摘要:構(gòu)建金沙江中游支流棲息地質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,為流域水生生物棲息地保護(hù)快速評(píng)價(jià)提供技術(shù)支持。遴選金沙江中游支流棲息地重點(diǎn)保護(hù)修復(fù)對(duì)象,從河道物理生境參數(shù)、流域特征、污染風(fēng)險(xiǎn)參數(shù)3個(gè)層面選取14個(gè)指標(biāo),構(gòu)建棲息地質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,借助ArcGIS、InVEST模型等工具進(jìn)行指標(biāo)計(jì)算,采用綜合評(píng)價(jià)方法進(jìn)行棲息地質(zhì)量評(píng)價(jià),并對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行實(shí)地踏查評(píng)估。結(jié)果顯示,金沙江中游流域棲息地質(zhì)量分層面來(lái)看,河道物理特征得分較高,而污染風(fēng)險(xiǎn)參數(shù)特征得分較低;棲息地質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)得分范圍為0.27~0.82,其中47.3%河流為一般等級(jí),其余河流棲息地質(zhì)量評(píng)價(jià)等級(jí)處于良好以上。對(duì)金沙江流域排名前50條支流進(jìn)行踏查驗(yàn)證,其結(jié)果與體系評(píng)價(jià)結(jié)果排名趨勢(shì)較為一致,可以支撐河流棲息地評(píng)價(jià)與重要水生生物棲息地識(shí)別。研究建立的評(píng)價(jià)體系所需數(shù)據(jù)資料易于獲取,方法簡(jiǎn)單高效,適用于金沙江中游支流棲息地質(zhì)量狀況評(píng)價(jià),也可為其他流域棲息地評(píng)價(jià)提供借鑒和支撐。
關(guān)鍵詞:河流棲息地;指標(biāo)體系;生境質(zhì)量評(píng)價(jià);金沙江中游支流
中圖分類號(hào):X82" " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A" " " " 文章編號(hào):1674-3075(2025)02-0103-11
河流棲息地作為水生生態(tài)系統(tǒng)的重要載體,為水生生物提供了繁衍生存的空間,也承載著水體物質(zhì)能量循環(huán)(楊宇等,2007;鄔鑫,2022)。在流域綜合保護(hù)開(kāi)發(fā)背景下,全面降低人類活動(dòng)對(duì)魚(yú)類棲息地的擾動(dòng)、針對(duì)性地開(kāi)展魚(yú)類棲息地保護(hù)修復(fù)工作(常理等,2020),是當(dāng)前生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作的重點(diǎn)。河流棲息地評(píng)價(jià)是判斷河流水生態(tài)系統(tǒng)功能水平的重要工具,可為流域生態(tài)保護(hù)修復(fù)提供科學(xué)建議(董哲仁等,2009)。國(guó)外關(guān)于河流棲息地質(zhì)量評(píng)估的研究起步較早,例如定性生境評(píng)價(jià)指數(shù)(qualitative habitat evaluation index,QHEI)(Morse et al,2003)、河流快速評(píng)價(jià)方案(rapid bioassessment protocols,RBPs)(Purcell et al,2002)、澳大利亞河流評(píng)價(jià)計(jì)劃(Australian river assessment scheme,AusRivAS)(Ladson et al,1999)以及河流生境調(diào)查方法(river habitat survey,RHS)(Raven et al,1997;Jeffers,1998;Szoszkiewicz et al,2006)等,這些方法被廣泛應(yīng)用于世界各國(guó)的河流生境評(píng)價(jià)研究中,為河流棲息地質(zhì)量評(píng)價(jià)提供了重要參考。國(guó)內(nèi)河流生境與棲息地研究始于21世紀(jì)初,在借鑒國(guó)外評(píng)價(jià)指標(biāo)體系基礎(chǔ)上,形成了以河道物理性狀、水文水質(zhì)要素、人類擾動(dòng)強(qiáng)度等為主體的評(píng)價(jià)方法體系(馬里等,2017)。目前已構(gòu)建的評(píng)價(jià)體系與方法主要與研究尺度密切相關(guān),在不同尺度上開(kāi)展的棲息地評(píng)價(jià)決定了研究切入點(diǎn)與應(yīng)用場(chǎng)景差異。根據(jù)不同研究尺度,可將研究對(duì)象分為微觀尺度棲息地、中尺度棲息地和宏觀尺度棲息地(楊濤等,2017),即斷面、河段和流域(水系)3個(gè)空間水平。宏觀流域尺度上,徐彩彩(2015)對(duì)遼河、孫然好等(2018)對(duì)海河流域構(gòu)建了相應(yīng)生境質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,這些研究區(qū)域范圍較大,數(shù)據(jù)獲取不確定性高,構(gòu)建的指標(biāo)和評(píng)價(jià)方法適用性有限,存在一定的局限性。