本發(fā)明屬于環(huán)境保護技術領域，具體涉及一種基于湖泊水生態(tài)系統(tǒng)的健康評價方法。

背景技術：

近年來，由于水資源利用和污染物排放強度的增大，水生態(tài)環(huán)境問題已經成為我國最主要的環(huán)境問題之一。相比于20世紀，水環(huán)境問題無論在性質、規(guī)模和影響程度上都發(fā)生了顯著變化。水環(huán)境污染已從單一污染發(fā)展到復合污染、各種新舊污染物交織、污染與非污染影響耦合作用的復雜態(tài)勢，其結果是導致全國性的流域水生態(tài)系統(tǒng)顯著退化，使得水生態(tài)與水環(huán)境問題變得更加復雜、風險更加巨大?，F(xiàn)行的水質評價方法遠遠不能滿足水環(huán)境管理工作的需要，注重對水生態(tài)系統(tǒng)健康保護的目標要求，是國際水環(huán)境管理技術的發(fā)展趨勢。

生態(tài)系統(tǒng)健康評價是當前宏觀生態(tài)學與生態(tài)系統(tǒng)管理研究的熱點問題之一。從生態(tài)學的角度看，湖泊生態(tài)環(huán)境問題的出現(xiàn)實際上是不適當?shù)娜祟惢顒用{迫湖泊生態(tài)系統(tǒng)，導致湖泊生態(tài)系統(tǒng)結構發(fā)生變化，進而影響到湖泊生態(tài)系統(tǒng)的服務功能。生態(tài)系統(tǒng)健康的理論和方法作為生態(tài)學的新思想，應用到湖泊水生態(tài)系統(tǒng)研究中，可以客觀評價湖泊水生態(tài)系統(tǒng)的健康狀態(tài)，是當前湖泊生態(tài)學的前沿領域。隨著國家水環(huán)境管理理念從單純的水質污染控制向生態(tài)系統(tǒng)健康綜合管理方式的轉變，水生態(tài)系統(tǒng)健康評價工作迫在眉睫。

因此，建立湖泊水生態(tài)系統(tǒng)的健康評價方法，為湖泊水生態(tài)系統(tǒng)健康評價工作提供科學依據和技術支撐，理論意義和現(xiàn)實意義很強。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于湖泊水生態(tài)系統(tǒng)的健康評價方法，該方法包括如下步驟：

(1)湖泊水環(huán)境調查與分析：

在待評價湖泊設置若干采樣點，監(jiān)測各采樣點的物理指標、化學指標、毒理學指標和衛(wèi)生學指標，依據《地表水環(huán)境質量標準》(GB 3838-2002)，選擇水質主要污染物，然后按照公式(a)和公式(b)分別計算水質污染指數(shù)P和污染負荷分擔率K_i，然后由污染負荷分擔率K_i確定湖泊水質首要污染物；

$P=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{P}_i,P_i=\frac{C_i}{S_i},i=1,2,...,n---\left(a\right);$

$K_i=(P_i-\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{p}_i)\×100\%---\left(b\right);$

式中：P為水質污染指數(shù)，P_i為污染物i的污染指數(shù)，C_i為污染物i的實測濃度，S_i為污染物i的評價標準，n為參加評價的污染物個數(shù)；

(2)湖泊水生生物群落調查與分析：

調查監(jiān)測湖泊水生生物群落的種類和豐度，并按式(c)、(d)和(e)分別計算湖泊水生生物群落的Margalef豐富度指數(shù)R、Shannon-Wiener Index多樣性指數(shù)H和Pielou均勻度指數(shù)J；

$R=\frac{S-1}{LnN}---\left(c\right);$

$H=-\mathrm{\Σ}\frac{N_i}{N}\×ln\frac{N_i}{N}---\left(d\right);$

$J=\frac{H}{LnS}---\left(e\right);$

式中：S為各樣點物種數(shù)，N_i為各采樣點某一物種的數(shù)量，N為各采樣點所有物種總數(shù)；

(3)水生生物物種與環(huán)境因子的典范對應分析：

利用典范對應分析探究水生生物群落中浮游動物、浮游植物和底棲動物分布與環(huán)境因子的關系；

(4)確定候選指標：

按照指標篩選的原則，選取能反映湖泊水生態(tài)系統(tǒng)物理學、化學、毒理學、衛(wèi)生學、水生生物特征的指標作為湖泊水生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標體系的候選指標。

