生态环境需水量研究进展与理论探析

通过对国内外生态环境需水量研究现状的分析 ,阐述了生态环境需水量的概念。提出生态环境需水量是由河道内生态环境需水和河道外生态环境需水、景观娱乐需水三部分组成的观点 ,从生态环境需水的时空分布、自然生态优先和可持续角度对其内涵进行了探讨 ,分析了生态环境需水量的动态性、可控制性和极限特性。对目前采取的各种生态环境需水量计算评价方法进行了总结 ,展望了该研究领域的发展趋势。     

城市生态环境需水量研究--理论与方法

生态环境需水量是一个整合的新概念。从降水量概念和水资源量概念两个角度界定了城市生态环境需水量的概念与内涵 ,分析其类型和属性特征 ,建立了城市生态环境需水量的方法体系 ,包括城市分类的指标体系与方法、基于降水量概念和水资源量概念的城市生态环境需水量计算方法与等级划分方案 ,为城市生态环境需水量研究提供理论依据与方法支持     

基于生态水权分配的太子河河道内生态需水量计算

生态水权是流域初始水权的重要组成部分,河流生态需水量计算是流域生态水权分配和生态环境保护的依据。在对太子河实地调查研究的基础上,采用月保证率法和鱼类生境法对太子河河道内生态需水量进行了估算,并选用Tennant法对计算结果进行验证。结果表明:2种方法计算结果是合理的;根据水资源与用水现状权衡,确定出各河段最小、适宜和理想等级的生态需水量;通过河段各等级生态需水量计算结果与现状流量比较,发现各水文站现状流量基本可以满足河流最小生态需水量的要求,而适宜或理想等级的生态需水量还需要采取多种措施在河道内预留这部分水量来保证生态水权。     

马拉河流域植被生态需水特征及估算

生态需水是生态用水控制和区域生态环境恢复建设的基本依据。马拉河流域拥有世界著名的生态系统，植被生态需水占流域总需水量的很大一部分。基于1980—2020年ERA5气象数据、叶面积指数(LAI)与世界土壤数据库数据，采用Penman-Monteith法计算了马拉河流域四个季节(短旱季、长雨季、长旱季、短雨季)植被生态需水量的时空变化特征。在此基础上，使用支持向量机(SVM)、随机森林(RF)和卷积神经网络(CNN)3种机器学习方法与7个环境因子(气温、降水、10 m风速、LAI、太阳辐射、相对湿度、地形)建立了回归模型，分别估算了2011—2020年逐年不同季节的植被生态需水量，并与Penman-Monteith法计算结果进行时间序列拟合度和空间相似性的比较。结果表明：马拉河流域植被生态需水量在过去40年所有季节都呈现为波动变化，植被生态需水量长雨季>长旱季>短雨季>短旱季，长雨季的植被生态需水量约为短旱季的1.5倍。不同季节均呈现出上下游高、中游低的植被生态需水量空间分布格局。LAI为最大的正影响因子，风速为最大的负影响因子。就不同方法估算的植被生态需水量准确性而言，...     

雅砻江干流河道内生态需水量生境模拟法研究

生态需水的研究已成为国内外地球科学领域普遍关注的一个热点问题。在现场调查的基础上,根据雅砻江干流独特的生态环境特点与保护目标,选择了包括水文和生物两方面信息的方法―生境模拟法,以达到满足保护水生生物的生境目标,维持调水河流良好的生态功能的目的。结果表明,生境模拟法计算的各站各年的河道内生态需水量基本上处于或接近Tennant法所设定的最小和适宜生态需水量之间,而Tennant法设定的计算标准主要考虑当地的水生生物生活习性及气候特点,符合当地的河流生态与环境条件。可见应用生境模拟法来计算河道内生态需水量是可行的。     

基于生态保护目标的疏勒河中游绿洲生态环境需水研究

以疏勒河中游绿洲为研究对象,基于RS和GIS技术,选择1990年、2000年和2013年Landsat TM/ETM影像解译成果作为中游绿洲生态演变研究的基础资料,并确定了中游绿洲2020年和2030年生态保护目标。根据疏勒河中游绿洲生态环境需水特征,建立了基于天然植被、河流、湿地和防治耕地盐碱化的疏勒河中游绿洲生态环境需水定量化模型,并估算了现状和保护目标下流域中游绿洲生态需水量,从而为区域水资源合理配置和生态系统的协调发展提供参考依据。通过计算得出了疏勒河中游绿洲2013、2020和2030年天然植被、河流基本生态、河流输沙、河流渗漏补给、水面蒸发、湿地生态和防治耕地盐碱化生态环境需水量。同时得出疏勒河中游绿洲2013、2020和2030年疏勒河中游绿洲最大、最小和最适生态环境需水量分别为7.42×10~8、7.09×10~8、7.29×10~8,8.24×10~8、7.91×10~8、8.11×10~8m~3和9.12×10~8、8.79×10~8、8.99×10~8m~3。2013、2020和2030年疏勒河中游绿洲生态环境需水量年内变化主要集中于5—8月,累积生态环境需水量占全年的比例分别为58.01%、58.08%和58.13%;疏勒河中游绿洲生态环境需水量瓜州所占比例相对较大,玉门相对最小,敦煌介于二者之间。     

