杞麓湖水生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)估

祁云寬，劉 宇，劉紹俊，李蔭璽

（玉溪市環(huán)境科學(xué)研究所，云南玉溪653100）

杞麓湖水生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)估

祁云寬，劉 宇，劉紹俊，李蔭璽

（玉溪市環(huán)境科學(xué)研究所，云南玉溪653100）

在對(duì)杞麓湖近20年來的水生態(tài)狀況進(jìn)行調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，以20世紀(jì)80年代初杞麓湖的水質(zhì)和水生態(tài)系統(tǒng)數(shù)據(jù)為本底值，運(yùn)用評(píng)估模型對(duì)杞麓湖1994—2013年湖泊水生態(tài)系統(tǒng)健康狀況進(jìn)行了評(píng)估。結(jié)果表明：杞麓湖水生態(tài)系統(tǒng)健康多年總體處于不穩(wěn)定狀態(tài)，20世紀(jì)70年代末至80年代初，水生態(tài)系統(tǒng)健康狀況為“很好”；1994—2000年，水生態(tài)系統(tǒng)健康綜合指數(shù)顯著下降，處于較差和中等之間，水環(huán)境在該時(shí)期已受到明顯污染；2001—2010年，水生態(tài)系統(tǒng)健康綜合指數(shù)有所提高，處于中等和好之間，水環(huán)境狀態(tài)平穩(wěn)；2010年以后，由于多年持續(xù)干旱等原因，水生態(tài)系統(tǒng)健康綜合指數(shù)明顯下降，變?yōu)檩^差水平。

水生態(tài)系統(tǒng)；健康評(píng)估；評(píng)估模型；杞麓湖

湖泊、水庫是我國最重要的淡水資源之一，對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著不可估量的作用。目前我國已有多個(gè)大中型湖庫的生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生退化，部分湖庫不僅喪失了其作為飲用水源的功能，而且其他生態(tài)服務(wù)功能處于已經(jīng)喪失或正在喪失的過程中，這不僅危及湖庫生態(tài)系統(tǒng)的安全運(yùn)行，同時(shí)威脅到流域民眾的健康生存及經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展［1］。2007年由國家環(huán)保總局牽頭，分別對(duì)我國九大湖庫開展了生態(tài)安全評(píng)估工作，并研究出一整套湖庫生態(tài)安全評(píng)估方法規(guī)程及技術(shù)規(guī)程［2、3］。由于多年來人為活動(dòng)的影響及湖泊自然演化過程，杞麓湖沼澤化和老化程度已十分嚴(yán)重，自20世紀(jì)80年代中后期以來，杞麓湖水質(zhì)和富營養(yǎng)化程度日趨加重，同時(shí)，連續(xù)幾年的干旱造成杞麓湖天然補(bǔ)水減少，湖泊低水位運(yùn)行，加劇了湖泊水質(zhì)惡化及生態(tài)安全的風(fēng)險(xiǎn)，湖泊治理與保護(hù)形勢(shì)嚴(yán)峻。開展杞麓湖水生態(tài)系統(tǒng)健康調(diào)查與評(píng)估十分必要且具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 杞麓湖水生態(tài)健康評(píng)估方法

在對(duì)湖泊水生態(tài)狀況深入調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，建立湖泊生態(tài)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)模型，即評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。在認(rèn)真分析杞麓湖水生態(tài)環(huán)境健康因素的基礎(chǔ)上，選取有關(guān)的理化指標(biāo)、生態(tài)指標(biāo)共9項(xiàng)指標(biāo)，運(yùn)用熵權(quán)法［2］對(duì)1994—2013年杞麓湖水生態(tài)系統(tǒng)健康狀況進(jìn)行客觀評(píng)估。依據(jù) 《全國重點(diǎn)湖泊水庫生態(tài)安全評(píng)估方法規(guī)程》的水生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，把生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)分為很好（EHCI× 100為80～100）、好（EHCI×100為60～80）、中等（EHCI×100為40～60）、較差（EHCI×100為20～40）及很差（EHCI×100為0～20）五級(jí)。

