基于主成分分析和熵权的水库生态系统健康评价——以海南省万宁水库为例

采用主成分分析(PCA)与熵权相结合的新方法,对万宁水库水生态系统健康进行评价,旨在检验该方法是否能解决传统的基于熵权法的水生态系统健康评价方法所存在的赋权重复问题.结果表明: 2010-2012年,万宁水库的水生态系统健康状况整体呈变好趋势;年均水生态系统健康综合指数(EHCI)分别为0.534、0.617、0.634,健康状态评级分别为Ⅲ类(中等)、Ⅱ类(较好)、Ⅱ类(较好).该水库水生态系统健康状况存在季节性差异,但并没有明显的季节性变化规律.从EHCI的整体波动程度来看,其波幅逐渐变小,表明近年来万宁水库的水生态系统趋于相对稳定.新方法与传统方法的指标赋权对比表明,传统方法中相关性较强的溶解氧、化学需氧量、五日生化需要量、铵态氮4项指标的累计权重为0.382,而新方法中仅为0.179;说明PCA的引入有效解决了赋权重复的问题.营养状态指数与EHCI呈显著的负相关关系,说明PCA与熵权结合的新方法在解决了赋权重复的基础上,很好地保证了评价结果的准确性,适用于该水库水生态系统健康评价.
     

辽宁省辽河水生态系统健康评价

2009年6-8月,在对辽宁省辽河铁岭段、沈阳段、盘锦段20个断面水文、水质、着生藻类、栖息地状况实地调查的基础上,采用主成分分析方法,进行指标的筛选与指标权重的确定,构建了该河流水生态系统健康评价指标体系和健康评价标准体系,并用改进的灰色关联度法对辽河6个断面的水生态系统健康状况进行了评价.结果表明：辽宁省辽河3个评价断面的水生态系统健康程度一般,2个评价断面分别为较差和极差,仅有1个评价断面达到了亚健康程度,说明辽河河流水生态系统生态退化严重,需要进一步加强辽河水系的生态恢复及水环境污染综合治理.     

松花江流域大型底栖动物群落结构与水质评价

【目的】松花江流域是中国最早的工业基地之一,其水生态环境遭到严重破坏,环境保护工作面临巨大挑战。开展松花江流域水质评价及典型生物类群多样性状况调查,可为松花江流域生态系统的保护和修复提供依据。【方法】于2016年7月调查整个松花江流域近岸的大型底栖动物群落组成和测定水质理化指标,开展其水质理化特征评价和生物指数评价,并探讨底栖动物群落分布与水环境因子间的关系。【结果】理化指标评价结果显示,南源松花江水质状况最差,处于中度污染;北源松花江处于轻度污染;梧桐河水质最好,处于良好状态。松花江流域3个河段的底栖动物群落结构存在空间差异性。另外,梧桐河的物种多样性最高,北源松花江次之,南源松花江最低。溶解氧和营养元素K的浓度是驱动底栖动物群落组成发生显著性差异的主要环境因子。生物指数评价结果显示,3个河段水质均处于轻度污染状态。【结论】松花江流域水质处于轻度到中度污染状态。有机污染是松花江流域面临的主要水质环境问题,对松花江流域底栖动物群落结构产生了显著影响。因此,控制有机质的输入是维持松花江流域水生态系统平衡的重要举措之一。     

大汶河水生态环境健康状况与土地利用的相关性

为了解大汶河水生态环境现状及河岸带土地利用类型对其影响,基于2017年4月大汶河流域水生态调查数据,采用主成分分析和相关分析方法对流域地形、水文、水环境因子、主要水生生物因子和栖息地质量5个方面共19个候选指标进行筛选和优化,构建了大汶河生态系统健康评价多指标体系并用于大汶河水生态健康评价。结果表明:水环境因子和水生生物类型指标在健康评价指标体系中所占权重较大;大汶河水生态系统健康状况评价结果主要以一般和较差为主,分别占总采样点的58.33%和20.83%,仅瀛汶河上段、大汶河南支上段和大汶河干流下段部分断面处于健康或亚健康水平;城镇村及工矿用地、耕地和交通用地与大汶河生态健康综合指数呈负相关,是该流域水生态系统受到破坏的主要因素。     

大汶河水生态环境健康状况与土地利用的相关性

为了解大汶河水生态环境现状及河岸带土地利用类型对其影响,基于2017年4月大汶河流域水生态调查数据,采用主成分分析和相关分析方法对流域地形、水文、水环境因子、主要水生生物因子和栖息地质量5个方面共19个候选指标进行筛选和优化,构建了大汶河生态系统健康评价多指标体系并用于大汶河水生态健康评价。结果表明:水环境因子和水生生物类型指标在健康评价指标体系中所占权重较大;大汶河水生态系统健康状况评价结果主要以一般和较差为主,分别占总采样点的58.33%和20.83%,仅瀛汶河上段、大汶河南支上段和大汶河干流下段部分断面处于健康或亚健康水平;城镇村及工矿用地、耕地和交通用地与大汶河生态健康综合指数呈负相关,是该流域水生态系统受到破坏的主要因素。     

