长期以来，由于人们对流域生态环境的破坏和对流域资源的过度开发利用，致使流域水体被污染，植被被破坏，水土流失加重，泥石流和洪水频度加大，已严重影响到流域水生态系统的健康.因此，有关流域水生态系统健康的研究日益受到人们的重视，很多国家和地区把以流域为单元、建立水生态系统健康的评价体系、恢复流域水生态系统或从水生态系统健康的角度综合整治流域环境作为流域开发的重要措施(马克明等，2001；孔红梅等，2002；Griffith et al., 2005；Silow et al., 2004).其中，从流域系统出发，以水生态系统健康和物质循环为理论基础，综合考虑流域内部健康作用机制，建立科学的健康评价方法对流域水生态系统进行评估，为流域综合管理策略的制定提供科学依据，具有重要的理论和实践意义.

目前，国内外有很多关于流域水生态系统健康评价的研究，采用的评价指标和方法繁杂多样(刘永等，2004).早期水体健康评价研究认为，当水中化学、生物等物质超过一定程度时，水的功能和水体环境质量将会受到损害，因此，水质状况在一定程度上可以直接表征水生态系统健康，因而化学指标被广泛用于早期的水体健康评价中(Bozzetti et al., 2004；蔡庆华，2007).后来的研究不断证明，化学指标对环境变化的响应是片面的(Cummins et al., 1979)，而水生物群落与所生存的整个水生态系统，随时在进行物质和能量的交换，其群落结构和特性对系统干扰具有高度敏感性，其变化幅度能迅速反映人类活动对水生态系统的影响程度(Environment Agency，1997)，可能是评价水生态系统健康的有效工具(European Commission，2000).因此，本文拟基于化学指标为水体健康的驱动因素，水生物为水生态系统综合响应群体的逻辑框架，构建化学与生物复合指标体系，并以滇池流域为案例，探讨该评价体系在湖泊流域水生态系统健康评价中的科学性和可行性.

滇池流域地处低纬度、高海拔地区，隶属云贵高原中部(24°29′~25°28′N，102°29′~103°01′E)(图 1).流域面积约2920 km²，平均海拔1900 m，相对高差100~650 m，为一南北狭长的湖盆地.滇池为断陷构造湖泊，属长江流域金沙江水系，湖面面积约为300 km²，分为外海和草海两部分，29条入湖河流呈向心状流入滇池.整个流域景观空间格局分布鲜明，河流上游以山地、丘陵为主，中游和下游则为冲积平原，昆明市四区、呈贡和晋宁坐落在中下游平原区域，河流流经城镇、农田、农村工矿区后进入滇池.

图 1(Fig. 1)

图 1 滇池流域位置及样点分布示意图 Fig. 1 The location and sampling sites of Dianchi Lake Basin

本研究于2009年丰水期和2010年枯水期、丰水期在滇池全流域设置110个采样点(图 1).根据流域的定义，流域水体的理化特征和生态状态反映了全流域的生态状态和变化情况(蔡庆华，2007)，因此，沿入湖河流均匀布置了35个点.考虑到水体交汇处的不同特点，特在河流入湖口设样点29个，河流上游水库入库口和出库口共布设样点46个.在所有样点处采集着生藻类和大型无脊椎底栖动物，并对水体理化指标进行监测.

在采样断面处采集附有藻类的形状较规则、易于测量表面积的基质(石头、枯枝、落叶)，带回实验室，用硬毛刷和蒸馏水将石块表面的藻类全部刷入采样瓶中，然后加1% 鲁哥氏溶液固定，对样品进行分类鉴定和计数，着生藻类生物密度以基质的表面积计算；对于没有石头、枯枝、落叶等基质的采样点，用一培养皿倒扣在底泥上，用方形小铁铲缓慢插入培养皿下方，均匀采集该样点表层底泥(Nozaki et al., 2003)，放入干净的小烧杯中，加少量蒸馏水充分混匀(吴生才等，2003)，上清液倒入采样瓶中，然后加1%鲁哥氏溶液固定，对样品进行分类鉴定和计数，着生藻类生物密度以小铁铲的表面积计算.

