考虑面源污染的农业开发流域生态安全评价研究

随着农业开发的进程,流域生态安全会发生相应变化,在考虑面源污染的基础上,以挠力河为例开展该研究.该流域14年来的土地利用类型发生较大变迁,耕作方式改变,破坏了流域的生态安全,同时大量农药化肥的使用,使得大量氮、磷为主的营养污染物引发农业面源污染,面源污染将成为生态安全评价的一项重要指标.为了对农业面源污染进行量化,对生境质量进行直观评价,考虑面源污染做出流域生态安全的变化评估,选取SWAT模型和InVEST模型（生态系统服务和交易的综合评估模型）,同时考虑面源污染及生境质量,对比挠力河流域2000年、2006年、2014年三个年份的生态安全变化.根据输出结果,分析时空变化模式,得到氮磷负荷、生态环境质量对时空变化的响应,讨论提出有效的防控建议.     

东北湖区典型流域生态安全评估

为评估东北湖区湖泊生态安全,在山口湖流域水质特征分析的基础上,分别采用模糊综合评价法、层次分析法和DPSIR（驱动力-压力-状态-影响-响应）模型对山口湖流域水环境质量、陆域生态系统健康状况和流域生态安全进行综合评估.结果表明:①2014年山口湖水体氮、磷、有机物质量浓度较低,各月营养水平存在较大波动:3月冰封期ρ（TN）、ρ（TP）和ρ（COD_Mn）最低,分别为0.681、0.022、6.31 mg/L;5月冰层溶解时ρ（TN）和ρ（COD_Mn）最高,分别为1.771、8.27 mg/L.在3条入湖河流中,长水河受生活源和农业面源污染较重,ρ（TN）年均值为2.244 mg/L,超出GB 3838-2002《地表水环境质量标准》Ⅴ类标准限值;南水河污染较轻,ρ（TN）、ρ（TP）平均值分别为1.061、0.059 mg/L;土鲁木河受人类活动影响较小,污染最轻.②模糊综合评价结果显示,除5月外,2014年山口湖水体总体上处于GB 3838-2002 Ⅲ类水质.③1988-2014年山口湖陆域生态系统处于优秀状态,但健康指数由1988年的90.06降至2014年的87.63,森林覆盖率下降、农田比例增加是陆域生态系统健康状态下降的主要原因.④2014年山口湖流域生态安全指数值为72.61,处于较安全状态,经济发展水平落后、入湖污染物未有效控制、透明度低、水产品供给指标功能较差、污染物处理能力差是影响山口湖生态安全的主要因素.研究显示,需减少农田化肥施用量,加强农村和农业面源污染防治等措施,控制污染物入湖量,加强环境监管能力建设和科技支撑,提高山口湖流域生态安全状态.      

典型高原湖泊流域生态安全格局构建——以杞麓湖流域为例

以“源”和生态环境保护为目标，引用最小累积阻力模型（MCR）对杞麓湖流域生态安全格局进行定量研究.结果表明：杞麓湖流域平均生态安全指数为2.59，生态安全以较低安全为主，占流域总面积的36.33%，中度安全和不安全次之，分别占流域总面积的23.36%和22.53%，高度安全面积最少，仅占17.77%.较低安全区主要分布在西北部、东南部和西南部，应加强对这些地区的生态环境保护建设.此外，以天然林地、重要水库和湖泊缓冲区100m以内区域作为生态源，选取坡度、海拔、植被覆盖度、土地覆盖类型、距水体距离、距建设用地距离、距居民点距离、距道路距离等8个阻力因子，结合MCR模型与GIS的cost-distance分析模块，生成最小累积耗费距离表面，划分5个阻力等级；依据累积阻力值频率变化特点及生态服务功能，确定了生态缓冲区、生态过渡区、生态边缘区、农业耕作区和人类活动区共5个生态功能区.杞麓湖流域生态源总面积为126.87km²，占流域总面积的35.74%，生态源在面积、数量和空间分布上都存在较大的差异，呈四周连片集中，中部分散破碎的分布格局，生态廊道呈四周连续紧凑，中部分散破碎的空间格局.生态节点的空间阻力值存在较大差异，部分生态节点累积阻力比较大，位于流域景观累计阻力值最大区，对生态流的流通安全性具有较大影响.基于最小累积阻力面，结合GIS的Hydrology模块，构建了由生态源与19个生态节点、23条生态廊道共同组成的具有结构性的流域景观生态安全格局，并提出了相应的建议，对高原湖泊流域研究及生态环境保护具有一定的参考价值.     

