項 頌,龐 燕*,侯澤英,許秋瑾,萬 玲

1.中國環(huán)境科學(xué)研究院湖泊環(huán)境研究所,北京 100012 2.中國環(huán)境科學(xué)研究院,湖泊水污染治理與生態(tài)修復(fù)技術(shù)國家工程實驗室,北京 100012 3.蘇州科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,江蘇 蘇州 215009

基于湖泊現(xiàn)狀，構(gòu)建合理的指標體系，科學(xué)評估湖泊健康狀態(tài)，提出針對性治理措施，是當今湖泊領(lǐng)域的重要熱點問題[1-4].目前，國內(nèi)外學(xué)者從不同角度開展了大量湖泊生態(tài)系統(tǒng)健康的研究，內(nèi)容主要圍繞生態(tài)系統(tǒng)健康概念及內(nèi)涵確定、評價指標體系構(gòu)建、評價方法及應(yīng)用等方面[1-2,5].關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)健康，自18世紀80年代Hutton首次提出自然健康的概念以來，其概念和內(nèi)涵不斷得到豐富和完善，如Leopold[5]對土地健康內(nèi)涵的研究，Schaeffer等[6-8]對生態(tài)系統(tǒng)健康內(nèi)涵的論述.國內(nèi)也相繼對生態(tài)系統(tǒng)健康的定義、內(nèi)涵、評價方法開展了相關(guān)研究[9-10]，但目前得到學(xué)術(shù)界普遍認同的是Costanza等[11]的論述，即健康的生態(tài)系統(tǒng)應(yīng)該是穩(wěn)定、恢復(fù)力強的，隨時間推移能夠維持其自身狀況、恢復(fù)外壓脅迫.評價指標目前主要分為單因子指標和綜合性指標兩類[12-13]，其中，指示物種法是最早常用的單因子評價方法，多選用生物完整性指數(shù)、生物多樣性指數(shù)等生態(tài)指標，以及生態(tài)緩沖能、結(jié)構(gòu)活化能等熱力學(xué)指標.指示物種法操作簡單，但定量精度需求相對較高，難以依靠某幾類指標全面反映生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜變化[14-16].因此，后期逐漸提出包含生物、生態(tài)、社會經(jīng)濟和人口健康等方面的綜合指標體系法，該方法以其對生態(tài)系統(tǒng)描述的多角度和多尺度性，逐漸成為當今河湖生態(tài)系統(tǒng)健康評價的常用方法[17-19].綜合指標體系法通過采用數(shù)學(xué)方法或借助模型來確定系統(tǒng)健康狀況，常用的方法有基于熵值法的綜合健康指數(shù)法、模糊綜合評價法、灰色評價法、PSR模型等，用于湖泊評價時指標多以水質(zhì)、營養(yǎng)鹽、浮游動植物等為主[20-25].雖然目前研究已取得很多成果，但多集中于東部平原湖泊[15,26-28]，較少考慮云貴高原湖泊.而云貴高原湖泊具有換水周期長、生態(tài)系統(tǒng)較脆弱、半閉流等特點，造成了其與東部平原湖泊不同的生態(tài)特征，一旦受損其治理更具復(fù)雜性、艱巨性[29]；同時受區(qū)域地球化學(xué)作用的影響，云南高原地區(qū)湖泊沉積物易發(fā)生富集，進而影響湖泊水生態(tài)系統(tǒng)[30]，這種區(qū)域的特異性要求針對云南高原湖泊水生態(tài)系統(tǒng)評價時，指標體系應(yīng)更全面.

