蒲河流域河流生境质量综合评价及其与水质响应关系

河流生境是河流生物赖以生存的环境,是维持河流生态完整性、维护河流健康的重要因素。本文结合蒲河流域环境特点,运用层次分析法建立了蒲河流域河流生境质量评价体系,对流域内25个河段的生境质量状况进行了综合评价,并进一步分析了河流生境综合评价指数与河流水质的相关关系。结果表明:(1)蒲河流域25个河段的生境质量状况差异显著,其中1个河段的生境质量等级为好,5个河段为较好等级,16个河段为一般等级,3个河段为较差等级。(2)生境综合评价指数与TP、NH4+-N、CODCr呈负相关,生境质量评价体系中其他指标也与水质指标具有相关性,表明生境质量是影响水质的重要因素。     

挠力河流域河流生境质量评价

选择挠力河流域6个河段21个样点进行河流生境质量调查和评价。采用包括河水、河道和人类干扰等3大项目共11项评价指标,涵盖河流水量、水质和速度与深度组合,河道形状、结构、侵蚀程度和植被状况,河岸人类活动、周围土地利用以及水工设施等河流生境质量评价指标系统,进行河流生境质量评价。结果显示,全流域47.6%的样点河流生境质量处于优等或良好等级,33.3%的样点为一般等级,约19.1%的样点为较差等级,没有最差等级的样点。研究表明,挠力河流域河流生境质量整体状况良好,个别样点生境质量较差;河流生境质量受到周围土地利用的重要影响;河流生境质量与河流水质及河流生物完整性密切相关。有关河流生境评价的指标与标准以及参照系等研究有待深入。     

城镇化背景下河流生境评价——以深圳市为例

城镇化背景下,河流生态系统退化趋势明显,有效评价河流生境状况是修复和保护河流生态系统健康的重要基础。深圳市作为全国经济发展的窗口城市,河流生境的调查研究十分匮乏。因此,为阐明深圳市不同城镇化程度的流域河流生境的差异与主要影响因素,对深圳市两个代表性流域的河流生境展开了研究。针对深圳市河流的生境特点,于2019年丰水期（8月）和枯水期（11月）对城镇化程度较高的深圳河流域的13个样点和城镇化程度较低的坪山河流域12个样点河段的生境状况进行定量调查与评价。采用综合评价法,从河床、河道和河岸带3个方面选取10个生境指标,构建深圳市河流生境评价指标体系和评价方法。结果表明：深圳河流域河流生境质量总体较差,生境评价等级为"良"、"中"、"差"的样点河段分别占7.7%、38.5%、53.8%;坪山河流域河流生境质量总体较好,生境评价等级为"优"、"良"、"中"、"差"的样点河段分别占8.3%、41.7%、41.7%、8.3%。方差分析结果表明两次调查河流生境状况无显著性差异,短时间跨度内河流生境状况变化较小;两个流域河流生境状况差异显著,城镇化程度较低的坪山河流域河流生境质量显著好于城镇化程度较高的深圳河流域。河流生境评估指标主成分分析结果表明人类活动强度、河岸稳定性、河道变化、底质、河岸土地利用及植被多样性是影响深圳市河流生境变化的主要因子。本文对河床、河道、河岸带3个方面分别提出针对性的修复建议,对深圳市河流的生境修复和保护具有重要的指导作用。     

基于InVEST模型的岷江流域土地利用变化对生境质量的影响研究

土地利用及生境质量变化过程对维护自然系统平衡,区域社会经济可持续发展具有重大意义。借助InVEST模型生境质量模块,以岷江流域作为研究区,在分析岷江流域土地利用变化的基础上对其2000、2008、2013、2017年的生境质量变化特征进行分析。结果表明:(1)在2000—2017年,岷江流域的建设用地呈现不断增长的趋势,而耕地、林地和草地呈现缩减的趋势;耕地、林地和建设用地之间的转换较为明显,建设用地转入最大的来源主要是耕地。(2)从时间尺度上看,岷江流域生境质量属于较差和良好等级的占比总体上分别上升71.34%和2.41%;中等和优等等级的占比总体上下降了4.28%和2.61%。(3)从空间尺度上看,岷江流域上游地区的生境质量总体上高于中下游地区;建设用地大面积扩张,侵占了大量的耕地和林地,从而导致了中下游平原区域的整体生境质量下降,其中处于较差和中等等级的区域显著扩大。     

