全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
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摇 摇 第 猿猿卷 第 圆员期摇 摇 圆园员猿年 员员月摇 渊半月刊冤
目摇 摇 次
前沿理论与学科综述
生态系统生产总值核算院概念尧核算方法与案例研究 欧阳志云袁朱春全袁杨广斌袁等 渊远苑源苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎
气候变化对传染病爆发流行的影响研究进展 李国栋袁张俊华袁焦耿军袁等 渊远苑远圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
好氧甲烷氧化菌生态学研究进展 贠娟莉袁王艳芬袁张洪勋 渊远苑苑源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
氮沉降强度和频率对羊草叶绿素含量的影响 张云海袁何念鹏袁张光明袁等 渊远苑愿远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
世界蜘蛛的分布格局及其多元相似性聚类分析 申效诚袁张保石袁张摇 锋袁等 渊远苑怨缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
风向因素对转基因抗虫棉花基因漂移效率的影响 朱家林袁贺摇 娟袁牛建群袁等 渊远愿园猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
个体与基础生态
长江口及东海春季底栖硅藻尧原生动物和小型底栖生物的生态特点 孟昭翠袁徐奎栋 渊远愿员猿冤噎噎噎噎噎噎噎
长江口横沙东滩围垦潮滩内外大型底栖动物功能群研究 吕巍巍袁马长安袁余摇 骥袁等 渊远愿圆缘冤噎噎噎噎噎噎噎
沣河沿岸土壤和优势植物重金属富集特征和潜在生态风险 杨摇 阳袁周正朝袁王欢欢袁等 渊远愿猿源冤噎噎噎噎噎噎
盐分和底物对黄河三角洲区土壤有机碳分解与转化的影响 李摇 玲袁仇少君袁檀菲菲袁等 渊远愿源源冤噎噎噎噎噎噎
短期夜间低温胁迫对秋茄幼苗碳氮代谢及其相关酶活性的影响 郑春芳袁刘伟成袁陈少波袁等 渊远愿缘猿冤噎噎噎噎
猿圆个切花菊品种的耐低磷特性 刘摇 鹏袁陈素梅袁房伟民袁等 渊远愿远猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
年龄和环境条件对泥蚶富集重金属镉和铜的影响 王召根袁吴洪喜袁陈肖肖袁等 渊远愿远怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
角倍蚜虫瘿对盐肤木光合特性和总氮含量的影响 李摇 杨袁杨子祥袁陈晓鸣袁等 渊远愿苑远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
多噬伯克霍尔德氏菌 宰杂鄄云允怨对草甘膦的降解特性 李冠喜袁吴小芹袁叶建仁 渊远愿愿缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
金龟甲对蓖麻叶挥发物的触角电位和行为反应 李为争袁杨摇 雷袁申小卫袁等 渊远愿怨缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
种群尧群落和生态系统
白洋淀生态系统健康评价 徐摇 菲袁赵彦伟袁杨志峰袁等 渊远怨园源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
珠海鹤洲水道沿岸红树林湿地大型底栖动物群落特征 王摇 卉袁钟摇 山袁方展强 渊远怨员猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
典型森林和草地生态系统呼吸各组分间的相互关系 朱先进袁于贵瑞袁王秋凤袁等 渊远怨圆缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
抚育间伐对油松人工林下大型真菌的影响 陈摇 晓袁白淑兰袁刘摇 勇袁等 渊远怨猿缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
百山祖自然保护区植物群落 遭藻贼葬多样性 谭珊珊袁叶珍林袁袁留斌袁等 渊远怨源源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
土霉素对堆肥过程中酶活性和微生物群落代谢的影响 陈智学袁谷摇 洁袁高摇 华袁等 渊远怨缘苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎
景观尧区域和全球生态
兴安落叶松针叶解剖结构变化及其光合能力对气候变化的适应性 季子敬袁全先奎袁王传宽 渊远怨远苑冤噎噎噎噎
盐城海滨湿地景观演变关键土壤生态因子与阈值研究 张华兵袁刘红玉袁李玉凤袁等 渊远怨苑缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎
半干旱区沙地芦苇对浅水位变化的生理生态响应 马赟花袁张铜会袁刘新平 渊远怨愿源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
杂宰粤栽模型融雪模块的改进 余文君袁南卓铜袁赵彦博袁等 渊远怨怨圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
科尔沁沙地湖泊消涨对气候变化的响应 常学礼袁赵学勇袁王摇 玮袁等 渊苑园园圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
贝壳堤岛 猿种植被类型的土壤颗粒分形及水分生态特征 夏江宝袁张淑勇袁王荣荣袁等 渊苑园员猿冤噎噎噎噎噎噎噎
