水生态监测方法研究进展及在黄河流域的应用实践

水生态监测能够为水生态环境监督、管理和保护提供重要的数据和技术支撑。加强黄河水生态监测,维护流域水生态系统健康,对促进黄河流域高质量发展具有重要意义。从常规水质监测、生境监测和生物监测3个方面,分析了中国水生态监测方法的研究进展及在黄河流域的应用实践。结合黄河流域水生态监测尤其是生物监测相对滞后的现状,探讨了流域水生态监测的发展方向。建议加快黄河流域水生态监测能力建设,建立适用于黄河流域的水生态监测与评价标准体系,探索新兴监测技术与传统技术的有机结合。     

序言

流域是人类文明的摇篮和中心,是人与自然和谐共生的主体自然空间,而长江和黄河流域承载着中国最广大的人口和经济。我国高度重视以流域为基础的生态文明建设。习近平总书记强调,长江大保护“要从生态系统整体性和流域系统性出发”,“追根溯源、诊断病因、找准病根、分类施策”,“保持长江生态原真性和完整性”;“治理黄河,重在保护,要在治理。要坚持山水林田湖草综合治理、系统治理、源头治理,统筹推进各项工作,加强协同配合,推动黄河流域高质量发展”。当前,我国水生态环境管理正处在由水污染防治向水生态系统保护修复转变的阶段。《重点流域水生态环境保护“十四五”规划编制技术大纲》提出了水环境、水资源、水生态“三水统筹”原则,明确了水生态环境保护修复的阶段性目标。     

新疆卡拉麦里山有蹄类自然保护区生物多样性保护研究

生物多样性具有多重价值,如生态价值、社会价值和经济价值。卡拉麦里山自然保护区生物多样性不但关系到当地经济发展和人民生存安全,而且关系到整个保护区、整个新疆的可持续发展。本文分析了卡拉麦里山有蹄类自然保护区生物多样性特点及生物多样性遭受严重破坏的原因,提出了保护该区生物多样性的对策措施：①加强卡拉麦里山有蹄类自然保护区生物多样性的调查研究工作。②加强保护区的建设。③加大立法与执法制度。④加强生物多样性保护的宣传教育。⑤加强生物多样性保护的公众参与。⑥加强当地居民的基本生产、生活条件建设。⑦在保护区推行生态旅游。     

水生态环境质量评价方法及在黄河流域的应用进展

开展水生态环境质量评价方法研究，建立合适的河流健康评价体系是解决河流健康问题的前提和实现河流健康管理的重要手段。黄河自上而下生态环境现状迥异，水生态环境脆弱，寻求一种或多种适合黄河流域水生态环境质量的评价方法具有重要意义。该文介绍了国内外水生态环境质量评价方法及在黄河流域的应用进展，总结了鱼类生物完整性指数(F-IBI)、底栖无脊椎动物完整指数(B-IBI)、着生藻类生物完整性指数(P-IBI)及水生态环境质量综合评价法的主要指标，以及黄河流域不同区域生物种类的评价指标，分析了各评价方法优缺点及应用范围，并根据目前研究基础评述了黄河流域水生态环境质量评价存在的问题，对黄河流域水生态环境质量评价方法、指示生物的选择及水生态环境质量综合评价法的研究等提出了具体建议。     

新疆维吾尔自治区开展水生生物监测技术培训

生物多样性是生态环境的重要组成部分，事关人类的生存和经济社会的可持续发展。国家和新疆维吾尔自治区“十二五”环境规划也将生物多样性保护列为重要的规划内容。2010年5月在湖南长沙召开的生态环境监测技术研讨会中将加强全国水生生物监测与评价工作，启动底栖生物、着生生物和浮游生物监测，逐步开展生物毒理和细胞分子生物学监测，研究生物监测预警技术及生物多样性监测评价专项工作列入“十二五”期间生态环境监测工作的目标和重点工作。     

