用于农田非点源污染控制的生态拦截型沟渠系统及其效果

针对太湖流域农田非点源污染严重的现状,结合当地实际情况提出了一种新的生态工程学解决方法——生态拦截型沟渠系统,它主要由工程部分和植物部分组成,能减缓水速,促进流水携带颗粒物质的沉淀,有利于构建植物对沟壁、水体和沟底中逸出养分的立体式吸收和拦截,从而实现对农田排出养分的控制。试验区沟渠植物具有一定的经济价值,且景观效果良好。沟渠系统对农田径流中总氮、总磷的去除效果分别达到48．36％和40．53％。此外,该生态工程的另一个显著优点就是不另外占用土地,符合平原水网地区农田沟渠的实际,具有很好的推广应用潜力。     

滨河湿地不同植被对农业非点源氮污染的控制效果

滨河湿地作为连接河流水体和陆地的一个功能过渡界面区,是河流生态系统与陆地生态系统进行物质、能量、信息交换的一个重要过渡带,也是保护河流水体的最后一道屏障,对水质净化和农业非点源污染控制起着非常重要的作用。以黄河湿地国家自然保护区孟津扣马段为研究对象,采取野外定位观测试验和稳定同位素示踪(人工富集15N源的同位素稀释法)相结合的方法,研究了滨河湿地土壤对农业非点源氮的持留作用、渗漏到地下水中的农业非点源氮和湿地不同植被对滞留在土壤中的农业非点源氮的吸收作用。结果显示:通过地表径流进入滨河湿地的农业非点源氮在3个实验样方的垂向和侧向都发生了渗漏。滨河湿地土壤对农业非点源氮的滞留作用主要发生在0—10cm,相当于一个过滤器的功能。3种受试植被土壤表层的滞留量为芦苇(0.045mg/g)藨草(0.036mg/g)水烛(0.032mg/g),分别占到土壤滞留氮的59.2%、56.3%和56.1%。滞留在土壤中的农业非点源氮污染存在一个相对较长的效应。滨河湿地特殊的氧化还原条件导致强烈的土壤微生物反硝化作用以及滨河湿地植被对氮素的吸收作用,使得0-10cm土层土壤外源氮变化速度最快,1个月后,滞留芦苇、水烛、藨草样方中15N下降了77.8%、68.8%和8.3%;3个月后,芦苇、藨草、水烛样方中的15N下降了93.3%、72.2%和37.5%。滨河湿地复杂的水文过程,使得滞留在土壤表层的农业非点源氮迁移转化更为复杂多变。监测数据显示,在实验设计的浓度和强度范围内农业非点源氮没有对地下水造成影响。不同植被和同一植物的不同生长时期对滞留在土壤中氮的吸收能力差别较大,吸收量依次为芦苇嫩芽(9.731mg/g)老芦苇(4.939mg/g)藨草(0.620mg/g)水烛(0.186mg/g)。通过对生物量计算得出滨河湿地芦苇、水烛和藨草对农业非点源氮的吸收能力分别为氮吸收量96.11、3.76、0.32kg/hm2。可见,滨河湿地作为连接河流与陆地的缓冲带,通过截留、过滤、植物吸收等过程能有效的削减农业非点源氮对临近地表水体污染,对农业非点源氮污染控制起着非常重要的作用。合理的滨河湿地保护与利用模式对河流水环境保护具有重要的意义。     

