2014年第5期环保科技Vol〃20No〃5

基于HABITAT模型的生物栖息地评价

———以泸沽湖宁蒗裂腹鱼为例

黄炜

(江苏盛立环保工程有限公司，南京210019)

摘要:裂腹鱼是中国西南部泸沽湖中特有的珍稀鱼类，模拟和研究裂腹鱼的栖息地环境对保护这

种珍稀鱼类有着非常重要的意义。由于泸沽湖特殊的地理位置和旅游价值，其水质正遭受周边村落生

活污水的持续污染，裂腹鱼的生存环境遭受严重的破坏。本文以宁蒗裂腹鱼为指示物种，结合水质模型

预测的水质数据，利用基于HABITAT模型的生物栖息地评价方法，建立反映泸沽湖水质变化对泸沽湖

宁蒗裂腹鱼生态栖息地环境影响程度的评价模型，研究结果和分析表明，当泸沽湖中水污染物浓度未超

过裂腹鱼生存阈值时，裂腹鱼能够获得更多的营养物质，适宜的栖息地面积增大;当污染物浓度超过生

存阈值时，将造成裂腹鱼中毒，甚至致死，不适宜的栖息地面积增加。

关键词:水质因子;Habitat模型;生态栖息地评估

中图分类号:X37文献标志码:A

EcologicalhabitatassessmentbasedonHABITATModel－Acase

studyofSchizothoraxYunnansis

HuangWei

(JiangsuShengLiEnvironmentalProtectionEngineeringCo〃，Ltd〃，Nanjing210019，China)

Abstract:SchizothoraxYunnansisisauniquefishspeciesonlyexistinginLuguLake，whichisloca-

tedinthesouthwesternChina〃ThesimulationandresearchonSchizothoraxYunnansishabitatenvi-

ronmenthadavitalsignificancetoprotectthisrarefish〃Withthedevelopmentofthetourismindus-

try，therebringsmorepressureontheenvironmentalprotection〃ThelivingenvironmentofSchizotho-

raxYunnansiswasdestroyedseriouslybecausethewaterqualitywassufferingthesustainingpollution

ofdomesticsewagefromtheperipheralvillages〃Thispaperanalyzedtherelationshipbetweenwater

qualitychangeandSchizothoraxYunnansisecologicalhabitatandevalutedSchizothoraxYunnansis＇s

ecologicalhabitatimpactbasedonHABITATmodel〃TheresultsshowedthatwhentheTPconcentra-

tioninLuguLakedidnotexceedSchizothoraxYunnansis＇ssurvivalthreshold，SchizothoraxYunnan-

siscangetmorenutrientsandthesuitablehabitatareaforitselfwasincreased〃Conversely，itcan

leadtoTPtoxicityintheSchizothoraxYunnansisandevendeath〃Therefore，unsuitablehabitatarea

forSchizothoraxYunnansiswasincreased〃ItcanbeseenfromtheresultsthatHABITATmodelcan

assistinecologicalimpactassessmentstudiesbytranslatingresultsofhydrological，waterquality