我国流域水生态完整性评价方法构建

流域水生态完整性评价是指通过对水生态系统中不同水生态指标(生物和非生物)的监测以及由数学方法综合形成的综合评价指数,来反映水生态系统完整性状况。近年来,世界各国水环境管理政策发生了变化,开始强调生态保护,重视水体的生态质量。中国现行的常规理化监测指标(如COD、氨氮、BOD5)很难满足水环境管理的需求,难以全面准确地反映水环境质量变化的趋势。因此,在借鉴欧美发达国家流域水生态完整性评价方法的基础上,结合中国目前监测现状以及流域水环境管理需求,构建了包括物理生境指标、理化指标、水生生物指标在内的流域水生态完整性监测与评价方法,以期为中国流域水质目标管理技术体系的业务化运行提供可资借鉴的技术支撑,实现从单一的化学指标监测转向综合的水生态系统监测,实现流域水生态完整性的监测与评价。     

“十三五”期间洪泽湖底栖动物多样性调查及趋势分析

基于2015—2020年洪泽湖底栖动物监测数据,利用生物多样性指数模型方法对洪泽湖底栖动物的种类组成及多样性进行分析,并对水质污染状况进行评价,结合广义线性模型方法对洪泽湖生态变化趋势进行预测。结果表明,“十三五”期间洪泽湖底栖动物种类数总体呈上升趋势,生物多样性有所改善,底栖动物优势种均为河蚬。Goodnight-whitely修正指数(GBI)、生物学污染指数(BPI)、生物指数(BI)以及生物耐污敏感性指标指数(BMWP)4种污染状况评价指数对洪泽湖水质评价结果表明,“十三五”期间洪泽湖生态系统状况基本平稳,水质污染状况介于清洁至轻污染之间,龙集镇北的水质状况应引起重视。模型预测结果显示,“十四五”末洪泽湖生物多样性无明显变化,水质持续保持稳定。研究结论可为水生生物多样性保护提供科学依据。     

环境DNA宏条形码监测水生态系统变化与健康状态

开展快速可靠的水生态监测并预测其变化趋势,对保护水生态环境具有重要的价值。近年来,环境DNA宏条形码技术(简称环境DNA技术)的快速发展弥补了传统形态学生物监测的缺陷,显著提升了水生生物群落的监测能力。与机器学习、遥感和云服务等技术结合,环境DNA技术不仅能大尺度、高频率、高灵敏度、自动化地获取生态监测信息,而且能准确地识别水生态系统的变化趋势,进而改变对水生态系统的认识与管理方式。因此,研究着重总结了环境DNA技术在水生态监测中的应用,分析了环境DNA技术与机器学习、卫星遥感等跨学科合作的潜在机遇,基于环境DNA技术简单、便捷的优势,提出了社会公民参与水环境保护的生态监测新思路。     

日本国家尺度生物多样性监测概况及其启示

为保护地球生物资源，1992年巴西里约热内卢的联合国环境与发展大会签署《生物多样性公约》，1993年正式生效。公约第7条规定了缔约方有履行识别和监测需要保护的重要的生物多样性组成部分之义务。为此，全方位、多层次的生物多样性监测网络在世界各国家和地区得以建立和开展工作。日本作为《生物多样性公约》的缔约国之一，为履约并保护其国内因经济发展而受到严重威胁的自然环境和自然遗产，整合其20世纪70年代开展的“自然环境保护基础调查”和21世纪2003年开始构建的“重要地域生态系统监测网络”，逐步形成了国家尺度的生物多样性监测体系。根据日本生物多样性中心公布的信息与数据，介绍了日本国家尺度生物多样性监测的两项主要工作，即自然环境保护基础调查和重要地域生态系统监测网络；总结了日本国家生物多样性监测的发展历程和主要特点；提出了加强中国生物多样性监测工作的建议。     

江苏生物多样性保护的重点领域和政策创新

分析了江苏生物多样性保护现状,解读了省委办公厅、省政府办公厅《关于进一步加强生物多样性保护的实施意见》,主要涵盖完善政策法规、优化空间格局、提升系统稳定性、构建监测评估体系、提升安全管理水平、创新开发利用机制、严格执法监督评估、推动公众参与等8大工作任务,加强生态岛试验区、生态安全缓冲区等10大领域政策创新,整体提升全省生态系统质量。     