三峡库区古夫河着生藻类叶绿素 葬的时空分布特征及其影响因素 吴述园袁葛继稳袁苗文杰袁等 渊苑园圆猿冤噎噎噎
资源与产业生态
煤炭开发对矿区植被扰动时空效应的图谱分析要要要以大同矿区为例 黄摇 翌袁汪云甲袁李效顺袁等 渊苑园猿缘冤噎噎
学术信息与动态
叶中国当代生态学研究曳新书推介 刘某承 渊苑园源源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
期刊基本参数院悦晕 员员鄄圆园猿员 辕 匝鄢员怨愿员鄢皂鄢员远鄢猿园园鄢扎澡鄢孕鄢 预 怨园郾 园园鄢员缘员园鄢猿园鄢圆园员猿鄄员员
室室室室室室室室室室室室室室
封面图说院 百山祖保护区森林植物群落要要要百山祖国家级自然保护区位于浙西南闽浙交界处袁由福建武夷山向东北伸展而成袁
主峰海拔 员愿缘远援苑皂袁为浙江省第二高峰遥 其独特的地形和水文地理环境形成了中亚热带气候区中一个特殊的区域袁
保存着十分丰富的植物种质资源以及国家重点保护野生动植物种袁尤其是 员怨愿苑年由国际物种保护委员会列为世界
最濒危的 员圆种植物之一的百山祖冷杉袁是第四纪冰川的孑遗植物袁素有野活化石冶之称遥 随着海拔的升高袁其植被为
常绿阔叶林尧常绿鄄落叶阔叶混交林尧针阔混交林尧针叶林尧山地矮林和山地灌草丛遥
彩图及图说提供院 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 耘鄄皂葬蚤造院 糟蚤贼藻泽援糟澡藻灶躁憎岳 员远猿援糟燥皂
第 33 卷第 21 期
2013年 11月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.33,No.21
Nov.,2013
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:国家自然科学基金创新研究群体科学基金资助项目(51121003);国家水体污染控制与治理科技重大专项资助项目(2008ZX07209鄄
009);国家自然科学基金资助项目(51279009)
收稿日期:2012鄄07鄄05; 摇 摇 修订日期:2013鄄01鄄31
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: zfyang@ bnu.edu.cn
DOI: 10.5846 / stxb201207050937
徐菲,赵彦伟,杨志峰,陈彬.白洋淀生态系统健康评价.生态学报,2013,33(21):6904鄄6912.
Xu F, Zhao Y W, Yang Z F, Chen B.Ecosystem health assessment in Baiyangdian Lake.Acta Ecologica Sinica,2013,33(21):6904鄄6912.
白洋淀生态系统健康评价
徐摇 菲,赵彦伟,杨志峰*,陈摇 彬
(北京师范大学环境学院,环境模拟与污染控制国家重点联合实验室,北京摇 100875)
摘要:涵盖热力学指标的指标体系可全面表征湖泊生态系统在受扰条件下的健康状态。 在实地监测的基础上,应用浮游植物生
物量(BA)、浮游动物生物量 /浮游植物生物量(BZ / BA)浮游植物群落初级生产量(P)、能质(Ex)、结构能质(Exst)和浮游植物
对 TP 的缓冲能力(茁p)表征白洋淀的健康状态,并通过集成健康综合指数,确定了白洋淀 14个水域的健康等级。 结果表明,白
洋淀大部分水域健康受损较为严重。 枣林庄和采蒲台水域处于亚健康状态,烧车淀、光淀张庄和东田庄水域处于不健康状态,
其余 9个水域均处于病态。 结合各水域人类干扰活动的分布可知,白洋淀健康退化的程度与人类干扰强度密切相关。 府河和
淀内居民生活及水产养殖污水排放是造成白洋淀健康受损的主要原因。 该结果可为白洋淀生态系统的管理和修复提供一定的
科学依据。
关键词:生态系统健康;健康评价;白洋淀;能质
Ecosystem health assessment in Baiyangdian Lake
XU Fei, ZHAO Yanwei, YANG Zhifeng*, CHEN Bin
State Key Laboratory of Water Environment Simulation, School of Environment, Beijing Normal University, Beijing 100875, China
Abstract: Index system covering thermodynamic indicators specialized by eco鄄exergy and structural eco鄄exergy could
comprehensively characterize the ecological health condition of lake ecosystems under human disturbances. This system has
been widely used for assessing lake ecosystem health in recent decades. For comparing ecological health of one lake across
time scale or that of different lakes, integration of comprehensive health index is needed to identify the degree of lake health
and to better reflect the discrepancies of the ecological health conditions. In this paper, an integrated index system including
