白洋淀生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)

徐 菲，趙彥偉，楊志峰，陳 彬

(北京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院，環(huán)境模擬與污染控制國(guó)家重點(diǎn)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，北京 100875)

白洋淀生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)

徐 菲，趙彥偉，楊志峰*，陳 彬

(北京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院，環(huán)境模擬與污染控制國(guó)家重點(diǎn)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，北京 100875)

涵蓋熱力學(xué)指標(biāo)的指標(biāo)體系可全面表征湖泊生態(tài)系統(tǒng)在受擾條件下的健康狀態(tài)。在實(shí)地監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用浮游植物生物量(BA)、浮游動(dòng)物生物量/浮游植物生物量(BZ/BA)浮游植物群落初級(jí)生產(chǎn)量(P)、能質(zhì)(Ex)、結(jié)構(gòu)能質(zhì)(Exst)和浮游植物對(duì)TP的緩沖能力(βp)表征白洋淀的健康狀態(tài)，并通過(guò)集成健康綜合指數(shù)，確定了白洋淀14個(gè)水域的健康等級(jí)。結(jié)果表明，白洋淀大部分水域健康受損較為嚴(yán)重。棗林莊和采蒲臺(tái)水域處于亞健康狀態(tài)，燒車(chē)淀、光淀張莊和東田莊水域處于不健康狀態(tài)，其余9個(gè)水域均處于病態(tài)。結(jié)合各水域人類(lèi)干擾活動(dòng)的分布可知，白洋淀健康退化的程度與人類(lèi)干擾強(qiáng)度密切相關(guān)。府河和淀內(nèi)居民生活及水產(chǎn)養(yǎng)殖污水排放是造成白洋淀健康受損的主要原因。該結(jié)果可為白洋淀生態(tài)系統(tǒng)的管理和修復(fù)提供一定的科學(xué)依據(jù)。

生態(tài)系統(tǒng)健康；健康評(píng)價(jià)；白洋淀；能質(zhì)

隨著20世紀(jì)80年代生態(tài)系統(tǒng)健康概念的提出，生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)被廣泛應(yīng)用于湖泊保護(hù)與管理實(shí)踐過(guò)程中。與人類(lèi)健康評(píng)價(jià)相似，完整的湖泊評(píng)價(jià)可以通過(guò)生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)完成，從而為管理者分析湖泊健康退化原因和制定相應(yīng)的管理規(guī)劃提供便利。

各國(guó)專(zhuān)家學(xué)者相繼開(kāi)展了有關(guān)湖泊生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)方面的研究，在熱力學(xué)指標(biāo)用于湖泊生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)上取得了一定進(jìn)展[1]。J?rgensen于1995年提出應(yīng)用能質(zhì)、結(jié)構(gòu)能質(zhì)和生態(tài)緩沖能力從生態(tài)系統(tǒng)水平上衡量生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)，并認(rèn)為健康的湖泊生態(tài)系統(tǒng)應(yīng)擁有較高的能質(zhì)、結(jié)構(gòu)能質(zhì)和生態(tài)緩沖能力[2- 3]。Xu應(yīng)用富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)、多樣性指數(shù)、能質(zhì)、結(jié)構(gòu)能質(zhì)和浮游植物生態(tài)緩沖能力評(píng)價(jià)了巢湖的健康狀態(tài)[4]。在此基礎(chǔ)上，Xu 等進(jìn)一步通過(guò)分析湖泊在酸化、有機(jī)殺蟲(chóng)劑污染、重金屬銅污染和油污染脅迫下結(jié)構(gòu)、功能和系統(tǒng)方面的響應(yīng)特征，建立了一套包括湖泊生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能和系統(tǒng)三方面指標(biāo)的具有普適性的湖泊生態(tài)系統(tǒng)健康綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，并應(yīng)用于巢湖。同時(shí)提出健康的湖泊生態(tài)系統(tǒng)不僅應(yīng)具有相對(duì)較高的能質(zhì)、結(jié)構(gòu)能質(zhì)、生態(tài)緩沖能力，還應(yīng)有較高的浮游動(dòng)物生物量/浮游植物生物量及較低的浮游植物生物量和浮游植物群落初級(jí)生產(chǎn)量[5]。胡會(huì)峰等對(duì)上述指標(biāo)體系進(jìn)行了簡(jiǎn)化，選擇表征生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)方面的8個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)了青海湖1988—1989年的生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)[6]。劉永等應(yīng)用包含熱力學(xué)指標(biāo)的指標(biāo)體系通過(guò)計(jì)算綜合健康指數(shù)評(píng)價(jià)了滇池不同時(shí)期的生態(tài)系統(tǒng)健康狀況[7]。胡志新等應(yīng)用Xu[4]的方法評(píng)價(jià)了太湖15個(gè)湖區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)健康狀況，并在計(jì)算能質(zhì)和結(jié)構(gòu)能質(zhì)時(shí)，除浮游植物和浮游動(dòng)物之外，還考慮了底棲動(dòng)物和大型水生植物[8]。盧媛媛等和盧志娟等運(yùn)用了同樣的方法分別評(píng)價(jià)了武漢市多個(gè)淺水湖泊和西湖不同時(shí)期的健康狀況[9- 10]。

