許小華，雷 聲，張秀平，章 重，黃 萍

(江西省水利科學(xué)研究院，南昌 330029)

鄱陽湖是中國最大的過水性、瀕土性、季節(jié)性淡水湖。江西省內(nèi)贛、撫、信、饒、修五大河流多年平均入湖水量達到1 285.7 億m3，吸納了全省流域面積94%的江河水，水量充沛[1]。鄱陽湖成為世界重要的生態(tài)濕地，水清草美花香，水產(chǎn)豐富，珍稀鳥類眾多。由于受暖濕東南季風(fēng)的影響，鄱陽湖年降雨量平均1 636 mm，多年平均水位為12.86 m，最高水位為22.59 m(1998年7月31日，湖口水文站，吳淞基面)，最低水位為5.90 m(1963年2月6日，湖口水文站，吳淞基面)[2]。隨水量變化，鄱陽湖水位升降幅度較大，具有天然調(diào)蓄洪的功能。由于水位變幅大，湖泊面積變化也大。汛期水位上升，高水的時候是湖相，湖面陡增，水面遼闊；枯期水位下降，低的時候是河相，洲灘裸露，水流歸槽，湖面僅剩幾條蜿蜒曲折的水道。近年來受氣候變化等因素的影響，枯水期長，鄱陽湖水位持續(xù)偏低，蓄水量少，逐漸喪失天然蓄水泄洪等調(diào)節(jié)功能，嚴重影響了鄱陽湖生態(tài)環(huán)境和生態(tài)平衡[3]。由于水環(huán)境退化，鄱陽湖面臨著巨大的生態(tài)環(huán)境壓力。

因此，在深度開發(fā)流域水資源的同時，必須正確處理資源的開發(fā)、利用和保護三者之間的關(guān)系。通過建立合理的生態(tài)指標體系來解決維持和增強各類生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能、增大生態(tài)系統(tǒng)的負荷能力、保證生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的正常發(fā)揮的問題。

1 生態(tài)指標體系的構(gòu)建

本研究中的生態(tài)指標選用遵循了系統(tǒng)性和一致性、定量與定性相結(jié)合、規(guī)范化和可比性、可測性等原則。以鄱陽湖區(qū)為對象，結(jié)合鄱陽湖區(qū)特征及生態(tài)建設(shè)需求，初步建立了反映鄱陽湖區(qū)自然地理狀態(tài)、社會經(jīng)濟特征、水環(huán)境特征、水生態(tài)特征、政府管理等綜合功能特征的主要指標。各子系統(tǒng)指標的選取是參照與生態(tài)系統(tǒng)相關(guān)的研究問題指標綜合考慮，既有自然性的指標，又有社會性的指標；既有動態(tài)的指標，又有靜態(tài)的指標。根據(jù)各個影響因素之間的相互關(guān)系，建立了具有層次結(jié)構(gòu)的指標體系(見表1)。

2 生態(tài)指標數(shù)據(jù)的收集與分析

生態(tài)指標體系的構(gòu)建，需要充分可靠的數(shù)據(jù)作為支撐。其主要相關(guān)的生態(tài)數(shù)據(jù)除了要包括空間信息數(shù)據(jù)外，還需要鄱陽湖區(qū)相關(guān)的屬性數(shù)據(jù)。如人口、經(jīng)濟、土地資源、水資源、水文氣象、水質(zhì)、富營養(yǎng)化、水生動植物、濕地、候鳥、保護用地、水利工程等。本研究對能反映鄱陽湖區(qū)生態(tài)系統(tǒng)特征的主要生態(tài)指標作了信息提取與統(tǒng)計分析。

表1 鄱陽湖區(qū)生態(tài)指標體系

2.1 社會經(jīng)濟指標

社會經(jīng)濟指標包括人口指標、經(jīng)濟指標和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。人口指標包含總?cè)丝?、自然增長率、人口密度和農(nóng)業(yè)人口，主要反映了人口對生態(tài)的壓力；經(jīng)濟指標包括：年財政收入、國內(nèi)生產(chǎn)總值、人均純收入，主要反映出經(jīng)濟增長對生態(tài)的壓力，同時也反映出提供改善生態(tài)的資金實力。第一、二、三產(chǎn)業(yè)的比值反映出區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)水平。

表2 社會經(jīng)濟指標統(tǒng)計分析(2011年)

