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摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 34 卷 第 2 期摇 摇 2014 年 1 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
前沿理论与学科综述
连续免耕对不同质地稻田土壤理化性质的影响 龚冬琴,吕摇 军 (239)…………………………………………
下辽河平原景观格局脆弱性及空间关联格局 孙才志,闫晓露,钟敬秋 (247)……………………………………
完全水淹环境中光照和溶氧对喜旱莲子草表型可塑性的影响 许建平,张小萍,曾摇 波,等 (258)……………
赤潮过程中“藻鄄菌冶关系研究进展 周摇 进,陈国福,朱小山,等 (269)……………………………………………
盐湖微微型浮游植物多样性研究进展 王家利,王摇 芳 (282)……………………………………………………
臭氧胁迫对植物主要生理功能的影响 列淦文,叶龙华,薛摇 立 (294)……………………………………………
啮齿动物分子系统地理学研究进展 刘摇 铸,徐艳春,戎摇 可,等 (307)…………………………………………
生态系统服务制图研究进展 张立伟,傅伯杰 (316)………………………………………………………………
个体与基础生态
NaCl胁迫下沙枣幼苗生长和阳离子吸收、运输与分配特性 刘正祥,张华新,杨秀艳,等 (326)………………
不同生境吉首蒲儿根叶片形态和叶绿素荧光特征的比较 向摇 芬,周摇 强,田向荣,等 (337)…………………
小麦 LAI鄄2000 观测值对辐亮度变化的响应 王摇 龑,田庆久,孙绍杰,等 (345)…………………………………
K+、Cr6+对网纹藤壶幼虫发育和存活的影响 胡煜峰,严摇 涛,曹文浩,等 (353)…………………………………
马铃薯甲虫成虫田间扩散规律 李摇 超,彭摇 赫,程登发,等 (359)………………………………………………
种群、群落和生态系统
莱州湾及黄河口水域鱼类群落结构的季节变化 孙鹏飞,单秀娟,吴摇 强,等 (367)……………………………
黄海中南部不同断面鱼类群落结构及其多样性 单秀娟,陈云龙,戴芳群,等 (377)……………………………
苏南地区湖泊群的富营养化状态比较及指标阈值判定分析 陈小华,李小平,王菲菲,等 (390)………………
盐城淤泥质潮滩湿地潮沟发育及其对米草扩张的影响 侯明行,刘红玉,张华兵 (400)…………………………
江苏省农作物最大光能利用率时空特征及影响因子 康婷婷,高摇 苹,居为民,等 (410)………………………
1961—2010 年潜在干旱对我国夏玉米产量影响的模拟分析 曹摇 阳,杨摇 婕,熊摇 伟,等 (421)………………
黑龙江省 20 世纪森林变化及对氧气释放量的影响 张丽娟,姜春艳,马摇 骏,等 (430)…………………………
松嫩草原不同演替阶段大型土壤动物功能类群特征 李晓强,殷秀琴, 孙立娜 (442)…………………………
小兴安岭 6 种森林类型土壤微生物量的季节变化特征 刘摇 纯,刘延坤,金光泽 (451)…………………………
景观、区域和全球生态
黄淮海地区干旱变化特征及其对气候变化的响应 徐建文,居摇 辉,刘摇 勤,等 (460)…………………………
我国西南地区风速变化及其影响因素 张志斌,杨摇 莹,张小平,等 (471)………………………………………
青海湖流域矮嵩草草甸土壤有机碳密度分布特征 曹生奎,陈克龙,曹广超,等 (482)…………………………
基于生命周期评价的上海市水稻生产的碳足迹 曹黎明,李茂柏,王新其,等 (491)……………………………
研究简报
荒漠草原区柠条固沙人工林地表草本植被季节变化特征 刘任涛,柴永青,徐摇 坤,等 (500)…………………
跨地带土壤置换实验研究 靳英华,许嘉巍 ,秦丽杰 (509)………………………………………………………
SWAT模型对景观格局变化的敏感性分析———以丹江口库区老灌河流域为例
魏摇 冲,宋摇 轩,陈摇 杰 (517)
…………………………………
…………………………………………………………………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*288*zh*P* ￥ 90郾 00*1510*29*
室室室室室室室室室室室室室室
2014鄄01
封面图说: 高原盐湖———中国是世界上盐湖分布比较稠密的国家,主要分布在高寒的青藏高原以及干旱半干旱地区的新疆、内
蒙古一带。 尽管盐湖生态环境极端恶劣,但它们依然是陆地特别是高原生态系统中十分重要的组成部分。 微微型
浮游植物通常是指粒径在 0. 2—3 滋m之间的光合自养型浮游生物。 微微型浮游植物不仅是海洋生态系统中生物量
和生产力的最重要贡献者,也是盐湖生态系统最重要的组成部分。 研究显示,水体矿化度是影响微微型浮游植物平
面分布及群落结构组成的重要因子,光照、营养成分和温度等也会影响盐湖水体中微微型浮游植物平面分布及群落
结构组成(详见 P282)。
彩图提供: 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 34 卷第 2 期
2014年 1月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.34,No.2
Jan.,2014
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:国家“十一五冶水专项资助项目(2009ZX07106鄄001鄄001)
收稿日期:2012鄄11鄄28; 摇 摇 修订日期:2013鄄06鄄20
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: lixp_2008@ hotmail.com
DOI: 10.5846 / stxb201211281695
陈小华, 李小平,王菲菲,陈无歧,刘晓臣.苏南地区湖泊群的富营养化状态比较及指标阈值判定分析.生态学报,2014,34(2):390鄄399.