基于主成分分析和熵权法的河流生境质量评价方法——以清河为例

河流生境是维持河流生态完整性, 维护河流健康的一个重要因素, 为更科学准确的对河流生境质量进行评价,以辽宁省清河为研究区域, 分别采用熵权法和主成分分析赋权法确定权重, 构建河流生境质量评价指数(RHI), 以选择一种合理赋权方法。结果显示, 熵权法河流生境质量评价结果显示清河流域生境质量较好的河段3 个, 生境质量一般的河段6 个, 没有生境质量为好和差的河段。主成分分析赋权法评价结果显示生境质量为好的河段2 个, 生境质量较好的河段1 个, 生境质量一般的河段2 个, 生境质量为差的河段4 个。比照清河生境实际情况, 主成分分析赋权法与实际情况相贴切并对指标进行优选, 避免各指标重复赋权, 更全面准确地反映生境质量的高低。     

基于土地利用的新疆兵团与非兵团生境质量时空演变的对比

区域生境质量是生态系统健康水平的重要表征,研究土地利用变化及其引起的生境质量演变,有助于保护生物多样性、构建生态安全格局。为揭示土地利用格局变化下的新疆兵团与非兵团生境质量演变差异,本研究基于1990、2000、2010、2018年4期土地利用数据,利用InVEST模型定量评估新疆兵团与非兵团的生境质量,并分析二者时空分布异同。结果表明: 1990—2018年,兵团和非兵团土地利用类型总体较为稳定,主要表现为耕地和建设用地扩张、草地和未利用地逐渐减少。变化类型以草地、耕地相互转化,耕地转为建设用地为主;兵团的耕地和建设用地分别扩张8.3%、0.7%,草地和林地分别减少6.7%和0.3%;非兵团各地类的变化较小,草地面积减少1.5%,耕地和建设用地面积分别扩张1.2%和0.2%。研究期间,兵团和非兵团生境退化度均先降后升,生境质量整体降低。两地生境质量低值区主要分布在城镇并逐渐扩张;兵团高值区分布在盆地边缘,斑块趋于破碎化;非兵团高值区位于山地且变化较小。兵团生境质量水平高于自治区且下降速度较快。生境质量为较高或较低等级易转入中等等级,相比非兵团,兵团转入比例更高,生境破坏严重。经济发展导致两地低等级区域扩张较快,严重威胁区域生境质量。预测结果表明,2018—2035年,兵团及非兵团耕地和建设用地面积将逐渐增加,林地、草地将逐渐较少,导致生境质量水平呈下降趋势。     

闽江流域生境质量时空演变特征与预测研究

流域生境是生物生存和可持续发展的物质基础与环境保障,土地利用变化是影响生境质量的重要因素,分析土地利用与区域生境质量时空演变特征,对区域生物多样性保护与土地可持续利用具有重要意义。以闽江流域为研究区,基于2000-2015年的土地利用空间数据,构建CA-Markov模型模拟2025-2040年现有发展与生态保护情景下土地利用空间数据,利用InVEST模型分析2000-2040年生境质量空间格局。结果表明：（1）闽江流域森林覆盖率较高,现状条件下水田、旱地、针阔混交林、灌木林、草地与湿地面积呈下降趋势,其中草地减幅最大,达44.64%,针叶林、阔叶林、水域、建设用地、交通用地、采矿场与裸地面积呈上升趋势,其中交通用地涨幅最大,达到227.27%;模拟的土地利用Kappa系数达89.09%,模拟结果较好,生态保护情景在未来土地利用格局优化上优势明显。（2）研究期内闽江流域总体呈现较高的生境质量,基本维持在0.82的水平,城乡建设用地区域是生境质量低值的主要分布区,福州与长乐分布有最大的生境质量低值聚集区;生境质量分布与地形条件存在一定相关性,低值区多为海拔较低的区域。（3）2000-2015年闽江流域生境质量总体呈现衰退趋势,且降幅逐期升高,最高达0.24%;现有发展情景下降的趋势未得到有效缓解,生态保护情景下降趋势逐步有效缓解,同时生境质量为优等的栅格数量占比最大,最高达87.42%。（4）闽江流域上中游区域生境水平较下游高,现有发展情景下这种差距出现扩张趋势,生态保护情景下各区域则基本维持住2015年的生境质量水平。研究结果可为闽江流域土地资源可持续利用与生物多样性保护提供科学依据和决策参考,促进区域可持续发展。     

