湖泊生态系统动力学模型研究进展

从系统分析在湖泊生态系统动力学研究中的作用出发,对湖泊生态系统的动力学建模过程、方法和软件等进行了总结.在此基础上,综述了国内外湖泊生态系统动力学模型的发展.从1960年代至今,湖泊生态系统动力学模型从简单的零维模型发展到复杂的水质水动力学生态综合模型和生态结构动力学模型,如LakeWeb模型.中国的湖泊生态系统动力学模型研究始于20世纪80年代,主要集中在滇池、太湖、东湖和巢湖等富营养化严重的湖泊以及其他水体.目前,已经开发一些软件用于湖泊生态系统动力学模拟,主要有CEQUALICM、WASP、AQUATOX、PAMOLARE、CAEDYM等,以及用来模拟湖泊能流的软件ECOPATH.湖泊生态系统动力学模型还在监测、数据共享和模型结构、参数选取和不确定性分析等方面存在不足,需在今后的研究中加以改进.     

湖泊-流域生态系统管理的内容与方法

在流域生态系统管理研究综述的基础上,对湖泊一流域生态系统管理的概念进行了界定,对水环境管理、综合流域管理与流域生态系统管理之间的差异进行了对比分析。确定了生态系统生态学、流域生态学、生态系统健康和流域方法为湖泊．流域生态系统管理的理论基础,生态系统方法和流域分析为其方法学基础。在上述分析的基础上,提出了湖泊．流域生态系统管理的6个主要步骤：研究范围界定、基础信息收集与基本生态学问题的分析和评价、管理目标设定、系统综合、生态系统综合评价、适应性管理;识别出湖泊-流域生态系统管理中的3个关键问题：①生态系统管理中的不确定性和障碍分析;②流域土地利用变化对湖泊水质和生态系统的影响;③流域生态子系统与社会子系统的关联。     

湖泊生态系统健康定量评价方法

提出了湖泊生态系统健康定量评价的一种新方法生态系统健康指数法。该方法首先设计了一个0～100的生态系统健康指数作为定量尺度,然后通过评价指标选择、各指标生态系统健康分指数计算、各指标权重计算、生态系统健康综合指数计算等基本步骤,评价湖泊生态系统健康状态。以实用实例对意大利西西里湖泊群及单个湖泊进行了生态系统健康评价。结果表明,该方法原理简单,计算简便,结果可靠、直观,既可用于同一湖泊又可用于不同湖泊生态系统健康状态的定量评价与比较,是一种值得推广的定量评价方法。     

湖泊湿地生态系统服务研究进展

湖泊湿地生态系统服务可持续供给对维持区域、国家乃至全球生态安全格局具有重要意义。近20年,国内外学者在生态系统服务内涵、评估模型、影响机制、权衡与优化等领域的研究不断深入,但与管理决策和政策设计的结合仍面临多方面严峻挑战。系统分析湖泊湿地生态系统服务研究进展与存在的不足,对于今后一段时间内湖泊湿地生态系统服务研究的全方位拓展具有重要指导意义。以湖泊湿地生态系统服务概念与内涵为切入点,对湖泊湿地生态系统服务评估内容与方法、影响机理、生态系统服务权衡与优化等几个重要方面的研究进展进行了梳理,并结合管理决策和政策设计的需求,评述其研究中存在的不足。本研究以生态系统服务监测、模型不确定性、风险评估、优化与调控等四个重点研究方向为切入点,对湖泊湿地生态系统服务的研究方向进行了展望,以期深化湖泊湿地生态系统服务研究的理论与方法,并实现其与管理决策和政策设计的高度结合。     

湖泊生态系统弹性系数理论及其应用

在湖泊生态系统健康评价的基础上,分析城市湖泊营养状态的特殊性,论证得出响应型和非响应型湖泊的生态系统健康指数(EHI)与营养状态指数(TSI)近似呈二次函数关系.提出湖泊生态系统弹性系数,对生态系统健康指数(EHI)做出适当改进.改进后的生态系统健康指数(EHI′)能够更好地反映各类型湖泊的健康状态,完善了Xu等的EHI理论并扩展了其应用范围,是目前最为接近Costanza对HI定义的可量化计算的数学公式和方法,并成功用于厦门杏林湾生态系统健康评价.     