(5)確定評價指標：

利用主成分分析和相關分析篩選候選指標，并結合步驟(1)中湖泊水環(huán)境調查與分析結果和步驟(3)中典范對應分析的結果，確定評價指標。

(6)確定評價指標權重：采用客觀賦權法計算評價指標的權重，利用PCA法計算各個指標的共同度值，確定各指標的權重；

(7)建立評價指標體系：應用生態(tài)系統(tǒng)健康理論，建立湖泊水生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標體系；

(8)計算湖泊水生態(tài)系統(tǒng)健康綜合指數(shù)，評價湖泊水生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)；按照從上到下逐層整合的辦法，得出水生態(tài)系統(tǒng)健康綜合指數(shù)ECHI；水生態(tài)系統(tǒng)健康綜合指數(shù)公式如下：

ECHI＝∑W_iI_i (f)；

式中：ECHI為水生態(tài)系統(tǒng)健康綜合指數(shù)，其值在0-1之間；W_i為評價指標在健康評價指標體系中的權重值，其值在0-1之間；I_i為評價指標的歸一化值，其值在0-1之間。

上述步驟(1)中，根據湖泊的自然稟賦和流域的社會經濟特點，設置待評價湖泊的水環(huán)境調查指標和采樣點。如，實際監(jiān)測過程中，水環(huán)境調查指標(物理指標、化學指標、毒理學指標和衛(wèi)生學指標)的具體選擇為：物理指標可選擇溫度、濁度、透明度、電導率和懸浮固體等，所述化學指標可選擇pH、溶解氧、化學需氧量、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、總氮、總磷、五日生化需氧量、氟化物和揮發(fā)酚等，所述毒理學指標可選擇急性毒性和綜合毒性，所述衛(wèi)生學指標可選擇細菌總數(shù)。

上述步驟(2)中，所述湖泊水生生物群落為浮游動物、浮游植物和底棲動物。

上述步驟(3)中，所述典范對應分析過程中，為消除冗余變量的影響，首先對選定的環(huán)境因子進行預選，通過前向選擇結合Monte Carlo檢驗確定對水生生物物種產生影響的主要環(huán)境因子，其次，采用CCA排序方法研究水生生物分布與主要環(huán)境因子的關系。所述環(huán)境因子包括物理指標、化學指標、毒理學指標和衛(wèi)生學指標。

上述步驟(4)中，所述水生生物特征包括水生生物物種豐度、Margalef豐富度指數(shù)R、Shannon-Wiener Index多樣性指數(shù)H和Pielou均勻度指數(shù)J。

本發(fā)明的優(yōu)點及有益效果如下：

本發(fā)明從流域和水生態(tài)系統(tǒng)整體出發(fā)，提出了湖泊水生態(tài)系統(tǒng)健康評價方法；本發(fā)明在國內外首次將毒理學的理念與方法引入到湖泊水生態(tài)系統(tǒng)健康評價工作；應用本發(fā)明建立的湖泊水生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標體系，可對湖泊水生態(tài)系統(tǒng)健康狀況進行科學評估，客觀反映湖泊水環(huán)境和水生生物群落健康狀況。

附圖說明

圖1為湖泊水生態(tài)系統(tǒng)健康評價流程圖。

圖2為浮游植物門類與水質因子CCA排序圖；圖中：TN：總氮；SS：懸浮物；T：溫度；TP：總磷；VF：揮發(fā)酚；NH₃-N：氨氮；TLI：富營養(yǎng)化指數(shù)；Bacillar：硅藻門；Cyanophy：藍藻門；Chloroph：綠藻門；Cryptoph：隱藻門；Pyrrophy：甲藻門；Euglenop：裸藻門；Chrysoph：金藻門。

圖3為浮游動物種類與水質因子CCA排序圖；其中：Turb：濁度；T：溫度；F^-：氟化物；NH₃-N：氨氮；Acutoxic：急性毒性；VF：揮發(fā)酚；Parameci：草履蟲屬；Arcella：表殼蟲屬；Rotifera：輪蟲屬；Calanida：哲水蚤屬；Daphnia：水蚤；Hydracar：水螨；Ostracod：介形蟲；Caenorha：線蟲類。

