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水生态系统健康评估

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湖泊、水库是我国最重要的淡水资源之一,对社会经济的发展有着不可估量的作用。目前我国已有多个大中型湖库的生态系统发生退化,部分湖库不仅丧失了其作为饮用水源的功能,而且其他生态服务功能处于已经丧失或正在丧失的过程中,这不仅危及湖库生态系统的安全运行,同时威胁到流域民众的健康生存及经济的可持续发展[1]。2007年由国家环保总局牵头,分别对我国九大湖库开展了生态安全评估工作,并研究出一整套湖库生态安全评估方法规程及技术规程[2、3]。由于多年来人为活动的影响及湖泊自然演化过程,杞麓湖沼泽化和老化程度已十分严重,自20世纪80年代中后期以来,杞麓湖水质和富营养化程度日趋加重,同时,连续几年的干旱造成杞麓湖天然补水减少,湖泊低水位运行,加剧了湖泊水质恶化及生态安全的风险,湖泊治理与保护形势严峻。开展杞麓湖水生态系统健康调查与评估十分必要且具有重要的现实意义。

1杞麓湖水生态健康评估方法

在对湖泊水生态状况深入调查研究的基础上,建立湖泊生态系统层次结构模型,即评价指标体系。在认真分析杞麓湖水生态环境健康因素的基础上,选取有关的理化指标、生态指标共9项指标,运用熵权法[2]对1994—2013年杞麓湖水生态系统健康状况进行客观评估。依据《全国重点湖泊水库生态安全评估方法规程》的水生态系统健康评价标准,把生态系统健康状态分为很好(EHCI×100为80~100)、好(EHCI×100为60~80)、中等(EHCI×100为40~60)、较差(EHCI×100为20~40)及很差(EHCI×100为0~20)五级。

2杞麓湖水生态健康调查

2.1水环境质量现状及发展趋势近20多年来杞麓湖水质TN、TP、CODMn均呈波动性上升趋势。其中,TN在20世纪80年代末期处于Ⅴ类水平,从20世纪90年代初至今均为劣Ⅴ类;TP浓度值虽有一定的波动,但基本处于Ⅳ类水平;CODMn基本处于Ⅳ类水平,但仍有少数年份处于Ⅴ类水平,2013年CODMn已接近劣Ⅴ类水质。与之相对应,1988—1991年杞麓湖水质处于Ⅴ类水平,1992—2013年水质均保持在劣Ⅴ类水平。杞麓湖早在1982年就已经进入富营养化状态,在1982—2004年的十多年间,多数年份处于轻度富营养化状态;2005年后由于TN和Chla的上升,综合营养指数达到中度富营养化状态水平,且营养状态指数呈逐年上升趋势,2013年营养状态指数已突破70,达到重度富营养。

2.2水生态系统状况及变化趋势杞麓湖藻类的群落结构以蓝、绿藻门中的耐污种为优势种,且单一优势种的优势度大,生物量大,多样性指数低。近20年浮游植物生物量总体为下降趋势,1991—2000年处于较高水平,2001年以后呈逐渐下降趋势,叶绿素a则为无规则波动,近3a显著增加。与1982年相比,2009年浮游动物的种群数量由原来的40属60种减少至3属19种,多样性减少,且浮游动物的富营养化水体的指示种正在成为优势种。1976年杞麓湖有水生植物17科39种,种类丰富且居群密度大,植被约占水面的70%;2009年挺水植被在杞麓湖呈块状分布,主要种类以水葱、芦苇、茭白为主,优势种为红线草,次优势种为竹叶眼子菜,全湖沉水植物分布区的平均密度为0.16kg/m2。1982年调查表明杞麓湖有3种水生昆虫、4种软体动物、4种螺蛳;2010年对杞麓湖底栖动物进行了3次采样监测,仅有1次在一个点(湖心)发现有少量的寡毛类,其余2次采样均没有发现任何底栖动物。目前杞麓湖的渔获物中,外来引入种占了绝大多数,鲤鱼、鲫鱼、鲢鱼、鳙鱼等是较为常见的经济鱼类,麦穗鱼等小型鱼类在渔获物中最为常见;土著鱼类中,除鲫鱼比较常见,泥鳅、黄鳝偶见外,其余种类几乎绝迹。

