河岸植被缓冲带主要生态服务功能研究的现状与展望

河岸植被缓冲带是河流生态系统和陆地生态系统之间的生态交错带,具有独特的生态系统结构和服务功能,也是近年来生态学和环境科学研究的热点之一.本文对河岸带的生态系统结构及其在生物多样性维持、非点源氮素污染防治等主要生态服务功能方面的研究进行了系统总结和分析.由于岸边缓冲带具有结构复杂、系统内外干扰因子多、时空异质性强等特征,要实现对河岸带生态系统的科学有效管理,还需要进行大量的理论和案例研究.从系统生态学和景观生态学的角度,展望了该领域的研究前景:(1)加强人类活动干扰如土地利用的时空变化对河岸区域生物多样性分布特征和生态环境效应的影响研究;(2)加强不同河岸植被缓冲带结构和区域环境特征对非点源氮素污染净化机理和控制过程的研究;(3)在小尺度长期定位观测和机理研究的基础上,综合运用数学方法、遥感(RS)和地理信息系统(GIS)等工具,开发适合我国地域特点和环境特征的生态系统管理模型,定量研究河岸带生态系统结构、过程与功能动态变化及其与人类活动干扰之间的相互关系和影响机制,为区域社会经济的可持续发展提供科学依据和管理对策.     

森林生态系统水文调节功能及机制研究进展

本研究从森林生态系统的水文过程出发,介绍了其相关概念及发展史,总结了目前森林生态水文学的研究成果,对森林生态系统不同界面层(林冠层、枯落物层及土壤层)的水文过程、影响因素及生态水文模型等方面的国内外研究进展进行了系统的阐述,同时也对森林生态系统的水土保持、水质净化和物质循环过程进行了归纳和总结。目前的研究还需要从以下几方面加以深入:(1)森林生态系统不同界面层(林冠层、枯落物层及土壤层)功能性状与环境因子对流域水分储蓄、循环、入渗与产流过程的影响及其机理;(2)森林生态系统水土保持、水质净化、元素循环三者之间耦合机制方面的研究;(3)森林生态系统的水文过程与能量流动、物质循环之间的相互关系;(4)在时间尺度和流域尺度上研究森林生态系统生态水文过程的变化情况。因此,今后的研究应加强对森林生态系统多学科、多尺度的综合研究,同时要结合现代高新技术方法来研究不同植被类型的功能性状对水文过程的影响及其机制,为森林生态系统的管理提供科学依据。     

基于不同保护目标的河道内生态需水量分析——以琉璃河湿地为例

为探索不同阶段保护目标下的河道内生态需水量,以北京市房山区琉璃河为研究区域,基于琉璃河湿地工程的特殊性,在同一工程项目中不同阶段创新应用环境需水量和生态需水量两种方法,分别计算在截污工程完成前满足水质要求的河道内环境需水量和截污工程完成后满足以生态修复及维系为目标的河道内生态需水量。结果表明:(1)在考虑景观娱乐水量的情况下,二者一次生态需水量均为196.78万m~3;(2)以消纳污水为目标的河道内,在考虑河道稀释及自净能力的情况下,利用水环境容量法计算净化需水量为30.39万m~3/d,景观娱乐需水量为180.43万m~3,河道内的土壤储水量为16.136万m~3,水体年蒸发量为78.03万m~3,日均0.21万m~3,水体渗透量21.69万m~3,日均渗漏量0.03万m~3;(3)以生态修复及维系为目标的河道中,河道内的水生生物栖息地需水量为71.73万m~3。(4)在截污工作未完成之前,琉璃河内需每日注入30.39万m~3/d的湿地出水以保持水质。在不同保护目标下,如何依据河流实际情况,满足不同的需求,完善生态需水的计算方法,维持生态系统的稳定健康,将是未来关注的重点。     

