洱海流域湖泊生态系统健康综合评价与比较

此后在河流、 湖泊和森林生态系统健康评价等领 保护与管 域取得了进展[3],它为生态系统的利用、 [4] 理提供了新的理论与方法 .目前生态系统健康 已成为国际生态环境领域的热点 , 也是地球科
收稿日期：2011-07-29 基金项目：国家水体污染控制与治理科技重大专项(2008ZX07526002-07) * 责任作者, 研究员, qhcai@ihb.ac.cn
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中 国 环 境 科 学
32 卷
学、 生态学、 经济学及社会科学等学科研究相互 [5] 结合的桥梁 ,为全球生态环境问题的解决带来 了新的希望.湖泊是地球表面非常重要的淡水贮 藏库,它们的生态系统服务功能对实现经济社会 可持续发展具有重要的意义[6].水体污染和富营 养化是我国湖泊水环境面临的主要问题,由此导 致湖泊生态系统结构和功能的严重退化 , 因此 对湖泊生态系统进行健康评价十分重要[7]. 洱 海 (25°25N~26°16N,99°32E~100°27E) 是云南省第二大高原淡水湖泊,是典型的内陆断 陷湖泊,具有一定的封闭性与半封闭性特点[8].由 于受境内地形气候影响较大,湖盆较封闭,湖泊补 给系数小、换水周期长,造成其生态系统环境的 km 脆弱性[9].近 20 多年来,随着湖区经济的快速发展 和人口的急速增长,人类对其自然资源的开发不 断加剧,使其富营养进程加剧,水质呈不断下降趋 势,生态环境逐渐恶化[10 11].本研究采用生态系统 健康指数(EHI)法于 2009 年 5 月对洱海流域四个 图 1 洱海流域 4 个湖泊样点分布 静水水体(海西海、茨碧湖、西湖和洱海)的生态 Fig.1 The sampling sites of the four lakes in Erhai 系统健康状况进行评价 ; 并收集历史数据 , 分析 watershed 20 年来洱海流域生态系统的健康状况的变化趋 1.2 样品采集及处理 势,以期为洱海环境综合治理提供科学依据. 24 个样点分别采水样和浮游动物样品 : 用 1 材料与方法 5L 柱状采水器采集 5L 表层水样,取 610mL 水样 用 于 藻 类 叶 绿 素 a(chl.a) 含 量 的 测 定 ; 另 取 1.1 研究区域概述和样点设置 洱海地处云南中部偏西,大理白族自治州中 1220mL 水样现场用鲁哥试液固定,经 48h 沉淀浓 心地带,跨洱源、大理两县市,流域面积 2565km2, 缩后添加甲醛保存,用于后续的浮游藻类及轮虫 呈狭长形点分布.是沿湖人民生活、灌溉、工业 鉴定及定量分析;取 610mL 水样,现场添加浓硫 用水的主要水源 , 也是旅游的主要景区 [12]. 海西 酸,调整 pH<2,低温保存,用于水化学指标的测定, ++ 海、茈碧湖和西湖均位于洱海北部(图 1).海西海 后带回实验室利用连续流动水质分析仪(SAN , 湖泊面积 2.24km2, 南北长平均 4km, 东西平均 Skalar)测定.用 5L 柱状采水器采集 30L 表层水样 1.6km,平均水深 10m,最大水深 16m,经弥苴河而 并混合,用 25 号浮游生物网过滤后,添加甲醛保 流入洱海;茈碧湖湖泊面积约 8km2,平均水深 3m, 存,用于后续的甲壳类的鉴定及定量分析.野外采 最深 32m,湖呈狭长形,南北长 6km,东西宽 3km; 样及样品处理等参照《水域生态系统观测规范》 出 水 汇 入 弥 苴 河 最 终 注 入 洱 海 ; 西 湖 湖 面 进行[14];叶绿素 a 浓度测定方法参照文献[15];浮 4.66km2,最大水深 8.3m,一般水深 2~3m,经罗时 游生物计数、鉴定方法参照文献[15-19]. 1.3 评价方法 江流入洱海,是洱海的重要水源之一[12 13]. 本研究于 2009 年 5 月在洱海流域采样.其中, 生态系统健康指数法(EHI)参照徐福留等[20] 洱海湖区共设置 18 个样点,其余 3 个湖泊分别设 提出的相关方法和思路,遵循可测性、可比性、 置 2 个样点.样点分布见图 1. 灵敏性及综合性的指标选择原则,选取浮游植物
摘要：基于 2009 年 5 月对洱海及其流域内的海西海、茨碧湖和西湖 3 个小型湖泊的水环境和浮游生物的调查 , 采用生态系统健康指数 (EHI) 和营养状态指数 (TSI)法对其生态系统健康状态进行定量综合评价 . 结果表明 : 洱海流域湖泊整体处于富营养状态 , 健康状态较差 ; 各湖泊健康状态存在空间差异 : 海西海和茨碧湖生态系统健康状态为中等 , 西湖和洱海健康状态为较差 ; 而洱海湖泊内健康状态同样存 在空间差异 , 北部和中部深水区较其他区域健康状态好 .2 种评价方法比较表明: 洱海流域湖泊属于营养盐和生物量基本上呈正相关的响 应型生态系统 , 生态系统健康指数 (EHI)适用于洱海流域的生态系统健康评价. 此外 , 整理分析洱海浮游生物历史数据 , 同样采用 EHI 法评 价得出近 20 年来洱海生态系统健康状态呈逐渐恶化趋势 , 尤其 1997 年健康状态最差 . 关键词：洱海流域；高原湖泊；生态系统健康；营养状态评价；空间差异 中图分类号： X826 文献标识码：A 文章编号：1000-6923(2012)04-0715-06
TSI 0.540TSI(Chl.a) 0.297TSI(SD) 0.163TSI(TP)
EHI i EHIi
i 1
n
(1)
(6)
式中: EHI 为生态系统健康综合指数; n 为选取的 标价指标的个数,本研究中 n =5; EHIi 表示第 i 个 指标的生态系统健康分指数;ωi 表示第 i 个指标 的权重值,其公式为[23]: r2 (2) i n il 2 ril
4期
张红叶等：洱海流域湖泊生态系统健康综合评价与比较
源自文库