星云湖是云南省九大高原湖泊之一，水生態(tài)價值顯著，同時作為全國第二深淡水湖——撫仙湖的源頭湖泊，其水生態(tài)系統(tǒng)健康與否直接影響下游撫仙湖.作為典型的高原淺水湖泊，星云湖生態(tài)系統(tǒng)較脆弱，加之其位居地球化學(xué)元素磷及Pb、Hg、Cd重金屬富集區(qū)，對污染響應(yīng)較敏感，是極易發(fā)生富營養(yǎng)化的水體之一.但目前星云湖沿湖周邊村莊人口密集，區(qū)域社會經(jīng)濟發(fā)展使得入湖污染物量日益增加，導(dǎo)致星云湖水質(zhì)逐年下降，水體富營養(yǎng)化程度不斷上升[31].據(jù)《2017年云南省環(huán)境狀況公報》顯示，2017年星云湖水質(zhì)劣于GB 3838—2002《地表水質(zhì)量標準》湖庫Ⅴ類標準，呈重度污染狀態(tài)，營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)為62.8，處于中度富營養(yǎng)狀態(tài).同時，據(jù)《星云湖流域水污染綜合防治“十二五”規(guī)劃(2011—2015年)》顯示，星云湖底泥氮、磷含量最高值分別達 2 850 和 4 050 mg/kg，是國內(nèi)湖泊底泥氮磷濃度的較高值.基于此，2018年筆者所在課題組受地方環(huán)保部門委托，對星云湖水生態(tài)健康現(xiàn)狀問題開展研究，圍繞湖泊水質(zhì)、富營養(yǎng)化、水生生物及沉積物情況開調(diào)查監(jiān)測，采集了水環(huán)境因子、浮游動植物、底棲動物、底泥氮磷及重金屬等環(huán)境數(shù)據(jù)，科學(xué)篩選指標，構(gòu)建評估指標體系，并基于熵值法評估湖泊水生態(tài)健康現(xiàn)狀，同時結(jié)合前期工作積累，將湖泊現(xiàn)狀情況與10年前的歷史狀況進行對比分析，以期為星云湖及下游撫仙湖水生態(tài)環(huán)境改善提供一定參考.

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域

星云湖(24°17′N～24°23′N、102°45′E～102°48′E)位于云南省玉溪市江川區(qū)境內(nèi)，為高原斷陷型淺水湖，湖面高程1 722 m，湖面面積34.71 km2，湖周長38.8 km，平均水深6.01 m，湖泊蓄水量2.10×108m3，主要入湖河流有東西大河、螺螄鋪河、漁村河、周官河、大寨河等14條季節(jié)性河流.流域面積389.79 km2，地處低緯度、高海拔地帶，屬亞熱帶西南季風氣候，干濕季分明，降水主要集中在5—10月，形成雨季，多年平均降雨量和氣溫分別為863.1 mm和18.4 ℃.流域社會經(jīng)濟快速發(fā)展，但自2002年開始，星云湖水質(zhì)已降為Ⅴ類，處于中度-重度富營養(yǎng)化狀態(tài).

1.2 樣品采集與分析

1.2.1樣點布設(shè)

考慮湖區(qū)分布及樣點均勻性，課題組分別于2008年和2018年在星云湖湖區(qū)設(shè)置8個采樣點，開展采樣調(diào)查，其中水樣、浮游動植物調(diào)查頻次為每月1次，沉積物、底棲生物調(diào)查頻次為每季度1次，采樣點設(shè)置見圖1.

圖1 星云湖采樣點分布Fig.1 Distribution of sampling points in Xingyun Lake

1.2.2水樣采集與分析

依照HJ/T 91—2002《地表水和污水監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》，采用1.0 L的柱狀采水器分層采集水樣，分別取水面以下0.5 m處和湖底以上0.5 m處水樣.水溫、pH、ρ(DO) 采用便攜式溶解氧測定儀(HQ40d，HACH哈希，美國)現(xiàn)場測定，SD用賽氏盤(JCT-8S，青島聚創(chuàng)環(huán)保設(shè)備有限公司)現(xiàn)場測定，ρ(CODMn)、ρ(TN)、ρ(TP)、ρ(NH4+-N)、ρ(Chla)等指標均在實驗室測定，具體方法見《水和廢水監(jiān)測分析方法(第四版)》.

