在科技创新中腾飞——“桂林漓江的虾类资源调查”项目辅导过程

<正>项目简介美丽的漓江,是我们桂林的母亲河,它养育着几十万桂林人民,它让世界各地的游客流连忘返。漓江风景区是世界上规模最大、风景最美的岩溶山水游览区,千百年来它不知陶醉了多少文人墨客。漓江有哪些资源,这是我们桂林人必须要了解的,为此,我们对漓江的虾类资源进行了调查。项目进行了如下研究过程:到桂     

广西阳朔漓江河道及其沿岸水生植物群落与环境关系的观察

<正> 漓江两岸水秀山青,是我国著名的风景区,素有“桂林山水甲天下,阳朔山水甲桂林”之称。但是,现今,漓江已遭到严重污染!1979年2月人民日报发出了“救救桂林风景区”的强烈呼吁。笔者近年来多次到漓江,进行了调查访问和对比观察。所见所闻确实使人感到,当年青山翠峦倒映在澄澈碧水中的清秀景色,却为如今江面上浮着串串白色泡沫、江水混浊发黑的景象所代替。漓江鱼的产量至今仅为六十年代的10％,用于江上捕鱼的鸬鹚,或因中毒死亡或因慢性中毒不能繁育,而今很难见到了。就是过去为鱼、猪、牛提供大量饲料和为农田提供大量绿肥的江中水草也大大减少了。更为严重的是,污染已危及沿江两岸居民及牲畜的健康和生存。因此,治理漓江污染的事已迫在眉睫。     

漓江寻源

桂林山水甲天下,这句800多年前一位文坛老人的诗句,成为诸多咏唱桂林作品中的经典,在我们很小的时候就耳熟能详。上世纪60年代,一部电影《刘三姐》,更是把＂江似青罗带,山如碧玉簪＂诠释得淋漓尽致,让多少人对桂林心向往之!桂林,因漓江而秀甲天下,从古至今吸引了无数文人墨客和摄影爱好者。     

广西桂林漓江河岸带植被配置类型与退化机制研究

河岸带植被结构与组成等配置状况直接影响其稳定河岸、净化水质、生物多样性、生物栖息地以及旅游景观等重要功能。查明漓江河岸带主要植被配置类型及其各自退化表现、原因与恢复途径, 是开展河岸带退化植被恢复的基础与前提。该研究通过野外实地调查与测量, 对漓江桂林-阳朔河段 51 个河岸带断面的地形、土壤、植被等进行了系统调查, 分析了河岸带植被退化的主要表现、主导干扰因素, 并通过流域与河岸带尺度综合的角度 , 提出了漓江河岸带植被恢复的思路。从岸坡地形与植被组合出发, 按照自然、近自然、人工等干扰程度 , 广西漓江河岸带可划分为江心洲宽滩地疏林灌草自然型、丘陵陡坡林灌草自然型、平原农田缓坡灌草近自然型、平原滩地林草近自然型、聚落阶地疏灌林草人工-自然混合型、城镇岸坡林草人工型等 6 种典型植被配置模式。漓江河岸带植被退化主要表现为多样性差、景观破碎、生态功能弱 , 而城镇、交通、旅游等不合理开发建设是主导性的干扰因素。从生态稳定和景观美观的角度 , 提出了漓江河岸带植被恢复与优化的思路, 以期为广西漓江河岸带生态修复提供科学依据。     

桂林甑皮岩洞穴遗址

广西桂林,山水秀丽,风景如画。城西艺术之宫——芦笛岩,东郊大自然的明珠——七星岩,和桂林至阳朔令人心醉的漓江风光,引发了多少中外旅游者的勃勃游兴啊!近几年,在桂林南郊发掘了一处保存相当完整的原始社会的洞穴遗址——甑皮岩洞穴遗址,又为名甲天下的桂林山水增添了色彩。桂林南郊是一片峰林平原,距市中心9公里的桂阳公路附近,有一发育于上泥盆统融县组纯灰岩的独山。甑皮岩洞穴遗址,就在独山西南麓。洞口距地面相对高程约3     