2.2 自然地理指標

自然地理是研究自然地理環(huán)境的組成、結(jié)構(gòu)、功能、動態(tài)及其空間分異規(guī)律的學(xué)科，是地理學(xué)的一個重要分支學(xué)科。本研究只選擇土地利用狀況、水資源狀況及水文氣象等三個指標來反映出區(qū)域土地承載的空間容量，區(qū)域各類型土地資源利用狀況、保護力度和恢復(fù)能力。

(1)土地利用狀況。土地利用是生態(tài)環(huán)境研究的空間信息基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，它充分反映了地表自然資源和人類活動的數(shù)量及空間分布狀況。本研究選取2009年春夏兩季TM遙感影像，采用面向?qū)ο蟮姆诸惙椒?，對地面實況的遙感影像中提取信息、反演地面原型。綜合利用遙感數(shù)據(jù)光譜信息、紋理特征、拓撲關(guān)系和加入專題信息進行多尺度分割，以獲取對象信息，再通過對象的目視識別建立模糊判別函數(shù)來進行分類[5]。根據(jù)鄱陽湖區(qū)的特有情況，制定了鄱陽湖區(qū)的土地利用分類系統(tǒng)，其分類結(jié)果如圖1。

圖1 鄱陽湖區(qū)土地利用分布圖

(2)水資源狀況。在鄱陽湖水域信息提取中，采用光譜相對量及植被指數(shù)作為植被和水體的判別標準。MODIS遙感數(shù)據(jù)的通道1為紅光區(qū)(0.62～0.67 μm)，水體的反射率高于植被，通道2為近紅外區(qū)(0.841～0.876 μm)，植被反射率明顯高于水體，采用多波段法可以較好地實現(xiàn)水體信息提取[6]。研究中采用歸一化植被指數(shù)NDVI進行水體提取。本研究以MODIS數(shù)據(jù)為主，添加部分Landsat衛(wèi)星系列、RADARSET數(shù)據(jù)為補充資料提取鄱陽湖水水域范圍。將鄱陽湖分成主湖體、軍山湖、青嵐湖、禾斛嶺、康山、南湖、珠湖、新妙湖、蚌湖和大湖池。鄱陽湖各湖體分布如圖2。

圖2 鄱陽湖各湖體分布圖

(3)水文氣象。根據(jù)資料統(tǒng)計，鄱陽湖多年平均氣溫16.5～17.8 ℃，7月份氣溫最高，日平均氣溫30 ℃，極端最高氣溫40.5 ℃；1月份氣溫最低，日平均氣溫4.4 ℃，極端最低氣溫零下11.9℃[7]。根據(jù)收集的2008-2013年鄱陽湖區(qū)降雨資料，計算得到多年平均降水量為1 471.6 mm。年內(nèi)降水的時空分布不均，具有明顯的季節(jié)性和地域性，1-3月降水量占全年的21%，汛期4-9月降水量占全年的67%，10-12月降水量占全年的12%。

“凡有血氣，皆有爭心”暗示“爭”是伴隨血氣之生而來的一種本能沖動，是“六志”不得協(xié)調(diào)的結(jié)果。而“六志”經(jīng)由禮樂文化的疏導(dǎo)和滿足才可能達致協(xié)調(diào)，當(dāng)“變法”活動成為春秋后期的一股潮流之時，叔向、蔡史墨及仲尼這樣一些深諳禮樂精神的賢人已經(jīng)指出，那些改變禮樂傳統(tǒng)所塑造的社會形態(tài)的改革活動，將不可避免地導(dǎo)向“錐刀之末，將盡爭之”的亂境。禮與爭的對立關(guān)系，或許在“受天地之中以生”的人群中有其根源。這一認識構(gòu)成了荀子禮論的重要基礎(chǔ)。

為反映鄱陽湖水域面積與水位、季節(jié)的關(guān)系，本研究收集了2008-2013年每日鄱陽湖區(qū)水文測站的水位信息，包括星子、湖口、康山、都昌、吳城等站點，分析了各測站間水位變化的同步性，以及各測站同期水位差與面積和容積的關(guān)系。將季節(jié)劃分為上半年(1-7月)和下半年(8-12月)兩部分進行分析。

