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1.1 背景与意义
河口是河流的终段，是河流和受水体的结合区域。河口细分为入海河口、入湖河口、入库河口以及支流河口等不同类型。河口与海洋连通，影响着近海水域。河口生态系统是四大圈层交汇区域，物理、化学、生物、地质作用均非常强烈，具有独特的生态过渡带环境特征和重要的生态系统服务功能，其特性直接影响到河流终段和近海水域的生态环境，河口也因此成为相对比较脆弱的生态系统（孙涛和杨志峰，2005）。同时，河口生态系统对气候等自然环境变化和人类活动干扰也最为敏感。河口生态系统丰富的生物资源和便利的交通条件使其成为人类活动最频繁的地带，全球的河口区域集中了地球上50%以上的人口，并且这个比例一直在不断增长（N.Gómez等，2012）。在人类发展活动的持续影响下，河口生态系统面临着不断的强烈变化，其中包括物理性质和化学性质的改变、栖息地的破坏以及生物多样性的变化等（Halpern等，2007；Halpern等，2008）。河口生态系统是河流的通道，河流携带有大量细颗粒泥沙，细粒泥沙具有较强的吸附能力，不仅为河口区域带来了大量的营养物质，同时也携带了河流上游的污染物质。随着河口地区人口的增长、各种经济和水利设施建设活动的开展，人类活动对河口生态系统的影响已经越来越深刻，改变了其物质循环、能量流动和信息传递的固有渠道与耦合关系，使得生态系统的结构和功能严重受损，加剧了生态环境的恶化。虽然河口可以通过各种物理、化学、生物途径降解部分污染物，但这种自净作用是有限的，当进入河口的污染物超过了其自净能力时，就会对河口生态系统产生负面效应。根据Halpern等的研究，全球约41%的海域，特别是河口生态系统，已经受到了人类活动的严重干扰（Halpern等，2008）。近十年来，我国社会经济飞速发展，大量的污染物被不断输送到河口和近海岸生态系统，引起我国大陆18000km海岸带和河口生态系统受到部分或重度污染。
海河流域河口全部位于环渤海湾区域，研究发现环渤海湾区域大部分河口（黄河河口、海河干流河口、辽河河口等）水质及河口沉积物处于中度或严重的污染状态，其中重金属与有机污染物（烃类、胺类、酚类、农药类等）超标显著（孟伟等，2004）。对渤海主要河口的污染物研究发现环渤海湾区域各河口的主要污染物是石油类污染物，其次为营养盐。环渤海湾区域的主要河口富营养化现象非常严重（张龙军等，2007）。通过对海河流域典型河口的研究得出滦河河口主要受水体多环芳烃的污染；海河干流河口主要受营养物质、沉积物重金属和水体多环芳烃的污染；漳卫新河河口主要受沉积物重金属和水体多环芳烃的污染，且夏季污染程度高于春季。根据《2014年中国海洋环境状况公报》公布的信息，受滦河径流量和输沙量大幅减少的影响，滦河口湿地面积不断萎缩。环渤海湾区域河流水质较差，海河、蓟运河、永定新河、潮白新河等河流断面水质均为劣Ⅴ类（国家海洋信息中心，2014）。孙培艳等对渤海湾及驴驹河河口营养盐及有机物的研究认为，自20世纪80年代后期，渤海湾整体处于富营养化状态，营养盐和有机污染严重。张龙军等对环渤海主要河流的污染进行调查分析，认为环渤海各河口的首要污染物是石油类，其次为营养盐与高锰酸盐指数，也得出环渤海主要河口富营养化现象非常严重的结论（孙培艳，2007）。张雷等对环渤海潮间带沉积物中重金属的分布特征及污染评价研究认为，其重金属污染以Cd为主，局部地区出现很强或极强的生态风险（张雷等，2011）。曹志国等对漳卫新运河多环芳烃的研究认为，其河口地区受到一定的多环芳烃污染（曹治国等，2010）。林秀梅等对渤海表层沉积物中多环芳烃的分布与生态风险评价研究认为，渤海部分地区表层沉积物中的多环芳烃具有较高的生态风险（林秀梅等，2005）。由此可见，目前海河流域各河口综合受到人为干扰较大。
河口生态系统的健康不仅影响到上游河流的健康，也关系到下游海洋的生态系统健康。目前，河口生态系统的健康越来越受到人们的重视。河口生态系统健康评价可以量化退化过程中的人文与自然因素，建立预警机制，为生态系统的恢复与可持续管理提供科学依据（Harris等，2011）。