J?rgensen指出能質(zhì)、結(jié)構(gòu)能質(zhì)與生態(tài)緩沖能力相結(jié)合，可以反映von Bertalanffy 和E.P. Odum提出的生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展的性質(zhì)以及Costanza提出的生態(tài)系統(tǒng)健康的6項(xiàng)描述[11]。涵蓋熱力學(xué)指標(biāo)的指標(biāo)體系能較好地反映湖泊生態(tài)系統(tǒng)對(duì)外界干擾的抵抗能力，使健康的表征更全面。同時(shí)，上述研究實(shí)例表明涵蓋熱力學(xué)指標(biāo)的指標(biāo)體系適用于我國(guó)湖泊生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)。

白洋淀作為北方地區(qū)典型的草型淺水湖泊其健康狀態(tài)面臨嚴(yán)重退化的威脅，影響了當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。白洋淀健康狀況受到了政府、專(zhuān)家學(xué)者以及公眾的廣泛關(guān)注，如何改善白洋淀健康受損的狀態(tài)成為亟待解決的問(wèn)題。目前針對(duì)白洋淀的研究大多集中在水質(zhì)評(píng)價(jià)方面，僅Xu等應(yīng)用包含能質(zhì)和結(jié)構(gòu)能質(zhì)的指標(biāo)體系評(píng)價(jià)了白洋淀的健康狀態(tài)[12]。然而對(duì)于同一湖泊不同時(shí)期或不同湖區(qū)狀態(tài)的比較，多指標(biāo)集成健康綜合指數(shù)更能直觀(guān)反映健康狀態(tài)的差異[13]，便于確定健康等級(jí)。本文選取Xu等[5]中提出的包含結(jié)構(gòu)、功能和系統(tǒng)三方面指標(biāo)的指標(biāo)體系，并應(yīng)用于白洋淀生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行健康評(píng)價(jià)，通過(guò)計(jì)算健康綜合指數(shù)，確定14個(gè)水域的健康等級(jí)，為白洋淀的管理和修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

白洋淀(38°43′—39°02′ N，115°38′—116°07′ E)是中國(guó)華北地區(qū)典型的草型淺水湖泊，主要位于河北省保定市安新縣境內(nèi)，水面面積約為150 km2(平均水位為7.5 m，平均水深為2.3 m)，淀區(qū)由大小不等且相互聯(lián)系的143個(gè)淀泊組成。20世紀(jì)50年代，白洋淀?yè)碛?條入淀河流，水量充足，水質(zhì)狀況較好，且生物多樣性較高。近幾十年來(lái)，由于流域內(nèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度較快，作為上游幾百萬(wàn)人民生產(chǎn)生活排污的必經(jīng)之地，白洋淀生態(tài)系統(tǒng)受到當(dāng)?shù)厝祟?lèi)活動(dòng)的嚴(yán)重影響，入淀水量逐年減少，目前僅有府河攜帶大量排污物入淀，加之淀內(nèi)居民人口的增加及水產(chǎn)養(yǎng)殖規(guī)模的擴(kuò)大，大量污水排放造成大部分水域處于草型富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)，僅少數(shù)水產(chǎn)養(yǎng)殖規(guī)模較大的水域處于藻型富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)。大型水生植物(包括挺水植物、沉水植物、漂浮植物和浮葉植物)過(guò)量生長(zhǎng)加速了沼澤化進(jìn)程，對(duì)湖泊生態(tài)系統(tǒng)健康、當(dāng)?shù)氐目沙掷m(xù)發(fā)展與管理產(chǎn)生了嚴(yán)重的負(fù)面影響。

