流域生态系统补偿机制研究进展

生态补偿是近年来生态环境管理领域的一个新发展起来的方向和热点,尤其在我国,生态补偿受到学者和政府部门的高度关注,其研究和实践进展迅速。流域是完整的地理与生态系统区域,是实施生态保护和生态补偿的典型单元。从流域角度研究和实施生态系统保护,可以最好体现生态系统的完整性和生态要素的综合性。流域生态补偿机制研究是当前生态经济研究的前沿命题。系统梳理和全面总结了流域生态补偿研究的国内外进展与应用案例,总结了当前流域生态补偿研究存在的主客体界定、补偿原则、措施短效性等方面存在的主要问题,提炼概述了流域生态补偿研究的理论分析框架,并就流域生态补偿确定方法、补偿途径等关键问题进行了探讨。结合水权交易与水市场、流域社会化管理等问题,对流域生态补偿的未来研究趋势进行了展望。     

湖泊-流域生态系统管理的内容与方法

在流域生态系统管理研究综述的基础上,对湖泊一流域生态系统管理的概念进行了界定,对水环境管理、综合流域管理与流域生态系统管理之间的差异进行了对比分析。确定了生态系统生态学、流域生态学、生态系统健康和流域方法为湖泊．流域生态系统管理的理论基础,生态系统方法和流域分析为其方法学基础。在上述分析的基础上,提出了湖泊．流域生态系统管理的6个主要步骤：研究范围界定、基础信息收集与基本生态学问题的分析和评价、管理目标设定、系统综合、生态系统综合评价、适应性管理;识别出湖泊-流域生态系统管理中的3个关键问题：①生态系统管理中的不确定性和障碍分析;②流域土地利用变化对湖泊水质和生态系统的影响;③流域生态子系统与社会子系统的关联。     

森林流域生态水文过程动力学机制与模拟研究进展

水文过程是联系气候变化和森林生态系统时空变化的关键因素．未来的气候变化和人类大尺度活动将影响森林流域生态系统与水文过程的变化,森林流域生态与水文过程耦合、生态系统水文过程动力学机制研究在认识和调控生态资源及其合理利用、区域生态恢复,以及社会经济可持续方面均具有重要意义．森林流域生态系统中的水文过程可分为降雨截留、蒸散和产汇流过程．森林流域生态与水文耦合过程边界条件的确定,土壤表面特定水文过程的参数化,降雨、土壤水分运动和植被的动态耦合作用,分布式模型的应用以及森林生态水文过程动力学机制与调控等将是今后生态水文动力学过程研究的重点,综述了森林流域生态水文过程动力学机制与调控的研究进展。     

基于生态系统敏感性与生态功能重要性的高原湖泊分区保护研究——以达里湖流域为例

内蒙古高原湖泊流域是我国北方地区重要的涵养水源区域,发挥着防汛抗旱、气候调节、生物多样性维持等多种生态系统功能。近几十年来,全球气候变化加之人类活动加剧,导致内蒙古高原湖泊的数量和面积大幅减少,流域生态系统的损害日益明显,严重威胁到了周边地区的生态安全,保护与治理内蒙古高原湖泊流域已逐渐成为社会各界关注及迫切需要解决的问题。面向内蒙古高原湖泊流域保护和管理需求,以改善和提升流域生态环境质量和生态系统功能为目的,以内蒙古高原湖泊达里湖流域为研究对象,基于流域生态特性和主要生态环境问题,选取水土流失、土壤侵蚀及土地沙化敏感性3个指标评价了流域生态系统敏感性,从水源涵养、土壤保持和生境质量重要性3个方面评价了流域生态系统功能重要性,并在此基础上,通过GIS空间分析技术将流域分为极重要敏感区,一般重要敏感区和低重要敏感区。结合流域内达里诺尔国家级自然保护区的生态重要性与3个区域评价结果,从生态保护角度将流域分为禁止开发区、重点保护区、质量提升区与潜在威胁区4个区域,同时提出针对每个区域特点的保护与管理对策。研究结果对提高高原地区湖泊流域生态环境质量以及对流域实施科学有效的管理提供了科学依据,同时在促进区域乃至全球生态建设和可持续发展方面具有重要的理论与现实意义。     