圖4為底棲動物種類與環(huán)境因子CCA排序圖；其中：Bbf：苯并[b]熒蒽；Icdp：印并[c,d]芘；Chla：葉綠素a；Acutoxic：急性毒性；Discus s：盤螺；Caddisfl：石蠶；Anodonta：無齒蛙；Radis sp：蘿卜螺；Cyraulus：白旋螺；Cipangop：圓田螺；Petopia：粗腹搖蚊；Thammi：塞氏搖蚊；Parafoss：沼螺；Nais Mü：仙女蟲。

圖5為WL湖水生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標體系圖。

圖6為WL湖各季節(jié)水生態(tài)系統(tǒng)健康空間分布圖；其中：(a)春季，(b)夏季，(c)秋季。

具體實施方式

以下結合附圖及實施例詳述本發(fā)明。本說明書中的各項細節(jié)可在不背離本發(fā)明的精神下進行修飾。

實施例1

本實施例為對中國北方某湖泊(以下用WL湖代替)水生態(tài)系統(tǒng)健康進行評價，評價流程如圖1所示，具體評價過程如下：

(1)湖泊水環(huán)境調查與分析。

2014年春、夏、秋季在湖區(qū)共設置53個采樣點，采集水樣，監(jiān)測湖泊物理指標：溫度(T)、濁度(Turb)、透明度(SD)、電導率(TDS)、懸浮固體(SS)；化學指標：pH、溶解氧(DO)、化學需氧量(CODcr)、高錳酸鹽指數(shù)(COD_Mn)、氨氮(NH₃-N)、總氮(TN)、總磷(TP)、五日生化需氧量(BOD₅)、氟化物(F^-)、揮發(fā)酚(VF)；毒性指標：急性毒性(Acutoxic)、綜合毒性(Comtoxic)；衛(wèi)生學指標：細菌總數(shù)。

按式(a)和式(b)計算水質污染指數(shù)P和污染負荷分擔率K_i，具體結果見表1。

WL湖水質首要污染物是TN，其次是CODcr、F^-，三者累計占污染負荷的68.4％。

表1 WL湖水質評價結果

(2)湖泊水生生物群落調查與分析。

調查WL湖浮游動植物和底棲動物的種類、豐度，按式(c)、(d)、(e)計算各類水生生物的Margalef豐富度指數(shù)R、Shannon-Wiener Index多樣性指數(shù)H和Pielou均勻度指數(shù)J，結果見表2-表7。

表2 WL湖浮游植物豐度特征(x10⁴ind/L)

表3 WL湖浮游植物多樣性特征

表4 WL湖浮游動物豐度特征(×10³ind/L)

表5 WL湖浮游動物多樣性特征

表6 WL湖底棲動物密度特征(ind/m²)

表7 WL湖底棲動物多樣性特征

(3)水生生物物種與環(huán)境因子的典范對應分析。

利用典范對應分析探究浮游植物、浮游動物、底棲動物分布與環(huán)境因子的關系。為消除冗余變量的影響，首先對選定的環(huán)境因子進行預選，通過前向選擇結合Monte Carlo檢驗確定對水生生物物種產生影響的主要環(huán)境因子，其次，采用CCA排序方法研究水生生物分布與環(huán)境因子的關系。

浮游植物分布和水環(huán)境因子的關系。

環(huán)境變量預選。為消除冗余變量的影響，首先對選定18個水質指標進行預選。利用前向選擇結合Monte Carlo檢驗確定一組代理變量。在前項選擇過程中，通過Monte Carlo檢驗確定各環(huán)境變量的邊際影響(Marginal Effects)及條件影響(Conditional Effects)，深入了解各環(huán)境變量同群落之間統(tǒng)計上的相關關系，表8是18個環(huán)境變量在前項選擇過程中Monte Carlo檢驗的邊際影響及條件影響的變化情況。

