基于陆地-水生态系统耦合的海河流域水生态功能分区

水生态功能分区是针对水生态系统特征的陆地生态系统划分,是为流域水生态管理提供生态背景和基本单元。陆地-水生态系统的耦合是水生态功能分区的核心,但多停留在个别小流域进行理论探讨,大型流域的实际案例较少。针对海河流域独特的气候、地貌、水文和人类活动特征,提出了水生态功能分区的三级指标体系。一级二级区针对气候、地貌、水文背景进行"自上而下"的分区,三级区针对人类活动对水资源、水环境、生境影响,采用"自下而上"的分区方法。最终,海河流域划分了6个一级区、16个二级区和73个三级区。研究充分体现了"以水定陆、以陆控水"的基本原则,以及"自下而上"和"自上而下"分区方法的优点,结果可为海河流域水生态管理提供科学依据,为水资源空间调配与合理利用、产业结构布局与区域协调等服务。     

基于周丛藻类的雅鲁藏布江流域水生态系统健康评价

为评估雅鲁藏布江流域水生态系统的健康状态, 研究于2013年10月、2014年4月和2014年7月, 在雅鲁藏布江流域干流及其4大支流上设置了26个采样点, 先对河流每个点位的海拔、坐标、河道底质类型及构成比例、河岸植被类型、水电工程等环境数据进行收集, 随后采集周丛藻类群落数据, 并在此基础上构建了周丛藻类生物完整性指数(P-IBI)评价指标体系, 结果显示: 调查期间, 雅鲁藏布江流域干支流共观察到周丛藻类7门10纲23目34科70属(种), 硅藻门(35.71%)、绿藻门(32.86%)和蓝藻门(20.00%)为前3个优势门类, 周丛藻类的优势种均属于硅藻门, 该水域属硅藻-绿藻-蓝藻型水体。周丛藻类Shannon-Wiener多样性指数的变幅为4.84—9.41, Pielou均匀度指数的变幅为2.41—4.80, 则表明雅鲁藏布江流域整体为轻污型-清洁型水体。周丛藻类的Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度指数与P-IBI评价指标体系共同说明: 雅鲁藏布江流域干流上下游及其4大支流水生态系统的健康状态优于雅鲁藏布江流域干流中游的健康状态。研究雅鲁藏布江流域水生态系统周丛藻类的群落特征和水环境的健康状态, 一方面能为西藏土著鱼类食性、摄食机制等的研究提供饵料数据基础, 另一方面能对河流水生态系统的健康状况进行科学评价, 从而保障西藏水生态安全。     

基于文献计量的绿色基础设施水生态系统服务供需评价研究进展

作为国家的自然生命支持系统,区域、城市和社区尺度的绿色基础设施可提供多种水生态系统服务。然而,服务在传递过程中存在空间错位与时间滞后效应。绿色基础设施水生态系统服务供需评价能够识别供需时空异质特征,促进服务供给与需求的均衡。研究利用Citespace对国内外相关研究展开分析,阐明了绿色基础设施水生态系统服务的供需内涵,对供需评价内容、评价方法与均衡分析方法进行了综述。研究发现：(1)融合生态系统服务供需评价与绿色基础设施规划设计的研究有了初步进展,但针对绿色基础设施水生态系统服务的系统性研究并不多见。(2)供给评价研究丰富,测度指标多依赖客观的生物物理数据;需求评价热度上升,测度指标多基于消费、偏好、感知和社会经济价值;测度单元有行政单元、流域/生境等环境单元与土地利用单元等。(3)评价方法有生态模型法、公众参与法、价值评价法与经验统计模型法,生态模型法逐渐普及,提出了评价方法的选用与关键参数确定的原则。(4)供需均衡研究多聚焦数量、空间的静态均衡研究,动态均衡研究有待进一步探索。基于当前研究动态,未来应重点关注多尺度下供需评价指标体系构建,探索供需评价的集成方法,提高供需评价精度,加...     

