水资源短缺的社会适应能力理论及实证--以黑河流域为例

水资源短缺已成为制约干旱-半干旱内陆河流域可持续发展的瓶颈,社会适应能力理论为解决水资源短缺问题提供了新的思路和方法。从人类生态系统角度分解社会适应能力,辨明了社会适应能力结构性成分,并利用网络层次分析(ANP)方法,构建了缓解水资源短缺的社会适应能力定量评价模型。然后以黑河流域中游甘州区为研究区,进行了水资源短缺的社会适应能力定量评价的案例研究。结果表明研究区缓解水资源短缺的社会适应能力综合指数为2.411,处于中等水平,有待进一步提高;在灌区尺度上,缓解水资源短缺的社会适应能力水平与受灌区水资源管理背景和意识的影响。在缓解水资源短缺的社会适应能力系统中,研究区有两个关键资源有所欠缺,同时人口自然增长率和人均综合用水量较低、社会公平和节水意识水平相对较高,但人们安全感和政策稳定性不强并缺乏信任,廉政水平、政府管理能力和社会经济资源水平需要进一步提高。旨在为水资源可持续利用研究提供一种新的分析角度,为决策者采取新的社会、经济、制度等对策提供科学依据支撑。     

东江流域森林水源涵养功能空间格局评价

东江流域森林水源涵养功能对于保障流域可持续发展具有重要作用。应用In VEST模型,结合东江流域土地覆盖分类数据、气候数据、土壤数据评估了东江流域森林水源涵养功能的空间分布。结果表明:东江流域森林生态系统水源涵养总量为47.29×10~8m~3,水源涵养功能最高为572.6 mm,平均水源涵养功能为204.15 mm。东江流域森林水源涵养功能在空间上呈现出不同的分布特征,流域内森林水源涵养功能随海拔升高呈现先上升后降低的趋势,在海拔900—1200 m范围,水源涵养功能平均值达到最大值270 mm;流域内森林水源涵养功能随坡度升高呈增加趋势,在坡度大于50°的区域,森林水源涵养功能平均值增加到327.2 mm,高于流域平均水平60%。流域水源涵养功能呈现中游下游上游的空间格局,流域上、中、下游地区的水源涵养总量占流域的比例分别为11%、72%、17%。     

流域氮的科学图谱及其主题演变

氮是限制生态系统生产力和引发富营养化等环境问题的关键因子,受到流域研究学者的广泛关注。以Web of Science核心合集为数据源,借助科学图谱方法对2000-2019年发表的科学文献进行定量分析,围绕论文数量与期刊分布、国际及机构合作、学科交叉和研究主题与演变等方面系统地回顾了流域氮领域的研究进展。论文数量与期刊分布方面,论文的年发表量呈逐年增长趋势,发文量较高的期刊包括Science of the total environment、Biogeochemistry和Journal of hydrology。国际与机构合作方面,中国和美国的发文数量最多,是国际合作的中坚力量;中国科学院和美国地质调查局发文数量最多,两者分别是近期和早期机构合作的主导力量。学科交叉方面,流域氮领域呈现多学科交叉特点,重点学科包括环境科学、水资源学和地质学。研究主题与演变方面,氮形态与转化、营养盐与富营养化以及水质与管理是流域氮领域的研究重点;人类活动与气候变化双重驱动下流域中氮的分布特征、模型与最优管理措施在流域管理中的应用是该领域未来的研究热点。未来研究需重点关注流域氮动态的驱动机制以及流域氮管理措施的优化,量化气候变化背景下径流量等水文特征以及城市化、农业发展等人类活动驱动下土地利用类型转变对流域中氮循环和氮负荷的影响,以流域"山水林田湖草生命共同体"的理论构建基于自然的管理方案,并评估管理措施对流域生态系统供给服务。     