2 杞麓湖水生態(tài)健康調(diào)查

2.1 水環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

近20多年來杞麓湖水質(zhì)TN、TP、CODMn均呈波動(dòng)性上升趨勢(shì)。其中，TN在20世紀(jì)80年代末期處于Ⅴ類水平，從20世紀(jì)90年代初至今均為劣Ⅴ類；TP濃度值雖有一定的波動(dòng)，但基本處于Ⅳ類水平；CODMn基本處于Ⅳ類水平，但仍有少數(shù)年份處于Ⅴ類水平，2013年CODMn已接近劣Ⅴ類水質(zhì)。與之相對(duì)應(yīng)，1988—1991年杞麓湖水質(zhì)處于Ⅴ類水平，1992—2013年水質(zhì)均保持在劣Ⅴ類水平。杞麓湖早在1982年就已經(jīng)進(jìn)入富營養(yǎng)化狀態(tài)，在1982—2004年的十多年間，多數(shù)年份處于輕度富營養(yǎng)化狀態(tài)；2005年后由于TN和Chla的上升，綜合營養(yǎng)指數(shù)達(dá)到中度富營養(yǎng)化狀態(tài)水平，且營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)呈逐年上升趨勢(shì)，2013年?duì)I養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)已突破70，達(dá)到重度富營養(yǎng)。

2.2 水生態(tài)系統(tǒng)狀況及變化趨勢(shì)

杞麓湖藻類的群落結(jié)構(gòu)以藍(lán)、綠藻門中的耐污種為優(yōu)勢(shì)種，且單一優(yōu)勢(shì)種的優(yōu)勢(shì)度大，生物量大，多樣性指數(shù)低。近20年浮游植物生物量總體為下降趨勢(shì)，1991—2000年處于較高水平，2001年以后呈逐漸下降趨勢(shì)，葉綠素a則為無規(guī)則波動(dòng)，近3a顯著增加。與1982年相比，2009年浮游動(dòng)物的種群數(shù)量由原來的40屬60種減少至3屬19種，多樣性減少，且浮游動(dòng)物的富營養(yǎng)化水體的指示種正在成為優(yōu)勢(shì)種。1976年杞麓湖有水生植物17科39種，種類豐富且居群密度大，植被約占水面的70%；2009年挺水植被在杞麓湖呈塊狀分布，主要種類以水蔥、蘆葦、茭白為主，優(yōu)勢(shì)種為紅線草，次優(yōu)勢(shì)種為竹葉眼子菜，全湖沉水植物分布區(qū)的平均密度為0.16kg／m2。1982年調(diào)查表明杞麓湖有3種水生昆蟲、4種軟體動(dòng)物、4種螺螄；2010年對(duì)杞麓湖底棲動(dòng)物進(jìn)行了3次采樣監(jiān)測(cè)，僅有1次在一個(gè)點(diǎn) （湖心）發(fā)現(xiàn)有少量的寡毛類，其余2次采樣均沒有發(fā)現(xiàn)任何底棲動(dòng)物。目前杞麓湖的漁獲物中，外來引入種占了絕大多數(shù)，鯉魚、鯽魚、鰱魚、鳙魚等是較為常見的經(jīng)濟(jì)魚類，麥穗魚等小型魚類在漁獲物中最為常見；土著魚類中，除鯽魚比較常見，泥鰍、黃鱔偶見外，其余種類幾乎絕跡［4，5］。

2.3 目前杞麓湖主要水生態(tài)問題

2009年以來，受持續(xù)干旱影響，杞麓湖水位大幅下降，水資源供給問題突出；湖泊水體水質(zhì)污染嚴(yán)重，營養(yǎng)水平持續(xù)增加；入湖河流水質(zhì)污染異常嚴(yán)重，占陸域徑流量71%的4條主要入湖河流，水質(zhì)均為劣V類；湖濱緩沖帶破壞嚴(yán)重，湖濱生態(tài)功能退化；藻類生物量大，富營養(yǎng)化水平與浮游生物呈不規(guī)律發(fā)展；沉水植被大量消亡，生態(tài)功能逐步喪失；水體生境惡劣，水生生物難以生存；土著魚類大量消亡，魚類小型化嚴(yán)重。