1.2.3沉積物采集與分析

用1/16 m2彼得森采泥器采集表層沉積物樣品，帶回實驗室自然風干、備用.根據(jù)《湖泊沉積物-水界面過程：基本理論與常用測定方法》，w(TP)、w(TN)和w(OM)分別采用SMT法、元素分析儀法(Elementar vario Macro CNS，艾力蒙塔，德國)和燒失量法進行測定.w(Cr)、w(Cu)、w(Pb)、w(Cd)、w(Ni)、w(As)、w(Zn)采用電感耦合等離子質(zhì)譜儀ICP-MS(Agilent 7500a，安捷倫，美國)測定，w(Hg)采用自動測汞儀(HGA-100，北京海光儀器有限公司)測定.

1.2.4水生生物采集與鑒定

用1 L的有機玻璃采水器于水面下0.5 m左右處采集浮游植物樣品，轉(zhuǎn)移到塑料采樣瓶后立即加1.5%的魯哥試劑現(xiàn)場固定.使用25號浮游生物網(wǎng)采集原生動物和輪蟲定性樣品，在樣點處以∞形在水中拖動浮游生物網(wǎng)1～2 min，流入50 mL聚乙烯瓶中，用1.5%的魯哥試劑固定.使用13號浮游生物網(wǎng)采集枝角類和橈足類樣品，樣點處打撈10 L水樣過網(wǎng)，將濾液轉(zhuǎn)入50 mL聚乙烯瓶中，用5%的甲醛固定，帶回實驗室靜置，用于后續(xù)鑒定.轉(zhuǎn)入實驗室后在400倍顯微鏡下，依據(jù)相關(guān)資料[32-33]進行浮游動植物物種鑒定和細胞計數(shù)，樣品盡量鑒定到屬或種，優(yōu)勢種鑒定到種.

對于底棲動物，采用1/16 m2彼得森采泥器采集后，現(xiàn)場用篩孔尺寸為0.250 mm的鋼篩淘洗泥樣后挑出，用1%的甲醛固定樣品固定.帶回實驗室參照相關(guān)資料[34-35]進行分類、計數(shù)和稱量等工作.

1.3 評價方法

1.3.1湖泊的富營養(yǎng)化狀態(tài)評價

依據(jù)中國環(huán)境監(jiān)測總站《湖泊(水庫)富營養(yǎng)化評價方法及分級技術(shù)規(guī)定》，采用TLI(綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù))法評價湖泊富營養(yǎng)化狀態(tài)，評價因子包括ρ(Chla)、ρ(TP)、ρ(TN)、SD、ρ(CODMn).以ρ(Chla)作為基準參數(shù)，則第j種參數(shù)歸一化的相關(guān)權(quán)重計算公式：

(1)

式中，rij為第j種參數(shù)與基準參數(shù)ρ(Chla)的相關(guān)系數(shù)，m為評價參數(shù)的個數(shù).rij和rij2的取值見表1.

表1 各項參數(shù)與基準參數(shù)ρ(Chla)的相關(guān)關(guān)系Table 1 Correlation coefficient of evaluation parameters and Chla concentration

各單項參數(shù)營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)計算公式：

TLI(Chla)=10×(2.5+1.086×ln[Chla])

(2)

TLI(TP)=10×(9.436+1.624×ln[TP])

(3)

TLI(TN)=10×(5.453+1.694×ln[TN])

(4)

TLI(SD)=10×(5.118-1.94×ln[SD])

(5)

TLI(CODMn)=10×(0.109+

2.661×ln[CODMn])

(6)

式中：TLI(Chla)、TLI(TP)、TLI(TN)、TLI(SD)、TLI(CODMn)分別為Chla、TP、TN、SD、CODMn的綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；[Chla]為ρ(Chla)，mgm3；[TP]、[TN]、[CODMn]分別為ρ(TP)、ρ(TN)、ρ(CODMn)，mgL；[SD]為SD，m.

