張德祿，劉永定，胡春香＊＊

(1:中國科學(xué)院水生生物研究所，武漢430072)

(2:武漢理工大學(xué)，武漢430070)

基于營養(yǎng)鹽的中國湖泊生態(tài)分區(qū)框架與指標(biāo)體系初探*

張德祿1，2，劉永定1，胡春香1＊＊

(1:中國科學(xué)院水生生物研究所，武漢430072)

(2:武漢理工大學(xué)，武漢430070)

湖泊營養(yǎng)鹽水生態(tài)分區(qū)是湖泊營養(yǎng)鹽基準(zhǔn)和富營養(yǎng)化控制標(biāo)準(zhǔn)制定的基礎(chǔ)，是對(duì)湖泊富營養(yǎng)化進(jìn)行綜合評(píng)估、預(yù)防、控制和管理的科學(xué)基礎(chǔ)和重要手段.本文通過對(duì)生態(tài)分區(qū)、水生態(tài)分區(qū)概念內(nèi)涵的辨析，生態(tài)分區(qū)劃分依據(jù)的探討，及營養(yǎng)鹽生態(tài)效應(yīng)在空間表征、驅(qū)動(dòng)因子、響應(yīng)模式上的分異分析，剖析了基于營養(yǎng)鹽的湖泊水生態(tài)分區(qū)概念內(nèi)涵，提出了中國湖泊實(shí)行“分區(qū)、分類、分級(jí)”的三級(jí)劃分框架;指出以氣候帶、地形地貌、流域水系等地帶相似性為分區(qū)的依據(jù)，以區(qū)域內(nèi)地形地貌、土壤營養(yǎng)吸附量、土地利用格局、湖盆形態(tài)(水深、面積、岸線發(fā)育)、水文特點(diǎn)(交換周期、水位變動(dòng)、礦化度)等方面的差異為主要分類指標(biāo)，以營養(yǎng)鹽濃度、初級(jí)生產(chǎn)者(浮游藻類、周叢藻類和水生維管植物)生物量、單位營養(yǎng)鹽濃度下的初級(jí)生產(chǎn)者生物量、初級(jí)生產(chǎn)者優(yōu)勢(shì)種群類型等為分級(jí)指標(biāo)的劃分依據(jù);以發(fā)生學(xué)、等級(jí)性、相似性、分異性、完整性、綜合性等為分區(qū)原則，初步構(gòu)建了湖泊水生態(tài)分區(qū)的指標(biāo)體系，為中國基于營養(yǎng)鹽的湖泊水生態(tài)分區(qū)做了奠基性的準(zhǔn)備工作.

湖泊;富營養(yǎng)化;營養(yǎng)鹽;水生態(tài)分區(qū)

湖泊是人類賴以生存的重要水資源，它不僅是農(nóng)業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)和人們生活用水的主要來源，同時(shí)還具有調(diào)節(jié)氣候、蓄納洪水、維持生物多樣性等重要功能.但自1950s以來，隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、人口的增長(zhǎng)、工業(yè)化和城市化進(jìn)程的加速，進(jìn)入湖泊的氮磷量大大增加，使水體富營養(yǎng)化明顯加劇.而富營養(yǎng)化不僅使水體應(yīng)有的功能喪失，引起的環(huán)境問題還制約著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展.

湖泊富營養(yǎng)化的根本原因是營養(yǎng)鹽濃度過高或營養(yǎng)鹽輸入量過大，有效削減和控制入湖營養(yǎng)鹽的量，是控制湖泊富營養(yǎng)化、修復(fù)湖泊水生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵.但中國地域遼闊，湖泊分布廣泛、成因復(fù)雜、類型多樣，各湖的水文、地質(zhì)及周邊土壤、地形、土地利用等自然條件的千差萬別，不同地區(qū)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)和人為干擾程度也存在明顯差異，這樣不僅不同自然條件、不同來源湖泊中的營養(yǎng)鹽本底值明顯不同，即使同等自然條件下的湖泊營養(yǎng)鹽水平也明顯不同，甚至同等營養(yǎng)鹽水平下富營養(yǎng)化的表征也完全不同.為提升中國湖泊富營養(yǎng)化控制與管理水平，科學(xué)指導(dǎo)湖泊富營養(yǎng)化綜合防治工作，國家需要盡快制定不同區(qū)域湖泊富營養(yǎng)化控制標(biāo)準(zhǔn)，而湖泊營養(yǎng)鹽分區(qū)是湖泊營養(yǎng)鹽基準(zhǔn)和富營養(yǎng)化控制標(biāo)準(zhǔn)制定的基礎(chǔ)和前提.因此，對(duì)全國的湖泊進(jìn)行生態(tài)分區(qū)，是遵從生態(tài)規(guī)律，切實(shí)有效地緩解和解決中國富營養(yǎng)化現(xiàn)狀的務(wù)實(shí)之舉.

