水生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特征的功能分區(qū)范文

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摘要:

水生態(tài)功能分區(qū)的目的是為了實(shí)現(xiàn)中國(guó)流域的“分區(qū)、分類、分級(jí)、分期”管理的精細(xì)管理理念，而水生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是水生態(tài)系統(tǒng)完整性的基礎(chǔ)，也是區(qū)分不同區(qū)域生境特征與功能差異的重要指標(biāo)．因此，為了實(shí)現(xiàn)更精細(xì)化的湖泊流域管理，在滇池流域完成水生態(tài)功能二級(jí)分區(qū)基礎(chǔ)上，基于水生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特征進(jìn)一步對(duì)滇池流域進(jìn)行三級(jí)區(qū)劃，進(jìn)而反映流域水生態(tài)功能的空間異質(zhì)性．以反映水生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的物理、化學(xué)與生物特征為依據(jù)，分別構(gòu)建了滇池流域陸域與湖體的三級(jí)分區(qū)指標(biāo)體系;通過(guò)對(duì)三級(jí)分區(qū)單元指標(biāo)綜合值進(jìn)行聚類分級(jí)，最終將滇池流域的水生態(tài)功能三級(jí)分區(qū)劃分為20個(gè)陸域區(qū)和4個(gè)湖體區(qū)，并利用底棲與藻類的生物數(shù)據(jù)對(duì)分區(qū)進(jìn)行合理性評(píng)價(jià)．最后基于生態(tài)服務(wù)功能理論，結(jié)合滇池流域自身特點(diǎn)與管理需求，將滇池流域三級(jí)分區(qū)定義為不同的水生態(tài)功能類型．通過(guò)對(duì)滇池流域水生態(tài)功能三級(jí)分區(qū)的劃分以及主體功能的確定，不僅為滇池流域水生態(tài)健康管理構(gòu)建了空間管理單元，而且為湖泊水生態(tài)功能分區(qū)的研究提供了案例．

關(guān)鍵詞:

滇池流域;水生態(tài)功能;三級(jí)分區(qū);水生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu);主體功能

1引言

湖泊流域是維系人類文明的重要淡水生境(何興元，2004)，主要由入湖河流、湖體和集水區(qū)內(nèi)陸地生態(tài)系統(tǒng)組成，多重的棲息地環(huán)境為人類的生存和發(fā)展提供了淡水、礦產(chǎn)等豐富的資源，同時(shí)是流域物種多樣性、氣候調(diào)節(jié)、水土保持和污染控制的根本保證．我國(guó)湖泊總面積約1200×104hm2，占國(guó)土面積0．8%，湖泊水質(zhì)直接影響著我國(guó)整體水質(zhì)狀況，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，城市化進(jìn)程加快、工農(nóng)業(yè)以及生活廢水隨意排放，致使湖泊水體遭受嚴(yán)重污染(孟平和馬濤，2015)．有效解決流域水環(huán)境和水質(zhì)量的關(guān)鍵是要建立完整穩(wěn)定的水生態(tài)系統(tǒng)，提高河道自身的凈化能力(高永年和高俊峰，2010)，對(duì)不同的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題提出不同的相應(yīng)解決對(duì)策，而水生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是水生態(tài)系統(tǒng)完整性的基礎(chǔ)，也是區(qū)分不同區(qū)域生境特征與功能差異的重要指標(biāo)，因此選用水生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特征指標(biāo)作為湖泊流域水生態(tài)功能三級(jí)分區(qū)指標(biāo)，可以更加準(zhǔn)確精細(xì)地區(qū)分流域不同區(qū)域的特征，便于更有效的管理．水生態(tài)功能分區(qū)就是基于水生態(tài)系統(tǒng)的區(qū)域差異，以流域內(nèi)不同尺度的水生態(tài)系統(tǒng)及其影響因素為研究對(duì)象，是流域水質(zhì)目標(biāo)管理的空間單元，是確定流域水環(huán)境基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)和總量控制及評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)(孫然好等，2013;王儉等，2013;馬溪平等，2010)，也是實(shí)現(xiàn)流域水環(huán)境“分區(qū)、分類、分級(jí)、分期”管理目標(biāo)的基礎(chǔ)(孟偉等，2011)．其最早由加拿大森林學(xué)家OrieLoucks在1962年提出，即具有相似生態(tài)系統(tǒng)或期待發(fā)揮相似生態(tài)功能的陸地及水域．