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。     

基于土地覆盖和NDVI变化的拉萨河流域生境质量评估

气候变化和人类活动导致的土地覆盖和植被变化都会对生境质量产生影响。青藏高原是众多珍稀高原动植物的栖息地,具有重要的生物多样性维持价值。拉萨河流域是青藏高原经济最发达、人口最密集的核心地区,人类活动对生境质量带来的胁迫和压力持续增加。为揭示近些年来土地覆盖和植被变化对拉萨河流域生境质量的影响,选择生长季NDVI作为植被变化的指示因子,通过对不同植被类型各年份的生境适宜度进行修正,利用In VEST模型评估了拉萨河流域1990—2015年的生境质量时空变化。研究结果表明,1990—2015年拉萨河流域土地覆盖变化整体相对较小,其中人工表面和湿地面积增幅相对较大,分别为82.65%和32.40%;土地覆盖变化的转移方向主要为稀疏草地转化为草原和草甸、耕地转化为人工表面以及冰川/积雪转化为荒地。植被变化方面,1990—2000年,除流域中上游的裸岩、裸土地区和念青唐古拉山地区外,流域NDVI整体有较显著上升;而2000年以后略有下降。从生境质量的空间分布来看,高质量生境主要分布在流域下游、念青唐古拉山南侧河谷地区以及拉萨河源头等地区,低质量生境主要分布在拉萨市市辖区及周边、林周县县城及周边,以及流域中上游的荒地等地区。从时间变化上来看,1990—2000年,拉萨河流域整体生境质量指数从0.51上升到0.57; 2010年和2015年整体生境质量指数分别为0.56和0.55,较2000年略有下降。相比于土地覆盖变化,NDVI对生境质量变化的影响更为显著。     

鱼类生物群落对太子河流域土地利用、河岸带栖息地质量的响应

河流生态系统的退化是多空间尺度环境因子作用的结果。探讨不同尺度环境因子及水生生物之间的作用关系,识别影响水生生物群落完整性的尺度问题,是有效开展水生生物保护的基础。基于2009年对太子河流域15个样点的鱼类、河岸带栖息地质量评价,结合遥感影像解译的太子河流域土地利用情况(包括流域尺度和河段尺度),研究鱼类完整性指数(F-IBI)与两种尺度土地利用、栖息地质量参数之间的关系。结果表明太子河上游地区河岸栖息地质量较好,下游地区由于农业用地、城镇用地比例的增加河岸栖息地质量明显下降。F-IBI与自然用地比例呈正相关,与农业、城镇用地比例呈负相关。农业用地对F-IBI的影响体现在流域尺度,而城镇用地在两种尺度上都存在显著影响。相比于农业用地,城镇用地相同比例的增加会导致F-IBI更快的下降。底质、水质状况、人类活动强度是显著影响F-IBI的栖息地质量评价参数。3项参数均随农业和城镇用地比例增加而降低,农业用地主要在流域尺度上对3项参数产生影响,城镇用地主要影响底质和水质状况2项参数,而在两种尺度上的影响相差不大。     