密云水库上游流域土地利用与地表径流营养物的关系

定量刻画土地利用与水体营养物浓度的关系,有助于指导流域土地利用管理,以控制水体富营养化.以往研究较多关注土地利用的数量结构,对其强度、空间分布等刻画相对不足.本研究以密云水库上游流域为例,基于覆盖全流域52个子流域的水质采样,通过遥感解译和空间计算,提取土地利用强度、所处坡度、与河道及监测断面距离以及位置邻接关系等信息,构建土地利用与总氮、总磷和化学需氧量浓度的多元线性回归方程.结果表明: 土地利用与总氮、总磷和化学需氧量浓度回归方程的决定系数由未纳入任何信息的0.294、0.471和0.223分别增加到0.532、0.685和0.489,显著提高了模型的解释能力.在厘定每一空间位置土地利用对监测断面营养物浓度贡献率的基础上,比较与河道不同迁移路径距离下土地利用对营养物浓度的平均累积贡献率及面积累计百分比,确定了距离河道1 km范围内的河岸带为水体富营养化的关键控制范围.最后提出了优化农田施肥管理、加强牲畜粪便处理、建设林地过滤带和河岸缓冲带等水质污染控制和调控的措施建议.     

21世纪初农业生态系统健康研究方向

农业生态系统健康是指农业生态系统免受发生“失调综合症”,处理胁迫的状态和满足持续生产农产品的能力,目前,农业生态系统健康研究范围主要涉及农业生态系统健康评价方法,土壤质量和水质与农业生态系统健康的联系,农业生态系统健康与人类健康的关系,害虫生态管理对农业生态系统健康的贡献,杂草综合管理在农业生态系统健康中的作用,从生态病理学到农业生态系统健康,线虫群落作为农业生态系统健康指示生物的研究,转基因作物对农业生态系统健康的生态影响评价,农业投入政策对农业生态系统健康的影响,景观生态学在农业生态系统健康评价中的应用,农业生态系统健康与绿色食品开发等,首先论述了农业生态系统健康研究的现状,介绍了农业生态系统健康研究实例-土壤健康的生物指标,最后提出了今后农业生态系统健康的研究方向,为保障农产品安全和增进人类健康提供依据。     

天山中部天然云杉林森林生态系统降水过程中的水质变化

通过对天山中部天山云杉(Picea schrenkiana var.tianschanica (Rupr.)Chen et Fu)不同郁闭度、林龄天然林区内,降水在转化过程中各环节(包括大气降水、穿透水、地表径流、地下渗水)的水质变化规律,以及森林生态系统不同层次对水质的影响对比分析。结果表明:(1)天山云杉林生态系统对降雨的水质影响,随郁闭度和林龄的增加而增强。在林龄相同的条件下,表现为:0.20.40.60.8;在郁闭度为0.8的条件下,表现为:幼龄林中龄林成熟林近熟林;(2)大气降水透过林冠层后,水中的养分含量显著增高,表现为溶解氧含量减小,氨氮、COD、BOD、总磷、钾含量增加;(3)穿透水转化为地表径流,水中的溶解氧浓度进一步降低,COD、BOD、总磷、钾的含量升高,氨氮浓度降低;(4)总地下渗水的各项水质指标均明显优于大气降水,土壤层是森林生态系统净化水质的关键层。(5)通过对各集水区域水质指标定量化综合评价,天山云杉林生态系统内的水质质量表现为:7月份9月份8月份;(6)利用主成分分析方法(PAC)构建的水质综合评价多元线性模型,具有很强代表性,能很好地用于水质的等级评价。     

上海市不同区县中小河道氮磷污染特征

以上海11个区县,共19条河道、65个点位进行1a的氮磷污染情况调查。结果表明:(1)上海河道为不完全感潮型河网水系。潮汐、降雨对氮磷污染物的分布影响具有时间差异性。(2)上海河道区县之间氮磷污染差异大(P0.05)。氮磷浓度从中心城区河道依次向外呈现"圆环状"稀释扩散趋势。黄浦江以南河道水质好于黄浦江以北河道;近江苏的河道总体氮磷浓度水平高于近浙江的河道(上海东南部)(P0.05)。水体中污染物浓度、扩散、降解与人为扰动和城镇化程度密切相关。(3)聚类分析(Cluster Analysis,CA)结果显示上海市河道污染水平在点位之间区别不大,而多维尺度分析(Multidimensional Scaling,MDS)显示上海市河道污染水平在点位之间具有一定差异,并与水质评价结果一致。(4)经生态修复后的河道水质优于修复前(P0.05),说明上海市人工水生态修复措施和生态型驳岸建设对改善河道水质有潜在价值。     