邊際影響反映了該環(huán)境變量對群落物種組成的影響狀況；條件影響是剔除前變量后，該變量對群落的影響狀況，邊際影響及條件影響用典范特征值Lambda表示。TN對浮游植物群落影響最大，特征值為0.09，其邊際影響最高，因此排在條件影響的第1位。VF的邊際影響排在第2位，但Monte Carlo檢驗在提出TN這一變量后，其條件影響立即降到0.01，反映出VF與TN存在較強的相關性。其余水質因子在提出TN因子后，條件影響值也均出現(xiàn)大幅下降，表明各因素同TN也存在很強的相關性。盡管如此，TN、VF、T、SS、NH₃-N、Chla、Turb7個水質因子仍然在前項選擇過程中通過Monte Carlo檢驗(P＜0.05)。

對浮游植物產生影響的主要環(huán)境因子依次是：TN、VF、T、SS、NH₃-N、Chla、Turb。這7個水質因子通過檢驗構成代理變量，共提取了93.1％的水質信息量，其中TN提供了60.1％的信息量。

表8前項選擇中各變量的邊際影響和條件影響

備注：**.環(huán)境因子對物種組成的影響極顯著(P＜0.01)；*.環(huán)境因子對物種組成的影響顯著(P＜0.05)。

典范對應分析。確定7個代理變量后，采用CCA排序方法研究53個樣點的浮游植物分布與水質因子的關系。CCA前兩個排序軸的特征值為0.957和0.777，貢獻率分別為71.6％和7.0％，累積貢獻率為78.6％，即前兩軸可以代表78.6％的水質信息量，說明排序結果良好。環(huán)境因子第一、第二軸間的相關系數(shù)為0，表明分析結果可靠。

結果顯示，7門藻類大致分為3組。組Ⅰ：藍藻；組Ⅱ：硅藻、綠藻、裸藻；組Ⅲ：甲藻、金藻、隱藻。物種分布的卡方距離長短代表了物種間的親疏關系，從圖2可以看出，組Ⅱ3門藻類的卡方距離較小，說明其分布的差異性較小，綠藻和硅藻分布的差異性最小，藍藻門與其它各門藻類分布的差異性較大。

藍藻(組Ⅰ)受TN、VF、TP、TLI、T的顯著影響，與上述5個因子正相關；硅藻、綠藻、裸藻(組Ⅱ)與NH₃-N、SS正相關，與TN等其它水質因子負相關；甲藻、金藻、隱藻(組Ⅲ)與T、SS等正相關，與NH₃-N負相關。TN是所有因子中對浮游植物分布起決定作用的因子。影響組Ⅰ和組Ⅱ分布的因素相反。

浮游動物分布和水環(huán)境因子的關系。

環(huán)境變量預選。為消除冗余變量的影響，對選定18個水質指標進行預選，表9是18個環(huán)境變量在前項選擇過程中Monte Carlo檢驗的邊際影響及條件影響的變化情況。Turb對浮游動物群落影響最大，特征值為0.32，其邊際影響最高，因此排在條件影響的第1位。NH₃-N、F^-的邊際影響依次排在第2、3位，特征值分別為0.30、0.28，僅略低于Turb的特征值，但Monte Carlo檢驗在提出Turb這一變量后，NH₃-N、F^-的條件影響立即降到0.12、0.04，反映出NH₃-N、F^-與Turb存在較強的相關性。其余水質因子在提出Turb因子后，條件影響值也均出現(xiàn)大幅下降，表明各因素同Turb也存在很強的相關性。最終，Turb、T、F^-、NH₃-N、Acutoxic、VF6個水質因子在前項選擇過程中通過Monte Carlo檢驗(P＜0.05)。

對浮游動物產生影響的主要環(huán)境因子依次是：Turb、T、F^-、NH₃-N、Acutoxic、VF。這6個水質因子通過檢驗構成代理變量，共提取了83.2％的水質信息量，其中Turb提供了43.7％的信息量，NH₃-N提供了22.4％的信息量。

表9前項選擇中各變量的邊際影響和條件影響

備注：**.環(huán)境因子對物種組成的影響極顯著(P＜0.01)；*.環(huán)境因子對物種組成的影響顯著(P＜0.05)。

典范對應分析。確定6個代理變量后，采用CCA排序方法研究53個樣點的浮游動物分布與水質因子的關系。CCA前兩個排序軸的特征值為0.928和0.834，貢獻率分別為45.8％和15.8％，累積貢獻率為61.6％。環(huán)境因子第一、第二軸間的相關系數(shù)為0，表明分析結果可靠。

