雄安新区白洋淀生态属性辨析及生态修复保护研究

湿地是自然界生物多样性最丰富的生态系统之一,与社会发展和人类福祉息息相关。近年来,由于全球气候变化和人类活动的过度干扰,湿地正面临着面积萎缩、功能减弱、多样性降低等诸多问题,湿地退化已经成为制约区域可持续性发展的重大阻碍。伴随着生态文明建设逐渐成为中国特色社会主义建设的重要支柱,湿地生态修复工作得到前所未有的制度保障。深入剖析湿地属性,结合政策保障,有针对性的提出湿地保护与修复的治理措施,对区域的生态环境建设和可持续性发展具有重要意义。选择国家级新区-雄安新区的水命脉-白洋淀湿地为研究对象,在深入剖析其生态属性和已存在的生态问题的基础上,结合生态修复的原则、方法和步骤,提出生态修复与保护的可行性策略。研究结果表明,白洋淀本质是典型的湖泊湿地,同时兼具沼泽湿地特征,由于人类活动的剧烈干扰,白洋淀有向沼泽湿地逆向演替的变化趋势。湿地内存在面积萎缩、水资源量短缺、水环境污染问题突出及生物多样性减少等生态问题。本研究建议:为顺利建设雄安新区,首先,白洋淀湿地在算清"水账"、"污账"和"生态账"的前提下,进一步加强流域水资源调配,科学确定白洋淀湿地最佳水位,恢复淀区水量;其次,通过使用清洁生产技术和限制高排污企业建设等措施,加强污染防治,恢复湿地水质;最后,依据生态承载力理论,划分白洋淀流域的生态功能红线、环境质量红线和资源利用红线等国家生态保护红线体系,为尽快恢复湿地结构与功能提供制度保障。     

白洋淀湿地水华暴发阈值分析

水体富营养化阈值分析可为控制水华暴发,确定合理的污染物控制水平提供科学依据.以白洋淀湿地为例,利用2000-2009年水质监测数据,选择表征水体富营养化的主要指标进行主成分聚类分析,划分出低溶氧高营养型和不稳定型2类水域;并针对不同水域类型,以叶绿素a为因变量,以pH值、水温、透明度(SD)、CODcr、总氮(TN)、总磷(TP)、氨氮、硝氮和溶解态无机磷为自变量,采用逐步回归方法,分别建立了水质指标与叶绿素a的多元线性关系式,以此确定了白洋淀湿地水体水华暴发阈值.根据叶绿素a为30μgL-1为水华暴发的临界值,白洋淀低溶氧高营养型水域CODcr应控制在37.31mg·L-1,不稳定型水域TP应控制在0.12mg·L-1.     

白洋淀轮虫多样性及群落结构的初步研究

于2006年12月、2007年3～5月调查了白洋淀9个采样点的轮虫种类组成、数量及优势种,并对轮虫群落的多样性指数和群落相似性系数进行了测算,综合评价了白洋淀水质及富营养化状况.本次共发现轮虫41种,平均丰度为607～5024 ind./L,优势种为蒲达臂尾轮虫Brachionus budapesllensis、长肢多肢轮虫Polyarthra doli-choptera、角突臂尾轮虫B.angularis、矩形龟甲轮虫Keratella quadrata等,均为耐污性种类,各样点轮虫群落具较高相似性.从轮虫群落Margalef多样性指数看,白洋淀水质属中度污染和严重污染状况.     

白洋淀土壤中多环芳烃的分布特征及来源

采用气相色谱质谱联用仪检测了白洋淀表层(0～20 cm)和亚表层(20～30或农田30～40 cm)土壤中16种多环芳烃的含量。结果表明：表层土壤中多环芳烃总量的变化范围为146.0～645.9 ng·g^-1,平均含量为417.4 ng·g^-1;亚表层土壤中多环芳烃总量的变化范围为43.0～394.5 ng·g^-1,平均含量为152.4 ng·g^-1。表层土壤中多环芳烃含量与有机碳含量相关性不显著,亚表层土壤中多环芳烃含量与有机碳含量呈显著正相关(P<0.01),这可能表明了土壤埋藏改造过程中PAHs与土壤有机相结合程度不断加强,以及土壤中不同环数多环芳烃的环境行为差异,总体上看,与高环(≥4环)多环芳烃相比,萘、菲等低环(2～3环)多环芳烃更容易向下层迁移。PAHs的源解析分析表明,白洋淀表层土壤的多环芳烃表现出显著的以生物质和煤燃烧为主的源特征,这与淀区的人为活动,如秸秆燃烧等相关。     

