密西西比河流域監(jiān)測、修復(fù)管理經(jīng)驗(yàn)對我國流域生態(tài)保護(hù)修復(fù)的啟示

肖春蕾， 郭藝璇， 薛皓

(中國自然資源航空物探遙感中心，北京 100083)

0 引言

黨的十八大以來，我國高度重視生態(tài)修復(fù)工作，十八大報告提出要加大生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)力度，實(shí)施重大生態(tài)修復(fù)工程，十九大報告中更是將生態(tài)文明建設(shè)提升為千年大計。習(xí)近平總書記對流域生態(tài)環(huán)境保護(hù)修復(fù)工作高度重視，親自謀劃部署了黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展的國家戰(zhàn)略，并在黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展座談會上對黃河流域生態(tài)保護(hù)和發(fā)展提出“表象在黃河，根子在流域”的科學(xué)論斷，為我國流域綜合治理指明了發(fā)展方向[1-2]。

我國流域生態(tài)保護(hù)修復(fù)起步較晚，目前還處于嘗試探索階段，但我國大部分河流都存在不同程度的生態(tài)退化問題，甚至出現(xiàn)干枯斷流情況，亟需保護(hù)修復(fù)。美國對流域生態(tài)保護(hù)修復(fù)的研究與實(shí)踐開始相對較早。密西西比河作為美國的母親河，曾因工業(yè)發(fā)展、城市化建設(shè)以及航運(yùn)開發(fā)等原因，遭受過度開發(fā)，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境遭到嚴(yán)重破壞，但為保護(hù)修復(fù)密西西比河生態(tài)系統(tǒng)，聯(lián)邦和流域各州積極參與，在密西西比河及其支流上開展了一系列的生態(tài)監(jiān)測以及修復(fù)管理工作，取得了良好的修復(fù)成效。本文以密西西比河為研究對象，總結(jié)了其具有代表性的、長期性的合作監(jiān)測和修復(fù)管理工作，旨在對我國流域生態(tài)保護(hù)修復(fù)帶來啟示，為流域生態(tài)保護(hù)修復(fù)工作提供參考。

1 密西西比河流域概況

密西西比河是北美最長的河流，發(fā)源于美國明尼蘇達(dá)州西北部的艾塔斯卡湖，向南流經(jīng)中央大平原，最終注入墨西哥灣。其支流眾多，干流和支流交織在一起覆蓋了美國約40%的國土面積。美國對密西西比河的開發(fā)始于18世紀(jì)，因其當(dāng)時開發(fā)重點(diǎn)是商業(yè)航運(yùn)以及防洪功能，美國政府在流域內(nèi)實(shí)施了一系列的航運(yùn)和防洪工程，使密西西比河流域生態(tài)環(huán)境受到了嚴(yán)重影響與破壞。此外，由于在過去200 a內(nèi)農(nóng)業(yè)為密西西比河流域的主要土地利用方式，密西西比河的營養(yǎng)物質(zhì)和化學(xué)物質(zhì)含量也較高。到20世紀(jì)后期，密西西比河的生態(tài)問題已經(jīng)十分嚴(yán)峻，因此美國針對破壞嚴(yán)重的密西西比河制定和開展了一系列具體、細(xì)致的生態(tài)保護(hù)修復(fù)工作[3]。

2 密西西比河流域的監(jiān)測與修復(fù)管理

密西西比河流域的治理主要由流域管理機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)，即流域委員會模式[4]。1879年，國會立法授權(quán)密西西比河委員會成立，成立之初是為了管理洪水風(fēng)險并將其建成一個可靠的“商業(yè)大動脈”，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展成為一個綜合治理機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)防洪、航海和環(huán)境以及提供政策建議等方面的綜合治理工作[5]。密西西比河的治理工作由密西西比河委員會負(fù)責(zé)，美國陸軍工程兵團(tuán)負(fù)責(zé)具體實(shí)施。在河流生態(tài)修復(fù)方面，美國陸軍工程兵團(tuán)與政府、非政府機(jī)構(gòu)之間開展了廣泛合作，在密西西比河上游系統(tǒng)開展了一系列具有開創(chuàng)性意義的監(jiān)測與修復(fù)工作，同時與密西西比河主要支流所在州合作開展了生境監(jiān)測、生態(tài)修復(fù)等工作。但在河流源頭以及下游開展的專門針對生態(tài)修復(fù)的工作相對較少，多為航運(yùn)和洪水管理相關(guān)的項(xiàng)目。此外，參與密西西比河治理的還有許多相關(guān)協(xié)調(diào)機(jī)構(gòu)，例如密西西比河源頭理事會、密西西比河下游保護(hù)委員會等。除流域管理機(jī)構(gòu)和協(xié)調(diào)機(jī)構(gòu)外，為高效解決墨西哥灣的富營養(yǎng)化問題，還成立了專門的工作組——缺氧工作組。流域管理機(jī)構(gòu)、協(xié)調(diào)機(jī)構(gòu)、工作組與聯(lián)邦政府、州政府以及非政府機(jī)構(gòu)之間的緊密合作、協(xié)調(diào)治理保證了生態(tài)保護(hù)修復(fù)工作的有效實(shí)施，是密西西比河保護(hù)修復(fù)工作取得良好成效的重要原因。由于密西西比河支流眾多且規(guī)模較大，本文未對其支流的監(jiān)測與修復(fù)管理工作進(jìn)行一一梳理，而是主要選取并總結(jié)了密西西比河源頭、上下游以及最終到墨西哥灣開展的具有開創(chuàng)性意義和代表性的項(xiàng)目或計劃，旨在提供一個覆蓋河源頭到河口的流域監(jiān)測與修復(fù)管理案例，為我國流域生態(tài)保護(hù)修復(fù)工作提供參考。