結果顯示，8個種屬的浮游動物大致分為3組。組Ⅰ：草履蟲屬；組Ⅱ：輪蟲屬；組Ⅲ：表殼蟲屬、哲水蚤屬、水蚤、水螨、介形蟲、線蟲類。物種分布的卡方距離長短代表了物種間的親疏關系，從圖3可以看出，除草履蟲屬、輪蟲屬、水螨外，其它種屬浮游動物分布的卡方距離較短，說明這些物種分布的差異性較小。

草履蟲屬(組Ⅰ)受Turb的顯著影響，與Turb、NH₃-N、F^-正相關；輪蟲屬(組Ⅱ)受T、Acutoxic、VF的顯著影響，與三者正相關，與Turb、NH₃-N、F^-負相關；表殼蟲屬、哲水蚤屬、水蚤、水螨、介形蟲、線蟲類(組Ⅲ)與Turb、F^-、Acutoxic等負相關。Turb、T是所有因子中對浮游植物分布起主要作用的因子。影響組Ⅰ和組Ⅱ分布的因素相反。

底棲動物分布和環(huán)境因子的關系。

環(huán)境變量預選。為消除冗余變量的影響，對選定18個水質指標和20個沉積物指標進行預選，表10是38個環(huán)境變量在前項選擇過程中Monte Carlo檢驗的邊際影響及條件影響的變化情況。Bbf對浮游動物群落影響最大，特征值為0.27，其邊際影響最高，因此排在條件影響的第1位。Bap、TP的邊際影響依次排在第2、3位，特征值分別為0.26、0.25，僅略低于Bbf的特征值，但Monte Carlo檢驗在提出Bbf這一變量后，Bap、TP的條件影響立即降到0.03、0.01，反映出二者與Bbf存在較強的相關性。其余環(huán)境因子在提出Bbf因子后，條件影響值也顯著下降，表明各因素同Bbf也存在很強的相關性。最終，Bbf、Icdp、Chla、pH、Acutoxic5個水質因子在前項選擇過程中通過Monte Carlo檢驗(P＜0.05)。

對底棲動物產生影響的主要環(huán)境因子依次是：Bbf、Icdp、Chla、pH、Acutoxic。這5個水質因子通過檢驗構成代理變量，共提取了34.7％的水質信息量，其中Bbf提供了13.8％的信息量。

表10前項選擇中各變量的邊際影響和條件影響

備注：**.環(huán)境因子對物種組成的影響極顯著(P＜0.01)；*.環(huán)境因子對物種組成的影響顯著(P＜0.05)。環(huán)境因子后注(sed)表示該因子為沉積物指標，未標注的為水質指標。

典范對應分析。確定6個代理變量后，采用CCA排序方法研究24個樣點的底棲動物分布與水質因子的關系。CCA前兩個排序軸的特征值為0.942和0.784，貢獻率分別為36.6％和6.9％，累積貢獻率為43.5％。環(huán)境因子第一、第二軸間的相關系數(shù)為0，表明分析結果可靠。

結果顯示，底棲動物大致分為3組。組Ⅰ：塞氏搖蚊、粗腹搖蚊、沼螺、仙女蟲；組Ⅱ：無齒蚌、蘿卜螺、白旋螺、圓田螺、靜水椎實螺、環(huán)棱螺、多突癩皮蟲；組Ⅲ：盤螺、石蠶。從圖4可以看出，物種間卡方距離較短的有腹足綱的白旋螺、圓田螺、靜水椎實螺，搖蚊屬的塞氏搖蚊、粗腹搖蚊。

塞氏搖蚊、粗腹搖蚊、沼螺、仙女蟲(組Ⅰ)受苯并[b]熒蒽的顯著影響，與苯并[b]熒蒽正相關，與印并[c,d]芘、pH負相關；無齒蚌、蘿卜螺、白旋螺、圓田螺、靜水椎實螺、環(huán)棱螺、羽搖蚊、多突癩皮蟲(組Ⅱ)受印并[c,d]芘的顯著影響，與印并[c,d]芘正相關，并且無齒蚌、蘿卜螺與pH顯著正相關，多突癩皮蟲、羽搖蚊、環(huán)棱螺與急性毒性、葉綠素a正相關；盤螺、石蠶(組Ⅲ)與pH正相關。沉積物中的印并[c,d]芘和苯并[b]熒蒽是對底棲動物分布起主要作用的因子。