modelsintoeffectsonthenaturalenvironmentandhumansociety〃

Keywords:WaterQualityIndex;HABITATModel;ecologicalhabitatassessment

收稿日期:2014－05－05;2014－06－05修回

作者简介:黄炜，男，1981年生，博士，研究方向:水环境及水信息。E－mail:wei〃huang923@gmail〃com

2014年第5期环保科技Vol〃20No〃5

栖息地是生物赖以生存、繁衍的空间和环境，关

系着生物的食物链及能量流，也是各种自然环境保

持健康的根本。良好的生物栖息地状况能够孕育良

好的生态质量，而由于人类规模性的开发建设造成

的生物栖息地破坏，会严重影响当地的生态质量，进

一步将带来生态灾难

［1－3］

。对生物栖息地进行模拟

和评估，探求改变生物栖息地的影响因子，是保护和

管理生物栖息地环境的关键。

20世纪70年代以来，国外提出了多种生物栖

息地评估方法，为管理生物栖息地提供了依据，并就

生物量及生物分布以及栖息地异质性与生物多样性

之间的关系进行了大量研究。Bovee 等首先将河道

内流量增加方法 IFIM 应用到栖息地评估中

［4 － 5］

; 郝

增超等利用 IFIM 方法和栖息地适应度曲线对新疆

额尔齐斯河中游鱼类产卵期的生态需水量进行了研

究

［6］

; Hayes 等利用逻辑回归模型对班鳟鱼的栖息

地选择情况进行了研究

［7］

; Binns 等利用多重回归模

型对鲑鱼的栖息地适宜性进行了分析

［8］

。上述方法

在生物栖息地模拟研究和适宜性分析中取得了卓有

成效的成果，但是它们也有其局限性，如: 模型缺乏

广泛适应性，对参数选择要求高，与水文、水质模型

耦合困难等

［9］

。针对这种情况，HABITAT 模型被开

发出来。该模型是由荷兰代尔夫特水利学研究所开

发的软件系统，其以生态水力学为核心，利用生物栖

息地适宜性指数( HSI) 和生物栖息地底图，模拟不

同的生存环境情况下生态栖息地变化状况，并通过

GIS 地图对生态栖息地变化情况进行可视化显示。

由于该模型输入数据格式与同为代尔夫特水利学研

究所 开发的水质模 拟 软 件 ( Delft － 3D WAQ 或

SOBEK) 的输出数据格式一致，因此其在与水文、水

质模型耦合方面具有天然的适应性，也使其应用范

围更加广泛，Haasnoot 等人

［10］

在 2005 年利用 HAB-

ITAT 模型对荷兰的 Ijsselmeer 湖中的 Zebra Mussel

物种进行了栖息地面积分布研究。

本文借助 Delft － 3D 软件模拟泸沽湖水质变化

情况，并以 HABITAT 模型为基础，建立反映水质变

化对鱼类生态栖息地影响程度的评价模型，研究鱼

类栖息地演变状况，旨在为我国湖泊生物栖息地环

境保护和生态建设提供参考。

1 基于 HABITAT 模型的生物栖息地评价方

法

HABITAT 模型其核心是以生态水力学为基础，

建立水流中介质与生物栖息地之间的定量关系，计

算不同生存环境下水生生物栖息地可利用数量指

·38·

标。由于栖息地是一个为生物体的生存和繁殖提供 水、

食物、空间等环境因素的组合，是物种种群生长 和生活

的自然环境，因此影响栖息地环境改变的因 素非 常

之 多，如 水 质、水 量、水 位、流 速、底 质 等

［11 － 13］

同时，这些因素对生物栖息地的影响程度 不尽相同，

而且它们之间相互作用的关系也非常复 杂，不可能将

其全部描述清楚，因此在 HABITAT 模 型应用过程中

采用以下两个假设: ( 1 ) 模型中所有 变量对生物的

生存和繁殖具有等同的重要性; ( 2 ) 模型中所有变量

对生物栖息地的影响都是相互独立 的，互不影响。基

于上述假设，本文以 HABITAT 模 型为基础建立生物

栖息地评价方法，建立的基本步 骤如下所示:

① 通过实地调查研究区域内的主要水生动物

类型，从生态价值、社会价值、经济价值等多个方面

综合比选后，选取出需要模拟的指示物种类型;

② 分析选取出的指示物种的生理特性，确定对

其生长和扩展有重要影响的环境因子，主要包括水

位、流速、湖泊底质、水体中的溶解氧、磷酸盐浓度

等;

③ 建立基于栖息地适宜性指数( HSI) 的水生动

物生境因子与湖泊环境因子之间响应关系，HSI 指

数介于 0 ～ 1 之间，其中 0 意味着对特殊的栖息地条

件没有偏爱，1 意味着对特定条件有最高偏好

［14］

。

④ 网格化研究区域，运用 Delft － 3D 中的水流

和水质模块模拟湖泊中的水质情况;

⑤ 按照 HABITAT 模型要求的格式建立指示物

种在不同环境条件下的演变规律; 根据模拟出的水

质环境条件以及栖息地响应关系，评价各物种类型

的生境适应性，并计算其适宜面积，从而获得研究湖

泊在未来不同水帄年的栖息地格局。

2 实例研究

2〃 1 研究区域

泸沽湖位于中国西南部，四川省和云南省境内， 泸

沽湖水文参数见表 1。随着泸沽湖周边旅游业的 发

展，排入泸沽湖的水污染物量急剧增加，造成其水 质

日趋恶化，严重威胁了当地的生物栖息地。裂腹 鱼

作为泸沽湖中的特有珍稀鱼类，包括厚唇裂腹鱼、 宁

蒗裂腹鱼、小口裂腹鱼 3 种，其存在对于研究云贵 高

原地区裂腹鱼类的系统进化和生态演化具有非常 重

要的意义和价值。然而随着泸沽湖水质的恶化， 其

生存环境已有遭受破坏的趋势。

达祖村和落水村分别位于泸沽湖的东北角和西 南

部( 见图 1 ) ，并分别归属四川省和云南省管 理。

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是泸沽湖周边旅游业和经济发展最好的两个村庄， 其产生的水污染对泸沽湖水质造成

影响的程度也是 最大的。因此，本文选择达祖村和落水村作为研究 目标，用于模拟

在不同污染物浓度排放情况下，泸沽 湖裂腹鱼生物栖息地的变化状况。

表 1泸沽湖水文参数

［15］

参数 数据

经纬度 北纬: 27°41' ～ 27°45' 东经: 100°45' ～ 100°50'