國際上，關(guān)于湖庫的水生態(tài)分區(qū)，美國聯(lián)邦環(huán)保局(USEPA)早在1970s末就已經(jīng)開始了.他們從區(qū)劃體系的研究方法入手，根據(jù)地貌、土壤、植被和土地利用四個(gè)要素提出了美國的區(qū)劃方案［1］.而這一方案不僅得到美國管理部門的普遍認(rèn)可，同時(shí)也得到了世界許多國家和地區(qū)的關(guān)注和追隨［2-6］，而且以水生態(tài)區(qū)的生態(tài)狀況為參考確定保護(hù)和恢復(fù)的目標(biāo)已成為全球淡水生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)和治理的基本原則［7］.

中國從1950s就開始了水體的區(qū)劃研究，有人根據(jù)地理位置把湖泊劃分為五大湖泊區(qū)［8］;竇鴻身等就中國湖泊的分類原則和級(jí)別劃分作了分析［9］;也有人根據(jù)魚的分布特征做出內(nèi)陸漁業(yè)區(qū)劃［10］和淡水魚類分布區(qū)劃［11］等.但這些區(qū)劃都是自然地理屬性上的劃分，不是真正意義上的水生態(tài)區(qū)劃.2005年尹民等為滿足生態(tài)水量標(biāo)準(zhǔn)制定的需求，在以往水文區(qū)劃的基礎(chǔ)上，提出了中國的河流生態(tài)水文區(qū)劃方案［12］;2005年富國以三峽水庫為例對(duì)湖泊富營養(yǎng)化分級(jí)的指標(biāo)體系進(jìn)行了分析［13］;2007年孟偉等就美國水生態(tài)分區(qū)方法在中國的應(yīng)用前景進(jìn)行了探析［7］，并對(duì)遼河流域水生態(tài)分區(qū)進(jìn)行了研究［14］;2008年楊愛民等將生態(tài)分區(qū)、水文分區(qū)、水資源分區(qū)、綜合自然分區(qū)綜合在一起提出了中國的生態(tài)水文分區(qū)［15］;2010年孫小銀和周啟星通過行政分區(qū)、水文分區(qū)、水環(huán)境功能分區(qū)、水生態(tài)分區(qū)優(yōu)缺點(diǎn)的對(duì)比分析，提出了中國包括河流、溪流和湖泊在內(nèi)的整個(gè)淡水資源的水生態(tài)分區(qū)框架［16］，但以前的分區(qū)，即使是生態(tài)分區(qū)，也只是在分區(qū)中增加了部分生態(tài)學(xué)指標(biāo)，沒有提出分區(qū)的依據(jù)，也沒有指出需要控制的生態(tài)現(xiàn)象或目的，可操作性差.再者，基于營養(yǎng)鹽的生態(tài)分區(qū)研究仍是空白.

1 生態(tài)分區(qū)的概念

“生態(tài)區(qū)”(ecoregion)一詞是加拿大人Drie Loucks首次提出的，Crowley、Bailey、Omernik等是在此概念下分別繪制了加拿大、美國、世界大陸和海洋等系列生態(tài)區(qū)分布圖［17］.綜觀他們劃分的特點(diǎn)，地理學(xué)家強(qiáng)調(diào)更多的是地點(diǎn)、尺度、自然和社會(huì)的基礎(chǔ);生態(tài)學(xué)家則更注重能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)的環(huán)境過程.在生態(tài)學(xué)家的眼中，真正意義上的生態(tài)分區(qū)，是從生態(tài)系統(tǒng)的整體出發(fā)，把空間結(jié)構(gòu)格局與生態(tài)功能和生態(tài)過程結(jié)合起來，側(cè)重于區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能的一致性［18］，并將生態(tài)分區(qū)與區(qū)域開發(fā)及生產(chǎn)規(guī)劃更加密切聯(lián)系起來的區(qū)劃方法［19-20］.雖然它與比鄰的區(qū)域相比是異質(zhì)的，但在過渡帶它既是空間鑲嵌體，又是功能單元［21］，而且，針對(duì)不同的目的和不同的使用者，分區(qū)的結(jié)果是不相同的［22-23］.