银川湖泊湿地生态系统服务价值评估

银川市是西北干旱半干旱区典型的绿洲区域,湖泊湿地是银川市最具特色和影响的生态资源。采用市场价格法、影子价格法、替代费用法、费用支出法、碳税法、成果参照法、影子工程法等,对银川市湖泊湿地生态系统服务价值进行了评估,结果显示,每年其提供的总价值为130288万元。其中,以物质生产价值最大为54765万元,其余依次是调节气候价值、生物多样性价值、休闲娱乐价值、教学科研价值、涵养水源和蓄洪防旱价值、栖息地价值、水源供给价值、净化水质和美化环境价值,其价值量分别为25851、20000、9661、7460、5360、5000、1889、302万元。因此,在银川市经济发展和城市扩张的过程中,必须从粘个毕态系统的角席小发．科学合理她保护和利用湿妯资源。     

湖泊生态系统服务功能评估初探——以湖北保安湖为例

随着生物资源价值估算方法的日益成熟,生态系统的服务评估成为生态系统研究的热点.鉴于国内对于湖泊生态系统的服务评价的研究较少,本文运用生态系统学与生态经济学方法研究了湖北保安湖生态系统的部分生态服务.计算得到1992年保安湖水生态系统有机质生产价值为1514.93万元,固定CO₂的价值为4772.99万元,释放O₂的价值为3626.53万元,主要初级生产者储存N、P的价值为44.48万元,而年吸收量的价值为1507.99万元,调蓄和供水的价值为10928.93万元,消除排入湖水SO₂价值为51.50万元,合计2.24×10⁸元.据不完全估计,可以认为,生态系统具有巨大的生态经济效益。     

粗糙集理论对湖泊生态系统健康评定指数法的评价

选用浮游植物生物量(BA)等5个生态系统健康评价指标,通过计算各指标指数和加权综合指数法对意大利西西里岛30个湖泊的健康做出分级.然后用粗糙集理论对5个指标进行筛选处理,又重新计算加权综合指数和分级.结果表明:浮游动物生物量(BZ)指标在湖泊健康分级中没有作用,是多余指标;粗糙集理论与健康指数相结合有重要意义.     

湖泊生态系统服务功能评估初探--以湖北保安湖为例

随着生物资源价值估算方法的日益成熟 ,生态系统的服务评估成为生态系统研究的热点 .鉴于国内对于湖泊生态系统的服务评价的研究较少 ,本文运用生态系统学与生态经济学方法研究了湖北保安湖生态系统的部分生态服务 .计算得到 1992年保安湖水生态系统有机质生产价值为 15 14 .93万元 ,固定CO2 的价值为 4 772 .99万元 ,释放O2 的价值为 36 2 6 .5 3万元 ,主要初级生产者储存N、P的价值为 4 4 .4 8万元 ,而年吸收量的价值为 15 0 7.99万元 ,调蓄和供水的价值为 10 92 8.93万元 ,消除排入湖水SO2 价值为5 1.5 0万元 ,合计 2 .2 4× 10 8元 .据不完全估计 ,可以认为 ,生态系统具有巨大的生态经济效益。     

昆明城市生态系统的目标管理—指标体系

昆明是一个高原盆地,盆地的底层中央是湖泊——滇池(海拔1885m)。整个盆地是一个多层次立体结构的地貌景观,即以滇池为中心,随着海拔高度的上升,成环状由内向外,环湖依次出现坝平地、台地丘陵、山地等地貌层次,其各个层次的土地面积比为1:2:3.5:0。可见昆明是一个以山地为主而水面较少的高海拔地区。城市的中心位于滇池的北部边缘。昆明是云南省的政治、经济、科技、文化和信息的中心。因此,这样的城市就是一个由自然、经济、     