圖3 鄱陽湖面積隨星子水位變化擬合趨勢線

圖4 通江湖體水位-容積擬合曲

鄱陽湖的蒸散發(fā)數(shù)據(jù)源于2009年MODIS遙感數(shù)據(jù)和地面氣象觀測數(shù)據(jù)，運用陸面能量平衡模型，對鄱陽湖區(qū)2009年晴空蒸散發(fā)量進行運算和統(tǒng)計。

圖5 晴空蒸散發(fā)量計算結(jié)果

圖6 日蒸散量及溫度均值年內(nèi)變化趨勢

結(jié)果表明，2009年鄱陽湖區(qū)濕地蒸散量在冬季最小，春季增大，8-9月達到全年最大值。蒸散發(fā)量高值區(qū)位于鄱陽湖及湖區(qū)濕地，主要集中在400～1 180 mm之間，均值為809.4 mm。其中常年為水體覆蓋的主湖體區(qū)域蒸發(fā)量較有洲灘出露區(qū)域的蒸發(fā)量大，其年蒸發(fā)量在960～1 180 mm之間，2009年的鄱陽湖區(qū)濕地蒸發(fā)總量為28.43 億m3[8]。

2.3 水環(huán)境指標

水環(huán)境是指圍繞人群空間及可直接或間接影響人類生活和發(fā)展的水體，其正常功能的各種自然因素和有關(guān)的社會因素的總體，以陸地為邊界的天然水域所處空間的環(huán)境。本研究的水環(huán)境主要選取水質(zhì)和富營養(yǎng)化指標來反映水環(huán)境調(diào)節(jié)的功能。

(1)水質(zhì)狀況。根據(jù)收集的相關(guān)資料，得到鄱陽湖區(qū)2008～2012年排污量(見表3)，可以看出2008年環(huán)鄱陽湖區(qū)廢污水排放量為52 335 萬t，2008至2012年間廢污水排放量逐年遞增，至2012年廢污水排放量已達99 451 萬t，較2008年增加47 116 萬t，增長率高達90%。4年間排放量增幅最快的是2010年，較2009年增加52.4%。

表3 鄱陽湖區(qū)排污量統(tǒng)計(2008-2012年)

根據(jù)鄱陽湖水利樞紐“六大課題”之《鄱陽湖水利樞紐工程對鄱陽湖水質(zhì)影響及對策研究》水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)對鄱陽湖區(qū)水質(zhì)進行分析研究結(jié)果表明，鄱陽湖湖區(qū)TN和TP濃度較高的點主要集中在南部湖區(qū)康山、蓮湖兩個點，以及鄱陽湖自然保護區(qū)內(nèi)的蚌湖區(qū)域，對照地表水環(huán)境質(zhì)量標準(GB3838-2002)中Ⅲ類標準值，該3個點位均有不同程度的超標現(xiàn)象，TN超標最高達1.9倍，TP超標最高達6.6倍?？傮w上講，鄱陽湖水質(zhì)總體穩(wěn)定，除TN、TP外均能維持在III類水質(zhì)，但全湖仍呈現(xiàn)出南部湖區(qū)水質(zhì)劣差于北部湖區(qū)的狀況。

(2)富營養(yǎng)化指數(shù)。水體富營養(yǎng)化是指在人類活動的影響下，氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)大量進入湖泊、河口、海灣等緩流水體，引起藻類及其他浮游生物迅速繁殖，水體溶解氧量下降，水質(zhì)惡化，魚類及其他生物大量死亡的現(xiàn)象[9]。根據(jù)江西省環(huán)境監(jiān)測站(和水文局)的監(jiān)測資料對鄱陽湖1985-2009年間湖庫營養(yǎng)狀態(tài)進行計算(見圖7)。

圖7 鄱陽湖營養(yǎng)狀態(tài)評分值變化趨勢圖

評價結(jié)果表明， 鄱陽湖各監(jiān)測點位在不同的監(jiān)測期間進行的鄱陽湖水體富營養(yǎng)化狀態(tài)評價處在中營養(yǎng)-輕度富營養(yǎng)狀態(tài)。按區(qū)域分靠近入湖河口的湖區(qū)各點位(主要點位為康山和蓮湖)主要處在輕度富營養(yǎng)狀態(tài)，靠近出湖區(qū)域(都昌和蛤蟆石)的水域呈現(xiàn)中營養(yǎng)狀態(tài)。湖水中總磷、總氮的含量較高，已達富營養(yǎng)型湖泊的標準，但DO、BOD5、CODMn、SD等指標多屬貧、中營養(yǎng)水平，同時由于水生生物消耗水中的氮磷，不利于湖區(qū)大面積產(chǎn)生富營養(yǎng)化。湖區(qū)尚未出現(xiàn)大面積富營養(yǎng)化。

