松花湖生態健康評估

吳計生，呂 軍，劉洪超，魏春鳳，張 正

(松遼水環境科學研究所，吉林 長春 130021)

湖泊是水資源的重要載體，是江河水系、國土空間和生態系統的重要組成部分。維持湖泊健康，實現人水和諧，是我國新時期的治湖理念。湖泊健康評價也成為當前國內外湖泊科學研究的熱點之一。在湖泊生態系統健康評價方面，趙臻彥等[1]提出了生態系統健康指數法，并應用于意大利西西里湖泊群；劉永等[2]以滇池為例，創建了以湖泊外部指標、環境要素狀態指標和生態指標為主導的湖泊綜合健康指數；帥紅等[3]以洞庭湖各典型年的遙感影像、水質數據、社會經濟數據為基礎，評價了洞庭湖各湖區健康狀況的空間差異和典型年動態變化。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價工作，從理論和實踐方面進行了有益的探索。但綜合來看，目前國內外學者更多關注的是熱帶、亞熱帶地區的湖泊健康狀況，而對于北方深水湖泊健康評價的研究則較少。因此，本研究采用層次分析法，用水文水資源、湖濱帶結構、水質狀況及水生生物4個準則層構建基于生態完整性的湖泊健康評價指標體系，并以吉林省松花湖為研究對象進行湖泊健康評價，分析湖泊承受的健康壓力，以期為促進湖泊系統治理與自然修復、實施湖長制“一河一策”策略提供科學依據。

1 研究區概況

松花湖是豐滿水電站建成后所形成的一個山間水庫，又名“豐滿水庫”，是東北地區最大的人工湖泊。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158.8 km；湖水主要來自松花江、輝發河、木箕河、漂河、蛟河、石槽河等。

2 數據來源和研究方法

2.1 研究數據

本研究所用水文數據主要來源于松花湖環湖豐滿、紅石、五道溝、橫道子、蛟河等主要水文站(1956—2013年)監測數據；水質數據來自湖周豐滿、蛟河、樺甸等5處常規水質監測站(2015年)，以及豐滿屯、庫中、紅石砬子等17處補充水質監測斷面監測數據；Landsat TM影像來自中國科學院遙感衛星地面接收站，時相分別為1978年10月和2015年10月；水生生物數據來自各水生生物監測點2015年春、秋兩季相關調查監測數據。

2.2 研究方法

2.2.1 湖泊分區方案

根據松花湖及周邊地區河流地貌形態、水文及水力學狀況、水生生物特征，以及流域經濟社會發展特征，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—輝發河河口等5個湖泊分區，對每一分區確定相應的水質、水文、水生生物及湖濱帶監測點(表1)。

表1 松花湖湖泊分區及監測布點

2.2.2 評價指標體系

湖泊健康表現為湖泊生態系統結構與功能的健康。從眾多表征湖泊生態系統特征的指標中，選取代表性強、易獲取且易量化的指標，構建了基于生態系統完整性的松花湖湖泊健康評價指標體系。各指標標準權重見表2。

2.2.3 評價方法

(1)健康指標評價方法。本次湖泊健康評價，針對不同指標綜合使用模型推算法、歷史狀態法、參考點位法、專家判斷法、國家相關標準方法等方法。其中，水文水資源準則層主要采用水文模型推算法評價，水質狀況準則層采用國家相關標準評價，湖濱帶結構、水生生物準則層采用的是歷史狀態法、參考點位法和專家判斷法開展相關指標計算與評價。

(2)湖泊生態健康指數。從湖泊生態屬性考慮，基于生態完整性的湖泊健康評價是從湖泊水文水資源、湖濱帶結構、水質狀況和水生生物等準則層對湖泊生態系統結構和功能進行綜合評價，計算公式為

(1)

式中：LHI為湖泊生態健康指數；LHIi為第i項分指標賦分；Wi為第i項分指標的權重，由專家打分后通過層次分析法計算得到。

表2 松花湖湖泊健康評價指標體系

根據松花湖流域現狀特征，在咨詢專家的基礎上，確定松花湖湖泊生態健康指數劃分為很健康(LHI≥80)、健康(80>LHI≥60)、亞健康(60>LHI≥40)、不健康(40>LHI≥20)、病態(LHI<20)5個等級。

3 評價結果與分析

3.1 湖泊生態健康評價結果

松花湖位于第二松花江上游吉林市境內，屬長白植物區系，湖周植被種類繁多。國家及當地政府先后在豐滿水庫庫區設立了多個自然保護地，進一步保護了豐滿及上游梯級水庫建設形成的生態與景觀資源。從4個準則層評價松花湖生態完整性。根據公式(1)，計算出5個湖泊分區的生態完整性賦分情況，詳見表3。