圖1 白洋淀采樣點(diǎn)分布示意圖Fig.1 The sampling sites in Baiyangdian Lake

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文用于健康評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算的數(shù)據(jù)來(lái)源于實(shí)地監(jiān)測(cè)。遵循與國(guó)控水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)相一致的原則，并參考以往生態(tài)調(diào)查過(guò)程中選取的采樣點(diǎn)，在白洋淀共布設(shè)14個(gè)采樣點(diǎn)。采樣點(diǎn)基本情況介紹見(jiàn)表1，分布示意圖見(jiàn)圖1。2009年8月至2010年7月，對(duì)上述測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了6次采樣。監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括物理化學(xué)指標(biāo)(TN、TP、Chla)、生物指標(biāo)(浮游植物、浮游動(dòng)物、底棲動(dòng)物及大型水生植物的生物量)及有機(jī)碎屑含量。上述指標(biāo)的分析方法見(jiàn)《湖泊生態(tài)調(diào)查觀(guān)測(cè)與分析》[14]。各水域?qū)嵉乇O(jiān)測(cè)的主要生物及化學(xué)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表1 白洋淀采樣點(diǎn)基本情況介紹

表2 白洋淀各水域主要生物及化學(xué)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

1.3 評(píng)價(jià)方法

1.3.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)

本文針對(duì)白洋淀富營(yíng)養(yǎng)化的特點(diǎn)，根據(jù)Xu等[5]提出的表征湖泊健康的指標(biāo)體系，選擇結(jié)構(gòu)指標(biāo):浮游植物生物量(BA)和浮游動(dòng)物生物量/浮游植物生物量(BZ/BA)；功能指標(biāo):浮游植物群落初級(jí)生產(chǎn)量(P)；系統(tǒng)指標(biāo):能質(zhì)(Ex)、結(jié)構(gòu)能質(zhì)(Exst)和浮游植物對(duì)TP的緩沖能力(βp)共6項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行白洋淀健康評(píng)價(jià)。

能質(zhì)(Ex)作為系統(tǒng)水平的生態(tài)指標(biāo)，表示生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展程度，即生態(tài)系統(tǒng)是如何發(fā)展的，以及整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)免于退化的能力[11, 15]，被認(rèn)為是表征湖泊生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)和發(fā)展水平的最佳指標(biāo)[16, 17]。J?rgensen等認(rèn)為能質(zhì)主要是儲(chǔ)存在生物量中的化學(xué)能和基因中的信息[18]，計(jì)算公式為：

(1)

式中，βi為第i種生物的權(quán)重因子；Ci為第i種生物的生物量(mg/L)；一般1 g有機(jī)碎屑燃燒釋放18.7 kJ能量，通過(guò)生物權(quán)重因子將不同生物轉(zhuǎn)換成有機(jī)碎屑的等價(jià)物(kJ/L)。

結(jié)構(gòu)能質(zhì)定義為能質(zhì)除以總生物量，反映生態(tài)系統(tǒng)利用資源的能力，計(jì)算公式為[2- 3]：

(2)

式中，Exst單位是kJ/mg；Ct為各種生物的生物量之和(mg/L)。

在計(jì)算能質(zhì)和結(jié)構(gòu)能質(zhì)的過(guò)程中，考慮的生物組分包括浮游植物、浮游動(dòng)物、底棲動(dòng)物和大型水生植物，各類(lèi)生物組分的權(quán)重因子(表3)是根據(jù)不同種類(lèi)生物基因計(jì)算得出的，不會(huì)受營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)和健康狀態(tài)變化的影響。

