松花湖生态健康评估

吴计生，吕 军，刘洪超，魏春凤，张 正

(松辽水环境科学研究所，吉林 长春 130021)

湖泊是水资源的重要载体，是江河水系、国土空间和生态系统的重要组成部分。维持湖泊健康，实现人水和谐，是我国新时期的治湖理念。湖泊健康评价也成为当前国内外湖泊科学研究的热点之一。在湖泊生态系统健康评价方面，赵臻彦等[1]提出了生态系统健康指数法，并应用于意大利西西里湖泊群；刘永等[2]以滇池为例，创建了以湖泊外部指标、环境要素状态指标和生态指标为主导的湖泊综合健康指数；帅红等[3]以洞庭湖各典型年的遥感影像、水质数据、社会经济数据为基础，评价了洞庭湖各湖区健康状况的空间差异和典型年动态变化。此外，程南宁等[4-7]分别在太湖、南四湖、洪泽湖等湖泊开展了健康评价工作，从理论和实践方面进行了有益的探索。但综合来看，目前国内外学者更多关注的是热带、亚热带地区的湖泊健康状况，而对于北方深水湖泊健康评价的研究则较少。因此，本研究采用层次分析法，用水文水资源、湖滨带结构、水质状况及水生生物4个准则层构建基于生态完整性的湖泊健康评价指标体系，并以吉林省松花湖为研究对象进行湖泊健康评价，分析湖泊承受的健康压力，以期为促进湖泊系统治理与自然修复、实施湖长制“一河一策”策略提供科学依据。

1 研究区概况

松花湖是丰满水电站建成后所形成的一个山间水库，又名“丰满水库”，是东北地区最大的人工湖泊。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，上游距红石水电站约155 km，下游距松花江入河口约355 km。松花湖始建于1937年，正常库容88.49亿m3，湖面面积425 km2，最大蓄水量108亿m3；其形状似松花，平均水深30～40 m，最深处77.5 m，回水全长158.8 km；湖水主要来自松花江、辉发河、木箕河、漂河、蛟河、石槽河等。

2 数据来源和研究方法

2.1 研究数据

本研究所用水文数据主要来源于松花湖环湖丰满、红石、五道沟、横道子、蛟河等主要水文站(1956—2013年)监测数据；水质数据来自湖周丰满、蛟河、桦甸等5处常规水质监测站(2015年)，以及丰满屯、库中、红石砬子等17处补充水质监测断面监测数据；Landsat TM影像来自中国科学院遥感卫星地面接收站，时相分别为1978年10月和2015年10月；水生生物数据来自各水生生物监测点2015年春、秋两季相关调查监测数据。

2.2 研究方法

2.2.1 湖泊分区方案

根据松花湖及周边地区河流地貌形态、水文及水力学状况、水生生物特征，以及流域经济社会发展特征，将松花湖划分为丰满大坝—白石砬船站、白石砬船站—桦树林子、桦树林子—红石砬子、蛟河—蛟河河口、桦甸—辉发河河口等5个湖泊分区，对每一分区确定相应的水质、水文、水生生物及湖滨带监测点(表1)。

表1 松花湖湖泊分区及监测布点

2.2.2 评价指标体系

湖泊健康表现为湖泊生态系统结构与功能的健康。从众多表征湖泊生态系统特征的指标中，选取代表性强、易获取且易量化的指标，构建了基于生态系统完整性的松花湖湖泊健康评价指标体系。各指标标准权重见表2。

2.2.3 评价方法

(1)健康指标评价方法。本次湖泊健康评价，针对不同指标综合使用模型推算法、历史状态法、参考点位法、专家判断法、国家相关标准方法等方法。其中，水文水资源准则层主要采用水文模型推算法评价，水质状况准则层采用国家相关标准评价，湖滨带结构、水生生物准则层采用的是历史状态法、参考点位法和专家判断法开展相关指标计算与评价。

(2)湖泊生态健康指数。从湖泊生态属性考虑，基于生态完整性的湖泊健康评价是从湖泊水文水资源、湖滨带结构、水质状况和水生生物等准则层对湖泊生态系统结构和功能进行综合评价，计算公式为

(1)

式中：LHI为湖泊生态健康指数；LHIi为第i项分指标赋分；Wi为第i项分指标的权重，由专家打分后通过层次分析法计算得到。

表2 松花湖湖泊健康评价指标体系

根据松花湖流域现状特征，在咨询专家的基础上，确定松花湖湖泊生态健康指数划分为很健康(LHI≥80)、健康(80>LHI≥60)、亚健康(60>LHI≥40)、不健康(40>LHI≥20)、病态(LHI<20)5个等级。

3 评价结果与分析

3.1 湖泊生态健康评价结果

松花湖位于第二松花江上游吉林市境内，属长白植物区系，湖周植被种类繁多。国家及当地政府先后在丰满水库库区设立了多个自然保护地，进一步保护了丰满及上游梯级水库建设形成的生态与景观资源。从4个准则层评价松花湖生态完整性。根据公式(1)，计算出5个湖泊分区的生态完整性赋分情况，详见表3。