Chen X H, Li X P, Wang F F, Chen W Q, Liu X C.Research on the difference in eutrophication state and indicator threshold value determination among
lakes in the Southern Jiangsu Province, China.Acta Ecologica Sinica,2014,34(2):390鄄399.
苏南地区湖泊群的富营养化状态比较及
指标阈值判定分析
陈小华1,2, 李小平1,*,王菲菲1,陈无歧1,刘晓臣1
(1. 华东师范大学河口海岸学国家重点实验室,上海摇 200062; 2. 上海市环境科学研究院,上海摇 200233)
摘要:借助综合营养状态指数法、箱须图法以及拐点探测分析法,分析了苏南地区 11个主要湖泊的富营养化特征以及各湖之间
的差异性,并探讨湖泊由轻度富营养化向中度富营养化状态转换的相关指标阈值。 结果显示苏南地区各湖泊的营养物水平存
在明显的阶梯状特征,不同湖泊所处的富营养化阶段有所不同。 典型封闭型湖泊水源地尚湖与傀儡湖水质最好,总体为域—芋
类,评价为中营养状态。 典型过水性湖泊淀山湖与澄湖水质最差,TN和 TP 均劣于吁类,评价为中度富营养状态,其他湖泊属于
轻度富营养化状态。 基于拐点分析,提出苏南地区湖泊群富营养化状态由轻度向中度转变的指标阈值:CODMn为 4.7mg / L,NH3 鄄
N为 1.0mg / L,TN为 2.3mg / L,TP 为 0.125mg / L,Chl鄄a为 25滋g / L,透明度为 50cm;尚湖和傀儡湖处于富营养化最轻的下游区,元
荡和阳澄湖目前处于敏感的拐点区域,而淀山湖、澄湖、长荡湖等其他湖泊处于富营养化程度较重的上游区。 苏南湖泊群的富
营养化状态差异性主要是由不同人为干扰强度和水资源管理模式引起的,实现管理目标由资源利用向资源保护合理转变是解
决富营养化问题的关键。
关键词:差异性;阈值;富营养化;湖泊;苏南地区
Research on the difference in eutrophication state and indicator threshold value
determination among lakes in the Southern Jiangsu Province, China
CHEN Xiaohua1,2, LI Xiaoping2,*, WANG Feifei2, CHEN Wuqi2, LIU Xiaochen2
1 State Key Laboratory of Estuarine and Coastal Research, East China Normal University, Shanghai 200062, China
2 Shanghai Academy of Environmental Sciences, Shanghai 200233, China
Abstract: Cultural eutrophication is the Earth忆s most widespread water quality problem, causing harmful algal blooms, fish
deaths, underwater plant deaths, decreasing biodiversity, reduction of water clarity, and many other related problems.
Southern Jiangsu Province (SJP), which is by far the most densely populated and most developed area of the east of the
People忆s Republic of China, has in total 11 shallow lakes with a surface area ranging from 10km2 to 2,428 km2 and an
average water depth of less than 2.5m. Unfortunately, accompanying the fast economic development in SJP is the serious
deterioration and eutrophication of the water environment, with high levels of algal biomass, frequent algal blooms and low
water clarity, which are threatening both the water supply to these regions and their economic development. In this article,
in order to investigate the eutrophication features and differences in state of 11 lakes within the same geographic area, we
obtained 1090 field monitoring data sets of potassium permanganate index (CODMn), ammonia nitrogen (NH3鄄N), total
phosphorus ( TP ), total nitrogen ( TN), algal Chlorophyll鄄a ( Chl鄄a ) and Secchi depth ( SD) of lakes from the
environmental monitoring agencies attached to the EPA of Southern Jiangsu Province. All water samples were collected
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monthly or quarterly from 62 field sites across the 11 lakes and measured in the laboratory during the period from 1993 to
2012. We applied the method of trophic level indices (TLIc) to assess the trophic level of all lakes, using Box鄄Whisker
plots to compare the levels with current standards and provide spatial discrimination of eutrophication indicators ( e. g.,
CODMn, NH3鄄N, TP, TN, Chl鄄a, SD) among all lakes. Furthermore, change鄄point analysis was performed to determine the
threshold values of indicators showing transition among different eutrophication levels in SJP. It was revealed that different
eutrophication levels among all 11 lakes can be divided into mesotrophic, lightly鄄eutrophicated and moderately鄄eutrophicated
states. Both Lake Shanghu and Lake Kuilei, which are under strict management as semi鄄enclosed drinking water resource
areas, had the best water quality, achieving category II to III standards according to the state standards for surface water
quality (GB 18918—2002) and belong to mesotrophic lakes category based on TLIc . As the typical water鄄carrying lakes,
Lake Dianshan and Lake Chenghu had the heaviest eutrophication level, with TN and TP concentrations recorded as an
inferior Category V, classified as moderately鄄eutrophicated lakes. The other 7 lakes, including Lake Taihu were classified as
lightly鄄eutrophicated. Based on change鄄point analysis, the threshold values for all indicators as transitional marks, from
lightly鄄eutrophicated to moderately鄄eutrophicated states, were recommended as: 4.7mg / L of CODMn, 1.0mg / L of NH3鄄N,
2郾 3mg / L of TN, 0. 125mg / L of TP, 25滋g / L of Chl鄄a, 0. 5m of SD. It is notable that Lake Yangchenghu and Lake
Yuandang were lingering near the turning point between the lightly鄄eutrophicated state and moderately鄄eutrophicated state;
thereby, more efforts should be made to prevent these two lakes sliding into more heavily eutrophicated states. According to
the main results, there is further discussion to be carried out on the advantages and disadvantages of lake鄄group analytical
methods, as well as the reasons that caused differences in eutrophication level among all lakes within one geographic area
(e.g. SJP), such as the natural characteristics of lakes, intensity of human disturbance and water resource management
strategies. It can be suggested that setting the primary management goal as water鄄resource鄄protection rather than water鄄
resource鄄utilization is the key to control lake eutrophication in SJP.