京津冀水源涵养生态服务供体区与受体区范围的划分

京津冀水资源问题已经严重制约区域经济发展,定量分析研究区水源涵养生态服务供受关系,有助于深刻理解区域上下游之间的生态联系,促进区域生态公平,实现区域社会持续健康发展.利用降水储量法、水量平衡法及水源涵养生态服务供体区与受体区划分方法,分析2000-2010年京津冀净水源涵养量空间格局,划分研究区水源涵养生态服务供体区和受体区范围.结果表明:①冀北燕山山区净水源涵养量最高,年均值为65.24~81.35 mm,其次是冀西太行山山区,年均值为46.47~61.28 mm;净水源涵养量负值区主要分布在东部沿海和大中小城市,年均值为-130.46~-152.39 mm.②水源涵养生态服务供体区占研究区面积的41.42%,单位面积（m2,下同）平均净供水量为0.03~0.07 m3;水源涵养生态服务平衡区面积占25.01%;水源涵养生态服务受体区面积占33.57%,单位面积平均净需水量为0.18~0.41 m3,是供体区供水能力的6倍左右.③从流域来看,滦河流域的承德市为天津市、秦皇岛市及唐山市供应水资源,年均供水总量为23.7×108 m3;永定河流域的张家口市为北京市供应水资源,年均供水总量为5.3×108 m3;大清河流域的保定市为北京市及天津市西南部供应水资源,年均供水总量为8.2×108 m3;但子牙河流域和漳卫河流域供水能力严重不足.研究显示,燕山山区和太行山山区为水源涵养生态服务供体区,东部沿海和大中小城市为主要水源涵养生态服务受体区,水源涵养生态服务供体区净水源涵养能力不能满足水源涵养生态服务受体区需水量,整个研究区供受关系严重失衡.      

甘肃白龙江流域水源涵养服务时空格局及其影响因素

白龙江流域是长江上游的主要生态屏障和水源涵养区,对维系流域生态和可持续发展至关重要。以甘肃白龙江流域为例,基于参数本地化的InVEST模型对1990—2016年水源涵养时空变化及其影响因素进行分析。结果表明:流域多年平均水源涵养深度为47.50 mm,呈现先减少后回升的趋势。空间上,其高值区主要集中于迭部、文县和舟曲的中高山阴陡坡林区（平均涵养深度在该三县2500~3500 m海拔段、阴坡和半阴坡、25°以上坡段和林地高于流域的平均涵养深度）;低值区主要位于宕昌和武都的中低山阳缓坡农牧区（平均涵养深度在该两县 2500 m以下海拔段、阳坡和半阳坡、25°以下坡段和耕、草地低于流域的平均涵养深度）。气候背景下,人类活动驱动的土地利用/覆被格局空间差异是影响水源涵养时空变化的重要因素,退耕还林对减缓气候变暖背景下水源涵养深度的下降具有重要意义。     

南四湖生态安全的社会经济影响评价

南四湖是我国十大淡水湖之一,也是南水北调东线必经之地和调蓄湖泊,随着南四湖流域社会经济的加速发展,其湖泊生态安全承受着重大压力。针对目前南四湖存在的主要生态安全问题,该研究从经济社会发展对流域污染负荷和入湖河流状态的驱动力和压力入手,选择影响湖泊生态安全的社会经济指标体系,对2000-2010年的流域社会经济活动对南四湖生态安全的影响进行评价。结果表明:2010年,南四湖流域的社会经济活动对湖泊生态安全的影响评分值为45.37,等级为"一般",但水体污染负荷评分值为28.93,等级为"较重";2000-2010年,社会经济对南四湖生态安全的影响评分值处于[40,60]的"一般"级别中,但影响程度不断增强;流域污染负荷是南四湖流域面临的主要问题,它在一定程度上放大了社会经济活动对湖泊生态安全的影响。     