2.3目前杞麓湖主要水生态问题2009年以来,受持续干旱影响,杞麓湖水位大幅下降,水资源供给问题突出;湖泊水体水质污染严重,营养水平持续增加;入湖河流水质污染异常严重,占陆域径流量71%的4条主要入湖河流,水质均为劣V类;湖滨缓冲带破坏严重,湖滨生态功能退化;藻类生物量大,富营养化水平与浮游生物呈不规律发展;沉水植被大量消亡,生态功能逐步丧失;水体生境恶劣,水生生物难以生存;土著鱼类大量消亡,鱼类小型化严重。

3杞麓湖水生态健康评估

3.1杞麓湖水生态健康评估指标及数据本次评估选取杞麓湖20世纪70年代末80年代初水质和水生态数据为本底背景,评估年份为1994—2013年。选取透明度(SD)、溶解氧(DO)、化学需氧量(CODMn)、氨氮(NH4+-N)、生化需氧量(BOD5)、总氮(TN)、总磷(TP)和浮游植物数量、浮游植物叶绿素a共9项指标来进行评估。经过统计杞麓湖评估9项指标20年的实测值[6],构建杞麓湖水生态系统健康评价判断矩阵R。

3.2熵权计算(1)归一化判断矩阵将判断矩阵R归一化处理,得到归一化判断矩阵B:(2)计算熵值根据熵的定义及计算方法,确定评价指标体系的熵H:(3)计算熵权根据熵值确定抚仙湖生态系统健康评价体系中各个指标的权重W。

3.3杞麓湖水生态综合健康指数根据杞麓湖不同年份各指标的归一化数值以及通过其确定的各指标的权重(矩阵W),依据生态系统综合健康指数计算公式,计算得出杞麓湖所选时间序列的生态系统综合健康指数(见表2)。

4杞麓湖水生态系统健康评估结果与分析

从评估结果可看出,20世纪70年代末及20世纪80年代初,杞麓湖的水生态系统健康状况为“很好”,80年代中后期总体水环境质量开始下降,逐步不能达到水体功能要求;1994—2000年,杞麓湖的水生态系统健康综合指数显著下降,处于较差和中等之间,说明杞麓湖水环境在该时期已受到明显污染,水环境质量进一步下降,浮游植物数量处于较高水平;2001—2010年,杞麓湖的水生态系统健康综合指数有所提高,处于中等和好之间,水环境状态平稳,浮游植物数量较20世纪90年代呈缓慢下降趋势;2010年以后,杞麓湖的水生态系统健康综合指数明显下降。主要是由于近年持续干旱等自然原因,水资源大量损失,湖水位严重下降,水体营养物质及浮游植物数量明显增高,水生态系统健康状况逐渐由好下降为较差水平,影响生态健康指数的主要指标是CODMn、TN、TP透明度、浮游植物生物量等。近几十年来,杞麓湖流域社会经济的快速发展,尤其湖盆区近20年来蔬菜产业的高速发展,对其生态系统结构和功能造成了一定的影响。造成浮游植物群落演替速度加剧,湖区整体水质较差,多年处于劣Ⅴ类水质状态,TN浓度持续增高,营养状态指数逐年上升,1982年进入富营养化状态,近20年来由轻度富营养化状态上升到重度富营养化状态。

5结论

选择9项指标20年的监测数据,采用熵权法对杞麓湖水生态健康进行评估,结果表明杞麓湖水生态系统健康总体处于不稳定状态,20世纪70年代末至80年代初,水生态系统健康状况为“很好”;1994—2000年,水生态系统健康综合指数显著下降,处于较差和中等之间,水环境在该时期已受到明显污染;2001—2010年,水生态系统健康综合指数有所提高,处于中等和好之间,水环境状态平稳;2010年以后,水生态系统健康综合指数明显下降,变为较差水平。评估结果体现了杞麓湖不同时期水生态健康状况的对比,得出湖泊生态系统的演替趋势,与杞麓湖的多年水生态环境发展实际情况相符合。

作者:祁云宽 刘宇 刘绍俊 李荫玺 单位:玉溪市环境科学研究所

水生态系统健康评估责任编辑:杨雪    阅读:人次
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