生态系统健康评价一般包括指标体系法和指示物种法两种，虽然结构指标相对容易量化和标准化，但由于指标体系法容易受主观因素的影响而使评价结果有所偏差，在较大尺度内，生物群落分布的空间差异会在一定程度上限制它的使用。指示生物法越来越受到人们的重视。常用的指示生物包括鱼类、底栖无脊椎动物和藻类等，最常用的评价方法是生物完整性指数法（index of biological integrity，IBI），例如Kim等利用鱼类完整性指数评价了受金矿排水影响的河流生态系统的健康状况（Kim等，2007）；曹艳霞等应用底栖无脊椎动物完整性指数评价了漓江水系的健康状况（曹艳霞等，2010）。微生物是生态系统中的生产者、消费者，也是分解者，在河口生态系统的物质循环、能量流动以及维持系统多样性与稳定性方面起着动植物均无法取代的重要作用，其组成影响着河口沉积物的功能（Reed，2012）。河口生态系统的海陆交互与物质梯度变化使其具有独特的微生物群落和基因资源。而河口微生物群落的组成会随着河口环境温度、盐度、溶氧量、有机质含量、营养盐浓度等诸多环境因素产生变化（关晓燕等，2012；刘材材等，2009）。
生物膜也称附着生物，一般由细菌、藻类、真菌和微型生物等组成的微生物细胞和糖胺聚糖基质组成的胞外聚合物（extracellular polysaccharide substances，EPS）组成（Marshall，1992），各种生物通过EPS黏着到不同的基质上并形成稳定的共生群落。藻类是生物膜中最主要的组成成分，并且具有各种生态偏好的种类，因此其群落结构对于许多有机和无机污染物都十分敏感（Helena等，2003），可以反映生态系统的各种变化。细菌是生态系统中不可或缺的组成成分，分泌的胞外酶活性变化往往限于细胞数量等的变化，对环境变化有较高的灵敏度和可靠性。概括来说，生物膜的生长发育受到周围生物和非生物环境的影响，可以用来综合表征水生态系统的健康状况。
功能指标（如初级生产力、呼吸速率）具有较低的空间差异，同时具有更高的敏感性，可以将各种生物的差异整合为较少的几个属性指标，便于在较大尺度上进行比较（Pratt和Cairns，1996）。生态系统净生产力（net ecosystem productivity， P n ），为总初级生产力（gross primary production，GPP或 P g ）与生态系统呼吸速率（ecosystem respiration， R 24 或 R e ）之差，通过指示生态系统的营养及平衡状况成为表征生态系统整体状态的重要功能性指标（Sarma等，2009；Young等，2009；Feio等，2010；Son等，2014；孙涛等，2011）。环境变化和人类活动所导致的水量减少、水生境质量退化与水生动植物群落变化等，均对河口湿地净生产力造成显著影响（Aerts和Ludwig，1997；Zaiha等，2015）。
如何有效量化辨识环境因素所导致的水量减少、水生境质量退化等引起的湿地净生产力的变化，是当前水生态系统对环境变化响应研究的热点。对湿地而言，影响净生产力的环境因素较多，主要为水质、水量、生物等因素。水质条件在调节水体初级生产力、呼吸速率时发挥重要作用（Caffrey等，2014；Yan等，2014）。水文条件如水量、流速会改变水体的水质状况，影响水生生物资源的种类、数量，进而影响水体初级生产力和群落呼吸速率（Belmara等，2013；Bruno等，2014；Shen等，2015）。季节的变化、生物的摄食作用，对湿地生态系统具有重要意义，但也会影响系统净生产力（Ogdahl等，2010）。一直以来，浮游植物被认为是初级生产力的最主要贡献者，但在湿地，底栖藻类和大型水生植物的作用不可忽视（Rodríguez等，2012；Ivanova等，2014）。
因此，明确海河流域典型河口水环境中主要污染物的分布及污染特征，了解河口微生物时空分布及影响因子，分析生物膜群落各结构、功能指标与环境污染指数的关系，得出基于生物膜的生物完整性指数，综合考虑湿地中浮游植物、底栖藻类和大型水生植物对初级生产力的贡献，以及水质、水量、食物网中种群通过摄食作用对初级生产力和群落呼吸速率的影响，为预测和评估环境因子对湿地生态系统的干扰提供理论基础，并在此基础上进一步制定流域生态恢复措施，为海河流域河口湿地的保护及修复提供决策支持。