Key Words: difference; threshold; eutrophication; lakes; Southern Jiangsu Province
摇 摇 湖泊富营养化是世界范围最严重的水质问题,
直接引起有毒藻华、鱼类死亡、生物多样性下降以及
其他相关的生态问题;尤其在人口密集、经济发达的
地区,由于人类活动的影响大大增加入湖污染负荷,
更容易发生湖泊富营养化问题[1鄄2]。 自改革开放以
来,我国社会经济高速发展,人口、资源、环境与经济
发展之间的矛盾也进一步加剧,直接导致湖泊生态
环境急剧恶化,特别是富营养化问题日趋严重,反过
来严重制约了社会经济的可持续发展[3鄄5]。 不同区
域湖泊的富营养化成因、类型、演变过程以及物理、
化学、生物学特性等方面存在显著差异,致使中国湖
泊的营养物水平和富营养化效应具有显著的区域差
异性[6]。 我国中东部平原地区由于社会经济的高速
发展,不合理的环湖开发、渔业养殖、过量排污等因
素,导致中东部平原地区的湖泊富营养化问题最为
突出[7]。 在过去的十几年中,围绕湖泊富营养化治
理,各级政府投入了大量的人力、物力和财力,仍收
效甚微[8]。
湖泊富营养化仍是一个非常复杂过程,很多关
键问题都有待研究[9]。 湖泊的富营养化特征演化既
受自然环境因素及变化的影响,还受人类活动的扰
动。 分布在同一地区的湖泊群受到自然环境因素的
影响基本接近,但人类对各湖的开发强度、保护目标
的不同,可能直接导致各湖的富营养化演变趋势不
一致,富营养化水平差别较大。 以一个地区的湖泊
群作为单元研究湖泊富营养化的自然与人文因素的
影响的方向与作用的强度,服务于科学制定湖泊富
营养化的管理和污染防治策略,对于保护饮用水安
全与湖泊生态环境健康具有重要意义[10]。 比较同
一地区各湖的富营养化特征及过程,确定在人为因
素影响下湖泊富营养化水平的拐点,能够为制定一
个地区的湖泊环境整治和生态修复目标提供科学依
据[11],富营养化程度较轻的湖泊可作为富营养化程
度较重的湖泊的生态修复目标。 本文运用比较湖沼
学的相关方法,对苏南地区主要湖泊的富营养化特
征进行差异性分析,探讨各湖泊所处的不同富营养
193摇 2期 摇 摇 摇 陈小华摇 等:苏南地区湖泊群的富营养化状态比较及指标阈值判定分析 摇
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化阶段及原因,对于科学应对我国中东部平原湖泊
富营养化问题具有积极意义。
1摇 材料与方法
1.1摇 研究区域
苏南地区在行政区划上的江苏省长江以南地
区,是江苏经济最发达的区域,也是中国经济发展最
快最发达的区域之一,在“2011 年全国百强县(市)冶
前 10名中占了 7席。 该地区河道纵横,拥有众多湖
泊,列入《江苏省湖泊保护名录》的湖泊共有 137 个,
其中苏南地区就占据了 128 个[12]。 苏南地区湖泊
多呈浅碟形,岸边平缓,属外流淡水和浅水型湖泊,
水位变化具有缓涨缓落的特性[13]。 本文研究苏南
地区的湖泊群包括太湖、滆湖、长荡湖、昆承湖、淀山
湖、澄湖、阳澄湖、傀儡湖、元荡、漕湖和尚湖,其中太
湖面积最大(2425 km2),尚湖面积最小(8km2) [14],
淀山湖属于苏南地区与上海市省界湖泊。 各湖泊的
使用功能大多集饮用水源、洪涝调节、渔业生产、农
业灌溉、航运、休闲旅游等多功能于一体。
图 1摇 苏南湖泊群的各湖泊区位图
Fig.1摇 The location map of lakes in the Southern Jiangsu Province
1.2摇 数据来源与水质测定
从江苏省和上海市各地方环境监测站收集各湖
泊 2006—2010年的常规水质监测月平均或季度平
均数据,分析的富营养化相关指标包括 4 个原因变
量:高锰酸盐指数 ( CODMn )、氨氮 ( NH3鄄N)、总氮
(TN)、总磷(TP),以及 2个响应变量(Chl鄄a)和透明
度(Secchi depth, SD)。 面积越大的湖泊一般布置采
样点个数越多:太湖 20 个、淀山湖 13 个、昆澄湖 7
个、阳澄湖 6个、尚湖 6个、滆湖 4个、长荡湖 4个、澄
湖 4个、傀儡湖 3 个、漕湖 1 个(湖中心)、元荡 1 个
(湖中心)。 2011年 1月—2012 年 1 月,笔者对湖泊
进行了每季度 1次现场采样,共获取 5 次补充数据,
采样点全部在湖中心水域,太湖和淀山湖各 3 个点,
其他每个湖泊 1—2个点。 高锰酸盐指数、总氮和总
磷参照《水和废水监测分析方法》进行测定[15],透明
度采用塞氏盘现场测定,叶绿素 a 浓度采用丙酮萃
取分光光度计法测定。
1.3摇 统计分析方法
(1)综合营养状态指数法评价
综合营养状态指数计算公式为: TLI(移) =
移W j 伊 TLI( j) 。 式中 TLI(移) 为综合营养状态
指数;W j 为第 j种参数的营养状态指数的相关权重,
依据第 j种参数与基准参数叶绿素 a 的相关系数来
293 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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计算。 TLI( j)为代表第 j 种参数的营养状态指数。
富营养化程度分级标准: TLI(移) <30 贫营养;30
臆 TLI(移) 臆 50 中 营 养; TLI(移) > 50 富
营养[16]。
(2)箱须图法
图 2摇 箱须图(Box鄄whisker Plot)示意图
Fig.2摇 Sketch map of Box鄄whisker Plot
箱须图法(Box and Whisker plot),是利用数据中
的 5个统计量:最小值、第 25 百分位数(P25)、中位
数、第 75百分位数(P75)与最大值来描述数据的一
种方法,可反映一组或多组连续型定量数据的集中
