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.      

京津冀生态屏障区人类活动对生态安全的影响

使用SWAT（Soil and Water Assessment Tool）和InVEST（Integrated Valuation of Ecosystem Services and Tradeoffs）模型分别模拟计算了滦河和潮河流域水源涵养、面源污染、干旱特征和生境质量等指标,在此基础上使用压力-状态-响应（PSR）模型建立了生态安全评价体系,以面源污染、生境质量和土地利用特征等人类活动对生态安全的影响作为切入点,以子流域为评价单元,评价了研究区生态安全,分析了各层指标对生态安全的影响.结果表明,2010年和2015年研究区总体生态安全状态等级均为敏感级,生态安全评分综合指数分别为0.50和0.48.研究区生态系统整体较为稳定,空间上各子流域之间生态安全状态存在较大差异.面源污染和城镇扩张等人类活动对生态安全的影响较大.林地和草地评分较低,可能与种植结构和景观格局有关.水源涵养量值增加和生境稀缺性值下降,说明加大水源涵养能力建设和降低生境稀缺性是提高生态安全的有效措施.     

流域水生态安全评估方法

为建立合理的流域水生态安全评估指标体系,以流域为对象,对水生态安全内涵进行了阐释,并对流域水生态安全评估指标进行了系统分析.基于“压力、状态、功能、风险”四要素,构建了“目标层-方案层-要素层-指标层”的评估体系,其中方案层包括水生态压力、水生态状况、水生态功能和水生态风险4个方面,涵盖土地利用、水资源利用、污染物排放、栖息地状态、水生态质量、水产品供给、休闲娱乐、水环境净化、重金属风险等9个评估要素18个评估指标,并详尽表述了各评估指标的内涵及其计算方法.采用综合指数法计算ESI(生态安全指数),并根据ESI得分将水生态系统的安全评级分为安全(3.5≤ESI≤4.0)、较安全(2.5≤ESI<3.5)、一般(1.5≤ESI<2.5)、不安全(0.5≤ESI<1.5)和很不安全(0≤ESI<0.5)5个级别,构建了多指标的流域水生态安全评估方法.      

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。     

岷沱江流域社会经济的水环境效应评估研究

引入"驱动力-压力-状态-影响-响应-管理"(DPSIRM)模型模拟经济社会与水环境之间的相互响应关系,构建流域社会经济的水环境效应评估的指标体系,以揭示出流域经济发展中人、水环境相互作用的链式关系.采用熵变加权法对指标体系的各指标进行赋权,得到水环境效应综合评估指数公式.以长江上游岷沱江流域为研究区域,对岷沱江流域2000—2014年水环境效应进行评估研究,通过综合及子系统评估结果分析,探析影响流域水环境可持续发展的关键因素.评估结果表明:岷沱江流域2000—2006年岷沱江流域的水环境效应处于Ⅲ级(基本安全),从2007年开始,岷沱江流域的水环境效应处于Ⅱ级(安全).岷沱江流域水环境效应评估指数在2000—2011年间呈现逐步上升的趋势,但2003—2006年略有下降,2011年达到最大,2012—2014年又逐步下降.各子系统评估指数差异性较大,有着不同的发展趋势,管理子系统各指标对综合水环境效应影响最大,其次为影响子系统指标、响应子系统指标.论文构建的流域水环境效应评估的DPSIRM及熵权模型具有实用性和可行性,为区域水环境规划与综合管理科学决策提供依据.     

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.     

基于土地利用的水府庙水库流域生态安全评价

从流域生态系统结构以及土地利用角度构建由陆域环境影响、水域生态健康状况、流域生态服务功能组成的水府庙水库流域生态安全评价体系,利用层次分析法和综合指数法对该流域进行生态安全评估。结果表明,基于土地利用的水府庙水库流域生态安全等级为三级,总体处于一般安全状态。陆域环境影响一般,水域生态健康状况处于中等安全,流域生态服务功能较好。流域内土地利用不合理以及污染负荷较大对水府庙水库流域生态安全造成一定的压力,使水体开始呈现富营养化状态,影响水府庙水库流域的水体环境和生态服务功能,已成为威胁水府庙水库流域生态安全的隐患。     

