王志強(qiáng),田 娜,繆建群,王海倫,王 海,黃國勤

1 江西農(nóng)業(yè)大學(xué)生態(tài)科學(xué)研究中心,南昌 330045 2 江西財經(jīng)大學(xué)鄱陽湖生態(tài)研究院,南昌 330032 3 江西農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院,南昌 330045 4 南昌職業(yè)學(xué)院,南昌 330500 5 江西科技學(xué)院,南昌 330098

?

基于組合可拓綜合分析法的鄱陽湖流域水質(zhì)富營養(yǎng)化評價

王志強(qiáng)1,4,田 娜2,繆建群3,王海倫4,王 海5,黃國勤1,*

1 江西農(nóng)業(yè)大學(xué)生態(tài)科學(xué)研究中心,南昌 330045 2 江西財經(jīng)大學(xué)鄱陽湖生態(tài)研究院,南昌 330032 3 江西農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院,南昌 330045 4 南昌職業(yè)學(xué)院,南昌 330500 5 江西科技學(xué)院,南昌 330098

長期跟蹤定位評價湖泊的水質(zhì)營養(yǎng)化程度,對于實現(xiàn)地區(qū)水功能具有重要意義。針對評價方法中指標(biāo)選取的可行性、單一性、權(quán)重賦值的主觀隨意性以及水質(zhì)變化的模糊性、隨機(jī)性、動態(tài)性和生物指示性等特點,采用了可拓綜合評價法和浮游生物調(diào)查與室內(nèi)測定法相結(jié)合,構(gòu)建了組合可拓綜合分析法,一方面利用可拓綜合分析法對鄱陽湖流域5個代表性觀測站點的10年的年均(每2年)觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行評價；另一方面通過浮游生物指示法對該5個站點的水質(zhì)進(jìn)行富營養(yǎng)化評價,以生物指示評價法所得等級與可拓綜合分析法評定等級吻合的最多次數(shù)所對應(yīng)等級作為組合可拓綜合評價法的評價等級。結(jié)果表明：(1)自2006年以來鄱陽湖流域水體富營養(yǎng)化水平較為平穩(wěn),總體呈好轉(zhuǎn)勢態(tài)。2010年有4個觀測點的水體達(dá)到富營養(yǎng)化程度,而在2014年湖區(qū)的蛤蟆石和鄱陽水質(zhì)略有所改善,達(dá)到輕富營養(yǎng)化程度,都昌、康山、星子站點的水體為中營養(yǎng)化,改善幅度較大,水質(zhì)較好；(2)從湖區(qū)的地理區(qū)位看,鄱陽湖湖區(qū)的南部和西部的水質(zhì)富營養(yǎng)化程度總體上要好于北部、東部和中部湖區(qū),水質(zhì)富營養(yǎng)化程度表現(xiàn)為區(qū)域的不均勻性。

可拓綜合分析法；浮游生物指示法；鄱陽湖流域；富營養(yǎng)化；綜合評價

鄱陽湖是中國最大的淡水湖,也是江西的母親湖,為準(zhǔn)確掌握鄱陽湖流域水質(zhì)情況,利用科學(xué)評價方法客觀準(zhǔn)確評價湖泊水質(zhì),是對鄱陽湖實施有針對性、差異化生態(tài)維護(hù)、修復(fù)和保護(hù)的前提,也是保障鄱陽湖地區(qū)水功能健康可持續(xù)發(fā)揮的關(guān)鍵。

目前綜合評價水質(zhì)的方法主要有兩大類,其一是單項綜合方法評價(包括改進(jìn)式),這類評價方法主要是針對湖泊富營養(yǎng)化評價中的模糊性[1-4]、不確定性[5-6]、不完整性和水質(zhì)動態(tài)變化性[7]等某一方面,通過相應(yīng)綜合評價方法[8],抑或通過改進(jìn)評價方法中的隸屬函數(shù)關(guān)系[4,9-11]或刪減相應(yīng)的理化(或生物)[12-13]評價指標(biāo),抑或?qū)χ笜?biāo)權(quán)重賦值給予合理改進(jìn)[14]等技術(shù)處理,使得綜合評價結(jié)果更接近實際值；其二是組合綜合方法評價法,這類方法是集幾項單個綜合評價方法的優(yōu)點,通過建立一定的函數(shù)關(guān)系[15-16],通過新方法[17]、新思路來改進(jìn)指標(biāo)賦值[18-19],抑或構(gòu)建新的組合綜合評價模型[20],以達(dá)到提高組合綜合評價的精度。以上兩類方法都是針對影響富營養(yǎng)化的某些物理、化學(xué)、生物(葉綠素a)因子給予了綜合評價,各評價方法都有自身側(cè)重點及優(yōu)點和缺點,在湖泊富營養(yǎng)化評價中取得了許多成功。但這些綜合評價方法有的只能定性判定但不能定量分析或是定量分析精確不夠,有些計算也比較復(fù)雜,應(yīng)用多有不便,并且前期大多數(shù)研究多半是基于短期的觀測結(jié)果而評估的,缺乏長期評估的動態(tài)性,對空間差異性動態(tài)分析也較少。而可拓綜合評價法是建立在可拓集合論的基礎(chǔ)上,既能從數(shù)量上反映被評價對象本身存在狀態(tài)的所屬程度,又更具特色的從數(shù)量上刻畫何時為此性態(tài)與彼性態(tài)的分界,為描述評價對象的動態(tài)性帶了極大方便,有利于描述被評價對象的模糊性、灰色性,也有利于綜合反映水質(zhì)的絕對情況和相對情況。同時利用浮游生物生物量變化及優(yōu)勢種分布監(jiān)測評價湖泊水環(huán)境(富營養(yǎng)化)具有重要借鑒價值,并且在國內(nèi)外已有相當(dāng)長的歷史[21-22],浮游植物是水體富營養(yǎng)化等級的重要指示生物[23],浮游植物在不同的湖區(qū)和不同營養(yǎng)等級水體中其生物量有較大差異[24]。目前結(jié)合可拓綜合分析法和湖泊水生生物的優(yōu)勢種群和生物量情況給予組合綜合評價湖泊水質(zhì)富營養(yǎng)化的研究并不多見。