和离散趋势,能以简单的组合图形直观的表现数据
批的形状和分布结构(图 2)。 箱须图能客观地反映
湖泊水质指标变化情况和分布结构,并进行多批数
据的比较分析。 利用统计软件 Origin 8.0 对各湖泊
2006—2011年的水质数据进行箱须图分析。
(3)拐点探测分析法
借助空间换时间的方法,将所有湖泊的富营养
化指标进行一定排序后便相当于同一湖泊在不同时
间点的状态。 基于各湖泊 2010—2011 年的实测水
质数据,利用 Taylor Enterprises公司的拐点分析软件
Change鄄point analyzer 2.3 进行富营养化参数的拐点
探测分析。
2摇 结果与分析
2.1摇 各湖泊的富营养化状态比较
用相关加权综合营养状态指数(TLIc)评价了苏
南地区各湖泊的营养水平(图 3)。 综合营养状态指
图 3摇 苏南地区各湖泊的综合营养状态指数
Fig.3摇 Trophic Level Index (TLIc) of lakes
数变化范围为 43.5—64.2,其中尚湖的 TLIc 值最低,
富营养化程度最低,淀山湖的 TLIc 值最高,富营养化
程度也相应最高。 尚湖与傀儡湖的综合营养状态指
数介于 30和 50 之间,处于中营养状态。 淀山湖与
澄湖的综合营养状态指数介于 60 和 70 之间,属中
度富营养。 其余 7 个湖泊的综合营养状态指数
(TLIc)值介于 50和 60之间,属轻度富营养化。
2.2摇 各湖泊之间富营养化相关指标的比较
采用箱须图方法统计 2006—2010 年的水质数
据,比较分析 CODMn、NH3鄄N、TN、TP、 Chl鄄a 和 SD 等
富营养化相关指标在苏南地区各湖泊之间的差异
性,各湖泊之间的指标数值阶梯状变化非常明显(图
4)。 从 CODMn、NH3鄄N、TN、TP 这四项富营养化原因
变量来看,淀山湖和澄湖的水质最差,TN和 TP 均劣
于吁类,淀山湖的 NH3鄄N 达到吁类。 与其他湖泊比
较,淀山湖和澄湖的 NH3鄄N、TN、TP 数据离散程度均
很大,与这两个湖泊属于典型的过水性湖泊有关,换
水周期短,湖内水质受上游来水的波动影响更大。
而作为封闭型水源地的尚湖与傀儡湖水质最好,各
项指标处于域—芋类,数据离散度低,说明湖泊状态
相对比较稳定。 其他 7 个湖泊的水质状况介于这 4
个湖泊之间,NH3鄄N 大多达到域类,CODMn大多达到
芋类,TN和 TP 均为芋—吁类不等,太湖的 TN较高,
劣于吁类。 滆湖和长荡湖的 TN 浓度在苏南湖泊群
中属较低水平,TP 浓度也处于中等偏下水平,但藻
类叶绿素 a 的平均浓度和数值离散程度均最大,透
明度偏低,说明这两个湖泊的富营养化趋势正在
393摇 2期 摇 摇 摇 陈小华摇 等:苏南地区湖泊群的富营养化状态比较及指标阈值判定分析 摇
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加重。
从 Chl鄄a和透明度(SD)这两项响应指标来看,
Chl鄄a浓度较低的尚湖和元荡,透明度较高;而 Chl鄄a
浓度较高的长荡湖和滆湖则透明度较低。 淀山湖、
元荡、太湖、尚湖以及傀儡湖的 Chl鄄a 浓度平均值或
中位数位于 15ug / L 以下,长荡湖和滆湖的 Chl鄄a 浓
度平均值超过 40ug / L。 阳澄湖 Chl鄄a 平均浓度介于
前两组之间。 湖面面积较大的太湖、长荡湖、滆湖、
阳澄湖,Chl鄄a浓度的离散程度明显大于其他面积较
小的湖泊,这可能与大湖泊的多生境条件导致浮游
藻类生物量空间差异性较大。 太湖透明度较低与大
湖面受风浪掀沙作用有关。 尚湖的透明度离散程度
大主要是因为受长江的泥沙影响,引水时泥砂含量
高,降低透明度,经过数日沉淀之后,透明度显著
提高。
图 4摇 苏南湖泊群近 5年富营养化指标的空间差异性(2006—2010)
Fig.4摇 Spatial discrimination of eutrophication indicators among different lakes in the Southern Jiangsu Province
2.3摇 基于拐点分析的富营养化指标阈值判定
将各湖泊 2010—2011 年同步监测的 6 个富营
养化指标的平均值分别按从小到大排列,利用
change鄄point analyzer 2.3 对各指标进行拐点探测分
493 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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析,结果如图 5所示,发现苏南地区各湖泊的营养物
水平存在跃迁现象,不同湖泊所处的富营养化阶段
有所不同。 图中的上下两条虚线之间为控制区,代
表当前富营养化状态下,湖泊数值可能最大变化范
围,控制区以外的湖泊表示指标值异常好或异常差
的湖泊。 明显处于两片深色阴影之间的区域中心点
可视为拐点或变化的敏感点,为湖泊不同富营养化
状态间转换的指标阈值:透明度为 50cm, TN 为
2郾 3mg / L,TP 为 0.125mg / L,Chl鄄a 为 25ug / L,NH3鄄N
为 1.0mg / L,CODMn为 4.7mg / L。 总体来看,尚湖和傀
儡湖目前处于富营养化程度最轻的下游区,元荡和
阳澄湖处于敏感的拐点附近,淀山湖、澄湖、长荡湖
等其他湖泊明显进入富营养化程度较重的上游区。
图 5摇 基于拐点分析的苏南湖泊群富营养化指标阈值判定(2010—2011)
Fig.5摇 The analysis of abrupt change of ecosystem parameters
3摇 讨论
3.1摇 各湖富营养化状态的差异性及原因探讨
苏南湖泊群位于同一个地理区域,具备的气候
条件、自然环境特征和湖泊形态基本相似,均属于浅
水湖泊,在改革开放之前水质普遍良好,水草生长旺