流域面积 ( km

) 171〃 4

湖水面积( km

) 48〃 45

长 × 宽( km) 9〃 4 × 5〃 2

最大水深( m) 93〃 5

帄均水深 ( m) 40〃 3

总容量 ( 10

) 20〃 7

海拔高度 ( m) 2685

2〃 2 指示物种选择

图 1泸沽湖

指示物种一般选择特定流域保护性目标物种，

如鱼类和无脊椎动物。本文选取泸沽湖宁蒗裂腹鱼

作为指示物种，其作为泸沽湖中特有的珍稀鱼种，具

有重要的经济和观赏价值，研究其生态栖息地变化

情况对保护这种特有的珍稀鱼种有着重要的意义。

2〃 3 适宜度曲线的建立

本文参考有关文献中的资料建立了宁蒗裂腹鱼

的栖息地适宜度曲线。根据文献

［16 － 18］

显示，宁蒗裂

腹鱼主要生活在泸沽湖水深 0 ～ 1〃 5 m 处，其流速约

为 0〃 4 ～ 0〃 8 m / s。宁蒗裂腹鱼常年生活环境温度在

18 ～ 26 ℃ 之间; 当环境温度大于 39 ℃或小于 3 ℃时，

没有宁蒗裂腹鱼能够生存。宁蒗裂腹鱼对总磷的承

受浓度范围为 10 ～ 100μg / L，过低的总磷浓度可能

导致宁蒗裂腹鱼缺少必需的营养物质，而过高的总

磷浓度也可使宁蒗裂腹鱼中毒而导致死亡。参考以

上数据，建立宁蒗裂腹鱼适宜度曲线如图 2 所示。

图 2裂腹鱼栖息地适宜度曲线

2〃 4 水质预测

对研究区域泸沽湖进行网格化，并根据实际调

查资料生成泸沽湖的水深和温度网格图( 见图 3) 。

由于泸沽湖水质污染源主要为游客及当地住户 的生

活污染源，考虑到泸沽湖旅游相对较发达地区 主要

为达组村和落水村，因此在建立模型时，污染源 位置

定为达祖村和落水村。水质因子主要考虑为生

活污染源中的 TP。根据泸沽湖水质现状监测数据， 利

用 Delft － 3D 中的 Flow 和 WAQ 模块，建立水质预 测模

型。预测年限分别为 2009 年和 2059 年。预测

·39·

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结果将直接作为 HABITAT 模型的输入数据。

续表 2

方案 方案设置 决定因素 污染物来源

3、达祖村产生的水污染物

方案 3

方案 4

直接排入泸沽湖，落 水村

产生的水污染物不排入泸

沽湖

4、达祖村和落水村产生的水

污染物均直接排入泸沽湖

温 度 / 水 深 /

流速 / 总磷

温 度 / 水 深 /

流速 / 总磷

达祖村

落水村 / 达 祖

村

图 3泸沽湖的水深和温度网格图

2〃 5 栖息地预测方案设置

由于泸沽湖为四川省和云南省共同管理的湖

泊，因此达祖村和落水村在水污染控制和生态环境

管理上存在一定差异，向泸沽湖湖体排放的水污染

总量和污染浓度也不尽相同。本文考虑两省间不同

的管理策略和效果，对引起泸沽湖水质变化的水污

染排放情况设置了四种方案，并 分别按 2009 年和

2059 两个年度进行预测。泸沽湖栖息地预测方案

设置情况见表 2 所示。

表 2泸沽湖栖息地评价方案设置

方案 方案设置 决定因素 污染物来源

3 结果分析

分别预测 2009 年至 2059 年中，泸沽湖水质的

变化对宁蒗裂腹鱼栖息地的影响，定量给出宁蒗裂

腹鱼各类适宜度生物栖息地面积，并分析栖息地面

积变化趋势。

3〃 1 方案一

图 4( a) 、(b) 分别表示方案一情况下 2009 年、

2059 年宁蒗裂腹鱼栖息地预测示意图。

方案 1

1、达祖村和落水村产生的

水污染物均不排入泸沽湖

温 度 / 水 深 /

流速

不 排 放 污

染物

方案 2

2、落水村产生的水污染物

直接排入泸沽湖，达 祖村

产生的水污染物不排入泸

沽湖

温 度 / 水 深 /

流速 / 总磷

落水村

图 4 宁蒗裂腹鱼栖息地预测示意( 方案一)

由两图比较可知，宁蒗裂腹鱼不适宜栖息地

( HSI ＜ 0〃 1 ) 的区域主要为湖体中部及东南角( 草

·40·

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海) ; 2009 年及 2059 年相比，其栖息地面积有所减