1980年代中期，美國(guó)環(huán)境保護(hù)署(PA)確立，水生態(tài)區(qū)就是具有相對(duì)同質(zhì)的淡水生態(tài)系統(tǒng)或生物體，及其與環(huán)境相關(guān)的土地單元．基于土壤、自然植被、地形和土地利用4個(gè)區(qū)域性特征指標(biāo)，對(duì)水生態(tài)區(qū)進(jìn)行了區(qū)劃(Omernik，1987)，以指導(dǎo)流域管理．隨后世界各國(guó)根據(jù)本國(guó)國(guó)情逐漸開(kāi)展淡水生態(tài)分區(qū)，例如:2000年歐盟水框架指令(WFD)首次了與管理政策相關(guān)的歐洲水生態(tài)區(qū)總體方案;2001年Unmack提出了澳大利亞“淡水魚(yú)類生態(tài)地理省區(qū)劃”(Unmack，2001)等等．我國(guó)對(duì)水生態(tài)功能分區(qū)的研究，以孟偉等提出建立我國(guó)水生態(tài)分區(qū)體系為起點(diǎn)，對(duì)水生態(tài)類型和分區(qū)理論和方法，進(jìn)行了一系列的研究和實(shí)踐(孟偉等，2007，2013)．2008年啟動(dòng)的有關(guān)流域水生態(tài)功能分區(qū)的研究課題，是“國(guó)家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)”中的重要內(nèi)容，并取得了初步的成果，為今后進(jìn)一步研究綜合流域管理奠定了基礎(chǔ)．目前流域水生態(tài)功能分區(qū)的研究，主要集中在以區(qū)分自然因素與人類活動(dòng)為目的的大中尺度分區(qū)．這些工作主要集中在遼河(孟偉等，2007;李法云等，2012;劉素平，2011)、海河(孫然好等，2013)、太子河(張楠等，2013)以及太湖(高永年和高俊峰，2010)等流域，建立的分區(qū)指標(biāo)主要是反映水生態(tài)系統(tǒng)的自然背景空間異質(zhì)性，如地貌、氣候、植被、水文、土地利用等因子，這些工作為國(guó)家流域的水生態(tài)功能分區(qū)研究奠定了基礎(chǔ)，同時(shí)為流域的管理提供了技術(shù)框架與指導(dǎo)．隨著國(guó)家對(duì)水系管理的深化和細(xì)化，需要對(duì)各流域內(nèi)不同區(qū)域的水生態(tài)系統(tǒng)特征和功能進(jìn)行識(shí)別、區(qū)分，對(duì)不同功能區(qū)進(jìn)行分類，為制定流域生態(tài)系統(tǒng)管理目標(biāo)，提供基礎(chǔ)技術(shù)支持．

對(duì)于以區(qū)分水生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能特征差異為目的的分區(qū)研究，有研究者針對(duì)遼河流域進(jìn)行了研究和實(shí)踐(劉素平，2011;龔磊等，2012;萬(wàn)峻等，2013)，研究基于水體生態(tài)過(guò)程特征如水生生物種群結(jié)構(gòu)、水生生境特征等建立了分區(qū)指標(biāo)體系(劉素平，2011)．對(duì)于該尺度的湖泊流域水生態(tài)功能分區(qū)，有高永年等(高永年等，2012)在太湖流域進(jìn)行了研究和實(shí)踐．研究以太湖流域?yàn)閷?duì)象，針對(duì)流域水生態(tài)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)特征和管理需求，以體現(xiàn)太湖流域水生態(tài)功能空間差異的目的進(jìn)行了三級(jí)分區(qū)，雖然分區(qū)指標(biāo)考慮到了太湖流域特點(diǎn)以及水生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特征，如葉綠素含量、底棲動(dòng)物多樣性指數(shù)、水生境類別、水體流速等，但只是部分反映了湖泊水生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特征，缺少基本的河道特征、化學(xué)指標(biāo)等．而且分區(qū)指標(biāo)中，生物指標(biāo)占比重偏大，對(duì)于污染程度較高，水生態(tài)系統(tǒng)破壞較高的湖泊，不具有適用性．因此，對(duì)于高原淺水且生態(tài)系統(tǒng)退化比較嚴(yán)重的湖泊，如滇池，需要針對(duì)該類湖泊流域特征，研究其水生態(tài)功能三級(jí)分區(qū)指標(biāo)體系，并通過(guò)具體實(shí)踐校驗(yàn)其方法的科學(xué)性與可行性．因此，本文擬以滇池流域?yàn)槔谇捌谝欢?jí)分區(qū)基礎(chǔ)上(高喆等，2015)，研究滇池湖泊流域的水生態(tài)功能三級(jí)分區(qū)理論和方法，為占我國(guó)湖泊面積1．3%(于洋等，2010)的高原湖泊水生態(tài)管理，提供技術(shù)支持．