2.1 源頭的監(jiān)測與修復(fù)管理

密西西比河始于明尼蘇達(dá)州北部的艾塔斯卡湖，由于河源頭區(qū)域的主要土地使用類型為森林和濕地，只有少量的開發(fā)用地和農(nóng)業(yè)用地，所以河源頭的整體狀況較好。因此，河源頭的工作重點(diǎn)是保護(hù)水源頭以及監(jiān)控土地開發(fā)和土地用途變化對河源頭水質(zhì)的影響[6]。

為管理河源頭區(qū)域的土地使用狀況，對密西西比河源頭進(jìn)行嚴(yán)密保護(hù)，河源頭區(qū)域的地方政府聯(lián)合實(shí)施了限制密西西比河走廊區(qū)域土地使用的綜合計劃。綜合計劃由8個縣組成的聯(lián)合權(quán)力理事會——密西西比河源頭理事會負(fù)責(zé)實(shí)施。綜合計劃規(guī)定了區(qū)劃監(jiān)管機(jī)構(gòu)以及允許使用和開發(fā)的范圍，通過一致的標(biāo)準(zhǔn)和管理目標(biāo)將8個縣聯(lián)合起來對密西西比河走廊進(jìn)行共同管理。

綜合計劃將密西西比河走廊河流分為3類，分別是風(fēng)景河流、野生河流以及河源湖，如表1所示, 并標(biāo)明了與走廊各河段對應(yīng)的種類。此外，密西西比河源頭理事會規(guī)定在河流或湖兩側(cè)建立約150 m(針對風(fēng)景河流)或約300 m(針對野生河流或源頭湖)的走廊來對不同種類河流進(jìn)行嚴(yán)格管理。最終，通過對河流生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行嚴(yán)格保護(hù)使密西西比河約前750 km都受到了保護(hù)[8]。

表1 密西西比河源頭走廊河流分類[7]

密西西比河源頭理事會還開展了全面的河流監(jiān)測計劃。通過對9項(xiàng)理化指標(biāo)(溶解氧、糞大腸菌群、pH值、碳生化需氧量、溫度、導(dǎo)電性、總磷、硝酸鹽、濁度)以及1項(xiàng)生物指標(biāo)(大型底棲無脊椎動物)[9]進(jìn)行長期監(jiān)測，記錄了水質(zhì)隨季節(jié)和水體使用變化的波動和趨勢，從而評估河流系統(tǒng)的健康狀況。

除上述措施外，密西西比河源頭理事會還開展了密西西比河源頭生境走廊項(xiàng)目來建立和擴(kuò)展連續(xù)的生境綜合體，并對每個流域進(jìn)行風(fēng)險級別分類和風(fēng)險源識別等，以支撐對河源頭的保護(hù)與修復(fù)管理工作。

2.2 上游的監(jiān)測與修復(fù)管理

密西西比河上游系統(tǒng)作為一個充滿活力的大型河流生態(tài)系統(tǒng)，覆蓋了從明尼蘇達(dá)州明尼阿波利斯至伊利諾伊州開羅的俄亥俄河匯合處之間的天然洪泛區(qū)。密西西比河上游系統(tǒng)不僅有重要的商業(yè)航運(yùn)意義，每年還會吸引大量的游客到位于這里的國家野生動物和魚類保護(hù)區(qū)參加各種水上活動，并且有超過3 000萬當(dāng)?shù)鼐用褚揽亢铀鳛楣埠凸I(yè)供應(yīng)[10]。商業(yè)航運(yùn)、娛樂活動、魚類和野生動植物的蓬勃發(fā)展，對密西西比河上游生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了巨大的影響與壓力。對此，美國在密西西比河上游系統(tǒng)開展了一系列監(jiān)測與修復(fù)管理活動。

2.2.1 密西西比河上游恢復(fù)計劃

密西西比河上游恢復(fù)計劃(原名環(huán)境管理計劃)是美國首個大型河流系統(tǒng)綜合性環(huán)境監(jiān)測和恢復(fù)計劃，1986年由水資源開發(fā)法授權(quán)，對密西西比河上游系統(tǒng)進(jìn)行恢復(fù)[11]。計劃包含的2個主要元素為系統(tǒng)研究與監(jiān)測和生境恢復(fù)，這2個元素分別通過長期資源監(jiān)測計劃和生境重建與改進(jìn)項(xiàng)目進(jìn)行。