基于熵权的长沙市城市生态安全综合评估与预测

城市是一个社会-经济-自然复合生态系统,区域资源与城市自然系统是城市社会经济发展的重要基础和载体。城市生态安全评估是对未来的安全状态进行预测,以实现城市的可持续发展。文章以长沙市为例,在城市生态安全主要影响因素识别的基础上,应用PSR模型、熵权法等建立城市生态安全评估指标及计算方法,研究了长沙市近11年来生态安全的变化趋势。研究结果表明,1999-2009年间长沙生态安全的趋势由较不安全向较安全状态发展,生态安全值从25.4提高到60.7,人文环境响应是长沙生态安全改善的主导因素,资源环境压力,水土资源保持是限制长沙市生态安全的主要因素。     

北运河北京段水生态承载力研究及关键控制要素识别

北运河水系一直存在水资源缺乏、水环境污染、水生态功能不足等问题,未来北京市副中心高标准建设的加速还会增加流域的生态环境负担.因此需明确北运河北京段水生态承载力的时空变化特征,识别其关键控制要素,提升水生态承载力以满足区域发展需求.本文从水资源、水环境、水生态3个方面构建区域水生态承载力评价指标体系,收集1995-2018年北运河北京段的评价指标数据,运用熵权法确定指标权重,分析北运河北京段的水生态承载力状况及关键控制要素.结果表明:1995-2015年,北运河北京段整体处于超载或临界超载状态,2018年水生态承载力有所提升,达到安全承载状态;各子流域间水生态承载力差异显著,其中,位于北运河上游的沙河子流域在1995-2000年处于安全承载状态,在2005-2018年处于临界超载状态,水生态承载状态相对较好,但仍有改善的空间;1995-2018年,清河、温榆河和凉水河等子流域水生态承载状态处于超载状态,水生态承载状态相对较差,需加大水生态承载力提升力度;影响区域水生态承载力的关键要素为河岸带林草覆盖率,其次水环境质量也对水生态承载力具有重要影响.研究显示,北运河北京段水生态承载力的提升需在改善区域生态环境状况的同时加强对水资源的综合利用.      

于桥水库流域生态安全评估研究

为摸清于桥水库流域生态安全状况,制定有针对性的于桥水库水源保护措施,保护好天津市民的饮用水源,构建了于桥水库流域生态安全评估体系,对天津境内于桥水库流域范围进行了生态安全评估。评估结果显示:于桥水库流域生态安全综合评估得分为80分,生态安全状态为安全。各方案层得分分别为:社会经济影响87.7分,水生态健康75.2分,生态服务功能87.2分,调控管理68.2分。针对评估中发现的问题提出了相应的建议。     

Comparative study of carbonic anhydrase activity in waters among different geological eco-environments of Yangtze River basin and its ecological significance

This study provides the presence of carbonic anhydrase(CA) activity in waters of the Yangtze River basin, China, as well as the correlation of CA activity with HCO-3 concentration and CO_2 sink flux. Different degrees of CA activity could be detected in almost all of the water samples from different geological eco-environments in all four seasons. The CA activity of water samples from karst areas was significantly higher than from non-karst areas(PP3-concentration(r = 0.672, P2 sink flux(r = 0.602, P = 0.076) in karst areas. This suggests that CA in waters might have a promoting effect on carbon sinks for atmospheric CO_2 in karst river basins. In conditions of similar geological type, higher CA activity was generally detected in water samples taken from areas that exhibited better eco-environments, implying that the CA activity index of waters could be used as an indicator for monitoring ecological environments and protection of river basins. These findings suggest that the role of CA in waters in the karst carbon sink potential of river basins is worthy of further in-depth studies.     

基于PSR模型的三峡库区生态经济区土地生态安全评价

针对三峡库区生态经济区土地资源的特点及所面临的主要问题,基于PSR框架模型的发展,构建了一套评价指标体系.采用熵权赋权法确定权重,运用土地生态安全综合模型,对该区域2003~2006年的土地生态安全综合指数进行了计算.结果表明,区域土地生态安全综合指数由2003年的0.134(敏感级)升高至2006年的0.269(临界安全级),整体生态安全状态呈好转趋势,土地所受的生态压力整体上有所加大.现有土地生态安全状况的改善主要依赖于对现有土地生态问题的治理.现阶段土地的生态压力依然严峻.对2003~2006年的土地生态安全变化进行分析显示,土地生态安全综合状况已进入快速改善阶段.     

我国典型海洋生态系统健康状况及生物多样性分析

基于海洋生态监控区的监测数据,本文分析了2004—2020年我国典型海洋生态系统的健康状况和部分海域海洋生物多样性的变化情况。结果表明,2020年20个典型海洋生态系统中有12个处于亚健康状况,7个处于健康状况,1个为不健康状况;12个河口、海湾、滩涂湿地生态系统均为亚健康或不健康状况;8个珊瑚礁、红树林、海草床中7个...     

