站位作為參照條件，并通過與監(jiān)測站位進行對比分析來確定生態(tài)系統(tǒng)不可接受的損害范圍[67]。該方法為目前應(yīng)用最為廣泛、實施方法比較成熟的參照條件確定方法。但由于城市化過程對城市區(qū)域內(nèi)所有水生棲息地系統(tǒng)產(chǎn)生了人為干擾，導(dǎo)致城市雨水塘形成了獨特的生態(tài)系統(tǒng)與服務(wù)功能。顯然，在這種條件下難以找到合適的參照站位。同時，參照站位的選擇必須涵蓋監(jiān)測站位所獲取的相關(guān)屬性，而作為約束性極強、受多重環(huán)境壓力源脅迫作用且人為營造的棲息地，難以與理想的自然生態(tài)系統(tǒng)進行比較。此外，人為營造的雨水塘生態(tài)系統(tǒng)較新，特別是在修建過程中幾乎無棲息生物，并且生物群落的演替過程受塘齡影響，導(dǎo)致其與自然水體形成的棲息地在底棲生物群落與生態(tài)功能水平上存在顯著差異[56,60]。因此，識別并掌握城市雨水塘獨特的生態(tài)特征與服務(wù)功能，有助于提高生物監(jiān)測及其管理水平。而這一過程首先應(yīng)解決一個關(guān)鍵問題：在“相似區(qū)域”內(nèi)如何選取一個具有“相似特征”的參照站位，并根據(jù)質(zhì)量目標的定義確定站位改變或影響特征，從而識別結(jié)果存在的差異性？在理想情況下，應(yīng)識別出研究區(qū)域干擾前的條件，對單因素的前、后變化信息進行解譯，并基于可獲信息采用最佳專業(yè)評判(best professional judgment，BPJ)確定生態(tài)質(zhì)量變化值[14]。當對比結(jié)果的差異性不顯著時，應(yīng)選擇位于BPJ左側(cè)的站位(即評價結(jié)果為最小響應(yīng))作為參照站位，并認為該方案確定的“可接受”條件同樣適用于考慮生態(tài)和社會因素下的生態(tài)系統(tǒng)。而在最不利情況下，特別是出現(xiàn)無參照站位時，可通過對所有監(jiān)測站位進行對比，并將影響最小的監(jiān)測站位作為參照站位[65]。但該方法確定的參照站位可能會由于站位選擇的差異性造成生態(tài)風險評價及其質(zhì)量目標定義的多樣化，并最終產(chǎn)生2類誤差。其中，若選擇的參照站位質(zhì)量高于所要求的理論參照站位時，將導(dǎo)致對生態(tài)影響、質(zhì)量目標及其修復(fù)措施的評價結(jié)果過高，從而產(chǎn)生A類誤差；反之，則產(chǎn)生B類誤差。對此，可采用選取多個參照站位的方法來減少監(jiān)測站位與參照站位間因環(huán)境特征異質(zhì)性所產(chǎn)生的結(jié)果差異[67]。在不增加B類誤差的前提下篩選單一參照站位較為困難，往往選用多個參照站位；但采用多個參照站位進行生態(tài)風險評價時，則會由于研究持續(xù)時間和樣本采集/分析量的大幅增加而導(dǎo)致實際操作難以開展。

因此，當監(jiān)測站位呈現(xiàn)出即便在消除干擾后也不再恢復(fù)至參照站位的原始狀態(tài)時，最理想的方法是利用監(jiān)測站位與參照狀態(tài)的對比程度對質(zhì)量目標進行定義。這主要是由于若生態(tài)損害超出其彈性邊界，生態(tài)系統(tǒng)可表現(xiàn)出延滯特性[52]。這一結(jié)果表明，干擾后的生態(tài)系統(tǒng)不需完全沿逆向路徑進行修復(fù)，而應(yīng)向另一狀態(tài)逐漸演化以實現(xiàn)生態(tài)修復(fù)，如將需氧代謝主導(dǎo)型的生態(tài)系統(tǒng)逐漸演變?yōu)閰捬醮x主導(dǎo)型。修復(fù)后的生態(tài)系統(tǒng)可通過生物群落的成份與結(jié)構(gòu)差異性的分析對生態(tài)質(zhì)量進行表征，最終確定這一修復(fù)目標是否具有可達性。

