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| 标准编号 | HJ 838-2017 (HJ838-2017) | | 中文名称 | 湖泊营养物基准制定技术指南 | | 英文名称 | Technical guideline for deriving nutrient criteria for lakes | | 行业 | 环保行业标准 | | 字数估计 | 22,240 | | 发布日期 | 2017-06-09 | | 实施日期 | 2017-09-01 | | 发布机构 | 生态环境部 | HJ 838-2017: 湖泊营养物基准制定技术指南
HJ 838-2017 英文名称: Technical guideline for deriving nutrient criteria for lakes
中华人民共和国国家环境保护标准
湖泊营养物基准制定
技术指南
1 适用范围
本标准规定了湖泊营养物基准制定的技术方法，包括营养物基准制定技术流程、数据收集与要求、
候选指标及筛选、基准值推导、基准值验证与审核及营养物基准应用等。
本标准适用于指导我国区域湖泊营养物基准制定，水库和单个湖泊营养物基准制定可以参照执行。
5 数据收集与要求
5.1 数据来源
3数据来源主要为环境监测机构、科研院所等机构以标准方法采集的数据。对于其他来源的数据（公
开发表文献），应检查支持文件以保证采样、测量和分析方法具有一致性。
5.2 数据筛选原则
营养物基准制定需建立在大量数据的基础上，所需数据应符合以下原则：
（1）数据完整性原则：对于监测数据比较完整的区域，如能满足划分湖泊类型和制定基准的需要，
则其工作主要为对现有数据的收集、分析和筛选；对于监测数据缺乏或不足的区域，应及时开展现场采
样和监测工作，以满足数据要求。
（2）数据最少原则：监测数据最少应包括总磷、总氮、叶绿素 a和透明度。其他数据包括判断人
为营养物输入程度的基础数据（污染物排放数据、土地利用等信息）。
5.3 数据质量评价
可信的数据是指使用标准方法采集的数据，应从以下几个方面对数据质量进行评价。
（1）监测站点：具有明确的站点信息，包括纬度和经度等与地理位置有关的参考信息。
（2）监测指标与分析方法：对同一监测指标应采用统一的标准分析方法。若采用某一种标准方法
获取的监测数据太少，可使用其他标准方法得到的数据。
（3）实验室质量控制：符合实验室质量控制要求的监测数据可全部采用。
（4）数据时限：过去 10年内至少连续 3年的监测数据，若不满足需进行补充监测。
（5）监测频次：一般情况下，需要在一个自然年内进行逐月监测；或者至少在一个自然年内春季、
夏季、秋季各监测一次。
（6）代表性湖泊数据：应随机选择具有代表性湖泊的监测数据。代表性湖泊要求面积大于 10 km2，
数量达到区域内全部湖泊数量 80%以上。如果达不到上述要求，需补充监测。
6 候选指标及筛选
营养物基准候选指标包括营养物指标、生物学指标及辅助指标。
6.1 营养物指标
6.1.1 磷
采用 GB 11893分析水样中总磷（TP）的含量，包括所有有机和无机、溶解态和颗粒态的磷，单位
为μg/L或 mg/L。TP是营养物基准的必选指标。磷酸盐可作为营养物基准的可选指标。
6.1.2 氮
采用 HJ 636分析水样中总氮（TN）的含量，包括水中所有硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、氨氮和总有机
氮，单位为μg/L或 mg/L。TN是营养物基准的必选指标。氨氮、硝酸盐氮、
亚硝酸盐氮可作为营养物基准的可选指标。
46.2 生物学指标
6.2.1 叶绿素 a
采用 SL 88分析叶绿素 a（Chl a）含量，直接反映藻类生物量，
单位为μg/L或 mg/m3。Chl a是营养物基准的必选指标。
6.2.2 透明度
透明度（SD）的变化可以作为湖泊蓝绿藻水华爆发的预测指标，单位为 cm。SD不适合作为水体
色度较大（≥30 mg Pt/L）或无机悬浮物浓度较高湖泊的营养物基准指标。
6.2.3 溶解氧
溶解氧（DO）可作为营养状态变化潜在的早期预警指标，单位为 mg/L。
6.2.4 总有机碳
有机碳可以用来测定活的物质的重量，是营养状况分类和定义的基础，单位为 mg/L。总有机碳包
括颗粒态有机碳和溶解态有机碳。
6.2.5 大型水生植物
大型水生植物是输入植物性营养物的潜在利用者，其群落组成或丰度与营养物浓度直接相关，是湖
泊生态状况的一项关键指标。对监测数据较全面的湖泊可以考虑采用大型水生植物作为营养物基准候选