生態(tài)緩沖能力用于表征生態(tài)系統(tǒng)對(duì)外部變化(如營(yíng)養(yǎng)鹽濃度變化、光照、溫度等)的響應(yīng)[20]，反映生態(tài)系統(tǒng)抵抗外界壓力的能力?？筛鶕?jù)需要，組合任一狀態(tài)變量和外部變量進(jìn)行計(jì)算。文中浮游植物對(duì)TP緩沖能力的計(jì)算公式為：

(3)

式中，?(TP)和?(A)分別表示TP濃度和浮游植物生物量變化的絕對(duì)值。

表3 各類(lèi)生物組分的權(quán)重因子[19]

1.3.2 健康綜合指數(shù)

參考劉永等[7]用于計(jì)算綜合健康指數(shù)的方法，首先將評(píng)價(jià)指標(biāo)歸一化，再分別乘以相應(yīng)的權(quán)重后求和，即得到健康綜合指數(shù)，計(jì)算公式如下：

(4)

式中，ICH表示健康綜合指數(shù)；Ii為第i種指標(biāo)的歸一化值；Wi表示指標(biāo)i的權(quán)重，通過(guò)熵權(quán)法[21]計(jì)算得到。各健康評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重見(jiàn)表4。

表4 健康評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重

根據(jù)J?rgensen[2]和Xu等[5]，健康的湖泊生態(tài)系統(tǒng)應(yīng)具有相對(duì)較高的浮游動(dòng)物生物量/浮游植物生物量、能質(zhì)、結(jié)構(gòu)能質(zhì)、生態(tài)緩沖能力及較低的浮游植物生物量和浮游植物群落初級(jí)生產(chǎn)量。然而，根據(jù)白洋淀實(shí)地監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，南劉莊和府河入口水域營(yíng)養(yǎng)鹽濃度較高，但浮游植物生物量和群落初級(jí)生產(chǎn)量較低，處于非響應(yīng)狀態(tài)，表明較低的浮游植物生物量和浮游植物群落初級(jí)生產(chǎn)量并不能指示健康狀態(tài)。此外，作為富營(yíng)養(yǎng)化的草型湖泊，白洋淀的大型水生植物生物量較高，處于過(guò)度生長(zhǎng)狀態(tài)。根據(jù)能質(zhì)計(jì)算公式，大型水生植物較高的生物量和權(quán)重因子造成能質(zhì)數(shù)值較高，表明較高的能質(zhì)亦不能指示健康狀態(tài)。因此，在應(yīng)用上述指標(biāo)集成健康綜合指數(shù)時(shí)，以生態(tài)狀況相對(duì)較好的棗林莊水域的指標(biāo)數(shù)值為基準(zhǔn)，越接近基準(zhǔn)健康狀態(tài)越好的原則進(jìn)行歸一化處理。浮游植物生物量(BA)、浮游植物群落初級(jí)生產(chǎn)量(P)和能質(zhì)(Ex)屬于固定型指標(biāo)，即越接近某一數(shù)值，健康狀態(tài)越好。固定型指標(biāo)的歸一化計(jì)算公式為：

(5)

式中，xi為指標(biāo)值；xopt為棗林莊水域的指標(biāo)數(shù)值。

浮游動(dòng)物生物量/浮游植物生物量(BZ/BA)、結(jié)構(gòu)能質(zhì)(Exst)和浮游植物對(duì)TP的緩沖能力(βp)屬于正向型指標(biāo)，即指標(biāo)數(shù)值越大，健康狀態(tài)越好。正向型指標(biāo)的歸一化計(jì)算公式為：

(6)