可鲁克湖流域生态环境质量诊断

为查清可鲁克湖流域生态环境质量及其演化特征,依据环境生态学相关理论,运用综合调查、遥感解译与反演、统计分析等技术手段,选取自然地理、气象、土地利用/覆盖和社会经济4个方面的15个因子,采用因子分析和熵值法计算指标权重,建立流域土壤质量模型和生态环境质量诊断模型,分析2000、2005、2010和2015年可鲁克湖流域土壤与生态环境质量的变化特征。结果表明: 2000、2005、2010和2015年,可鲁克湖流域生态环境质量均值依次为21、47、54和72,呈稳定上升趋势,生态环境质量等级由较差转为良好,土壤质量整体处于中等水平;空间上,北部山区和流域下游湿地及河流周边区域的生态环境质量明显转好。流域生态环境质量变化是人类活动与自然因素共同作用的结果,土壤质量与湖泊面积是指示流域生态环境的关键因子,可鲁克湖最小生态需水量是维持流域生态环境良性发展的基本保障。     

黄河流域城市生态环境需水量案例研究

根据城市生态环境需水量研究的需要 ,将黄河流域城市分为 5个类别 ,基于降水量和水资源量概念两个研究平台计算黄河流域城市生态环境需水量 ,并对其影响因子进行分析。结果表明 :1基于降水量概念的黄河流域城市最小生态环境需水量为7.95 5× 10 8m3,其中城市绿地和河湖最小需水量分别占总需水量的为 39.1%和 6 0 .9% ;基于水资源概念的黄河流域城市最小生态环境需水量为 6 .0 4 3× 10 8m3,占黄河流域城市市区供水总量的 12 .86 %。 2城市类别与城市生态环境需水量密切相关 ,随着城市级别的降低 ,基于降水量和水资源量概念的黄河城市最小生态环境需水量均呈现出逐渐减少的趋势。3黄河流域城市生态环境需水量表现出明显的空间差异性 ,黄河中下游地区形成城市生态环境需水量的高值区。4黄河流域城市生态环境现状用水量为 2 .876× 10 8m3,最小缺水量为 3.6 6 2× 10 8m3,其中城市绿地和河湖的最小缺水量分别为 0 .84 9× 10 8m3和 2 .830×10 8m3,亟需对黄河流域城市绿地和河湖系统进行补水。 5城市生态环境需水量与需水主体的状况密切相关 ,并受到城市面积、人口和 GDP等社会经济发展指标的深刻影响 ,而降水量、蒸发量和水资源量等自然条件对城市生态环境需水量的影响较小 ,体现出城市生态环境需水量人控     

流域尺度上的景观格局与河流水质关系研究进展

利用景观生态学原理研究流域尺度上土地利用及其空间格局对河流水质的影响,已成为流域环境研究中的热点问题。在综合评价国内外土地利用变化与河流水质关系研究的基础上,阐述了景观格局在流域水环境研究中的重要性,并根据国内外研究进展,对景观格局与水质关系的研究方法和手段进行了分类分析,同时也对流域尺度上的景观-水质模型研究进展也进行了分析总结,最后指出了景观格局与水质关系研究的核心问题和未来研究的热点方向。     

海河流域典型河口生态环境需水量

在分析河口生态环境需水量类型及特征的基础上 ,采用水文学、生物学及水力学方法计算了海河流域中海河口、滦河口及漳卫新河口生态系统水循环、生物循环消耗水量及生物栖息地需水量。考虑不同生态功能需水量间的兼容性 ,得到各河口生态环境需水年度总量 ,以保持河口径流时间分布自然性为基础 ,确定了生态环境需水量年内时间分配。结果表明 ,即使不考虑污染物的排放 ,近年来海河口、漳卫新河口实际径流量已无法满足最低等级生态环境需水量 5 .97和 4 .96亿 m3的要求。相应河口生态系统已发生了不可自然恢复的退化。滦河口径流年度总量基本满足生态环境要求 ,其生态保护重点在于保持生态环境需水量年内时间变化的自然状况。通过比较不同河口间生态环境需水量结果 ,认为河口生态环境需水量空间差异性主要源于河口间气候和径流量的不同 ,时间差异性则受到河口地区年内季节间气候变化幅度的影响。保证污染物达标排放基础上 ,保持河口生态系统蒸发消耗、水体盐度需水量及相应年内时间变化的自然性应成为海河流域河口生态环境保护及恢复工作中的基础     