鄭丙輝等(2007)、仇倩雯等(2020)、莫晶等(2021)從河段、斷面、采樣點(diǎn)等中小尺度出發(fā),選擇河流自然形態(tài)、水文水質(zhì)、水生生物等評(píng)價(jià)指標(biāo)構(gòu)建了多指標(biāo)評(píng)價(jià)體系,定量或定性評(píng)價(jià)生境質(zhì)量狀況。綜合來(lái)看,現(xiàn)有研究多集中于平原河網(wǎng),而對(duì)于自然環(huán)境復(fù)雜、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)匱乏、流域梯級(jí)開(kāi)發(fā)、缺少觀測(cè)資料的偏遠(yuǎn)地區(qū),構(gòu)建方法簡(jiǎn)單、適用性強(qiáng)的棲息地質(zhì)量評(píng)價(jià)體系,對(duì)指導(dǎo)河流棲息地系統(tǒng)性保護(hù)具有重要意義。
金沙江位于我國(guó)西南地區(qū),是長(zhǎng)江干流上游河段,干流落差大,水能資源豐富,技術(shù)可開(kāi)發(fā)量超過(guò)1億kW,占長(zhǎng)江流域可開(kāi)發(fā)量的62.5%,占全國(guó)十三大水電基地可開(kāi)發(fā)量三分之一(崔磊等,2022)。近年來(lái),在氣候變化和人類不合理擾動(dòng)的共同影響下,金沙江流域水生生境退化趨勢(shì)明顯(魏志兵等,2020),魚(yú)類資源生物多樣性受到脅迫,棲息地遭到不同程度的破壞(Fan et al,2007;He et al,2010;Cheng et al,2015),亟需對(duì)流域棲息地質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià),為流域開(kāi)發(fā)與棲息地保護(hù)提供指導(dǎo)與支撐。本研究以金沙江中游為研究區(qū),通過(guò)構(gòu)建金沙江中游支流棲息地質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,對(duì)全流域152條支流開(kāi)展棲息地質(zhì)量評(píng)價(jià),并對(duì)部分河流進(jìn)行踏查和結(jié)果驗(yàn)證,完成評(píng)價(jià)結(jié)果真實(shí)性驗(yàn)證和評(píng)價(jià)體系可靠性驗(yàn)證,為流域水生生物棲息地保護(hù)快速評(píng)價(jià)提供技術(shù)支持。
1" "材料與方法
1.1" "研究區(qū)概況
金沙江中游河段以云南省麗江市石鼓為起點(diǎn)、以四川省攀枝花市雅礱江匯入口為終點(diǎn),總長(zhǎng)度763.5 km,屬青藏高原東南緣,位于91°~105° E,25°~35° N,總面積約25.93萬(wàn)km2(圖1)。流域地跨我國(guó)第一、第二級(jí)地貌過(guò)渡區(qū)域,高山峽谷眾多、水系發(fā)達(dá)。在下半年西風(fēng)冷氣流和海洋季風(fēng)的交替影響下,流域呈現(xiàn)干濕季分明,四季不分明,降水量豐富,降雨集中,年溫差較小,雨熱同季現(xiàn)象。多樣的氣候類型和復(fù)雜的地理環(huán)境造就了金沙江中游豐富的河流生境,支流為水生生物提供了生存空間(高少波等,2013),使該地區(qū)成為水生生物的重要棲息地和避難所。
1.2" "數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法
1.2.1" "指標(biāo)選擇" "為合理客觀評(píng)價(jià)金沙江支流的生境狀況和棲息地保護(hù)價(jià)值,遵循科學(xué)性、獨(dú)立性、代表性和可操作性的原則選取評(píng)價(jià)指標(biāo)(劉華等,2012),參考相關(guān)研究(Rabeni,2000;Balestrini et al,2004;Parsons et al,2004)構(gòu)建了包括河道物理生境、流域特征、污染風(fēng)險(xiǎn)3個(gè)層面的棲息地質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(表1)。
河道物理生境是維持河流生態(tài)功能及生物多樣性的重要因素。趙進(jìn)勇等(2008)研究表明,在水量與水質(zhì)不變的情況下,河流地貌特征與生物群落的多樣性呈線性關(guān)系,地貌特征影響著生物群落的結(jié)構(gòu)和功能,因此河道長(zhǎng)度、河寬、彎曲度、河道平均高程、河道比降等物理生境在一定程度上反映了棲息地適宜性狀況。
流域特征包括了流域集水量、流域面積、流域植被生長(zhǎng)狀況等,同時(shí),流域也是農(nóng)業(yè)耕種、工業(yè)建設(shè)等人類活動(dòng)的重要區(qū)域(陳影等,2021),故人類活動(dòng)的影響也屬于流域特征。由于研究區(qū)地處西南山區(qū),流域內(nèi)工業(yè)不發(fā)達(dá),農(nóng)業(yè)為主要人類活動(dòng)影響因素,因此采用農(nóng)業(yè)用地面積來(lái)表征該地區(qū)人類活動(dòng)強(qiáng)度,選擇流域面積、流域年產(chǎn)水量、植被覆蓋度、農(nóng)業(yè)用地面積指標(biāo)作為流域特征參數(shù)。