根据不同大小的河流和湖泊采用不同的采集方法.①小型溪流(可涉水而过，通常水深<1 m)：每一个代表性河段选择100 m作为采样区域，使用D型网、索伯网采集，按各小生境类型面积确定各生境的采样强度，总采集面积不小于2 m²；②大型河流(不能涉水而过)：每个采样河段长500 m，设置6个均匀的断面，在河道两岸浅水区域(水深<1 m)采集，每个采样区用D型网采集6次，整个河段采集面积约为10 m²；③湖泊：定量样品用1/16 m²的加重的彼得生采泥器采集，泥样经420 μm(60目)的铜筛筛洗后，置于解剖盘中将动物捡出，个体较小且较多的底栖动物用湿漏斗法分离.定性样品用采泥器、抄网、手捡等方法采集.所有生物样本放入10%的福尔马林溶液中保存，依据相关文献(Roux，2001；Saaty，1980)对底栖动物进行鉴定.

现场用HACH水质测量仪测定溶解氧(DO)浓度，同时用0.5 L的聚乙烯瓶在水下30 cm左右收集2瓶水样，其中一瓶加硫酸调整pH<2，低温保存，用于室内分析.室内分析的指标中，高锰酸盐指数(COD_Mn)参照国标进行手工测量(史玉强等，2004；Smith et al., 1999)，总氮(TN)、氨氮(NH₃-N)、总磷(TP)用SKALAR连续流动分析仪测定.

流域水生态系统健康状况受多种因素制约，如气候、地质特征、土地利用状况及人类干扰等.在综合考虑这些影响因素的基础上，借鉴各国水生态系统健康评价方法等(马克明等，2001；孔红梅等，2002；Griffith et al., 2005；Merritt et al., 2008；Mullins，1999)，结合滇池流域生态环境特征，基于指标可得性分析，用层次分析法构建了滇池流域水生态系统健康综合评价指标体系.该体系共2个准则层指标：化学指标和生物指标.湖泊流域中，湖泊水体作为陆地生态系统营养循环的库，通过入湖河流承接着陆地生态系统中自然和人类活动释放的大量营养盐，因此，在工业化程度不高的地区，湖泊水体中营养盐氮、磷的含量表征了水体的水质.当水体氮、磷等营养物质含量过多时，水生生物特别是藻类大量繁殖，使湖泊水体的生物的种群种类数量发生剧烈变化，破坏水体生态系统的平衡.而水体中的氧是生物生存的必要条件，氧平衡指标表征了水体生物的活力和水体自净能力，其中，溶解氧的存在量、有机污染物分解将消耗的氧量及形态变化会对溶解氧产生影响的氨氮，是评价水环境中有机污染状态的重要指标(孔红梅等，2002).因此，在化学指标因素层中设计了营养盐指标和氧平衡两个因素，并用总氮和总磷作为营养盐的表征指标，用溶解氧、高锰酸钾盐指数和氨氮作为氧平衡的表征指标(表 1).

表1(Table.1)

表1 滇池流域水生态系统健康评价指标体系 Table.1 The health assessment indices system of basin aquatic ecosystem in Dianchi Lake

表1 滇池流域水生态系统健康评价指标体系 Table.1 The health assessment indices system of basin aquatic ecosystem in Dianchi Lake 准则层 因素层 指标层 化学 营养盐 总氮(TN) 总磷(TP) 氧平衡 溶解氧(DO) 高锰酸盐指数(CODMn) 氨氮(NH3-N) 生物 大型底栖无脊椎动物 分类单元数(S) BMWP 指数 Berger-Parker优势度指数(D) 着生藻类 分类单元数(S) 生物多样性指数(H) Berger-Parker优势度指数(D)

湖泊流域中生存着各类生物群落，包括生产者、消费者和分解者，水生态系统中贮存于有机物中的化学能在生物群落中层层传导.大型底栖无脊椎动物在水生态系统中属于消费者亚系统，其摄食、掘穴和建管等扰动活动会影响系统的物质循环、能量流动过程等，多样性程度可以间接反映水生态系统功能的完整性.作为初级生产者，着生藻类不仅可以反映系统中消费等级的状况，且能稳固水底的基质，为鱼类和底栖无脊椎动物提供隐蔽所和产卵场；同时，还能够敏感响应水环境状况的变化，尤其是在氮、磷等无机营养盐浓度方面(廖静秋等，2013).因此，在生物指标因素层中设计了大型底栖无脊椎动物和着生藻类两个因素，并用分类单元数(S)、BMWP(Biological Monitoring Working Party)指数和优势度指数(D)作为大型底栖无脊椎动物的表征指标，分类单元数指具体的分类群数目，每个分类群有特定的名称和分类特征，BMWP分数即是将样品中每一科的得分相加，以整合的方式反映有机污染水平(Chapman，1992；ISO_BMWP，1979)，优势度指数表征大型底栖无脊椎动物群落内优势种集中程度.用分类单元数(S)、生物多样性指数(H)和优势度指数(D)作为着生藻类的表征指标，分类单元数是指具体的分类群数目，每个分类群有特定的名称和分类特征，生物多样性指数是表示生物群落种类和个数量的数值，优势度指数表征着生藻类群落内优势种集中程度.