指标。湖泊中大型水生植物的总生物量用公式（1）计算
6.2.6 生物群落结构
测定湖泊中硅藻、蓝绿藻、浮游动物、鱼类及底栖大型动物群落结构的变化情况，采用香农-维纳
多样性指数或生物完整性指数对生物群落结构进行定量分析。
6.3 辅助指标
6.3.1 温度
采用温度探头直接插入采样点测量，在湖泊分类时需考虑温度对营养物-藻类生长响应关系的影响。
6.3.2 pH值
采用测量精度为 0.1的 pH计测定，在湖泊分类时需考虑湖泊水体 pH值。
6.3.3 电导率
采用电导率仪测定湖泊水体的电导率，单位为μS/cm。电导率对盐度的变化非常敏感，可用于指示
营养物富集状况，但不适用于含碳酸钙或溶解盐浓度较高的区域。
56.3.4 土地利用
土地利用类型是参照湖泊选择及陆域生态系统健康评价的重要指标，也是湖泊富营养化的早期预警
指标。应绘制土地利用类型图，标示土地利用类型百分比，重点关注林地转变为农业或城市用地的变化
情况，考虑自然水岸的比率及湖岸缓冲带宽度等生境情况。
6.4 指标筛选
应采用相关性分析、主成分分析、降维对应分析、典型对应分析等方法，筛选与藻类生长有明确相
关关系的响应指标。
（1）总磷、总氮（原因指标）和叶绿素 a、透明度（响应指标）为湖泊营养物基准制定的必选指标。
（2）受地理、气候和历史等自然与人为因素的影响，不同地区影响湖泊营养状态的关键指标存在
一定差异，要因地制宜，适当增加特征指标。
（3）对于饮用水源地等重要水环境功能区，需选择土地利用等早期预警指标。
（4）所采用的指标应有标准监测分析方法，易于全国推广。
7 基准值推导
湖泊按照陆域生态系统健康状况（附录 A）分为受人为活动扰动较小湖泊和受人为活动扰动较大湖
泊。陆域生态系统健康状况为良好及其以上状态的湖泊为受人为活动扰动较小的湖泊，其他湖泊为受人
为活动扰动较大湖泊。
区域内受人为活动扰动较小湖泊营养物基准制定采用统计分析法，受人为活动扰动较大湖泊营养物
基准制定采用压力-响应模型法。
7.1 统计分析法
统计分析法包括参照湖泊法、湖泊群体分布法及三分法。根据区域湖泊可获得的数据情况，选择一
种或几种方法确定营养物基准。
7.1.1 参照湖泊法
区域内参照湖泊的数量超过全体湖泊数量 10%时，可优先考虑采用参照湖泊法确定营养物基准。
具体推导技术流程（图 2）如下：
（1）确定区域内参照湖泊。参照湖泊筛选技术方法见附录 B。
（2）数据筛选：选择区域内参照湖泊的全部原始数据。
（3）数据分布检验：对参照湖泊的全部数据进行正态分布检验（如 t检验、F检验），符合正态分
布方可用于基准值推导；若不符合正态分布，需甄别异常值和极端值，并采用对数转换等方法进行变换
（以 10为底数），重新进行检验直到符合正态分布。
（4）营养物基准值推导：符合正态分布检验的数据进行频数分布分析（按水质从高到低的顺序分
6别排列），选择上 25%点位（透明度采用频数分布图的相对端）作为营养物基准值（见图 3）。
7.1.2 湖泊群体分布法
当区域内参照湖泊数量不能达到全体湖泊数量 10%时，可采用湖泊群体分布法，本方法不需要进
行参照湖泊筛选。具体推导方法如下：
（1）数据筛选：选择区域内湖泊全部原始数据。
（2）数据分布检验：同参照湖泊法。
（3）营养物基准值推导：符合正态分布检验的数据进行频数分布分析（按水质从高到低的顺序分
别排列），选择下 25%点位（透明度采用频数分布图的相对端）作为营养物基准值（见图 3）。
7.1.3 三分法
当区域内参照湖泊数量不能达到全体湖泊数量 10%时，也可以用三分法，本方法不需要进行参照
湖泊筛选。具体推导方法如下：
（1）数据筛选：选择区域内湖泊全部数据中水质最佳的 1/3数据。
（2）数据分布检验：同参照湖泊法。
7（3）营养物基准值推导：将所获得 1/3数据的中位数（频数分布的 50％点位）作为营养物基准值。
7.2 压力-响应模型法
压力-响应模型法包括线性回归模型法、分类回归树模型法、贝叶斯拐点分析法和非参数拐点分析
法，需同时采用四种模型法确定营养物基准值。
符合下列两种情况之一的，须采用分类回归树模型法、贝叶斯拐点分析法和非参数拐点分析法确定
营养物基准值：（1）响应指标与营养物浓度之间的关系无法用线性关系表示，呈现非线性、非正态和异
质性；（2）湖泊水质指标不能满足线性回归中设定的条件。
7.2.1 线性回归模型法
线性回归模型法包括简单线性回归模型和多元线性回归模型，
简单线性回归模型的具体推导技术流程如下（图 4）：
图 4 线性回归模型推导营养物基准技术流程
（1）数据筛选：选取区域内全部湖泊 4~9月份数据的平均值进行线性回归分析；用于模型拟合的