1.3.2湖泊沉積物重金屬污染評價

潛在生態(tài)風險指數(shù)法是利用沉積學(xué)原理評價重金屬污染及其對生物的影響，潛在生態(tài)風險指數(shù)計算方法：

(7)

(8)

式中，Erl為重金屬l的潛在風險指數(shù)，Trl為重金屬l的生物毒性響應(yīng)因子，Crl為重金屬l的污染指數(shù)，Csl為重金屬l含量的實測值，Cnl為重金屬l的背景參比值，RI為重金屬綜合潛在生態(tài)風險指數(shù).

1.3.3湖泊水生生物多樣性評價

采用Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H)來計算星云湖的水生生物多樣性指數(shù)，計算公式：

(9)

式中，Nk為k物種的個體數(shù)，N為所有種類個體總數(shù)，S為樣本中物種總數(shù).

1.3.4單因子評價法

單因子污染指數(shù)的計算公式：

Pt=Ct/St

(10)

式中,Pt為污染指數(shù),Ct為評價因子t的實測統(tǒng)計代表值,St為評價因子t的評價限值.以水質(zhì)單因子評價為例，根據(jù)計算結(jié)果是否大于1來判斷該因子是否達到了GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》相應(yīng)的標準限值.

1.3.5湖泊水生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)評價

1.3.5.1評價指標體系構(gòu)建

參照和借鑒以往研究結(jié)果[17-19]，選取涵蓋表征水質(zhì)、富營養(yǎng)化狀況、沉積物和水生生物等特征的指標來構(gòu)建湖泊水生態(tài)健康綜合評估指標體系.評估指標體系由目標層、因素層、指標層構(gòu)成，包括1個目標層、4個因素層指標和17個指標層指標(見表2).

在表2所示指標體系基礎(chǔ)上，通過SPSS 19軟件檢驗數(shù)據(jù)的正態(tài)性，并根據(jù)數(shù)據(jù)分布是否服從正態(tài)性，分別采用Pearson和Spearman相關(guān)性分析方法，分析指標間的關(guān)聯(lián)性，剔除信息重疊的指標.

表2 湖泊水生態(tài)健康評估指標體系Table 2 Evaluation index system of lake aquatic ecosystem health in Xingyun Lake

對于評價標準的確定，參照DB11/T 1722—2020《水生態(tài)健康評價技術(shù)規(guī)范》及文獻[18,20-21]，將湖泊水生態(tài)健康狀況分為極差、較差、一般、亞健康、健康5個等級，水生態(tài)綜合健康指數(shù)對應(yīng)的區(qū)間值分別為0～<20、20～<40、40～<60、60～<80、80～<100.

1.3.5.2指標權(quán)重確定

通過調(diào)查采樣分析獲取到評價指標數(shù)據(jù)后，采用熵值法確定評價指標權(quán)重.

第一步，構(gòu)建b個樣本m個評估指標的判斷矩陣Z.

(11)

第二步，采用極值法對數(shù)據(jù)進行無量綱化處理，得到新的判斷矩陣R，其表達式為

(12)

R=(rqw)b×m

(13)

式中，Xqw為第w個評價對象在第q個評價指標上的實際值，Xwmin為統(tǒng)計數(shù)據(jù)在第w個評價對象上的最小值，Xwmax為統(tǒng)計數(shù)據(jù)在第w個評價對象上的最大值，rqw為第w個評價對象在第q個評價指標上的標準值.

第三步，根據(jù)熵的定義，對于b個樣本m個評估指標確定評估指標的熵為

(14)

(15)

式中，Hq為第q個評價指標的信息熵，fqw為第w個評價對象在第q個評價指標上的特征比重.為使lnfqw有意義，假定當fqw=0時，fqwlnfqw=0.

第四步，計算評估指標的熵權(quán).