按照已有的文献(Lenat，1988；Hellawell，1986；Penrose，1985；Bond et al., 2011；ACEDP，2012)研究成果进行指标计算：总氮(TN)、总磷(TP)、溶解氧(DO)、高锰酸盐指数(COD_Mn)、氨氮(NH₃-N)的计算方法为实地采样测量；大型底栖无脊椎动物和着生藻类分类单元数(S)的计算方法为实验室计数；Berger-Parker优势度指数(D)、大型底栖无脊椎动物BMWP 指数和着生藻类生物多样性指数(H)的计算方法分别如下：

为消除不同指标之间的量纲差别，同时具有可度量可比较的标准数值，依据各项指标计算结果及专家判断观点值，按照已有的文献(Lenat，1988；Hellawell，1986；Penrose，1985；Bond et al., 2011；ACEDP，2012；国家环境保护总局等，2002)的研究成果按下式进行标准化：

表2(Table.2)

表2 各指标标准化最大和最小值 Table.2 The max and min values of st and ardized indicators

表2 各指标标准化最大和最小值 Table.2 The max and min values of st and ardized indicators 数据类型 TN/(mg·L-1) TP/(mg·L-1) DO/(mg·L-1) CODMn/(mg·L-1) NH3-N/(mg·L-1) BMWP 最大值 2 0.4(湖、库0.02) 5 15 2 131 81 最小值 0.2 0.02(湖、库0.01) 2 2 0.15 0 0

水生态系统健康评价综合指标反映特定水生态系统结构与功能的健康程度，其计算公式按照综合指数的含义和数理关系构建，包括函数(健康综合指标)、变量(因素层)、权重值(各变量的重要度判断值)和修正值(修正得分范围)4部分.指标层的值已通过计算赋值得到；因为指标因子在水生物生长发育中都起着重要的作用，同时考虑到本研究的应用和推广性，各指标因子采用等权重；修正值通过加权平均法及参考评价标准范围获得.在此基础上建立健康综合指标I的算模型，即：

基于国内外研究成果(Lenat，1988；Hellawell，1986；Penrose，1985；Bond et al., 2011；ACEDP，2012)及专家咨询，在该范围内确定健康评价等级划分标准，分为5个等级：综合指标值为0.8~1.0的健康等级为优秀，0.6~0.8的健康等级为良，0.4~0.6的健康等级为一般，0.2~0.4的健康等级为差，0~0.2的健康等级为极差.

根据滇池流域水生态系统的健康评价结果(图 2)可以看出，滇池全流域水生态系统整体健康状态处于中下水平.流域上游区域主要分布林地，没有工业分布，居住人口较少，人类活动干扰较少，河流生态健康等级多为良.流域中游地区地势较为平缓，农业开始分布，居住人口增加，农业面源污染占据主导，河流生态系统健康等级多为一般，受干扰相对小的地方健康等级为良.流域下游地区主要围绕滇池周围，北部为昆明市区，河流分布密集，受城市活动污染严重，工业点源污染和城市生活污水的排放直接影响了草海附近河流的生态系统健康，健康等级为差，甚至极差；而外海晖湾中附近河流入湖口离城区稍远，河流生态系统健康等级则稍好，多为一般，少数河流因上游污染严重还是呈现极差等级.而滇池湖体中的样点水生态系统健康等级为一般和差；河流及水库的健康状况整体比滇池湖泊的健康状况好.纵观整个流域，仅有2个评价点水生态系统健康等级为优，分别是双龙水库和白龙潭.