1987—2016年武汉城市湖泊时空演变及其生态服务价值响应

城市湖泊面积萎缩、水体污染及流域生态系统功能退化已成为影响城市生存与发展的重要环境问题,明确城市湖泊时空演变特征及其生态系统服务价值响应能强化人类对城市湖泊的保护认知,对维护湖泊及流域生态系统稳定、确保城市湖泊资源可持续利用有着重要意义。选取武汉市现主城区1987、1996、2007和2016年遥感影像,提取湖泊及流域水面信息,探讨武汉城市湖泊时空演变特征及其驱动力;并结合不同时期社会经济、自然环境等实际,进行湖泊水域生态功能服务价值定量估算,探讨其对人类活动及湖泊时空演变的响应规律。主要结果如下:(1)29年间,武汉主城区湖泊水域面积共缩减82 km²,减少了56.9%;越靠近城市建成区,湖泊面积缩减越明显;湖泊面积越小,填占现象越严重;湖泊水系由1987年纵横交错的网络格局发展为2016年相互分散的独立斑块。(2)农业生产和城市建设是造成湖泊面积减少的主要原因,相关保护政策及条例的实施是湖泊面积增加的驱动因素,城市不同发展时期主要的驱动因素各异。(3)1987—2016年,武汉主城区湖泊水域生态系统服务价值由20.95亿元减少到6.78亿元,共减少了67.64...     

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。     

中国湖泊水量调节能力及其动态变化

湖泊水量调节是指湖泊生态系统通过洪水蓄积和径流补给实现水资源的再分配,进而减轻洪旱灾害。在围湖造田、退田还湖和气候变化影响下,科学评估我国湖泊水量调节能力现状及变化情况,是实现湖泊洪水调蓄功能和水资源调节功能评价的重要基础。基于全国湖泊调查数据,将全国划分为5个评价区,探讨了面向全国尺度的湖泊水量调节能力评价方法,在此基础上对全国湖泊的水量调节能力及其动态变化进行了分析评价。结果表明:(1)我国湖泊(面积1 km2)水量调节总量为1500.02亿m3,其中东部平原区和青藏高原区的调节量最高,分别占全国总量的44.46%和43.63%;(2)湖泊调节水量的效能以东部平原区最高(310.19万m3/km2),其次是东北平原与山区(191.19万m3/km2),围湖造田/退田还湖将导致该区湖泊水量调节能力明显削弱/增强;(3)近几十年来,我国湖泊水量调节能力呈小幅增长(增长量9.76亿m3,增幅0.65%),5个评价区仅蒙新高原区湖泊水量调节能力明显削弱,其余区域均呈不同程度增强,且以东部平原区增加最多,东北平原与山区增幅最大。研究可以为评估我国湖泊生态系统水量调节能力、分析土地利用变化对流域洪水调蓄和水资源调节功能的影响提供参考。     

复杂生态系统分形层次结构的统计动力学分析

生态系统具有异质性、非线性、多层次性等复杂特性.针对生态系统的复杂性,从统计动力学的视角出发,从生态组元相互作用的微观动力学角度,对生态系统分形层次结构的起源及其形成过程的动力学机理进行了初步探讨,并分析了生态系统分形维数的影响因素及机理.对理论结果与实际例子进行了比较,并讨论了在实践中的可能应用.     

基于Meta分析的中国湖沼湿地生态系统服务价值转移研究

Meta分析价值转移方法作为资源价值评估的一种有效方法,在国外已经有大量的实证研究出现,但是在国内相应的实证研究非常稀少,有关该方法在湖沼湿地生态系统服务价值评估的应用研究还尚未见报道。通过收集有关中国湖沼湿地生态系统服务价值评估的实证研究文献的价值评估结果,建立价值转移数据库,应用Meta分析和多元回归分析方法构建中国湖沼湿地生态系统服务的Meta分析价值转移模型,并对该模型用于样本外价值转移的有效性做出评估,探讨Meta分析价值转移方法在中国湖沼湿地生态系统服务价值评估领域的可应用性及发展前景。研究结果表明:(1)在样本文献中,通常洪水调蓄和水源涵养服务是湖沼湿地提供的经济价值最高的生态系统服务,而水质净化服务的经济价值最低;(2)湖沼湿地面积、生态系统服务受益人口数量、不同生态系统服务之间的价值差异以及不同价值评估方法的使用会影响湖沼湿地生态系统服务价值的变化;(3)Meta分析价值转移模型用于样本外价值转移的有效性检验结果显示,样本外价值转移的转移误差范围在0.09%—234.61%之间,平均转移误差为19.99%,在自然资源价值转移的可接受误差范围内,因此Meta分析价值转移方法是评估湿地生态系统服务价值的一种可行且快速的方法。     

