松花湖生態(tài)健康評(píng)估

吳計(jì)生，呂 軍，劉洪超，魏春鳳，張 正

(松遼水環(huán)境科學(xué)研究所，吉林 長(zhǎng)春 130021)

湖泊是水資源的重要載體，是江河水系、國土空間和生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分。維持湖泊健康，實(shí)現(xiàn)人水和諧，是我國新時(shí)期的治湖理念。湖泊健康評(píng)價(jià)也成為當(dāng)前國內(nèi)外湖泊科學(xué)研究的熱點(diǎn)之一。在湖泊生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)方面，趙臻彥等[1]提出了生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)法，并應(yīng)用于意大利西西里湖泊群；劉永等[2]以滇池為例，創(chuàng)建了以湖泊外部指標(biāo)、環(huán)境要素狀態(tài)指標(biāo)和生態(tài)指標(biāo)為主導(dǎo)的湖泊綜合健康指數(shù)；帥紅等[3]以洞庭湖各典型年的遙感影像、水質(zhì)數(shù)據(jù)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，評(píng)價(jià)了洞庭湖各湖區(qū)健康狀況的空間差異和典型年動(dòng)態(tài)變化。此外，程南寧等[4-7]分別在太湖、南四湖、洪澤湖等湖泊開展了健康評(píng)價(jià)工作，從理論和實(shí)踐方面進(jìn)行了有益的探索。但綜合來看，目前國內(nèi)外學(xué)者更多關(guān)注的是熱帶、亞熱帶地區(qū)的湖泊健康狀況，而對(duì)于北方深水湖泊健康評(píng)價(jià)的研究則較少。因此，本研究采用層次分析法，用水文水資源、湖濱帶結(jié)構(gòu)、水質(zhì)狀況及水生生物4個(gè)準(zhǔn)則層構(gòu)建基于生態(tài)完整性的湖泊健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并以吉林省松花湖為研究對(duì)象進(jìn)行湖泊健康評(píng)價(jià)，分析湖泊承受的健康壓力，以期為促進(jìn)湖泊系統(tǒng)治理與自然修復(fù)、實(shí)施湖長(zhǎng)制“一河一策”策略提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

松花湖是豐滿水電站建成后所形成的一個(gè)山間水庫，又名“豐滿水庫”，是東北地區(qū)最大的人工湖泊。松花湖位于吉林省吉林市的第二松花江干流上，距吉林市16 km，上游距紅石水電站約155 km，下游距松花江入河口約355 km。松花湖始建于1937年，正常庫容88.49億m3，湖面面積425 km2，最大蓄水量108億m3；其形狀似松花，平均水深30～40 m，最深處77.5 m，回水全長(zhǎng)158.8 km；湖水主要來自松花江、輝發(fā)河、木箕河、漂河、蛟河、石槽河等。

2 數(shù)據(jù)來源和研究方法

2.1 研究數(shù)據(jù)

本研究所用水文數(shù)據(jù)主要來源于松花湖環(huán)湖豐滿、紅石、五道溝、橫道子、蛟河等主要水文站(1956—2013年)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；水質(zhì)數(shù)據(jù)來自湖周豐滿、蛟河、樺甸等5處常規(guī)水質(zhì)監(jiān)測(cè)站(2015年)，以及豐滿屯、庫中、紅石砬子等17處補(bǔ)充水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；Landsat TM影像來自中國科學(xué)院遙感衛(wèi)星地面接收站，時(shí)相分別為1978年10月和2015年10月；水生生物數(shù)據(jù)來自各水生生物監(jiān)測(cè)點(diǎn)2015年春、秋兩季相關(guān)調(diào)查監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

2.2 研究方法

2.2.1 湖泊分區(qū)方案

根據(jù)松花湖及周邊地區(qū)河流地貌形態(tài)、水文及水力學(xué)狀況、水生生物特征，以及流域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展特征，將松花湖劃分為豐滿大壩—白石砬船站、白石砬船站—樺樹林子、樺樹林子—紅石砬子、蛟河—蛟河河口、樺甸—輝發(fā)河河口等5個(gè)湖泊分區(qū)，對(duì)每一分區(qū)確定相應(yīng)的水質(zhì)、水文、水生生物及湖濱帶監(jiān)測(cè)點(diǎn)(表1)。

表1 松花湖湖泊分區(qū)及監(jiān)測(cè)布點(diǎn)

2.2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

湖泊健康表現(xiàn)為湖泊生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的健康。從眾多表征湖泊生態(tài)系統(tǒng)特征的指標(biāo)中，選取代表性強(qiáng)、易獲取且易量化的指標(biāo)，構(gòu)建了基于生態(tài)系統(tǒng)完整性的松花湖湖泊健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。各指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)權(quán)重見表2。