農(nóng)業(yè)生產(chǎn)作為金沙江中游流域主要的人類生產(chǎn)活動(dòng),是影響區(qū)域生態(tài)環(huán)境狀況的關(guān)鍵性因素。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中排放的面源污染富含氮、磷等物質(zhì),在生物化學(xué)作用下轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、可溶性總磷等物質(zhì),通過(guò)徑流或水土流失進(jìn)入水體(付斌等,2015;和曉榮等,2015),對(duì)流域環(huán)境產(chǎn)生潛在污染風(fēng)險(xiǎn)。經(jīng)過(guò)2021年和2022年對(duì)金沙江中游主要一級(jí)支流的2次水質(zhì)檢測(cè)(4月與8月)發(fā)現(xiàn),金沙江中游河流水質(zhì)達(dá)到Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)以上,主要污染物為氮、磷等,因此本研究選擇總氮、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、總磷、可溶性總磷指標(biāo)作為污染風(fēng)險(xiǎn)參數(shù)并納入指標(biāo)評(píng)價(jià)體系(Zhi et al,2016)。
1.2.2" "數(shù)據(jù)獲取與處理" "本研究所用到的數(shù)據(jù)主要有數(shù)字高程(DEM)、土地利用類型、土壤類型、降水、蒸散發(fā)、下墊面條件、農(nóng)業(yè)面源污染等數(shù)據(jù)。其中,DEM數(shù)據(jù)來(lái)自地理空間數(shù)據(jù)云(http://www.gscloud.cn/)提供的30 m分辨率的DEM,土地利用類型數(shù)據(jù)來(lái)自中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)與數(shù)據(jù)中心(https://www.resdc.cn/)提供的2020年云南省、四川省的土地利用數(shù)據(jù),土壤類型數(shù)據(jù)、人口空間分布數(shù)據(jù)來(lái)自中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)與數(shù)據(jù)中心(https://www.resdc.cn/),降水、蒸散發(fā)數(shù)據(jù)來(lái)自國(guó)家氣象局發(fā)布的中國(guó)地面氣候資料日值數(shù)據(jù)集(V3.0),時(shí)間為2015―2020年。
河道物理生境涉及的彎曲度、河流長(zhǎng)度、河寬、河道平均高程、河道比降,借助ArcGIS中水文分析等工具,提取金沙江中游水系及流域分布,并結(jié)合衛(wèi)星影像以及云南省、四川省分省地圖冊(cè)復(fù)核校正水系走向和名稱,得到金沙江中游水系共有一級(jí)支流152條(部分支流見(jiàn)表2),并提取各支流河道物理生境參數(shù)數(shù)據(jù)。流域特征涉及的流域面積數(shù)據(jù)基于支流提取結(jié)果計(jì)算獲得;植被覆蓋度、農(nóng)業(yè)用地面積借助ArcGIS統(tǒng)計(jì)分析模塊疊加分析獲得;產(chǎn)水量利用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和權(quán)衡的綜合評(píng)估模型(integrated valuation of ecosystem services and trade-offs,InVEST)(Vigerstol amp; Aukema,2011)產(chǎn)水計(jì)算模塊,將流域邊界、降水、蒸散發(fā)和下墊面條件輸入模型后完成2015―2020年年際產(chǎn)水量計(jì)算(吳一帆等,2020)。污染風(fēng)險(xiǎn)所涉及的氮磷等元素主要為流域農(nóng)業(yè)活動(dòng)所排放的面源污染,本研究基于農(nóng)田分布空間數(shù)據(jù),利用《第一次全國(guó)污染源普查——農(nóng)業(yè)污染源肥料流失系數(shù)手冊(cè)》(國(guó)務(wù)院第一次全國(guó)污染源普查領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室,2009)提供的南方山地丘陵區(qū)肥料流失系數(shù),根據(jù)支流所在流域農(nóng)業(yè)用地面積統(tǒng)計(jì)分析流域農(nóng)業(yè)面源產(chǎn)生的總氮、總磷、硝態(tài)氮等指標(biāo)流失量作為區(qū)域污染風(fēng)險(xiǎn)參數(shù)數(shù)據(jù)。
1.2.3" "指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化" "由于棲息地質(zhì)量評(píng)價(jià)體系涉及多層指標(biāo)且各指標(biāo)量綱不同,在綜合評(píng)價(jià)前,需對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。根據(jù)指標(biāo)對(duì)棲息地生態(tài)環(huán)境保護(hù)的影響作用不同,本研究采取正向極值法和負(fù)向極值法2種方法對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理(王瓊等,2017),得到金沙江中游支流的各指標(biāo)得分。