盛,生物种类丰富,透明度总体较高[17]。 然而,各湖
泊 2006—2010年的常规水质监测数据比较分析结
果显示,苏南湖泊群的营养物水平和富营养化状态
表现出很强的空间差异性。 这种空间差异性既可能
受湖泊本身的湖泊形态、水动力条件、水生植被、换
水周期等自然因素影响,也可能受各湖的沿岸带开
发强度、污染源输入规模、水资源管理模式以及功能
定位等人为因素影响[18]。 在社会经济高速发展和
人口高密度聚集的现实背景下,人为因素和自然因
素往往共同作用,从而影响湖泊富营养化进程。 淀
山湖和澄湖同属于典型的过水性湖泊,系统开放度
大,水力停留时间短至 20 余天,入湖污染物在湖内
593摇 2期 摇 摇 摇 陈小华摇 等:苏南地区湖泊群的富营养化状态比较及指标阈值判定分析 摇
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得不到充分消纳,湖内水质对上游来水水质非常敏
感,生态系统很容易受到外源污染的冲击而崩溃,因
此当整个流域的大量排污引起地表水水质恶化时,
过水性湖泊的水质会比其他湖泊做出更快速的响
应,分析结果显示淀山湖和澄湖的 TN,TP 浓度在整
个苏南地区内最高,富营养化状态综合指数也达到
最大。 太湖的沿湖开发强度一直很大,入湖污染河
流众多,藻华仍时有发生[19],自 2007 年藻华污染事
件以来,加强了沿湖污染源管理,大幅削减入湖污染
负荷,而且太湖最大的湖面积和最长的水力停留时
间有助于提高自净能力,对外来污染的消纳能力要
强于同地区的其它中小型湖泊,近 5 年太湖富营养
化水平稳定在苏南湖泊群中的中游水平。 综合营养
状态指数较高的长荡湖、滆湖、漕湖、阳澄湖、澄湖、
元荡等湖泊,属于渔业生产型湖泊,大多以水产养殖
及相关休闲旅游为主要功能,多年的围网养殖活动
已造成底泥中氮、磷的大量积累[20],内源污染严重,
水质持续恶化,规模过大的养殖活动和不合理的养
殖结构对湖内水草、底栖动物的多样性和生物量破
坏严重[21],湖内水质恶化程度与围网养殖面积有着
相同的变化趋势[22]。 尚湖和傀儡湖是苏南湖泊群
中富营养化程度最低的湖泊,综合营养状态指数均
小于 50,属于中营养状态,这主要得益于这两个湖泊
实行的合理功能定位和水资源管理模式,尚湖和傀
儡湖分别被确定为常熟市和昆山市的封闭型湖泊水
源地,湖泊管理模式已完成了从单纯的资源利用到
资源保护和利用高度统一的转变,水资源保护甚至
引进企业化运作机制,入湖量和出湖量采取严格的
人工控制,外源污染输入控制到最小,内源污染得到
清除,富营养化程度逐年改善,透明度提升。 从以上
比较分析结果来看,苏南湖泊群和东部平原地区的
其它湖泊类似[17],各湖之间的水质指标空间梯度变
化主要是由人为因素的的长期作用造成的,包括沿
湖开发强度、入湖污染负荷、功能定位、管理模式
等[10,18],自然因素对富营养化的影响较小。 从整个
地区来看,湖泊的富营养化进程也是湖泊资源利用
进程和管理组织制度的演化过程[23]。 人类生产活
动的干扰强度和人为组织管理模式的转变成为影响
苏南湖泊群富营养化演变进程的决定性因素。 在整
个地区水质出现整体下降的背景下,单个湖泊进行
科学管理,削减外源输入,能实现稳定湖泊水质,控
制富营养化趋势的目标。 因此,实现湖泊水资源管
理目标的合理转变是解决苏南地区湖泊群富营养化
问题的关键,管理模式需要由资源利用管理向资源
保护管理进行转变。
3.2 摇 湖泊群分析对单个湖泊富营养化控制的现实
意义
水污染的影响早已超越局部和“点源冶的范围,
区域性的富营养化污染问题越来越受到关注[6鄄7],分
布在苏南地区的湖泊群具有相似的气象条件、自然
环境特征和湖泊形态,因此以同地区的湖泊群作为
一个单元研究富营养化的自然与人文因素的影响方
向与作用强度,比较各湖的富营养化特征及进程,判
定在人为活动干扰下的湖泊群富营养化状态的拐
点,对于科学制定湖泊营养物管理和富营养化控制
策略具有重要意义[10]。 湖泊群的研究不仅着眼于
比较分析同一地区的湖泊富营养化趋势,划定该地
区的湖泊由较轻富营养化状态向更严重状态转化的
警戒线,而且最终为该地区的单个湖泊富营养化控
制策略提供方向。 以淀山湖为例,综合营养状态指
数法判定出淀山湖的 TLIc 值在整个苏南地区的最
高,2006—2010多年平均值高达 64.2,标准差 1.57,
说明该湖一直稳居在中度富营养化状态(图 3)。 箱
须图显示了淀山湖的 NH3鄄N、TN、TP 等分项指标的
平均值、中位数和数据离散度均明显高于其它湖泊,
只有叶绿素 a 浓度水平处于较低水平(图 4);近 20
年淀山湖的 TN 和 TP 浓度一直持续上升的,TN 和
TP 的年平均数据是在 1995 年之后开始分别超过苏
南地区湖泊群的拐点阈值 2.3mg / L 和 0.125mg / L,两
项指标的绝大部分监测数据在 2000 年之后都超过
了阈值(图 6)。 透明度也是在 2000 年之后全面低
于 50cm的阈值,近 10年仍呈下降趋势,平均值目前
维持在 40cm左右。 后 10a(2001—2010)的叶绿素 a
浓度明显高于前 10a(1991—2000),在 2001—2005
期间年平均叶绿素 a 浓度值明显超过阈值 25滋g / L,
虽然在 2006—2010期间又迅速回归到阈值以内,但
这不能归因于淀山湖的富营养化程度出现好转,因
为藻类生物量可能受气象条件、水动力等其他因素
影响很大。 综合来看,淀山湖是在 1995 年前后开始
由轻度富营养化状态向中度富营养化转移,在 2000
年前后全面进入中度富营养化状态。 对于淀山湖的
富营养化控制策略应首先控制上游来水的污染物输
693 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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入,尽快实现 NH3鄄N、TN、TP 等指标低于阈值,才有