(16)

1.3.5.3評估模型建立

水生態(tài)綜合健康指數(shù)(CHI):

(17)

式中，Aq為第q個因素層的得分值.

1.4 數(shù)據(jù)分析方法

在SPSS 19軟件中，首先對評價指標進行數(shù)據(jù)正態(tài)性K-S檢驗.對于檢驗結(jié)果服從正態(tài)分布的數(shù)據(jù)，采用T檢驗法對數(shù)據(jù)差異性進行檢驗；對于不服從正態(tài)分布的數(shù)據(jù)，采用Mann-Whitney U檢驗方法對數(shù)據(jù)差異性進行檢驗.

2 結(jié)果與討論

2.1 星云湖水生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)狀

星云湖水生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)狀分析結(jié)果(見表3)顯示，2018年湖泊水質(zhì)氮磷濃度較高，均劣于GB 3838—2002《地表水質(zhì)量標準》湖庫Ⅴ類水質(zhì)標準；綜合富營養(yǎng)化指數(shù)超過重度富營養(yǎng)化閾值，湖泊處于重度富營養(yǎng)化狀態(tài)；沉積物屬有機污染范疇，生態(tài)風險呈高風險程度，其中氮磷污染較重，單因子污染指數(shù)分別達6.72、4.94；浮游動物多樣性指數(shù)處于輕污染水平，浮游植物多樣性指數(shù)和底棲生物完整性指數(shù)處于嚴重污染水平.

表3 2018年星云湖水生態(tài)系統(tǒng)基本情況Table 3 Basic features of aquatic ecosystem health of Xingyun Lake in 2018

2.2 星云湖水生態(tài)健康狀況現(xiàn)狀評價

2.2.1評價指標的篩選

相關(guān)性分析結(jié)果(見表4)顯示，候選指標中B1、B2、B3、B8、B9、B10、B15指標與其他指標表現(xiàn)出較強的相關(guān)性，但考慮到B9、B10這2個指標對反映水體富營養(yǎng)化狀況具有較好的代表性以及B15是水生生物特征的重要標志指標，因此對這3個指標予以保留，最終確定從指標體系中剔除B1、B2、B3、B8這4個指標.

表4 評價指標相關(guān)分析結(jié)果Table 4 Results of Spearman and Pearson correlation analysis between evaluation parameters

2.2.2評價指標的權(quán)重

由熵值法確定評價指標體系的熵及熵權(quán)(見表5).

由表5可見，除沉積物指標外，其他3類因素層指標的權(quán)重大小基本相當，也即水質(zhì)、富營養(yǎng)化、水生生物指標對整個系統(tǒng)健康的貢獻相當；水質(zhì)指標的權(quán)重大小表現(xiàn)為ρ(NH4+-N)>pH>ρ(TP)>ρ(TN),富營養(yǎng)指標的權(quán)重大小表現(xiàn)為ρ(Chla)>TLI,沉積物指標的權(quán)重大小表現(xiàn)為RI>w(TP)>w(OM)>w(TN),水生生物指標的權(quán)重大小表現(xiàn)為HDQ>HZW>HDW.

表5 星云湖水生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標權(quán)重Table 5 Weight of the health assessment indices for the aquatic ecosystem in Xingyun Lake

2.2.3水生態(tài)系統(tǒng)健康現(xiàn)狀

星云湖水生態(tài)健康現(xiàn)狀如圖2所示.由圖2可見，2018年，星云湖水生態(tài)綜合健康指數(shù)(CHI)平均值為44.51，整體處于一般健康狀態(tài).就季節(jié)性而言，星云湖全年CHI范圍為16.47～59.15，其中1月、8月、9月水生態(tài)系統(tǒng)健康處于較差狀態(tài)，2月處于極差狀態(tài)，其他月份處于一般狀態(tài)；就空間而言，8個采樣點CHI范圍為11.09～85.53，其中7號、8號采樣點水生態(tài)系統(tǒng)健康處于較差狀態(tài)，其他采樣點處于一般狀態(tài).