正向指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化:
[Yij=Xij?minXijmaxXij?min (Xij)] ①
負(fù)向指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化:
[Yij=maxXij?XijmaxXij?min (Xij)] ②
式中:[Yij]為各子流域第[i]年第[j]個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化后的指標(biāo)數(shù)值;[Xij]為第[i]年第[j]個(gè)指標(biāo)原有數(shù)值;[max(Xij)]與[min (Xij)]分別為第[i]年第[j]個(gè)指標(biāo)的最大值與最小值。
1.2.4" "生境質(zhì)量評(píng)價(jià)方法" "本研究運(yùn)用綜合評(píng)分方法,將標(biāo)準(zhǔn)化處理后的各指標(biāo)進(jìn)行加權(quán)求和,計(jì)算棲息地質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)得分(李沖等,2021),在此基礎(chǔ)上完成金沙江中游棲息地質(zhì)量綜合評(píng)價(jià),計(jì)算公式如下:
IRH[=i=1nWi×Yi]" ③
式中:IRH為棲息地評(píng)價(jià)綜合數(shù)值;[n]為指標(biāo)個(gè)數(shù);[Yi]為各個(gè)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)值;[Wi]為各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重。
1.2.5" "評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與權(quán)重賦值" "本研究利用加權(quán)求和法計(jì)算得到棲息地評(píng)價(jià)綜合指數(shù),指數(shù)位于0~1,越接近于1,棲息地質(zhì)量越好;越接近于0,棲息地質(zhì)量越差。參考陳淼等(2017)、An等(2002)、薩茹拉等(2019)研究采用的生境質(zhì)量分級(jí)方法,將標(biāo)準(zhǔn)化后各指標(biāo)數(shù)值和綜合評(píng)價(jià)數(shù)值均劃分為0~0.25、gt;0.25~0.5、gt;0.5~0.75、gt;0.75~1等4個(gè)等級(jí),分別代表較差、一般、良好、優(yōu)等,以此作為評(píng)價(jià)金沙江中游流域各支流生境狀況的標(biāo)準(zhǔn),進(jìn)而確定具有潛在棲息地保護(hù)價(jià)值的支流。利用層次分析法初步確定指標(biāo)權(quán)重(楊宇,2006;山成菊等,2012;莫晶等,2021),結(jié)合專家打分法與流域?qū)嶋H生境情況調(diào)整并最終確定各指標(biāo)權(quán)重,各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)結(jié)果見(jiàn)表3。
1.3" "結(jié)果驗(yàn)證
為驗(yàn)證綜合評(píng)價(jià)體系結(jié)果的可靠性,2022年5月采用微觀尺度多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)方法(楊青瑞等,2015;Yang et al,2018)對(duì)部分支流進(jìn)行踏查驗(yàn)證。選取了各個(gè)斷面河寬、水深、流速、植被覆蓋度、河流水量、土地利用類型、人類活動(dòng)強(qiáng)度、總氮、總磷等指標(biāo)對(duì)河流采樣與評(píng)估。由于微觀尺度驗(yàn)證評(píng)價(jià)技術(shù)與綜合評(píng)價(jià)方法存在指標(biāo)和研究尺度上的差異,因此在結(jié)果驗(yàn)證中對(duì)比了2種評(píng)價(jià)結(jié)果的排名順序,探討綜合評(píng)價(jià)方法對(duì)支流棲息地質(zhì)量與相對(duì)重要性的識(shí)別效果,驗(yàn)證該評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的準(zhǔn)確性和可信度。
2" "結(jié)果與分析
2.1" "各層面棲息地質(zhì)量評(píng)價(jià)
2.1.1" "河道物理特征" "河道物理參數(shù)特征總權(quán)重為0.5,研究區(qū)內(nèi)河流河道物理參數(shù)特征得分均值為0.108,各指標(biāo)分級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)圖2。流域內(nèi)河流多為河長(zhǎng)短、河寬窄的河流,河道平均高程較高,河道比降大,河道彎曲度大多小于1.3,即為順直河道。流域內(nèi)河流河道平均高程均值約為1 813.1 m,河道比降均值約為13.24‰,在152條河流中有113條河流的河道平均高程處于優(yōu)等或良好狀態(tài),有125條河流的河道比降處于優(yōu)等或良好狀態(tài),占比均超過(guò)70%。而河流河道彎曲度、河流長(zhǎng)度、河寬3個(gè)指標(biāo)處于優(yōu)等或良好等級(jí)的河流較少,僅有水洛河、落漏河、漾弓江、馬過(guò)河、河川河、羅都巴河等6條河流處于優(yōu)或良好等級(jí),其余河流中超過(guò)90%的河流河道彎曲度、河流長(zhǎng)度、河寬3個(gè)指標(biāo)均被評(píng)價(jià)為較差等級(jí)。