四川岷山火溪河地区人为干扰后的植被组成及分布

以平武县地形图、植被图、野外植被调查结果为数据源制作研究区植被图和数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM),在Arcview GIS平台下通过植被分类和图层叠加分析法,研究了人为干扰后植被的组成及植被类型在主要地形梯度上的分布特征。结果表明:(1)受人为干扰特别是森林采伐活动影响,研究区针阔混交林消失,针叶林面积缩小,阔叶林和灌丛面积增加。(2)植被类型在海拔梯度上分布规律性明显;除农田外,其它植被类型在坡度上的面积比例与研究区面积在各坡度段所占比例很相似;针叶林、阔叶林、农田、灌丛对坡向有明显选择性。(3)人为干扰活动改变了研究区植被类型及其面积比重,并使植被在海拔段上的分布带有明显人类干扰的痕迹。     

内陆河流域生态系统服务价值的动态估算方法与应用——以甘肃河西走廊石羊河流域为例

Costanza等提出的单位面积生态系统服务价值没有考虑生态系统服务的空间异质性,是与生态系统结构和功能有关的生态系统本身的价值,这里称为静态价值。在实际应用于指导以社会、经济、生态综合效益最大为目标的流域水土资源优化配置决策时,不能反映资源的稀缺程度和随社会经济发展水平变化的对生态价值的支付意愿,使得静态生态价值的研究成果难以得到应用。提出了动态生态价值的概念,某一特定区域生态系统服务的动态价值是指其相应的生态服务功能在特定人群一定支付意愿下的现实价值。在Costanza等人提出的单位面积生态价值的基础上,考虑生态类型的覆盖度等特点结合专家咨询法提出了林地、草地单位面积生态价值的修正系数,估算流域生态系统服务的静态生态价值;建立了基于发展阶段系数和资源紧缺度的生态价值动态估算方法。以甘肃河西走廊石羊河流域为例,估算出2000年流域生态系统服务的静态价值为4．17亿美元,相当于当年流域GDP的0．3657倍,且在空间上呈现从上游山区向下游荒漠区递减的规律;动态生态价值为2．35亿美元,下游和上游大,中游较小。动态生态价值的研究为生态价值研究成果进一步在资源合理配置中的应用提供了途径。     

流域"源-汇"景观格局变化及其对磷污染负荷的影响——以天津于桥水库流域为例

基于1999年和2009年天津于桥水库流域两期TM遥感影像,应用遥感解译和空间分析的方法,分析了于桥水库流域"源-汇"景观格局变化特征,通过磷污染过程模型对流域不同景观格局下的磷污染负荷进行空间模拟,并采用情景模拟方法对磷污染空间变化进行了研究。结果表明:(1)10a来,于桥水库流域"汇"型景观格局(林地和灌草地)面积比例减少了18.44%,"源"型景观格局(耕地、园地、村镇及建筑)面积有不同程度的增加,面积比例上升了12.34%。(2)流域不同的"源-汇"景观格局总磷污染负荷模拟值有明显差异。从1999年的1.00(kg/km²)上升至2009年的1.12(kg/km²),上升比例达11％。"源"型景观格局总磷污染量,由1999年的0.98(kg/km²)上升至2009年的1.49(kg/km²),上升幅度达51.5%。(3)3个子流域对磷污染影响存在较大的空间异质性。其中淋河流域总磷负荷最高为1.26(kg/km²),沙河流域总磷负荷为1.14(kg/km²),黎河流域的总磷负荷量最低为1.10(kg/km²)。"源"型景观格局中淋河、沙河和黎河流域中农田景观的总磷量分别为1.93(kg/km²)、1.85(kg/km²)和1.65(kg/km²)。     

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。     

不同尺度因子对滦河流域大型底栖无脊椎动物群落的影响

通过2011年滦河流域38个河段大型底栖无脊椎动物采集,探讨了河段尺度和流域尺度环境因子对大型底栖无脊椎动物分布的影响。其中,河段尺度因子包括水体/底质特征、河岸带特征和水质,流域尺度因子包括采样位置、流域土地利用结构和缓冲区土地利用结构。RDA(冗余分析)结果表明,河段尺度影响大型底栖无脊椎动物分布的关键因子为:细粒物质比例、河岸带植被盖度、河岸带人类干扰程度、河岸带农田比例、水面宽度和河道改造程度,总解释量为42%;流域尺度影响大型底栖无脊椎动物分布的关键因子为:纬度、海拔、流域内耕地面积百分比和流域面积,总解释量为32%。研究结果表明,河段尺度因子比流域尺度因子对于指示大型底栖无脊椎动物分布更为重要,在环境因子监测中应给以更多的重视。     