天津市典型湖库湿地生态完整性评价

对湖库湿地进行生态健康评价,可为湖库湿地生态系统修复和管理提供决策依据。本文以天津市为例,选取20个典型的湖库湿地采样点,基于2018年8—9月期间调查获取的物理、化学和生物群落指标(浮游动物、浮游植物、底栖动物、鱼类、水生大型植物、河岸带植物)数据,构建包含物理完整性、化学完整性和生物完整性在内的生态完整性指数(IEI)对采样点生态健康状况进行评价。根据栖息地环境质量(QHEI)、水质状况和人类活动干扰3方面选取参照点,采用标准化方法筛选候选指标,应用层次分析法计算各指标权重,最终得出天津市典型湖库湿地生态完整性评价结果。结果表明: 1)所有样点中,“健康”点位占5.0%,“较好”点位占20.0%,“一般”点位占35.0%,“较差”点位占30.0%,“差”点位占10.0%。天津市典型湖库湿地生态健康状况整体处于一般水平,呈现出西部优于东部的趋势,空间差异显著;2)基于栖息地评分、水质状况与人类活动干扰相结合选取参照点是可行的,依据水质指标可降低选择参照点时的主观性;3)适用性验证结果表明,IEI可较好表征各点位的健康状况,区分效率明显,适用于评价研究区湖库湿地生态健康状况。     

地下水生态系统健康评价指标体系的构建

地下水生态系统是重要的生态系统类型,由于地下水资源不合理的开发利用和污染物排放强度的增大、并长期积累,已导致许多地方产生生态环境劣变,甚至酿成难以弥补的严重后果,地下水生态系统健康问题已经成为许多国家和地区重点关注的环境问题之一.在科学把握地下水生态系统健康的概念和内涵的基础上,从系统结构特征、生态功能、资源功能、系统保护以及社会环境等5个方面选取了29个典型指标构建了地下水生态系统健康指标体系,对关键评价指标的意义进行了具体分析.出于服务于地下水生态系统健康评价的目的,对重要指标的评价标准进行了划分,并探讨了地下水生态系统健康评价的主要方法及发展方向,研究成果在一定程度上可以丰富生态系统健康评价研究理论与方法体系.     

淡水生态系统服务及其评价指标体系的探讨

对淡水生态系统的重要性及生态系统服务的内涵进行了阐述,指出了当前淡水生态系统服务研究的不足;认为淡水生态系统服务的正常发挥离不开一个健康的生态系统,但少有将两者结合的综合研究,而这样的研究又是必要的。水资源应明确包括水量、水质、水能和水生生物四大要素,以此为基础,对淡水生态系统服务及其评价指标体系进行了论述,并简要介绍其评价方法。文章还对国内相关研究的思路及其技术路线进行了探讨。     

中国内陆河流域城市景观过程对涉水生态系统服务的影响评价研究进展

掌握我国内陆河流域城市景观过程对涉水生态系统服务的影响评价研究现状,对于提高内陆河流域人类福祉和促进区域城市可持续发展具有重要意义。系统综述了我国内陆河流域城市景观过程对涉水生态系统服务的影响评价。结果表明：相关中英文论文数量与被引频次整体呈上升趋势,研究对象侧重于水源涵养、水质净化和淡水供给服务,研究方法主要包括价值量评价法和物质量评价法,研究结果则表明城市景观过程已造成涉水生态系统服务总量下降和空间异质性增加,同时还加剧了服务间的权衡关系。相关研究为深入理解内陆河城市景观过程对涉水生态系统服务的影响奠定了良好基础,但在揭示影响机理、模拟未来影响、分析服务权衡、协同与供需流关系以及探索可持续的内陆河流域综合优化管理等方面还存在不足。因此,未来应基于"机理-过程-可持续性"的思路建立内陆河流域城市景观过程对涉水生态系统服务影响评价框架,开展综合评价研究,为我国内陆河流域城市与山水林田湖草综合优化管理提供帮助。     