密西西比河上游恢復(fù)計劃由美國陸軍工程兵團(tuán)負(fù)責(zé)，并與美國地質(zhì)調(diào)查局、美國魚類及野生動物管理局、美國國家環(huán)境保護(hù)局、美國農(nóng)業(yè)部自然資源保護(hù)局以及密西西比河上游的5個州合作實(shí)施。廣泛與聯(lián)邦和州政府、非政府機(jī)構(gòu)以及公眾之間建立合作關(guān)系，是密西西比河上游恢復(fù)計劃的獨(dú)特之處，也是取得修復(fù)成果的重要因素。總的來說，密西西比河上游恢復(fù)計劃為具有重要商業(yè)航運(yùn)意義的生態(tài)系統(tǒng)——密西西比河上游系統(tǒng)的生態(tài)保護(hù)修復(fù)做出了重大貢獻(xiàn)。

2.2.1.1 長期資源監(jiān)測計劃

長期資源監(jiān)測計劃被定義為集監(jiān)測、應(yīng)用研究和管理評估于一體的多用途計劃，旨在實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)： ①更好地了解密西西比河上游系統(tǒng)的生態(tài)狀況及資源問題； ②監(jiān)測資源變化； ③開發(fā)替代方案以更好地管理密西西比河上游系統(tǒng)； ④對監(jiān)測信息提供適當(dāng)?shù)墓芾韀12]。

長期資源監(jiān)測計劃的主要工作是從6個能體現(xiàn)上游系統(tǒng)環(huán)境梯度的約50～100 km的河段內(nèi)，通過隨機(jī)抽樣和標(biāo)準(zhǔn)化檢測，收集4種主要生態(tài)成分?jǐn)?shù)據(jù)，包括魚類、水質(zhì)、水生植被和水生大型無脊椎動物[12]。此外，長期資源監(jiān)測計劃還收集了相關(guān)的土地覆蓋、水文和測深數(shù)據(jù)。迄今為止，密西西比河上游恢復(fù)計劃已經(jīng)利用長期資源監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)布了2份有關(guān)河流生態(tài)健康狀況的狀態(tài)和趨勢報告。根據(jù)2008年密西西比河上游系統(tǒng)狀態(tài)和趨勢報告，監(jiān)測計劃所采用的指標(biāo)類別和具體監(jiān)測指標(biāo)如表2所示。

表2 長期資源監(jiān)測計劃所采用的指標(biāo)分類和具體監(jiān)測指標(biāo)[12]

狀態(tài)和趨勢報告指出監(jiān)測數(shù)據(jù)表明大多數(shù)指標(biāo)都保持相對穩(wěn)定，密西西比河上游系統(tǒng)存在健康梯度，北部相對健康，南部河段較不健康[12]。報告還建議進(jìn)一步研究和分析指標(biāo)的有效性，特別是魚類指標(biāo)的有效性，以及選擇使用一些可以識別變化過程的替代指標(biāo)(例如生長率這類可以預(yù)示豐度變化的指標(biāo))來替代變化速度緩慢、高度可變或有滯后效果需要許多年才能顯示其基本趨勢的現(xiàn)有指標(biāo)[12]。

長期資源監(jiān)測計劃數(shù)據(jù)庫是世界上大型河流系統(tǒng)最全面的數(shù)據(jù)庫之一，其豐富的數(shù)據(jù)能有效支持指標(biāo)的量化評價，揭示河流生態(tài)系統(tǒng)的實(shí)際健康狀況和變化趨勢。此外，長期的監(jiān)測數(shù)據(jù)還有助于提高對河流生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)在機(jī)制以及生境恢復(fù)項(xiàng)目所產(chǎn)生影響的認(rèn)識。

2.2.1.2 生境重建與改進(jìn)項(xiàng)目

生境重建與改進(jìn)項(xiàng)目也是密西西比河上游恢復(fù)計劃的組成部分，旨在通過改變洪泛區(qū)結(jié)構(gòu)、水文特征等來修復(fù)改善生境。生境重建與改進(jìn)項(xiàng)目使用了各種各樣的技術(shù)以便因地制宜地解決問題，包括實(shí)施疏浚工程、修建堤防、改變側(cè)渠、修復(fù)多樣化的洪泛區(qū)森林等[13]。盡管密西西比河上游系統(tǒng)十分復(fù)雜，但是恢復(fù)計劃使生境重建與改進(jìn)項(xiàng)目獲得了良好的成效與進(jìn)展。自1986年以來，生境重建與改進(jìn)項(xiàng)目已經(jīng)改善了超過429 km2(約106000英畝)的魚類和野生動植物生境[14],且平均成本僅為每英畝2 900美元[15]。

密西西比河上游恢復(fù)計劃解決了密西西比河生態(tài)系統(tǒng)面臨的長期壓力，避免了生態(tài)系統(tǒng)的加速退化。之后，密西西比河上游恢復(fù)計劃將按照2015—2025戰(zhàn)略計劃，繼續(xù)進(jìn)行科學(xué)的長期資源監(jiān)測和調(diào)查以及生境恢復(fù)，從而持續(xù)對密西西比河進(jìn)行修復(fù)管理。