改进生态位理论用于水生态安全优先调控

引进模糊数学隶属度的概念,改进了传统的生态位理论,以漳卫南运河流域上、中、下游的3个典型城市(县)(潞城市、新乡县与德州市)为例,计算其在12个资源轴不同梯度上的隶属度、生态位宽度与生态位重叠,并基于此分析了水生态安全的优先调控区与优先调控指标. 结果表明:①潞城市、新乡县、德州市的平均生态位宽度分别为1.332、1.441、1.289,说明新乡县在12个资源轴上均具有较强的适应能力,而德州市的适应能力最弱;潞城市、新乡县、德州市的平均生态位重叠分别为2.097、2.285、2.318,说明德州市与其他2个典型城市(县)在资源利用上具有相似性,尤其是德州市与新乡县在资源利用上具有较高的相似性,可能存在潜在竞争. ②3个典型城市(县)均对森林覆盖率、万元GDP用水量、水资源开发利用率的改变具有较强的适应性;3个典型城市(县)在人均水资源量资源轴上的生态位重叠最大,并集中于一个较窄的梯度区间内,可能会引发潜在竞争. ③德州市是漳卫南运河流域未来水生态安全保障的优先区和水生态安全改善的优先调控区,而人均水资源量、人均GDP、产水模数、城市环境用水所占比例等4个指标均可作为未来水生态安全改善的调控指标,其中人均水资源量是优先调控指标.      

北京市河流生态系统健康评价

伴随经济的快速发展,人类活动对河流生态系统的胁迫日益强烈,生态系统健康状况受到严重威胁.以北京市河流水系为例,于2020年秋季至2021年夏季在区域内101个样点进行了4个季度的野外调查,选取涵盖水文、水质、水生生物和栖息环境质量的34个评价指标,采用主成分分析和相关分析进行筛选,利用熵权法确定各评价指标权重,构建北京市河流生态系统健康评价指标体系,并对其健康状况进行评价.结果表明,北京市河流生态系统健康评价指标体系包括：水温、流速、BOD₅、NH₄⁺-N、Cu、浮游植物密度、浮游动物密度、底栖动物Shannon指数和BMWP指数、鱼类Shannon指数和栖息地质量指数11项指标.北京市河流101个点位中,健康状态占比4.95%,亚健康占比23.76%,一般及以下占比71.29%.河流健康状况具有较强的空间异质性,北部和西部地区河流健康状况良好,而中部及东南地区健康状况相对较差.单项指标评价结果显示,北京市河流水质状况整体尚可,为"亚健康-一般"状态,生物和栖息地状况评价均为"一般-差"状态,但水文状况堪忧,为差状态.北京市各水系评价结果显示,潮白河水系健康状况最好,永定河、大清河和蓟运河水系健康状态一般,北运河水系健康状况最差.维持河流生态基流,保障河流水系连通性,改善和恢复河流栖息地环境是今后北京市河流进行生态修复与保护需要重点关注的方面.     

干旱区内陆河流域土地利用程度变化与生态安全评价——以新疆玛纳斯河流域为例

以天山北坡玛纳斯河流域为例,在遥感与GIS支持下揭示了流域1989-2002年间土地利用程度变化状况,并进一步对流域生态安全进行了综合评价,最后分析了土地利用程度变化与生态安全的关系。结果表明：①玛纳斯河流域土地利用程度稳定上升,土地利用总体处于发展时期;②1989-2002年,流域生态安全状况整体有所好转,但局部生态环境出现恶化趋势;③流域土地利用程度综合指数在18~100间的区域生态安全等级有所提高,由1989年主体属于中警状态提高到2002年的预警状态;④不同土地利用程度下流域在较安全和预警状态面积之和有以下顺序：Ⅴ＞Ⅳ＞Ⅰ＞Ⅵ＞Ⅲ＞Ⅱ,表明Ⅴ级土地利用程度区即林草地是流域生态恢复和重建的首选和重要组成部分,而沙地则是生态环境治理的难题和关键。最后,提出了通过提高低利用程度区的土地利用程度来确保生态安全的观点。     