因此,本研究首先采用可拓綜合評價法,引入物元理論,科學(xué)、客觀地、全面地對鄱陽湖水質(zhì)進(jìn)行動態(tài)綜合評價,以期研究鄱陽湖綜合水質(zhì)的動態(tài)性和空間差異性；另一方面借助水生生物對湖泊水質(zhì)富營養(yǎng)化響應(yīng)指示作用,通過野外調(diào)查、查閱統(tǒng)計資料和室內(nèi)檢測相結(jié)合的方法,分析了各觀測站點不同時期的富營養(yǎng)化程度,以各站點生物指示評價法所得等級與可拓綜合分析法評定的等級吻合的最多次數(shù)所對應(yīng)等級作為該組合綜合評價法的評價等級。

組合可拓綜合分析方法是從生態(tài)完整性意義上通過建立了物理、化學(xué)和生物因素的多指標(biāo)參數(shù)的質(zhì)量評價模型,通過引入關(guān)聯(lián)函數(shù),利用關(guān)聯(lián)函數(shù)的綜合關(guān)聯(lián)度對水質(zhì)進(jìn)行評價,以定量的數(shù)值表示具體評定結(jié)果,并利用生物指示法對可拓綜合分析法進(jìn)行修正,提高了評價精度,能較完整地反映年際間樣品的綜合質(zhì)量水平,避免了指標(biāo)評價的片面性,該組合綜合評價法其概念清晰、計算簡便、評價結(jié)果可度量性高,從而為鄱陽湖水質(zhì)評價及未來發(fā)展趨勢判斷提供更加可靠的科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

鄱陽湖流域位于長江中游、江西省北部,地理坐標(biāo)28°11′—29°51′N,115°49′—116°49′E,湖區(qū)承接贛、撫、信、修、饒五大河來水,本文主要根據(jù)鄱陽湖地理形態(tài)、水文特征及江西省水利樞紐的工程布置、湖區(qū)的營養(yǎng)化差異程度及特征等綜合因素,在湖區(qū)選定了5個具有代表性的水域觀測點,分別是鄱陽湖的蛤蟆石(北部湖區(qū))、都昌(中北部湖區(qū))、康山(南部湖區(qū))、鄱陽(東部及河口湖區(qū))、星子(西部湖區(qū))[3,12,25-26]。

1.2 數(shù)據(jù)來源及處理

本研究可拓綜合分析法的原始數(shù)據(jù)來自于2006—2014年江西省環(huán)境保護(hù)廳、江西省水利廳和鄱陽湖水文局的部分?jǐn)?shù)據(jù),根據(jù)富營養(yǎng)化評價指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn),經(jīng)整理得出125個樣本數(shù)據(jù)；另外本研究用于浮游生物指示法評價富營養(yǎng)化的數(shù)據(jù),來自于本研究團(tuán)隊于2014年5、9和11月,根據(jù)《湖泊富營養(yǎng)化調(diào)查規(guī)范》對5個代表性站點進(jìn)行調(diào)查,分別以各觀測站點為同心圓,以每遞增500m為半徑向湖心方向分別采樣(5次)并鑒定。浮游植物與浮游動物定性樣品的采集分別采用25號、13號浮游生物網(wǎng)在0.5m(2m)水層呈“∞”字形緩慢撈取,并每次分別將網(wǎng)內(nèi)濃縮液置于500mL塑料水樣瓶中,現(xiàn)場分別用1%體積的魯哥氏液5%的福爾馬林溶液固定,帶回實驗室檢測分類并對藻類優(yōu)勢種進(jìn)行鑒定。浮游植物定量樣品用2.5L有機(jī)玻璃采水器采集,在各站點水深約1m處采集1L水樣(水深超過3m的采樣點在2m處采樣),現(xiàn)場用1%體積的魯哥氏液固定置于廣口塑料瓶(1.5L)中,樣品帶回實驗室后靜置沉降48h,沉淀濃縮后計數(shù)。浮游動物定量樣品則采用5L有機(jī)玻璃采水器采集5次獲得,再用25號(網(wǎng)孔直徑為64μm)浮游生物網(wǎng)過濾濃縮,最后將網(wǎng)頭中的樣品現(xiàn)場用5%的福爾馬林溶液固定收集于500mL樣品瓶中,樣品帶回實驗室后繼續(xù)靜置48h沉降、濃縮后計數(shù)。