2.2.1.3 生境需求評估

為評估密西西比河上游生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)狀、預(yù)測未來狀況以及確定監(jiān)測重點(diǎn)，補(bǔ)充實(shí)施了生境需求評估。生境需求評估的實(shí)施主要依賴于收集的長期監(jiān)測數(shù)據(jù)。首次生境需求評估已于2000年由美國陸軍工程兵團(tuán)、美國魚類及野生動物管理局、美國地質(zhì)調(diào)查局等多個部門聯(lián)合完成，評估結(jié)果顯示河流調(diào)節(jié)、沉積物、洪泛區(qū)開發(fā)是影響密西西比河上游系統(tǒng)生境的主要壓力源[16]。

由于密西西比河上游恢復(fù)計劃逐漸加強(qiáng)了對于提高密西西比河健康和復(fù)原力的關(guān)注[17]，第二次生境需求評估基于支持生態(tài)系統(tǒng)復(fù)原力的5個基本特征(水力學(xué)和水文、生物地球化學(xué)、地形學(xué)、生境、生物區(qū)系) 和4個方面(連通性、多樣性和冗余、控制變量、緩慢過程)對上游系統(tǒng)的生境需求進(jìn)行了評估，評估結(jié)果顯示雖然河流需要不同程度的恢復(fù)，但是其生態(tài)潛力仍然很高。

2.2.2 河岸線管理計劃

為平衡河岸線使用，美國陸軍工程兵團(tuán)于1989年實(shí)施了河岸線管理計劃，將其管理的河岸分為4種用途類別，如表3所示。通過對所管轄河岸線進(jìn)行統(tǒng)一的保護(hù)規(guī)劃和開發(fā)利用，可確保在提高河岸線利用效率的同時, 塑造自然健康的河岸線。

表3 河岸線分類[18]

2.2.3 土地使用分配計劃

針對共同管理的沿河聯(lián)邦土地，美國魚類及野生動物管理局和美國陸軍工程兵團(tuán)于1983年共同制定了密西西比河上游土地使用分配計劃。根據(jù)土地使用分配計劃，土地的使用種類分為項(xiàng)目運(yùn)營、密集娛樂使用、低密集娛樂使用、野生動物管理、自然區(qū)，并規(guī)定自然區(qū)主要是保存和保護(hù)科學(xué)、生態(tài)和風(fēng)景資源以及重要的考古和歷史遺跡及受威脅和瀕危物種棲息地, 且此類區(qū)域內(nèi)限制或禁止公共活動[19]。通過對沿岸土地使用進(jìn)行管理，旨在維持河流系統(tǒng)航運(yùn)功能的同時, 確保魚類和野生動物生境以及娛樂用途之間保持平衡。

2.2.4 航行與生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展計劃

為保證密西西比河上游系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，解決上游系統(tǒng)可能會出現(xiàn)的交通延誤問題，并修復(fù)由9英尺(即2.74 m)河道項(xiàng)目所造成的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能變化問題，美國陸軍工程兵團(tuán)對改進(jìn)航運(yùn)功能和修復(fù)河流生態(tài)系統(tǒng)的可行性進(jìn)行了廣泛調(diào)查。通過調(diào)查，確定了航運(yùn)改善和生態(tài)修復(fù)的項(xiàng)目位置及順序，并將在50 a內(nèi)逐步實(shí)施，以確保減少商業(yè)交通延誤的同時，保護(hù)和修復(fù)生態(tài)環(huán)境。

2.3 下游的監(jiān)測與修復(fù)管理

2.3.1 修復(fù)美國最偉大的河流計劃

修復(fù)美國最偉大的河流計劃始于2006年，其目的是改善密西西比河下游生境并修復(fù)洪泛區(qū)的水文和連通性[20]。通過此計劃，密西西比河下游委員會與美國陸軍工程兵團(tuán)等5個機(jī)構(gòu)合作開展了一系列的生境修復(fù)活動，包括修復(fù)和改善河道、下游造林工程、亞洲鯉魚管理與控制等。迄今為止，下游委員會已經(jīng)在密西西比河下游的修復(fù)和管理上取得了一定成效，并表明在未來將加強(qiáng)與政府部門、非政府機(jī)構(gòu)、航運(yùn)業(yè)等各方的合作來改善生境和減少或避免生境損失。

2.3.2 相關(guān)監(jiān)測工作

相較于上游，密西西比河下游的相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)比較缺乏。部分原因是由于密蘇里河和俄亥俄河的流入導(dǎo)致下游泥沙含量和流量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過上游，因此監(jiān)測難度更大[21]。除此之外，由于下游各州對同一河段的指定用途不同且各州間工作缺乏協(xié)調(diào)，所以監(jiān)測程度差異很大，數(shù)據(jù)相對缺乏[22]。