独立样本数不少于 20个。
（2）数据检验：检验数据是否满足以下条件：1）线性回归方程是否反映营养物浓度与响应指标的
关系；2）营养物浓度抽样是否满足正态分布；3）营养物浓度抽样变异性的大小是否在预测区间内；4）
使用的数据样本是否相互独立。若不满足上述假设，需甄别异常值和极端值，
并对数据进行对数转换（以10为底数）。
（3）线性回归模型建立：经检验后的数据代入线性回归方程式（2），
采用最小二乘法对模型进行拟合，得到 a和 b。
（4）模型评价：采用相关性系数（R2）、均方根（RMSE）、残差与拟合值的关系、残差与累积概
率百分比的关系等参数，评价模型拟合度。
（5）基准值推导：考虑到国际和我国湖泊营养状态及功能要求，Chl a取值范围为 2~5 μg/L*，以
90%置信区间计，运用方程式（2）推导氮磷的基准值。
7.2.2 分类回归树模型法
分类回归树模型法可以定量反映不同预测指标（如营养物等）对响应指标（Chl a）的影响，确定
指标变化阈值。使用分类回归树模型确定营养物基准不需要假定响应指标的基准值。具体推导方法如下：
（1）数据筛选：选取区域内全部湖泊 4~9月份数据的平均值进行分类回归树模型分析。根据预测
指标的数量，确定模型拟合所需的数据量，独立样本数与预测指标数的比值应大于等于 10。
（2）分类回归树模型建立：包括树的构建、停止、剪枝以及最优树的选择四个步骤。
（3）重要预测指标确定：在选定潜在的预测指标基础上，根据分类回归树模型确定影响响应指标
波动性的重要预测指标。
（4）基准值推导：最优树的节点对应的营养物浓度和 Chl a均值即为基准值。
7.2.3 贝叶斯拐点分析法
运用拐点分析法出现营养物浓度跃迁拐点即为营养物基准值。贝叶斯拐点分析法能够给出跃迁拐点
可能发生位置的概率分布，并将概率最大的跃迁拐点作为营养物基准值。具体推导方法如下：
（1）数据筛选：选取区域内全部湖泊 4~9月份数据的平均值进行拐点分析。采用贝叶斯拐点法需
要分析响应指标是否符合正态分布，对不符合正态分布的响应指标需要进行对数转换（以 10为底数）。
（2）模型构建：将符合要求的数据按照从低到高的浓度梯度排列，在压力指标和响应指标之间建
立的响应关系中，概率最大的突变点即为跃迁拐点。贝叶斯拐点分析法的原理详见附录 C。
（3）营养物基准值推导：以 90%置信区间计，采用自举法（bootstrap）模拟确定基准值。
7.2.4 非参数拐点分析法
采用非参数拐点分析法找出压力指标和响应指标关系中的跃迁拐点，
即为营养物基准值。具体推导方法如下：
（1）数据筛选：选取区域内全部湖泊 4~9月份数据的平均值进行拐点分析。
本方法不需要进行正态分布检验。
（2）模型构建：将符合要求的数据按照从低到高的浓度梯度排列，在压力指标和响应指标之间建
*注：Chl a的取值依据：Chl a与藻毒素之间存在显著的正相关关系，可以用 Chl a来评价细胞内的藻毒素含量。为了保
护人体健康，世界卫生组织（WHO）建议将饮用水中藻毒素的参考值定为 1 μg/L。国内外相关研究表明，藻毒素与 Chl
a的比值约为 0.2~0.5。同时，我国采用统计分析法得到 Chl a的基准值范围为 2~5μg/L，故 Chl a的取值范围为 2~5 μg/L，
能够保证饮用水功能的实现，并有利于防止湖泊“欠保护”和“过保护”现象的发生。
9立的响应关系中，最大偏差对应的突变点即为跃迁拐点。非参数拐点分析法的原理详见附录 C。
（3）营养物基准值推导：以 90%置信区间计，采用自举法（bootstrap）模拟确定基准值。
7.3 基准值的综合评价
对初步确定的基准值进行综合评价，判断基准值是否满足产生的生态效应不危及其水体功能或用
途，确定拟定的营养物基准值。应注意以下几个关键因素：
（1）营养状态指数限值
拟定营养物基准值对应的营养状态指数（TSI）不能大于 70，除非有充足证据证明该区域营养物浓
度在自然状态下高于该值。
（2）水体功能与用途
拟定的营养物基准值应满足保护湖泊水体所有功能或指定用途的要求。
（3）濒危物种
若水体中存在濒危物种，拟定的营养物基准值不得影响濒危物种的生长与繁殖。
（4）对下游的影响
拟定的营养物基准值不得对下游水体产生不良影响。
（5）反降级政策
对于区域内水质好于拟定营养物基准值的湖泊，应以保持现有良好水质为原则，
充分体现反降级政策。
8 基准值验证与审核
8.1 基准值验证
拟定营养物基准值可以采用历史数据分析法和古湖沼学法进行......
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