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生 物 量 (BA) 作 为 基 准 指 标 , 浮 游 动 物 生 物 量 (BZ) 、浮游动物生物量(BZ)与浮游植物生物量 (BA) 的 比 值 (BZ/BA) 、 能 质 (Ex) 和 结 构 能 质 (Exst)作为扩展指标 ;再计算 5 个指标的生态系 统健康分指数 (EHIi) 及各指标的权重值 ( i) [21]; 最后通过下列公式 [22] 计算生态系统健康指数 (EHI).
生态系统为人类提供了自然资源和生存环 境两个方面的多种服务功能[1].生态系统健康是 保证生态系统服务功能的前提 , 一个生态系统 只有保持了结构和功能的完整性 , 并具有抵抗 干扰和恢复能力 , 才能长期为人类社会提供服 务 , 因此 , 生态系统健康是人类社会可持续发展 的根本保证[2]. 生态系统健康的研究起源于 20 世纪 70 年代,
中国环境科学 2012,32(4)：715~720
China Environmental Science
洱海流域湖泊生态系统健康综合评价与比较
张红叶 1,2,蔡庆华 1*,唐 涛 1,汪兴中 1,2,杨顺益 1,2,孔令惠 1 (1.中国科学院水生生物研究所,淡水生态与生物技
术国家重点实验室,湖北 武汉 430072；2.中国科学院研究生院,北京 100049)
指数[26],选取藻类叶绿素 a(Chl.a)(g/L)、透明度 (SD)(m)、总磷(TP)(g/L)3 个指标计算营养状态 分指数,最后用相关加权营养指数法进行营养状 态评价,计算公式[27]为:
TSI(Chl.a) 9.81ln(Chl.a) 30.6 TSI(SD) 60 14.42ln(SD) TSI(TP) 14.42ln(TP) 4.15
Comprehensive assessment and comparison of lakes’ ecosystem health in Erhai watershed. ZHANG Hong-ye1,2, CAI Qing-hua1*, TANG Tao1, WANG Xing-zhong1,2, YANG Shun-yi 1,2, KONG Ling-hui1 (1.State Key Laboratory of Freshwater Ecology and Biotechnology, Institute of Hydrobiology, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430072, China； 2.Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China) China Environmental Science, 2012,32(4)：715~720 Abstract： The Ecosystem Health Index (EHI) and Trophic State Index (TSI) were used to assess the ecosystem health and eutrophic status of Erhai Lake and three small lakes (Haixihai, Cibihu and Xihu) in Erhai watershed. According to the field survey carried out in May 2009, all lakes in Erhai watershed were in an eutrophic status (averaged TSI =53.9) and in a worse ecosystems health status (averaged EHI =38.3). Further analysis found that the EHI has a high spatial variability among and between the lakes in Erhai watershed. Haixihai lake (EHI=42.7) and Cibihu lake (EHI = 42.1) had a median score of EHI; however, Xihu lake (EHI=33.5) and Erhai lake (EHI=37.9) had a lower score of EHI. Among Erhai lake, the north and central region had a higher score of EHI than the other regions. A comparison between EHI and TSI in assessing lake ecosystem’s status revealed that lakes in Erhai watershed belong to the response ecosystem that basically shows a positive correlation between nutrient and biomass, and the EHI is a good index in assessing ecosystem health of lakes in Erhai watershed. In addition, the EHI was used to assess the ecosystem health of Erhai lake in the past 20 years. The result indicated that ecosystem health of Erhai lake is degrading. The worst ecosystem state was observed in 1997, with a EHI value of 36.7. Key words：Erhai watershed；plateau lake；ecosystem health；trophic state assessment；spatial variability