相較于其他機(jī)構(gòu)和部門，美國地質(zhì)調(diào)查局對下游的監(jiān)測工作處于相對領(lǐng)先的地位。最初，美國地質(zhì)調(diào)查局運(yùn)營的國家河流質(zhì)量評估網(wǎng)絡(luò)在密西西比河流域設(shè)置了26個監(jiān)測站，但在密西西比河下游只有4個站點(diǎn)，其中2個監(jiān)測站運(yùn)行了實(shí)時連續(xù)監(jiān)測儀表[22]。但是由于監(jiān)測力度和監(jiān)測站數(shù)量的不斷下降，最終在1991年被取消。同年還開展了國家水質(zhì)評估，但未能對包括密西西比河在內(nèi)的大型河流提供覆蓋完整空間范圍的評估[21]。最終國家河流質(zhì)量評估網(wǎng)絡(luò)和國家水質(zhì)評估于2013年合并形成了國家水質(zhì)網(wǎng)絡(luò)，并在密西西比河下游流域內(nèi)5個地點(diǎn)進(jìn)行了水質(zhì)和沉積物監(jiān)測數(shù)據(jù)收集。

2.4 路易斯安那州海岸地區(qū)的監(jiān)測與修復(fù)管理

為應(yīng)對路易斯安那州海岸和密西西比河三角洲的土地流失危機(jī)，美國在路易斯安那州整個沿海地區(qū)開展了一系列保護(hù)和修復(fù)項(xiàng)目，例如實(shí)施沉積物轉(zhuǎn)移、水文恢復(fù)、淡水分流、障壁島和岬角修復(fù)、海岸線保護(hù)等[23]。

路易斯安那州還設(shè)置了海岸參考監(jiān)測系統(tǒng)來監(jiān)測不同空間尺度修復(fù)工作的有效性。海岸參考監(jiān)測系統(tǒng)包含了覆蓋整個路易斯安那州海岸的390個監(jiān)測站，在1 km2和200 m2兩個尺度上進(jìn)行監(jiān)測。在1 km2的尺度上，高分辨率航空攝影被用于計算土地和水的比率來揭示土地變化趨勢； 在200 m2的尺度上，使用標(biāo)準(zhǔn)化的方法收集現(xiàn)場數(shù)據(jù)[24]。海岸參考監(jiān)測系統(tǒng)收集的數(shù)據(jù)包括水位、鹽度、沉積物堆積、地面高程變化、植被的組成和豐度、土地與水的比例以及土壤特性[24]。收集到的數(shù)據(jù)經(jīng)固定程序處理后被存儲到海岸信息管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，用于評估修復(fù)項(xiàng)目以及整個路易斯安那州海岸的狀況。

2.5 墨西哥灣的監(jiān)測與修復(fù)管理

為解決墨西哥灣的富營養(yǎng)化問題，缺氧工作組在2001年發(fā)布了海灣缺氧行動計劃，其主要目的是控制流域的氮排放，并規(guī)定每5 a更新一次缺氧行動計劃來評估已經(jīng)采取的行動并確定未來工作重點(diǎn)。修訂版的海灣缺氧行動計劃于2008年發(fā)布，要求組成缺氧工作組的各州繼續(xù)合作，制定全面的針對密西西比/阿查法拉亞河流域地表水以及墨西哥灣的減排計劃，并且表明允許每個州靈活制定、調(diào)整和實(shí)施自己的戰(zhàn)略措施。

缺氧工作組每年夏天會對墨西哥灣缺氧區(qū)的范圍進(jìn)行測量，目的是通過持續(xù)監(jiān)測來準(zhǔn)確評估缺氧區(qū)對來自密西西比/阿查法拉亞河流域營養(yǎng)物質(zhì)的響應(yīng)。根據(jù)2016年聯(lián)邦策略，缺氧工作組接下來的工作重點(diǎn)是將長期監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)制度化并支持各州實(shí)施州營養(yǎng)物質(zhì)減少策略[25]。

除此之外，2012年缺氧工作組成立了由美國地質(zhì)調(diào)查局牽頭的密西西比河流域監(jiān)測協(xié)作組織，以整合長期監(jiān)測和徑流記錄數(shù)據(jù)來評估在降低營養(yǎng)物質(zhì)方面的進(jìn)展。自2000年以來，來自參與州的48個機(jī)構(gòu)已收集了超過67萬份營養(yǎng)物質(zhì)數(shù)據(jù)[26]。為更好地評估在減少營養(yǎng)物方面取得的進(jìn)展，密西西比河流域監(jiān)測協(xié)作組織還通過由美國地質(zhì)調(diào)查局、環(huán)境保護(hù)局和國家水質(zhì)檢測委員會贊助的合作服務(wù)網(wǎng)站——水質(zhì)門戶網(wǎng)站提供其所收集的數(shù)據(jù)。

除缺氧工作組實(shí)施了監(jiān)測外，美國農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)研究局與自然資源保護(hù)局也進(jìn)行合作，在密西西比/阿查法拉亞河流域內(nèi)的小流域中進(jìn)行了農(nóng)田邊緣監(jiān)測和河流監(jiān)測，以評估農(nóng)業(yè)徑流情況以及用來減少沉積物和養(yǎng)分流失的養(yǎng)護(hù)措施的有效性[22]。