目前，生態(tài)分區(qū)雖然已被廣泛應(yīng)用于很多國家的資源保護(hù)和環(huán)境管理評(píng)價(jià)之中，但能夠被普遍接受的基于生態(tài)分區(qū)的理論基礎(chǔ)還是空缺的［20］.而且生態(tài)系統(tǒng)的異質(zhì)性由于系統(tǒng)邊界與穩(wěn)定性、人類與生態(tài)區(qū)域一致性、系統(tǒng)區(qū)域的模式與尺度及系統(tǒng)中等級(jí)空間關(guān)系等方面的爭(zhēng)議而較難操作［20］.

關(guān)于水生態(tài)分區(qū)(Hydroecoregions，HERs)的概念，Omernik定義為具有相對(duì)同質(zhì)的淡水生態(tài)系統(tǒng)或生物體及其與環(huán)境相互關(guān)系的地域單元［1］.但這些單元的區(qū)域特征是由多種要素決定的，而且這些要素在各個(gè)區(qū)域發(fā)揮的作用還不盡相同.所以，水生態(tài)分區(qū)的實(shí)質(zhì)是在一定尺度下為不同目的而進(jìn)行的水體分類方法，它選擇的分類指標(biāo)要能夠體現(xiàn)各個(gè)單元的勻質(zhì)性、異質(zhì)性和完整性.孟偉等提出:水生態(tài)分區(qū)是以流域水生態(tài)系統(tǒng)及其影響因素為研究對(duì)象，應(yīng)用河流生態(tài)學(xué)中的格局與尺度等原理與方法，對(duì)水體及其周圍陸地所進(jìn)行的區(qū)域劃分方法［24］.但在解決具體問題，面對(duì)不同的分區(qū)目標(biāo)時(shí)，生態(tài)系統(tǒng)的邊界應(yīng)該是多層次、多尺度的，不應(yīng)僅局限于一個(gè)層面［17］.

2 生態(tài)分區(qū)劃分的依據(jù)

生態(tài)分區(qū)研究的目標(biāo)是為了闡明區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的等級(jí)性，并把這種均質(zhì)的等級(jí)性和異質(zhì)的地域鑲嵌格局以不同等級(jí)的生態(tài)系統(tǒng)較為清晰地表達(dá)出來，以便采用不同的管理標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)施不同的修復(fù)或治理措施［19，23］.分區(qū)劃分的依據(jù)主要指區(qū)域單元的一致性，它隨系統(tǒng)等級(jí)的不同而不同，這種不同可能是指標(biāo)內(nèi)涵上的，也可能是指標(biāo)數(shù)值上的.它主要指自然生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能特征的相似性［25］，可能是由多個(gè)重復(fù)的、具有多種等級(jí)水平的景觀格局組成的［26］.

關(guān)于生態(tài)分區(qū)劃分的依據(jù)，有人認(rèn)為生物多樣性是生態(tài)系統(tǒng)的核心［27］，生態(tài)分區(qū)應(yīng)該建立在能夠滿足不同種類生存需求的生境基礎(chǔ)之上［28］.但物種多樣性的確定需要很多個(gè)學(xué)科的專業(yè)人員熟練操作，人為影響因素較大，更重要的是生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性間的關(guān)系尚無定論［29］，另外水生生物的多樣性與營養(yǎng)鹽之間不成線性關(guān)系［30］，因此很少被應(yīng)用.目前，比較認(rèn)同的是，在地球表面基本的生態(tài)系統(tǒng)功能單元中，綠色植物是系統(tǒng)初級(jí)能量的唯一來源，是系統(tǒng)中最核心的成分，因而，植物群落生產(chǎn)力的高低常被用來反映生態(tài)系統(tǒng)的功率［31-32］，不少生態(tài)分區(qū)也以植物群落生產(chǎn)力的高低作為生態(tài)一致性或區(qū)域生產(chǎn)潛力的衡量標(biāo)準(zhǔn)［19，33］.