从水文水资源准则层分析，松花湖水量充沛，现状水文水资源条件良好，水库运行水位始终高于死水位，能满足湖泊最低生态水位的要求。因此，该准则层总体评价为健康状态。

从湖滨带结构准则层分析，松花湖湖岸线长且曲折，部分湖岸为硬性砌护的堤坝，湖周森林覆盖率高，但水库消落带内植被稀少，上游湖滨带农业耕种现象较为普遍；受白山、红石等水库拦截及库周植被涵养影响，丰满水库泥沙总淤积量相对较小，淤积量占水库死库容的9.1%；河湖连通状况良好。因此，该准则层总体评价为健康状态。

从水质状况准则层分析，经多年治理，松花湖湖区水质得到明显改善，丰满水库大坝—红石砬子段水质为Ⅲ类，但在蛟河、辉发河等回水河段仍然存在水质污染问题。松花湖共有排污口8个，主要分布在桦甸市境内，废污水入河量928.7万t/a。经评价，受湖周营养物质输入影响，松花湖处于轻度富营养状态。因此，该准则层总体评价为健康状态。

从水生生物准则层分析，本次调查共采集鱼类49种，其中新增调查记录5种，均属于本地鱼类；渔获物组成主要由鲢、鳙、鲤、鲫、鲂、鲶、草鱼等经济鱼类组成；与历史调查成果(56种)相比，鱼类种类减少明显；松花湖自然鱼类资源已近枯竭，细鳞鲑、哲罗鲑等冷水性鱼类在湖区基本绝迹，且鱼类呈现小型化、低龄化现象。该准则层总体评价为亚健康状态。

表3 松花湖湖泊生态完整性赋分

从各分区来看，丰满大坝—白石砬船站、白石砬船站—桦树林子、桦树林子—红石砬子3个分区为丰满水库的主湖区，也是松花湖国家级自然保护区和松花湖风景名胜区的所在地，生态保护良好，均处于健康状态；桦甸—辉发河河口、蛟河—蛟河河口两个分区分别为丰满水库的辉发河、蛟河回水区间，受人类活动影响，处于亚健康状态。按各湖泊分区面积加权计算，最终计算出松花湖生态完整性赋分为64分，处于健康状态。

3.2 湖泊健康压力分析

(1)湖区水体富营养化。湖周滩地的农业耕种及上游水土流失，导致水体中营养物质累积，为松花湖水体富营养化埋下了隐患。根据评价，2000—2002年松花湖处于轻度富营养状态，2004—2005、2007—2009年处于中度富营养状态，2013—2015年再次处于轻度富营养状态。湖区内水体富营养化及水质变差主要是总氮和总磷含量过高而导致的。

(2)湖周自然植被退化，坡耕地开垦加剧了流域水土流失。松花湖湖周植被以森林植被占优，农田植被次之，灌丛及灌草丛植被面积所占比例最少。近40年来，受人类活动影响，湖周自然植被有所减少，坡耕地增多，天然次生林稳定性变差。在松花湖蛟河市和桦甸市部分区域内毁林开荒等行为，导致局部自然植被破碎化较为严重，水土流失加剧。

(3)松花湖渔业生产对原有土著鱼类种群产生影响。生境变迁、食物竞争及生物胁迫等原因，导致湖区内乌苏里白鲑、哲罗鲑、细鳞鲑等冷水性鱼类基本绝迹，蒙古红鲌、翘嘴红鲌等鱼类也难见踪影。同时松花湖的渔业生产中大规模投放外来鱼种对原有土著鱼类种群数量也产生了一定的影响，导致湖区鱼类区系组成发生改变。

(4)旅游资源开发等人类活动造成的环境破坏。松花湖为国家级风景名胜区，丰富的景观资源吸引了众多游客，旅游开发给地方经济带来巨大的效益，但在湖区建设的各类旅游设施和场所会对松花湖湖周土地、植被、景观、动植物资源等造成潜在影响，其污染物排放对松花湖水质也形成潜在威胁，增加了区域环境污染的风险。

(5)湖周湿地资源遭到一定破坏。松花湖已建成蓄水70多年，形成了稳定的湖泊湿地生态系统。根据松花湖湖周湿地调查结果，湖区属典型人工湿地类型(以人工湖泊湿地为主，水田次之)，库周洪泛湿地散布于库周滩地，沼泽湿地及河流湿地数量少、面积小，零星分布于库区和入库河流周围。根据调查，库周河漫滩洼地、零星湿地已多垦殖为农田，人类活动强烈。此外，在松花湖的湖湾、湖汊时有拦网养殖现象，对湖周湿地和湖区水体造成一定污染，威胁湖泊的生态健康。

4 结 语

松花湖是全国重要饮用水源地，为吉林省长春、四平、吉林等中部城市群提供清洁水源。其湖区水文水资源、水质状况、湖滨带结构、水生生物影响了区域的供水安全和生态安全。尽管目前松花湖生态处于健康水平，但湖泊生态仍存在一定潜在威胁。为保障松花湖生态健康，应开展多项治理措施，如推行湖周生态封禁、退耕还林还草等保护措施，恢复湖滨自然湿地；实行湖区鱼类增殖放流，合理调整鱼的种类；开展上游区小流域综合治理，控制农业面源污染；强化入湖排污口管理，严格控制入湖污染物总量；建立行业准入制度，推行无污染绿色产业，严控旅游活动范围；实施“湖长制”，推进湖泊水生态文明建设。