耦合生态服务供需的县域农业空间生态保护修复分区——以宜兴市为例

开展县域尺度农业空间生态保护修复分区研究,差异化推进区域生态保护与修复,对协调人地耦合系统、促进自然—社会的可持续发展具有现实意义。以宜兴市农业空间为研究对象,耦合生态系统服务的供给格局与需求格局,构建供需综合安全格局进行生态保护修复分区。结果发现：（1）宜兴市农业空间各项生态系统服务需求格局在自然因素和人类活动共同作用下,空间差异较大。土壤保持服务需求呈现东北高、西南低的总体格局;食物供给服务需求整体较高,空间上与人口分布类似;碳固存服务需求格局表现为“北高南低”;水源涵养服务需求在空间分布上较为均匀;生境质量保持服务需求在空间上呈八块状分区。（2）宜兴市农业空间土壤保持、碳固存、水源涵养以及生境质量保持生态系统服务的供给格局均表现出“南强北弱”的特征,而食物供给服务的高值区位于研究区东北方向及西部腰线区域。（3）依据供需综合安全水平,宜兴市农业空间可分为农业生态重塑区、农业生态优化区、农业生态护养区以及农业生态保育区。结合各分区土地利用现状,分别提出全局治理与重点区域生态重塑、整体优化与关键区域生态修复、综合生态养护与局部生态整治、严格生态保护与控制开发强度等差异化生态保护修复措施...     

基于主成分投影法的长江上游水源涵养区生态安全评价

本文基于压力--状态--响应概念模型,构建了水源涵养区生态安全评价指标体系.利用主成分投影法评价区域生态安全状况,并通过长江上游52个县的实证分析,得出大部分县的生态安全状态堪忧,只有少数县处于安全状态.主成分投影法能较好地反映区城生态安全状况,并根据当地实际情况提出了建议及措施,具有一定的推广和实用价值.     

汾河上游流域生态健康评估研究

汾河上流流域作为饮用水源涵养区具有重要的生态功能。以水域和陆域生态系统为评估对象,从生态结构、服务功能和压力状况三方面,对汾河上游流域生态健康状况进行了评估。评估结果表明:汾河上游流域生态健康介于一般和良好之间。下一步工作中,应做好汾河上游流域内环境风险防范、畜禽养殖业污染防治、生态补偿等工作。     

农业面源污染视角下的三峡库区重庆段水资源的安全性评价——基于DPSIR框架的分析

农业面源污染已成为我国流域污染的主要来源,并已威胁到城乡居民的饮水安全,影响社会经济的可持续发展.三峡库区是生态脆弱区,水资源安全对促进库区生态环境保护与区域经济社会和谐发展尤为重要.为探明三峡库区重庆段农业面源污染与流域水资源安全演进变化的过程与内在机制,根据DPSIR框架原理,运用结构方程模型进行分析,并评价了2000-2011年流域水资源安全程度.结果表明:流域水资源安全程度分为两个阶段,2000-2005年水资源安全等级从一般安全下降到很不安全,2005-2011年水资源安全等级从很不安全上升到安全,出现阶段变化的主要原因在于从2006年开始,政府认识到流域生态环境的重要性并加大了对农业面源污染的控制力度,加强了对水土流失的治理.因此,为有效地减缓农业面源污染、改善流域水体质量,需要调整农业经济发展方式和农业产业结构,依靠科学技术提高农业生产效率,降低农用化学药品的投入,推广有机农业、改善耕地质量;加强水资源监督管理,实施农业生产节水措施;进一步加强面源污染控制投入,有效控制水土流失程度以减缓面源污染,实现流域水资源安全可持续利用.     

基于生态系统服务的汾河源头区域生态安全格局优化

生态安全格局的优化是保障区域生态安全,维护生态系统稳定和提升生态系统服务的重要空间途径。以汾河源头区域为例,定量评估产水量、生境质量、土壤保持量三种生态系统服务,利用热点分析法识别重要的生态源地,考虑到河流在生态系统中复杂的作用机制,构建了两种模式的生态安全格局,并在此基础上提出了综合生态安全格局。研究结果表明：汾河源头区域共19个生态源地,占研究区面积的16.59%,三种模式分别构建了33条、42条、43条潜在生态廊道。网络结构评估结果表明：三种模式均可生成闭合的生态网络,优化后的生态廊道总长度为565.957 km,网络闭合度、节点连接率及网络连接度较高,成本比较小。此外,共识别了35个生态断裂点,明确了生态保护与修复建设的重点区域,以期为区域生态保护与修复规划提供空间指引。     