可能逐渐减缓湖体富营养化程度,最终目标要使湖
体透明度重新提高至 50cm以上。
图 6摇 淀山湖富营养化指标的长时间尺度的演变
Fig.6摇 20鄄years variation of eutrophication indicators of Dianshan Lake
3.3摇 湖泊群不同分析方法的比较
本研究采用综合营养状态指数法、箱须图法和
拐点探测分析法对苏南湖泊群的富营养化状态进行
比较分析,探讨湖泊由轻度富营养化向中度富营养
化状态转换的相关指标阈值,3 种方法的计算原理、
表达方式、优势和局限性都有所不同。 综合营养状
态指数法用于评价各湖泊的富营养化程度,计算方
法成熟,判定标准统一,对不同湖泊有较好的区分
度,层级分明,结果显示尚湖与傀儡湖的综合营养状
态指数最低,处于中营养状态,淀山湖与澄湖的综合
营养状态指数最高,属中度富营养化状态,其余 7 个
湖泊介于两者之间,属轻度富营养化。 但综合营养
状态指数法的计算结果是一种综合值,隐藏了分项
指标的数值,不利于提出具体的污染指标控制目标。
箱须图法和拐点探测分析法是对单项指标进行逐一
细致分析,与综合营养状态指数法相比,对不同湖泊
的富营养化状况区分度较低,但这两个方法对制定
富营养化控制策略更具有操作性,因为污染减排和
富营养化控制措施最终要落实到对各项单一指标的
考核。 箱须图可同时表达平均值、中位数、最小值、
最大值以及不同分位上的数值,能全面、精确反映不
同湖泊的水质指标在某段时间范围内的数据变化范
围、分布结构和离散趋势,有利于判断湖泊群的富营
养化相关指标的所有监测值在阈值上下的分布比
例。 淀山湖 TN和 TP 平均浓度和数值离散程度均在
苏南湖泊群中最大,而藻类叶绿素 a 和透明度的数
值离散程度偏小,说明淀山湖受上游来水水质影响
很大。 尚湖和傀儡湖的 NH3鄄N、TN、TP 平均浓度和
数据离散度均最低,这两个湖泊目前稳定在中营养
水平。 滆湖和长荡湖的 TN、TP 平均浓度和数据离
散度处于中等偏低水平,但藻类叶绿素 a 的平均浓
度和数值离散程度均最大,透明度也相应较低,说明
这两个湖泊的富营养化趋势正在加重。 箱须图法的
局限性在于比较湖泊富营养化状态的过程较复杂,
尤其是当每个湖泊的各项指标之间的数据结构、平
均水平、离散程度差异很大时,箱须图很难分辨各湖
793摇 2期 摇 摇 摇 陈小华摇 等:苏南地区湖泊群的富营养化状态比较及指标阈值判定分析 摇
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的富营养化程度。 拐点探测分析方法是基于“各态
遍历冶假说(ergodic hypothesis)———同一区域在不同
时段的发展状态(“时间序列谱冶)可以从同一时间
不同区域的发展状态 (“空间局域谱冶)中获得识
别[24],判定出苏南地区湖泊群由轻度富营养化向中
度富营养化状态转化的指标风险阈值,这些阈值可
视为苏南地区各湖泊跨入中度富营养化状态的警戒
线,为管理部门减缓湖泊富营养化趋势的提供目标
值,在实际管理中有较大可操作性。 拐点分析法的
局限性在于只是对当前某一时间段各湖泊的指标平
均值进行比较分析,当各湖之间的富营养化状态差
异性很小时,不容易得到拐点阈值。 总之,苏南湖泊
群的 3种比较分析方法的优势和局限性有所不同,
但彼此关联,相互补充,能同时用于比较分析同一地
区的湖泊富营养化趋势,提出苏南湖泊群由较轻富
营养化状态向更严重状态转化的指标阈值。
4摇 结论
本文借助综合营养状态指数法、箱须图法以及
拐点探测分析法,分析了苏南地区 11 个主要湖泊的
富营养化特征以及各湖之间的差异性,典型封闭性
水源地尚湖与傀儡湖水质最好,总体为域—芋类,评
价为中营养状态。 典型过水性湖泊淀山湖与澄湖水
质最差,TN和 TP 均劣于吁类,评价为中度富营养状
态,其他湖泊属于轻度富营养化状态。 3种分析方法
的优势和目标有所不同,但相互补充,能同时用于湖
泊群的富营养化趋势的比较分析,明确富营养化控
制目标。 拐点探测分析提出了苏南湖泊群由轻度富
营养化向中度富营养化转变的指标阈值:CODMn为
4郾 7mg / L,NH3鄄N 为 1.0mg / L,TN 为 2.3mg / L,TP 为
0.125mg / L,Chl鄄a 为 25ug / L,透明度为 50cm。 尚湖
和傀儡湖位于富营养化程度最轻的下游,太湖、淀山
湖、滆湖、澄湖、长荡湖、昆承湖、漕湖位于富营养化
程度最高的上游,而元荡和阳澄湖目前处于前两者
之间的拐点区域。 湖泊群的比较分析对提出一个地
区或一个流域的湖泊富营养化控制策略具有理论价
值和实际意义。
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ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 34,No. 2 Jan. ,2014(Semimonthly)
CONTENTS
Frontiers and Comprehensive Review
Effects of soil texture on variations of paddy soil physical and chemical properties under continuous no tillage
GONG Dongqin,L譈 Jun (239)
………………………
………………………………………………………………………………………………………
Evaluation of the landscape patterns vulnerability and analysis of spatial correlation patterns in the lower reaches of Liaohe River