1.3 研究方法

本研究首先是利用可拓綜合評價法對鄱陽湖湖區(qū)5個典型觀測站點的水質(zhì)富營養(yǎng)化進(jìn)行綜合評價,然后利用生物指示法對該5個站點的水質(zhì)進(jìn)行組合綜合評價,以修正可拓綜合評價法的評價結(jié)果。

1.3.1 可拓綜合評價法

利用可拓綜合法評價水質(zhì),一般需要經(jīng)歷確立經(jīng)典域、確定節(jié)域、確定待評價物元、確定指標(biāo)的權(quán)重、確定待評價事物關(guān)于各類別的關(guān)聯(lián)度和確定待評價的類別和級別變量特征值6個步驟[27]。

(1)確定經(jīng)典域

設(shè)有m個評價類別,N1,N2,…，Nm,將各評價類別對應(yīng)的特征值范圍用[aij,bij]表示,則同征評價類別R0可表示為：

(1)

式中，Nj表示第j個評價類別,ci表示第i個評價指標(biāo),vij=[aij,bi j]分別為Nj關(guān)于指標(biāo)ci所規(guī)定的量值范圍,即各類別關(guān)于對應(yīng)的評價指標(biāo)所取的數(shù)據(jù)的范圍——經(jīng)典域(其中i=1,2,…,n；j=1,2,…,m)。

(2)確定節(jié)域

(2)

式中，P為評價類別的全體,[aip,bip]為P關(guān)于ci所取得量值范圍,即節(jié)域。

(3)確定待評價物元

對待評價事物,把監(jiān)測數(shù)據(jù)或分析結(jié)果用物元表示為：

(3)

式中，Rd為待評價物元,vi為待評價事物對應(yīng)于ci的數(shù)值。

(4)確定指標(biāo)的權(quán)重

Wi≥0(i=1,2,…n)

(4)

(5)

式中，n為指標(biāo)個數(shù),Wi為第i個評價指標(biāo)的權(quán)重。

(5)確定關(guān)聯(lián)度

計算距：

d(vi,vij)=|vi- 1/2(aij+bij)|- 1/2(bij-aij)

(6)

d(vi,vip)=|vi- 1/2(aip+bip)|- 1/2(bip-aip)

(7)

式中，d(vi,vij)、d(vi,vip)分別為點與區(qū)間的距。d(vi,vij)表示點vi與區(qū)間vij的距,d(vi,vip)表示點vi與區(qū)間vip的距,1/2(bij-aij)表示區(qū)間(aij,bij)的大小,1/2(bip-aip)表示區(qū)間(aip,bip)的大小。

計算關(guān)聯(lián)函數(shù)：

(8)

計算關(guān)聯(lián)度：

(9)

式中，Kj(p)為在考慮指標(biāo)重要性程度情況下,待評價事物各指標(biāo)關(guān)于各類別的關(guān)聯(lián)度的組合值。

(6)確定待評價的類別和級別變量特征值

若kj0(p)=maxKj(p)(j=1,2,…,m),則測定p屬于類別j0。記：

(10)

則p的級別變量特征值j*為：

(11)

1.3.2 可拓綜合分析法研究指標(biāo)及標(biāo)準(zhǔn)

對于鄱陽湖的評價指標(biāo)及標(biāo)準(zhǔn),本文采用了普遍使用[5-6,11-12,17,20]的5項指標(biāo)參數(shù),分別是總磷(TP)、總氮(TN)、化學(xué)需氧量(COD)、透明度(SD)和葉綠素a(Chla),其營養(yǎng)等級評價標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》GB3838—2002分為極貧營養(yǎng)、貧營養(yǎng)、中營養(yǎng)、輕富營養(yǎng)和重富營養(yǎng)[2,27],具體列于表1。

表1 鄱陽湖富營養(yǎng)化評價參數(shù)及分級標(biāo)準(zhǔn)

TP：Total Phosphorus；TN：Total Nitrogen；COD：Chemical Oxygen Demand；SD：Silting Density；Chl a：Chlorophyll a