河流生物栖息地调查及评估方法

河流生物栖息地的研究是河流生态修复和流域环境管理的重要基础.本文概述了河流生物栖息地的分类、调查方法（包括调查范围、采样密度、采样季节和数据记录方式）以及调查数据处理等;并从物种与栖息地适宜性关系的角度出发,对目前国际上主要的栖息地评估方法（评估模型）的应用特点和应用范围进行了评述;最后,在探讨发达国家关于栖息地研究现状的基础上,提出了我国河流治理应从生物栖息地角度出发进行生态恢复建设.     

泥沙输移比及其尺度依存研究进展

泥沙输移比是反映流域侵蚀产沙及输移能力的指标,对评价水土保持减沙效益有重要意义。基于对国内外泥沙输移比研究的系统梳理,1阐述了泥沙输移比的内涵,并对泥沙输移比基本定义中不同学科常用的表征变量作了清晰的界定,流域产沙量所涵尺度较流域输沙量小,且泥沙输移比与归槽率无论在内涵及定量描述上均不可等同;2归纳提出泥沙输移比现存的测算方法,包括4种形式的类比计算法和3种形式的建模计算法,并分别评述了其优缺点;3揭示了泥沙输移比的影响因素随时空尺度变化表现出分异性;4基于对泥沙输移比内涵与测算中的"尺度问题"以及泥沙输移比是否存在尺度效应等问题剖析,明确了泥沙输移比客观存在着尺度依存性及其尺度域。     

Application of clustering techniques for the characterization of macroinvertebrate communities to support river restoration management

The European Water Framework Directive prescribes that the development of a river assessment system should be based on an ecological typology taking the biological reference conditions of each river type as a starting point. Aside from this assessment, water managers responsible for river restoration actions also need to know the steering environmental factors to meet these reference conditions for biological communities in each ecological river type. As such, an ecological typology based on biological communities is a necessity for efficient river management. In this study, different clustering techniques including the Sørensen similarity ratio, ordination analysis and self-organizing maps were applied to come to an ecological classification of a river. For this purpose, a series of sites within the Zwalm river basin (Flanders, Belgium) were monitored. These river sites were then characterized in terms of biotic (macroinvertebrates), physical–chemical and habitat variables. The cluster analysis resulted in a series of characteristic biotic communities that are found under certain environmental conditions, natural as well as human-influenced. The use of multiple clustering techniques can be of advantage to draw more straightforward and robust conclusions with regard to the ecological classification of river sites. The application of the clustering techniques on the Zwalm river basin, allowed for distinguishing five mutually isolated clusters, characterized by their natural typology and their pollution status. On the basis of this study, one may conclude that river management could benefit from the use of clustering methods for the interpretation of large quantities of data. Furthermore, the clustering results might enable the development of a cenotypology useful for efficiently steering river restoration and enabling river managers to meet a good ecological status in most of the rivers as set by the European Water Framework Directive.     

流域开发生态建设发展战略

以往研究流域开发战略问题,多从流域内资源的开发利用方面考虑,而衡量其方案的优劣也多以经济效益的大小为准绳。现在,环境污染与生态危机已威胁着人类的生存与发展,因此在研究流域战略问题时,必须开拓思路,     

Status of knowledge,ongoing research,and research needs in Amazonian wetlands

Exploitation and exploration of the Amazon basin by Europeans started in the 17th century, but only since about 1970 has the Brazilian government given priority to the connection of the Amazon basin to the industrialized southern part of the country. This new policy required scientific research on the natural resources of the area. Wetlands cover about 20% of the Amazon basin. Inland fishery, fertile floodplain soils, and hydroelectric energy offer a large potential for economic development. Research concentrates on major wetlands and water bodies near the large cities. The Amazon River floodplain belongs to the best studied tropical river floodplains in the world. However, studies in other areas suffer from lack of wetland inventory and classification. Accelerated economic development is not adequately accompanied by wetland research. Insufficient knowledge about distribution, size, structure and function of many wetlands leads to increasing degradation and loss of biodiversity, for instance, by the construction of hydroelectric power plants, large scale deforestation for cattle ranching and agro-industrial projects, mining activities, the construction of navigation channels (hidrovias), etc. The low number of scientists working in the area and lack of funding require close cooperation in problem-oriented multidisciplinary projects (scientific clustering) to optimize scientific outcome. Intensive, long-term cooperation and scientific exchange with institutions from southern Brazil and from abroad is recommended to improve the scientific infrastructure in Amazonian institutions, to accelerate the transfer of new scientific methods and technology, and to intensify the training program for local human resources.This revised version was published online in March 2005 with corrections to the issue cover date.     