(4)確定候選指標。依據系統(tǒng)性、獨立性、差異性、可量化性、實用性的原則，選取能反映WL湖水生態(tài)系統(tǒng)物理化學、毒理學、衛(wèi)生學、生物學特征的24個指標作為WL湖水生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標體系的候選指標。其中，物理化學指標14個，包括：pH、水溫、電導率、濁度、SS、DO、CODcr、COD_Mn、NH₃-N、TN、TP、BOD₅、F^-、VF；毒理學指標2個，包括：Comtoxic、Acutoxic；衛(wèi)生學指標1個：細菌總數(shù)；生物學指標7個，包括：浮游植物豐度、浮游植物多樣性指數(shù)、浮游動物豐度、浮游動物多樣性指數(shù)、底棲動物密度、底棲動物多樣性指數(shù)H、Chla。

(5)確定評價指標。

候選指標的主成分分析。對24個指標進行主成分分析，KMO值為0.712，Bartlet球形檢驗卡方值為1038.748，顯著性值P為0.000，達到及其顯著水平，兩種檢驗都表明，這24個候選指標適合做主成分分析。

主成分分析結果顯示，根據特征值大于1，累計方差大于70％的原則，提取出7個主成分，它們能夠共同解釋總方差的77.609％，具體見表11。

表11候選指標主成分分析結果

第1主成分的特征值為8.746，解釋原始變量的方差比例為36.442％，包括的因子有pH、T、TDS、Turb、NH₃-N、F^-、VF、Comtoxic、浮游植物豐度、Chla。第2主成分的特征值為2.781，解釋原始變量的方差比例為11.587％，包括的因子有DO、TN。第3主成分的特征值為2.272，解釋原始變量的方差比例為9.467％，包括的因子有COD_Mn、浮游植物H。第4主成分的特征值為1.364，解釋原始變量的方差比例為5.683％，包括的因子有Acutoxic。第5主成分的特征值為1.252，解釋原始變量的方差比例為5.217％，未提取出載荷值大于0.6的因子。第6主成分的特征值為1.178，解釋原始變量的方差比例為4.908％，包括的因子有底棲動物H。第7主成分的特征值為1.033，解釋原始變量的方差比例為4.306％，未提取出載荷值大于0.6的因子。

TP載荷值為0.597<0.6，但是考慮到TP是地表水環(huán)境質量評價的重要指標，因此保留該指標。

綜上，篩選出pH、T、TDS、Turb、NH₃-N、F^-、VF、Comtoxic、浮游植物豐度、Chla、DO、TN、COD_Mn、浮游植物H、Acutoxic、底棲動物H、TP共17項指標進入下一步篩選過程。

候選指標的相關分析：對主成分分析余下17項指標進行正態(tài)分布檢驗，結果表明：Comtoxic、COD_Mn、浮游植物豐度、浮游植物H、TP符合正態(tài)分布(P>0.05)，其余指標均不符合正態(tài)分布。因此，對符合正態(tài)分布的指標采用Pearson相關檢驗，對不符合正態(tài)分布的指標采用Spearman秩相關檢驗，分析指標間的相關性，詳見表12。

相關分析結果表明，Acutoxic、底棲動物H與其他指標間的相關性較差，說明其相對獨立，且Acutoxic是影響浮游動物、底棲動物分布的主要環(huán)境因子，以上兩個指標予以保留。在水體物理指標中，pH、T、TDS、Turb、DO都與多個指標顯著相關，T雖然是影響水生生物生長的關鍵因子，但其主要由氣候決定，DO與其它參數(shù)相比，更能反映水生態(tài)系統(tǒng)中新陳代謝的情況，且是《地表水環(huán)境質量標準》(GB 3838-2002)中的指標，因此物理指標保留DO。在水體化學指標中，COD_Mn與NH₃-N顯著相關，TN與TP、VF顯著相關，F(xiàn)^-與NH₃-N、TP顯著相關，鑒于COD_Mn、TN、TP能夠較為全面反映水生態(tài)系統(tǒng)有機污染和營養(yǎng)物方面的特征，TN、TP、F^-是WL湖水生態(tài)系統(tǒng)的主要污染物，TN對浮游植物分布起決定作用，因此保留COD_Mn、TN、TP、F^-四個指標。在毒理學指標中，Comtoxic能夠對水體毒性進行綜合評價，是毒理學的評估的重要指標，因此同Acutoxic一同保留。在生物指標中，浮游植物H與浮游植物豐度、Chla都顯著相關，并且是湖泊生態(tài)系統(tǒng)中食物鏈網中重要節(jié)點和紐帶，因此同底棲動物H一同保留。綜上，篩選出DO、COD_Mn、TN、TP、F^-、Comtoxic、Acutoxic、浮游植物H、底棲動物H9個指標作為WL湖水生態(tài)系統(tǒng)健康評價的指標。