2.1.2" "流域特征" "流域特征總權(quán)重為0.2,研究區(qū)內(nèi)河流所在流域特征得分均值0.110,各支流流域特征評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)圖3。因流域位于西南半濕潤(rùn)地區(qū),降水充足,氣候濕潤(rùn),多高山草甸分布使得該地區(qū)植被覆蓋度較高,支流流域特征良好。152條支流中有77條河流所在的流域植被覆蓋度超過(guò)了75%,有48條河流所在流域植被覆蓋度為50%~75%,總占比超過(guò)80%。由于年產(chǎn)水量主要受降水和下墊面條件的影響,且受降水控制明顯,因此金沙江中游流域年產(chǎn)水量整體比較豐富,年產(chǎn)水量為100~675 mm,均值為383 mm,其中處于優(yōu)等和良好狀態(tài)的河流占比達(dá)55%。支流所在流域面積指標(biāo)等級(jí)較差,處于較差等級(jí)的河流占比達(dá)98.7%,河口位于阿海庫(kù)區(qū)的水洛河是唯一一條指標(biāo)為優(yōu)等的河流,流域面積約16 170.6 km2,其次魚(yú)泡江、小中甸河和五郎河,雖處于較差等級(jí),但面積相對(duì)較大,分別為4 972.4、3 255.5和2 582.6 km2。流域內(nèi)農(nóng)業(yè)用地面積共1 165.8 km2,有137條支流流域農(nóng)業(yè)用地面積低于10 km2,占支流總數(shù)的90.1%,其中位于達(dá)旦河、漾弓江和魚(yú)泡江等流域的農(nóng)業(yè)用地面積相對(duì)其他一級(jí)支流較多。
2.1.3" "污染風(fēng)險(xiǎn)" "污染風(fēng)險(xiǎn)總權(quán)重0.3,研究區(qū)內(nèi)河流污染風(fēng)險(xiǎn)參數(shù)評(píng)價(jià)得分均值0.287,評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)圖4。金沙江中游河流污染排放較少,總氮、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、總磷、可溶性總磷5個(gè)指標(biāo)處于優(yōu)等的河流占比超過(guò)95%,表明該地區(qū)污染排放對(duì)棲息地質(zhì)量影響小,這主要由于流域內(nèi)農(nóng)業(yè)用地面積較小,污染源排放量相對(duì)于平原地區(qū)較小,造成的污染也較小。
2.2" "棲息地質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)
采用綜合評(píng)價(jià)方法加權(quán)求和,金沙江中游棲息地質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)指數(shù)得分為0.27~0.82,均值0.51,支流綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表4。各棲息地質(zhì)量等級(jí)介于一般和優(yōu)等,其中有72條河流棲息地質(zhì)量等級(jí)為一般,得分最低的5條河流依次為臨江箐、仁和溝、木花溝、小莊河、大深溝;79條河流棲息地質(zhì)量等級(jí)為良好,占比52.0%;水洛河棲息地質(zhì)量評(píng)價(jià)得分為0.82,是唯一一條棲息地質(zhì)量等級(jí)為優(yōu)等的河流(圖5)。根據(jù)棲息地質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果發(fā)現(xiàn),一般等級(jí)的河流主要位于金沙江中游上段,這些河流大多為河長(zhǎng)較短、平均高程較高、比降大、水量小的小型一級(jí)支流,棲息地質(zhì)量等級(jí)較好的河流大多為流域下段的支流,這些河流具有河長(zhǎng)較長(zhǎng)、流域面積大、水量豐富的特征。
2.3" "結(jié)果驗(yàn)證
根據(jù)棲息地質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)結(jié)果,本研究選擇評(píng)價(jià)得分前50的河流進(jìn)行踏查(圖6a),各支流踏查與綜合評(píng)價(jià)得分排名分別如圖6b和圖6c所示。踏查結(jié)果表明,水洛河、小中甸河、馬過(guò)河、漁泡江、漾弓江、萬(wàn)馬河、塘壩河等支流踏查評(píng)價(jià)得分較高,而哈巴色吉河、平川河、仁和溝、羅馬廠箐、后山河、永興河等支流排名靠后。與綜合評(píng)價(jià)得分排名相比,2種方法整體排名趨勢(shì)較為一致,能夠較好地識(shí)別高保護(hù)價(jià)值河流棲息地。其中拉巴河、塔鮓河、永興河、納拉河等支流2種方法評(píng)價(jià)結(jié)果之間存在偏差,可能由于這些地區(qū)受交通限制僅在河口匯流處進(jìn)行了調(diào)查,同時(shí)踏查評(píng)價(jià)選擇的水深、河流流速等指標(biāo),造成了不同評(píng)價(jià)方法結(jié)果差異,而哈巴色吉河、平川河等支流由于調(diào)查斷面位于村莊附近,受人類活動(dòng)影響偏大導(dǎo)致2種方法評(píng)價(jià)結(jié)果存在偏差。