3 對我國流域生態(tài)保護(hù)修復(fù)的啟示

與密西西比河流域相比，我國大多數(shù)流域人口密度大且城市化程度不同，因此在借鑒學(xué)習(xí)密西西比河流域生態(tài)保護(hù)修復(fù)經(jīng)驗(yàn)時，還應(yīng)結(jié)合我國國情區(qū)別借鑒，探索適合我國流域生態(tài)保護(hù)修復(fù)的模式和機(jī)制。

3.1 建立和完善流域生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測與評價指標(biāo)體系

美國在開展密西西比河監(jiān)測工作時，特別是在長期資源監(jiān)測計劃中，根據(jù)流域?qū)嶋H情況建立了具有針對性的指標(biāo)體系，從而獲取了能夠有效識別生境狀況和變化趨勢的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。目前，我國流域生態(tài)修復(fù)工作還處于嘗試探索階段，尚未建立起科學(xué)有效的生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測與評價指標(biāo)體系。從我國基本國情及流域特點(diǎn)出發(fā)，制定和完善流域生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測和評價指標(biāo)體系，從生態(tài)學(xué)角度出發(fā)，借鑒包括密西西比河在內(nèi)的其他國家流域生態(tài)修復(fù)監(jiān)測與評價體系，綜合考慮包括生境、理化、水生生物和土地覆被等指標(biāo)，從單一理化指標(biāo)監(jiān)測向綜合的流域生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測與評價轉(zhuǎn)變，具有重要意義。值得注意的是，河流生態(tài)系統(tǒng)中有的過程具有緩慢性、較高變化性或時間滯后效應(yīng)，因此需要選擇能揭示變化過程的有效指標(biāo)[12]。另外，評價和判斷修復(fù)工作成功與否，應(yīng)建立一套能夠定義預(yù)期生態(tài)系統(tǒng)狀況的數(shù)值或者條件集合，即目標(biāo)范圍[12]，并且隨著對流域生態(tài)系統(tǒng)的逐漸了解，不斷精細(xì)化和量化各項(xiàng)指標(biāo)的目標(biāo)范圍。

利用流域生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測指標(biāo)體系對水文、水質(zhì)、水生態(tài)環(huán)境、生物群落多樣性以及土地覆蓋等進(jìn)行監(jiān)測，并對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析評價，不僅能夠獲取有效的流域生態(tài)狀況信息，并且長期的監(jiān)測數(shù)據(jù)對于了解河流生態(tài)系統(tǒng)的內(nèi)在機(jī)制也十分必要，特別是在自然和人為干擾下河流生態(tài)系統(tǒng)的內(nèi)在變化機(jī)制和規(guī)律?；诒O(jiān)測數(shù)據(jù)才能準(zhǔn)確判斷和識別流域存在的問題、發(fā)展趨勢和機(jī)會，因此應(yīng)依據(jù)河流實(shí)際情況，合理設(shè)定修復(fù)目標(biāo)，進(jìn)行修復(fù)規(guī)劃，充分利用其自我修復(fù)能力，并輔以恰當(dāng)?shù)男迯?fù)措施，以逐步恢復(fù)河流的生態(tài)環(huán)境功能和社會服務(wù)功能。

3.2 建立流域綜合監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行全流域持續(xù)監(jiān)測

河流生態(tài)系統(tǒng)本身是一個動態(tài)且具有開放性的系統(tǒng)，河流與其周邊環(huán)境不斷相互作用，并且從上游到下游具有自然變化的縱向模式，支流之間、子流域之間也存在巨大差異。另外，由于人口的不斷增長，不同河段的河岸使用程度及使用方式的不同，也對河流生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了不同的影響。因此，監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)應(yīng)擴(kuò)展至流域范圍，以獲取覆蓋全流域的、更豐富的監(jiān)測數(shù)據(jù)，提高對復(fù)雜流域生態(tài)系統(tǒng)及修復(fù)需求的認(rèn)知和識別。

長期監(jiān)測除了可以記錄正常的波動和變化趨勢外，還有助于提升對河流生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)在機(jī)制的認(rèn)知，并且有利于預(yù)測河流生態(tài)系統(tǒng)對未來修復(fù)措施的響應(yīng)。特別是對于在年內(nèi)和年際間會出現(xiàn)實(shí)質(zhì)性變化的大型河流，10 a的監(jiān)測數(shù)據(jù)是獲得長期有效動態(tài)刻畫的最低基線[12]。因此，應(yīng)逐步建立像密西西比河長期資源監(jiān)測計劃一樣集監(jiān)測、應(yīng)用研究和管理評估為一體的多用途計劃，進(jìn)行覆蓋全流域的長期綜合監(jiān)測，以提升流域修復(fù)管理的有效性。