基于压力-状态-响应(PSR)模型的黄河流域环境安全评价体系法治化研究

黄河流域环境安全评价包括对水环境质量、水环境健康、水环境风险的综合评估和对环境治理有效性的评价，是监测河流环境安全和支撑环境管理决策的重要技术手段。当前，我国尚未形成全面、有效的黄河流域环境安全评价体系。为此，基于压力-状态-响应(PSR)模型，构建了一套具有法治特色的黄河流域环境安全评价指标体系，并以黄河流域河南段2019年和2020年环境治理工作为例，对模型进行了验证。同时，提出探索赋予河流合法权利，完善以《黄河保护法》为核心的黄河流域环境风险防控法律体系，将适应性治理融入联合执法，建立和完善“河长-警长-检察长”联动机制，建立黄河流域环境风险治理体系和突发环境事件监控预警体系等法治化建议。     

黄河流域水质和工业污染源研究

为科学评价黄河流域的水质状况及工业企业污染源现状,根据黄河流域2018—2019年地表水和饮用水水源地水质监测数据,建立了综合反映流域水环境质量和可定量分析排名的城市水质指数;利用大数据技术分析工业企业水污染物排放数据,研究建立了企业环境信用动态评价体系。研究结果表明:2018—2019年,黄河流域城市水环境质量得到一定程度的改善,城市地表水环境质量优和良等级数量从17个增加到19个,饮用水水源地优等级城市数量从7个增加到11个;但黄河流域中游地区水污染问题较为严重,需要重点加强水污染控制。水质污染主要以点源工业污染为主,COD和氨氮排放量较多,COD和氨氮年日均排放浓度平均值分别为51.1、3.1 mg/L,工业废水处理率偏低;山西、陕西、河南等"高"风险企业数量较多,分别达到3 047、1 630、1 442家。建议加强黄河流域上下游、左右岸、干支流协同配合,加大水污染防治工作的深度和力度。     

Contaminants-Induced Oxidative Damage on the Carp Cyprinus carpio Collected from the Upper Yellow River, China

The Yellow River, the second largest river in China, is the most important resource of water supply in North China. In the last 40 years, even in the upper Yellow River, with the development of industry and agriculture, more and more contaminants have been discharged into this river and greatly polluted the water. Although a routine chemical component analysis has been performed, little is known about the real toxic effects of the polluted water on organisms at environmental level. To explore whether the pollutants induced oxidative stress and damage to aquatic organisms, malondialdehyde (MDA) level and activities of superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT), glutathione peroxidase (GPx) and glutathione S-transferase (GST) in hepatopancreas, kidney and intestine of the field-collected carp Cyprinus carpio from a mixed polluted (Lanzhou Region, LZR) and a relatively unpolluted (Liujiaxia Region, LJXR) sites of the upper Yellow River were measured. The results showed that when the values of LZR compared with those of LJXR, SOD and GST activities increased and GPx activity decreased significantly in all the three organs (P < 0.05–0.01); CAT activity decreased but MDA level increased significantly (P < 0.05–0.01) only in kidney and intestine. In conclusion, the results of this study suggest that the pollutants can induce obvious oxidative damage in the carp, and the SOD, GST and GPx might be better indicators for the oxidative damage in aquatic organisms.     

中国北方山区水库与引黄水库富营养化特征

于2012年10月—2013年8月对中国北方地区2种典型水库:山区水库(卧虎山、锦绣川)和引黄水库(鹊山、玉清)进行了采样调查,对其水质特征和富营养化现状进行分析研究。结果表明:2类水库水质的最大差异在于山区水库的氮含量显著高于引黄水库,这主要与水源、氮素来源和水库的进水方式有关。山区水库中SD与藻类生物量、TP关系密切;而引黄水库中,影响SD的环境因素较复杂,除藻类生物量和氮、磷外,碱度和水温也与SD密切相关。全年水平上,卧虎山水库营养状态指数显著高于其他水库,属中-富营养水体,锦绣川水库、鹊山水库和玉清水库均属中营养水平。时间上,同类型水库的营养状态指数季节变化基本一致。参与营养状态计算的4个因子中,Chla和TN对营养状态指数的贡献最大,表明这两者是引起2类水库营养状态加重的重要原因。典型的水源及进水方式、流域人类活动类型和强度是影响山区水库和引黄水库营养状态的主要外部因素。     