流域生态学的发展困境——来自河流景观的启示

随着中国生态环境问题越来越多地呈现出流域特性,流域生态研究的重要性和紧迫性也日渐凸显。整合流域生态研究,形成一个有效的研究体系,流域生态学迄今未能予以实现。通过对"流域生态学"和"河流景观"这两个相近概念提出过程的比较研究,探讨流域生态学发展困境产生的原因,为流域生态研究体系的构建提供思路。分析结果显示流域生态学目前主要存在两个不足:1)因为提出流域生态学概念的关键现实需求不明确,导致难以确定其核心科学问题;2)因为没有相应的流域生态系统概念模型,进而也就难以带动相关研究落实跟进。要推进流域生态学的发展,第一步要做的就是明确流域生态研究体系构建的核心现实需求,并对流域生态系统进行一个概念模型上的相应设计。     

70年来陕西省纸坊沟流域农业生态经济系统耦合态势

"农业生态经济系统耦合"的研究与实践对于实现农业产业与资源相一致,建立持续、高效的农业生态经济系统具有重要的意义.耦合度可以阐明农业经济系统与农业生态系统互动关系,判定农业生态经济系统耦合态势.在分析陕西省纸坊沟流域农业生态经济系统耦合关系的基础上,参照系统科学等理论及相关研究结果建立了农业经济系统与农业生态系统耦合度模型,并计算和分析了该流域70a来的耦合度.结果表明,农业生态经济系统的耦合过程可以划分为4个阶段:Ⅰ.经济系统依赖生态资源进行原始化农业生产阶段;Ⅱ.农业生产掠夺式利用生态资源,生态系统供给能力不断减少阶段;Ⅲ. 农业经济系统与生态系统协调化发展阶段;Ⅳ.降低农业发展速度,促使生态系统重建阶段.纸坊沟流域从1938～2008年先后经历了第Ⅰ阶段、第Ⅱ阶段和第Ⅲ阶段.目前处于第Ⅲ阶段,但在"系统发展"过程中已潜伏了越来越大的危机,到2018年系统耦合突破"协调"界限,"相悖态势"将明显表现出来.为此,纸坊沟流域必须调整产业布局,发展草畜产业,进行产业升级,优化产业结构,实现农业生态经济系统协调、持续发展.     

生态流量方法应用现状研究

水资源是制约国家经济社会发展的重要因素。长期以来,水资源的过度开发利用直接影响了流域的生态保护和高质量发展。生态流量(Ecological Flow)是保障流域水生态环境可持续发展和管理的重要指标。然而当前研究方法众多,尚未进行系统性梳理。以生态流量为出发点,归纳总结国内生态流量评估的最新进展,系统地对水文学法、水力学法、生境模拟法和整体分析法等四大类共17种方法进行对比总结,评述其优缺点及适用条件,并根据国内流域的生态流量评估现状,建议在我国流域水系庞杂且气候、水文地质、下垫面和水资源开发利用等条件差异较大的情况下,因地制宜地选择生态流量评估方法。未来的生态流量研究和流域水生态管理应综合考虑气候、水文条件变化和人类活动的影响,依据生态流量目标制定、水利水电工程调度、生态流量监测、流域制度法规建设等方面系统性完善生态流量管理与研究,实现流域水资源的高质量发展。     

新安江流域生态系统服务演化过程及权衡协同关系

新安江流域作为长三角一体化发展的战略水源地与水源涵养区,其生态系统服务变化与权衡协同关系研究对于推进流域生态文明体制建设,促进人地关系协调发展具有重要意义。基于生态系统服务变化指数、相关系数及空间自相关等方法,对新安江流域1999-2019年生态系统服务价值及权衡协同关系进行定量分析。结果表明：（1）新安江流域生态系统服务价值整体呈波动下降态势,改善趋势渐显,生态补偿工作的系统实施强化了河流、湖泊的生态保护效应与地位;（2）新安江流域地均生态系统服务价值空间分布较为稳定,空间相关类型以正相关为主,生态系统服务价值增益相对明显地区多分布在上游安徽省境内;（3）协同关系是新安江流域生态系统服务间相关关系的主体,生态补偿试点工作实施后,水文调节服务与其他服务之间的相关关系发生明显转化,各乡镇单元生态系统服务的相关关系以协同关系为主。     