3 營養(yǎng)鹽的生態(tài)學(xué)效應(yīng)

雖然營養(yǎng)鹽的過量輸入是導(dǎo)致湖泊富營養(yǎng)化的根本原因，但富營養(yǎng)化的表征隨環(huán)境條件的不同而不同［34］，大致上有藻型和草型兩大類.藻型富營養(yǎng)化主要表現(xiàn)為浮游藻類和著生藻類的過度繁殖，而且有藍(lán)藻、硅藻、甲藻、裸藻、隱藻等多種類型，其中藍(lán)藻又可細(xì)分為球形藻和絲狀藻，或有毒藻和無毒藻.草型富營養(yǎng)化表現(xiàn)為挺水植物、漂浮植物或沉水植物的過度繁殖.因此，湖泊的富營養(yǎng)化類型和程度難以用單一指標(biāo)(如葉綠素濃度)統(tǒng)一定量表達(dá).

盡管氮、磷等生源要素是富營養(yǎng)化的重要原因，但營養(yǎng)鹽轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)的效率仍然受到多種因素的制約，富營養(yǎng)化的驅(qū)動(dòng)因子也隨條件的變化而變化.在地帶尺度上，它受光、熱、水等氣候因素的影響;在區(qū)域尺度上，受地貌、土壤、植被、水文、土地利用、人為干擾等因素的影響;在湖泊尺度上，還受湖泊成因、形態(tài)、水動(dòng)力等因素的影響.因此，氣候帶、地形地貌、植被類型、土壤營養(yǎng)、土地利用、人為干擾等方面的區(qū)域特征是反映湖泊流域水生態(tài)系統(tǒng)與周圍陸地生態(tài)系統(tǒng)相關(guān)關(guān)系的關(guān)鍵因素.

另外，富營養(yǎng)化對(duì)營養(yǎng)和非營養(yǎng)驅(qū)動(dòng)因子的響應(yīng)模式也存在空間差異，如云貴高原湖群區(qū)、東部平原湖群區(qū)、干旱內(nèi)陸湖群區(qū)、青藏高原湖群區(qū)、華北湖群區(qū)等區(qū)域間，浮游植物葉綠素濃度和維管植物生物量與水體營養(yǎng)和非營養(yǎng)因素間的關(guān)系不是同類模式，即使在同一湖群區(qū)的同一模式下，定量關(guān)系亦有所不同［35-36］.

4 基于營養(yǎng)鹽的湖泊水生態(tài)分區(qū)

4.1 基于營養(yǎng)鹽的湖泊水生態(tài)分區(qū)內(nèi)涵

由于營養(yǎng)鹽明顯不同的生態(tài)學(xué)效應(yīng)，筆者認(rèn)為，基于營養(yǎng)鹽的湖泊水生態(tài)分區(qū)，應(yīng)該是通過掌握水生態(tài)系統(tǒng)單元中水生生物生產(chǎn)力隨環(huán)境營養(yǎng)壓力變化的規(guī)律，根據(jù)初級(jí)生產(chǎn)者(包括浮游藻類、周叢藻類和水生維管植物)生產(chǎn)力總和，或營養(yǎng)鹽生物學(xué)效應(yīng)(進(jìn)入食物鏈的轉(zhuǎn)化率)的相似性而劃分的自然水生態(tài)系統(tǒng)單元.該單元不僅是具有相似生態(tài)系統(tǒng)的湖泊水域，還應(yīng)包括分水線以內(nèi)的廣大的陸地集水區(qū).其核心在于浮游的、底棲的藻類植物和水生維管植物生產(chǎn)力總和及其它們受環(huán)境因素影響所發(fā)生的能流、物流和信息流功能體.與陸地生態(tài)系統(tǒng)的生物地理群落相比較，湖泊生態(tài)系統(tǒng)本身就是個(gè)勻質(zhì)的“群叢”.它們鑲嵌在復(fù)雜遼闊的陸地區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)范圍內(nèi)，受多因子的多層次影響，呈多階段發(fā)展.但就湖泊之間相比較，它們又不是勻質(zhì)的.隨富營養(yǎng)化程度或季節(jié)的變化，水華發(fā)生的頻率和強(qiáng)度明顯不同，水生植被的生物量不同，優(yōu)勢(shì)藻類或優(yōu)勢(shì)群叢也不相同.