indicators of phytoplankton biomass (BA), ratio of zooplankton to phytoplankton biomass (BZ / BA), phytoplankton primary
production (P), eco鄄exergy (Ex), structural eco鄄exergy (Exst ) and ecological buffer capacity to total phosphorus for
phytoplankton (茁p) collected from field survey was structured to assess the ecological health condition of Baiyangdian Lake
which is located in North China. Health classes of fourteen water areas in Baiyangdian Lake were identified using
comprehensive health index, which was computed through the sum of normalized indices multiplied by the weights. The
results indicate that the ecological health of most water areas in Baiyangdian Lake is deteriorated severely. The water areas of
Zaolinzhuang and Caiputai are sub鄄healthy, those of Shaochedian, GuangdianZhangzhuang and Dongtianzhuang are less
healthy, and those of the remaining nine are unhealthy. The spatial variations of ecological health condition of the all water
areas across Baiyangdian Lake are notable. The water areas in the northeast and southeast are under relatively better
ecological health conditions. The ecological health conditions in the northern, central and southern water areas are
deteriorated to some extent while those in the western water area, which is close to Fu River, the ecological health
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conditions are seriously degraded. The ecological health conditions from good to bad in spatial scale are in the following
order: water areas in the northeast and southeast > water areas in the north, center and south > water areas in the west.
There is close relationship between intensity of human disturbances and extent of lake health degradation. The water areas in
the northeast and southeast with little human disturbances can maintain relatively natural state of the lake ecosystem with
good health conditions. The dense non鄄point source pollution associated with aquaculture and villages is the key factor which
leads to the ecological health deterioration in the northern, central and southern water areas. The western water areas have
been greatly affected greatly by large amounts of pollutants from Fu River, leading to relatively worse ecological health
condition. It can be seen that sewages discharged from the villages and aquaculture into the reservoir are the dominant
factors resulting in ecological health degradation in Baiyangdian Lake. In comparison with the pollutants from the
aquaculture and villages, there are more impacts of pollutants discharged from Fu River on the ecological health condition of