流域水电开发对干热河谷社会-生态系统的影响及意义

西南干热河谷是我国重要生态脆弱区和经济发展落后区,流域大型水电开发是干热河谷重要的人类干扰活动,对生态脆弱区的社会-生态系统造成极大影响。社会-生态系统演变的方向和规律具有复杂性和非线性变化,又涉及到生态保护修复、能源安全、经济发展和乡村振兴等国家重大需求,因此,亟待加强流域社会-生态系统演变和驱动机制方面的研究。通过总结当前研究的进展和不足,提出了加强生态系统演变的长期监测和分析、深入研究流域社会经济演变规律和驱动机制、完善流域生态资产价值评估和生态补偿机制、构建流域社会-生态系统耦合理论与方法等对策建议,从而为脆弱生态区未来可持续发展提供科技支撑。     

流域尺度生态水文研究评述

根据国际上生态水文学发展的主要方向,归纳了现阶段流域生态水文学的生态水文过程与生态水资源两大主要学科领域及其进展。全球变化下流域生态过程对水文循环加剧的应对策略,基于土地利用与覆盖变化的流域水土界面可持续管理将是未来流域生态水文过程研究的前沿核心问题。以生态需水量为主,分析了生态水资源领域存在的问题,评述了河道内与河道外生态需水量评价的方法与问题,建立更加适用的生态需水量评价体系是目前生态需水量研究的关键问题,一个全新的面向生态系统的水资源评价和规划的理论体系是未来人类社会可持续发展的基础     

水资源利用与保护的途径--流域管理

为了促进水资源的利用与保护 ,美国率先提出了流域管理 ,目前是水资源管理的主要模式 ,在世界上得到了广泛应用。在描述流域管理的萌芽、发展历程、目标、基本思想的基础上 ,介绍了国内外先进的技术手段和国外流域管理的成功典范———美国流域保护规划和澳大利亚全流域管理方法。我国水资源质量现状表明 ,我国目前水资源缺乏有效管理 ,流域管理尚未贯彻到水资源管理的全过程中 ,存在较多问题。为了完善流域管理 ,加强非点源污染管理、流域评价、土地利用规划和完善相关法律是当前的主要任务。只有从我国流域管理现状出发 ,把流域管理作为水资源利用与保护的主要途径 ,才能做到水资源的可持续发展。     

锡林河流域综合管理信息系统研发与应用

流域综合管理信息系统是集成多主题流域信息,服务流域综合管理决策的工具。本文基于GIS技术,设计了锡林河流域水质评价、流域分析和灌溉需水估算模型,研制了锡林河流域综合管理信息系统,并在系统中集成了数据管理、查询、更新、处理、模型分析和输出等多种功能,在栅格水平上实现了模型参数的输入、传递、计算及显示与分析。其中,水质评价模型以遥感影像为基本信息源,实现水质评价指标实时监测与估算,应用影响因子与水质评价指标的回归系数,分析影响水质变化的关键影响因素;流域分析模型具备确定流向、估算流域累积流量并判定流域分区等功能;农业灌溉需水计算模型实现了在已有降雨条件下锡林河流域年灌溉需水量的估算。锡林河流域综合管理信息系统为该流域现代化管理和综合治理提供了决策参考。     

结合生态系统服务供需和人类福祉的区域规划

生态系统服务与人类福祉的和谐关系是区域规划的基石。现有的区域规划较少同时考虑生态系统服务的供需和流域居民的福祉差异。以城市化流域——官厅水库流域为例,应用改进后的CASA模型、IPCC清单法、SolVES模型和问卷调查量化食物供给、碳固持和文化服务以及人类福祉,再结合服务的供需关系及人类福祉水平开展聚类分区,并针对各区情况提出规划建议。结果显示,官厅水库流域内食物供给和文化服务供大于求,而碳固持服务供不应求。流域福祉位于中等水平,分值为3.44(满分5分)。其中,居民的基本物质需求分值最高(3.64),收入分值(3.00)明显低于流域整体水平。除此之外,居民认为供水、医疗条件和收入这些福祉要素仍有待改善。流域可分为城市发展区、城郊休闲区、生态涵养区和文化建设区。在各区需采用因地制宜的方式,通过增大植被覆盖面、开展文旅产业和推动冰雪项目等形式,提高居民生活质量和维持区域可持续性。     