4.2 基于營養(yǎng)鹽的湖泊水生態(tài)分區(qū)框架及劃分依據(jù)

在地球上，宏觀氣候帶幾乎決定著自然生態(tài)系統(tǒng)的整體格局，控制著初級(jí)生產(chǎn)者所需的太陽能和濕度［37］.而且，氣候帶和地形地貌共同影響著土壤的構(gòu)成，進(jìn)一步影響著植被類型的分布范圍，而不同植被類型的分布又決定著其他生物的分布格局.因此，地球生物的活動(dòng)雖然有一定的自主性，但地帶性因素對(duì)它們總的分布格局仍起主導(dǎo)作用［38-39］，水生生物在大尺度上的分布也主要受氣候和地形等地帶性因素的影響［38，40-41］.所以，根據(jù)中國湖泊的分布特點(diǎn)和不同地域湖泊在富營養(yǎng)化效應(yīng)方面的明顯差異，筆者認(rèn)為從“分區(qū)、分類、分級(jí)”的三級(jí)框架進(jìn)行劃分比較合理可行.

首先是“分區(qū)”:即地帶級(jí)的生態(tài)系統(tǒng)分區(qū)，可依據(jù)氣候帶、地形地貌、流域水系等方面的差異來劃分，它主要反映的是由緯度地帶、大氣環(huán)流及垂直地帶共同形成的生態(tài)系統(tǒng)大格局.其中，氣候帶和地形地貌主要反映的是由氣候引起的水、氣、熱條件;水系反映大致的空間范圍.

其次是“分類”，可在大環(huán)境相似的區(qū)域中，依據(jù)地形地貌、土壤氮、磷吸附量(營養(yǎng)鹽本底)、土地利用、湖泊水交換周期、水深、水面積、湖泊系數(shù)等水文特點(diǎn)進(jìn)行劃分，因?yàn)橥寥赖?、磷吸附量直接代表著周緣土壤本底中的營養(yǎng)負(fù)荷量;土地利用格局可反映集水區(qū)可能帶入水體中的營養(yǎng)鹽量，湖泊本身的水文屬性與水華發(fā)生有非常直接的關(guān)系［42］，水深和面積很大程度上反映的是湖泊的體量，對(duì)外源營養(yǎng)鹽的稀釋和緩沖能力，大湖的營養(yǎng)鹽再循環(huán)效率較小湖泊高，外源營養(yǎng)在淺水性湖泊轉(zhuǎn)化為生物量的效率也要高［43］;交換周期反映的是營養(yǎng)鹽的稀釋和去除能力，時(shí)間短，附著藻類可能多些，浮游藻類會(huì)少些［1］;湖泊系數(shù)能夠反映湖泊的形狀、大小及其水體隨風(fēng)力和湖流的運(yùn)動(dòng)能力［42，44］，而運(yùn)動(dòng)速度快的水體中浮游植物的生長(zhǎng)要慢得多.

最后是“分級(jí)”:可以在同一區(qū)域同一類型湖泊間，依據(jù)同一季節(jié)下營養(yǎng)鹽濃度、其他非營養(yǎng)因素及初級(jí)生產(chǎn)者的生物量、優(yōu)勢(shì)浮游植物群落類型(非固氮藍(lán)藻、固氮藍(lán)藻、綠藻、硅藻、甲藻、隱藻等)［45-46］、優(yōu)勢(shì)水生植物群叢類型(挺水植物、沉水植物、浮葉植物、漂浮植物等)［47］進(jìn)行生態(tài)劃分，它所反映的是在相似營養(yǎng)條件下富營養(yǎng)化在表征方面的差異，體現(xiàn)著富營養(yǎng)化的程度.如，透明度是以美國為代表的一些國家規(guī)定深水性湖泊中反映浮游植物生物量的重要因素，但在我國大多數(shù)淺水性湖泊中并不明顯;而總氮(TN)、總磷(TP)、Si等是所有湖泊光合自養(yǎng)生物生長(zhǎng)的原因變量［48］，它們與浮游植物和維管植物生物量間存在明顯的線性關(guān)系［34，49-53］，尤其是浮游植物和水生維管植物與氮、磷濃度的關(guān)系最為密切［52-55］;葉綠素 a(Chl.a)長(zhǎng)期以來一直是反映藻類生物量的重要指標(biāo)［56］，單位營養(yǎng)鹽下的Chl.a濃度還可反映營養(yǎng)鹽進(jìn)入食物鏈的速率［57］，優(yōu)勢(shì)浮游植物類型和優(yōu)勢(shì)維管植物類型常與富營養(yǎng)化程度密切相關(guān)［46］;GPP/R可大致反映生態(tài)系統(tǒng)中碳營養(yǎng)的利用格局，體現(xiàn)富營養(yǎng)的程度［48］.