2.4 水生態(tài)指標

水生態(tài)是指環(huán)境水因子對生物的影響和生物對各種水分條件的適應(yīng)。主要包括水生生物、濕地狀況、候鳥等指標。主要反映生態(tài)系統(tǒng)的活力、恢復(fù)力以及彈性力度。

(1)水生動物。本研究的水生動物包括浮游植物、浮游動物、底棲動物、魚類、大型珍稀水生動物等。

根據(jù)收集的資料作了統(tǒng)計分析。鄱陽湖浮游植物種類組成主要以綠藻門和硅藻門為主，藍藻門和裸藻門次之，隱藻門、甲藻門和金藻門種類較少。共發(fā)現(xiàn)浮游植物133種，隸屬于6門61屬。鄱陽湖浮游動物中，原生動物、輪蟲種類豐富，枝角類、橈足類相對貧乏，共發(fā)現(xiàn)浮游植物290種。 鄱陽湖共檢出底棲動物104種，隸屬于軟體動物、環(huán)節(jié)動物、節(jié)肢動物3個門。鄱陽湖的魚類種類共計10目26科133種，包括國家I級保護動物白鱘和中華鱘、II級保護動物胭脂魚，大致可以分為湖泊定居性魚類、江湖洄游性魚類、河海洄游性魚類、河流性魚類等四種生態(tài)類型。鄱陽湖大型珍稀水生動物主要為江豚，據(jù)中科院水生所調(diào)查分析，其種群數(shù)量大約在450 頭左右，在不同的季節(jié)存在較大變動(316～657頭)。

(2)濕地?！稘竦毓s》定義的濕地概念，是指潮濕或淺積水地帶發(fā)育成水生生物群和水成土壤的地理綜合體。包括陸地上天然的和人工的，永久的和臨時的各類沼澤、泥炭地、咸、淡水體，以及低潮位時6m水深以內(nèi)的海域[10]。

本研究選取了2009年不同水位的TM遙感影像來提取鄱陽湖濕地信息。根據(jù)提取結(jié)果(見圖8)，各類面積為：水體1 238.8 km2、沙灘921.74 km2、泥灘88.78 km2、沉水植被307.1 km2、濕生植被981.04 km2、挺水植被139.62 km2。 鄱陽湖周期性的水位變化和時令性水陸交替的水文條件，為湖灘草洲濕地生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)育提供了良好條件，形成了高水湖相、低水陸相的獨特生態(tài)景觀。草灘面積的隨月份變化，每年有兩個高峰期，其趨勢為從春季開始進入到4、5月份夏季汛期前植被覆蓋面積不斷增加，進入汛期后隨水位的上漲逐漸被淹沒，植被覆蓋面積減小。

圖8 鄱陽湖濕地類型分布圖

(3)候鳥。濕地是鳥類的聚居地，一方面濕地為鳥類提供了不可替代的生境，另一方面鳥類的分布、數(shù)量、繁殖、生理等特征對濕地所承受的種種干擾有所響應(yīng)。因而鳥類可以作為濕地生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測與評價的指標。

鄱陽湖候鳥資源非常豐富，據(jù)調(diào)查研究，鄱陽湖現(xiàn)在已記錄的鳥類有17目55科310種。鄱陽湖鳥類特征主要表現(xiàn)為以遷徙種類多、種類比重大、珍稀鳥類多、種群數(shù)量大等特征。鄱陽湖區(qū)的水禽主要包括的類群有：目、鵜形目、鸛形目、雁形目、鶴形目、鸻形目的鳥類為124種，占鳥類總種數(shù)的40%，本研究引用鄱陽湖水利樞紐工程辦公室監(jiān)測數(shù)據(jù)分析候鳥的分布狀況(見圖9)。