DEM栅格分辨率和子流域划分对杏子河流域水文模拟的影响

以黄土丘陵沟壑区杏子河流域为研究区,采用数字滤波法分割了杏子河招安水文站1958—1974年的基流量,评价了SWAT模型在该流域水文模拟的适用性,并分析了DEM栅格分辨率和子流域划分对SWAT水文模拟的影响。结果表明,SWAT模型适用于该流域年河川径流、地表径流、基流及产沙量的模拟。当DEM栅格分辨率在20—150 m之间时,SWAT能有效地模拟年河川径流、地表径流、基流及产沙量,各水文要素模拟结果的R2和NSE分别在0.93和0.51以上,RSR在0.43以下;而当栅格分辨率大于150 m时,各水文要素的模拟效果存在差异。子流域划分对流域产流模拟影响较小,而对产沙模拟影响较大。当子流域提取阈值在12—100 km2之间时,不同的子流域划分对产沙量几乎没有影响,若超出该阈值范围,模型会低估产沙量。因此,可针对不同的水文要素选择合适的DEM和子流域提取阈值,以提高模拟精度和运行效率。     

Dissolved and particulate nutrient flux from three adjacent agricultural watersheds: A five-year study

Fluxes of dissolved and particulate nitrogen (N) and phosphorus(P) from three adjacent watersheds were quantified with ahigh-resolution sampling program over a five-year period. The watershedsvary by an order of magnitude in area (12,875, 7968 and 1206 ha), and inall three watersheds intensive agriculture comprises > 90% ofland. Annual fluxes of dissolved N and P per unit watershed area (exportcoefficients) varied 2X among watersheds, and patterns were notdirectly related to watershed size. Over the five-year period, meanannual flux of soluble reactive P (SRP) was 0.583 kg P ·ha^–1 · yr^–1 from the smallestwatershed and 0.295 kg P · ha^–1 ·yr^–1 from the intermediate-sized watershed, which hadthe lowest SRP flux. Mean annual flux of nitrate was 20.53 kg N ·ha^–1 · yr^–1 in the smallestwatershed and 44.77 kg N · ha^–1 ·yr^–1 in the intermediate-sized watershed, which had thehighest nitrate flux. As a consequence, the export ratio of dissolvedinorganic N to SRP varied from 80 (molar) in the smallest watershed to335 in the intermediate-sized watershed. Because most N was exported asnitrate, differences among watersheds in total N flux were similar tothose for nitrate. Hence, the total N:P export ratio was 42(molar) for the smallest watershed and 109 for the intermediate-sizedwatershed. In contrast, there were no clear differences among watershedsin the export coefficients of particulate N, P, or carbon, even though> 50% of total P was exported as particulate P in allwatersheds. All nutrient fractions were exported at higher rates in wetyears than in dry years, but precipitation-driven variability in exportcoefficients was greater for particulate fractions than for dissolvedfractions.Examination of hydrological regimes showed that, for all nutrientfractions, most export occurred during stormflow. However, theproportion of nitrate flux exported as baseflow was much greater thanthe proportion of SRP flux exported as baseflow, for all threewatersheds (25–37% of nitrate exported as baseflow vs.3–13% of SRP exported as baseflow). In addition, baseflowcomprised a greater proportion of total discharge in theintermediate-sized watershed (43.7% of total discharge) than theother two watersheds (29.3 and 30.1%). Thus, higher nitrateexport coefficients in the intermediate-sized watershed may haveresulted from the greater contribution of baseflow in this watershed.Other factors potentially contributing to higher nitrate exportcoefficients in this watershed may be a thicker layer of loess soils anda lower proportion of riparian forest than the other watersheds. Theamong-watershed variability in SRP concentrations and exportcoefficients remains largely unexplained, and might represent theminimum expected variation among similar agriculturalwatersheds.     

青藏高原沙柳河流域自然径流驱动的流域生物信息流量化特征——以环境微生物为指标

物质流、能量流、信息流是生态系统过程研究中的三大主题。然而，在流域生态学研究中，有关信息流的研究一直缺位。为了推动流域信息流研究，从生物信息流切入，提出"流域生物信息流"概念，将其定义为"生物信息依托于流域生态系统过程在不同空间和系统之间进行传递、交流、作用、反馈的路径、过程与控制"，并将其研究内容拟定为主要关注于水陆间、干支流间、上下游间、不同生态斑块间的流域生物信息流及其周期性节律和趋势性变迁，以及地貌、水文、人类活动等对这些生物信息流的影响等。然后，以青藏高原上青海湖重要入湖河流--沙柳河的河流水体微生物和岸带土壤微生物为研究对象，利用环境DNA技术，对沙柳河流域的自然径流驱动的流域生物信息流进行量化研究。结果表明（1）岸带土壤到水体的流域生物信息流主要由地表表面流、地下潜流等驱动，并受环境过滤效应影响，其输移效率降雨天约为62.76%、晴天约为44.16%，其中输移能力降雨天约为68.49%、晴天约为56.82%，环境过滤效应降雨天约为8.38%、晴天约为22.28%；（2）水体上游到下游的流域生物信息流主要由河川径流驱动，并受衰减效应影响，其基础综合输移效率约为97.41%/km，其中径流输移能力约为99.42%/km，无效流域生物信息流占比约为43.46%，无效流域生物信息流的半衰距离约为14.52 km；（3）降雨通过增加地表表面流等的冲蚀搬运能力并削弱环境过滤效应，促使岸带土壤到水体的流域生物信息流输移能力和输移效率增大；（4）流域生物信息流的输入在一定程度上增加了输入地的可检出生物多样性，但这种增加对于流水生态系统来讲是非累积的。     