关于桂林风景区风景资源的保护和建设问题

<正> “桂林山水甲天下,阳朔山水甲桂林,阳朔胜景在兴坪”。桂林风景区的山水旖旎风光,一地胜过一地,确实名传不诬,身历其境者无不微颔赞叹,流连不已。但是,目前正式开放的只是桂林市区附近和沿漓江两岸直到阳朔少数区域;其实,桂林风景区的风景资源非常丰富,还有许多佳胜的地方亟待开辟为游览区域,一逞丰姿倩影。本文的目的就专门讨论这个问题,提出一些意见,供有关方面参考。     

挑战喀斯特石山生存极限的白头叶猴

说起喀斯特石山,人们的脑海里很快会联想到美丽的桂林山水。的确,桂林山水就是喀斯特石山美的代表,几个典型的景点全面地展示了喀斯特石山环境的特点,比如坐落于广西师范大学校园的独秀峰、位于漓江江畔的象鼻山,又如漓江岸边挺立的巨幅画面,悬崖峭壁上隐隐约约显现出骏马的身姿,引来了无数观光客竞猜骏马的数量。人们充分和尽情地享受喀斯特石山的险峻美和艺术想像美,但就在另一片喀斯特石山,一种灵长类动物——白头叶猴却正为这样险峻的生存环境苦苦奋斗。     

护林比补水更重要

漓江源于＂华南第一峰＂——猫儿山,向南流经桂林、阳朔等县市,到平乐与恭城河汇合后称桂江,继续南流在梧州与西江汇合。直到上世纪50年代,漓江的水量一直较为充足,四季均可通航。漓江上游有猫儿山、青狮潭、海洋山三大水源林区,有甘棠江、灵渠等20多条支流为其提供水源。而每条支流又有许多小＂细流＂,这些小＂细流＂均有各自的水源林。正是漓江源头众多的水源林区和水源林,漓江才丰满富有。     

毛竹林 生态平衡的矛盾

猫儿山水源涵养林保护站的建站目的就是保护漓江的水。漓江水有两个特点:长流、清澈。后者保护区无法顾及,但对于前者却可以发挥主导作用,努力保证漓江水能够长年累月的奔流下去。但是,近几十年来,漓江源的水却越来越少。据资料记载,上百年前,猫儿山水源充足,溪流随处可见。     

基于地表水与地下水分割校正的漓江流域水供给服务时空格局研究

喀斯特区域水循环过程与其他地区存在显著区别,其水供给服务也具有独特的空间分布特征。然而,目前针对喀斯特地区产水量的时空变化研究较少考虑喀斯特生态系统的特殊性,导致产水量的空间模拟结果存在一定偏差。根据喀斯特地貌形态和地下水补径排泄特征提出了一种产水量分割方法,并基于水量平衡原理建立了地表水与地下水分割校正概念模型。选取喀斯特山区典型区域漓江流域为研究区,通过上述方法校正了InVEST模型产水量模拟结果,从栅格、地貌分区和子流域3个尺度分析了漓江流域2000—2020年产水量校正前与校正后时空分布格局。研究结果表明：(1)漓江流域2000—2020年InVEST模型产水量呈现先减后增再减的趋势,水供给服务空间分布格局为北高南低。产水深度在岩溶区和非岩溶区几乎没有差异,但在岩溶区内部差异明显：裸露型岩溶区产水深度高于覆盖型和埋藏型,峰林平原产水深度高于峰丛洼地。子流域分区平均产水深度排序为漓江上游区>漓江中游区>恭城河区>荔浦河区>漓江下游区。(2)利用地表与地下水分割校正后,水供给服务空间分布格局为四周高于中部,西北部高于东南部。非岩溶区产水深度明显高于岩溶区,埋...     