基于着生藻类的太子河流域水生态系统健康评价

本研究以辽宁省太子河流域为研究范例,调查了全流域范围内69个样点的着生藻类群落和水环境理化特征,并在此基础上应用硅藻生物评价指数(DBI)和生物完整性评价指数(P-IBI),同时结合栖息地环境质量评价指数(QHEI),对太子河流域水生态系统进行健康评价。结果表明,太子河流域着生藻类群落结构具有明显的空间异质性,CCA结果显示驱动着生藻类群落结构形成的水环境因子为电导率、总溶解固体和总氮。虽然DBI、P-IBI和QHEI在太子河流域某些河段上的评价结果有较大出入,但从全流域尺度上看,DBI、P-IBI和QHEI的评价结果基本一致,表现为太子河上游健康状况较好,中游健康状况一般,而下游健康状况较差。文中讨论了水环境理化因子与着生藻类群落结构的相互关系,并对比分析了DBI、P-IBI和QHEI这三种河流健康评价方法。     

湟水流域生态系统服务供需匹配关系

生态系统服务供需可以反映出区域生态经济发展协调水平,在空间上量化生态系统服务的供给和需求,识别生态系统服务的供需匹配关系,对区域生态系统可持续管理具有重要意义。湟水流域是西北生态屏障建设的重要组成部分,其生态系统服务供需平衡直接关系到青海东部地区的生态安全,为了识别流域生态系统服务供需匹配状况,综合集成多源数据,运用多种生物物理模型定量评估湟水流域食物生产、产水、土壤保持和碳固定服务,刻画流域内生态系统服务供需格局的空间特征,揭示各项生态系统服务供需的空间聚集模式,生成具有高度连通性的区域,为生态优先保护区划分提供参考。研究表明：（1）湟水流域生态系统服务供给和需求在空间分布上具有高度异质性,除去产水服务,其他三项生态系统服务整体上能够满足流域内部需求,但局部区域仍然呈现明显的赤字特征;（2）不同生态系统服务的供需比差异明显,由高到低依次为是碳固存（0.188）、食物生产（0.114）、土壤保持（0.026）和产水服务（-0.021）,各项服务的供需比都具有显著的空间差异;（3）流域内生态系统服务供需的空间错配现象突出,除产水服务外,各项生态系统服务都有"高供给低需求"地区和"低供给高需求"地区,"高供给低需求"区主要分布在流域上游生态基底条件好的区域,"低供给高需求"区集中在流域中下游的河湟谷地;（4）土地利用类型影响生态系统服务供需平衡,流域实现供需平衡需要适度增加林草地比例,控制耕地和城市用地的扩张。研究系统分析了湟水流域生态系统服务供需盈亏状况,可为流域生态系统可持续管理与土地资源配置决策提供科学支撑。     

基于土地利用/覆被变化的伊河流域生态系统服务供需风险时空演变

生态系统服务的供需矛盾造成土地利用方式不合理,引发各种生态环境问题,制约和影响流域可持续发展和居民福祉提升,加强生态系统服务供需关系的研究具有重大意义。以具有“山地—丘陵—平原”景观的河南省伊河流域为研究区,首先利用基于土地利用的生态系统服务矩阵对生态系统服务的供给与需求进行制图,分析生态系统服务供需的时空变化;其次,结合供给动态趋势、需求动态趋势、供需比及供需比趋势比4个指标对伊河流域生态系统服务供需风险时空演变特征分析。结果表明：(1)1980—2018年伊河流域生态系统服务需求水平持续增加,供给水平持续降低,上游调节服务供给水平较强,中下游的供给服务提供水平较高,下游生态系统服务需求远大于上游。(2)栅格尺度下,1980—2018年流域生态系统服务供需高、低风险区占比分别为3.57%、96.43%,2000—2018年高风险等级面积较1980—2000年有所增加。(3)1980—2018年伊河流域7.69%的子流域高风险等级面积大于10%,7号和26号子流域风险等级相对本流域而言处于较高风险程度,2000—2018年的子流域这一比例达15.38%,且都分布于下游,整体上看,近20...     