式中，xi為指標(biāo)值；xmax和xmin分別為第i種指標(biāo)在各采樣點(diǎn)中的最大值和最小值。

1.3.3 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

本文參考了張遠(yuǎn)等[22]應(yīng)用B-IBI進(jìn)行健康評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)定方法，選擇受評(píng)水域中位于前三位的ICH平均值作為亞健康等級(jí)劃分的臨界點(diǎn)，即若某水域的ICH值大于這一數(shù)值時(shí)，表示該水域處于亞健康狀態(tài)；對(duì)于小于這一數(shù)值的分布范圍進(jìn)行二等分，確定出不健康和病態(tài)2個(gè)等級(jí)劃分的臨界值。白洋淀健康評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表5。

表5 白洋淀健康評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

2 結(jié)果分析

應(yīng)用上述方法計(jì)算白洋淀14個(gè)水域的健康評(píng)價(jià)指標(biāo)及健康綜合指數(shù)(圖2)，并根據(jù)健康評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)確定各水域健康等級(jí)(表6與圖3)。受評(píng)的14個(gè)水域中，僅棗林莊和采蒲臺(tái)2個(gè)水域處于亞健康狀態(tài)，燒車(chē)淀、光淀張莊和東田莊3個(gè)水域處于不健康狀態(tài)，其余9個(gè)水域均處于病態(tài)，表明白洋淀大部分水域健康受損較為嚴(yán)重。從健康狀態(tài)的空間分布來(lái)看，位于東北和東南部的水域健康狀態(tài)相對(duì)較好；北部、中部和南部水域健康狀態(tài)次之；西部水域健康狀態(tài)相對(duì)較差。

表6 白洋淀健康評(píng)價(jià)結(jié)果

圖2 白洋淀14個(gè)水域的健康綜合指數(shù) Fig.2 Health comprehensive index of fourteen water areas in Baiyangdian Lake

圖3 白洋淀14個(gè)水域的健康等級(jí)Fig.3 Health classes of fourteen water areas in Baiyangdian Lake

結(jié)合各水域人類(lèi)干擾活動(dòng)的分布可知，白洋淀健康退化的程度與人類(lèi)干擾強(qiáng)度密切相關(guān)。棗林莊和采蒲臺(tái)水域受人類(lèi)活動(dòng)干擾相對(duì)較少，健康狀態(tài)相對(duì)較好，處于亞健康狀態(tài)；受淀內(nèi)及周邊村莊居民生活污水直接排放的影響，燒車(chē)淀、光淀張莊和東田莊水域處于不健康狀態(tài)；端村、圈頭和撈王淀位于水產(chǎn)養(yǎng)殖密集分布區(qū)，網(wǎng)箱養(yǎng)殖投餌造成水體富營(yíng)養(yǎng)化，水域健康受損嚴(yán)重，處于病態(tài)；鴛鴦島水域靠近府河入口，同時(shí)位于淀內(nèi)的旅游區(qū)，在旅游和府河入淀污水的綜合影響下，水域處于病態(tài)；楊莊子、王家寨和寨南水域村莊分布密集，同時(shí)有部分水產(chǎn)養(yǎng)殖活動(dòng)，因此水域健康亦受?chē)?yán)重?fù)p害，處于病態(tài)。南劉莊和府河入口長(zhǎng)年受府河入淀污水的影響，水體嚴(yán)重富營(yíng)養(yǎng)化，營(yíng)養(yǎng)鹽濃度超出了適宜浮游生物生長(zhǎng)的范圍，造成浮游生物生物量下降，健康退化最為嚴(yán)重。

3 討論

圖4 白洋淀能質(zhì)與大型水生植物生物量的相關(guān)關(guān)系[12]Fig.4 The correlation between eco-exergy and macrophytes biomass in Baiyangdian Lake[12]