基于保护目标制定的湖泊流域入湖河流河段划分方法——以滇池流域为例

通过科学合理地划分河段实现栖息地分类管理是恢复流域生物完整性的重要内容之一.湖泊流域入湖河流空间尺度小、坡降大、生态学过程差异性显著的特点导致其河段类型复杂多样,与河流流域河段类型的大尺度特征具有明显区别,因此,河流流域河段划分指标及其方法不适用于湖泊流域,亟需发展以栖息地分类管理为目的的湖泊流域河段划分方法.本文通过回顾河流分类的概念、划分依据及划分方法的发展历程,明确了湖泊流域河段划分理论基础,提出了基于保护目标制定的湖泊流域河段划分方法,为恢复湖泊流域生物完整性提供了更为精细的管理单元.同时,以滇池流域为例,通过筛选与大型底栖动物敏感种群和濒危种群显著相关的环境因子,建立了由地貌类型、土地利用方式、河水来源、河道人工化情况及水体营养程度构成的指标划分体系;在实现各划分指标空间化的基础上,利用空间叠加聚类技术手段,将滇池流域入湖河流划分为9个河段类型,为滇池流域水生态系统健康恢复提供了科学依据.     

基于乡镇尺度的农田土壤中污染物来源解析及风险评价

大比例尺的区域土壤调查已经展开,但以乡镇为比例尺的调查很少,因此,本文以绵远河、石亭江两个水系流域乡镇的农田土壤为研究对象,在查明污染物浓度的基础上,对其来源及污染程度进行研究。相关性分析、聚类分析和因子分析的结果显示,两个水系流域农田土壤中污染物来源为自然源、交通源、农业活动源及工业活动源;绝对主成分得分-多元线性回归(APCS-MLR)模型解析结果与相关性分析、聚类分析、因子分析结果相符。生态风险评价表示两个水系流域农田土壤均受到中等程度的生态危害,其中Cd的风险程度最高,石亭江流域农田土壤中污染程度更为严重。     

Development and preliminary application of a method to assess river ecological status in the Hai River Basin, north China

The river ecosystem in the Hai River Basin(HRB), an important economic region in China, is seriously degraded. With the aim of river restoration in the HRB, we developed a method to assess the river's ecological status and conducted a preliminary application of the method.The established method was a predictive model, which used macroinvertebrates as indicator organisms. The river's ecological status was determined by calculating the ratio of observed to expected values(O/E). The method included ecoregionalization according to natural factors, and the selection of reference sites based on combinations of habitat quality and macroinvertebrate community. Macroinvertebrate taxa included Insecta,Crustacea, Gastropoda, and Oligochaeta, with 39 families and 95 genera identified in the HRB. The HRB communities were dominated by pollution tolerant taxa, such as Lymnaeidae, Chironomus, Limnodrilus, Glyptotendipes, and Tubifex. The average Shannon–Wiener index was 1.40 ± 0.5, indicating a low biodiversity. In the river length of 3.31 × 10~4 km, 55% of the sites were designated poor, with a bad ecological status. Among nine secondary river systems, Luan and Zi-ya had the best and worst river conditions,respectively. Only 17 reference site groups were selected for river management in the 41 ecoregions examined. This study lays the foundation for river restoration and related research in the HRB, and we anticipate further developments of this novel method.     

北京市北运河水系底栖动物群落与水环境驱动因子的关系及水生态健康评价

底栖动物可反映多种生态威胁对水环境的积累效应,与河流水生态系统健康状态密切相关.本研究以北京市典型流域北运河流域为例,基于2015年夏季野外采样调查34个站点水生态数据,对底栖动物群落特征进行分析,采用典型对应分析筛选得到水质驱动因子,利用临界点指示类群分析方法探究关键影响因子的指示物种及其阈值,并基于底栖动物完整性指数和综合指数法对水生态系统健康状况进行评价.结果表明,底栖动物群落以耐污的水生昆虫和软体动物为主,多样性水平较低,位于0～1.01之间;氟化物、生化需氧量、氨氮和总磷为底栖动物群落的关键水质影响因子;氨氮有4种正响应指示物种,其阈值范围为1.09～6.94 mg·L^-1,总磷有3种正响应指示物种,其阈值范围为0.48～1.27 mg·L^-1;健康评价结果表明全流域水生态健康评价结果总体较差,中上游健康状况相对较好,健康状况最好地区主要位于昌平区山区,健康状况最差地区主要位于朝阳区及中心城区.本研究结果可为河流生态修复和污染物控制提供依据,同时也为其他城市水生态文明建设提供参考.