1.3.3 浮游生物指示法評價及其標(biāo)準(zhǔn)

浮游生物指示富營養(yǎng)化程度的研究前期也較多[21-24],浮游生物指示法評價水質(zhì)就是利用浮游生物量的多少來反映水質(zhì)富營養(yǎng)化程度的一種全生物意義上的客觀評價。本研究在查閱相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,對浮游生物指示富營養(yǎng)程度的關(guān)系做了相關(guān)歸納總結(jié)(表2)。在實地考察的基礎(chǔ)上,通過對2014年5個站點的75個(每個站點利用同心圓法采樣5個,每月共采集25個樣本,5、9和11月共75個)樣本數(shù)據(jù),利用生物指示法,經(jīng)檢測得出各個站點的富營養(yǎng)化情況,結(jié)果見表4。

表2 浮游生物量與富營養(yǎng)化等級對應(yīng)關(guān)系

2 組合可拓綜合評價結(jié)果及分析

2.1 可拓綜合評價結(jié)果及分析

本文采用了2006、2008、2010、2012和2014年的5個主要觀測點的5年基礎(chǔ)觀測記錄數(shù)據(jù),依據(jù)表1的標(biāo)準(zhǔn)對125個樣本數(shù)據(jù),根據(jù)上述可拓綜合評價法的步驟(公式1—11),利用方統(tǒng)中等[30-31]的評價因子的實測質(zhì)量濃度與各級標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量濃度之間的關(guān)系,確定了總磷TP、總氮TN、高錳酸鹽指數(shù)COD、透明度SD、葉綠素a(Chl a)5個指標(biāo)的權(quán)重分別為0.156,0.295,0.297,0.241和0.011,利用Matlab7.0軟件進(jìn)行計算,結(jié)果見表3。

表3 鄱陽湖流域5年5個觀測點年均營養(yǎng)等級評價結(jié)果

Inf為計算結(jié)果無窮大,帶“*”的為每個評價區(qū)域水質(zhì)指標(biāo)與營養(yǎng)等級關(guān)聯(lián)度最大的值

根據(jù)表3及富營養(yǎng)化等級劃分標(biāo)準(zhǔn),可將各觀測站點的年際富營養(yǎng)化變化的結(jié)果可表示為如下圖1。

圖1 鄱陽湖流域5個主要觀測點不同年份水體富營養(yǎng)化Fig.1 Five main observation points′ eutrophication level change trend in five years in Poyang Lake Basin

從圖1中可以看出：年間(每隔2a)5個主要觀測點的水體富營養(yǎng)化程度相對比較穩(wěn)定,但是水質(zhì)變化的幅度較大。在2010年時,有4個觀測點的水體達(dá)到富營養(yǎng)化的程度,隨后在2014年,蛤蟆石、都昌、鄱陽湖區(qū)的水質(zhì)有所改善,達(dá)到輕富營養(yǎng)化程度,但星子、康山站點的水質(zhì)為中營養(yǎng)化,變化較大,水質(zhì)較好,觀測站點的水質(zhì)呈總體好轉(zhuǎn)趨勢；從湖區(qū)的地理區(qū)位看,鄱陽湖湖區(qū)的南部和西部的水質(zhì)富營養(yǎng)化程度總體上要好于北部、東部和中部湖區(qū),水質(zhì)富營養(yǎng)化程度表現(xiàn)為區(qū)域的不均勻性。

2.2 生物指示評價法結(jié)果及分析

據(jù)表2的評定指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn),對鄱陽湖5個典型站點的75個樣本進(jìn)行檢測,檢測結(jié)果如表4,其中浮游生物量和浮游植物量都是給出了各站點2014年5月(豐水期)、9月(平水期)和11月(沽水期)的測定范圍值,在每個站點5個樣品的單次檢測中,以富營養(yǎng)化等級相同次數(shù)最多的等級作為生物指示法評價結(jié)果,結(jié)果顯示：蛤蟆石和鄱陽站點的水質(zhì)達(dá)到輕富營養(yǎng)化程度,康山、都昌和星子站點的水質(zhì)為中營養(yǎng)化程度,水質(zhì)較好。