基于物元分析-DPSIR概念模型的重庆土地生态安全评价

构建基于驱动力-压力-状态-影响-响应（DPSIR）概念框架的土地生态安全评价指标体系,借助灰色关联模型进行赋权,引入物元分析法对重庆市土地生态安全进行评价,研究结果表明：①1997年重庆土地生态安全属于不安全等级,2001年属于较安全、2005年属于不安全、2009和2012年属于安全等级,表明1997~2012年重庆市土地生态安全总体呈现转好趋势,但由于关联度均小于0,土地生态安全的水平不稳定;②重庆市土地生态系统脆弱,承载干扰的能力较弱;③1997直辖后,经济社会的发展,环境保护意识的提升,政府部门生态环境建设力度和环保投入的加大是重庆市土地生态安全有效提升的保障.人口增加,经济社会以及城市化的快速发展,农业面源污染等是重庆市土地生态安全的制约因素;④该评价模型和指标体系适用性较强,评价结果较为客观,为土地生态安全评价提供了一个方法的参考.     

基于生态系统服务权衡的生态安全多情景决策

聚焦于成渝城市群生态安全格局识别的主题,耦合多源数据,运用相应的模型与算法对区域粮食生产、碳固存、产水、土壤保持、生境质量5类生态系统服务进行估算,在此基础上借助空间统计与分析厘清生态系统服务功能间的权衡/协同关系,并构建不同风险情景,明确未来区域发展的生态安全格局.结果显示,2000~2015年,成渝城市群粮食生产、固碳和产水量这3类服务功能均呈下降趋势,土壤保持、生境质量服务呈上升趋势,且各类服务的空间分异性突出;固碳、产水、土壤保持与生境质量两两之间均表现为协同关系,粮食生产与这4类服务间表现为权衡关系,但这种冲突性在区域发展过程中逐渐呈减弱趋势;在空间分布上,成渝城市群生态系统服务间的权衡/协同关系表现出了一定的集聚特征;不同决策风险下生态系统服务间的权衡值也不同,随着决策风险系数的增加权衡值呈现先上升后下降的趋势;最终确定风险系数α=1.6为最适宜情景,此时权衡值最高、区域生态系统风险适中.将决策者的态度纳入生态安全格局识别过程中,使结果更全面,为城市群生态安全格局评价和管理提供科学支撑.     

洞庭湖生态风险评价及阶段性特征

采用“压力－响应”模式，按3个阶段评价了洞庭湖1991~2015年生态风险状况，并识别了不同阶段的主要压力源、胁迫因子及受影响较大的生态系统指标与生态系统服务.结果表明：（1）1991~2015年，洞庭湖生态风险总体呈不断增加趋势，期间造成洞庭湖生态风险增加的主要压力源发生了较大变化；主要胁迫因子和受影响大的生态系统指标也变化明显，而受影响较大的生态系统服务功能无明显变化.（2）不同阶段，洞庭湖生态风险影响因素不同，其中1991~2002年，受自然源和人为源共同影响；2003~2010年，自然源影响明显减弱，而人为源影响逐步增加；2011~2015年，自然源影响继续降低，而人为源的影响则进一步增加；（3）近年来洞庭湖生态风险增速虽有所减缓，但生态风险增加趋势尚未根本性改变，仍需加强洞庭湖保护治理，重点是进一步加强流域人为源的污染控制，同时密切关注自然源影响，尤其是水文情势变化所引起的生态风险增加问题.     

三峡库区非点源污染氮磷负荷时空变化及其来源解析

三峡库区是我国重要水源保护区,也是长江流域经济迅速发展区域之一.非点源污染是库区水环境恶化的主要原因,因此研究库区非点源污染状况对于区域的生态安全以及可持续发展具有重要意义.研究采用改进输出系数模型,估算库区1990~2015年的非点源氮磷污染负荷总量,分析非点源氮磷污染的时空变化特征,并通过计算各污染源的贡献率确定主要污染来源.结果表明,氮磷污染负荷量在空间上均呈现库区腹地高,库尾次之,库首最低的分布特征;氮磷污染负荷总量在时间上均呈现先增加后降低的趋势,在2000年达到最高值,2015年降到最低值;各污染源对氮磷污染负荷量的贡献率按从大到小依此为：土地利用、农村生活以及畜禽养殖;其中,旱地这种土地利用类型是非点源氮磷污染的主要来源.     