污染湖泊生态系统服务净价值评估——以滇池为例

水污染是我国湖泊生态系统面临的主要环境问题,评估污染条件下湖泊生态系统服务价值对认识和恢复污染湖泊生态功能具有重要意义。针对当前湖泊生态系统服务价值评估方法中未体现水污染负面影响的问题,在传统生态系统服务功能价值评估框架的基础上,将水污染造成的经济损失内化到生态系统服务功能价值中,提出了针对污染湖泊的生态系统服务功能价值评估方法。应用该方法核算了滇池生态系统服务净价值。结果表明:2006—2015年滇池年均生态系统服务功能价值为386.55亿元/a,水污染改变了滇池的价值结构,供水价值丧失,气候调节、旅游和蓄水等成为滇池生态系统服务功能价值的主体;滇池水污染对流域内外经济社会发展造成的损失达到15.23亿元/a,主要经济损失体现在生态补水费用和蓝藻去除费用;综合湖泊生态系统服务的正向价值和水污染的负向损失,滇池的净生态系统服务价值为371.33亿元/a,占流域GDP的11.7%。将水污染损失纳入湖泊生态系统服务功能价值评估中增强了评价结果的合理性,能够更加真实地反映湖泊生态系统对人类经济社会发展的综合影响。     

淡水湖泊生态系统退化驱动因子及修复技术研究进展

目前我国多数淡水湖泊污染、退化问题非常严重,诸多修复技术也已初见成效。影响淡水湖泊生态系统退化的驱动因子众多,既有生物因素也有非生物因素,它们之间相互联系,相互作用,且作用机理错综复杂。首先介绍了淡水湖泊生态系统退化的含义及形式;其次,分析、总结了淡水湖泊生态系统退化的驱动因子,从退化的生态学完整性意义和退化修复的技术手段上看,淡水湖泊生态系统主要受物理、化学和生物三大驱动因子影响,且基本遵循"环境变化-驱动力-压力(阈值)-状态-响应"原理;再次,在厘清湖泊生态系统退化驱动原理的基础上,从淡水湖泊生态系统功能模块和湖泊生态系统修复实践经验总结的角度出发,构建了淡水湖泊生态系统修复模块技术体系,并就湖泊富营养化和湖滨湿地生态系统退化修复的技术进行了讨论和对比;最后,对淡水湖泊生态系统修复的环境变化驱动因子的作用机制、作用途径和修复技术的长效机制等方面进行了展望。     

Planktonic functional diversity changes in synchrony with lake ecosystem state

Managing ecosystems to effectively preserve function and services requires reliable tools that can infer changes in the stability and dynamics of a system. Conceptually, functional diversity (FD) appears as a sensitive and viable monitoring metric stemming from suggestions that FD is a universally important measure of biodiversity and has a mechanistic influence on ecological processes. It is however unclear whether changes in FD consistently occur prior to state responses or vice versa, with no current work on the temporal relationship between FD and state to support a transition towards trait-based indicators. There is consequently a knowledge gap regarding when functioning changes relative to biodiversity change and where FD change falls in that sequence. We therefore examine the lagged relationship between planktonic FD and abundance-based metrics of system state (e.g. biomass) across five highly monitored lake communities using both correlation and cutting edge non-linear empirical dynamic modelling approaches. Overall, phytoplankton and zooplankton FD display synchrony with lake state but each lake is idiosyncratic in the strength of relationship. It is therefore unlikely that changes in plankton FD are identifiable before changes in more easily collected abundance metrics. These results highlight the power of empirical dynamic modelling in disentangling time lagged relationships in complex multivariate ecosystems, but suggest that FD cannot be generically viable as an early indicator. Individual lakes therefore require consideration of their specific context and any interpretation of FD across systems requires caution. However, FD still retains value as an alternative state measure or a trait representation of biodiversity when considered at the system level.