泾河流域上游土石山区和黄土区森林覆盖率变化的水文影响模拟

泾河流域上游是黄土高原的重要水源地和退耕还林工程区,在较大空间尺度上定量评价区内森林覆盖增加的水文影响对科学指导林业生态环境建设、保障区域水安全和可持续发展均有重要意义。为了在尽量排除地形、土壤、气候等作用的基础上定量评价森林的影响,将泾河上游划分为土石山区和黄土区,分别制定了多种森林恢复情景,利用分布式流域生态水文模型(SWIM)模拟评价了森林覆盖率及其空间分布变化对流域年蒸散量、年产流量、年地下水补给量、年土壤深层渗漏量及日径流洪峰的影响。土石山区模拟结果表明,增加森林覆盖将增加流域蒸散和减少流域产流,如现有森林覆盖(占全流域面积比例为13.8%)情景与现有森林变为草地(占全流域面积比例为0)情景相比时,流域年蒸散量从445.4 mm变为427.7 mm(减少了17.4 mm和4%);年产流量从42.4 mm变为53.5 mm(增加了11.1 mm和26.3%),年地下水补给量从61.6 mm变为76.9 mm(增加了15.3 mm和24.8%),年深层渗漏量从72.9 mm变为88.3 mm(增加了17.7 mm和24.3%);平均森林覆盖率每增加10%,导致流域年蒸散量增加12.8 mm,年产流量减少8.0 mm,年地下水补给量减少11.1 mm。在比较干旱和土层深厚的黄土区,增加森林覆盖将同样增大流域蒸散和减少流域产流,但变化幅度明显小于降水相对丰富和土层浅薄的土石山区,平均森林面积增加10%导致流域年蒸散量增加9.0 mm,年产流量减少4.5 mm,年地下水补给量减少8.8 mm;此外,在较缓坡面造林的水文影响大于较陡坡面造林。从森林水文影响的年内变化来看时,森林覆盖率升高的水文影响在土石山区和黄土区也有差别,如土石山区5—7月份的蒸散显著增加,5—10月份的深层渗漏均有减少;而黄土区是蒸散量在5—10月均有增加,深层渗漏在7—10月份显著减少。另外,土石山区森林覆盖率增加对日径流峰值的影响不显著,而黄土区则能明显削弱,这可能主要是因土石山区的高石砾含量土壤的渗透性能明显高于黄土区的黄土,而黄土区的森林能够明显改善土壤入渗性能和减少地面径流形成。     

东江湖流域水供给服务时空格局分析

与水相关的生态系统服务是生态学研究的热点问题。水供给服务对区域水循环和水量平衡具有至关重要的作用。东江湖流域是国家重点流域和水资源生态补偿试点,水供给服务是该流域生态系统服务保护的重中之重。基于In VEST模型,从流域、子流域两个尺度分析1995—2010年东江湖流域的水供给服务时空格局,并比较了不同土地覆被类型的水供给服务能力。结果表明:(1)1995—2010年,东江湖流域水供给量整体呈现先增加后减少的趋势,年均水供给量在1100—1600 mm之间,2000年的平均水供给量最多。(2)各年水供给量的空间分布格局相似,由湖区向四周递增。(3)平均水供给量较高的土地覆被类型为城镇建设用地、典型草地、灌丛、灌丛草地,在1600 mm左右。平均水供给量较低的土地覆被类型为河湖滩地、内陆水体、水田,在800 mm以下。(4)各个子流域平均水供给量大致在750—1700 mm之间。东北部子流域为水供给服务的高值地区。从水量平衡的角度而言,降水和实际蒸散发是决定生态系统水供给量的两个关键环节。东江湖流域水供给量的时空格局差异是气候和土地覆被共同作用的结果。研究能够为东江湖流域的水资源管理提供科学的参考依据,对东江湖流域生态系统服务功能的提升、生态环境质量的改善、社会经济的可持续发展具有重要的现实意义。     