3 杞麓湖水生態(tài)健康評(píng)估

3.1 杞麓湖水生態(tài)健康評(píng)估指標(biāo)及數(shù)據(jù)

本次評(píng)估選取杞麓湖20世紀(jì)70年代末80年代初水質(zhì)和水生態(tài)數(shù)據(jù)為本底背景，評(píng)估年份為1994—2013年。選取透明度（SD）、溶解氧（DO）、化學(xué)需氧量（CODMn）、氨氮（NH4＋－N）、生化需氧量 （BOD5）、總氮 （TN）、總磷（TP）和浮游植物數(shù)量、浮游植物葉綠素a共9項(xiàng)指標(biāo)來進(jìn)行評(píng)估。經(jīng)過統(tǒng)計(jì)杞麓湖評(píng)估9項(xiàng)指標(biāo)20年的實(shí)測(cè)值［6］，構(gòu)建杞麓湖水生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)判斷矩陣R。

表1 杞麓湖水生態(tài)系統(tǒng)健康綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

3.2 熵權(quán)計(jì)算

（1）歸一化判斷矩陣

將判斷矩陣R歸一化處理，得到歸一化判斷矩陣B：

（2）計(jì)算熵值

根據(jù)熵的定義及計(jì)算方法，確定評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的熵H：

Hi＝［0.9342 0.9488 0.9731 0.9538 0.9689 0.9676 0.9602 0.8867 0.9770］

（3）計(jì)算熵權(quán)

根據(jù)熵值確定撫仙湖生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)體系中各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重W：

Wi＝［0.1532 0.1191 0.0627 0.1075 0.0724 0.0755 0.0926 0.2637 0.0534］

3.3 杞麓湖水生態(tài)綜合健康指數(shù)

根據(jù)杞麓湖不同年份各指標(biāo)的歸一化數(shù)值以及通過其確定的各指標(biāo)的權(quán)重 （矩陣W），依據(jù)生態(tài)系統(tǒng)綜合健康指數(shù)計(jì)算公式，計(jì)算得出杞麓湖所選時(shí)間序列的生態(tài)系統(tǒng)綜合健康指數(shù)（見表2）。

表2 杞麓湖水生態(tài)系統(tǒng)綜合健康指數(shù)

4 杞麓湖水生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)估結(jié)果與分析

從評(píng)估結(jié)果可看出，20世紀(jì)70年代末及20世紀(jì)80年代初，杞麓湖的水生態(tài)系統(tǒng)健康狀況為“很好”，80年代中后期總體水環(huán)境質(zhì)量開始下降，逐步不能達(dá)到水體功能要求；1994—2000年，杞麓湖的水生態(tài)系統(tǒng)健康綜合指數(shù)顯著下降，處于較差和中等之間，說明杞麓湖水環(huán)境在該時(shí)期已受到明顯污染，水環(huán)境質(zhì)量進(jìn)一步下降，浮游植物數(shù)量處于較高水平；2001—2010年，杞麓湖的水生態(tài)系統(tǒng)健康綜合指數(shù)有所提高，處于中等和好之間，水環(huán)境狀態(tài)平穩(wěn)，浮游植物數(shù)量較20世紀(jì)90年代呈緩慢下降趨勢(shì)；2010年以后，杞麓湖的水生態(tài)系統(tǒng)健康綜合指數(shù)明顯下降。主要是由于近年持續(xù)干旱等自然原因，水資源大量損失，湖水位嚴(yán)重下降，水體營養(yǎng)物質(zhì)及浮游植物數(shù)量明顯增高，水生態(tài)系統(tǒng)健康狀況逐漸由好下降為較差水平，影響生態(tài)健康指數(shù)的主要指標(biāo)是CODMn、TN、TP透明度、浮游植物生物量等。