复合人工湿地对水禽污染废水的净化效果

通过在北京市野生动物救护中心构建表流湿地与潜流湿地相结合的人工湿地来处理富营养化的水体,研究该人工湿地对TP、TN、浊度和CODcr的去除作用。研究表明:表流湿地对TP、TN、浊度和CODcr的去除率可分别达到68%,31%,93%和55%,潜流湿地对TP、TN、浊度和CODcr的去除率可分别达到75%,67%,55%和50%,复合人工湿地对TP、TN、浊度和CODcr的去除率可分别达到80%,50%,95%和90%,人工湿地不同构建类型对TP、TN的去除量没有显著差异(P>0.05),对TP的去除率、浊度和CODcr的去除量及去除率之间存在显著性差异(P<0.05),而对TN的去除率没有显著性差别(P>0.05),通过拟合进出水中不同污染物的质量浓度关系发现,表流湿地、潜流湿地和复合人工湿地进出水中TP、TN及CODcr之间存在显著的线性相关关系(P<0.05),相关系数分别为0.948、0.994、0.952,0.948、0.995、0.958和0.963、0.990、0.927,人工湿地进出水中浊度符合多项式方程规律,相关系数为分别为-0.523(R²=0.451,P>0.05),0.854(R²=0.8756,P<0.05)和-0.086(R²=0.197,P>0.05)。     

人工湿地在生态城市建设中的作用

生态城市的建设依赖于科学利用有限资源。随着我国城市化进程加快,水体污染日益严重,加剧了水资源的短缺。人工湿地是利用生物自净功能,低投入、低运行费、低能耗的环保型的污水处理技术。不仅可进行水资源的循环利用,而且美化环境、保护生物多样性。本文分析提出,人工湿地是生态城市建设中水资源利用的最有效模式,应大力发挥人工湿地在我国生态城市建设中的作用。     

大型人工湿地生态可持续性评价

大型人工湿地现已广泛应用于湖滨带、河滨带水质净化及湿地生态修复,这些人工湿地的生态可持续性评价对于其科学管理调控及长期可持续运行具有重要意义。运用综合指标评价及层次分析法,根据人工湿地生态系统的特点,提出并建立了适合评价人工湿地可持续性运行的指标体系,建立的评价指标包括生态特征与功能、水质净化功能及经济社会功能三项一级指标,及对应的14个二级指标。运用建立的评价指标体系对南四湖湖滨带新薛河大型人工湿地示范工程的生态可持续性运行了评价,评价结果显示:植物多样性、氨氮去除能力、生物入侵抵抗力、野生动物栖息地、COD去除能力是影响大型人工湿地运行效果的主要制约因素;新薛河人工湿地生态可持续性综合指数为0.6862,处于"良"级,其中生态特征功能可持续性指数最高,为0.7732;水质净化功能和社会经济功能指数分别为0.6190,0.6492。由结果可知,南四湖新薛河大型人工湿地具有重要的生态修复功能,水质净化功能方面应加强植物定期收割及植被管理,同时经济社会功能还有待加强,植物经济效益及旅游娱乐效益还有待深入开发。建立的人工湿地可持续性运行的评价指标体系具有较强的针对性,可用于其他大型人工湿地的生态可持续性评价。     

人工湿地系统在湖泊生态修复中的作用

湖泊在维系区域水安全、生态安全和环境安全中具有重要价值。然而,受到人类非理性水土资源开发活动和全球变化的影响,部分湖泊遭到污染、无序垦殖及生态和环境需水被挤占而发生退化,其生态服务功能和经济社会价值也显著降低,对湖泊进行生态修复已成为政府部门、学术界和社会公众共同关心的资源与环境问题之一。在湖泊生态修复中,人工湿地系统可有效降低湖泊污染负荷,对湖泊生态系统的非生物环境进行有效调控;此外,人工湿地系统可对湖泊生物物种进行定向培育、增殖和保护。人工湿地系统消减湖泊污染负荷主要包括对外源性污染负荷的生态拦截和对内源性污染负荷的生态萃取。根据外源性污染负荷的入湖方式,生态拦截又包括针对无组织排放污染负荷(主要包括农田区坡面径流和城市地表径流)的带状拦截和针对有组织排放污染负荷的前置库拦截及线状拦截。在利用人工湿地系统进行湖泊生态修复过程中,需要结合湖泊生态系统的基本特征、生态退化的动力学机制和生态修复目标,按照节水、节地原则,适时、适地、适效地建设人工湿地系统及组合系统,充分发挥人工湿地系统对湖泊的综合生态修复功能。需要特别指出的是,在利用人工湿地系统进行湖泊生态修复过程中,要在多方论证和生态风险调控的基础上进行,避免外源性物种入侵对湖泊生态系统的破坏。     