不同尺度因子对滦河流域大型底栖无脊椎动物群落的影响

通过2011年滦河流域38个河段大型底栖无脊椎动物采集,探讨了河段尺度和流域尺度环境因子对大型底栖无脊椎动物分布的影响。其中,河段尺度因子包括水体/底质特征、河岸带特征和水质,流域尺度因子包括采样位置、流域土地利用结构和缓冲区土地利用结构。RDA(冗余分析)结果表明,河段尺度影响大型底栖无脊椎动物分布的关键因子为:细粒物质比例、河岸带植被盖度、河岸带人类干扰程度、河岸带农田比例、水面宽度和河道改造程度,总解释量为42%;流域尺度影响大型底栖无脊椎动物分布的关键因子为:纬度、海拔、流域内耕地面积百分比和流域面积,总解释量为32%。研究结果表明,河段尺度因子比流域尺度因子对于指示大型底栖无脊椎动物分布更为重要,在环境因子监测中应给以更多的重视。     

蒲河水质空间异质性特征及其对流域土地利用方式的响应

河流水质空间变化特征是流域生态系统健康评价的关键指标,是地形、地貌、气候、水文等自然环境因素及综合反映人类活动强度的土地利用方式对流域生态环境的复合作用,研究河流水质空间异质性特征及其对流域土地利用方式的响应关系对流域生态管理具有十分重要的指导意义,然而水质空间异质性特征及其对土地利用方式的响应机制研究仍不清楚。本文以辽河流域支流蒲河子流域为研究对象,利用GIS技术和地统计学方法,分析蒲河流域水质指标TN、TP、NH4+-N、CODcr、pH、DO和TDS空间变异特征,探讨流域不同土地利用方式对水质空间变化的影响。结果表明:蒲河流域水质指标NH4+-N、DO和TDS受结构性因素影响显著,表现出较强空间变异性;TP、CODcr和pH的空间异质性较弱,主要由随机性因素引起;TN受到结构性因素和随机性因素共同作用,表现出较弱空间变异特征;TN和NH4+-N含量与林地所占比例呈显著负相关,与耕地和建设用地所占比例呈显著正相关;pH和DO与水域面积和未利用地所占比例呈负相关;表明蒲河流域TN和NH4+-N空间异质性的主导因素为林地、耕地和建设用地等土地利用类型,pH和DO空间异质性的主导因素为水域和未利用地土地利用类型,该研究可为流域水环境管理提供数据支持。     

基于 InVEST 模型的东北地区土地利用变化对生境的影响研究

生境质量是区域生态文明建设的重要内容之一。以东北地区为研究区, 基于 2005、2010、2015 年三期的土地利用数据, 对土地利用演变视角下的生境变化进行分析。结果表明: (1)2005—2015 年, 耕地和建设用地分别增加0.77%和 7.51%, 林地和草地分别减少 0.30%和 0.25%, 耕地有 64.41%转入面积来自林地和草地, 建设用地有 85.21%转入面积来自耕地和草地, 后五年的地类转移程度大于前五年; (2)将生境质量由高到底划分为优等、良好、中等、较差和差 5 个等级, 优等的生境质量面积减少 0.93%, 差等的生境质量面积增加 1.34%, 区域生境质量总体呈下降趋势, 且2010—2015 年的生境质量下降幅度大于 2005—2010 年的生境质量下降幅度; (3)生境质量高低与土地利用类型空间布局的相关性明显, 研究区边缘半环状地带的主要土地利用类型是林地和草地, 生境质量较高, 中部和东北部地区耕地与建设用地集中, 生境质量较低; (4)城市周边和水域附近的生境退化度较高, 建设用地扩张和水域保护应引起重视。     

土地利用方式和社会经济对大伙房水库上游河流水质空间异质性的影响

根据2012 年8-9 月大伙房水库上游河流水体采样数据, 利用GIS 技术和地统计学方法, 分析了水质指标TN、TP、NH4⁺-N、COD_cr、BOD₅、pH、DO 和硅酸盐的空间变异特征, 并运用冗余分析的方法识别不同土地利用方式和社会经济状况对河流水质的影响。研究结果表明, 大伙房上游河流水质指标在空间分布上存在较大差异, 浑河(清原段)水质状况优于社河和苏子河, 靠近库区及库区周边小支流水质状况变差。TN、TP、NH4⁺-N、BOD₅ 和DO 的结构比大于75%, 说明其空间变化主要由随机性因素引起的, 硅酸盐结构比较小, 说明其受结构性因素影响显著。土地利用和社会经济的影响在大伙房上游水质空间分布占有重要份额, 其中土地利用能解释流域水质变异的16.2%, 具体表现为TN 和NH4⁺-N 含量与草地所占比例呈显著负相关, 与耕地所占比例呈显著正相关。TP、COD_cr、BOD₅、pH和硅酸盐含量与林地所占比例呈显著负相关, 与水域面积、建设用地和未利用地所占比例呈显著正相关。社会经济能解释大伙房上游水质变异的12.1%, 主要表现为水体TN、TP 含量与人均GDP 呈正相关, COD_cr 和BOD₅ 含量与工业比重呈正相关。因此, 合理配置土地类型、调控工业、农业和服务业等产业结构将在流域水生态管理中起到重要作用。     