綜上所述，目前仍難以探尋合適的參照站位并準確解譯底棲生物所產(chǎn)生或缺失的響應(yīng)信息；同時，質(zhì)量目標定義的多樣化也會導(dǎo)致評價結(jié)果出現(xiàn)誤差。但這些問題已開始得到相關(guān)研究者的重視[68-70]。

3 基于生態(tài)目標的生態(tài)風險評價方法

3.1 生態(tài)目標的定義

城市雨水塘主要用于調(diào)控城市地表產(chǎn)生的徑流量，處理污染物，并為水棲生物提供棲息地，從而實現(xiàn)城市化進程與生態(tài)系統(tǒng)保護間的平衡關(guān)系。因此，雨水塘的監(jiān)測與管理首先應(yīng)確定設(shè)施輸入的徑流量、沉積物與污染物濃度，然后通過相關(guān)調(diào)控與凈化過程將其降至下游受納生態(tài)系統(tǒng)的可接受范圍內(nèi)，確定水生生物無損害作用的環(huán)境條件并對其進行保護，從而實現(xiàn)雨水塘生態(tài)系統(tǒng)的功能目標。

TIXIER等[70]對城市雨水塘生態(tài)系統(tǒng)的2種功能進行了定義。其中，生態(tài)系統(tǒng)的第1種功能可定義為自凈能力(SPP)，反映了生態(tài)系統(tǒng)消納所有輸入物質(zhì)的能力。雨水塘調(diào)蓄洪峰，防止水力侵蝕，可采用調(diào)蓄容積與滯留時間等參數(shù)進行水力調(diào)控。而在這些參數(shù)所確定的具體邊界內(nèi)，SPP可描述出營養(yǎng)物物質(zhì)循環(huán)與污染物凈化過程中生物(生物代謝)、物理(水文地貌過程、水交換動力學(xué)等)和化學(xué)(氧化還原電位、絡(luò)合物、重金屬形態(tài))因素的協(xié)同作用，并使其具有時間與空間尺度效應(yīng)[71]。生物質(zhì)量狀態(tài)的改善在空間尺度上可表示為雨水塘輸入與輸出物質(zhì)間的差異性；而在時間尺度上則表示為雨水塘在實施修復(fù)計劃前、后生物狀態(tài)恢復(fù)的差異性。因此，SPP的質(zhì)量目標可直接定義為生態(tài)系統(tǒng)功能的修復(fù)或保護，并使生態(tài)系統(tǒng)處于生態(tài)恢復(fù)域的邊界內(nèi)(圖1)。該邊界由最大環(huán)境壓力源所確定，系統(tǒng)在該邊界內(nèi)可通過自我調(diào)節(jié)能力快速得以恢復(fù)而不改變其穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)。由于生態(tài)系統(tǒng)在恢復(fù)域內(nèi)仍可維持一個可接受的生態(tài)條件范圍，從而表現(xiàn)出最小的毒性效應(yīng)，并維持系統(tǒng)的主要生態(tài)功能，即系統(tǒng)在恢復(fù)域內(nèi)可表現(xiàn)出“生態(tài)防御”(ecosystem defences，ED)功能。而第2種功能可定義為生物多樣性保護能力(BPP)，即生態(tài)系統(tǒng)達到并維系最大可能生物多樣性的能力，采用物種與過程豐度進行表示。由圖1可知，BPP近似但不同于未受污染的靜態(tài)參照系統(tǒng)所形成的生物多樣性。

在圖1描繪的城市雨水塘生態(tài)狀況演替圖中，SPP和BPP的概念界定顯然與所采用的生物評價手段有關(guān)。而這些評價方法可對環(huán)境要素從未污染、輕度污染到嚴重污染這一變化范圍進行梯度分析，并不受靜態(tài)系統(tǒng)的類型所限制。因此，SPP/BPP的定義可有效避免因參照站位生態(tài)目標定義的多樣化而產(chǎn)生的誤差。