基于基尼系数的中国水生态分区研究

提出了反映水生态系统空间分布规律和特征差异的水生态分区方案,并与国家现有的水资源分区、生态功能区划、水功能区划等相关区划成果相互衔接,为水资源综合利用、流域生态保护和经济社会发展规划提供实用的自然基础。以我国自然地理特征的空间变异与地域关联为依据,以流域为基本单元,进行水生态区划的初步研究,提出了分区的指标体系、步骤和区划方法,形成了两级的全国水生态分区体系。首先,划分为东部区、中部区、西北区和西南区4个水生态一级区;进行水生态二级区划时选取水资源量、降雨量、人口密度、NDVI作为分区的评价因子,根据洛伦茨曲线和基尼系数对分区合理性进行了检验。验证结果表明,各个水生态二级区的水资源量与降雨量、人口密度和NDVI值之间的基尼系数均不超过0.4,分区方案比较合理,从而形成34个水生态二级区,分布在东部13个,中部10个,西北6个,西南5个。     

西庄河山地流域水资源供需动态初步研究

水资源的合理有效利用是我国西部生态环境建设中的关键问题。位于怒江流域的西庄河是典型山地小流域 ,山地流域内常常是潜在的水资源十分丰富 ,但现实的水资源却严重缺乏 ,流域内许多村社都面临农业灌溉用水和人畜饮水紧缺的问题。以西庄河流域为例 ,通过定量监测研究山地流域水资源的时空变化规律 ,并通过供需现状参与式评估探讨山地流域的水资源的可持续利用和保护。     

基于生态系统服务的广西水生态足迹分析

针对传统生态足迹对于水域仅考虑渔业生产功能的缺陷,研究者提出了水生态足迹.但当前水生态足迹基础理论与模型均存在较大不足.为此,提出了基于生态系统服务的水生态足迹概念和模型,并以2003-2010年的广西为例进行了计算与分析.结果表明:(1)水域-渔业账户中,淡水渔业生态足迹呈上升趋势,淡水渔业生物承载力较高且比较稳定,淡水渔业生态盈余较多同时淡水渔业生态压力较小;(2)水资源账户中,淡水生态足迹先较快上升随后缓慢下降,水资源承载力较高但2007-2010年波动幅度较大,水资源生态盈余较多同时水资源生态压力较小;(3)水环境账户中,水污染生态足迹先缓慢上升随后大幅下跌之后逐渐回升,水环境承载力变化趋势与水资源承载力相同,绝大多数年份表现为水环境生态赤字和水环境生态不安全;(4)淡水渔业生态压力＜水资源生态压力＜水环境生态压力,淡水生态系统基本已处于生态不安全状态.模型克服了传统模型的诸多缺陷与不足,是对广西近年来淡水生态系统服务供需及水生态安全状况的较客观全面的反映.     

基于供需平衡的北京地区水生态服务功能评价

水生态系统的服务功能受到人类活动的严重胁迫和剧烈影响,对水生态服务功能的人类占用和胁迫效应进行研究具有重要意义.本文采用水当量方法,计算了1998-2007年北京地区人类活动对水生态服务功能的占用当量,并结合水资源供给量评价了人类活动对水生态系统的胁迫效应.结果表明：1）北京地区近10年人类活动的水当量超过其供给量的5～17倍;2）不同生态服务功能类型的水当量排序为：水环境净化>水资源供应>水生境维持>水安全调蓄;3）在时间序列上,水当量超过供给量的倍数呈先升后降的趋势,1999年的占用量超过其供给量的倍数最大.该研究揭示了北京地区人类活动对水生态系统服务的占用量远超过其可供给量,造成该地区水资源的过度占用,进而占用和影响其他地区的水生态服务功能.     

甘肃白龙江流域土壤保持服务供需风险时空变化

目前,生态系统服务评估研究多集中于对服务供给的量化和供给能力的退化风险评估,针对生态系统服务供需平衡及供需风险的研究仍较薄弱.厘清生态系统服务的供需数量关系、空间匹配特征与供需风险时空演变,对流域生态系统的管理和资源的有效配置具有重要意义.本文以甘肃白龙江流域为例,基于InVEST模型、ArcGIS和GeoDa等软件,...     