表4 2014年各觀測站點的生物指示法評價結(jié)果

2.3 組合可拓綜合評價結(jié)果及分析

從表5中可以看出,可拓綜合分析法所得評價結(jié)果與前人研究結(jié)果[15,17- 18,21- 22]吻合度較好,其中與主成分法、模糊分析法所得2006年結(jié)果完全一致的站點有康山,水質(zhì)達(dá)到重富營養(yǎng)；與主成分法、模糊分析法和灰色聚類法所得2006年和2008年結(jié)果完全一致站點有鄱陽,水質(zhì)達(dá)到輕富營養(yǎng)；與模糊分析法和灰色聚類法所得2008年結(jié)果完全一致站點有星子,水質(zhì)達(dá)到重富營養(yǎng),因此可拓綜合分析法所得結(jié)果可靠、合理。而從浮游生物對水質(zhì)響應(yīng)的角度,根據(jù)生物指示法評價結(jié)果對可拓綜合分析結(jié)果進(jìn)行修正后的組合可拓綜合分析法所得結(jié)果與可拓綜合分析法所得結(jié)果相比,發(fā)現(xiàn)2014年各站點的評價結(jié)果,僅都昌站有所差異,其他各站點兩評價方法的評價結(jié)果一致。同時結(jié)果還顯示2014年的組合可拓綜合分析法的評價結(jié)果與2015年江西省環(huán)境質(zhì)量公報所公布的結(jié)果吻合性更好,湖區(qū)近80.9%的水域水質(zhì)為中營養(yǎng)化,湖區(qū)輕度污染[32],因此組合可拓綜合分析法所得結(jié)果更為科學(xué)合理。

3 討論

綜合評價水質(zhì)的關(guān)鍵在于指標(biāo)的選擇及指標(biāo)值的確定,也是備受爭議之處。陳藜藜等將水質(zhì)評價等級分為貧營養(yǎng)、貧中營養(yǎng)、中營養(yǎng)、中富營養(yǎng)、重營養(yǎng)和重富營養(yǎng)6個等級,并給出了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值范圍[33],崔揚等通過對新安江水庫(千島湖)的實測數(shù)據(jù)的回歸分析,認(rèn)為有色可溶性有機(jī)物(CDOM)、濁度(TURB)等指標(biāo)也可作為評價水體富營養(yǎng)化的重要指標(biāo)[34]。單利平等為解決水質(zhì)富營養(yǎng)化評價指標(biāo)間的信息重疊和評價結(jié)果的不確定性,選取了溶解氧、氨氮、總氮、總磷、化學(xué)需氧量(COD和CODMn)、五日生化需氧量和氟離子含量及PH共9個指標(biāo),在進(jìn)行了主成分分析后,利用模糊綜合評價法進(jìn)行了綜合評價[35]。本研究在參考大量文獻(xiàn)[3,12,25- 26]和結(jié)合實測數(shù)據(jù)(浮游生物量)的基礎(chǔ)上,首先利用MATLAB軟件原理及實現(xiàn)方法[27],以《湖泊富營養(yǎng)化調(diào)查規(guī)范》和方統(tǒng)中等人[30]的研究為依據(jù),確立了總磷TP、總氮TN、高錳酸鹽指數(shù)COD、透明度SD、葉綠素a(Chl a)5個指標(biāo),對評價等級分為極貧營養(yǎng)、貧營養(yǎng)、中營養(yǎng)、輕富營養(yǎng)和重營養(yǎng)5個等級；其次從浮游生物對水質(zhì)質(zhì)量響應(yīng)的角度,引入浮游生物指標(biāo),利用生物指示法對可拓綜合分析結(jié)果進(jìn)行浮游生物響應(yīng)意義上的修正,以提高評價的精度。因此,僅利用可拓綜合分析法對5項指標(biāo)進(jìn)行綜合分析水質(zhì)不夠全面,故本文采用生物指示法對可拓綜合分析結(jié)果進(jìn)行修正,以提高評價精度。

表5 組合可拓綜合評價法與其它綜合分析法的對比結(jié)果

IV：水質(zhì)評定結(jié)果為四級，其等級與輕富營養(yǎng)相當(dāng)；V:水質(zhì)評定結(jié)果為五級，其等級與重營養(yǎng)化相當(dāng);-代表由于數(shù)據(jù)缺失而未評價

影響水質(zhì)評價精度除指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)的確定外,評價方法和指標(biāo)權(quán)重的確定也非常關(guān)鍵。諸多學(xué)者針對水質(zhì)不同側(cè)重點應(yīng)用了不同評價方法,例如針對水質(zhì)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)界限的模糊性,可采取模糊數(shù)學(xué)評價法進(jìn)行評價[1-4]；對于數(shù)據(jù)樣本小、不確定性、動態(tài)性等特點,可采用灰色聚類法進(jìn)行評價[5-6]。同時為客觀賦值指標(biāo)權(quán)重,眾學(xué)者所采用方法各異。有通過引入熵權(quán)理論對指標(biāo)權(quán)重賦值,以提高評價精度。如熵權(quán)集對分析模型[17],也有學(xué)者[18- 19]組合7種方法的評價結(jié)果,以方差大小加權(quán)或真值次數(shù)加權(quán)法改進(jìn)了組合評價方法,并對國內(nèi)30個湖泊的水質(zhì)進(jìn)行了組合評價,提高了其評價精度。本文針對湖泊水質(zhì)變化的模糊性、動態(tài)性和生物指示性,在采用可拓綜合分析法的基礎(chǔ)上,通過生物指示法評價結(jié)果,以各站點生物指示評價法所得等級與可拓綜合分析法評定的等級吻合的最多次數(shù)所對應(yīng)等級作為該組合綜合評價法的評價等級,對可拓綜合分析法的指標(biāo)權(quán)重間接地給予修正,提高了該組合綜合分析法的評價精度,但該法提高評級精度的幅度還有待于進(jìn)一步量化研究。