白洋淀鱼类组成现状

目前白洋淀共有鱼类33种,隶属于7目12科30属,自然鱼类种群呈现低龄、小型化,经济鱼类人工养殖业发展较快,但应有计划地给予节制。本文对优势种之一白鲦鱼的生物学特性做了重点研究,总体情况不如1991年。结合近年来调查所得的资料,总结得出白洋淀鱼类种群组成的变化及影响其变化的环境因素,从而对白洋淀环境的保护与利用、白洋淀的鱼类资源的可持续发展提出建议。     

白洋淀附着藻类的初级生产力及其与水质的关系

附着藻类是湖泊中主要的生产者,尤其是草型湖泊。但与浮游藻类相比,针对附着藻类初级生产的研究还相对较少。采用原位调查与实验模拟相结合的方法测定2014—2015年间白洋淀附植藻类和附泥藻类的现存量和初级生产力,并对附着藻类初级生产与白洋淀水体理化参数的关系进行分析。结果表明,不同采样季节的附植藻类和附泥藻类的叶绿素a分别为34.83—245.22μg/cm~2和26.08—297.40μg/cm~2,无灰干重分别为0.46—5.21g/m~2和0.61—5.81g/m~2。两种附着藻类的生物量都在8月最高,4月和11月最低。空间分布上,南刘庄、府河入口的附着藻类生物量显著高于采蒲台和枣林庄。白洋淀附植藻类和附泥藻类的年均总初级生产分别为494.20mg C m~(-2)d~(-1)和474.45mg C m~(-2)d~(-1),呼吸速率为522.63mg C m~(-2)d~(-1)和508.98mg C m~(-2)d~(-1),净初级生产为-28.44mg C m~(-2)d~(-1)和-34.52mg C m~(-2)d~(-1)。白洋淀附着藻类初级生产力具有明显的时空分布规律,8月最高,6月次之,4月和11月最低,空间分布呈自西向东递减的趋势,在府河入淀口和南刘庄处最高,枣林庄和采蒲台最低。水质较好的区域的净初级生产力为正值,表明这些区域附着藻类以自养型群落为主,水质较差区域的净初级生产力为负值,则该区域以异养型群落为主。运用冗余分析法(RDA)探讨附着藻类与水质因子之间的关系,并采用向前引入法对水质因子进行逐步筛选,Monte Carlo置换检验结果显示,总磷、浮游植物叶绿素a、高锰酸盐指数、氨氮、水温、透明度、溶解氧和氮磷比是影响附着藻类生物量和初级生产的关键水质因子。附着藻类的总初级生产与水体富营养化程度呈正相关关系。     

富营养化对白洋淀底栖-浮游耦合食物网结构和功能的影响

国际湖沼学的长期研究发现,一个完整的湖泊生态系统应包括底栖食物网和浮游食物网,而营养条件变化会显著改变浅水湖泊中底栖-浮游食物网的结构和功能。为了明晰富营养化对浅水湖泊底栖-浮游耦合食物网结构和功能的影响,以浅水草型湖泊——白洋淀为研究区,运用野外监测和ECOSIM与ECOPATH(Ew E)模型相结合方法,构建白洋淀底栖-浮游耦合食物网的概念模型,模拟1982—2011年间富营养化对白洋淀底栖路径和浮游路径的结构和功能影响:(1)野外监测的结果表明,从1999年至今白洋淀一直处于富营养化状态;(2)Ew E模型模拟结果表明1982—2006年,总生物量呈下降趋势,下降比例达66.38%;能流路径从以底栖路径为主转变为以浮游路径为主;(3)运用Pearson相关分析,结果表明:浮游植物与TN(r=0.67,P0.01)和TP(r=0.37,P0.05)呈显著正相关,而底栖藻类和大型沉水植物与TN(r=0.77,P0.01;r=0.67,P0.01)和TP(r=0.54,P0.01;r=0.36,P0.05)呈显著负相关。富营养化是白洋淀底栖初级和次级生产力向浮游初级和次级生产力转变的主要驱动力。采用科学的方法准确评估富营养化对湖泊底栖-浮游耦合食物网结构和功能的影响,可为湖泊生态系统管理提供技术和方法支持。     