Baiyangdian Lake. The results in the paper could offer foundation for further study of early warning and control of lake
ecosystem health. In addition, they can provide scientific evidence for ecosystem restoration and management of Baiyangdian
Lake.
Key Words: ecosystem health; health assessment; Baiyangdian Lake; eco鄄exergy
随着 20世纪 80年代生态系统健康概念的提出,生态系统健康评价被广泛应用于湖泊保护与管理实践过
程中。 与人类健康评价相似,完整的湖泊评价可以通过生态系统健康评价完成,从而为管理者分析湖泊健康
退化原因和制定相应的管理规划提供便利。
各国专家学者相继开展了有关湖泊生态系统健康评价方面的研究,在热力学指标用于湖泊生态系统健康
评价上取得了一定进展[1]。 J覬rgensen于 1995年提出应用能质、结构能质和生态缓冲能力从生态系统水平上
衡量生态系统健康状态,并认为健康的湖泊生态系统应拥有较高的能质、结构能质和生态缓冲能力[2鄄3]。 Xu
应用富营养化指数、多样性指数、能质、结构能质和浮游植物生态缓冲能力评价了巢湖的健康状态[4]。 在此
基础上,Xu 等进一步通过分析湖泊在酸化、有机杀虫剂污染、重金属铜污染和油污染胁迫下结构、功能和系统
方面的响应特征,建立了一套包括湖泊生态系统结构、功能和系统三方面指标的具有普适性的湖泊生态系统
健康综合评价指标体系和评价标准,并应用于巢湖。 同时提出健康的湖泊生态系统不仅应具有相对较高的能
质、结构能质、生态缓冲能力,还应有较高的浮游动物生物量 /浮游植物生物量及较低的浮游植物生物量和浮
游植物群落初级生产量[5]。 胡会峰等对上述指标体系进行了简化,选择表征生态系统结构和系统方面的 8个
指标评价了青海湖 1988—1989年的生态系统健康状态[6]。 刘永等应用包含热力学指标的指标体系通过计算
综合健康指数评价了滇池不同时期的生态系统健康状况[7]。 胡志新等应用 Xu[4]的方法评价了太湖 15 个湖
区的生态系统健康状况,并在计算能质和结构能质时,除浮游植物和浮游动物之外,还考虑了底栖动物和大型
水生植物[8]。 卢媛媛等和卢志娟等运用了同样的方法分别评价了武汉市多个浅水湖泊和西湖不同时期的健
康状况[9鄄10]。
J覬rgensen指出能质、结构能质与生态缓冲能力相结合,可以反映 von Bertalanffy 和 E.P. Odum提出的生态
系统发展的性质以及 Costanza提出的生态系统健康的 6项描述[11]。 涵盖热力学指标的指标体系能较好地反
映湖泊生态系统对外界干扰的抵抗能力,使健康的表征更全面。 同时,上述研究实例表明涵盖热力学指标的
指标体系适用于我国湖泊生态系统健康评价。
白洋淀作为北方地区典型的草型浅水湖泊其健康状态面临严重退化的威胁,影响了当地社会经济环境的
可持续发展。 白洋淀健康状况受到了政府、专家学者以及公众的广泛关注,如何改善白洋淀健康受损的状态
成为亟待解决的问题。 目前针对白洋淀的研究大多集中在水质评价方面,仅 Xu 等应用包含能质和结构能质
的指标体系评价了白洋淀的健康状态[12]。 然而对于同一湖泊不同时期或不同湖区状态的比较,多指标集成
健康综合指数更能直观反映健康状态的差异[13],便于确定健康等级。 本文选取 Xu 等[5]中提出的包含结构、
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功能和系统三方面指标的指标体系,并应用于白洋淀生态系统进行健康评价,通过计算健康综合指数,确定
14个水域的健康等级,为白洋淀的管理和修复提供科学依据。
1摇 材料与方法
1.1摇 研究区概况
白洋淀(38毅43忆—39毅02忆 N,115毅38忆—116毅07忆 E)是中国华北地区典型的草型浅水湖泊,主要位于河北省
保定市安新县境内,水面面积约为 150 km2(平均水位为 7.5 m,平均水深为 2.3 m),淀区由大小不等且相互联
系的 143个淀泊组成。 20世纪 50年代,白洋淀拥有 8条入淀河流,水量充足,水质状况较好,且生物多样性较
高。 近几十年来,由于流域内社会经济发展速度较快,作为上游几百万人民生产生活排污的必经之地,白洋淀
生态系统受到当地人类活动的严重影响,入淀水量逐年减少,目前仅有府河携带大量排污物入淀,加之淀内居
民人口的增加及水产养殖规模的扩大,大量污水排放造成大部分水域处于草型富营养化状态,仅少数水产养
殖规模较大的水域处于藻型富营养化状态。 大型水生植物(包括挺水植物、沉水植物、漂浮植物和浮叶植物)
过量生长加速了沼泽化进程,对湖泊生态系统健康、当地的可持续发展与管理产生了严重的负面影响。
图 1摇 白洋淀采样点分布示意图
Fig.1摇 The sampling sites in Baiyangdian Lake
1.2摇 数据来源
本文用于健康评价指标计算的数据来源于实地监
测。 遵循与国控水质监测点相一致的原则,并参考以往
生态调查过程中选取的采样点,在白洋淀共布设 14 个
采样点。 采样点基本情况介绍见表 1,分布示意图见图
1。 2009年 8月至 2010年 7月,对上述测点进行了 6次
采样。 监测项目包括物理化学指标(TN、TP、Chla)、生
物指标(浮游植物、浮游动物、底栖动物及大型水生植
物的生物量)及有机碎屑含量。 上述指标的分析方法
见《湖泊生态调查观测与分析》 [14]。 各水域实地监测的
主要生物及化学数据见表 2。
表 1摇 白洋淀采样点基本情况介绍
Table 1摇 Introduction of sampling sites in Baiyangdian Lake
序号
No.