微生物调查与湖泊生态健康的研究

湖泊生态系统是人类赖以生存和发展的生态基础,湖泊生态系统在提供给人类所需要的各种物质资源的同时也遭到了人类的破坏。本文针对微生物多样性指标在水生态健康评价体系中的重要性进行阐述,微生物与湖泊水质具有较强的相关性,水体中的氮、磷循环以及有机污染物的降解、重金属的富集都与微生物有密不可分的关系,它是环境中物质循环和能量循环的重要参与者,在水体净化过程中起着主导作用,微生物具有数量大、分布广、代谢能力强、方便检测等优势使微生物指标在湖泊生态健康评价体系中发挥重大作用。     

城市化过程对河道系统的干扰与生态修复原则和方法

城市化快速发展在带来大量工业和生活污水的同时,对自然生态系统的干扰也打破了原来生态系统的结构和平衡,由此带来的生态环境影响已经引起人们的高度重视。本文系统分析了城市化过程对河道系统的干扰类型、特征,影响河道生态系统健康的关键过程和河道系统生态修复的基本原则和发展方向。认为城市河道系统受到的干扰主要体现在结构固结化、形态规整化和功能简单化3方面;影响河道生态系统健康的关键过程可归纳为3方面:物质交换通道的阻隔、生物栖息环境的破坏和河道生态水文过程的失衡。指出河道系统的生态修复应该遵循以下6个原则:1)道法自然原则;2)功能引导原则;3)时空尺度分异原则;4)生态循环与平衡原则;5)利益相关者参与原则;6)综合效益最优原则。在此基础上,进一步分析了河道系统生态修复的时空尺度和生态修复的方法以及发展方向。     

凤眼莲种植对滇池水体环境质量的影响

利用凤眼莲进行富营养化水体水质净化和生态恢复已经成为水生生态系统修复的一种有效途径。为了探明凤眼莲在净化水质时对水体环境质量的影响, 于2010年4月-2011年3月对滇池凤眼莲种植区域水体环境质量进行了监测, 并与对照组进行了比较研究, 结果表明, 凤眼莲种植降低了水体pH值、透明度、光照强度和溶解氧含量, 与对照区相比, 凤眼莲种植增加了水体中硫化物的含量, 凤眼莲种植对水体环境质量的影响呈一定的月份波动, 推测认为这与凤眼莲本身的生长特性相关。研究结果为大面积种植凤眼莲进行水质净化和水体修复时生态安全控制提供了理论依据。     

河流生态系统服务功能及水坝对其影响

河流生态系统服务功能是指河流生态系统与河流生态过程所形成及所维持的人类赖以生存的自然环境条件与效用,包括河流生态系统产品与河流生态系统服务两个方面。文中分析了河流生态系统的15项服务功能,其中包括供水、水产品生产、内陆航运、水力发电、休闲娱乐和文化美学等6项河流生态系统产品与调蓄洪水、河流输送、蓄积水分、土壤持留、净化环境、固定CO2、养分循环、提供生境和维持生物多样性等9项河流生态系统服务;同时又分析了修建水坝对这此服务功能的影响。研究表明,使河流生态系统服务功能得到正常发挥,是水坝建设决策中应考虑的必要因素。     

海河流域森林生态系统服务功能评估

森林生态系统在流域中发挥着极其重要的生态作用,为流域发展提供着巨大的服务功能。本研究根据生态系统服务功能的内涵,建立了流域森林生态系统服务功能评价指标体系,利用市场价值法、影子工程法和生产成本法等,定量评价了海河流域森林生态系统服务功能的经济价值。结果表明：海河流域森林生态系统总价值2349.4亿元,其中直接价值358.7亿元,间接价值1990.7亿元。从不同的服务功能类型来看,其价值量大小依次为：涵养水源>固碳释氧>环境净化>提供产品>土壤保持>营养元素循环;从不同的森林类型来看,其价值量大小依次为：松柏类>灌丛>栎类>桦木类>混交林>杨树类>松杉类。但是从各种森林类型单位面积价值量来看,大小依次是：松杉类>松柏类>桦木类>混交林>栎类>杨树类>灌丛。从研究结果来看,海河流域森林生态系统服务功能价值巨大,该结果有利于加强人们对森林生态系统的认识,可以为流域生态系统管理、生态保护和生态补偿提供依据。     