2滇池流域概況與一二級(jí)分區(qū)結(jié)果

滇池流域位于云貴高原中部，為南北長(zhǎng)、東西窄的湖盆地，地處長(zhǎng)江、紅河、珠江三大水系分水嶺地帶，西有橫斷山脈，東臨滇東高原，北臨烏蒙山、梁王山，介于北緯24°29'～25°28'，東經(jīng)102°29'～103°01'之間，總面積為2920km2．滇池屬于長(zhǎng)江流域金沙江水系，為斷陷構(gòu)造湖泊，湖面面積約為300km2，是云貴高原湖面最大的淡水湖泊．入滇池水系有12個(gè)，主要入湖河流29條，呈向心狀流入滇池，只有西園隧道一個(gè)出水口，是典型高原湖泊．滇池自1996年修建了船閘后就被分割為既相互聯(lián)系，又幾乎互不交換的草海、外海兩部分．在本研究組的前期工作中(高喆等，2015)，滇池流域已劃分為5個(gè)一級(jí)與10個(gè)二級(jí)水生態(tài)功能區(qū)(圖1)．一級(jí)功能區(qū)，主要表示了流域不同區(qū)域的自然地理差異，從氣象、水文、地形、土壤植被4個(gè)方面來(lái)考慮區(qū)劃指標(biāo)的選擇，選取多年年均降水量、多年年均干燥度、高程、坡度、土壤類型、植被覆蓋指數(shù)(NDVI)、河網(wǎng)密度、湖庫(kù)率作為一級(jí)分區(qū)的備選指標(biāo)．對(duì)備選指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析和空間異質(zhì)性分析，最終確定滇池流域水生態(tài)功能一級(jí)分區(qū)指標(biāo)，即平均高程、湖庫(kù)率、植被覆蓋指數(shù)(NDVI)．二級(jí)功能區(qū)在自然因素差異的基礎(chǔ)上，主要表述了人類干擾活動(dòng)差異，考慮土地利用方式和社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件，反映人類活動(dòng)的影響，選取農(nóng)田百分比、農(nóng)村城市建設(shè)用地百分比、人口密度、單位土地GDP作為二級(jí)分區(qū)的備選指標(biāo)．對(duì)備選指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析和空間異質(zhì)性分析，最終確定滇池流域水生態(tài)功能二級(jí)分區(qū)指標(biāo)為農(nóng)田百分比、農(nóng)村城市建設(shè)用地百分比、人口密度．一、二級(jí)水生態(tài)功能分區(qū)是大、中尺度范圍的分區(qū)(唐濤和蔡慶華，2010)，主要從驅(qū)動(dòng)因子考慮;三級(jí)功能區(qū)則是更精細(xì)化的較小尺度分區(qū)，主要從水生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的表征因子出發(fā)，區(qū)分不同區(qū)域間的生境差異．滇池流域水生態(tài)功能一級(jí)到三級(jí)的分區(qū)定位從生態(tài)區(qū)到生態(tài)亞區(qū)再到生態(tài)子區(qū)，區(qū)域范圍逐漸縮小，區(qū)域功能更加具體明晰，特別是二級(jí)分區(qū)到三級(jí)分區(qū)完成了分區(qū)因子從單純的陸域驅(qū)動(dòng)因素到水體表征因素的過(guò)渡，實(shí)現(xiàn)了分區(qū)水陸完整性的綜合考量，便于更精細(xì)化地管理．