黄土高原小流域治理效益评价与系统评估研究——以宁夏西吉县黄家二岔为例

根据黄土高原地区小流域及其治理的特点,提出了效益评价指标体系和评价方法,以生产力,均衡性,稳定性和持续性４基参数共８个指标从整体上系统平估了小流域在不 原状态,以黄家二岔小流域为例作了说明。     

流域生态服务价值供给的补偿标准评估——以渭河流域上游为例

十九大报告明确提出,健全河流湖泊休养生息制度,建立多元化的生态补偿机制,而准确核算流域生态服务价值供给的补偿标准是建立科学的流域生态补偿机制的关键要素。对于补偿标准的核算,鲜有学者从公平的视角出发,考虑补偿标准应在生态服务价值供给的基础上剔除本地区的自身消费。首先对流域生态服务供给方的供给行为与流域生态补偿标准的评估依据进行理论探讨,提出流域生态补偿标准应以生态环境价值为依据,对生态保护行为的生态外溢环境价值进行补偿;其次,在理论分析的基础上以渭河流域为例,构建当量因子模型测算渭河上游2006—2015年供给的生态服务价值,并结合水足迹法测算并剔除2006—2015年渭河上游自身消费的生态服务价值;最后,测得渭河上游应获得的补偿标准由2006年的12.82亿元上升至2015年的44.09亿元,总体呈增长趋势,说明上游为保护流域生态环境不断付出努力,不断增加对下游的剩余生态服务价值供给。     

水土流失治理新范式:基于流域过程模拟和情景分析的方法

随着土壤侵蚀问题的日益突出,水土流失治理逐渐成为实现区域可持续发展的当务之急.通过在试验小流域实施治理措施并评价其效益是水土流失治理的传统范式,但这种范式存在试验周期长、可重复性差、资金和人工技术投入大、推广性差等局限性,已不能适应当前水土流失治理的需要.近年来兴起的基于流域过程模拟的情景分析方法在定量模拟流域过程对地理变量响应的基础上,通过评价不同治理措施的环境、生态和经济效益,探索能够协调经济发展与环境保护关系的水土流失治理措施.该方法能够在无需大范围工程实施和实地观测的情况下对各种治理措施的效益进行评价,花费少,灵活性强,在水土流失治理措施的决策制定中具有较大优势.本文详细阐述以情景分析方式作为水土流失治理新范式的基本思路,通过实例分析,演示新范式在治理流域水土流失中的应用,并展望新范式在流域治理中的未来发展趋势.     

Comparing the Fish and Benthic Macroinvertebrate Diversity of Restored Urban Streams to Reference Streams

Urbanization is associated with substantial losses to stream biological diversity throughout the United States' mid‐Atlantic. Stream restoration has been used to improve stream conditions and, in part, to ameliorate these losses. However, the relationship between restoration and recovery of biological diversity is unclear. Our objective was to critically examine the efficacy of urban stream restorations with regard to biological diversity. We compared restored urban streams to urban nonrestored, nonurban, and reference (minimally degraded) streams using five measures each of fish and benthic macroinvertebrate diversity. Both multivariate and univariate statistical analyses show biological diversity of restored urban streams to be similar to nonrestored urban streams and lower than nonurban and reference streams. Restored urban sites showed no apparent increase in biological diversity through time, while diversity decreased at two of the reference streams coincident with increased urban development within their catchments. Our results indicate that restoration approaches commonly used regionally as in these urban streams are not leading to recovery of native stream biodiversity. Evidence from several sources indicates a need for dramatic changes in restoration approach, and we argue for a watershed‐scale focus including protection of the least impacted streams and adopting other land‐based actions within the watershed where possible.