采样点
Sampling sites
经纬度
Coordinate
描述
Description
1 烧车淀 N 38.94065毅摇 E 115.99974毅 少量水产养殖活动,沉水植物较多
2 王家寨 N 38.9177毅摇 E 116.01142毅 周边有村庄农田分布,少量水产养殖活动
3 杨庄子 N 38.908毅摇 E 116.04733毅
4 枣林庄 N 38.90205毅摇 E 116.08038毅 人为干扰较少,水体透明度较高,有大量沉水植物分布
5 鸳鸯岛 N 38.91114毅摇 E 115.95599毅 位于白洋淀旅游区,人为干扰强度较大
6 南刘庄 N 38.90449毅摇 E 115.93478毅 周边有村庄分布,受府河携带污染物影响较大
7 府河入口 N 38.90437毅摇 E 115.9238毅
8 寨南 N 38.90376毅摇 E 115.98805毅 有水产养殖活动分布
9 光淀张庄 N 38.89491毅摇 E 116.02956毅 周边有村庄分布
10 捞王淀 N 38.87511毅摇 E 115.99689毅 围栏养鱼区
11 圈头 N 38.86037毅E 116.02824毅 水产养殖密集区
12 端村 N 38.84698毅E 115.95057毅
13 东田庄 N 38.83492毅摇 E 115.99138毅 周边有村庄农田分布
14 采蒲台 N 38.82489毅摇 E 116.01023毅 人为干扰较少,少量水产养殖活动,大量水生植物分布
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表 2摇 白洋淀各水域主要生物及化学监测数据
Table 2摇 Biological and chemical data of water areas in Baiyangdian Lake
采样点
Sampling sites
总氮
Total nitrogen
/ (mg / L)
总磷
Total phosphorus
/ (mg / L)
浮游植物生物量
phytoplankton biomass
/ (mg / L)
浮游动物生物量
Zooplankton biomass
/ (mg / L)
大型水生植物生物量
Macrophyte biomass
/ (g / m2)
烧车淀 4.724 0.135 46.29 0.384 479
王家寨 2.858 0.355 41.20 0.915 270
杨庄子 1.865 0.109 53.92 0.645 346
枣林庄 1.304 0.035 8.48 0.132 625
鸳鸯岛 13.615 1.113 62.96 1.512 510
南刘庄 17.818 1.544 12.45 0.141 442
府河入口 18.113 1.612 10.50 0.096 140
寨南 3.218 0.290 20.77 0.654 443
光淀张庄 1.543 0.046 17.10 0.321 450
捞王淀 4.792 0.065 22.25 0.174 405
圈头 4.545 0.061 17.27 0.783 374
端村 4.769 0.182 114.97 0.252 519
东田庄 2.237 0.045 19.07 0.315 424
采蒲台 1.896 0.046 11.32 0.732 485
1.3摇 评价方法
1.3.1摇 评价指标
本文针对白洋淀富营养化的特点,根据 Xu等[5]提出的表征湖泊健康的指标体系,选择结构指标:浮游植
物生物量(BA)和浮游动物生物量 /浮游植物生物量(BZ / BA);功能指标:浮游植物群落初级生产量(P);系统
指标:能质(Ex)、结构能质(Exst)和浮游植物对 TP 的缓冲能力(茁p)共 6项指标进行白洋淀健康评价。
能质(Ex)作为系统水平的生态指标,表示生态系统的发展程度,即生态系统是如何发展的,以及整个生
态系统免于退化的能力[11, 15],被认为是表征湖泊生态系统健康状态和发展水平的最佳指标[16, 17]。 J覬rgensen
等认为能质主要是储存在生物量中的化学能和基因中的信息[18],计算公式为:
Ex =移
n
i = 1
茁iC i (1)
式中, 茁i 为第 i种生物的权重因子; C i 为第 i种生物的生物量(mg / L);一般 1 g有机碎屑燃烧释放 18.7 kJ能
量,通过生物权重因子将不同生物转换成有机碎屑的等价物(kJ / L)。
结构能质定义为能质除以总生物量,反映生态系统利用资源的能力,计算公式为[2鄄3]:
Exst =移
n
i
茁iC i / C t (2)
式中,Exst单位是 kJ / mg;C t 为各种生物的生物量之和(mg / L)。
在计算能质和结构能质的过程中,考虑的生物组分包括浮游植物、浮游动物、底栖动物和大型水生植物,