3數(shù)據(jù)與方法

3．1分區(qū)目的與原則水生態(tài)功能分區(qū)的基本目的是揭示流域水生態(tài)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)與空間特征差異，為水生態(tài)系統(tǒng)差別化管理和水質(zhì)目標(biāo)管理提供支撐，進(jìn)而為實(shí)現(xiàn)流域水生態(tài)健康服務(wù)(高永年等，2012)．滇池流域水生態(tài)功能三級(jí)分區(qū)，以反映流域水生態(tài)系統(tǒng)功能空間差異性為目的，通過(guò)水生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)差異性反應(yīng)其功能的差異性．三級(jí)分區(qū)在二級(jí)分區(qū)的基礎(chǔ)上進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)化，同時(shí)考慮到陸地與水體生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特征的差異性，對(duì)滇池流域陸域與湖體分別進(jìn)行分區(qū)，并以水生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的完整性為基礎(chǔ)．因此，滇池流域水生態(tài)功能三級(jí)分區(qū)主要應(yīng)遵循以下原則:(1)分區(qū)基本單元細(xì)化到支流;(2)源匯分開(kāi):陸域與湖體針對(duì)各自特點(diǎn)采用不同的分區(qū)指標(biāo)體系;(3)考慮水文結(jié)構(gòu)和生態(tài)系統(tǒng)的完整性;(4)一致性:合并分區(qū)基本單元時(shí)應(yīng)遵循具有相同結(jié)構(gòu)和功能的河段向上合并．

3．2分區(qū)基本單元?jiǎng)澐值睦碚摶A(chǔ)和方法分區(qū)單元是水生態(tài)功能分區(qū)的基礎(chǔ)，分區(qū)指標(biāo)空間化是基于分區(qū)單元進(jìn)行的，所以分區(qū)單元的確定對(duì)于滇池流域水生態(tài)功能三級(jí)分區(qū)至關(guān)重要．湖泊流域主要由陸域與湖泊兩大生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成，不同的生態(tài)系統(tǒng)具有各自的特點(diǎn)．滇池陸域干支流交錯(cuò)，構(gòu)成河網(wǎng)體系，將陸地生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)，通過(guò)水文過(guò)程，輸入到湖體;而湖泊水體在集水區(qū)下游，相當(dāng)于一個(gè)大型水庫(kù)，承接陸源物質(zhì)．基于陸域集水區(qū)與湖泊水體完整性的理論基礎(chǔ)，以細(xì)化到三級(jí)支流的子流域?yàn)閿?shù)據(jù)基礎(chǔ)，劃分分區(qū)單元(圖2)．河流子流域的提取利用水文分析軟件進(jìn)行，其原理是基于地形起伏提取匯水區(qū)．本研究基于1∶50000的DEM數(shù)據(jù)，結(jié)合流域水系矢量數(shù)據(jù)，利用ArcGIS的Hydrology模塊進(jìn)行水文分析，將滇池流域水系劃分為144個(gè)匯水區(qū)．滇池湖體是一個(gè)完整的水生態(tài)系統(tǒng)，沒(méi)有天然的分區(qū)單元基礎(chǔ)．利用ArcGIS中的CreateFishnet工具，直接對(duì)其進(jìn)行小單元區(qū)域劃分，根據(jù)最優(yōu)選擇，將其劃分為500m×500m的格里網(wǎng)作為湖體三級(jí)分區(qū)的基本單元，最后滇池湖體共劃分為1339個(gè)分區(qū)單元．