湿地生态单元定义及其在湿地恢复中的应用

生态单元的概念在生态系统的环境保护和生物保护中被广泛应用。通过阐述湿地生态单元的定义、内涵和外延,分析了湿地生态单元的特征,介绍了湿地生态系统的内部生态单元、湿地"外援"生态单元和人工重建湿地生态单元等在湿地恢复中的应用案例,并对湿地生态单元未来需要关注的研究方向进行了总结,以期为湿地保护与精细化管理提供理论基础和科学依据。     

人工红树林湿地系统净化污水研究进展

咸淡水交接处这种特殊的生境造就了红树植物“抗污”和“降污”的功能,但能否将自然红树林湿地作为污水处理场所目前仍有争议。按照构建的人工红树林湿地的类型,分为三大类：模拟潮汐湿地系统、人工红树林污水处理系统以及红树林种植-养殖生态耦合系统。第一类系统模拟了自然海滩上的潮涨潮落的情形,第二类系统与一般人工湿地相类似,而第三类系统是指在养殖塘种植红树植物以去除有机物和营养盐。不同的类型反映了该领域研究工作的不断深入,展现了红树林湿地净化污水从理论探索向实际应用不断靠近的过程。应用人工红树林湿地净化污水具有较大的可行性,前景可观。     

人工湿地研究进展及应用

基于生态学原理的人工湿地污水处理技术已成为人们竞相研究开发的热点。介绍了人工湿地的分类,论述了污染物包括有机物、氮磷污染物、重金属的去除机理的研究进展,分析了湿地植物种类与根系量对污染物去除效果的影响,讨论了湿地结构以及工艺设计的研究情况。最后以人工湿地处理生活用水和工业用水为例综述了人工湿地目前在国内应用的状况。通过以上分析评述发现,人工湿地运行费用低,操作简单,是一种具有前景的污水处理技术,但在污染物去除机理和实践应用方面还需做更深入的研究。     

吉林省典型湿地生态评价

湿地生态评价是湿地景观规划、管理和保护的基础,以湿地功能为基本线索,以植被为标志,建立湿地生态评价目标系统(包括湿地生态系统服务功能、湿地生态保护功能和湿地资源等3个综合指标,其中还包括15个生态评价因子).通过运用层次分析法(Analytic Hierarchy Process简称AHP)对生态评价因子的等级化处理,评价指标权重的确定,计算出各生态评价因子的综合评价指数(CEI).根据综合评价指数将吉林省典型湿地划分为3种不同湿地生态现状类型,即当CEI＞0.7时,表示湿地生态环境质量较好,依次是莫莫格湿地、长白山湿地、三湖湿地和向海湿地;当0.7＞CEI＞0.5时,表示湿地生态环境质量一般,依次是敬信湿地和查干湖湿地;当CEI＜0.5时,表示湿地生态环境质量较差,依次是大布苏湿地.在此基础上,提出区域湿地的有序开发与环境保护协调发展的基本思路.     

土地利用变化情景下浑河-太子河流域的非点源污染模拟

近年来非点源污染已经成为水污染的主要来源,对非点源污染发生机理和控制方法的研究有着重要的科学和现实意义.为了研究不同土地利用方式对非点源污染的影响,本文基于土地利用变化模型CLUE-S模拟了城市规划、历史趋势和生态保护3个预案下浑河-太子河流域土地利用未来变化.应用SWAT模型对非点源污染进行了模拟研究,并结合实测数据对模拟结果进行了评价.结合两个模型研究了3个土地利用预案下非点源污染对土地利用和景观格局变化的响应.结果表明: SWAT模型在浑河-太子河流域模拟精度较高,该模型在研究区具有适用性.城市规划和历史趋势预案下非点源污染负荷不断增加,城市规划方案下最高,生态保护预案下非点源污染负荷呈不断下降趋势.不同土地利用和景观格局对非点源污染有一定的影响,科学合理的生态建设能够有效减少非点源污染负荷.研究结果可以为流域的非点源污染研究提供案例,为非点源污染防治和最佳管理措施的制定提供科学依据,为相关政策制定提供参考.     