2.2.3 評(píng)價(jià)方法

(1)健康指標(biāo)評(píng)價(jià)方法。本次湖泊健康評(píng)價(jià)，針對(duì)不同指標(biāo)綜合使用模型推算法、歷史狀態(tài)法、參考點(diǎn)位法、專家判斷法、國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)方法等方法。其中，水文水資源準(zhǔn)則層主要采用水文模型推算法評(píng)價(jià)，水質(zhì)狀況準(zhǔn)則層采用國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)，湖濱帶結(jié)構(gòu)、水生生物準(zhǔn)則層采用的是歷史狀態(tài)法、參考點(diǎn)位法和專家判斷法開展相關(guān)指標(biāo)計(jì)算與評(píng)價(jià)。

(2)湖泊生態(tài)健康指數(shù)。從湖泊生態(tài)屬性考慮，基于生態(tài)完整性的湖泊健康評(píng)價(jià)是從湖泊水文水資源、湖濱帶結(jié)構(gòu)、水質(zhì)狀況和水生生物等準(zhǔn)則層對(duì)湖泊生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，計(jì)算公式為

(1)

式中：LHI為湖泊生態(tài)健康指數(shù)；LHIi為第i項(xiàng)分指標(biāo)賦分；Wi為第i項(xiàng)分指標(biāo)的權(quán)重，由專家打分后通過層次分析法計(jì)算得到。

表2 松花湖湖泊健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

根據(jù)松花湖流域現(xiàn)狀特征，在咨詢專家的基礎(chǔ)上，確定松花湖湖泊生態(tài)健康指數(shù)劃分為很健康(LHI≥80)、健康(80>LHI≥60)、亞健康(60>LHI≥40)、不健康(40>LHI≥20)、病態(tài)(LHI<20)5個(gè)等級(jí)。

3 評(píng)價(jià)結(jié)果與分析

3.1 湖泊生態(tài)健康評(píng)價(jià)結(jié)果

松花湖位于第二松花江上游吉林市境內(nèi)，屬長(zhǎng)白植物區(qū)系，湖周植被種類繁多。國家及當(dāng)?shù)卣群笤谪S滿水庫庫區(qū)設(shè)立了多個(gè)自然保護(hù)地，進(jìn)一步保護(hù)了豐滿及上游梯級(jí)水庫建設(shè)形成的生態(tài)與景觀資源。從4個(gè)準(zhǔn)則層評(píng)價(jià)松花湖生態(tài)完整性。根據(jù)公式(1)，計(jì)算出5個(gè)湖泊分區(qū)的生態(tài)完整性賦分情況，詳見表3。

從水文水資源準(zhǔn)則層分析，松花湖水量充沛，現(xiàn)狀水文水資源條件良好，水庫運(yùn)行水位始終高于死水位，能滿足湖泊最低生態(tài)水位的要求。因此，該準(zhǔn)則層總體評(píng)價(jià)為健康狀態(tài)。

從湖濱帶結(jié)構(gòu)準(zhǔn)則層分析，松花湖湖岸線長(zhǎng)且曲折，部分湖岸為硬性砌護(hù)的堤壩，湖周森林覆蓋率高，但水庫消落帶內(nèi)植被稀少，上游湖濱帶農(nóng)業(yè)耕種現(xiàn)象較為普遍；受白山、紅石等水庫攔截及庫周植被涵養(yǎng)影響，豐滿水庫泥沙總淤積量相對(duì)較小，淤積量占水庫死庫容的9.1%；河湖連通狀況良好。因此，該準(zhǔn)則層總體評(píng)價(jià)為健康狀態(tài)。

從水質(zhì)狀況準(zhǔn)則層分析，經(jīng)多年治理，松花湖湖區(qū)水質(zhì)得到明顯改善，豐滿水庫大壩—紅石砬子段水質(zhì)為Ⅲ類，但在蛟河、輝發(fā)河等回水河段仍然存在水質(zhì)污染問題。松花湖共有排污口8個(gè)，主要分布在樺甸市境內(nèi)，廢污水入河量928.7萬t/a。經(jīng)評(píng)價(jià)，受湖周營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)輸入影響，松花湖處于輕度富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)。因此，該準(zhǔn)則層總體評(píng)價(jià)為健康狀態(tài)。

從水生生物準(zhǔn)則層分析，本次調(diào)查共采集魚類49種，其中新增調(diào)查記錄5種，均屬于本地魚類；漁獲物組成主要由鰱、鳙、鯉、鯽、魴、鯰、草魚等經(jīng)濟(jì)魚類組成；與歷史調(diào)查成果(56種)相比，魚類種類減少明顯；松花湖自然魚類資源已近枯竭，細(xì)鱗鮭、哲羅鮭等冷水性魚類在湖區(qū)基本絕跡，且魚類呈現(xiàn)小型化、低齡化現(xiàn)象。該準(zhǔn)則層總體評(píng)價(jià)為亞健康狀態(tài)。