3．3分區(qū)指標(biāo)體系構(gòu)建滇池流域水生態(tài)功能三級(jí)分區(qū)目的，是通過(guò)識(shí)別流域水生態(tài)系統(tǒng)功能空間差異性，對(duì)全流域分區(qū)，并通過(guò)水生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)差異性反應(yīng)其功能的差異性，為水生態(tài)系統(tǒng)健康管理目標(biāo)的制定，提供技術(shù)支持．流域水生態(tài)系統(tǒng)由河道、河床、堤岸、水體水文、水化學(xué)質(zhì)量、水生物群落等構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定與完整性狀態(tài)，與水生態(tài)系統(tǒng)功能的穩(wěn)定與完整性息息相關(guān)．在水生態(tài)系統(tǒng)的河道、水文等水文形貌特征，水質(zhì)等化學(xué)結(jié)構(gòu)特征和生物群落特征，決定了水生態(tài)系統(tǒng)的生物棲息地特征，其特征要素是水生態(tài)系統(tǒng)完整性的基礎(chǔ)(唐濤和蔡慶華，2010)．因此，在三級(jí)分區(qū)中，將以維持水生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性基礎(chǔ)的棲息地生境要素作為指標(biāo)選擇范圍．影響生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定的生境要素主要有地形地貌、土地利用、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、河道物理特征、水體化學(xué)特征、水利工程等，三級(jí)水生態(tài)功能分區(qū)以反映水生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)差異性為主要目的，在指標(biāo)選取上需要體現(xiàn)水生態(tài)系統(tǒng)物理完整性、化學(xué)完整性和生物完整性的生境要素;根據(jù)不同生境要素特點(diǎn)及滇池流域特征，確定各類生境要素備選指標(biāo)為:①反映河道水文地貌的指標(biāo):河道坡降、蜿蜒度、河道基質(zhì)、渠道化特征、河流等級(jí)、河流連接度、流量以及流速;②反映水化學(xué)狀態(tài)的指標(biāo):營(yíng)養(yǎng)鹽指標(biāo)(TP、TN、NH3-N);③反映生物特征的指標(biāo):葉綠素a含量、藻毒素含量、藻類SHDI、底棲SHDI．基于所選生境要素指標(biāo)，結(jié)合各指標(biāo)的空間差異性與數(shù)據(jù)可得性選出渠道化特征、藻類SHDI、底棲SHDI、NH3-N、TN、TP、蜿蜒度和坡降作為陸域水生態(tài)功能三級(jí)分區(qū)的備選指標(biāo)．選出TN、TP、NH3-N、藻毒素、藻類SHDI、Chla(葉綠素a)作為三級(jí)湖體水生態(tài)功能分區(qū)的備選指標(biāo)．基于因子分析，辨識(shí)表征滇池流域入湖河流與湖體水環(huán)境狀況的主導(dǎo)因子，篩選出能夠表征水生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)差異性的主導(dǎo)因子作為最終分區(qū)指標(biāo)(表2)．其中，營(yíng)養(yǎng)鹽指標(biāo)與葉綠素a為實(shí)測(cè)采樣數(shù)據(jù)，樣品采集和保存依據(jù)《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法(第4版)》(國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局，2002a)進(jìn)行，樣品測(cè)定依據(jù)《中華人民共和國(guó)地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB3838—2002)》(國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局，2002b)進(jìn)行，二者均由云南省昆明市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心完成;藻毒素與葉綠素a含量為野外采集水樣經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單預(yù)處理后，在實(shí)驗(yàn)室測(cè)定所得．蜿蜒度是通過(guò)ArcGIS10．1軟件，利用AnalysisTools中Overlay的Intersect功能統(tǒng)計(jì)各子流域內(nèi)的河段長(zhǎng)度，并計(jì)算其與該河段的直線距離比值而得到;坡降是基于流域1:50000DEM數(shù)據(jù)，在ArcGIS10．1中，提取子流域河段上游入流域點(diǎn)與下游出流域點(diǎn)的高程值，兩點(diǎn)高差與該河段水平距離的比值即為河道坡降．渠道化特征為河道純物理特征，同時(shí)考慮底質(zhì)狀態(tài)，通過(guò)專家打分法量化其特征．具體方法為:將流域內(nèi)的河流渠道化特征進(jìn)行綜合評(píng)定打分，分成5級(jí)(0～0．2，0．2～0．4，0．4～0．6，0．6～0．8，0．8～1．0)，上游河道維持自然狀態(tài)，未經(jīng)過(guò)渠道化處理，可打分0．8～1．0之間;下游城市河流三面光，無(wú)底泥，水質(zhì)差，多數(shù)排污河，可打分0～0．2之間，其它等級(jí)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行評(píng)定．底棲動(dòng)物與藻類的Shannon-weaver多樣性指數(shù)(SHDI)均是通過(guò)實(shí)際野外采樣獲取底棲動(dòng)物與藻類樣品，后期經(jīng)實(shí)驗(yàn)室鑒定分類，基于香農(nóng)多樣性指數(shù)計(jì)算公式而得到．