Managing riparian zones for river health improvement: an integrated approach

Riparian zones are among the most valuable ecosystems on the earth. They act as the ecological engineers that improve river health through delivering a range of ecosystem functions. Stream bank stabilization, pollutant and sediment buffering, temperature regulation, provision of energy to river food webs and communities, groundwater recharge and provision of ecological corridors and habitat for wildlife, are among major ecosystem functions of riparian zones that play a great role in river health. Besides these ecosystem functions, riparian zones also provide various ecosystem goods and services for human well-being. But in the current scenario, riparian zones are under severe threat due to agricultural activities, urbanization, river flow alteration, overexploitation, climate change, pollution, and biological invasion. In the present and probable future scenarios of declining river health and global environmental changes, there is a pressing need of an integrated approach for managing riparian zones. This review article aims to advocate an integrated approach for riparian zone management based on various components such as riparian condition assessment, policy framework, stakeholder’s participation, management practices, legislation, and awareness. Authors also discussed riparian zones in context of their concepts, features, functions, and threats.

     

河流生态系统健康研究现状与展望——基于文献计量研究

河流生态系统健康是生态系统服务供给和流域可持续发展的基础,亟需从其内涵、影响、评价等方面进行系统归纳。运用文献计量梳理国内外文献,归纳了河流生态系统健康在河流自身、人类需求、管理目标3个方面的内涵;并从人类活动、土地利用、河流生境、水质、水量、气候变化等几个方面归纳了影响河流生态系统健康的主要因素和机理;明确了现有的河流生态系统健康评价方法,包括指示生物法、综合指标法、数学模型法等,总结了它们的优缺点和适用范围。最后,从河流生态系统健康的概念内涵、评价指标和水陆耦合等方面提出了存在的问题,建议进行流域整体的河流生态系统健康评价、跨区域的综合评价对比、多学科评价指标、河流廊道等几个方面的深入研究。     

River drying lowers the diversity and alters the composition of an assemblage of desert riparian arthropods

Summary 1. Many studies have shown negative effects of river drying on in‐stream animals. However, the influence of river drying on riparian animals remains poorly studied. We examined ground‐dwelling riparian arthropod assemblages along a drying section of the semi‐arid San Pedro River in southeastern Arizona, U.S.A. 2. We found strong differences in assemblage composition, taxon diversity and the abundance of key taxa between dry and flowing sites, with higher diversity and abundance of most taxa at flowing sites. 3. Changes in assemblage composition, taxon diversity and abundance of representative taxa were associated with a combined measure of water availability that included distance to water and type of water. Other environmental variables showed a weaker association with changes in these arthropod assemblages. 4. Thus, we found evidence that desert riparian arthropods are sensitive to river drying and to reduction in water resources. Increases in drying along this river may reduce the diversity and the abundance of many groups of ground‐dwelling arthropods, leading to marked shifts in community composition.     

密云水库上游流域生态系统服务功能空间特征及其与居民福祉的关系

生态系统管理的一个重要挑战是在区域尺度上管理生态系统服务并提高当地居民福祉。以2009年土地利用数据和社会经济数据为基础,利用InVEST模型和空间制图在乡镇尺度上对密云水库上游流域水资源供给服务、土壤保持服务、水质净化服务、产品供给服务以及居民福祉进行了定量评估和空间特征刻画,并探讨了生态系统服务与居民福祉的不同关系模式。结果表明,流域内各乡镇土壤保持服务从上游到下游呈逐渐递增的趋势,水质净化服务从上游到下游整体上也呈逐渐递增的趋势,流域内水质净化服务功能与水资源供给服务、粮食供给服务、蔬菜供给服务以及畜牧产品供给服务在空间上呈显著负相关;基于生态系统服务与居民福祉在空间上的聚集特征,可将56个乡镇划分为低服务低福祉模式、供给服务依赖模式和高服务高福祉模式,针对这3种关系模式特点,可分别提出改善生态系统服务功能和居民福祉的管理措施。案例研究可为其他区域实施分区管理、协调生态系统服务功能保护与居民福祉的关系提供借鉴。     