基于InVEST模型的海南岛三大流域生境质量时空演变

基于1980—2020年5期土地利用数据,采用InVEST模型,综合应用土地利用转移、生境质量变化率和空间统计分析等方法,探究海南岛三大流域(南渡江、昌化江、万泉河)生境质量变化及其空间分布特征。结果表明: 海南岛三大流域土地利用类型以林地为主,占总面积的70%以上。1980—2020年间,海南岛三大流域建设用地面积增加量最大,达169.09 km²,主要来自耕地和林地。研究区生境质量整体呈现出上游源头区高、中下游区域低的空间分布格局,研究期间生境质量指数总体表现为先略微升高后显著降低的变化特征。在三大流域中,万泉河流域生境质量最高,昌化江流域次之,南渡江流域最低,且南渡江流域生境质量波动较大,受人为干扰较强。1980—2020年间,三大流域生境质量变化率总体降低0.5%,且在2010—2020年间退化明显。1980—2020年间,研究区生境质量在空间分布上具有较强的自相关性和显著的聚集性。三大流域生境质量的热点区主要集中在流域上游源头区域;冷点区主要分布在三大流域的入海口区域以及南渡江的中下游地区。研究结果可为海南岛三大流域生物多样性保护和生态修复提供数据支撑及科学参考。     

基于土地利用/覆被的滇池流域生境质量时空演变

滇池是我国西南地区最大的高原淡水湖泊,也是云南省面积最大的淡水湖。研究滇池流域土地利用/覆被类型与生境质量的时空演变特征,对流域生态环境保护具有重要意义。本文基于1988—2018年土地利用/覆被数据,将InVEST模型与GIS空间分析工具相结合,分析滇池流域生境时空变化,并利用莫兰指数和热点分析量化生境质量的空间集聚及演化特征。结果表明：(1)1988—2018年滇池流域土地利用/覆被类型变化剧烈,由1988年的农田占优势转变为2018年城镇用地占优势;(2)流域生境质量总体呈下降趋势,环滇池的城市区域生境质量较低,流域周边山地与丘陵质量较高但分布分散;(3)生境“冷热点”呈集聚分布,“热点”地区主要位于周边林地,随时间变化其范围逐渐缩小,而“冷点”地区位于环滇池城市区域,随时间变化而大幅增加。本研究表明,城市化过程中土地利用/覆被的剧烈变化是引起城市生境发生变化的主要原因,研究结果可为滇池流域土地利用类型优化以及提升或维持生物多样性提供参考依据。     

太湖流域水质状况与土地利用格局的相关性

为探索异质景观内不同土地利用格局与水质之间的相关关系,以太湖流域为对象,根据地形条件、土地利用状况及主要水系的流向,将太湖流域分为13个水文生态单元,并对各水文生态单元内主要土地利用/覆盖类型的相对面积占比与水质等级之间的相关性进行了研究.结果表明:各水文生态单元水质等级2006年的变异系数与其林地面积占比呈正相关,与农田和聚落用地的面积占比呈负相关,其中与聚落用地占比在非汛期时具有显著性,体现了不同土地利用方式对水质改善能力不同,林地对水质改善能力较强,而农田和聚落用地相对较弱;各水文生态单元水质等级与农田、聚落用地的相对面积占比呈正相关,并分别在汛期和非汛期表现出显著性;与林地面积占比呈负相关,与各单元湿地面积占比在非汛期时呈弱负相关,汛期和全年为弱正相关;4类主要土地利用方式对水质等级改善的效应在汛期为林地>湿地>聚落用地>农田,非汛期为林地>农田>湿地>聚落用地.林地对水质的正贡献最大;农田和聚落用地分别对汛期和非汛期水质负贡献最大.     