3．4分區(qū)結(jié)果確定分區(qū)指標(biāo)確定后，對(duì)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，并通過(guò)熵權(quán)法確定各指標(biāo)權(quán)重因子．熵權(quán)法是以一種基于各項(xiàng)指標(biāo)觀測(cè)值提供的信息量來(lái)確定指標(biāo)權(quán)重的方法，能夠客觀實(shí)際地評(píng)價(jià)指標(biāo)因子重要程度．熵是系統(tǒng)無(wú)序程度的一個(gè)度量，指標(biāo)的信息熵越小表示該指標(biāo)提供的信息量越大，在綜合評(píng)價(jià)中所起作用越大，權(quán)重越高(陳瑞等，2012)．以各分區(qū)指標(biāo)數(shù)據(jù)為列向量，構(gòu)造i×j的矩陣(馬文麗等，2011;遲國(guó)泰等，2008)，由公式(1)計(jì)算第j個(gè)指標(biāo)第i個(gè)測(cè)值的特征比重(pij);根據(jù)公式(2)由特征比重計(jì)算得到各指標(biāo)的熵值;最后根據(jù)公式(3)確定得到各指標(biāo)權(quán)重.從權(quán)重因子可看出，蜿蜒度占據(jù)了滇池流域陸域三級(jí)分區(qū)指標(biāo)體系的主導(dǎo)地位，這是因?yàn)橄鄬?duì)于渠道化形成的順直河流，自然彎曲河流對(duì)河流物理形態(tài)、水文、水化以及水生生物群落等方面的影響存在較大的差異性(趙軍等，2011)．蜿蜒度可影響河水泛濫過(guò)程(馬宗偉等，2005)，進(jìn)而影響河道形態(tài)，形成多樣的河流生境條件，增加生物多樣性(徐彩彩等，2014)，對(duì)水生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的形成中具有明顯的影響作用.得到各指標(biāo)權(quán)重因子后，在每個(gè)分區(qū)單元范圍內(nèi)，對(duì)各項(xiàng)分區(qū)指標(biāo)進(jìn)行加權(quán)求和，得到各分區(qū)單元的指標(biāo)綜合值，之后利用ArcGIS10．1軟件對(duì)分區(qū)單元綜合值進(jìn)行聚類分級(jí)，最后經(jīng)邊界調(diào)整后得到滇池流域水生態(tài)功能三級(jí)分區(qū)結(jié)果．

4結(jié)果與分析

4．1分區(qū)方案滇池流域水生態(tài)功能三級(jí)分區(qū)共劃分為20個(gè)陸域三級(jí)區(qū)和4個(gè)湖體三級(jí)區(qū)(圖3)．命名原則為:地名+河流/水庫(kù)名稱+主要土地利用類型+河道特征+主體功能區(qū)．分區(qū)主體功能是指分區(qū)中生態(tài)系統(tǒng)所表現(xiàn)出的最明顯的水生態(tài)服務(wù)功能類型，是基于生態(tài)系統(tǒng)過(guò)程和人類發(fā)展需求而定的(Costanza，2008)．確定各分區(qū)的主體功能便于管理者更好地了解各分區(qū)生態(tài)系統(tǒng)功能特點(diǎn)，從而為水生態(tài)保護(hù)目標(biāo)提供支撐．為揭示流域陸地背景對(duì)河段水體各類屬性的支持和保障功能，滇池流域三級(jí)分區(qū)確定主體功能為生境維持、水質(zhì)調(diào)節(jié)、水源涵養(yǎng)、社會(huì)承載與生物多樣性維持5類(萬(wàn)峻等，2013)．滇池流域水生態(tài)功能三級(jí)分區(qū)在生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有較大的差異性，主要體現(xiàn)在營(yíng)養(yǎng)鹽含量、主體功能等方面，各區(qū)具體特征描述如表4所示．從空間分布來(lái)看，滇池流域各三級(jí)區(qū)主體功能存在較大的差異性．對(duì)于陸域而言，位于滇池流域上游三級(jí)區(qū)(如:LGI1-1、LGI1-2、LGI1-3區(qū))多表現(xiàn)為以水質(zhì)調(diào)節(jié)與水源涵養(yǎng)為主體功能，;環(huán)滇池區(qū)域的三級(jí)區(qū)(如:LGIII1-1、LGIII1-4、LGIII2-1區(qū))主要表現(xiàn)為社會(huì)承載功能;位于滇池流域東部(如:LGIII3-1、LGIII3-2區(qū))的三級(jí)區(qū)，由于林地面積比例與植被覆蓋度較高，以生境維持與水源涵養(yǎng)功能為主體功能．對(duì)于滇池湖體來(lái)說(shuō)，草海區(qū)以生物多樣性維持功能為主體功能，外海區(qū)多以水質(zhì)調(diào)節(jié)與生物多樣性維持功能為主體功能．

