湖泊水生态功能分区研究

湖泊水生态功能分区研究

1 引言

湖泊流域是维系人类文明的重要淡水生境，主要由入湖河流、湖体和集水区内陆地生态系统组成，多重的栖息地环境为人类的生存和发展提供了淡水、矿产等丰富的资源，同时是流域物种多样性、气候调节、水土保持和污染控制的根本保证.我国湖泊总面积约 1200×104 hm2，占国土面积 0.8%，湖泊水质直接影响着我国整体水质状况，随着社会经济的飞速发展，城市化进程加快、工农业以及生活废水随意排放，致使湖泊水体遭受严重污染(孟平和马涛，2015).有效解决流域水环境和水质量的关键是要建立完整稳定的水生态系统，提高河道自身的净化能力(高永年和高俊峰，2010)，对不同的生态环境问题提出不同的相应解决对策，而水生态系统结构是水生态系统完整性的基础，也是区分不同区域生境特征与功能差异的重要指标，因此选用水生态系统结构特征指标作为湖泊流域水生态功能三级分区指标，可以更加准确精细地区分流域不同区域的特征，便于更有效的管理.

水生态功能分区就是基于水生态系统的区域差异，以流域内不同尺度的水生态系统及其影响因素为研究对象，是流域水质目标管理的空间单元，是确定流域水环境基准、标准和总量控制及评价的基础(孙然好等，2013;王俭等，2013;马溪平等，2010)，也是实现流域水环境“分区、分类、分级、分期”管理目标的基础(孟伟等，2011).其最早由加拿大森林学家Orie Loucks在1962年提出，即具有相似生态系统或期待发挥相似生态功能的陆地及水域(Marshall et al., 1987).1980年代中期，美国环境保护署(USEPA)确立，水生态区就是具有相对同质的淡水生态系统或生物体，及其与环境相关的土地单元.基于土壤、自然植被、地形和土地利用4个区域性特征指标，对水生态区进行了区划(Omernik，1987)，以指导流域管理.随后世界各国根据本国国情逐渐开展淡水生态分区，例如：2000年欧盟水框架指令(WFD)首次发布了与管理政策相关的欧洲水生态区总体方案;2001年Unmack提出了澳大利亚“淡水鱼类生态地理省区划”(Unmack，2001)等等.

我国对水生态功能分区的研究，以孟伟等提出建立我国水生态分区体系为起点，对水生态类型和分区理论和方法，进行了一系列的研究和实践(孟伟等， 2007，2013).2008年启动的有关流域水生态功能分区的研究课题，是“国家水体污染控制与治理科技重大专项”中的重要内容，并取得了初步的成果，为今后进一步研究综合流域管理奠定了基础.

目前流域水生态功能分区的研究，主要集中在以区分自然因素与人类活动为目的的大中尺度分区.这些工作主要集中在辽河(孟伟等，2007;李法云等，2012;刘素平，2011)、海河(孙然好等，2013)、太子河(张楠等，2013)以及太湖(高永年和高俊峰，2010)等流域，建立的分区指标主要是反映水生态系统的自然背景空间异质性，如地貌、气候、植被、水文、土地利用等因子，这些工作为国家流域的水生态功能分区研究奠定了基础，同时为流域的管理提供了技术框架与指导.随着国家对水系管理的深化和细化，需要对各流域内不同区域的水生态系统特征和功能进行识别、区分，对不同功能区进行分类，为制定流域生态系统管理目标，提供基础技术支持.

对于以区分水生态系统结构和功能特征差异为目的的分区研究，有研究者针对辽河流域进行了研究和实践(刘素平，2011;龚磊等，2012;万峻等，2013)，研究基于水体生态过程特征如水生生物种群结构、水生生境特征等建立了分区指标体系(刘素平，2011).对于该尺度的湖泊流域水生态功能分区，有高永年等(高永年等，2012)在太湖流域进行了研究和实践.研究以太湖流域为

对象，针对流域水生态系统的层次结构特征和管理需求，以体现太湖流域水生态功能空间差异的目的进行了三级分区，虽然分区指标考虑到了太湖流域特点以及水生态系统结构特征，如叶绿素含量、底栖动物多样性指数、水生境类别、水体流速等，但只是部分反映了湖泊水生态系统结构特征，缺少基本的河道特征、化学指标等.而且分区指标中，生物指标占比重偏大，对于污染程度较高，水生态系统破坏较高的湖泊，不具有适用性.因此，对于高原浅水且生态系统退化比较严重的湖泊，如滇池，需要针对该类湖泊流域特征，研究其水生态功能三级分区指标体系，并通过具体实践校验其方法的科学性与可行性.