各类生物组分的权重因子(表 3)是根据不同种类生物基因计算得出的,不会受营养状态和健康状态变化的
影响。
生态缓冲能力用于表征生态系统对外部变化(如营养盐浓度变化、光照、温度等)的响应[20],反映生态系
统抵抗外界压力的能力。 可根据需要,组合任一状态变量和外部变量进行计算。 文中浮游植物对 TP 缓冲能
力的计算公式为:
茁TP鄄A =
鄣(TP)
鄣(A)
(3)
式中,鄣(TP)和鄣(A)分别表示 TP 浓度和浮游植物生物量变化的绝对值。
7096摇 21期 摇 摇 摇 徐菲摇 等:白洋淀生态系统健康评价 摇
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表 3摇 各类生物组分的权重因子[19]
Table 3摇 Weighting factors of organisms[19]
生物组分 Organisms 权重因子 Weighting factors 茁i
有机碎屑 Detritus 1
浮游植物 Phytoplankton (algae) 20
浮游动物 Zooplankton 原生动物 Protozoa 39
轮虫 Rotifera 163
甲壳类 Crustaceans (Cladocera and copepod) 232
底栖动物 Benthonic animals 环节动物 Annelida 133
软体动物 Mollusca 310
昆虫类 Insecta 167
大型水生植物 Macrophytes 无种子维管束植物 Seedless vascular plants 158
开花植物 Flowering plants 393
1.3.2 摇 健康综合指数
参考刘永等[7]用于计算综合健康指数的方法,首先将评价指标归一化,再分别乘以相应的权重后求和,
即得到健康综合指数,计算公式如下:
ICH =移
n
i = 1
Ii 伊 Wi (4)
式中, ICH 表示健康综合指数; Ii 为第 i种指标的归一化值; Wi 表示指标 i 的权重,通过熵权法[21]计算得到。
各健康评价指标的权重见表 4。
表 4摇 健康评价指标的权重
Table 4摇 Weights of health assessment indicators
浮游植物生物量
Phytoplankton biomass
浮游动物生物量 /
浮游植物生物量
Ratio of zooplankton to
phytoplankton biomass
浮游植物群落
初级生产量
Phytoplankton primary
production
能质
Eco鄄exergy
结构能质
Structural eco鄄exergy
浮游植物对 TP 的
缓冲能力
Ecological buffer capacity
to total phosphorus for
phytoplankton
0.17 0.18 0.15 0.15 0.18 0.17
根据 J覬rgensen[2]和 Xu等[5],健康的湖泊生态系统应具有相对较高的浮游动物生物量 /浮游植物生物量、
能质、结构能质、生态缓冲能力及较低的浮游植物生物量和浮游植物群落初级生产量。 然而,根据白洋淀实地
监测数据,南刘庄和府河入口水域营养盐浓度较高,但浮游植物生物量和群落初级生产量较低,处于非响应状
态,表明较低的浮游植物生物量和浮游植物群落初级生产量并不能指示健康状态。 此外,作为富营养化的草
型湖泊,白洋淀的大型水生植物生物量较高,处于过度生长状态。 根据能质计算公式,大型水生植物较高的生
物量和权重因子造成能质数值较高,表明较高的能质亦不能指示健康状态。 因此,在应用上述指标集成健康
综合指数时,以生态状况相对较好的枣林庄水域的指标数值为基准,越接近基准健康状态越好的原则进行归
一化处理。 浮游植物生物量(BA)、浮游植物群落初级生产量(P)和能质(Ex)属于固定型指标,即越接近某一
数值,健康状态越好。 固定型指标的归一化计算公式为:
Ii =
Min xi - xopt
xi - xopt
(5)
式中, xi 为指标值;xopt为枣林庄水域的指标数值。
浮游动物生物量 /浮游植物生物量(BZ / BA)、结构能质(Exst)和浮游植物对 TP 的缓冲能力(茁p)属于正向
型指标,即指标数值越大,健康状态越好。 正向型指标的归一化计算公式为:
Ii =
(xi - xmin)
(xmax - xmin)
(6)
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式中, xi 为指标值; xmax 和 xmin 分别为第 i种指标在各采样点中的最大值和最小值。
1.3.3摇 评价标准
本文参考了张远等[22]应用 B鄄IBI进行健康评价的标准的设定方法,选择受评水域中位于前三位的 ICH平
均值作为亚健康等级划分的临界点,即若某水域的 ICH值大于这一数值时,表示该水域处于亚健康状态;对于