4．2合理性評(píng)價(jià)滇池流域水生態(tài)功能三級(jí)分區(qū)的目的是反映流域水生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的空間差異性，而結(jié)構(gòu)的差異性可通過(guò)生物的群落特征來(lái)體現(xiàn)．對(duì)中國(guó)的多數(shù)流域來(lái)說(shuō)，比較適宜采用分布廣泛、適應(yīng)性較強(qiáng)的著生藻類和底棲動(dòng)物進(jìn)行驗(yàn)證(高喆等，2015)．故為驗(yàn)證三級(jí)分區(qū)結(jié)果的科學(xué)性與合理性，采用底棲動(dòng)物與藻類的Shannon-weaver多樣性指數(shù)對(duì)三級(jí)分區(qū)結(jié)果從定量與定性兩個(gè)角度進(jìn)行分析與校正．

4．2．1陸域分區(qū)結(jié)果檢驗(yàn)滇池流域陸域各區(qū)著生藻與底棲動(dòng)物的Shannon-weaver多樣性指數(shù)對(duì)比情況如圖4所示．從圖4看出，著生藻Shannon-weaver多樣性指數(shù)在滇池流域變化趨勢(shì)大致為中部較高，南北部較低，LGIII3-1三級(jí)水生態(tài)功能區(qū)著生藻Shannon-weaver多樣性指數(shù)最高，LGIII1-2、LGIII2-1三級(jí)水生態(tài)功能區(qū)次之，LGI2-2三級(jí)水生態(tài)功能區(qū)最低;而底棲動(dòng)物Shannon-weaver多樣性指數(shù)空間分布為，在滇池流域變化趨勢(shì)為南北部較高，中部較低，其中LGI1-3三級(jí)水生態(tài)功能區(qū)底棲動(dòng)物Shannon-weaver多樣性指數(shù)最高，LGI1-2與LGI2-1三級(jí)水生態(tài)功能區(qū)次之，LGIII3-1三級(jí)水生態(tài)功能區(qū)最低．此外，滇池流域陸域各三級(jí)區(qū)種類分布也存在著較大差異，底棲清潔種多分布于滇池流域上游區(qū)，其中球形無(wú)齒蚌主要集中在LGI1-1、LGI1-2、LGI1-3、LGI2-2等三級(jí)水生態(tài)功能區(qū)，米蝦集中在LGI21三級(jí)水生態(tài)功能區(qū)，背角無(wú)齒蚌集中在LGIII1-4等三級(jí)水生態(tài)功能區(qū)，球蜆集中在LGIII1-2等三級(jí)水生態(tài)功能區(qū)中;下游區(qū)分布較少，只有LGIII2-2等少數(shù)幾個(gè)三級(jí)水生態(tài)功能區(qū)有分布，且多為球形無(wú)齒蚌．綜上，不難看出，各陸域三級(jí)水生態(tài)功能區(qū)之間在種類數(shù)與種類分布上具有明顯的差異性，而同一二級(jí)區(qū)中的三級(jí)區(qū)又存在著一定的相似性，故符合三級(jí)分區(qū)結(jié)果.