2.5 水利工程指標

水利工程建設(shè)和運行會產(chǎn)生正負兩方面的效應(yīng)，既包括水利工程建成之后對自然界的生態(tài)破壞，也包括對自然界生態(tài)修復(fù)的兩種生態(tài)后果。當(dāng)水利工程建設(shè)和運行對生態(tài)要素產(chǎn)生負效應(yīng)時，如何通過水利工程調(diào)度與運行管理把不利影響降到最低，就是流域的生態(tài)調(diào)度。生態(tài)調(diào)度是減少水利工程生態(tài)負效應(yīng)的重要途徑，水利工程是生態(tài)系統(tǒng)的一個重要指標。

本研究利用遙感數(shù)據(jù)，結(jié)合GPS實地調(diào)查，和GIS空間分析，提取了鄱陽湖區(qū)內(nèi)水利工程信息，包括：水閘、圩堤、渠道、(大、中、小型)水庫等信息(見圖10)。

圖10 水利工程分布圖

3 生態(tài)系統(tǒng)分析

綜合上述收集和提取的各指標定性和定量的參數(shù)，分析表明，鄱陽湖生態(tài)系統(tǒng)近年來受到了不同程度的影響，主要影響因素有氣候、水文、人口增長、經(jīng)濟發(fā)展、政策管理等自然和社會經(jīng)濟要素共同作用的結(jié)果。

(1)鄱陽湖生態(tài)系統(tǒng)面臨的主要問題。主要表現(xiàn)為自然環(huán)境的破壞和生態(tài)規(guī)律的波動。第一，鄱陽湖區(qū)水量的時空分布不均，水資源持續(xù)利用困難，枯水季節(jié)有增長 趨勢，制約著湖泊水生生物的生長狀況及初級生產(chǎn)力水平；第二，工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生活污水排放量日益增加，鄱陽湖的水質(zhì)污染嚴重，其后果是減少了鄱陽湖的生物多樣性，造成一些物種數(shù)量的減少甚至消失，湖泊內(nèi)種群數(shù)量不斷減少，群落結(jié)構(gòu)簡單化，最終導(dǎo)致了鄱陽湖生態(tài)系統(tǒng)抗干擾能力的下降；第三，人類開發(fā)利用活動加劇，對鄱陽湖有生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生較大脅迫壓力，最終導(dǎo)致湖泊退化、湖泊生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的完整性及功能的穩(wěn)定性受到破壞，極大地制約著整個湖泊生態(tài)系統(tǒng)的健康發(fā)展。

(2)鄱陽湖生態(tài)系統(tǒng)平衡的調(diào)控對策。第一，加快鄱陽湖流域相關(guān)法規(guī)建設(shè)，進一步修改完善鄱陽湖有關(guān)保護條例，增強其可操作性；第二，建立鄱陽湖水生態(tài)安全體系，構(gòu)建健全的鄱陽湖生態(tài)資源監(jiān)測保護網(wǎng)；第三，建立鄱陽湖流域五大水系與鄱陽湖水資源保護監(jiān)測體系，加強對湖區(qū)水域水質(zhì)監(jiān)測和預(yù)報； 第四，建立鄱陽湖綜合調(diào)度系統(tǒng)和鄱陽湖與三峽水庫聯(lián)合調(diào)度體系；第五，建立鄱陽湖流域綜合管理體系，實行流域與區(qū)域管理相結(jié)合、各部門相互協(xié)調(diào)配合、利害相關(guān)方和公眾參與的流域綜合管理機制。

4 結(jié) 論

本文根據(jù)鄱陽湖區(qū)特征及生態(tài)建設(shè)需求，建立了反映鄱陽湖區(qū)自然地理狀態(tài)、社會經(jīng)濟特征、水環(huán)境特征、水生態(tài)特征、政府管理等綜合功能特征的生態(tài)系統(tǒng)指標體系。運用遙感技術(shù)提取了土地利用、水資源、水文、濕地、候鳥、水利工程等空間信息，統(tǒng)計分析方法從自然性和社會性，動態(tài)性和靜態(tài)性分析了鄱陽湖生態(tài)系統(tǒng)主要指標特征。從宏觀和微觀相結(jié)合，綜合分析鄱陽湖生態(tài)系統(tǒng)面臨的主要問題，主要表現(xiàn)為自然環(huán)境的破壞和生態(tài)規(guī)律的波動。并提出了鄱陽湖生態(tài)系統(tǒng)平衡的調(diào)控對策。為鄱陽湖生態(tài)系保護和治理提供支撐。

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