水質(zhì)富營養(yǎng)化的動態(tài)變化與區(qū)域性差異與諸多因素有關(guān)。本研究結(jié)果表明,鄱陽湖水質(zhì)雖然年際間較為穩(wěn)定,但從生物指示法評價結(jié)果上看,隨降水量的變化其年內(nèi)水質(zhì)具有較大的波動性,1年內(nèi)水質(zhì)優(yōu)劣排序依次是豐水期>平水期>枯水期。通過對比鄱陽湖觀測站點的歷年數(shù)據(jù)時發(fā)現(xiàn),站點所在區(qū)域枯水期水質(zhì)富營養(yǎng)化程度均比豐水期和平水期嚴(yán)重,總體上看枯水期水質(zhì)均比豐水期和平水期差[3,12- 13]。本研究對每隔2a鄱陽湖水質(zhì)進(jìn)行了評價,一方面是為了觀察水質(zhì)的長期動態(tài)變化,另一方面是為了對比各站點年際間(每2a)的變化特征。但如果能將評價期劃分為豐水期、平水期和枯水期,其評價結(jié)果可能更精確。另外本研究一方面由于數(shù)據(jù)收集的困難也僅對5個典型代表性站點進(jìn)行了評價,站點不全。另一方面是出于考慮湖區(qū)特點、水文特征、水利工程對水質(zhì)的影響、地區(qū)富營養(yǎng)化差異及前人[3,12,25- 26]研究的成果,故本研究所選站點的水質(zhì)評價情況也基本上能代表湖區(qū)水質(zhì)情況,研究結(jié)果具有一定的代表性,但不夠全面。從整體上看,鄱陽湖湖區(qū)的南部和西部的水質(zhì)富營養(yǎng)化程度總體上要好于北部、東部和中部,水質(zhì)富營養(yǎng)化程度表現(xiàn)為區(qū)域的差異性。這可能是污染物匯聚量、沉積及匯聚和擴(kuò)散方式差異而導(dǎo)致湖口(水口)、碼頭區(qū)域與河區(qū)的水質(zhì)也存在一定的差異,前者水質(zhì)往往劣于河區(qū)[25]。因此還有待于進(jìn)一步從更多站點的不同時期(豐水期、平水期、枯水期)給予具體綜合分析評價,以便科學(xué)地掌握年內(nèi)水質(zhì)變化的動態(tài)性。

4 結(jié)論

本研究利用組合可拓綜合分析方法對鄱陽湖流域水質(zhì)進(jìn)行了科學(xué)評價,認(rèn)為鄱陽湖流域自2006年以來水質(zhì)變化較為平穩(wěn),總體呈好轉(zhuǎn)勢態(tài)。2010年有4個觀測點的水體達(dá)到富營養(yǎng)化程度,但在2014年湖區(qū)的蛤蟆石和鄱陽水質(zhì)略有所改善,達(dá)到輕富營養(yǎng)化程度,都昌、康山、星子站點的水質(zhì)為中營養(yǎng)化,改善幅度較大,水質(zhì)較好。但鄱陽湖湖區(qū)的南部和西部的水質(zhì)富營養(yǎng)化程度總體上要好于北部、東部和南部湖區(qū),水質(zhì)富營養(yǎng)化程度表現(xiàn)為區(qū)域的不均勻性。

[1] 王煥松,雷坤,李子成,鄧義祥,秦延文.遼東灣海域水體富營養(yǎng)化的模糊綜合評價.環(huán)境科學(xué)研究,2010,23(4)：413- 419.

[2] 李梅,王妲,熊麗黎.模糊數(shù)學(xué)方法在鄱陽湖水質(zhì)評價中的應(yīng)用.江西水利科技,2015,41(3)：160- 164.

[3] 莫明浩,方少文,宋月君,涂安國.鄱陽湖湖區(qū)三站點水質(zhì)評價及其變化特征研究.水資源與水工程學(xué)報,2012,23(4)：90- 94.

[4] 朱引弟,陳星,孟祥永.基于改進(jìn)模糊綜合評價法的太湖水質(zhì)評價.水電能源科學(xué),2013,31(9)：42- 44,247- 247.

[5] 王旭晨,王麗卿,彭自然.灰色聚類法評價淀山湖水質(zhì)狀況.上海水產(chǎn)大學(xué)學(xué)報,2006,15(4)：497- 502.