流域生态系统补偿机制研究进展

生态补偿是近年来生态环境管理领域的一个新发展起来的方向和热点,尤其在我国,生态补偿受到学者和政府部门的高度关注,其研究和实践进展迅速。流域是完整的地理与生态系统区域,是实施生态保护和生态补偿的典型单元。从流域角度研究和实施生态系统保护,可以最好体现生态系统的完整性和生态要素的综合性。流域生态补偿机制研究是当前生态经济研究的前沿命题。系统梳理和全面总结了流域生态补偿研究的国内外进展与应用案例,总结了当前流域生态补偿研究存在的主客体界定、补偿原则、措施短效性等方面存在的主要问题,提炼概述了流域生态补偿研究的理论分析框架,并就流域生态补偿确定方法、补偿途径等关键问题进行了探讨。结合水权交易与水市场、流域社会化管理等问题,对流域生态补偿的未来研究趋势进行了展望。     

湖泊的水生态模型

由于城市化进程的不断加快,大量的污染物排放到湖泊中,打破了湖泊的生态平衡.湖泊的水生态模型不仅能够研究湖泊的富营养化现象,而且还可以模拟工业毒物等污染物对湖泊生态系统的影响,是湖泊管理的有力工具.本文从分析湖泊的污染现状以及污染趋势出发,介绍了湖泊水生态模型的研究现状,并根据模型的模拟对象和空间模拟能力对湖泊水生态模型进行了分类.在此基础上介绍了AQUATOX、PAMOLARE、CAEDYM、WASP、OOMAS等比较成熟的模拟湖泊生态系统的模型软件,阐述了它们的产生、发展、主要特点以及应用,总结了当今湖泊水生态模型在模拟过程中遇到的问题,并对水生态模型的发展趋势进行了展望.本文为湖泊水生态模型的选择提供了建议.     

多模型耦合的流域水土流失监测方法研究

濑溪河流域存在严重的水力侵蚀,同时伴随着水土流失分布点多线长面广的特点。而现有模型几乎只考虑了流域尺度上的坡面和河流侵蚀过程,或者是坡面和流域尺度的基本结合,导致对土壤侵蚀全过程的物理模拟产生高度不确定。为此提出不同尺度模型相互耦合的水土流失监测体系,从三级顺序"坡-沟-河"结构,全面反演流域水沙的时空动态迁移过程。基于多模型耦合体系的流域应用表明:①单一模型在濑溪河流域都表现出良好的适用性和准确性。RUSLE模型预测结果与实际侵蚀规律高度吻合,SWAT模型参数率定的纳什效率系数(NSE)和决定性系数(R²)均达到0.6以上,模拟预测结果鲁棒性较好。②不同侵蚀模型的特征反演相互关联程度都达到极显著相关水平。WEPP和SWAT模型间R²为0.96,RUSLE和WEPP模型间R²为0.77,RUSLE和SWAT模型间R²为0.58,分析表明坡面、细沟和河道尺度下的侵蚀物理过程是紧密耦合的。③多模型耦合的水土流失全过程风险评价较单一模型更为全面。通过对土壤侵蚀物理过程的空间耦合,实现流域土壤侵蚀、细沟冲刷和河道沉积等相关侵蚀过程的整体性评价,利于从不同尺度全面反演流域水沙输移的时空动态迁移过程和预测侵蚀风险发生规律。     

乙腈的水生态基准

本文参照美国国家环保局推荐的“推导保护水生生物及其用途的国家水质基准的技术指南”,根据我国水生生物区系特点,通过水生生物毒性试验研究和制定石油化工废水中重要污染物—乙腈的水生态基准。试验动物涉及到4个门、6个纲、8个科、13属和13个种。文中根据乙腈对13种水生动物的急性毒性试验,对水生动物的慢性毒性试验以及对水生植物浮萍的生长抑制试验,推导出乙腈的基准连续浓度为413mg／L,基准最大浓度为1145mg／L。     

涟水流域水产出服务供需分析与服务流研究

水产出服务的供需的定量评估与空间制图是当前研究的核心与前沿议题,但是需要进一步加强人类需求与自然过程的时空关联分析和服务流模拟之间的耦合.以涟水流域为研究区,基于ArcGIS和In VEST模型,利用多源数据构建了水产出服务供需平衡与空间流动模型,从子流域尺度探究了涟水流域水产出服务的供需空间匹配特征与流动规律,对流域...     