图 2(Fig. 2)

图 2 滇池流域水生态系统健康评价结果 Fig. 2 The health assessment result of Dianchi Lake Basin aquatic ecosystem

由于滇池流域是滇池水体及其入湖河流汇水区所构成的景观异质镶嵌体，分水线的封闭性决定了滇池作为流域下游的“汇”，受纳了经入湖河流输入的、来自流域陆地生态系统所产生的点源和非点源污染物的总和.滇池流域29条入湖河流水质均属于劣Ⅴ类.南部入湖河流主要接纳农业、农村非点源污水，且污染程度较小，而北部则主要接纳工业和城市生活点源污水，污染程度较大，其中，有机污染物浓度相对较高.相应地，草海污染程度也要远高于外海，而外海北部因接纳工业和城市生活污水，污染程度也要高于外海南部.整个流域内，工业点源污染对滇池流域入湖河流有机污染负荷贡献最大；工业和城市生活点源污染对滇池流域入湖河流N、P污染负荷贡献最大；滇池流域点源和非点源污染所产生TN负荷最为严重；而草海和外海水质差异的关键不仅在于不同入湖河流所汇集不同污染类型负荷的影响，也与草海和外海水量、水深的显著差异密切相关.

滇池流域水生态系统健康评价样点分布于整个流域，包括每条河流的上游、中游、下游及水库和滇池湖体，共选取评价样点110个.将研究区样点分为3类型：河流、水库和滇池，由于滇池样点数较少，仅分别对滇池流域所有河流样点和水库样点进行空间分布差异性分析.首先对河流各样点的不同因素层指标得分(营养盐得分、氧平衡得分、着生藻类得分和大型底栖无脊椎动物得分)进行方差分析，河流 F_因素值为7.007×10³¹，F_样点值为1.772×10³⁰，显著水平分别是0.000和0.000，即p_因素和p_样点均小于0.05，因此，滇池流域河流营养盐状态、氧平衡状态、着生藻类状态和大型底栖无脊椎动物状态之间存在显著差异，河流中不同的样点间健康状态的差异性也较为显著(表 3).再对水库各样点的不同因素层指标得分进行方差分析，水库 F_因素值为26.432，F_样点值为0.790，显著水平分别是0.000和0.435，即p_因素<0.05而p_样点>0.05，因此，滇池流域水库营养盐状态、氧平衡状态、着生藻类状态和大型底栖无脊椎动物状态之间存在显著差异，而水库中不同的样点间健康状态的差异性不显著(表 4).最后对河流和水库两个区域不同因素层指标得分进行方差分析，发现F_因素值为47.751，F_区域值为3.731，显著水平分别是0.000和0.055，即p_因素<0.05而p_区域>0.05，因此，滇池流域整体营养盐状态、氧平衡状态、着生藻类状态和大型底栖无脊椎动物状态之间存在显著差异，而河流和水库两者的健康状态差异性不显著(表 5).总体而言，河流和水库采用同一健康评价等级标准具有可行性.

表3(Table.3)

表3 滇池流域河流各样点不同因素层指标得分方差分析 Table.3 Variance analysis of indices in factor level of rivers in Dianchi Lake Basin

表3 滇池流域河流各样点不同因素层指标得分方差分析 Table.3 Variance analysis of indices in factor level of rivers in Dianchi Lake Basin 源 III 型平方和 df 均方 F Sig. 校正模型 16.927 203 0.083 2.389×1030 0.000 截距 54.905 1 54.905 1.573×1033 0.000 因素 7.339 3 2.446 7.007×1031 0.000 样点 3.094 50 0.062 1.772×1030 0.000 误差 2.793×10-31 8 3.491×10-32     总计 74.455 212       校正的总计 16.927 211

表4(Table.4)

表4 滇池流域水库各样点不同因素层指标得分方差分析 Table.4 Variance analysis of indices in factor level of reservoirs in Dianchi Lake Basin

表4 滇池流域水库各样点不同因素层指标得分方差分析 Table.4 Variance analysis of indices in factor level of reservoirs in Dianchi Lake Basin 源 III 型平方和 df 均方 F Sig. 校正模型 3.138 39 0.080 6.273 0.000 截距 13.864 1 13.865 376.361 0.000 因素 2.491 3 0.830 26.432 0.000 样点 0.147 9 0.016 0.790 0.435 误差 0.500 27 0.019     总计 17.002 40       校正的总计 3.138 39

表5(Table.5)

表5 滇池流域河流和水库不同因素层指标得分方差分析 Table.5 Variance analysis of indices in factor level of rivers and reservoirs in Dianchi Lake Basin

表5 滇池流域河流和水库不同因素层指标得分方差分析 Table.5 Variance analysis of indices in factor level of rivers and reservoirs in Dianchi Lake Basin 源 III 型平方和 df 均方 F Sig. 校正模型 10.098 7 1.443 34.774 0.000 截距 41.435 1 41.435 998.857 0.000 因素 5.943 3 1.981 47.751 0.000 区域 0.155 1 0.155 3.731 0.055 误差 10.122 244 0.041     总计 91.457 252       校正的总计 20.219 251