皇甫川流域几种主要植物水分生态特征

通过在丰水年 (1998年 )和欠水年 (1999年 )连续两个生长季对皇甫川流域几种主要植物 :沙棘 (H ippophae rhamnoides)、沙柳 (Salix psammophyla)、中间锦鸡儿 (Caragana intermedia)、杨树 (Populus simonii)、油松 (Pinus tabulaeformis)、沙打旺(Astragalus adsurgens cv.)、羊柴 (H edysarum leave)、玉米 (Zea mays)和百里香 (Thymus serpyllum)等植物生物学特性、蒸腾特征及土壤水分含量的测定及分析 ,得出以下结果 :几种主要植物蒸腾强度平均值由大到小的排列顺序是 :杨树 >沙柳 >沙打旺>羊柴 >中间锦鸡儿 >玉米 >百里香 >沙棘 >油松 ;在 1998年和 1999年 ,皇甫川流域主要植物蒸腾强度的季节动态基本相同 ,油松、沙棘、中间锦鸡儿以及百里香等植物年平均蒸腾强度较低。无论丰水年还是欠水年 ,生长季内皇甫川流域主要植物蒸腾系数均较高 ,表明了植物的生长是以消耗大量水分为代价 ,水分是其生长的主要限制因子 ;百里香蒸腾系数最小 ,其次是中间锦鸡儿 ,这反映了百里香和中间锦鸡儿能更有效地利用水分进行干物质积累 ;皇甫川流域乔木适宜种为油松、灌木种为中间锦鸡儿和沙棘、半灌木植物为百里香。主要植物群落地段的蒸散量与降雨量的比值在 1左右。但从土壤水分变化角度看 ,皇甫川流域主要植物群     

基于流域单元的海湾农业非点源污染负荷估算——以莱州湾为例

生产力较高、生物多样性丰富、人类利用较早的区域之一,也是全球生态系统中最有价值和最受人类关注的区域之一。同时,海湾也是全球变化反映最敏感、陆海相互作用过程最激烈的地带,是人类活动最频繁的地域。开展海湾入海污染物总量控制研究对保护海洋环境和维护生态健康,协调和促进沿海经济发展与海洋的合理开发利用,实现海洋经济的可持续发展具有重要意义。入海污染物总量是开展海湾环境保护的重要指标,因进入海湾的河流往往较多,河流入海污染物的估算受监测频率、流量的季节变化等因素影响,存在很多困难。农业非点源污染是我国海湾入海污染负荷的重要来源。基于DEM(SRTM Data,90 m分辨率),借助美国ESRI公司的ARC/INFO软件中的ArcHydro模块,进行莱州湾主要入海河流水文分析,利用GIS提取河网,划定流域边界,并划分汇水区和子流域,为流域农业非点源污染入海总量的估算提供基础数据平台。在此基础上,与该流域土地利用专题图叠加,计算各个子流域内不同土地利用类型的面积,利用主要污染物排放系数和入河系数,估算农业污染入海总量。结果表明:COD、NH3-N、TN和TP的每年入海排污总量分别约为236933、23956、53684 t和15922 t。COD、NH3-N、TN和TP的排放量占总排放量的比例分别为71.69%、7.25%、16.24%和4.82%,这说明莱州湾入海主要污染物为COD。在陆海统筹理念指导下,以入海河口为源头,采取溯源追踪的思路,确定影响海湾入海污染负荷的流域单元,提供一种海岸带地区农业非点源负荷估算方法,可为莱州湾入海污染物总量调控提供科学依据,也可作为海岸带综合管理过程中确定陆地范围的参考。