[6] 許文杰,陳為國.應(yīng)用灰色聚類法評價湖泊水體富營養(yǎng)化.山東建筑大學(xué)學(xué)報,2007,22(1)：49- 51,56- 56.

[7] 黃少峰,劉威,王旭濤,黃迎艷.星云湖富營養(yǎng)化進(jìn)程的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬及污染控制對策.華南師范大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版,2013,45(5)：93- 97.

[8] Liu S,Zhu J P,Jiang H H.Comparison of several methods of environment quality evaluation using complex indices.Environmental Monitoring in China,1999,15(5)：33- 37.

[9] 謝宏斌.南湖富營養(yǎng)化的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評價.廣西科學(xué)院學(xué)報,1999,15(1)：29- 32.

[10] 臧蕾,李祚泳,汪嘉楊.基于概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的指標(biāo)規(guī)范值的水質(zhì)評價模型.環(huán)境工程,2014,32(2)：118- 122.

[11] 胡明星,郭達(dá)志.湖泊水質(zhì)富營養(yǎng)化評價的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法.環(huán)境科學(xué)研究,1998,11(4)：40- 42.

[12] 淦峰,林聯(lián)盛,孫國泉,劉木生,郭秋忠,蔡海生.鄱陽湖(西北水域)水環(huán)境現(xiàn)狀及其評價.江西科學(xué),2011,29(3)：415- 420.

[13] 毛玉婷,周曉宇,王毛蘭.枯水期鄱陽湖水體富營養(yǎng)化狀態(tài)評價.南昌大學(xué)學(xué)報：理科版,2014,38(6)：596- 599.

[14] 龐振凌,常紅軍,李玉英,張乃群,杜瑞卿,胡蘭群.層次分析法對南水北調(diào)中線水源區(qū)的水質(zhì)評價.生態(tài)學(xué)報,2008, 28(4)：1810- 1819.

[15] 智國錚,陳耀寧,袁興中,曾光明,?；勰?黃華軍,梁婕,江洪煒.基于延拓盲數(shù)的洞庭湖湖泊綜合營養(yǎng)狀態(tài)評價模型.中國環(huán)境科學(xué),2013,33(11)：2095- 2101.

[16] 尹星,李如忠,楊繼偉,錢靖,董玉紅.基于延拓盲數(shù)的湖庫水體富營養(yǎng)化評價模型.環(huán)境科學(xué)學(xué)報,2014,34(4)：1045- 1053.

[17] 謝平,陳海健,唐濤,李彬彬,雷旭,張波.湖泊富營養(yǎng)化組合評價的真值次數(shù)加權(quán)法.環(huán)境科學(xué)學(xué)報,2015,35(9)：2910- 2915.

[18] Liu Y,Liu Z C,Gao J,Dai J D,Han J,Wang Y,Xie J M,Yan Y S.Selective adsorption behavior of Pb(II) by mesoporous silica SBA- 15-supported Pb (II) -imprinted polymer based on surface molecularly imprinting technique.Journal of Hazardous Materials,2011,186(1)：197- 205.

[19] 謝平,陳海健,李彬彬,雷旭,張波.湖泊富營養(yǎng)化組合評價的方差大小加權(quán)法.中國科學(xué)：技術(shù)科學(xué),2015,45(12)：1321- 1328.

[20] 王晉,王琳,展威,周玲玲,孫鵬.TPLP模型：一種湖庫富營養(yǎng)化評價模型的原理與應(yīng)用.中國人口·資源與環(huán)境,2015,25(S1)：180- 183.

[21] 王新華,紀(jì)炳純,羅陽,張士祿,王少明,張宇.引灤工程上游浮游動物及其水質(zhì)評價.城市環(huán)境與城市生態(tài),2003,16(6)：243- 245.

[22] 姜忠峰,李暢游,張生.呼倫湖浮游動物調(diào)查與水體富營養(yǎng)化評價.干旱區(qū)資源與環(huán)境,2014,28(1)：158- 162.

[23] 蘇玉,文航,王東偉,孫金華,黃藝.太湖武進(jìn)港區(qū)域浮游植物群落特征及其主要水質(zhì)污染影響因子分析.環(huán)境科學(xué),2011,32(7)：1945- 1951.

[24] 王藝兵,侯澤英,葉碧碧,曹晶,儲昭升,曾清如.鄱陽湖浮游植物時空變化特征及影響因素分析.環(huán)境科學(xué)學(xué)報,2015,35(5)：1310- 1317.

[25] 劉倩純,余潮,張杰,陳熙,葛剛,吳蘭.鄱陽湖水體水質(zhì)變化特征分析.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報,2013,32(6)：1232- 1237.

[26] 周文斌,萬金保,姜加虎.鄱陽湖江湖水位變化對其生態(tài)系統(tǒng)影響.北京：科學(xué)出版社,2011：64- 65.