Plain SUN Caizhi, YAN Xiaolu,ZHONG Jingqiu (247)……………………………………………………………………………
Effects of light and dissolved oxygen on the phenotypic plasticity of Alternanthera philoxeroides in submergence conditions
XU Jianping, ZHANG Xiaoping, ZENG Bo, et al (258)
……………
……………………………………………………………………………
A review of the relationship between algae and bacteria in harmful algal blooms
ZHOU Jin, CHEN Guofu,ZHU Xiaoshan, et al (269)
………………………………………………………
………………………………………………………………………………
Biodiversity and research progress on picophytoplankton in saline lakes WANG Jiali, WANG Fang (282)……………………………
Effects of ozone stress on major plant physiological functions LIE Ganwen, YE Longhua, XUE Li (294)……………………………
The current progress in rodents molecular phylogeography LIU Zhu, XU Yanchun, RONG Ke, et al (307)…………………………
The progress in ecosystem services mapping: a review ZHANG Liwei, FU Bojie (316)………………………………………………
Autecology & Fundamentals
Growth, and cationic absorption, transportation and allocation of Elaeagnus angustifolia seedlings under NaCl stress
LIU Zhengxiang, ZHANG Huaxin, YANG Xiuyan, et al (326)
…………………
……………………………………………………………………
Leaf morphology and PS域chlorophyll fluorescence parameters in leaves of Sinosenecio jishouensis in Different Habitats
XIANG Fen, ZHOU Qiang,TIAN Xiangrong, et al (337)
………………
…………………………………………………………………………
Response of change of wheat LAI measured with LAI鄄2000 to the radiance
WANG Yan, TIAN Qingjiu, SUN Shaojie, et al (345)
……………………………………………………………
……………………………………………………………………………
Effects of K+ and Cr6+ on larval development and survival rate of the acorn barnacle Balanus reticulatus
HU Yufeng, YAN Tao, CAO Wenhao, et al (353)
………………………………
…………………………………………………………………………………
Diffusion of colorado potato beetle, Leptinotarsa decemlineata, adults in field LI Chao, PENG He, CHENG Dengfa, et al (359)……
Population, Community and Ecosystem
Seasonal variations in fish community structure in the Laizhou Bay and the Yellow River Estuary
SUN Pengfei, SHAN Xiujuan, WU Qiang, et al (367)
……………………………………
……………………………………………………………………………
Variations in fish community structure and diversity in the sections of the central and southern Yellow Sea
SHAN Xiujuan, CHEN Yunlong, DAI Fangqun, et al (377)
……………………………
………………………………………………………………………
Research on the difference in eutrophication state and indicator threshold value determination among lakes in the Southern Jiangsu
Province, China CHEN Xiaohua, LI Xiaoping, WANG Feifei,et al (390)………………………………………………………
Effection of tidal creek system on the expansion of the invasive Spartina in the coastal wetland of Yancheng