BIO—生物多樣性；IN—生物適應(yīng)能力；ED—生態(tài)防御；BPP—生物多樣性保護能力；SPP—自凈能力； OI—寡毛類動物指數(shù)；IBP—生物潛力指數(shù)。

3.2 OIM-SQT綜合評價法

基于城市區(qū)域參照站位選取存在的問題，研究者開始探尋其他無需參照站位或?qū)⒄照疚灰蕾囆圆粡姷脑u價方法[13]。法國致力于沉積物質(zhì)量評價研究的學(xué)者提出了基于寡毛類動物類群分析的寡毛類動物指數(shù)法(OIM)，并制定了標準化操作規(guī)程。該方法已成為歐盟水框架指令(WFD)下用于淡水湖泊生態(tài)質(zhì)量評價的重要方法之一，并在城市水體沉積物生物質(zhì)量評價中得到廣泛應(yīng)用[7,13,66,70]。OIM主要基于靜態(tài)生態(tài)系統(tǒng)不同生態(tài)條件下的污染物梯度分析，可取代傳統(tǒng)參照站位的對比分析法[7]。在雛形階段，該方法提出了2個證據(jù)權(quán)重[7,13]。其中，第1個證據(jù)權(quán)重為基于寡毛類動物生物多樣性計算得到的底泥生物潛力指數(shù)(index of biological potential，IBP)，該指數(shù)與沉積物的生物同化與礦化能力存在顯著相關(guān)性，同時寡毛類動物也受沉積物中有機物的影響。因此，IBP可作為湖泊富營養(yǎng)化程度的指標。靜態(tài)型生態(tài)系統(tǒng)中有機營養(yǎng)物可通過沉積物礦化作用這一生態(tài)功能為初級生產(chǎn)者提供無機形態(tài)的營養(yǎng)物，還可通過食物鏈進行后續(xù)能量流動與物質(zhì)遷移。其中，沉積物對營養(yǎng)物質(zhì)的生物同化與礦化能力受自然條件或人類活動產(chǎn)生的環(huán)境要素影響。因此，與生態(tài)質(zhì)量相比，IBP還可作為靜態(tài)水體的另一生態(tài)功能指標對SPP目標進行定義與量化。第2個證據(jù)權(quán)重則采用寡毛類動物法，寡毛類動物類群與重金屬等污染物濃度及其形態(tài)呈顯著正相關(guān)[13,72-73]，根據(jù)已知的污染物敏感性對寡毛類動物進行分類。掌握污染物敏感物種的相對豐度，即寡毛類動物指數(shù)(oligochaete index，OI)[66,70]，便可對受污染損害或受自然因素限制的生態(tài)系統(tǒng)的生物潛力進行區(qū)分與界定，從而對BPP目標進行定義與量化。

結(jié)合目前利用OI指標，并根據(jù)物種特異性與污染敏感特征原理的寡毛類動物類群分析法的相關(guān)研究結(jié)論[7,13,70]，分析認為OIM在靜態(tài)水生系統(tǒng)沉積物生態(tài)質(zhì)量評價中具有如下優(yōu)點：(1)與歷經(jīng)空氣-水體兩相生命階段的大型底棲動物類群不同，OIM僅涉及嚴格意義上的水棲生物，使其在整個生命周期內(nèi)可貫穿于水生條件的暴露環(huán)境中，而不會受季節(jié)更替等時間變化的影響。(2)類群分類法和個體生態(tài)學(xué)可同時用于識別種群水平，并融入功能特征信息。特別是在種群水平上，寡毛類動物群落可表示為具有不同生態(tài)功能、對環(huán)境污染敏感等高度多樣化的生物類群。即使在出現(xiàn)監(jiān)測站位間類群分類組成重疊較低時，仍可采用種群特征信息分析法對底棲生物群落損害進行科學(xué)評價[74]。(3)寡毛類動物是雨水塘沉積物中最為豐富的類群之一，在一定程度上也保證了該方法的應(yīng)用范圍與可信度。(4)OIM主要基于淡水水生系統(tǒng)中廣泛分布的周期性物種—寡毛類動物，因此，該方法在區(qū)域分布類群上并不會出現(xiàn)相同程度上的空間異質(zhì)性，適用于不同類型的靜態(tài)水系，甚至可直接移植于雨水塘的生態(tài)質(zhì)量評價研究上。