珠三角城市群生态空间分区方法与管控对策

生态空间管控是维护区域生态安全,解决区域生态供需矛盾的重要手段。生态空间分区一直是生态管控的热点问题,对促进城市群可持续发展具有重要意义。以珠三角城市群为例,基于政策目标、民众需求、专家知识等方面综合构建评价体系,开展了基于生态空间质量和生态系统健康评价的生态空间分区的探索研究。结果表明：珠三角城市群生态空间约占城市群面积的82.8%,生态空间质量好,但生态系统健康水平低。城市尺度肇庆市、深圳市生态空间质量较高,珠海市、中山市生态空间质量较低;惠州市、肇庆市生态系统健康水平较高,佛山市、中山市生态系统健康水平较低。综合生态空间质量和生态系统健康,区域尺度将城市群生态空间分为重点保护区、重点修复区、潜在修复区和生态保育区。重点保护区占生态空间总面积的10.1%,是区域生态源地,应实行最严格的环境保护制度,划定生态保护红线和自然保护地,加强生态建设和生物多样性保护,并加强生态连通性建设,提升区域整体生态系统服务;重点修复区占生态空间总面积的21.6%,以生态修复,实施生态治理工程,推进生态产业为主;潜在修复区占生态空间总面积的13.1%,以保护优先、自然恢复为主,对生态空间进行全面的养护,保护和提升品质,重点提升生态系统服务;生态保育区占生态空间总面积的55.2%,重点实施生态廊道建设,同时加强区域高标准农田建设,在保护生态空间的基础上合理开展生产建设活动。对生态空间分区管控的研究可方便决策者对生态修复空间和生态保护空间进行识别和分类管理,有效指导国土空间规划和区域生态环境管理体系的完善。     

湿地植物供碳功能与优化

尾水湿地氮的反硝化去除往往受限于碳缺乏。综述了湿地植物供碳促反硝化的主要途径与影响因素,构建了华东地区典型冷、暖季型湿地植物供碳的一般性季节动态模式,以期为发挥湿地植物稳定高效供碳功能、缓解尾水湿地碳缺乏问题提供解决思路。湿地植物的主要供碳途径包括根系分泌、地下有机质分解和地上有机质分解(淋溶)等,湿地植物的供碳动态是物种和环境因子综合影响的结果,存在极大的时空异质性。湿地植物具有很强的供碳促反硝化潜力,地上最大生物量为5 kg/m~2的芦苇全年脱氮潜力可高达0.57 kg N/m~2。在构建的湿地植物生物质积累量和供碳量的一般性模式中,冷、暖季型湿地植物无论是生物质积累量(总生物量)和还是供碳量(分解部分+根系分泌物)均存在显著的季节性差异,以及季节间的互补特征。因此,冷、暖季型湿地植物间进行合理的配置,是发挥湿地植物供碳功能且避免生物质分解引起二次污染的可行性措施。今后在湿地植物供碳定量化研究方法、多种供碳途径的定量化监测、供碳功能调控策略,以及稳定高效供碳促反硝化人工湿地构建等方向需做进一步研究。     

黄河三角洲芦苇湿地的恢复

近年来由于人类活动及自然灾害等多种因素的影响,黄河三角洲芦苇湿地生态系统的健康受到威胁,出现不同程度的退化。为进一步研究2002年开始实施的湿地恢复工程,选择未恢复区、恢复区比较其水、植被、土壤等生态特征,结合野外调查及实验分析数据,结果显示至2005年7月恢复区湿地水域面积比例增加,水质得到明显改善,植被群落呈正向演替,土壤达到中、轻度盐化土水平,水禽种类增加,生物多样性更加丰富。研究结果表明,以恢复湿地水文条件为核心措施的湿地恢复方案具有可行性。研究对于黄河三角洲其他类型湿地的恢复及改善其生态功能具有指导作用。     