近30年来白洋淀湿地景观格局变化及其驱动机制

湿地是水陆相互作用形成的独特生态系统,其景观格局极易受到气候变化和人类活动的影响。利用1984—2014年的11期遥感影像数据,综合运用GIS技术和景观格局指数方法,对白洋淀湿地景观格局变化特征及其驱动力机制进行了分析。结果表明,1984—2014年期间,挺水植物和沉水植物呈减少趋势,农田和居民点持续快速增长,纯水体为"增加—减少—再增加"的趋势,林地和裸土地变化幅度不大。其中挺水植物一直是白洋淀最主要的景观类型,占研究区总面积比例达到37%—61%。农田的平均斑块面积最大,挺水植物的最大斑块指数和分维度指数最高,挺水植物和农田的聚集度指数最大,居民点、林地和裸土地空间分布离散,破碎化程度高,连通性差。1989—2004年白洋淀景观多样性指数呈减少趋势,景观格局趋于不稳定,同期聚集度指数上升,湿地连通性增加;1984—1989年和2004—2014年期间白洋淀多样性指数上涨,聚集度指数逐年下降,景观异质性增加。人口和社会经济发展是影响白洋淀景观格局变化的主要因素。     

白洋淀水生植被初步调查

通过野外实地调查对白洋淀水生植被的物种组成、群落类型、分布格局及物种生物量进行了初步研究.结果表明：白洋淀湿地共有水生植物39种，隶属于21科32属,其中挺水植物16种,沉水植物14种,浮叶根生植物6种,漂浮植物3种.与20世纪90年代初相比,水生植物共减少了9种,群落类型也由原来的16种变为现在的13种,大面积轮叶黑藻、大茨藻等优势群落消失,物种分布格局也发生了巨大变化.群落生物量较1980年大幅下降.人工养殖、污染物随意排放和水位的变化可能是造成白洋淀湿地退化、水生植被格局发生巨大变化的主要原因.     

白洋淀湿地生态系统最终服务价值评估

白洋淀湿地是华北平原最大的淡水湿地,为不同尺度的受益者提供了多项生态系统服务。开展白洋淀湿地生态系统最终服务(final ecosystem services)价值评估能用直观的经济数据揭示白洋淀湿地生态系统对不同尺度受益者的直接贡献,为白洋淀湿地生态保护创建生态补偿等经济驱动机制。基于白洋淀湿地生态特征和受益者分析,确定了白洋淀湿地生态系统最终服务价值评估指标体系,并以2011年可利用数据为基础,综合运用市场价值法、替代成本法、个体旅行费用模型法和支付卡式条件价值法评估了白洋淀湿地提供给人类的经济价值。评估结果表明:2011年白洋淀湿地生态系统服务总价值为35.55×10~8元,其中调蓄洪水和休闲娱乐是白洋淀提供的主导服务。对所评估的8项生态系统最终服务按价值量排序,依次为调蓄洪水休闲娱乐淡水产品原材料生产非使用价值水资源供给释氧固碳。评估结果比较全面地反映了白洋淀湿地对受益者的直接贡献,不仅能提高管理部门和受益者的湿地保护认知,也为管理部门确定白洋淀湿地生态补偿标准提供了重要数据基础。同时,评估指标的确定为区分白洋淀湿地生态系统中间服务和最终服务,构建白洋淀湿地生态系统服务监测指标体系,开展白洋淀湿地生态系统最终服务动态评价、权衡分析及驱动因子研究提供了重要方向,有助于湿地生态系统服务研究由静态评估向湿地生态系统服务的优化管理方向发展。