(6)確定評價指標權重。選擇客觀賦權法計算評價指標的權重。各變量的共同度(即公因子方差)大小表明其在總體方差中的貢獻，由此求出各變量的權重。利用PCA法計算10個指標的共同度值，確定各指標的權重，詳見表13。

表13 WL湖水生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標權重

(7)建立評價指標體系。應用生態(tài)系統(tǒng)健康理論，根據評價指標選取的原則，建立了由理化指標體系、毒理學指標體系、生物學指標體系3個二級指標體系組成的完整的水生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標體系。詳見圖5。

(8)計算湖泊水生態(tài)系統(tǒng)健康綜合指數(shù)，評價湖泊水生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)。按照式(f)計算WL湖水生態(tài)系統(tǒng)健康綜合指數(shù)EHCI，參照中國環(huán)境科學研究院編著的《湖泊生態(tài)安全調查與評估》中提出的生態(tài)系統(tǒng)健康綜合指數(shù)分級標準評價WL湖水生態(tài)系統(tǒng)的健康狀態(tài)，詳見表14。

研究期間，WL湖ECHI均值為0.391，DO、浮游植物H、Comtoxic對ECHI的貢獻分別為0.126、0.096、0.099，TP、COD_Mn對ECHI的貢獻分別為0.030、0.026，而F^-、TN、底棲動物H、Acutoxic對ECHI的貢獻依次為0.002、0.002、0.010和0.012，4個因子對ECHI的累積貢獻僅為0.026，累積貢獻率為6.65％。上述分析表明：F^-、TN、底棲動物H、Acutoxic是WL湖水生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)較差的主要影響因子，TP和COD_Mn次之。

表14 WL湖水生態(tài)系統(tǒng)健康綜合指數(shù)特征

水生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)的空間變化。

WL湖水生態(tài)系統(tǒng)健康空間分布見圖6。春季整個湖區(qū)的健康狀態(tài)分為Ⅱ級、Ⅲ級、Ⅳ級，絕大部分湖區(qū)健康狀態(tài)為中等，只有湖心微小面積健康狀態(tài)好，南部湖區(qū)和東北湖區(qū)的小部分區(qū)域健康狀態(tài)較差。WL湖水生態(tài)系統(tǒng)健康綜合指數(shù)呈現(xiàn)從南北湖岸帶向湖心遞增趨勢，西南湖區(qū)和東北湖區(qū)的ECHI指數(shù)較低。與春季相比，夏季湖區(qū)的水生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)整體下降。湖區(qū)的健康狀態(tài)分為Ⅲ級、Ⅳ級、Ⅴ級，絕大部分湖區(qū)健康狀態(tài)為較差，由春季的Ⅲ級降為Ⅳ級，只有中北部湖區(qū)有一個健康狀態(tài)中等的斑塊，南部湖區(qū)近岸帶的健康狀態(tài)很差。水生態(tài)系統(tǒng)健康綜合指數(shù)總體呈現(xiàn)從南部湖區(qū)和東北部湖區(qū)向中北部遞增趨勢。與夏季相比，秋季湖區(qū)的水生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)小幅下降，與夏季ECHI差異不顯著，但ECHI的空間變化與夏季大致相反，整個湖區(qū)的健康狀態(tài)分級從北部到南部梯度遞增，依次為Ⅳ級、Ⅲ級、Ⅱ級、Ⅰ級，約50％湖區(qū)為Ⅳ級。