珠江三角洲城市群生态安全保障技术研究

近年来,在工业化、城镇化迅速推进和人口急剧增长的同时,珠三角城市群正面临严重的现代城市生态问题。生态安全问题已成为珠三角地区率先全面建成小康社会的重大制约瓶颈,对该地区经济社会的可持续发展构成了严重的威胁。"珠江三角洲城市群生态安全保障技术"项目将围绕脆弱生态修复与保护这一科技需求,对珠三角城市群复合生态系统进行综合研究。项目将针对内部互动复杂、空间组织紧凑、经济关联密切的城市群复合生态系统,开展城市群生态基底核算与健康诊断、城市群代谢模拟与生态风险预测预警技术、城市群生态安全格局网络设计及生态安全保障技术、城市群生态景观重建与生态空间修复技术、濒海城市群受损生境修复与生态安全保障技术以及城市群生态安全调控技术集成及协同监管平台构建与示范等六方面的研究。项目将为珠三角城市群生态问题的识别、评估与调控提供有效的理论基础、方法体系及技术示范,由之将为保障该城市群的生态安全提供科学支持,并带来显著的社会、经济与生态效益。     

宁蒙引黄灌区农田排水沟渠水质特征

黄河上游农业面源污染正在变成影响黄河水质的主要污染源,威胁到下游黄河流域水资源的安全利用。通过对宁蒙引黄灌区排水沟渠土壤和水质的调查,发现宁蒙灌区排水的pH、TN、TDS和NO3--N分别受不同排水沟渠、排水沟渠级别及二者互作的影响。内蒙古九排干排水的TDS和NO3--N浓度受排水时间影响显著,TN、TP、NH4+-N和COD浓度主要受排水时间、沟道级别及二者互相的影响。宁蒙灌区沟底底泥中的全盐含量明显低于边坡,而TN和TC平均是边坡土壤的1.2倍。内蒙古河套灌区沟底底泥中TN、TP和TC的增加比例是宁夏灌区的1.6、3.8和6.3倍。内蒙古河套灌区农田排水水质明显差于同期(8月)的宁夏灵武灌区,其TDS、TN、TP、NH4+-N和COD浓度是宁夏灵武灌区的3.2、2.5、2.8、10.0和1.5倍。宁蒙引黄灌区农田排水污染以氮含量超标为主,尤其以农沟和干沟为主,而磷浓度较低,基本不造成污染。内蒙古引黄灌区各主要排水时期,以8月农沟排水中氮超标和干沟排水中氮和磷污染程度最高。     

珠江三角洲城市森林建设问题探讨

过去10年间珠三角地区城市森林建设成效显著,但仍存在着森林网络体系不健全、森林覆盖率低、“绿积量”低以及林种树种结构不合理等问题。从建设生态化城市和建立珠江三角洲城市林业生态圈的高度来确立珠江三角洲城市森林建设的发展思路,体现创新性变革,立足区域整体,构建全区域的城市森林网络系统进行了探讨。建议规划和构建连接区域内各主要城市的贯通性森林生态廊道,重视区域植被特点和发挥地带性建群树种的作用,引进水网化、林网化的核心理念,同时要重视城市建成区的森林生态建设与改造。     