5 基于營養(yǎng)鹽的生態(tài)分區(qū)原則

基于營養(yǎng)鹽的湖泊分區(qū)是為了控制湖泊富營養(yǎng)化而進(jìn)行的，它既不同于地理分區(qū)，也不等同于理想的湖泊生態(tài)分區(qū).而要做到這點(diǎn)，必須堅(jiān)持以下原則:

5.1 發(fā)生學(xué)原則

湖泊是相對(duì)獨(dú)立的歷史自然體，同等營養(yǎng)鹽濃度所導(dǎo)致的效應(yīng)與其自然地理?xiàng)l件和發(fā)生發(fā)展的歷史緊密相連，因此，分區(qū)時(shí)首先要遵循的原則是:同一區(qū)域單元內(nèi)的湖泊，在初級(jí)生產(chǎn)者生物量形成所必需的氣候、光熱等資源方面要有較高的相似性;在分類時(shí)，同一類型湖泊的演化(歷)史和目前的水文特性應(yīng)該有較高的相似性.

5.2 等級(jí)性原則

水生態(tài)系統(tǒng)是極其復(fù)雜的，各要素所起的作用是不同的，因此，在分區(qū)過程中，應(yīng)強(qiáng)調(diào)和突出主導(dǎo)性因素的作用，不同級(jí)別單元間應(yīng)遵從上級(jí)制約下級(jí)，下級(jí)服從上級(jí)的原則.在我們的思路下，圍繞光熱資源的地帶性分區(qū)指標(biāo)是最高級(jí)指標(biāo)，區(qū)域內(nèi)的分類指標(biāo)為服從于分區(qū)指標(biāo)的中級(jí)指標(biāo);與光熱資源相比，區(qū)域內(nèi)的營養(yǎng)本底作為中級(jí)指標(biāo)比較適宜;將營養(yǎng)鹽濃度與富營養(yǎng)化程度直接聯(lián)系的分級(jí)指標(biāo)適合于做服從于分類指標(biāo)的最低級(jí)指標(biāo)，只能根據(jù)同一區(qū)域同一類型的湖泊而論.

5.3 單元內(nèi)一致性原則

在同一區(qū)域內(nèi)的湖泊中，光熱資源、水系等要盡可能一致;在同一區(qū)域的同一類型湖泊中，水文狀況、湖泊系數(shù)、流域營養(yǎng)鹽本底、土地利用格局等方面要盡可能一致;在同一區(qū)域同一類型同一富營養(yǎng)程度的水體中，相似的營養(yǎng)鹽濃度范圍下應(yīng)該有相似的初級(jí)生產(chǎn)者生物量和優(yōu)勢(shì)生物類型.

5.4 單元間的分異性原則

分異性是復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)中最普遍的規(guī)律，與生態(tài)系統(tǒng)單元內(nèi)相對(duì)的一致性原則相對(duì)應(yīng)，不同區(qū)域內(nèi)的湖泊在光熱資源和水系方面應(yīng)盡可能不同;不同類型湖泊間(尤其在同一區(qū)域內(nèi))的水文、湖泊特點(diǎn)、流域營養(yǎng)鹽本底、土地利用格局等方面盡可能不同;在富營養(yǎng)程度不同的水體中(尤其同一區(qū)域的同一類型湖泊間)，不同營養(yǎng)鹽濃度范圍下的初級(jí)生產(chǎn)者生物量和優(yōu)勢(shì)生物類型應(yīng)盡可能不同.

5.5 單元內(nèi)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能的完整性原則

自然界中任何生態(tài)系統(tǒng)都不是孤立存在的，它們?cè)诘乩砦恢蒙舷嗷ヨ偳?，相互包?因此，在進(jìn)行邊界劃分時(shí)，確保單元內(nèi)主要的生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者生活史各階段的完整性尤為重要.從可操作角度講，主要是要遵循自然分水線原則，使本區(qū)域的營養(yǎng)鹽不要或很少直接外流到其它區(qū)域.邊界的確定一般以重要因素的空間特點(diǎn)和關(guān)系度作評(píng)判，對(duì)以上方法不能解決的重迭區(qū)，再根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)并結(jié)合專家經(jīng)驗(yàn)來確定.