3" "討論
科學(xué)遴選適宜性好、可推廣性強(qiáng)的指標(biāo)是河流棲息地評(píng)價(jià)體系構(gòu)建的基礎(chǔ)。近年來(lái)國(guó)內(nèi)許多學(xué)者基于國(guó)外河流生境評(píng)價(jià)方法對(duì)國(guó)內(nèi)東北、西南、西北等地區(qū)的河流、水系、流域等進(jìn)行了評(píng)價(jià)研究,其評(píng)價(jià)指標(biāo)體系主要包括河岸穩(wěn)定性、河道彎曲度、河岸植被覆蓋度、人類活動(dòng)影響程度等指標(biāo)。河道物理生境一定程度上影響著區(qū)域生物群落的結(jié)構(gòu)、功能以及多樣性,河道濱岸生境作為流域重要組成部分提供了生物群落生存和物質(zhì)能量交換的空間,而流域內(nèi)污染排放則直接影響了區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況,因此從河道物理生境、流域特征、污染風(fēng)險(xiǎn)3個(gè)層面選取了河流長(zhǎng)度、河寬、流域面積、農(nóng)業(yè)用地面積以及氮磷污染排放等指標(biāo)構(gòu)建了綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,將自然生境特征和人類干擾等多種因素均考慮在內(nèi),適宜于基礎(chǔ)資料匱乏的偏遠(yuǎn)地區(qū)開(kāi)展河流棲息地質(zhì)量評(píng)價(jià)。
本研究構(gòu)建了從流域全局評(píng)價(jià)到河道斷面驗(yàn)證的評(píng)價(jià)體系,可以支撐流域內(nèi)重要支流棲息地識(shí)別。以往很多研究采用模型模擬評(píng)估或指標(biāo)評(píng)估,在大尺度應(yīng)用和驗(yàn)證上存在較大難度(鄭丙輝等,2007;易雨君等,2019)。本研究采用宏觀評(píng)價(jià)與斷面尺度踏查相結(jié)合的手段,首先從流域整體出發(fā)根據(jù)構(gòu)建的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系采用分層面評(píng)價(jià)和綜合評(píng)價(jià)相結(jié)合的方法對(duì)金沙江中游河流進(jìn)行生境評(píng)價(jià),再選擇綜合評(píng)價(jià)指數(shù)較高的河流對(duì)其進(jìn)行踏查與評(píng)價(jià)。對(duì)比綜合評(píng)價(jià)法與踏查評(píng)價(jià)結(jié)果,踏查河流的生境質(zhì)量狀況排名與綜合評(píng)價(jià)結(jié)果排名具有一致性,2種評(píng)價(jià)結(jié)果的差異可能與踏查點(diǎn)位不足、人類活動(dòng)輕度干擾以及2種評(píng)價(jià)方法指標(biāo)差異有關(guān)。本研究也將評(píng)價(jià)結(jié)果與金沙江中游河段水電梯級(jí)開(kāi)發(fā)規(guī)劃和梨園、魯?shù)乩人娬经h(huán)評(píng)及相關(guān)批復(fù)文件中關(guān)于魚(yú)類棲息地踏查評(píng)價(jià)結(jié)果相對(duì)比,評(píng)價(jià)結(jié)果等級(jí)較高的水洛河、漾弓江、塘壩河、漁泡江等河流也被列為魚(yú)類棲息地重要保護(hù)支流。綜上所述,本研究構(gòu)建的綜合評(píng)價(jià)體系結(jié)果與踏查結(jié)果可相互印證,說(shuō)明綜合評(píng)價(jià)方法簡(jiǎn)單可靠,能夠利用多源公開(kāi)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)完成金沙江中游潛在重要棲息地識(shí)別,相關(guān)結(jié)果對(duì)金沙江中游保護(hù)修復(fù)工作具有較強(qiáng)的指導(dǎo)意義,建立的指標(biāo)和方法體系也可為其他流域棲息地評(píng)價(jià)工作提供參考基礎(chǔ)。
本研究構(gòu)建的方法體系也存在一定的不確定性?;A(chǔ)資料數(shù)據(jù)如DEM數(shù)據(jù)本身存在一定誤差,提取的水系與實(shí)際河流并不完全一致,尤其在地勢(shì)平緩地區(qū),基于此獲取的河流長(zhǎng)度、流域面積與農(nóng)業(yè)用地面積存在誤差(徐新良等,2004);由于偏遠(yuǎn)地區(qū)資料匱乏,在確定指標(biāo)權(quán)重時(shí)部分內(nèi)容仍需要采用專家打分等方式開(kāi)展,增加了評(píng)價(jià)結(jié)果的不確定性;在污染風(fēng)險(xiǎn)分析中,僅基于現(xiàn)狀考慮了農(nóng)業(yè)面源污染風(fēng)險(xiǎn),未考慮工業(yè)和城鎮(zhèn)生活污染源的影響;隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,未來(lái)工業(yè)和城鎮(zhèn)生活可能對(duì)流域水環(huán)境帶來(lái)潛在風(fēng)險(xiǎn);在污染風(fēng)險(xiǎn)層面也僅選擇了常規(guī)污染指標(biāo),對(duì)城鎮(zhèn)生活和工業(yè)活動(dòng)污染指示指標(biāo)考慮不足,可能對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果產(chǎn)生影響;進(jìn)行產(chǎn)水量計(jì)算時(shí),InVEST產(chǎn)水模塊僅考慮了年際數(shù)據(jù),同時(shí)簡(jiǎn)化的匯流過(guò)程不能反映年內(nèi)地表徑流波動(dòng)情況(魏培潔等,2022),尤其不能判斷是否存在年內(nèi)季節(jié)性斷流等情況的發(fā)生。