基于生态系统服务供需匹配与耦合协调的生态管理分区——以大连市为例

生态管理分区是建设用地扩张指引和生态空间管控的重要依据,对维护区域生态安全和生态文明建设具有重要意义。以我国北方沿海重要中心城市——大连市为例,选取食物供给、水源涵养、固碳释氧、土壤保持、生境维持和美学景观6项指标,综合运用模型法及生态经济学方法量化生态系统服务供给,并结合土地利用、人口和经济现状定量评估2015年生态系统服务需求。利用象限匹配法和耦合协调度模型,探究千米网格尺度下生态系统服务供需匹配关系和协调关系及其区域差异,进而通过空间叠置分析划分生态管理分区并提出相应管理措施,旨在为区域内生态修复以及差异化建设提供科学参考。研究结果表明：①大连市生态系统服务供需具有显著空间异质性,总体呈现北部林地和东西部沿海生态系统服务供给高、需求低,中南内陆城镇区生态系统服务供给低、需求高的空间格局;②生态系统服务供需不匹配和失调特征明显,匹配类型以高供给-低需求和低供给-高需求为主,生态系统服务供需耦合协调度平均值为0.38,表现为轻度失调;③综合分析将大连分为4个生态管理区,其中,生态涵养区为高供低需-供需失调区,要以保护为主培育为辅,重点保护;生态农业区为高需-供需平衡区,以生态保护和生态建设为主,提高其投入产出效率;生态改良为低供高需-供需失调区,以生态建设和整治为主,综合改善生态系统服务水平;生态一般保护区为高供-供需失调区,以综合保护为主,提高生态溢出效应。     

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。     

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。     

基于水供需服务流及外溢价值核算的太湖流域横向生态补偿机制

通过生态补偿协调流域内经济发展与生态保护的关系、缓解上下游利益相关者之间的矛盾是保障流域经济社会可持续发展的关键措施,而流域生态补偿核定的关键在于两点:一是如何模拟并量化水供需服务流动的流向、流量、流速及路径以明确供需双方及其空间关系;二是如何实现栅格尺度-地理单元-行政单元的尺度推演以实现不同行政单元之间生态系统服务的盈余、占用、外溢核算。整合卫星遥感、经济社会统计、水文气象观测等多源异构数据,集成水量平衡、水供需服务流动、生态价值核算等方法,构建了基于水供需流动及其外溢价值核算的流域横向生态补偿标准核定框架,利用D8流向法解决了水供需服务流动的流向、流量、流速及路径模拟与量化,实现了"栅格尺度-地形单元-行政单元"空间尺度推演的外溢价值核算,形成了流域内横向水生态补偿资金收取与分配方案。以太湖流域为例,在全面分析水资源外溢、占用及其价值的基础上,解析了县域尺度的水供需时空关系、流动路径及属性特征,辅以水质指标进而明确界定了责任方与补偿对象,形成了补偿资金收取与分配方案。结果表明,太湖流域水供需双方界线清晰、服务流近似于自然汇流过程,供给方以流域西部、西南部、中部县域为主,特别是西部至中部的县域,应受偿资金较多,平均各县应受偿资金比例超过2%/a,应受偿资金最多的嘉善区,比例超过19.66%/a;需求方聚集于流域中部、东部,特别是黄浦江自然汇流沿岸县域,应收取补偿资金较多,平均各县应收取资金比例超过5%/a,应收取最多的浦东新区,比例超过15.48%/a;净补偿资金基本呈现西高东低的分布特征,流域的大部分城市核心区的县域净补偿资金为负值。研究的核定框架、量化核算方法、资金统筹方案可应用到其他流域的横向生态补偿机制构建,实现流域内部与流域之间生态保护和经济发展的整体协调。