小于这一数值的分布范围进行二等分,确定出不健康和病态 2个等级划分的临界值。 白洋淀健康评价标准见
表 5。
表 5摇 白洋淀健康评价标准
Table 5摇 Health assessment standards for Baiyangdian Lake
健康
Healthy
亚健康
Sub鄄healthy
不健康
Unhealthy
病态
Sick
>1.921 1.344—1.921 0.766—1.344 <0.766
2摇 结果分析
应用上述方法计算白洋淀 14个水域的健康评价指标及健康综合指数(图 2),并根据健康评价标准确定
各水域健康等级(表 6与图 3)。 受评的 14个水域中,仅枣林庄和采蒲台 2 个水域处于亚健康状态,烧车淀、
光淀张庄和东田庄 3个水域处于不健康状态,其余 9个水域均处于病态,表明白洋淀大部分水域健康受损较
为严重。 从健康状态的空间分布来看,位于东北和东南部的水域健康状态相对较好;北部、中部和南部水域健
康状态次之;西部水域健康状态相对较差。
表 6 摇 白洋淀健康评价结果
Table 6摇 Health assessment results for Baiyangdian Lake
水域
Water
areas
浮游植物
生物量
Phytoplankton
biomass
/ (mg / L)
浮游动物生
物量 /浮游植物
生物量
Ratio of
zooplankton
to phytoplankton
biomass
浮游植物群落
初级生产量
Phytoplankton
primary
production
/ (g·m-2·d-1)
能质
Eco鄄exergy
/ (kJ / L)
结构能质
Structural
eco鄄exergy
/ (kJ / mg)
浮游植物对 TP
的缓冲能力
Ecological buffer
capacity to total
phosphorus for
phytoplankton
健康综合指数
Comprehensive
health index
健康等级
Health classes
烧车淀 46.29 0.008 1.694 4062 6.22 0.007 0.790 不健康
王家寨 41.20 0.022 1.403 2345 6.35 0.060 0.318 病态
杨庄子 53.92 0.012 1.829 2868 6.33 0.012 0.551 病态
枣林庄 8.48 0.016 0.312 4848 7.15 0.895 1.596 亚健康
鸳鸯岛 62.96 0.024 2.401 3712 6.05 0.042 0.346 病态
南刘庄 12.45 0.011 0.426 2984 6.18 0.018 0.293 病态
府河入口 10.50 0.009 0.670 2131 6.23 0.645 0.189 病态
寨南 20.77 0.031 0.977 3878 6.7 0.062 0.445 病态
光淀张庄 17.10 0.019 0.568 4004 6.72 0.025 0.938 不健康
捞王淀 22.25 0.008 1.148 3012 6.62 0.012 0.395 病态
圈头 17.27 0.045 0.699 2857 6.35 0.039 0.326 病态
端村 114.97 0.002 2.958 3904 6.27 0.004 0.476 病态
东田庄 19.07 0.017 0.643 3129 6.8 0.009 0.798 不健康
采蒲台 11.32 0.065 0.498 4261 6.99 0.686 1.497 亚健康
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图 2摇 白洋淀 14个水域的健康综合指数
摇 Fig. 2 摇 Health comprehensive index of fourteen water areas in
Baiyangdian Lake
图 3摇 白洋淀 14个水域的健康等级
Fig.3摇 Health classes of fourteen water areas in Baiyangdian Lake
结合各水域人类干扰活动的分布可知,白洋淀健康退化的程度与人类干扰强度密切相关。 枣林庄和采蒲
台水域受人类活动干扰相对较少,健康状态相对较好,处于亚健康状态;受淀内及周边村庄居民生活污水直接
排放的影响,烧车淀、光淀张庄和东田庄水域处于不健康状态;端村、圈头和捞王淀位于水产养殖密集分布区,
网箱养殖投饵造成水体富营养化,水域健康受损严重,处于病态;鸳鸯岛水域靠近府河入口,同时位于淀内的
旅游区,在旅游和府河入淀污水的综合影响下,水域处于病态;杨庄子、王家寨和寨南水域村庄分布密集,同时
有部分水产养殖活动,因此水域健康亦受严重损害,处于病态。 南刘庄和府河入口长年受府河入淀污水的影