5.6 綜合性原則

生態(tài)系統(tǒng)是包括生命有機(jī)體和非生命環(huán)境基質(zhì)的綜合體，生命過程受環(huán)境條件的影響，而生命活動(dòng)反過來也影響改變著環(huán)境條件.因此，水生態(tài)分區(qū)既要考慮生命有機(jī)體，尤其是初級(jí)生產(chǎn)者的特點(diǎn)，也要參考環(huán)境要素的影響，如光熱資源、流域本底、土地利用、營養(yǎng)鹽濃度等，因?yàn)樗仁亲匀坏?、地理的，也是生物的、化學(xué)的.

6 中國基于營養(yǎng)鹽生態(tài)分區(qū)的指標(biāo)體系

指標(biāo)的篩選是實(shí)現(xiàn)生態(tài)分區(qū)原則的關(guān)鍵步驟，指標(biāo)體系的構(gòu)建是完成生態(tài)區(qū)劃方案的前提，但選取的指標(biāo)既要體現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)的本質(zhì)，又不要使指標(biāo)體系過于繁雜而難于操作.

根據(jù)現(xiàn)有的認(rèn)識(shí)，Ⅰ級(jí)指標(biāo)是最高級(jí)的分區(qū)指標(biāo)，Ⅱ級(jí)指標(biāo)是必需服從Ⅰ級(jí)指標(biāo)的分類指標(biāo)，Ⅲ級(jí)指標(biāo)是同時(shí)服從Ⅰ級(jí)和Ⅱ級(jí)指標(biāo)的分級(jí)指標(biāo).中國分區(qū)的初步指標(biāo)如下:

Ⅰ級(jí)指標(biāo)有:氣候帶(寒溫帶、中溫帶、暖溫帶、亞熱帶、熱帶、高原氣候區(qū)，濕潤帶、半濕潤帶、半干旱帶、干旱帶)，地貌(平原、高原、山地)，流域指標(biāo)(水系)，據(jù)此可劃分出8個(gè)區(qū)域(具體數(shù)據(jù)資料將在后期發(fā)表).

Ⅱ級(jí)指標(biāo)為:在Ⅰ級(jí)分區(qū)指標(biāo)基礎(chǔ)上，增加湖盆形態(tài)(水深、面積、岸線發(fā)育)，水文特點(diǎn)(交換周期、水位變動(dòng)、礦化度)，地形地貌(高程、坡度、坡長(zhǎng))，土壤性質(zhì)(土壤質(zhì)地、土壤含磷量、土壤含氮量)，流域景觀格局(林地、草地、水域、建設(shè)用地、耕地、未利用地等)等指標(biāo)，而且，在不同區(qū)域內(nèi)，以上各指標(biāo)有不同的權(quán)重.

Ⅲ級(jí)指標(biāo)有:在Ⅰ、Ⅱ級(jí)指標(biāo)基礎(chǔ)上，增加 TN、TP、Si、Chl.a、Chl.a/TP、維管植被蓋度、維管植被蓋度/TN、維管植被蓋度/TP、優(yōu)勢(shì)藻類型/優(yōu)勢(shì)植被類型、GPP/R等指標(biāo)，最終得到在不同區(qū)域內(nèi)不同類型湖泊中，初級(jí)生產(chǎn)者的生物量和優(yōu)勢(shì)生物類型隨水環(huán)境中營養(yǎng)鹽濃度對(duì)應(yīng)變化的數(shù)值范圍.在此基礎(chǔ)上，分區(qū)分級(jí)選擇參照湖泊進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)合統(tǒng)計(jì)學(xué)方法可得到各區(qū)各類湖泊的營養(yǎng)鹽基準(zhǔn).

7 結(jié)論

針對(duì)我國湖泊分布廣泛、類型多樣、成因復(fù)雜、營養(yǎng)鹽生態(tài)效應(yīng)空間分異明顯的事實(shí)，本著切實(shí)可行、科學(xué)有效的原則，認(rèn)為“分區(qū)、分類、分級(jí)”的三級(jí)區(qū)劃框架適合于中國湖泊的基于營養(yǎng)鹽的生態(tài)分區(qū).