[27] 何逢標(biāo).綜合評價方法MATLAB實現(xiàn).北京：中國社會科學(xué)出版社,2010：269- 285.

[28] 鐘詩群,李秀麗,吳洪華,張錦標(biāo),余愛芹.廣西石祥河水庫水體富營養(yǎng)化評價及分析.生態(tài)科學(xué),2014,33(2)：366- 372.

[29] 金相燦,劉鴻亮.中國湖泊富營養(yǎng)化.北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社,1990：77- 121.

[30] 方統(tǒng)中,杜耘,蔡述明,陳斌,江炎生.模糊數(shù)學(xué)在洪湖富營養(yǎng)化評價中的應(yīng)用.浙江林學(xué)院學(xué)報,2008,25(4)：517- 521.

[31] 劉倩純,胡維,葛剛,熊勇,賴勁虎,吳蘭.鄱陽湖枯水期水體營養(yǎng)濃度及重金屬含量分布研究.長江流域資源與環(huán)境, 2012,21(10)：1230- 1235.

[32] 2014年江西省環(huán)境質(zhì)量公報.[DB/OL].(2015-06-01).http://www.Jxepb.gov.cn/sjzx/hjzkgb/2015/be9b658d8e08422cb5d0c5ed7afac 33c.htm.

[33] 陳藜藜,金臘華.湖庫富營養(yǎng)化的改進(jìn)型模糊綜合評價方法研究.中國環(huán)境科學(xué),2014,34(12)：3223- 3229.

[34] 崔揚,朱廣偉,張運林,朱夢圓,許海,施坤,李未,秦伯強(qiáng).湖庫富營養(yǎng)化指標(biāo)的高頻監(jiān)測方法研究.環(huán)境科學(xué)學(xué)報, 2014,34(5)：1178- 1185.

[35] 單利平,田衛(wèi),魏強(qiáng).模糊綜合評判方法在查干湖水質(zhì)評價中的應(yīng)用.濕地科學(xué),2015,13(1)：124- 128.

Eutrophication assessment of water quality in poyang lake basin based on comprehensive analysis method of combined extension

WANG Zhiqiang1,4,TIAN Na2,MIU Jianqun3,WANG Hailun4,WANG Hai5,HUANG Guoqin1,*

1ecologicalscienceresearchcenterofJiangxiagriculturaluniversity,Nanchang330045,China2InstituteofPoyangLakeEco-economics,JiangxiUniversityofFinanceandEconomics,Nanchang330032,China3CollegeofScience,JiangxiAgricultureUniversity,Nanchang330045,China4VocationalcollegeofNanchang,Nanchang330500,China5CollegeofscienceandtechnologyJiangxi,Nanchang330098,China

Long-term tracking, positioning and evaluating lake eutrophication are key for water areas to achieve their due functions. Given the feasibility, monotony and subjectivity of weight assignment of index selection assignment in the evaluation method and fuzziness, randomness, dynamic and biological indicative of water quality change, this study combines extensive and comprehensive evaluation with investigation and indoor plankton measurements to construct comprehensive analysis method of combined extension. First, annual data from five representative observation stations in the Poyang Lake Basin were collected for five times (regularly once in two years during 10 consecutive years). The data were evaluated by the combined extension method, whereby the water quality eutrophication of the five sites is evaluated through the plankton indicator method. The maximum consistence of combined level obtained by two methods, i.e. biological indicator evaluation method and extension comprehensive analysis method, can be used as assessing grade for the combined method adopted in the study. The results show that: (1)Water eutrophication has been kept in a stable way and taken on positive changes in Poyang Lake since 2006. In 2010, the water of four observation sites reached the extent of eutrophication. However, in 2014,Toad stone and Poyang sites′ water was improved to light-extented eutrophication; the water of Duchang, Kangshan, Xingzi reached the medium nutrition with improved water quality; (2)In terms of geographic location, the degree of eutrophication of the southern and western areas is better than that in the northern, eastern and central lake regions on the whole, indicating the heterogeneity of eutrophication across regions.

extension comprehensive analysis method; plankton indicator; Poyang Lake Basin; eutrophication; comprehensive assessment

國家科技支撐計劃項目(2012BAD14B14)；江西省教育廳青年基金項目(JJ1412)

2016- 01- 27;

2017- 01- 03

10.5846/stxb201601270195

*通訊作者Corresponding author.E-mail: hgqjxauhgq@sina.com

王志強(qiáng),田娜,繆建群,王海倫,王海,黃國勤.基于組合可拓綜合分析法的鄱陽湖流域水質(zhì)富營養(yǎng)化評價.生態(tài)學(xué)報,2017,37(12):4227- 4235.

Wang Z Q,Tian N,Miu J Q,Wang H L,Wang H,Huang G Q.Eutrophication assessment of water quality in poyang lake basin based on comprehensive analysis method of combined extension.Acta Ecologica Sinica,2017,37(12):4227- 4235.