响,水体严重富营养化,营养盐浓度超出了适宜浮游生物生长的范围,造成浮游生物生物量下降,健康退化最
为严重。
摇 图 4摇 白洋淀能质与大型水生植物生物量的相关关系[12]
Fig. 4 摇 The correlation between eco鄄exergy and macrophytes
biomass in Baiyangdian Lake[12]
3摇 讨论
在白洋淀健康评价过程中,较高的能质和较低的浮游植物生物量、浮游植物群落初级生产量不能指示白
洋淀的健康状态。 由于府河常年携带高营养盐浓度的污水进入白洋淀的西部水域,使水域的 TN 和 TP 浓度
远大于水生生物生长的适宜浓度,生物生长受到抑制,造成浮游植物生物量和浮游植物群落初级的生产量较
低。 这种类型水域处于非响应状态,即水域营养盐浓度较高但浮游植物生物量和群落初级生产量较低,所以,
较低的浮游植物生物量和浮游植物群落初级生产量并不能指示健康状态。 能质是各生物组分的生物量与权
重因子乘积之和。 文中参与能质计算的生物组分中大
型水生植物的生物量和权重因子都相对较高,Xu 等相
关分析结果表明能质与大型水生植物生物量成正相关
(图 4) [12]。 白洋淀处于大型水生植物过量生长的状
态,大部分水域大型水生植物生物量过高,即拥有较高
的能质,但生态状况并不佳,因此,较高的能质亦不能指
示健康状态。
应用 14个水域的生态监测数据和健康评价结果初
步建立了水质指标 TN、TP 浓度与健康综合指数的定量
关系(图 5)。 应用定量关系,管理者可通过监测淀区
TN、TP 浓度的变化获知健康状态的变化趋势或得到维
持相对健康状态对应的 TN、TP 浓度,为制定白洋淀生
0196 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 33卷摇
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态系统修复措施提供一定依据。 然而,上述定量关系仅通过分析 14个水域的数据得到,日后可增加监测点位
以提高数据质量或建立生态模型,使水环境状况与健康状态的定量关系更为准确。
图 5摇 白洋淀 TN、TP浓度与健康综合指数的关系
Fig. 5摇 The relationship between the concentrations of TN, TP and health comprehensive index in Baiyangdian Lake
本文与 Xu等[12]均应用包含能质和结构能质的指标体系评价了白洋淀 14 个水域的健康状态。 与 Xu
等[12]相比,本文将各评价指标集成健康综合指数并确定健康等级,更能直观反映健康状态的差异,适用于同
一湖泊不同时期或不同湖区健康状态的比较,同时便于建立水环境状况与健康状态的定量关系,为湖泊管理
者制定修复措施提供依据。
4摇 结论
本文基于实地监测,计算了浮游植物生物量(BA)、浮游动物生物量 /浮游植物生物量(BZ / BA)、浮游植物
群落初级生产量(P)、能质(Ex)、结构能质(Exst)和浮游植物对 TP 的缓冲能力(茁p),并集成健康综合指数确
定了白洋淀 14个水域的健康等级。 评价结果表明白洋淀大部分水域健康受损较为严重。 除东北和东南部的
水域健康状态相对较好外,其它水域健康均受到不同程度的损害,超过 60%的水域处于病态。 府河和淀内居
民生活及水产养殖污水排放是造成白洋淀健康受损的主要原因,且府河对白洋淀健康状态影响相对较大。 通
过将各评价指标集成健康综合指数并确定健康等级,更能直观反映各水域健康状态的差异,评价结果可为进
一步研究湖泊生态系统健康预警和调控提供基础,为白洋淀生态系统的管理和修复提供一定的科学依据。
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叶生态学报曳圆园员源年征订启事
叶生态学报曳是由中国科学技术协会主管袁中国生态学学会尧中国科学院生态环境研究中心主办的生态学
高级专业学术期刊袁创刊于 员怨愿员年袁报道生态学领域前沿理论和原始创新性研究成果遥 坚持野百花齐放袁百家
争鸣冶的方针袁依靠和团结广大生态学科研工作者袁探索生态学奥秘袁为生态学基础理论研究搭建交流平台袁
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叶生态学报曳主要报道生态学及各分支学科的重要基础理论和应用研究的原始创新性科研成果遥 特别欢
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本期责任副主编摇 余新晓摇 摇 摇 编辑部主任摇 孔红梅摇 摇 摇 执行编辑摇 刘天星摇 段摇 靖
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