4．2．2湖體分區(qū)結(jié)果檢驗(yàn)滇池流域湖體各區(qū)浮游藻與底棲動(dòng)物的Shannon-weaver多樣性指數(shù)對(duì)比情況如圖5所示．從圖中看出，滇池湖體草海區(qū)(LGIV1)浮游藻Shannon-weaver多樣性指數(shù)較高，外海區(qū)(LGIV2-1、LGIV2-2與LGIV2-3)較低，其中外海區(qū)中LGIV2-2三級(jí)生態(tài)功能區(qū)浮游藻Shannon-weaver多樣性指數(shù)較高．而湖體底棲動(dòng)物Shannon-weaver多樣性指數(shù)空間分布為，外海區(qū)較高，草海區(qū)較低，外海區(qū)中LGIV2-1三級(jí)水生態(tài)功能區(qū)底棲動(dòng)物Shannon-weaver多樣性指數(shù)較高．綜上，滇池湖體各三級(jí)水生態(tài)功能區(qū)之間浮游藻與底棲動(dòng)物的Shannon-weaver多樣性指數(shù)存在明顯的差異性，而同一二級(jí)區(qū)中的三級(jí)區(qū)又存在著一定的相似性，符合湖體三級(jí)分區(qū)結(jié)果．相較于已有的流域水生態(tài)功能三級(jí)分區(qū)研究，本研究的方法與結(jié)果同樣具有一定合理性．如龔磊等在對(duì)東遼河流域進(jìn)行水生態(tài)功能三級(jí)分區(qū)時(shí)，在對(duì)相應(yīng)流域的水生態(tài)水環(huán)境特征監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)上，也是運(yùn)用地理信息系統(tǒng)空間分析和主成分分析等數(shù)學(xué)方法，提出了流域的三級(jí)水生態(tài)功能分區(qū)方案，并用底棲無(wú)脊椎動(dòng)物的相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行聚類分析證明其合理性(龔磊等，2012)．高永年等則以體現(xiàn)太湖流域水生態(tài)功能空間差異的目的，基于“基本分類單元確定-各級(jí)分類指標(biāo)空間離散-二階空間聚類-人工輔助歸類-分區(qū)特征描述及合理性分析”的技術(shù)路線對(duì)太湖流域進(jìn)行了三級(jí)分區(qū)(高永年等，2012)．本研究結(jié)合滇池流域特征，借鑒已有研究方法的基礎(chǔ)上，并進(jìn)行了一定創(chuàng)新，如利用熵權(quán)法確定權(quán)重，結(jié)合藻類與底棲相關(guān)指標(biāo)共同進(jìn)行分區(qū)合理性校驗(yàn)等，加強(qiáng)了分區(qū)方法的科學(xué)性和分區(qū)結(jié)果的可靠性．

5結(jié)論

1)滇池流域水生態(tài)功能三級(jí)分區(qū)以反映流域水生態(tài)功能空間差異性為目的，定位于流域水生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)空間差異性，通過(guò)結(jié)構(gòu)空間差異性來(lái)反映功能空間差異性．分別針對(duì)滇池流域陸域與湖體采用不同指標(biāo)體系進(jìn)行分區(qū)，其中選取渠道化特征、NH3-N、TN、TP、蜿蜒度作為三級(jí)陸域水生態(tài)功能分區(qū)指標(biāo)，選取TN、TP、NH3-N、藻毒素作為三級(jí)湖體水生態(tài)功能分區(qū)指標(biāo)，最終在滇池流域水生態(tài)功能二級(jí)分區(qū)的基礎(chǔ)上共劃分了20個(gè)陸域水生態(tài)功能三級(jí)區(qū)和4個(gè)湖體水生態(tài)功能三級(jí)區(qū)．2)不同的滇池流域水生態(tài)功能三級(jí)區(qū)具有不同的主體功能，基于水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的理論基礎(chǔ)，根據(jù)滇池流域?qū)嶋H情況與管理需求，將滇池流域陸域三級(jí)區(qū)主體水生態(tài)功能分為生境維持、水質(zhì)調(diào)節(jié)、水源涵養(yǎng)、社會(huì)承載與生物多樣性維持功能5類;將滇池湖體三級(jí)區(qū)主體水生態(tài)功能分為水質(zhì)調(diào)節(jié)與生物多樣性維持功能2類．通過(guò)對(duì)各區(qū)主體水生態(tài)功能的計(jì)算，最終確定1～2個(gè)功能作為各三級(jí)區(qū)的主體水生態(tài)功能．3)滇池流域24個(gè)三級(jí)水生態(tài)功能區(qū)的功能空間差異性間接表明了三級(jí)分區(qū)結(jié)果的合理性，同時(shí)通過(guò)生物指標(biāo)的分區(qū)校驗(yàn)，充分說(shuō)明了三級(jí)分區(qū)指標(biāo)選擇與方法的科學(xué)性以及結(jié)果的合理性．該分區(qū)結(jié)果可作為后期滇池流域進(jìn)行水質(zhì)目標(biāo)管理控制單元?jiǎng)澐值幕A(chǔ)，為管理者有針對(duì)性地對(duì)滇池流域不同生境狀況的區(qū)域進(jìn)行保護(hù)與修復(fù)提供依據(jù)，使綜合流域管理更加具體化、精細(xì)化.

作者：樊灝 黃藝 曹曉峰 高喆 蔣大林 單位：北京大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 北京大學(xué)環(huán)境與能源學(xué)院