River otter and mink occupancy dynamics in riparian systems

Semi-aquatic mammals are dependent upon streams and riparian areas, which are a product of the landscapes they drain. Both local stream morphology and surrounding land use are likely to have important influences on current occupancy of semi-aquatic mammals and potentially affect future geographic distributions. We identified aspects of the riparian system and stream structure at multiple scales that relate to the presence of river otter (Lontra canadensis) and mink (Neovison vison) to better understand how changing landscapes affect occupancy dynamics of these semi-aquatic mammals and to facilitate future monitoring and management. We estimated multi-season occupancy using 103 sites sampled over 6 seasonal sampling periods in southern Illinois, USA (44,526 km²) during 2012–2014. We hypothesized river otter and mink occupancy were related to multiple aspects of landscape and local habitat attributes including land cover, water availability, human disturbance, and stream characteristics. Occupancy of river otter was predicted by large stream size, less developed area near the stream site, and proximity to areas with reintroduced or remnant populations of river otter. Mink were more likely to occupy sites with small streams and decreased water availability near the site. However, top models for both species had low weights and high uncertainty for multiple variables. Habitat-based models may not be the best predictors of occupancy for these carnivores because they are more likely to respond to prey diversity or availability, but landscape changes that decrease natural water availability and increase human disturbance to the stream at the local scale are likely to negatively affect river otter. © 2019 The Authors. The Journal of Wildlife Management published by Wiley Periodicals, Inc. on behalf of The Wildlife Society.     

Methodological and empirical considerations when assessing freshwater ecosystem service provision in a developing city context: Making the best of what we have

This study contributes to both the methodological and empirical literature by developing an integrative approach to assessing temporal and spatial change in riparian ecosystem service delivery by drawing on available and diverse data sets. These data sets act as multiple lines of evidence in supporting comparisons between data sets to test the validity of developed methods and the application of such methods. In order to synthesise these data as well as to determine the fluctuations in riparian ecosystem service provision a scoring system was developed. Methodologically, the scoring system proved informative across the majority of ecosystem services categories, showing close to 80% similarity in outcomes when comparing the scoring method to trends in long-term water quality measurements. Other benefits of the scoring system included its design simplicity, cost-effectiveness, and applicability and replicability across various urban settings. Empirically, the data sets used support the findings of the ecosystem services scoring exercise and suggests that fluctuations in ecosystem service delivery through time and across the river reaches are linked to land-use change and other human activities. Findings suggest that as water leaves an urban protected area and travels across transformed and impacted landscapes, the results are poor water quality and diminished ability of rivers to yield ecosystem services the further the river flows into the urban setting. Urbanisation and changes in land-uses in developing city contexts is therefore shown to affect potential ecosystem services benefits, necessitating increasing management interventions.     

生态系统服务权衡与协同关系及驱动力——以江苏省太湖流域为例

生态系统服务权衡与协同关系研究是生态系统综合管理的前提。以太湖流域江苏省为例,通过空间显示的生物物理模型计算氮、磷净化、水量供给及土壤保持4种服务指标,借助GIS空间分析表征氮、磷指标与其他指标之间关系,并利用多元Logistic模型定量识别主导驱动力。结果表明:2000到2010年间,各指标的单位面积年均值呈现不同程度的变化,氮输出指标先增加后略下降,磷输出指标逐渐增加,水量供给先下降后上升,土壤保持逐渐下降,并且服务指标的空间格局显著差异。氮、磷净化与水量供给关系在空间上表现为广泛分布的权衡及协同变化区,但与土壤保持的关系不明显,氮、磷之间主要为协同变化关系。氮净化与水量供给的正向主导驱动力为城镇建设用地和农村居民点密度,而植被覆盖度和水网密度具有显著负作用。氮、磷关系的主要影响因素为植被覆盖度,其次是耕地及林地比例,且均起到正向促进作用。主导驱动力识别有助于明确生态系统服务间关系的作用机制,为区域环境管理及生态保护规划提供科学依据。     

水利工程对河流生态系统服务功能的影响评价方法初探

通过分析水利工程对河流生态系统服务功能的影响,建立了评价指标体系和定量化的评价方法．评价指标体系包括建立评价指标的原则、对河流生态系统服务功能的分类和指标确定等．本文将河流生态系统的服务功能分为四类即供水及与供水量相关的航运和水电功能、生态支持功能、调节控制功能和文化美学功能．依据不同的功能类型,应用以前的研究成果,针对水利工程产生的生态效应如生物多样性的变化和河流净化功能的变化,确定了不同的调度指标,并建立了相应的数量化评价方法,主要包括指效法和BOD-DO模型方法,这些方法特有助于对水利工程的生态环境效应进行深入的分析与评价。