基于OIM的優(yōu)勢，TIXIER等[7,13,70]在OIM與SQT的基礎(chǔ)上，提出了用于雨水塘沉積物生物評價的OIM-SQT法。研究結(jié)果證實，該方法在缺少有效參照站位的情況下仍可獲取污染效應(yīng)的證據(jù)權(quán)重，并能很好地對生物質(zhì)量狀況進行定義與量化。因此，OIM-SQT法特別適用于缺乏有效參照站位的雨水塘生態(tài)質(zhì)量評價，且在應(yīng)用時只需確定雨水塘的IBP和OI值等證據(jù)權(quán)重，便可正確識別雨水塘的風險源，確定其生態(tài)功能目標。可見，基于OIM-SQT綜合法的生態(tài)質(zhì)量目標概念框架不僅可有效解決SQT評價結(jié)果對參照站位過度依賴的問題，還可為雨水塘生態(tài)系統(tǒng)的評價、預(yù)防與修復(fù)重建提供有價值的信息，有助于提高對城市雨水塘生態(tài)功能及其風險識別水平與管控。

OIM-SQT法獲取的證據(jù)權(quán)重可用于多個研究領(lǐng)域[70]。(1)在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域，該方法可獲取寡毛類動物的種群生態(tài)結(jié)構(gòu)與環(huán)境要素中污染物敏感信息，還可掌握水體與沉積物中污染物特異性損害與多種污染物毒理效應(yīng)等相關(guān)信息。(2)在研究開發(fā)領(lǐng)域，在雨水塘現(xiàn)有生態(tài)風險評價方法分析的基礎(chǔ)上，通過引入污染梯度分析的概念，可較好地表征雨水塘生態(tài)風險評價中寡毛類動物與污染物濃度的相關(guān)性。同時，IBP和OI還可分別用于SPP與BPP功能目標的定義。(3)在應(yīng)用領(lǐng)域，基于SPP/BPP生態(tài)目標提出的OIM-SQT法適用于雨水塘預(yù)防性措施與修復(fù)重建方案的制定。

4 結(jié)論與展望

生態(tài)毒理、化學(xué)檢測、生態(tài)評價等單一生物評價法已難以適應(yīng)人工營造生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)質(zhì)量目標識別與可持續(xù)管理措施制定，而廣泛應(yīng)用的SQT綜合評價法涉及化學(xué)、生態(tài)學(xué)、毒理學(xué)等多個學(xué)科，其發(fā)展有賴于上述學(xué)科及其交叉學(xué)科的共同發(fā)展。在這些方法中，城市水生態(tài)系統(tǒng)中合適參照站位的選取問題已成為生態(tài)風險評價的研究瓶頸。為改進靜態(tài)水生態(tài)系統(tǒng)的評價方法，提高評價結(jié)果的準確性，并降低對參照站位的依賴性，甚至取消參照站位，今后應(yīng)從生態(tài)目標定義方面入手，進一步對現(xiàn)有的方法體系進行改進，確定具有獨立生態(tài)學(xué)功能的參數(shù)指標，以提出多學(xué)科交叉的綜合評價方法。

在SPP/BPP生態(tài)功能目標定義框架內(nèi)，采用OIM-SQT法不僅可強化SQT的評價結(jié)論，降低靜態(tài)水生態(tài)系統(tǒng)沉積物評價的不準確性，較好解決沉積物質(zhì)量評價缺少合適參照站位的難題與生物群落分析產(chǎn)生的異質(zhì)性問題，還可用于識別與掌握雨水塘功能目標及其生態(tài)風險，制定預(yù)防性措施與修復(fù)重建方案。特別是該方法引入了功能性的生物監(jiān)測指標，彌補現(xiàn)有結(jié)構(gòu)性生物監(jiān)測方法存在的缺陷，有效提高了評價結(jié)果的生態(tài)關(guān)聯(lián)性。今后應(yīng)重點對該方法進行驗證性研究，并提出標準化和業(yè)務(wù)化的操作規(guī)程。