基于投影寻踪的珠江三角洲景观生态安全评价

区域景观生态安全是生态安全的重要组成部分,对于国家安全和社会可持续发展具有重要影响。以1990年和2005年珠江三角洲Landsat5TM和Landsat7ETM+遥感数据为基本数据源,选取聚集度、景观破碎度、景观形状指数、Shannon多样性指数,并构建了景观脆弱度指数和景观安全邻接指数,对研究区景观空间格局变化进行对比分析。在此基础上,利用基于遗传算法的投影寻踪方法,计算景观生态安全指数,评价研究区的景观生态安全状况。结果表明:(1)从1990年到2005年,珠江三角洲9市的聚集度、破碎度、景观形状指数和Shannon多样性指数变化不大,而景观脆弱度和景观安全邻接指数变化显著,9市的景观脆弱度都呈现减少趋势,而9市景观安全邻接指数都呈增加趋势。(2)从1990年到2005年,珠海和惠州两市景观生态安全状况一直保持良好,而东莞和中山两市的景观生态安全值一直较低;除佛山和广州两市景观生态安全状况略有提高外,其它7市景观生态安全值都有一定程度的减小,其中以肇庆市降低最多。珠江三角洲地区经济高速发展,人为活动剧烈,利用投影寻踪方法构建景观生态安全指数,评价高强度发展区域的景观生态安全状况是有效、可行的。     

黄河三角洲湿地蒸散量与典型植被的生态需水量

蒸散量（ET）是黄河三角洲湿地水资源的主要消耗项,包括植被蒸腾、水面蒸发以及裸土蒸发等。植被生态需水是为了保证植被生态系统能够健康维持并确保其生态服务功能得到正常发挥而必须消耗的一部分水量。准确地估算湿地蒸散量、研究植被生态需水量对于保护湿地生态环境是十分必要的。应用MODIS的地表反射率、地表温度数据与常规气象数据以及土地利用/覆盖图,利用蒸散量的遥感估算模型SEBS模型估算了晴天条件下的黄河三角洲湿地日蒸散量,采用HANTS算法插补了非晴天条件下的日蒸散量,从而得到2001～2005年的该湿地年蒸散量的时间序列,并对蒸散量进行验证和分析。结合该地区典型植被生态需水量与植被蒸散耗水量,估算了2001～2005年的生态补水量。结果表明：与实测值相比,遥感估算月蒸散量的均方差RMSD为16.4mm,平均绝对百分比误差MAPD是11.9%,两者基本一致。黄河三角洲湿地的蒸散量在空间分布上以水体及周围地区、滨海滩涂、黄河故道以及黄河两岸沼泽湿地等的蒸散量较高,居民地蒸散量较低。蒸散量的年际变化不大,季节变化呈单峰型,以5、6、7月份蒸散量最大,月蒸散量在110～120mm之间。2001～2005年期间,每年至少有40%面积的芦苇沼泽和60%面积的芦苇草甸水分供应不足,植被的正常生长受到影响,尤其2002年较为严重,2004年以后情况有所改善。2002年芦苇的生态补水量最大,在9.9&#215;10^7～3.19&#215;108m^3之间,而2004年的生态补水量最小,在3.0&#215;10^7～2.39&#215;108m^3之间。     

珠三角河网裸藻的多样性特征

珠三角河网是珠江汇入南海的必经之地,2012年对该水域裸藻门及各属的多样性特征及影响因子进行系统阐析。调查期间共发现裸藻12属84种,其中裸藻属是最主要类群,其次为扁裸藻属和囊裸藻属。珠三角河网独特的地理位置和人类活动造成的水体富营养化是该水域裸藻物种多样性丰富的主要原因。季节特征显示,丰水期裸藻的种类丰富度和生物量均明显高于枯水期。除了洪水引发的裸藻物种的外源供给增大外,泄洪所带来的有机质的增加也是有利因素。此外,丰水期对应的高温也是有益条件。空间特征存在明显的季节差异,丰水期河网外侧站位的生物量和种类丰富度高于中部站位,主要原因是受径流影响较大;枯水季节除广州附近站位的值明显偏高外,其它站位间差异不大,营养盐的空间格局是主要决定因素。尽管裸藻主要依赖于沿江静水水体中的外源供给,分析表明,其在随水流下行的过程中存在增长过程。不同藻属相对组成的结果显示,扁裸藻属和囊裸藻属因属于生长缓慢的K-选择策略型,富集营养物质的能力不及裸藻属,仅在枯水期与裸藻属形成互补优势。裸藻门及主要属的生物量与种类丰富度呈线性正相关关系,偏重于多样性单峰模式的上升区。