在白洋淀健康評(píng)價(jià)過(guò)程中，較高的能質(zhì)和較低的浮游植物生物量、浮游植物群落初級(jí)生產(chǎn)量不能指示白洋淀的健康狀態(tài)。由于府河常年攜帶高營(yíng)養(yǎng)鹽濃度的污水進(jìn)入白洋淀的西部水域，使水域的TN和TP濃度遠(yuǎn)大于水生生物生長(zhǎng)的適宜濃度，生物生長(zhǎng)受到抑制，造成浮游植物生物量和浮游植物群落初級(jí)的生產(chǎn)量較低。這種類(lèi)型水域處于非響應(yīng)狀態(tài)，即水域營(yíng)養(yǎng)鹽濃度較高但浮游植物生物量和群落初級(jí)生產(chǎn)量較低，所以，較低的浮游植物生物量和浮游植物群落初級(jí)生產(chǎn)量并不能指示健康狀態(tài)。能質(zhì)是各生物組分的生物量與權(quán)重因子乘積之和。文中參與能質(zhì)計(jì)算的生物組分中大型水生植物的生物量和權(quán)重因子都相對(duì)較高，Xu等相關(guān)分析結(jié)果表明能質(zhì)與大型水生植物生物量成正相關(guān)(圖4)[12]。白洋淀處于大型水生植物過(guò)量生長(zhǎng)的狀態(tài)，大部分水域大型水生植物生物量過(guò)高，即擁有較高的能質(zhì)，但生態(tài)狀況并不佳，因此，較高的能質(zhì)亦不能指示健康狀態(tài)。

應(yīng)用14個(gè)水域的生態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和健康評(píng)價(jià)結(jié)果初步建立了水質(zhì)指標(biāo)TN、TP濃度與健康綜合指數(shù)的定量關(guān)系(圖5)。應(yīng)用定量關(guān)系，管理者可通過(guò)監(jiān)測(cè)淀區(qū)TN、TP濃度的變化獲知健康狀態(tài)的變化趨勢(shì)或得到維持相對(duì)健康狀態(tài)對(duì)應(yīng)的TN、TP濃度，為制定白洋淀生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)措施提供一定依據(jù)。然而，上述定量關(guān)系僅通過(guò)分析14個(gè)水域的數(shù)據(jù)得到，日后可增加監(jiān)測(cè)點(diǎn)位以提高數(shù)據(jù)質(zhì)量或建立生態(tài)模型，使水環(huán)境狀況與健康狀態(tài)的定量關(guān)系更為準(zhǔn)確。

圖5 白洋淀TN、TP濃度與健康綜合指數(shù)的關(guān)系Fig. 5 The relationship between the concentrations of TN, TP and health comprehensive index in Baiyangdian Lake

本文與Xu等[12]均應(yīng)用包含能質(zhì)和結(jié)構(gòu)能質(zhì)的指標(biāo)體系評(píng)價(jià)了白洋淀14個(gè)水域的健康狀態(tài)。與Xu等[12]相比，本文將各評(píng)價(jià)指標(biāo)集成健康綜合指數(shù)并確定健康等級(jí)，更能直觀(guān)反映健康狀態(tài)的差異，適用于同一湖泊不同時(shí)期或不同湖區(qū)健康狀態(tài)的比較，同時(shí)便于建立水環(huán)境狀況與健康狀態(tài)的定量關(guān)系，為湖泊管理者制定修復(fù)措施提供依據(jù)。

4 結(jié)論

本文基于實(shí)地監(jiān)測(cè)，計(jì)算了浮游植物生物量(BA)、浮游動(dòng)物生物量/浮游植物生物量(BZ/BA)、浮游植物群落初級(jí)生產(chǎn)量(P)、能質(zhì)(Ex)、結(jié)構(gòu)能質(zhì)(Exst)和浮游植物對(duì)TP的緩沖能力(βp)，并集成健康綜合指數(shù)確定了白洋淀14個(gè)水域的健康等級(jí)。評(píng)價(jià)結(jié)果表明白洋淀大部分水域健康受損較為嚴(yán)重。除東北和東南部的水域健康狀態(tài)相對(duì)較好外，其它水域健康均受到不同程度的損害，超過(guò)60%的水域處于病態(tài)。府河和淀內(nèi)居民生活及水產(chǎn)養(yǎng)殖污水排放是造成白洋淀健康受損的主要原因，且府河對(duì)白洋淀健康狀態(tài)影響相對(duì)較大。通過(guò)將各評(píng)價(jià)指標(biāo)集成健康綜合指數(shù)并確定健康等級(jí)，更能直觀(guān)反映各水域健康狀態(tài)的差異，評(píng)價(jià)結(jié)果可為進(jìn)一步研究湖泊生態(tài)系統(tǒng)健康預(yù)警和調(diào)控提供基礎(chǔ)，為白洋淀生態(tài)系統(tǒng)的管理和修復(fù)提供一定的科學(xué)依據(jù)。