粤港澳大湾区水生态修复及展望

水是生态系统物质循环和能量流动的重要纽带,水生态系统修复在区域生态系统修复中起到关键作用。粤港澳大湾区剧烈人类活动对江河湖库生态系统造成破坏和干扰,江河湖库污染严重,水生物减少,导致流域水生态服务功能退化甚至丧失;从生态修复科学内涵出发,判断湾区水生态系统健康状况已处于非生物控制跃迁阈值之下;针对该形势,从工程建设、水环境治理、空间规划和管理机制四个方面,梳理湾区近期开展的与水生态修复相关的水生态文明建设、水污染防治行动计划、水生态空间划定和推进河长制等工作,并对其中用到的技术、指标和制度进行条理;然后以茅洲河流域综合治理和广东万里碧道作为水生态修复的点、面代表,从水生态修复的整体目标、采用的技术措施、效果评价的指标体系和管理制度方法等方面分析当前的工作现状;总结湾区现状水生态修复工作,认为湾区水生态系统的非生物修复阶段基本结束;基于生态系统修复理论结合湾区江河湖库生态系统特点,提出适合湾区的水生态修复框架,讨论水生态系统修复面临的问题和未来工作的展望,为大湾区水生态修复提供直接依据。     

渭河丰、枯水期底栖动物群落特征及综合健康评价

以渭河为研究范例,分别于丰水期(2011年10月)和枯水期(2012年4月)对渭河全流域范围内45个样点的底栖动物群落进行跟踪调查,并在此基础上应用丰、枯水期底栖动物生物完整性评价指数(B-IBI)对渭河流域水生态系统进行综合健康评价。结果表明,渭河流域底栖动物群落结构具有明显的空间异质性,枯水期底栖动物群落结构单一,物种数量、生物量和香农多样性明显少于丰水期,但单位密度差异不显著。综合健康评价结果表明,渭河上游、洛河中上游地区的健康状况较好,而渭河中下游、泾河全流域及洛河下游地区的健康状况较差。相关分析显示,渭河全流域范围内丰水期和枯水期底栖动物群落的B-IBI得分呈现明显的正相关性,表明在不同水文过程时期,渭河全流域大尺度范围内底栖动物群落的生物完整性特征较为一致。在河流丰、枯水期,底栖动物群落结构的变化趋势并对比分析了渭河流域不同区域水生态系统健康水平差异的原因。     

基于ArcView-WOE的下辽河平原地下水生态系统健康评价

地下水生态系统是生态系统的重要类型,随着社会经济的发展,地下水资源与环境压力日益增大,地下水生态系统健康问题已经成为人类重点关注的环境问题之一。以ArcView为平台,以下辽河平原硝酸盐氮浓度为响应因子,并从地下水系统结构特征、区域自然条件、外界压力、资源与保护和生态环境5个方面建立证据因子的图层数据库,利用证据权重法(WOE)对下辽河平原地下水生态系统健康进行评价,得到硝酸盐氮后验概率分布图。结果表明:下辽河平原的西北、东北部、东南部及抚顺和辽阳地区地下水生态系统健康处于相对高和较高概率区,东部山前冲洪积平原及下辽河平原的周边地区处于中等概率区,下辽河平原的中部平原、南部滨海平原地区处于相对低和较低概率区。将地下水水质监测点硝酸盐氮含量与后验概率分布图进行对比分析,发现二者对应性较好,这说明WOE可以用于地下水生态系统健康评价,其概率表现形式能够有效的弥补传统生态系统健康评价结果是一个具体值(或等级)而无法反映生态系统健康不确定性的不足。     

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。     

基于ESEF的水生态承载力:理论、模型与应用

以流域综合管理为核心的水环境管理理念要求人们从更高的角度认识水生态系统相对于人类的承载能力.水生态承载力将水资源和水环境问题统一考虑,将社会经济发展与水生态系统联系起来,为实现流域综合管理提供了有力支撑.本文以基于生态系统服务的生态足迹(ESEF)方法为基础,提出了基于ESEF的水生态承载力评估方法,构建了基于ESEF的水生态足迹与承载力模型,实现了足迹方法对水生态系统承载能力的有效表征;并建立了太湖流域水生态足迹与承载力模型,以流域上游城市常州市为例,评估了现状发展水平下水生态系统所能承载的人口与经济规模.结果表明:常州市对水生态系统服务的消费需求超出了水生态系统的供给能力,需求与供给的显著差距对水生态系统的可持续性造成影响;综合考虑水产品供给、水量支撑和水质保障3方面因素,常州市水生态系统可承载的人口与经济规模仅为现状水平的54%.     