圖2 2018年星云湖水生態(tài)健康評價結(jié)果Fig.2 Result of aquatic ecosystem health assessment of Xingyun Lake in 2018

2.3 星云湖水生態(tài)系統(tǒng)單項指標健康狀況

2.3.1單項指標健康狀況季節(jié)性變化特征

2018年星云湖水生態(tài)系統(tǒng)4類單項指標健康狀態(tài)的季節(jié)性變化特征如圖3所示，對系統(tǒng)健康狀況起主要作用的水質(zhì)、富營養(yǎng)化、水生生物指標均在旱季呈極差或較差狀態(tài)，其中水質(zhì)、富營養(yǎng)化、水生生物、沉積物指標在雨季的得分分別為34.08～50.13、27.76～67.40、5.28～23.34、0.29～51.70，在旱季的得分分別為26.03～34.64、9.98～37.72、25.85～36.76、45.07～70.75.水質(zhì)、富營養(yǎng)化指標均呈現(xiàn)旱季較差、雨季一般的健康狀態(tài)；水生生物指標呈現(xiàn)旱季較差、雨季極差的健康狀態(tài)；沉積物指標呈現(xiàn)旱季一般、雨季較差的健康狀態(tài)，且4類單項指標健康狀況均存在顯著的季節(jié)性差異(P<0.05).

2.3.2單項指標健康狀況空間分布特征

注：字母不同代表指標存在顯著季節(jié)性差異(α=0.05),字母相同代表指標不存在顯著季節(jié)性差異(α=0.05).圖3 2018年星云湖各類評價指標的健康狀況及季節(jié)性特征Fig.3 Health state and temproal variation of every assessment index of Xingyun Lake in 2018

2018年星云湖水生態(tài)系統(tǒng)單項指標健康狀況的空間變化特征如圖4所示.由圖4可見，星云湖整體健康狀況表現(xiàn)為北湖區(qū)差于南湖區(qū)，水質(zhì)、富營養(yǎng)化、水生生物指標健康狀況空間變化規(guī)律基本一致，均表現(xiàn)為北湖區(qū)差于南湖區(qū)，其中水質(zhì)、富營養(yǎng)化指標健康狀況在湖西北部相對差，水生生物指標健康狀況在北部及東北湖區(qū)相對差；沉積物指標健康狀況空間變化有所不同，在湖區(qū)北部及湖心周邊相對較好，南部湖區(qū)及中北部湖區(qū)相對較差.差異性檢驗顯示，在0.05的顯著水平下，水質(zhì)、富營養(yǎng)化、沉積物指標得分三者空間差異顯著.

圖4 2018年星云湖各類評價指標的健康狀況及空間分布Fig.4 Health state and spatial distribution of every assessment index of Xingyun Lake in 2018

2.4 星云湖水生態(tài)健康狀況歷史變化趨勢

2008年和2018年星云湖的水生態(tài)健康狀況如圖5所示.2008年星云湖CHI的空間差異較大，變化范圍為13.94～61.05，其中在湖區(qū)北部、湖西中部、湖東偏南等區(qū)域CHI較低，健康狀況處于極差、較差狀態(tài)；湖區(qū)中部及中南湖區(qū)水生態(tài)健康狀況一般；湖中偏東區(qū)域處于亞健康狀況.相較于2008年，2018年湖泊CHI空間差異相對小，變化范圍為37.01～50.50，除湖西偏北部分區(qū)域健康狀態(tài)較差外，其他區(qū)域水生態(tài)健康狀況一般，系統(tǒng)健康狀態(tài)較2008年整體呈改善態(tài)勢，尤其是北部、西部入湖河流匯入的區(qū)域以及東南湖區(qū)改善效果明顯，同時在湖中偏東部分區(qū)域整體健康狀況略有下降.