基于InVEST模型的黄河流域产水量时空变化及其对降水和土地利用变化的响应

黄河流域是重要的水源涵养和生态屏障区,研究其水源供给服务对实现黄河流域高质量发展和生态环境保护具有重要意义。本研究基于InVEST模型和情景分析法,以土地利用覆被、气象及土壤等数据作为输入,分析了1995—2015年黄河流域产水量的时空格局以及降水变化和土地利用变化对流域产水量的影响,并探讨产水量对二者的响应。结果表明:1995—2015年,黄河流域产水深度增加,增量为24.34 mm,产水高值区集中在西部和西南部,低值区集中在西北区域,产水深度空间格局特征变化不明显;黄河流域三级流域中,龙羊峡以上流域产水量最高,约117 亿m³·a^-1,是黄河流域主要产水区,兰州至河口流域产水量最低,约0.44 亿m³·a^-1;整个流域中永久冰川及雪地的平均产水深度最大,草地是全流域产水总量的主要贡献地类,提供了总产水量的62.6%;降水对产水量的影响比较显著,土地利用/覆被变化对产水量的影响较小。     

无定河流域不同地貌区径流变化归因分析

分析了无定河流域干流与其支流(黄土丘陵区的大理河和风沙区的海流兔河)的年径流变化(1960—2012)及其成因,并预测了其径流的变化趋势。结果表明:无定河及其不同地貌区支流海流兔河和大理河流域1960—2012年径流量均显著下降,但年降水量未发生显著变化;无定河和海流兔河流域年蒸散量未发生显著变化,仅大理河流域年蒸散量在1990s年代后期显著增加。无定河流域径流变化突变点发生在1979年和1996年,海流兔河流域径流变化突变点在1971年和1990年,而大理河流域径流突变点发生在1971年。人类活动对大理河流域1972—2012年径流减少的贡献大约占50%,对海流兔河流域1972—1990年和1991—2012年两个时期径流减少的贡献率分别为44.4%和82.4%。未来,无定河及其支流年径流量均呈持续下降趋势。归因分析表明大规模的水土保持治理措施减少了大理河流域侵蚀产沙量的同时,也在一定程度上减少了大理河流域的径流量,而过度的农田灌溉引水是海流兔河径流量下降的主要原因。因此,未来在大理河流域要优化现有植被建设布局,减少流域蒸散发,减缓径流下降;在海流兔河流域要进一步退耕还林(草),适当控制农田灌溉面积,提高灌溉用水效率,在减少灌溉用水的同时提高流域水源涵养能力。     

基于CLUE-S和InVEST模型的南四湖流域生态系统产水功能对土地利用变化的响应

土地利用/覆被变化对水文过程与水资源利用具有重要影响,是流域生态系统产水功能的驱动力之一.以山东省南四湖流域为研究对象,分析1990—2013年土地利用变化,运用CLUE-S模型预测未来土地利用变化趋势,并基于土地利用变化格局,采用InVEST模型的产水模块和空间制图探讨了近25年、未来城市化增长情景以及流域生态保护管理情景下土地利用变化对产水功能的影响.结果表明: 近25年来,随着南四湖流域城市化进程的加快,城市建设用地增加3.5%,耕地面积减少2.4%,城市用地的增加主要来源于耕地转换;InVEST模型模拟显示,城市建设用地的增加会促进产水,由此引起产水功能在过去25年中先降低后升高,2013年最高达到232.1 mm;CLUE-S模型模拟预测现状增长情景下土地利用变化,按照城市化快速发展的速度,城市建设用地将增加6.7%,由此导致2030年产水量显著增长,流域洪水风险亦会相应升高;湖区周围300 m缓冲区实施退耕还林情景模拟表明,这一生态措施会明显降低流域产水量,较2013年减少1.2%.     