因此，本文拟以滇池流域为例，在前期一二级分区基础上(高喆等，2015)，研究滇池湖泊流域的水生态功能三级分区理论和方法，为占我国湖泊面积1.3%(于洋等，2010)的高原湖泊水生态管理，提供技术支持.

2 滇池流域概况与一二级分区结果

滇池流域位于云贵高原中部，为南北长、东西窄的湖盆地，地处长江、红河、珠江三大水系分水岭地带，西有横断山脉，东临滇东高原，北临乌蒙山、梁王山，介于北纬24°29′～25°28′，东经102°29′～103°01′之间，总面积为2920 km2.滇池属于长江流域金沙江水系，为断陷构造湖泊，湖面面积约为300 km2，是云贵高原湖面最大的淡水湖泊.入滇池水系有12个，主要入湖河流29条，呈向心状流入滇池，只有西园隧道一个出水口，是典型高原湖泊.滇池自1996 年修建了船闸后就被分割为既相互联系，又几乎互不交换的草海、外海两部分.

在本研究组的前期工作中(高喆等，2015)，滇池流域已划分为5个一级与10个二级水生态功能区(图 1).一级功能区，主要表示了流域不同区域的自然地理差异，从气象、水文、地形、土壤植被4个方面来考虑区划指标的选择，选取多年年均降水量、多年年均干燥度、高程、坡度、土壤类型、植被覆盖指数(NDVI)、河网密度、湖库率作为一级分区的备选指标.对备选指标进行相关性分析和空间异质性分析，最终确定滇池流域水生态功能一级分区指标，即平均高程、湖库率、植被覆盖指数(NDVI).二级功能区在自然因素差异的基础上，主要表述了人类干扰活动差异，考虑土地利用方式和社会经济条件，反映人类活动的影响，选取农田百分比、农村城市建设用地百分比、人口密度、单位土地GDP作为二级分区的备选指标.对备选指标进行相关性分析和空间异质性分析，最终确定滇池流域水生态功能二级分区指标为农田百分比、农村城市建设用地百分比、人口密度.一、二级水生态功能分区是大、中尺度范围的分区(唐涛和蔡庆华，2010)，主要从驱动因子考虑;三级功能区则是更精细化的较小尺度分区，主要从水生态系统结构的表征因子出发，区分不同区域间的生境差异.滇池流域水生态功能一级到三级的分区定位从生态区到生态亚区再到生态子区，区域范围逐渐缩小，区域功能更加具体明晰，特别是二级分区到三级分区完成了分区因子从单纯的陆域驱动因素到水体表征因素的过渡，实现了分区水陆完整性的综合考量，便于更精细化地管理.

图1 滇池流域水生态功能一级与二级分区图

3 数据与方法

3.1 分区目的与原则

水生态功能分区的基本目的是揭示流域水生态系统的层次结构与空间特征差异，为水生态系统差别化管理和水质目标管理提供支撑，进而为实现流域水生态健康服务(高永年等，2012).滇池流域水生态功能三级分区，以反映流域水生态系统功能空间差异性为目的，通过水生态系统的结构差异性反应其功能的差异性.三级分区在二级分区的基础上进行进一步细化，同时考虑到陆地与水体生态系统结构特征的差异性，对滇池流域陆域与湖体分别进行分区，并以水生态系统结构的完整性为基础.

因此，滇池流域水生态功能三级分区主要应遵循以下原则：

(1)分区基本单元细化到支流;

(2)源汇分开：陆域与湖体针对各自特点采用不同的分区指标体系;