圖5 2008年和2018年星云湖水生態(tài)綜合健康狀況比較Fig.5 Aquatic ecosystem health state of Xingyun Lake in 2008 and 2018

2.5 討論

2.5.12018年星云湖水生態(tài)系統(tǒng)健康狀況

采用基于熵值法的生態(tài)健康綜合指數(shù)法對星云湖現(xiàn)狀水生態(tài)健康狀況進行評價，結(jié)果表明，2018年星云湖水生態(tài)系統(tǒng)處于一般健康狀態(tài)，水質(zhì)、富營養(yǎng)化、水生生物指標對水生態(tài)系統(tǒng)整體健康狀況的貢獻相當，這與袁玲等[36]的研究結(jié)果基本一致，他們圍繞星云湖水文水資源、湖泊物理結(jié)構(gòu)、水質(zhì)、生物和社會服務(wù)功能等構(gòu)建評價指標體系，經(jīng)評價發(fā)現(xiàn)湖泊的健康狀況一般，水質(zhì)、生物、水文水資源為主要制約因子.該研究聚焦于湖泊水生態(tài)健康問題，構(gòu)建的評價指標體系補充了沉積物指標，體系相對更完善，評價結(jié)果能更好地支撐地方環(huán)保工程的實施.2018年星云湖的水生態(tài)綜合健康狀況一般，究其原因：①與其自身的地理特征有關(guān)[29,31]，星云湖流域入湖支流水系較多，而出流水系較少，湖泊換水周期長，自凈能力較弱，生態(tài)系統(tǒng)相對脆弱；同時星云湖作為典型的高原斷陷湖泊，流域以湖面為中心呈現(xiàn)半閉流的特點，生態(tài)系統(tǒng)相對封閉，地理隔絕使得湖泊生態(tài)系統(tǒng)受干擾后恢復(fù)相對困難.②由于流域內(nèi)山區(qū)半山區(qū)地形面積占比高達65%，能承載人類生產(chǎn)生活的平坦土地資源稀缺，且集中分布在沿湖周邊，從而導(dǎo)致臨湖區(qū)域人口密集，土地利用強度極高，污染物產(chǎn)排負荷量大，這些均對湖泊生態(tài)系統(tǒng)健康產(chǎn)生不利影響.因此針對目前星云湖湖區(qū)水生態(tài)系統(tǒng)處于一般健康的現(xiàn)狀，仍需采取相應(yīng)措施治理和修復(fù)湖泊水生態(tài)系統(tǒng).

2.5.22018年星云湖水生態(tài)系統(tǒng)健康狀況的時空變化

經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，2018年星云湖水質(zhì)、富營養(yǎng)化指標均呈現(xiàn)旱季較差、雨季一般的健康狀態(tài)，這種季節(jié)性差異可能與降雨引起的水文過程改變、徑流對水質(zhì)的稀釋作用有關(guān)；水生生物指標健康狀況在雨季極差、旱季較差，整體受損較嚴重，這主要是由于過量的營養(yǎng)物質(zhì)輸入引起湖泊富營養(yǎng)化，進而導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)發(fā)生根本性變化，形成當前水華暴發(fā)、浮游植物大量繁殖、浮游動物數(shù)量下降、沉水植物衰退的局面[12,24-25]；而三者健康狀況空間變化的同步性進一步驗證了該理論，三者在北湖區(qū)健康狀況均相對較差，這可能一方面與入湖河流等外源的輸入有關(guān)，同時也與周邊土地利用方式、人類活動對生境的干擾有關(guān).其中，湖西偏北湖區(qū)周邊是旱地的主要分布區(qū)，農(nóng)業(yè)種植污染較重，周邊水質(zhì)、富營養(yǎng)化狀況均較差，而湖區(qū)東北部是原出湖河流隔河的分布區(qū)，之后隨著星云湖-撫仙湖出流改道工程的實施，出水由人工閘控制，靈活調(diào)控水位，但對區(qū)域水生生物生境產(chǎn)生一定影響.鑒于旱季的水質(zhì)、富營養(yǎng)化、水生生物指標健康狀況較差或極差，且集中在北湖區(qū)，而這三者對湖泊生態(tài)系統(tǒng)整體健康狀況影響較大(見表5)，因此在開展星云湖水生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)工作時，建議加強旱季北湖區(qū)的治理力度.沉積物指標雖然對整體生態(tài)系統(tǒng)的貢獻相對較小，但雨季其健康狀況較差，這可能是因為雨季水文過程對沉積物的擾動作用較強，從而導(dǎo)致雨季沉積物污染相對嚴重，加之相對封閉的流域特點使沉積物受干擾后恢復(fù)相對困難；空間上的差異可能與周邊村落污染、農(nóng)田徑流以及磷化工企業(yè)長期排污等有關(guān).