Spatial interactions among ecosystem services and the identification of win-win areas at the regional scale

Although the quantification and evaluation of ecosystem services has been discussed on the Loess Plateau of China, few studies have specifically focused on quantifying the ecosystem services of trade-off and finding win-win areas. Based on previous studies about the evaluation of ecosystem services, we proposed a comprehensive spatial analysis method based on the InVEST and CASA models to analyse the spatial interaction between the four ecosystem services of water yield, sediment retention, NPP and habitat quality in the study area. The results showed that soil retention, NPP, and habitat quality gradually increased from 2000 to 2010 as water yield increased. Relationships among sediment retention, NPP and habitat quality were synergistic, but trade-off occurred between those three ecosystem services and water yield. Hotspots accounted for 3.27% of the basin, and these areas were mainly located in the downstream area of the basin and coincided with the forest and grassland areas. Coldspots accounted for 3.64% of the basin and were mainly in line with the upstream area and the urban road area in the basin. Win-win areas only accounted for 1.6% of the basin. The existence of win-win zones was positively correlated with soil silt content and was negatively correlated with distance to grassland, distance to forest, soil erodibility and slope. This research may be helpful for managing water resources and the sustainable development of the basin on the Loess Plateau of China.     

滦河流域景观格局变化对水沙过程的影响

以滦河流域为研究区域,基于SWAT模型模拟1976—2012年滦河流域的水沙过程,分析2000年京津风沙源治理项目实施前后流域产水产沙时空格局变化;研究1980—2010年流域景观格局变化特征,揭示景观格局变化的水沙响应;应用Spearman相关分析法分析流域景观格局变化对水沙过程的影响。结果表明:与20世纪80年代相比,2010年流域林地和建设用地增加,其他用地类型减小;流域景观集中程度提高、连通性变优、优势斑块显著、形状趋于规则、多样性减少、破碎化程度降低、景观类型向非均衡方向发展;流域年均地表径流减少9mm,产水量增加5.44mm,产沙减小1.59t/hm~2;地表径流减少区域占全流域89.32%,产水量增加区域占76.71%,产沙量减少区域占93.89%;地表径流、产水、产沙与林地面积呈负相关,产水与草地面积呈正相关,地表径流、产沙与农业用地面积呈正相关;地表径流、产水、产沙与景观形状、Shannon′s均匀度、景观分离度呈正相关,与蔓延度、最大斑块指数呈负相关;产水、产沙与斑块密度和Shannon′s多样性指数呈正相关;工程治理后,流域年均径流量与产沙量显著下降,产水产沙高值区显著缩小,产沙关键区域仍需治理。     

基于生态系统敏感性与生态功能重要性的高原湖泊分区保护研究——以达里湖流域为例

内蒙古高原湖泊流域是我国北方地区重要的涵养水源区域,发挥着防汛抗旱、气候调节、生物多样性维持等多种生态系统功能。近几十年来,全球气候变化加之人类活动加剧,导致内蒙古高原湖泊的数量和面积大幅减少,流域生态系统的损害日益明显,严重威胁到了周边地区的生态安全,保护与治理内蒙古高原湖泊流域已逐渐成为社会各界关注及迫切需要解决的问题。面向内蒙古高原湖泊流域保护和管理需求,以改善和提升流域生态环境质量和生态系统功能为目的,以内蒙古高原湖泊达里湖流域为研究对象,基于流域生态特性和主要生态环境问题,选取水土流失、土壤侵蚀及土地沙化敏感性3个指标评价了流域生态系统敏感性,从水源涵养、土壤保持和生境质量重要性3个方面评价了流域生态系统功能重要性,并在此基础上,通过GIS空间分析技术将流域分为极重要敏感区,一般重要敏感区和低重要敏感区。结合流域内达里诺尔国家级自然保护区的生态重要性与3个区域评价结果,从生态保护角度将流域分为禁止开发区、重点保护区、质量提升区与潜在威胁区4个区域,同时提出针对每个区域特点的保护与管理对策。研究结果对提高高原地区湖泊流域生态环境质量以及对流域实施科学有效的管理提供了科学依据,同时在促进区域乃至全球生态建设和可持续发展方面具有重要的理论与现实意义。     

Freshwater use analysis of cassava for food feed fuel in the Mun River basin,Thailand

Purpose

This research aims to assess the current freshwater use in the cassava supply chain for food, feed fuel in the Mun basin, and the water scarcity impact and possible options to increase cassava production to meet the future demand following the Renewable and Alternative Energy Development Plan (AEDP) target.