表3 松花湖湖泊生態(tài)完整性賦分

從各分區(qū)來看，豐滿大壩—白石砬船站、白石砬船站—樺樹林子、樺樹林子—紅石砬子3個(gè)分區(qū)為豐滿水庫的主湖區(qū)，也是松花湖國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)和松花湖風(fēng)景名勝區(qū)的所在地，生態(tài)保護(hù)良好，均處于健康狀態(tài)；樺甸—輝發(fā)河河口、蛟河—蛟河河口兩個(gè)分區(qū)分別為豐滿水庫的輝發(fā)河、蛟河回水區(qū)間，受人類活動(dòng)影響，處于亞健康狀態(tài)。按各湖泊分區(qū)面積加權(quán)計(jì)算，最終計(jì)算出松花湖生態(tài)完整性賦分為64分，處于健康狀態(tài)。

3.2 湖泊健康壓力分析

(1)湖區(qū)水體富營(yíng)養(yǎng)化。湖周灘地的農(nóng)業(yè)耕種及上游水土流失，導(dǎo)致水體中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)累積，為松花湖水體富營(yíng)養(yǎng)化埋下了隱患。根據(jù)評(píng)價(jià)，2000—2002年松花湖處于輕度富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，2004—2005、2007—2009年處于中度富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，2013—2015年再次處于輕度富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)。湖區(qū)內(nèi)水體富營(yíng)養(yǎng)化及水質(zhì)變差主要是總氮和總磷含量過高而導(dǎo)致的。

(2)湖周自然植被退化，坡耕地開墾加劇了流域水土流失。松花湖湖周植被以森林植被占優(yōu)，農(nóng)田植被次之，灌叢及灌草叢植被面積所占比例最少。近40年來，受人類活動(dòng)影響，湖周自然植被有所減少，坡耕地增多，天然次生林穩(wěn)定性變差。在松花湖蛟河市和樺甸市部分區(qū)域內(nèi)毀林開荒等行為，導(dǎo)致局部自然植被破碎化較為嚴(yán)重，水土流失加劇。

(3)松花湖漁業(yè)生產(chǎn)對(duì)原有土著魚類種群產(chǎn)生影響。生境變遷、食物競(jìng)爭(zhēng)及生物脅迫等原因，導(dǎo)致湖區(qū)內(nèi)烏蘇里白鮭、哲羅鮭、細(xì)鱗鮭等冷水性魚類基本絕跡，蒙古紅鲌、翹嘴紅鲌等魚類也難見蹤影。同時(shí)松花湖的漁業(yè)生產(chǎn)中大規(guī)模投放外來魚種對(duì)原有土著魚類種群數(shù)量也產(chǎn)生了一定的影響，導(dǎo)致湖區(qū)魚類區(qū)系組成發(fā)生改變。

(4)旅游資源開發(fā)等人類活動(dòng)造成的環(huán)境破壞。松花湖為國家級(jí)風(fēng)景名勝區(qū)，豐富的景觀資源吸引了眾多游客，旅游開發(fā)給地方經(jīng)濟(jì)帶來巨大的效益，但在湖區(qū)建設(shè)的各類旅游設(shè)施和場(chǎng)所會(huì)對(duì)松花湖湖周土地、植被、景觀、動(dòng)植物資源等造成潛在影響，其污染物排放對(duì)松花湖水質(zhì)也形成潛在威脅，增加了區(qū)域環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)。

(5)湖周濕地資源遭到一定破壞。松花湖已建成蓄水70多年，形成了穩(wěn)定的湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)。根據(jù)松花湖湖周濕地調(diào)查結(jié)果，湖區(qū)屬典型人工濕地類型(以人工湖泊濕地為主，水田次之)，庫周洪泛濕地散布于庫周灘地，沼澤濕地及河流濕地?cái)?shù)量少、面積小，零星分布于庫區(qū)和入庫河流周圍。根據(jù)調(diào)查，庫周河漫灘洼地、零星濕地已多墾殖為農(nóng)田，人類活動(dòng)強(qiáng)烈。此外，在松花湖的湖灣、湖汊時(shí)有攔網(wǎng)養(yǎng)殖現(xiàn)象，對(duì)湖周濕地和湖區(qū)水體造成一定污染，威脅湖泊的生態(tài)健康。

4 結(jié) 語

松花湖是全國重要飲用水源地，為吉林省長(zhǎng)春、四平、吉林等中部城市群提供清潔水源。其湖區(qū)水文水資源、水質(zhì)狀況、湖濱帶結(jié)構(gòu)、水生生物影響了區(qū)域的供水安全和生態(tài)安全。盡管目前松花湖生態(tài)處于健康水平，但湖泊生態(tài)仍存在一定潛在威脅。為保障松花湖生態(tài)健康，應(yīng)開展多項(xiàng)治理措施，如推行湖周生態(tài)封禁、退耕還林還草等保護(hù)措施，恢復(fù)湖濱自然濕地；實(shí)行湖區(qū)魚類增殖放流，合理調(diào)整魚的種類；開展上游區(qū)小流域綜合治理，控制農(nóng)業(yè)面源污染；強(qiáng)化入湖排污口管理，嚴(yán)格控制入湖污染物總量；建立行業(yè)準(zhǔn)入制度，推行無污染綠色產(chǎn)業(yè)，嚴(yán)控旅游活動(dòng)范圍；實(shí)施“湖長(zhǎng)制”，推進(jìn)湖泊水生態(tài)文明建設(shè)。