近幾十年來，杞麓湖流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，尤其湖盆區(qū)近20年來蔬菜產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，對(duì)其生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能造成了一定的影響。造成浮游植物群落演替速度加劇，湖區(qū)整體水質(zhì)較差，多年處于劣Ⅴ類水質(zhì)狀態(tài)，TN濃度持續(xù)增高，營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)逐年上升，1982年進(jìn)入富營養(yǎng)化狀態(tài)，近20年來由輕度富營養(yǎng)化狀態(tài)上升到重度富營養(yǎng)化狀態(tài)。

5 結(jié)論

選擇9項(xiàng)指標(biāo)20年的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，采用熵權(quán)法對(duì)杞麓湖水生態(tài)健康進(jìn)行評(píng)估，結(jié)果表明杞麓湖水生態(tài)系統(tǒng)健康總體處于不穩(wěn)定狀態(tài)，20世紀(jì)70年代末至80年代初，水生態(tài)系統(tǒng)健康狀況為 “很好”；1994—2000年，水生態(tài)系統(tǒng)健康綜合指數(shù)顯著下降，處于較差和中等之間，水環(huán)境在該時(shí)期已受到明顯污染；2001—2010年，水生態(tài)系統(tǒng)健康綜合指數(shù)有所提高，處于中等和好之間，水環(huán)境狀態(tài)平穩(wěn)；2010年以后，水生態(tài)系統(tǒng)健康綜合指數(shù)明顯下降，變?yōu)檩^差水平。評(píng)估結(jié)果體現(xiàn)了杞麓湖不同時(shí)期水生態(tài)健康狀況的對(duì)比，得出湖泊生態(tài)系統(tǒng)的演替趨勢(shì)，與杞麓湖的多年水生態(tài)環(huán)境發(fā)展實(shí)際情況相符合。

［1］馮寧，毛鋒，李曉陽，等.滇池生態(tài)安全綜合評(píng)估研究 ［J］.環(huán)境科學(xué)，2010，31（2）：282－286.

［2］國家環(huán)保部，中國環(huán)科院，等.全國重點(diǎn)湖泊水庫生態(tài)安全評(píng)估方法規(guī)程［R］.2008.

［3］國家環(huán)保部，中國環(huán)科院，等.全國重點(diǎn)湖泊水庫生態(tài)安全調(diào)查技術(shù)規(guī)程［R］.2008.

［4］中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)，北京科技大學(xué)，等.杞麓湖流域水環(huán)境保護(hù)與水污染防治規(guī)劃［R］.2009.

［5］云南省環(huán)境科學(xué)研究院，玉溪市環(huán)境科學(xué)研究所，等.杞麓湖流域入湖污染負(fù)荷調(diào)查報(bào)告［R］.2010.

［6］玉溪市環(huán)境質(zhì)量報(bào)告書［Z］.1994—2013.

Health Evaluation of Aquatic Ecosystem of Qilu Lake

QIYun－kuan，LIU Yu，LIU Shao－jun，LIYin－xi
（Yuxi Institute of Environmental Science Research，Yuxi Yunnan 653100，China）

Based on the data of aquatic ecosystem of Qilu Lake in recent20 years，an evaluationmodelwas adopted to assess the health changes of the lake during 1994 to 2013 using the data ofwater quality and aquatic ecosystem of Qilu Lake in the 1980s as the background value.The evaluation results showed that the aquatic ecosystem health of the lakewas，as awhole，in a state of flux.The aquatic ecosystem was very healthy in the late 1970s and the early 1980s.However the composite index，which was between inferior and medium，dropped greatly during 1994－2000 when the water environment had been seriously polluted.The health of aquatic ecosystem became between medium and good as the composite index increased during 2001－2010 when the water environment kept steady.But amarked drop of the composite index in the inferior occurred due to a prolonged drought after 2010.

aquatic ecosystem；health evaluation；evaluation model；Qilu Lake

X82

：A

：1673－9655（2015）06－0081－05

2015－05－28

祁云寬 （1980－），男，工程師，云南玉溪人，主要從事湖泊生態(tài)環(huán)境保護(hù)與環(huán)境污染治理方面的研究。