3.3 建設(shè)流域生態(tài)信息平臺，加強(qiáng)數(shù)據(jù)共享

在密西西比河的修復(fù)工作中不少流域管理機(jī)構(gòu)通過信息共享平臺將收集到的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合使其信息化、系統(tǒng)化，為密西西比河的監(jiān)測和修復(fù)管理提供了強(qiáng)有力的支撐。我國也應(yīng)充分利用互聯(lián)網(wǎng)，建設(shè)和完善流域生態(tài)環(huán)境信息共享平臺，推動跨行政區(qū)和跨部門的信息資源共享，提升流域修復(fù)管理效率和成效，整合政府、科研單位以及公眾等多方數(shù)據(jù)，為我國流域生態(tài)保護(hù)修復(fù)提供數(shù)據(jù)支撐。

3.4 以流域?yàn)閱卧_展生態(tài)狀況調(diào)查和評估

建立流域尺度的生態(tài)系統(tǒng)狀況調(diào)查和評估機(jī)制，摸清我國河流生態(tài)系統(tǒng)當(dāng)前的健康狀況與需求。密西西比河的生境需求評估綜合評估了流域生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況，準(zhǔn)確識別了流域的修復(fù)需求，進(jìn)而依據(jù)事實(shí)數(shù)據(jù)實(shí)施了監(jiān)測和修復(fù)工作。我國在此方面開展的工作相對較少，并且隨著我國人口的不斷增長和城市化進(jìn)程的推進(jìn)，人類對河流生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾和破壞越來越大。因此，我國流域生態(tài)修復(fù)亟需建立流域尺度的調(diào)查和評估機(jī)制，對流域內(nèi)的每個河段進(jìn)行系統(tǒng)評估，特別是河流源頭和生態(tài)脆弱區(qū)，以識別最緊迫的修復(fù)需求，改善河流生態(tài)系統(tǒng)的總體狀況。

3.5 建立和完善監(jiān)測、評估、規(guī)劃、實(shí)施循環(huán)體系

從美國在密西西比河上游系統(tǒng)開展的長期資源監(jiān)測，到流域健康狀況和需求評估以及流域內(nèi)航道與生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的調(diào)查評估，再到土地利用及河岸線使用規(guī)劃和生境修復(fù)項(xiàng)目的實(shí)施，形成了一個相對完整、環(huán)環(huán)相扣的監(jiān)測、評估、規(guī)劃、實(shí)施循環(huán)體系。持續(xù)的監(jiān)測可以為流域生態(tài)系統(tǒng)狀況評估提供豐富的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，從而進(jìn)行基于事實(shí)數(shù)據(jù)的有效評估； 評估則幫助識別了流域生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況和需求，進(jìn)而根據(jù)實(shí)際評估結(jié)果形成更加平衡合理的流域規(guī)劃來指導(dǎo)保護(hù)修復(fù)工作的實(shí)施。特別是近年來人口的不斷增長和城市化進(jìn)程的推進(jìn)對我國河流生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾和破壞越來越大，因此基于實(shí)際情況定制流域規(guī)劃并實(shí)施修復(fù)行動至關(guān)重要。最后，監(jiān)測又會通過事實(shí)數(shù)據(jù)反映出流域規(guī)劃和保護(hù)修復(fù)工作的實(shí)施成效。為提高我國流域保護(hù)修復(fù)成效，應(yīng)盡快建立和完善監(jiān)測、評估、規(guī)劃、實(shí)施循環(huán)體系，形成基于事實(shí)數(shù)據(jù)的良性循環(huán)體系。

3.6 提升對流域生態(tài)系統(tǒng)的科學(xué)認(rèn)知

我國過去的河流生態(tài)保護(hù)修復(fù)常常側(cè)重于某一河段或某一問題，忽略了流域的整體性和連通性。部分原因是我國在流域生態(tài)修復(fù)方面的研究起步較晚，側(cè)重于研究生態(tài)工程技術(shù)，而忽視了生態(tài)學(xué)過程方面的研究[27]。對生態(tài)系統(tǒng)缺乏科學(xué)的認(rèn)知，將某一河段或問題從整個流域中割裂出來進(jìn)行治理。隨著對河流生態(tài)系統(tǒng)人為干擾的不斷增多，我國亟需加強(qiáng)對河流生態(tài)過程及河流對人類干擾響應(yīng)機(jī)制的研究，認(rèn)識流域生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)在機(jī)制和發(fā)展規(guī)律，從而充分利用其自我修復(fù)能力，使用低影響或基于自然的解決方案，減少或避免人工干預(yù)。除此之外，應(yīng)加強(qiáng)多學(xué)科綜合性研究，例如生物學(xué)、社會學(xué)、水文學(xué)等學(xué)科的融合研究，推動我國流域生態(tài)保護(hù)與修復(fù)管理的不斷提升與創(chuàng)新。