基于生态安全格局的国土空间生态保护修复关键区域诊断与识别——以烟台市为例

山水林田湖草系统生态保护修复是维护国家生态安全的重要保障。当前国土空间生态保护修复研究缺乏从生态系统的完整性和结构连通性角度对国土空间生态保护修复关键区域进行诊断和识别。烟台市作为我国典型滨海城市,湿地退化,生境类型单一造成景观稳定性差,国土空间生态保护修复刻不容缓。为全面识别烟台市国土空间生态保护修复关键区域,利用生境质量模型、生境风险评估模型、粒度反推法、最小累积阻力模型和电路理论,通过构建区域生态安全格局,诊断生态“夹点”、生态障碍点、生态断裂点等,识别和确定研究区域的国土空间生态保护修复关键区域。研究发现：（1）烟台市生态源地共计668.85 km²,主要为林地、水域,源间廊道共计1548.36 km,呈现“两横两纵”的空间特征;（2）基于生态安全格局识别烟台生态保护修复关键区域,包括13处生态“夹点”区域、8处生态障碍点区域、39处生态断裂点区域、破碎生态空间1308.66 km²;（3）结合各类生态保护修复关键区域的空间分布特征、土地利用现状,分别提出修复提升方向。研究可为国土空间生态保护修复关键区域识别、生态系统整体修复提升提供科学指导。     

基于水生态系统结构特征的滇池流域水生态功能三级分区

水生态功能分区的目的是为了实现中国流域的"分区、分类、分级、分期"管理的精细管理理念,而水生态系统结构是水生态系统完整性的基础,也是区分不同区域生境特征与功能差异的重要指标.因此,为了实现更精细化的湖泊流域管理,在滇池流域完成水生态功能二级分区基础上,基于水生态系统结构特征进一步对滇池流域进行三级区划,进而反映流域水生态功能的空间异质性.以反映水生态系统结构的物理、化学与生物特征为依据,分别构建了滇池流域陆域与湖体的三级分区指标体系;通过对三级分区单元指标综合值进行聚类分级,最终将滇池流域的水生态功能三级分区划分为20个陆域区和4个湖体区,并利用底栖与藻类的生物数据对分区进行合理性评价.最后基于生态服务功能理论,结合滇池流域自身特点与管理需求,将滇池流域三级分区定义为不同的水生态功能类型.通过对滇池流域水生态功能三级分区的划分以及主体功能的确定,不仅为滇池流域水生态健康管理构建了空间管理单元,而且为湖泊水生态功能分区的研究提供了案例.     

基于L-THIA模型的四川省濑溪河流域非点源污染负荷分析

非点源污染是造成流域水环境恶化的重要原因之一,掌握非点源污染的时空分布特征是流域水环境污染防治和流域综合管理的基础性工作.为落实国家《水污染防治行动计划》,四川省启动了濑溪河等流域综合治理达标方案编制工作,探明濑溪河流域非点源污染负荷及其分布特征是该方案编制的前提.以四川省境内濑溪河流域为研究区域,基于GIS（地理信息系统）,利用L-THIA（long-term hydrologic impact assessment,长期水文影响评价）模型,基于2015年土地利用地图数据、土壤水文数据以及长时间序列（2009—2014年）逐日降雨数据,调整模型参数,使模型模拟径流量符合水文站监测数据,进而模拟2014—2015年流域内的非点源污染负荷空间分布.L-THIA模型模拟得到濑溪河流域径流量约为5.10×108 m3,和控制水文站实测径流量相比,模型模拟相对误差为5%,表明模型模拟质量较好,模拟结果可信度较高.结果表明,流域内TP、NH₃-N、COD_Cr非点源污染负荷分别为204.10、353.12、5 162.53 t;农业用地对研究区的非点源污染影响最大,林地最小;根据濑溪河水系分布特点将研究区划分为16个控制单元,各控制单元TP、NH₃-N、COD_Cr的空间分布特征及比例相似,研究区非点源污染平均负荷强度为3.72 t/km2,TP、NH₃-N、COD_Cr的输出范围分别为（0.08~0.15）（0.14~0.27）（2.19~3.89）t/km2.研究显示,流域非点源污染产生量的估算和空间分布特征的揭示为编制濑溪河流域水污染治理方案提供了科学参考.