基于可变模糊评价模型的东山湾生态系统健康评价

根据东山湾海域环境污染现状和生态系统的特点,从水质环境、沉积物环境、生物残毒以及海洋生物方面构建了东山湾生态系统健康评价指标体系,提出了基于可变模糊评价模型的海湾生态系统健康评价方法,并利用该方法对东山湾生态系统健康状况进行了评价。结果表明:东山湾春季生态系统健康指数为2.36,秋季为2.44,均处于"良与中之间,偏良"水平,春季略优于秋季。影响东山湾生态系统健康状况的主要负面指标因子为鱼卵及仔鱼密度(春秋季健康指数均值为4.95)、营养水平(秋季健康指数为4.47)和底栖生物生物量(春季健康指数为3.59)。实例研究表明该方法通过准则参数α和距离参数p的不同组合变化,以线性与非线性相结合,能够较客观系统、标准量化地评价海湾生态系统健康状况的优劣,。     

基于层次分析法的三川河健康评价

为评价三川河流域的健康状况, 采用层次分析法构建了包含生态功能、防洪功能、利用功能、服务功能和景观环境功能5 个准则层的河流健康评价体系, 同时综合考虑指标的重要性、普遍性、可量化性、易获取性, 筛选出揭示三川河流域健康状况的14 项主要指标, 使得指标体系整体结构简单、意义明确、相互间独立性容易保证。最后计算出河流健康综合指数值, 并对照相应规范判断三川河健康状况。结果表明, 三川河健康状况为差, 具有诊断的必要性与迫切性。     

北京市白河和潮河流域生态健康评价

选取北京市重要的饮用水源密云水库上游白河和潮河流域,结合北京山区流域生态现状,构建了涵盖水域生境结构、水生生物、生态压力和陆域生态格局与功能、生态压力5大类13项指标的评价指标体系,开展了流域生态健康评价。结果表明白河和潮河流域的健康状态整体处于良好等级,但水生生物和陆域生态格局状况相对较差。14个子流域的健康状况差异并不显著,琉璃河、白河下段、汤河上游的健康状况相对较好,潮河中下段和小汤河的健康状况相对较差。流域内不合理的畜禽养殖、岸边带种植及民俗旅游是导致流域生态健康退化的主要原因,建议加强污染负荷排放的控制和监管涉水活动对水生生境的干扰以改善流域健康状况,并重点关注可指示水生态系统早期退化的生物指数,以实现可持续性和适应性的流域管理,保障密云水库的水生态安全。     

生物完整性指数与水生态系统健康评价

生物完整性指数是目前水生态系统健康评价中应用最广泛的一个生态指标。本文扼要介绍了生物完整性指数的概念、水生态系统健康评价的原理以及大型底栖无脊椎动物完整性指数的构建方法,介绍了生物完整性指数在水生态系统健康评价中的应用及我国开展这方面工作的建议。     

雄安新区河流健康评价

雄安新区地理环境敏感,生态环境较为脆弱,研究新区河流健康对维护区域水生态平衡,实施京津冀协同发展战略及疏解北京非首都功能具有重要意义。以雄安新区4条河流为研究对象,基于高分二号遥感影像、地理信息数据和实测数据,构建由水文水资源、河流水质、河流底泥、河流生物、河流生境和社会服务构成的河流健康评价指标体系,并用主客观赋值法得到各指标的综合权重,进而计算河流的综合健康指数,以此对河流健康情况进行评价。结果表明不同河流的准则层指标的健康指数和河流综合健康指数存在差异性,其中白沟引河综合健康指数为0.640,处于健康状态;府河的综合健康指数为0.484,处于亚健康状态;瀑河和孝义河均处于病态,综合健康指数为0.269和0.228。总体表现同一河流不同河段以及不同河流存在明显的空间异质性,府河和白沟引河的健康状态明显好于孝义河和瀑河,同时除孝义河不同采样点的健康情况没有差别,府河、瀑河和白沟引河三条河流不同采样点之间的健康状况存在一定的差别,河流入淀处健康状况普遍比中游健康状况好。这为后期生态需水及其整个新区的生态功能提升提供了参考依据。     

海峡西岸经济区生态系统健康评价

基于活力、组织结构、恢复力、生态功能、人类健康等区域生态系统健康标准,综合考虑人为压力、响应措施等因素,构建了海峡西岸经济区(海西区)生态系统健康评价指标体系;针对区域生态系统健康的自然特性与人工特性,采用均方差法和层次分析法,确定了各指标权重;运用模糊综合评价法,建立了海西区生态系统健康评价模型.结果表明： 2008年,海西区生态系统健康状态优越,人为压力较轻,区域生态系统健康状况总体较好,但具有显著的空间差异;受固定资产投资、教育经费支出等响应指标的制约,部分地市生态系统健康状况劣于其健康状态.与1992年相比,2000和2008年海西区生态系统健康状况相对较优,驱动要素以经济活力、组织结构、人类健康、人口压力和投资调整等为主;但受建设用地扩张及其引起的自然景观减少、人类干扰增强等制约,2008年海西区生态系统健康状况劣于2000年.