該方法在對(duì)棲息地質(zhì)量表述上也有一定局限性,簡(jiǎn)單的等級(jí)劃分只完成了相對(duì)重要支流棲息地保護(hù)價(jià)值的識(shí)別,而棲息地對(duì)魚(yú)類等水生生物的保護(hù)作用需要開(kāi)展更為細(xì)致的產(chǎn)卵場(chǎng)、索餌場(chǎng)和越冬場(chǎng)等調(diào)查研究才能確定。因此,本研究建立的方法可完成資料匱乏地區(qū)的棲息地前期評(píng)價(jià)工作,未來(lái)仍需在重點(diǎn)支流開(kāi)展水生態(tài)與水生生物詳細(xì)調(diào)查工作以支撐流域棲息地保護(hù)決策。
4" "結(jié)論
(1)本研究構(gòu)建了由河道物理生境、流域特征、污染風(fēng)險(xiǎn)3個(gè)層面14個(gè)指標(biāo)組成的棲息地質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。利用ArcGIS工具完成產(chǎn)匯流關(guān)系識(shí)別,并借助水文分析、疊加分析以及InVEST產(chǎn)流模塊等獲得各支流14個(gè)指標(biāo)值,在完成綜合評(píng)價(jià)的同時(shí)依托現(xiàn)場(chǎng)踏查驗(yàn)證,構(gòu)建了金沙江中游河流棲息地評(píng)價(jià)方法體系。
(2)本研究通過(guò)綜合評(píng)價(jià)法對(duì)金沙江中游支流開(kāi)展分層面評(píng)價(jià)與綜合評(píng)價(jià),結(jié)果表明金沙江中游流域河流河道物理特征較差,支流所在流域特征一般,而污染風(fēng)險(xiǎn)參數(shù)特征良好。棲息地質(zhì)量綜合得分為0.27~0.82,質(zhì)量等級(jí)為良好和優(yōu)等的河流包括水洛河、漁泡江、馬過(guò)河、漾弓江、塘壩河等共80條,其中水洛河是唯一一條生境質(zhì)量評(píng)價(jià)為優(yōu)等的河流。
(3)對(duì)評(píng)價(jià)等級(jí)為優(yōu)等和良好的部分河流進(jìn)行實(shí)地踏查,經(jīng)對(duì)比,基于本評(píng)價(jià)體系識(shí)別的棲息地重要支流與環(huán)評(píng)文件、踏查結(jié)果具有較高一致性,評(píng)價(jià)方法體系科學(xué)可靠,且所需數(shù)據(jù)資料獲取方便,評(píng)價(jià)方法簡(jiǎn)單、可操作性強(qiáng)、易于推廣,可為我國(guó)資料匱乏地區(qū)的河流棲息地質(zhì)量評(píng)價(jià)提供參考。
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(責(zé)任編輯" "熊美華)
Development and Application of a River Habitat Evaluation System for Tributaries of the Middle Jinsha River
ZHAO Yanyan1, LI Chong1, LIANG Yuan2, CUI Lei3, CHENG Hongguang1,YIN Guodong3, TAN Ping2, GAO Fan3, ZHANG Hong4
(1. College of Water Science, Beijing Normal University, Beijing" "100875, P.R. China;
2. PowerChina Chengdu Engineering Corporation Limited, Chengdu" "611130, P.R. China;
3. China Renewable Energy Engineering Institute, Beijing" "100120, P.R. China;
4. Sichuan Energy Investment Panzhihua Hydropower Development Co., Ltd., Panzhihua" "617068, P.R. China)