长三角中心区生境质量时空变化及其影响机制

明晰快速城市化发展背景下生境质量时空变化特征及其影响机制，对区域生态保护修复和一体化高质量可持续发展具有重要的意义。以长三角中心区为研究区，基于1995—2020年土地利用空间数据，运用InVEST模型评估生境质量空间格局，探究生境质量时空变化特征，并揭示其影响机制。结果表明：在时间变化上长三角中心区生境质量呈现下降态势，省(市)域尺度上的差异性逐渐加强，生境质量等级以较差和差的面积变化为主，优、良好和一般等级的面积变化不大；生境质量等级空间变化上，体现为较差与差、优、良好等级之间的相互转移，南京、常州、镇江等城市的生境质量等级向差与向好转移幅度的均衡性较好，宣城、池州、舟山、安庆等城市的恢复潜力较强；在省(市)尺度近5年的生境质量管理和改善上，浙江省效果远好于其他省(市),省(市)间生境质量管理和改善的差异化，凸显出未来长三角中心区跨区域生态环境一体化管理和发展的重要性；自然环境和社会经济发展因素是影响长三角中心区生境质量时空差异化发展的重要原因，高程和坡度决定了生境质量的空间格局，人类活动强度驱动着生境质量格局变化。     

耦合InVEST-HFI-PLUS模型的生态分区规划与动态评估——以博尔塔拉蒙古自治州为例

生态分区规划是平衡区域生态保护与发展建设,促进区域可持续发展的重要手段。以博尔塔拉蒙古自治州为例,通过耦合InVEST-HFI-PLUS模型,在评估研究区生境质量与人类足迹指数的基础上,进行生态分区规划。利用2005年与2020年两期土地利用数据,借助PLUS模型模拟自然发展与规划保护两种情景下研究区2035年的土地利用状况,并动态评估不同情景下的生态系统服务水平,对比分析不同情景的实际效益。结果表明：(1)研究区整体生境质量较好,有56%的区域生境质量等级为高;研究区人类足迹指数呈现四周低、中部高的分布格局。(2)综合生境质量与人类足迹指数,可以将研究区划分为重点保护区、重点修复区以及适度开发区三个生态管制分区,其中重点保护区面积占比为52.8%,重点修复区面积占比为42%,适度开发区面积占比为5.2%。(3)对2035年两种情景下的土地利用模拟与生态系统服务价值评估表明,规划保护情景下生态系统服务总价值较自然发展情景下提升4.16亿元,研究区生态条件有明显改善。     

基于GIS和Fragstats的土地生态质量综合评价——以湖北省仙桃市为例

借助GIS和Fragstats的分析技术,结合土地利用类型数据,从土地生态系统的景观特征、生境质量的抗干扰能力和社会经济效益3个方面构建土地生态质量综合评价研究模型,采用改进熵权法确定其指标权重。以湖北仙桃为例,探究其三者的空间演变关系,并在此基础上对其土地生态质量进行综合评价。结果表明:(1)仙桃市土地生态质量整体水平偏低,且呈现出中间高,两侧低,且西翼高于东翼的空间分异特征。其中危险、临界安全、较安全和安全各等级,分别占总面积的21.52%、43.48%、27.10%和7.90%。(2)安全区主要分布在经济、政策优势最凸出及景观格局整体规划较好的中北部中心城区。在此区域景观特征、生境质量的抗干扰能力和社会经济效益之间呈现相互增益的协同发展态势。(3)较安全和临界安全区则主要集中分布在土地景观格局较好,开发程度较低的西翼地区。危险区则主要分布在生境质量抗干扰能力水平低的东翼地区。在东西两翼内景观特征、生境质量的抗干扰能力和社会经济效益之间的协同性较差,且两两之间的发展矛盾凸出。研究结果可为仙桃市全域土地综合整治项目的实施提供理论支持和其他类似地区提供案例参考。