從水文水資源準則層分析，松花湖水量充沛，現狀水文水資源條件良好，水庫運行水位始終高于死水位，能滿足湖泊最低生態水位的要求。因此，該準則層總體評價為健康狀態。

從湖濱帶結構準則層分析，松花湖湖岸線長且曲折，部分湖岸為硬性砌護的堤壩，湖周森林覆蓋率高，但水庫消落帶內植被稀少，上游湖濱帶農業耕種現象較為普遍；受白山、紅石等水庫攔截及庫周植被涵養影響，豐滿水庫泥沙總淤積量相對較小，淤積量占水庫死庫容的9.1%；河湖連通狀況良好。因此，該準則層總體評價為健康狀態。

從水質狀況準則層分析，經多年治理，松花湖湖區水質得到明顯改善，豐滿水庫大壩—紅石砬子段水質為Ⅲ類，但在蛟河、輝發河等回水河段仍然存在水質污染問題。松花湖共有排污口8個，主要分布在樺甸市境內，廢污水入河量928.7萬t/a。經評價，受湖周營養物質輸入影響，松花湖處于輕度富營養狀態。因此，該準則層總體評價為健康狀態。

從水生生物準則層分析，本次調查共采集魚類49種，其中新增調查記錄5種，均屬于本地魚類；漁獲物組成主要由鰱、鳙、鯉、鯽、魴、鯰、草魚等經濟魚類組成；與歷史調查成果(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，細鱗鮭、哲羅鮭等冷水性魚類在湖區基本絕跡，且魚類呈現小型化、低齡化現象。該準則層總體評價為亞健康狀態。

表3 松花湖湖泊生態完整性賦分

從各分區來看，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個分區為豐滿水庫的主湖區，也是松花湖國家級自然保護區和松花湖風景名勝區的所在地，生態保護良好，均處于健康狀態；樺甸—輝發河河口、蛟河—蛟河河口兩個分區分別為豐滿水庫的輝發河、蛟河回水區間，受人類活動影響，處于亞健康狀態。按各湖泊分區面積加權計算，最終計算出松花湖生態完整性賦分為64分，處于健康狀態。

3.2 湖泊健康壓力分析

(1)湖區水體富營養化。湖周灘地的農業耕種及上游水土流失，導致水體中營養物質累積，為松花湖水體富營養化埋下了隱患。根據評價，2000—2002年松花湖處于輕度富營養狀態，2004—2005、2007—2009年處于中度富營養狀態，2013—2015年再次處于輕度富營養狀態。湖區內水體富營養化及水質變差主要是總氮和總磷含量過高而導致的。

(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，農田植被次之，灌叢及灌草叢植被面積所占比例最少。近40年來，受人類活動影響，湖周自然植被有所減少，坡耕地增多，天然次生林穩定性變差。在松花湖蛟河市和樺甸市部分區域內毀林開荒等行為，導致局部自然植被破碎化較為嚴重，水土流失加劇。

(3)松花湖漁業生產對原有土著魚類種群產生影響。生境變遷、食物競爭及生物脅迫等原因，導致湖區內烏蘇里白鮭、哲羅鮭、細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。同時松花湖的漁業生產中大規模投放外來魚種對原有土著魚類種群數量也產生了一定的影響，導致湖區魚類區系組成發生改變。

(4)旅游資源開發等人類活動造成的環境破壞。松花湖為國家級風景名勝區，豐富的景觀資源吸引了眾多游客，旅游開發給地方經濟帶來巨大的效益，但在湖區建設的各類旅游設施和場所會對松花湖湖周土地、植被、景觀、動植物資源等造成潛在影響，其污染物排放對松花湖水質也形成潛在威脅，增加了區域環境污染的風險。

(5)湖周濕地資源遭到一定破壞。松花湖已建成蓄水70多年，形成了穩定的湖泊濕地生態系統。根據松花湖湖周濕地調查結果，湖區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數量少、面積小，零星分布于庫區和入庫河流周圍。根據調查，庫周河漫灘洼地、零星濕地已多墾殖為農田，人類活動強烈。此外，在松花湖的湖灣、湖汊時有攔網養殖現象，對湖周濕地和湖區水體造成一定污染，威脅湖泊的生態健康。

4 結 語

松花湖是全國重要飲用水源地，為吉林省長春、四平、吉林等中部城市群提供清潔水源。其湖區水文水資源、水質狀況、湖濱帶結構、水生生物影響了區域的供水安全和生態安全。盡管目前松花湖生態處于健康水平，但湖泊生態仍存在一定潛在威脅。為保障松花湖生態健康，應開展多項治理措施，如推行湖周生態封禁、退耕還林還草等保護措施，恢復湖濱自然濕地；實行湖區魚類增殖放流，合理調整魚的種類；開展上游區小流域綜合治理，控制農業面源污染；強化入湖排污口管理，嚴格控制入湖污染物總量；建立行業準入制度，推行無污染綠色產業，嚴控旅游活動范圍；實施“湖長制”，推進湖泊水生態文明建設。