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EcosystemhealthassessmentinBaiyangdianLake

XU Fei, ZHAO Yanwei, YANG Zhifeng*, CHEN Bin

StateKeyLaboratoryofWaterEnvironmentSimulation,SchoolofEnvironment,BeijingNormalUniversity,Beijing100875,China

Index system covering thermodynamic indicators specialized by eco-exergy and structural eco-exergy could comprehensively characterize the ecological health condition of lake ecosystems under human disturbances. This system has been widely used for assessing lake ecosystem health in recent decades. For comparing ecological health of one lake across time scale or that of different lakes, integration of comprehensive health index is needed to identify the degree of lake health and to better reflect the discrepancies of the ecological health conditions. In this paper, an integrated index system including indicators of phytoplankton biomass (BA), ratio of zooplankton to phytoplankton biomass (BZ/BA), phytoplankton primary production (P), eco-exergy (Ex), structural eco-exergy (Exst) and ecological buffer capacity to total phosphorus for phytoplankton (βp) collected from field survey was structured to assess the ecological health condition of Baiyangdian Lake which is located in North China. Health classes of fourteen water areas in Baiyangdian Lake were identified using comprehensive health index, which was computed through the sum of normalized indices multiplied by the weights. The results indicate that the ecological health of most water areas in Baiyangdian Lake is deteriorated severely. The water areas of Zaolinzhuang and Caiputai are sub-healthy, those of Shaochedian, GuangdianZhangzhuang and Dongtianzhuang are less healthy, and those of the remaining nine are unhealthy. The spatial variations of ecological health condition of the all water areas across Baiyangdian Lake are notable. The water areas in the northeast and southeast are under relatively better ecological health conditions. The ecological health conditions in the northern, central and southern water areas are deteriorated to some extent while those in the western water area, which is close to Fu River, the ecological health conditions are seriously degraded. The ecological health conditions from good to bad in spatial scale are in the following order: water areas in the northeast and southeast gt; water areas in the north, center and south gt; water areas in the west. There is close relationship between intensity of human disturbances and extent of lake health degradation. The water areas in the northeast and southeast with little human disturbances can maintain relatively natural state of the lake ecosystem with good health conditions. The dense non-point source pollution associated with aquaculture and villages is the key factor which leads to the ecological health deterioration in the northern, central and southern water areas. The western water areas have been greatly affected greatly by large amounts of pollutants from Fu River, leading to relatively worse ecological health condition. It can be seen that sewages discharged from the villages and aquaculture into the reservoir are the dominant factors resulting in ecological health degradation in Baiyangdian Lake. In comparison with the pollutants from the aquaculture and villages, there are more impacts of pollutants discharged from Fu River on the ecological health condition of Baiyangdian Lake. The results in the paper could offer foundation for further study of early warning and control of lake ecosystem health. In addition, they can provide scientific evidence for ecosystem restoration and management of Baiyangdian Lake.

ecosystem health; health assessment; Baiyangdian Lake; eco-exergy

國(guó)家自然科學(xué)基金創(chuàng)新研究群體科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51121003)；國(guó)家水體污染控制與治理科技重大專(zhuān)項(xiàng)資助項(xiàng)目(2008ZX07209-009)；國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51279009)

2012- 07- 05;

2013- 01- 31

*通訊作者Corresponding author.E-mail: zfyang@bnu.edu.cn

10.5846/stxb201207050937

徐菲，趙彥偉，楊志峰，陳彬.白洋淀生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià).生態(tài)學(xué)報(bào),2013,33(21):6904- 6912.

Xu F, Zhao Y W, Yang Z F, Chen B.Ecosystem health assessment in Baiyangdian Lake.Acta Ecologica Sinica,2013,33(21):6904- 6912.