在具體的監(jiān)測與保護(hù)修復(fù)工作中，由于流域面積大和氣候地貌條件的不同，不同河段通常會呈現(xiàn)不同的水文特征，所以不同河段監(jiān)測與保護(hù)修復(fù)重點(diǎn)也應(yīng)有所區(qū)別。密西西比河上游系統(tǒng)周邊娛樂休閑、農(nóng)業(yè)等人類活動豐富，對河流生態(tài)系統(tǒng)具有直接干擾，造成了水質(zhì)惡化、生境破壞及美學(xué)價值降低等一系列問題，并且上游系統(tǒng)河流狀況會對下游生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生直接影響，因此美國陸軍工程兵團(tuán)在上游系統(tǒng)實(shí)施了細(xì)致、全面的監(jiān)測與保護(hù)工作，同時進(jìn)行了修復(fù)工作來修復(fù)生境，阻止生態(tài)系統(tǒng)加速退化。密西西比河下游則呈現(xiàn)與上游系統(tǒng)不同的水文特征，下游泥沙渾濁，流量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過上游系統(tǒng)，因此在進(jìn)行監(jiān)測的基礎(chǔ)上，實(shí)施了廣泛的修復(fù)工作以保障河流連通性，恢復(fù)其生態(tài)功能。由此，我國在流域監(jiān)測與保護(hù)修復(fù)工作中，應(yīng)在秉持流域生態(tài)系統(tǒng)完整性思想的同時，結(jié)合河段水文情勢、河流地形以及河道特征等，對不同河段實(shí)施具有針對性的監(jiān)測與保護(hù)工作，因地制宜地實(shí)施修復(fù)措施。

3.7 加強(qiáng)流域協(xié)調(diào)治理，創(chuàng)新我國流域生態(tài)保護(hù)修復(fù)管理體系

密西西比河的流域委員會模式使流域各州享有更平等的參與投票權(quán)，更能調(diào)動各州及公眾的積極性，聯(lián)邦政府在這方面則沒什么機(jī)會發(fā)揮作用[4]。雖然密西西比河的流域委員會模式也具有一定的局限性，但其在密西西比河上游取得的修復(fù)成效一定程度上凸顯了流域協(xié)調(diào)治理的重要性和有效性。由于河流跨度通常較大，我國河流一般按照行政區(qū)進(jìn)行管轄，再加上部門之間缺乏信息共享和溝通等原因，流域管理通常呈現(xiàn)碎片化的特點(diǎn)。以行政區(qū)為單位的治理割裂了河流系統(tǒng)的完整性和連通性，破壞了其生態(tài)和水文特征。

由于行政區(qū)或部門間協(xié)作機(jī)制不健全，且不同行政區(qū)對生態(tài)保護(hù)修復(fù)的認(rèn)知存在差別，導(dǎo)致流域系統(tǒng)化管理難、生態(tài)保護(hù)修復(fù)成效低。針對我國流域管理體系中的問題，應(yīng)打破分割管理狀況，創(chuàng)建跨行政區(qū)的流域協(xié)調(diào)管理體系，全流域統(tǒng)籌規(guī)劃。明確流域主管部門或設(shè)立流域管理機(jī)構(gòu)，如流域管理局、水利委員會，切實(shí)強(qiáng)化流域的統(tǒng)一管理和監(jiān)測工作，避免不同部門、地方間權(quán)責(zé)不清導(dǎo)致的管理不力或重復(fù)監(jiān)測造成的資源浪費(fèi)。鼓勵多元主體參與，強(qiáng)化流域協(xié)同治理，積極成立相關(guān)工作小組，推進(jìn)生態(tài)保護(hù)修復(fù)工作。

4 結(jié)論與展望

密西西比河流域治理為我國流域保護(hù)修復(fù)提供了一個具有參考價值的案例。通過梳理美國在密西西比河流域開展的監(jiān)測、修復(fù)管理工作，本文總結(jié)了7條具有借鑒意義的啟示： ①從我國基本國情和流域特點(diǎn)出發(fā)，建立和完善流域生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測與評價指標(biāo)體系； ②建立流域綜合監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行全流域持續(xù)監(jiān)測； ③建設(shè)流域生態(tài)信息平臺，加強(qiáng)數(shù)據(jù)共享，為我國流域生態(tài)保護(hù)修復(fù)提供高質(zhì)量數(shù)據(jù)支撐； ④以流域?yàn)閱卧_展生態(tài)狀況調(diào)查和評估，提升河流生態(tài)系統(tǒng)總體狀況； ⑤建立和完善監(jiān)測、評估、規(guī)劃、實(shí)施循環(huán)體系，形成基于事實(shí)數(shù)據(jù)的良性循環(huán)體系，提升修復(fù)成效； ⑥提升對流域生態(tài)系統(tǒng)的科學(xué)認(rèn)知，推動我國流域生態(tài)保護(hù)與修復(fù)管理工作水平不斷提升； ⑦加強(qiáng)流域協(xié)調(diào)治理，創(chuàng)新我國流域生態(tài)保護(hù)修復(fù)管理體系。

在借鑒密西西比河保護(hù)修復(fù)的成功經(jīng)驗(yàn)時，應(yīng)注意結(jié)合我國國情及流域特征，解決與完善我國流域生態(tài)保護(hù)修復(fù)工作中存在的問題與不足。相信以流域?yàn)閱挝粎f(xié)調(diào)治理，依據(jù)國情區(qū)別借鑒國外流域保護(hù)修復(fù)經(jīng)驗(yàn)，一定可以建立起適合我國國情的流域生態(tài)保護(hù)修復(fù)模式和機(jī)制，從根源上解決我國河流生態(tài)退化的問題。