Methods

This research analyzes freshwater use based on ISO 14046 water footprint assessment. The analysis was implemented based on a life cycle perspective that determines the impact on freshwater use from cassava products along their supply chain. Both direct water use and indirect water use that associated are analyzed. Midpoint impact of water use was assessed using water stress index (WSI) to calculate water scarcity footprint.

Results and discussion

The results show that in the current situation, total freshwater use of all cassava-related product in Mun basin in the base case is 1140 million m³/year. When WSI was applied, water scarcity footprint of all cassava-related products in the Mun basin in the base case was only 147 million m³/year. In the scenario 1, increasing irrigation to increase yield in the existing cassava cultivation area in the Mun basin has the largest water use compare to other scenarios. Scenarios 2 and 3, expanding cassava cultivation area in Mun basin and in other regions, have lower water and water scarcity impact than scenario 1. The benefit from transforming paddy rice (in unsuitable areas) to cassava cultivation was also good. However, more resources are required including land, energy, or fertilizer, and other environmental impacts such as greenhouse gas emission or eutrophication could be increased from the increasing resource use. Therefore, the decision-making process needs to consider the trade-off between those factors, and a more complete life cycle assessment (LCA) on the envisioned alternatives should be applied for further analysis.

Conclusions

The increasing demand of biofuels derived from cassava can increase stress on water in the Mun River basin. Increasing irrigation water use in the area as per requirement could possibly increase yield to meet the future feedstock demand but has large water scarcity impact. However, this could be alleviated by using groundwater from additional wells in the farm. Expanding cassava cultivation area could be another option having low water scarcity impact, but it requires more resources and could increase other environmental impacts that need to be further analyzed by a complete LCA.

     

Preliminary analysis to estimate the spatial distribution of benefits of P load reduction: Identifying the spatial influence of phosphorus loading from the Maumee River (USA) in western Lake Erie

Since the early 2000s, Lake Erie has been experiencing annual cyanobacterial blooms that often cover large portions of the western basin and even reach into the central basin. These blooms have affected several ecosystem services provided by Lake Erie to surrounding communities (notably drinking water quality). Several modeling efforts have identified the springtime total bioavailable phosphorus (TBP) load as a major driver of maximum cyanobacterial biomass in western Lake Erie, and on this basis, international water management bodies have set a phosphorus (P) reduction goal. This P reduction goal is intended to reduce maximum cyanobacterial biomass, but there has been very limited effort to identify the specific locations within the western basin of Lake Erie that will likely experience the most benefits. Here, we used pixel‐specific linear regression to identify where annual variation in spring TBP loads is most strongly associated with cyanobacterial abundance, as inferred from satellite imagery. Using this approach, we find that annual TBP loads are most strongly associated with cyanobacterial abundance in the central and southern areas of the western basin. At the location of the Toledo water intake, the association between TBP load and cyanobacterial abundance is moderate, and in Maumee Bay (near Toledo, Ohio), the association between TBP and cyanobacterial abundance is no better than a null model. Both of these locations are important for the delivery of specific ecosystem services, but this analysis indicates that P load reductions would not be expected to substantially improve maximum annual cyanobacterial abundance in these locations. These results are preliminary in the sense that only a limited set of models were tested in this analysis, but these results illustrate the importance of identifying whether the spatial distribution of management benefits (in this case P load reduction) matches the spatial distribution of management goals (reducing the effects of cyanobacteria on important ecosystem services).