从滇池流域部分河流(柴河、宝象河、盘龙江、大河、中河及东大河)和水库(滇池、双龙水库、柴河水库、大河水库、松华坝水库和宝象河水库)健康得分百分比对比可以看出(图 3)，生物指标得分远远低于化学指标得分，且由上述分析得出，化学指标之间、生物指标之间差异性显著.由于近年来昆明市采取了湖外截污杜绝外源污染、湖内清淤减少存量污染、恢复湿地修复生态功能、外流域调水增强水动力等措施对滇池整个流域进行综合治理，使得入湖污染物大幅度削减，水质得到改善，但由于生物对环境变化产生的响应相对较慢，恢复速度比水质提高速度慢，因此，生物状况是导致滇池流域水生态系统健康状态较差的主要原因.评估结果符合滇池流域的真实状态.

图 3(Fig. 3)

图 3 滇池流域部分河流和水库的健康得分百分比 Fig. 3 The health score percentage contrast of rivers and reservoirs in Dianchi Lake Basin

在营养盐指标中，TN的平均得分百分比最低，这是因为滇池流域产生的点源和非点源污染中，TN负荷最大；在氧平衡指标中，COD_Mn平均得分百分比最低，这与滇池流域的水质有机污染严重有关.营养盐指标和氧平衡指标相比，营养盐平均得分百分比为15.2%，要低于氧平衡平均得分百分比21.8%，显然这与滇池流域水体高度富营养化现象相一致.在藻类指标中，多样性指数平均得分百分比最低，为12.2%，这说明滇池流域水体的严重污染已经影响了流域内藻类的生物多样性；在大型底栖无脊椎动物指标中，BMWP指数平均得分百分比最低，为1.4%，这可能是由于滇池流域的高度有机污染，大型底栖无脊椎动物生存受到严重威胁.着生藻类指标和大型底栖无脊椎动物指标相比，大型底栖无脊椎动物平均得分百分比为7.8%，要低于着生藻类平均得分百分比11.4%，说明滇池流域内大型底栖无脊椎动物受污染影响更大一些.滇池流域内最大的6条河和其对应河流上的水库健康评价总得分平均百分比也与流域总体分析相一致(图 3)，化学指标中，营养盐是对滇池流域水生态健康影响最大的因子，而生物指标中，大型底栖无脊椎动物受流域污染影响最大.

滇池流域水生态系统整体健康状态处于中下水平.流域水生态系统健康状态由北向南呈下降趋势，这与土地利用方式紧密相关.流域上游区域健康等级多为良好，中游区域健康等级多为一般，而下游区域健康等级从一般到极差都有.滇池内部健康等级则为一般和差，尤以滇池北部(草海)健康状况较差.河流和水库的水质状况整体比滇池湖泊的健康状况好.不同河流的健康状态空间分布差异性显著，而不同水库的健康状态空间分布不显著，河流和水库之间的健康状态差异性也不显著.滇池流域整体营养盐状态、氧平衡状态、藻类状态和大型底栖动物状态之间存在显著差异，大部分样点生物指标得分低于化学指标得分，生物状况是滇池流域水生态系统健康状态较差的主要限制性因素.化学指标中，营养盐是对滇池流域水生态健康影响最大的因子，而生物指标中，大型底栖无脊椎动物受流域污染影响最大.其中，氧平衡指标中COD_Mn平均得分百分比最低及大型底栖无脊椎动物指标中BMWP指数平均得分百分比最低说明滇池流域有机污染严重，营养盐指标中TN平均得分百分比最低说明流域氮负荷非常大，着生藻类指标中多样性指数平均得分百分比最低说明污染已严重影响着生藻类的生存.

本研究考虑化学和生物对河流干扰的敏感性和准确性，可信度较高，可为流域的综合管理和水资源优化配置提供科学基础.但评价方法还存在一定的问题：由于滇池流域水体污染严重，加之近几年流域降水较少，河流断流现象频发，仅能在河流上游未受人类活动干扰的河段、水库及滇池水体内发现鱼类生存，流域鱼类数据的缺失对整个流域的健康评价结果产生了一定的影响；生物数据在健康评价过程中，未考虑季节性变化；滇池流域河流中下游河道人工化程度较高，对底栖动物的生存产生了很大影响；在以后的流域水生态系统健康评价过程中，应考虑河道的物理状态及其可能产生的影响.