2.5.32008—2018年水生態(tài)系統(tǒng)健康狀況變化趨勢

與2008年相比，2018年星云湖水生態(tài)綜合健康狀況整體發(fā)生改善，尤其在北部、西部主要入湖河流匯入的區(qū)域以及東南湖區(qū)改善效果明顯，而在湖中偏東部分區(qū)域水生態(tài)狀況略有下降.這與地方政府自“十一五”以來開展的源頭治理、入湖河道整治、生態(tài)修復(fù)等系列水污染治理措施密不可分，2008年當?shù)卣_啟了流域產(chǎn)業(yè)調(diào)整，將湖周北部、東南部的磷化工企業(yè)向流域外轉(zhuǎn)移，將湖西的零散磷化工企業(yè)移至流域西南新建的工業(yè)園區(qū)，有效減少了點源污染；為減少河流攜帶的污染物進入星云湖，當?shù)卣畬Υ簖執(zhí)逗?、周德營河、漁村河、周官河等主要入湖河流開展綜合整治，有效降低了入湖河流污染；實施了湖濱、河口生態(tài)濕地修復(fù)，有效改善了生態(tài)環(huán)境.但同時，星云湖流域社會經(jīng)濟仍在持續(xù)高速發(fā)展，據(jù)統(tǒng)計，“十二五”期間江川區(qū)地方生產(chǎn)總值是“十一五”時期的1.8倍，年均增長12%；高強度的人類活動致使入湖污染負荷仍持續(xù)增加，加之湖中周邊區(qū)域距外圍人類活動區(qū)相對較遠，對外圍水環(huán)境治理工程的響應(yīng)相對較弱，導(dǎo)致湖中局部區(qū)域綜合健康狀況略有下降，這就要求當?shù)卣诖罅Πl(fā)展社會經(jīng)濟的同時，應(yīng)保持環(huán)保工作的持續(xù)推進.

3 結(jié)論

a) 基于熵值法的星云湖2018年水生態(tài)綜合健康指數(shù)(CHI)為44.51，健康狀態(tài)一般.全年水生態(tài)健康低于一般狀態(tài)的月份有4個，全湖8個采樣點中水生態(tài)健康低于一般狀態(tài)的采樣點有2個.

b) 2018年星云湖各類評價指標健康狀況時空差異顯著(P<0.05).在季節(jié)上，星云湖水生態(tài)系統(tǒng)整體健康狀況改善應(yīng)以旱季為主，此時水質(zhì)、富營養(yǎng)化、水生生物指標健康狀況較差或極差；在空間上，以北湖區(qū)為重點治理區(qū)，其中水質(zhì)、富營養(yǎng)化指標健康狀況在湖西北部區(qū)域相對較差，水生生物指標健康狀況在北部及東北湖區(qū)相對較差.

c) 相較于2008年，2018年星云湖水生態(tài)綜合健康狀況空間差異相對較小，綜合健康狀態(tài)整體呈改善趨勢，尤其是北部、西部入湖河流匯入的區(qū)域及東南湖區(qū)改善效果明顯，而在湖中偏東部分區(qū)域整體綜合健康狀況略有下降.