Abstract:As important aquatic ecosystems, river habitats provide space for the reproduction and survival of aquatic organisms and support the material and energy cycles of water bodies. Habitat quality evaluation is an important tool for evaluating the functional level of river aquatic ecosystems, and can provide scientific information for ecological protection and restoration within watersheds. In this study, the middle Jinsha River was selected for research, and we explored the habitat status of its tributaries using the river habitat index (RHI) constructed for this study. The RHI was based on key protection and restoration objectives, and included 14 environmental indicators representing the physical habitat, watershed characteristics, and pollution risk. The weight of each indicator was determined using ArcGIS and the InVEST model and the total weight of parameters for physical habitat, watershed, and pollution risk were, respectively, 0.5, 0.2 and 0.3. The habitat quality of 152 tributaries in the middle Jinsha River was then evaluated using RHI and habitat quality was ranked (excellent, good, fair or bad) based on the RHI score. Finally, we conducted field surveys in selected tributaries using the comprehensive evaluation method to verify the results and reliability of the RHI. The average scores for river physical habitat, watershed characteristics, and pollution risk for tributaries in the middle reaches of Jinsha River were 0.108, 0.110 and 0.287, respectively, low for physical habitat and high for pollution risk. The comprehensive evaluation scores of habitat quality were in the range of 0.27-0.82, with an average value of 0.505. Among the 152 tributaries, a habitat quality grade for 72 rivers (47.3%) was fair, 79 rivers was good, and only 1 river was excellent. The tributaries with habitat quality of top 50 in the middle Jinsha River were selected for verification by field survey using the comprehensive evaluation method, and the results were consistent with the ranking by the RHI, indicating that it is effective for habitat evaluation and identification of critical habitat. In conclusion, the data required for the RHI developed in this study are easily obtained, and the method is simple and efficient. It is suitable for the evaluation of habitat quality in the middle reaches of the Jinsha River and can provide reference and support for habitat evaluation in other basins.
Key words: river habitat; index system; habitat quality evaluation; tributaries of the middle Jinsha River
基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(42271023)。
作者簡(jiǎn)介:趙彥顏,1999年生,女,碩士研究生,專業(yè)方向?yàn)榱饔蛏鷳B(tài)水文學(xué)。E-mail:zhaoyanyan2021@mail.bnu.edu.cn
通信作者:殷國(guó)棟,男,博士。E-mail:adamicc@hotmail.com