“分區(qū)、分類、分級(jí)”的三級(jí)區(qū)劃為:在全面調(diào)查研究中國湖泊營養(yǎng)鹽效應(yīng)空間分異規(guī)律、驅(qū)動(dòng)因子和富營養(yǎng)化表征特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，先依據(jù)空間分異的地帶性因素對(duì)湖泊進(jìn)行分區(qū)，然后依據(jù)湖泊本身水文屬性響應(yīng)富營養(yǎng)化的特點(diǎn)對(duì)它們進(jìn)行分類，最后，針對(duì)各區(qū)各類湖泊對(duì)營養(yǎng)鹽的表征特征進(jìn)行分級(jí).由于各影響因素在不同層次的作用程度顯著不同，需要針對(duì)各區(qū)、各類、各級(jí)的具體情況確定其作用大小.但劃分的依據(jù)為同區(qū)、同類、同級(jí)湖泊間初級(jí)生產(chǎn)力或營養(yǎng)鹽的轉(zhuǎn)化利用率基本相似.

分區(qū)的指標(biāo)可以從氣候帶(寒溫帶、中溫帶、暖溫帶、亞熱帶、熱帶、高原氣候區(qū)，濕潤帶、半濕潤帶、半干旱帶、干旱帶)、地貌(平原、高原、山地)和流域指標(biāo)(水系)等地帶相似性方面劃分;分類的指標(biāo)，在遵從分區(qū)指標(biāo)的前提條件下，根據(jù)同區(qū)內(nèi)湖盆形態(tài)(水深、面積、岸線發(fā)育)、水文特點(diǎn)(交換周期、水位變動(dòng)、礦化度)、地形地貌(高程、坡度、坡長(zhǎng))、土壤性質(zhì)(土壤質(zhì)地、土壤含磷量、土壤含氮量)、流域景觀格局(林地、草地、水域、建設(shè)用地、耕地、未利用地等)等進(jìn)行劃分;分級(jí)的指標(biāo)，在遵從分區(qū)、分類指標(biāo)的前提條件下，從湖泊 TN、TP、Si、Chl.a、Chl.a/TP、維管植被蓋度、優(yōu)勢(shì)藻類型/優(yōu)勢(shì)植被類型、GPP/R 等方面考慮.

分區(qū)的原則包括湖泊的發(fā)生學(xué)原則、劃分指標(biāo)間的等級(jí)性、生態(tài)單元內(nèi)的相似性、單元間的分異性、單元結(jié)構(gòu)和功能的完整性、綜合性等原則.

總之，以上設(shè)想是基于目前對(duì)中國湖泊的分布狀況和富營養(yǎng)化效應(yīng)的認(rèn)知而提出的，相信在這個(gè)思路下，通過綜合分析候選指標(biāo)的歷史和現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，完全可以得到適合于中國湖泊營養(yǎng)鹽分區(qū)的指標(biāo)體系，甚至營養(yǎng)鹽基準(zhǔn).

致謝:感謝王洪鑄研究員、周義勇研究員、王海軍博士、席北斗研究員、高如泰研究員在指標(biāo)體系構(gòu)建方面的建議!

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Ecoregional frame and indices system based on nutrients in Chinese lakes

ZHANG Delu1，2，LIU Yongding1＆ HU Chunxiang1
(1:Institute of Hydrobiology，Chinese Academy of Sciences，Wuhan 430072，P.R.China)
(2:Department of Biology，Wuhan University of Technology，Wuhan 430070，P.R.China)

The ecoregionalization based on lacustrine nutrients is the basis of nutrient benchmark and trophication control criteria of lakes，and is also the scientific basis and magnitude pathway of compositive evaluation，prevention，control and management.In this paper，after analyzing the concepts on ecoregion，hydroecoregion，and discussion on the base of classification，the lacustrine response to nutrients in geographic sections，driving factors and models，we proposed a Chinese hydroecoregional frame based on regionalization，classification and phase.By analyzing the environmental factors that influencing trophic status，we determined the criterions for lake regionalization，including by climate zone，topography and water system;by topography，soil nutrients，land use，shape of lake basin(water depth，surface area，development of lake shore)and hydrologic characteristics(residence time，water level，degree of mineralization);by nutrient content(nitrogen，phosphorus et al)，total primary productivity(biomass of phytoplankton，attached alga and aquatic macrophyte)，and by dominant plant types(phytoplankton and macrophyte).We primarily constructed indices system of ecoregionalization for Chinese lakes and this work lays a basis of lake ecoregionalization based on nutrients in China.

Lake;eutrophication;nutrient;aquatic ecoregionalization

＊ 國家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)項(xiàng)目(2009ZX07106-001-003)資助.2011-01-19收稿;2011-07-19收修改稿.張德祿，男，1963 年生，博士;E-mail:deluzh@163.com.

＊＊ 通訊作者;E-mail:cxhu@ihb.ac.cn.