生态系统服务研究：进展、局限和基本范式

 生态系统服务是生态学研究的热点问题。该文首先从概念、分类、价值评估理论、评估案例等方面总结了目前国内外生态系统服务的研究现状。然后评述了目前生态系统服务研究存在的局限性,包括：评估结果的准确性问题、生态资产与生态系统服务的混淆、物理量评估方法的不确定性、价值量评估的不确定性以及生态系统功能与服务的复杂性。针对这些研究的局限,文章提出了生态系统服务研究的基本范式,包括：严格区分生态资产和生态系统服务、生态系统服务评估必须基于生态观测或生态模型以及区域生态系统服务评估应区分不同样元。最后,文章展望了今后生态系统服务研究的课题：生态系统服务与生态系统结构及生态过程的关联性和复杂关系的研究,人类干扰下生态系统服务的响应与反馈研究,生态系统服务变化对人类福利的影响研究,政策机制对生态系统服务的影响研究以及不同生态系统类型的各种生态服务价值研究等方面。     

基于面向对象及光谱特征的植被信息提取与分析

面向对象分类方法是实现精确详细提取遥感信息的新方法.以2010年TM影像作为基础数据,采用面向对象方法着重提取了西辽河流域平原的植被信息(耕地、林地、中生偏旱和中生偏湿草).通过对不同地物的光谱和空间信息(位置、形状)进行比较分析,建立适当的隶属度函数和阈值范围,在草地的分类规则中,参考野外采集的草地植被光谱信息,辅助草地属性特征选择.最后构建分类决策树,完成自动分类,分类总体精度达到82.13％.在分类结果的基础上,讨论了植被分布特点,对不同类型的植被面积、不同区县植被面积以及植被与一级河流关系三方面进行分析.结果显示:研究区植被以林地和耕地为主,分别占总面积的38.9％和23.3％;耕地、林地、中生偏湿草地多分布于河流中下游区县,受人为因素影响较大的林地、耕地主要集中在科尔沁左翼中旗和科尔沁左翼后旗;林地、中生偏湿草较集中分布在一级河流的10km缓冲区内,耕地主要集中在5km缓冲区内,中生偏旱草与一级河流的关系不显著.     

A classification of major natural habitats of Amazonian white-water river floodplains (várzeas)

Most countries sharing the Amazon basin have signed the Ramsar Convention on Wetlands of International Importance but still lack complete wetland inventories, classification systems, and management plans. Amazonian wetlands vary considerably with respect to hydrology, water and soil fertility, vegetation cover, diversity in plant and animal species and primary and secondary productivity. Here, we propose a classification system of major natural habitats of Amazonian white-water river floodplains (várzeas) based on hydrological, water and soil chemistry and biological parameters. The Amazonian várzea is one of the largest Amazonian wetlands. It is exceptionally rich in plant and animal species and plays important roles in landscape history, evolution, hydrology and biogeochemical cycles of the Amazon basin. Most of Amazonia??s rural population lives in or along the várzea, emphasizing the economic importance of its natural resources. Our classification indicates five major systems, which are subdivided into 10 main habitats and up to 40 functional (vegetation) units of which the most important mesohabitats are described. We understand this classification as a dynamic system, as it is open to the inclusion of future research attempts and habitats without affecting the entire classification system. Our classification may be used for scientific purposes, such as comparative studies on biomass, productivity, biogeochemical cycles and biodiversity. Also, because the classification builds on habitat types and/or vegetation and functional units already distinguished by the local population it may be especially useful in guiding intelligent use of várzea habitat for specific management activities, such as agriculture, animal husbandry, forestry, fisheries, and conservation.     

Phytoperiphyton of the Samarga River basin (Primorskii Krai)

In the periphyton of the Samarga River basin, 313 species of algae (337, including infraspecific taxa) from eight divisions have been found. The groups of algae from the river main flow, creeks, streams, and the mouth are described. Data on the density and biomass of periphyton algae are presented. A decrease in these parameters after a flood is shown. In algal flora composition, benthic oligohalobic species of algae, preferring a slightly alkaline environment, dominate. At the river mouth a significant amount of mesohalobic species has been observed. A sanitary and biological evaluation of water quality has shown that the mass development of xenoand oligosaprobic algae defines the excellent quality of the river water. All parts of the main flow correspond to the oligosaprobic purification zone, class II of water purity (saprobic index of 0.95–1.48). The good quality of the Samarga River water is ensured by the absence of pollution sources and the satisfactory condition of its catchment area forests.