黄河流域甘肃段面源污染估算与空间分析

采用遥感分布式面源污染评估模型（DPeRS）,对2018年黄河流域(甘肃段)面源污染空间分布特征进行分析,具体包括多类型污染量产排特征解析和流域优先管控单元识别。结果表明,污染量上,2018年黄河流域（甘肃段）总氮(TN)、总磷(TP)、氨氮(NH₃^-N)、化学需氧量(COD_Cr)的面源污染排放负荷分别为65.6,11.8,19.1和77.2 kg/km²,入河量分别为836.7,33.3,220.2和1 353.3 t;空间分布上,氮型(TN和NH₃^-N)排放负荷高值区主要分布在流域中部和东部局部地区,流域大部分地区TP排放负荷均较高,COD_Cr面源污染排放负荷高值区分布较为零散。与排放负荷相比,黄河流域（甘肃段）面源污染入河负荷并不突出,这与该地区水资源量少有密切关系。筛选出黄河流域（甘肃段）面源污染优先控制单元15个,面积占比为85.2%,I类优控单元主要分布在庆阳市、天水市、兰州市和白银市等地区,II类优控单元主要分布在甘南藏族自治州,且TN、TP、NH₃^-N和COD_Cr面源污染优控单元识别结果的平均精度达到80%。     

湘江流域永州段水质和水文气象因素变化规律及其相关分析

为推进湘江流域永州段水资源保护,加强水质预测,利用2014—2018年冷水滩断面水文气象和水质监测数据,基于相关分析、主成分分析等多元统计方法,研究分析了湘江冷水滩断面水质、水文气象因素变化规律以及两者的相关关系、量化关系。结果表明:该地区水文气象因素对水质影响最大,水质与水文气象因素之间的相关关系显著,水文气象因素是影响湘江流域水质的重要因素;溶解氧与水温、降水量呈线性回归关系,高锰酸盐指数与水位呈线性回归关系,高锰酸盐指数拟合回归方程的精度略低于溶解氧拟合回归方程。     

长江源区水生态系统健康研究进展

对截止至2021年6月报道的长江源区气候、水资源、水质、藻类、大型无脊椎动物和鱼类资源等水生态系统健康相关研究进行了综述,以期为进一步开展长江源区水生态系统健康研究与生态保护提供参考和依据。研究结果表明:①长江源区水生态相关研究主要关注于气候变化,其次为水资源变化和草地退化。②1948—2019年,长江源区全年平均气温呈上升趋势,增长速度为0.2~0.5℃/10 a;春季和冬季降水量呈增加趋势,增长速度分别为1.1~26.6 mm/10 a和0.2~9.1 mm/10 a;全年平均径流量呈增加趋势,增长速度为11.8~79.6 m³/(s·10 a);蒸发量呈增加趋势,增长速度为7.6~71.6 mm/10 a。③1969—2002年,冰川面积减少了68.1 km²,年均减少2.0 km²。1969—2015年,格拉丹东冰川面积减少了14.9~79.0 km²,减少速度为0.5~10.0 km²/a。1975—2015年,湖泊面积增加了2.7~831.6 km²,增速为0.3~96.2 km²/a。④1986—2015年,大部分河段水质为Ⅱ类及以上,且无明显年际变化。⑤针对水生生物的调查和研究非常匮乏。总体而言,长江源区水生态系统健康状况良好。近年来其气象因子以及水资源状况有所改变,未来气候变化可能会进一步影响长江源区水生态系统健康状况。今后亟须加强对长江源区的本底调查,完善基础数据,关注气候变化对水资源和水质的影响,并探索气候变化对水生生物的影响。     

Water Environmental Degradation of the Heihe River Basin in Arid Northwestern China

Water environmental degradation is a major issue in the Heihe River Basin belonging to the inland river basin of temperate arid zone in northwestern China. Mankind’s activities, such as dense population and heavy dependence on irrigated agriculture, place immense pressure on available and limited water resources during the last century, especially the recent five decades. An investigation on the water environmental degradation in the Heihe River Basin and analysis of its causation were conducted. The results indicated that water environmental changes in the whole basin were tremendous mostly in the middle reaches, which reflected in surface water runoff change, decline of groundwater table and degeneration of surface water and groundwater quality. Some new forms of management based on traditional and scientific knowledge must be introduced to solve problems of water environmental degradation in the Heihe River Basin.