HOU Minghang, LIU Hongyu, ZHANG Huabing (400)
…………………………
……………………………………………………………………………
The spatial and temporal variations of maximum light use efficiency and possible driving factors of Croplands in Jiangsu Province
KANG Tingting, GAO Ping, JU Weimin, et al (410)
……
………………………………………………………………………………
Simulation of summer maize yield influenced by potential drought in China during 1961—2010
CAO Yang,YANG Jie, XIONG Wei,et al (421)
………………………………………
……………………………………………………………………………………
Forest change and its impact on the quantity of oxygen release in Heilongjiang Province during the Past Century
ZHANG Lijuan,JIANG Chunyan,MA Jun,et al (430)
……………………
………………………………………………………………………………
Soil macro鄄faunal guild characteristics at different successional stages in the Songnen grassland of China
LI Xiaoqiang, YIN Xiuqin, SUN Lina (442)
……………………………
………………………………………………………………………………………
Seasonal dynamics of soil microbial biomass in six forest types in Xiaoxing忆an Mountains, China
LIU Chun, LIU Yankun, JIN Guangze (451)
……………………………………
………………………………………………………………………………………
Landscape, Regional and Global Ecology
Variation of drought and regional response to climate change in Huang鄄Huai鄄Hai Plain XU Jianwen,JU Hui,LIU Qin,et al (460)…
Wind speed changes and its influencing factors in Southwestern China
ZHANG Zhibin,YANG Ying,ZHANG Xiaoping,et al (471)
…………………………………………………………………
………………………………………………………………………
Characteristics of soil carbon density distribution of the Kobresia humilis meadow in the Qinghai Lake basin
CAO Shengkui, CHEN Kelong, CAO Guangchao, et al (482)
…………………………
……………………………………………………………………
Life cycle assessment of carbon footprint for rice production in Shanghai CAO Liming, LI Maobai, WANG Xinqi, et al (491)………
Research Notes
Seasonal changes of ground vegetation characteristics under artificial Caragana intermedia plantations with age in desert steppe
LIU Rentao, CHAI Yongqing, XU Kun, et al (500)
……
………………………………………………………………………………
The experimental study on trans鄄regional soil replacement JIN Yinghua,XU Jiawei,QIN Lijie (509)…………………………………
Sensitivity analysis of swat model on changes of landscape pattern: a case study from Lao Guanhe Watershed in Danjiangkou
Reservoir Area WEI Chong, SONG Xuan, CHEN Jie (517)………………………………………………………………………
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《生态学报》2014 年征订启事
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促进生态学研究深入发展,为我国培养和造就生态学科研人才和知识创新服务、为国民经济建设和发展服务。
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