基于生态系统服务的水生态足迹初步研究

传统生态足迹未将水资源纳入其核算体系。为了弥补这一不足,提出水（资源）生态足迹,其定义为生产一定人口消费的水资源及吸纳其产生的废弃物所需要的生物生产性土地的面积。介绍了我国水生态足迹研究在基础
理论和基本模型方面的现状,并分析了其存在的缺陷与不足：（1）囿于当前生态足迹定义,没有认识到人类在其生产生活中消费的水资源无法转换为生物生产性土地;（2）水资源均衡因子计算方法不同于其他均衡因子且不符合水生态足迹要求;（3）总的水生态足迹和水生态承载力以及水生态盈亏的计算也存在问题。提出解决问题的关键是将水生态足迹构建于水域的多种生态系统服务功能之上,其定义为提供一定人口消费的水生态系统服务所需要的土地面积。当前条件下,基于生态系统服务的水生态足迹包括渔业生态足迹、淡水生态足迹和水污染生态足迹3部分,并以此为基础提出了基于生态系统服务的水生态足迹的基本模型。该模型与当前水生态足迹模型的不同之处主要在于：（1）舍弃均衡因子;（2）同一土地类型取其最大值作为最终生态足迹;（3）不同土地类型只做分类比较而不进行加总计算。最后,提出了需进一步研究的几个问题     

基于ESEF的水生态承载力评估——以太湖流域湖州市为例

以基于生态系统服务的生态足迹(ESEF)为基础的水生态承载力评估方法,综合考虑了水量支撑、水质限定和水生态稳定三方面特征,从而实现了足迹方法对水生态系统承载能力的有效表征。然而,如何界定水产品、水资源和水污染足迹以及承载力之间的关系,是目前研究的重点和难点。以太湖流域上游湖州市为例,探讨了在考虑或不考虑水质标准与环境功能分类的情况下,如何利用求并集法或求平均值法进行基于ESEF的水生态承载力评估。研究表明,两种方法均反映出湖州市人们对水生态系统服务的消费需求超出了当地水生态系统的供给能力,需求与供给之间的差距对当地水生态系统的可持续性造成影响。综合考虑水产品供给、水量支撑和水质保障三方面因素,湖州市水生态系统可承载的人口与经济规模为现状水平的95%;如果增加对水质标准和环境功能分类的考虑,则湖州市水生态系统的承载能力仅为现状水平的79%。虽然求并集法的计算结果更有说服力,但是求平均值法则提供了在更小尺度上研究的可能。     

涑水河流域近18年土地利用/覆被变化及驱动力研究

本研究以涑水河流域的1990年和2008年两期TM影像为主要数据源,在ENVI和ArcGIS软件支持下,采用土地资源数量变化模型、土地利用转移矩阵和土地利用程度变化模型分析了涑水河流域18年间土地利用时空演变的情况及驱动机制。研究表明:涑水河流域林草地、耕地、建设用地呈现出较快增长的趋势,水域、未利用地呈现出逐渐减少的趋势;土地利用单一动态度变化不大,土地综合利用动态度为4.383。人口、政策以及城镇化经济增长是该流域土地利用/覆盖变化的主要驱动因子。     

基于二元水循环理论的水资源资产化管理框架构建

我国实行的是国家所有的水资源产权制度,在水资源的实际管理中存在多级代理和管理者短视行为等问题。水资源资产化管理作为解决管理者短视行为的重要措施引入到水资源管理中,然而由于相关理论的不足,相应措施沦为缺乏监督的政府间行为,并限制水资源资产市场机制的形成。本文考虑到水资源的多重功能,以及水资源资产与承担支撑社会经济功能的社会水循环通量的内涵一致性,将二元水循环理论引入水资源资产化管理的框架构建中去。本文根据资产的定义和水资源的功能界定了水资源资产的内涵,并发现其与社会水循环通量的重合,提出这部分水资源可以作为水资源资产进行管理,并总结了二元水循环耦合水资源资产化管理中的水资源资产界定、监管体系、用途管制以及产权界定方面的路径。在此基础上,本文辨析了水资源资产管理与水资源管理的关系,认为水资源资产管理与传统的水资源管理组成水资源管理,水资源资产管理弥补了传统水资源管理上的不足。在分层管理上,提出传统水资源管理作用于宏观、中观管理,水资源资产管理作用于微观管理的机制。此外,根据二元水循环理论中的社会水循环过程,将其权属进行分解,并结合各部门的社会水循环机制对水资源资产化管理进行了设计。     

长江中游湿地系统驱动关系的演变及保护展望

简要介绍了长江中游湿地的概况,分析了湿地演变的现状。在自然和人为因素长期、综合作用下,长江中游湿地发生了显著的不合理演变,主要表现在：湖泊面积减少,湿地功能下降;湿地资源的过度和不合理利用,生物多样性下降;湿地环境污染日益严重;湿地整体价值受损。重点对湿地系统演变过程中的几个关键驱动关系进行了探讨,包括江湖关系、蓄泄关系、湖垸关系和山湖（河）关系等。在此基础上,针对长江中游湿地演变的现状和利用保护过程中存在的问题,从流域综合管理角度出发,对长江中游湿地的保护进行了展望,提出了基于流域管理思想的长江中游湿地保护对策和措施,主要包括：加强流域统一协调管理;遵循流域管理原则,理顺湿地系统的各种关系,做好湿地生态规划;加强流域生态管理模式研究;加强长江中上游流域水土流失的综合治理;加强自然保护区建设和管理,保护湿地生物多样性。     

基于水足迹的流域生态补偿标准模型研究

流域水资源是一种公共物品,其系统的整体性以及资源外部性等特征要求各相关区域应共同承担环境保护.如何衡量各区域水资源开发利用与环保投入的关系,建立合理的生态补偿标准模型,已成为流域管理研究领域普遍关注的问题.本文运用水足迹理论和方法,界定流域水足迹内涵,通过反映流域沿岸各区域水生态服务耗费情况判断分析水生态系统安全状态,提出流域生态补偿标准计量流程及不同情况下的流域生态补偿标准测算模型,从而客观、准确地量化流域生态补偿额度,为管理者正确分析和解决流域各区域间利益冲突提供科学的决策依据与支持.同时本文以碧流河为案例,收集并分析了2002-2006年间碧流河沿岸各行政区水足迹和环保投入情况,理清各区域生态系统状态及相互关系,计算补偿标准,进而验证模型的可行性.     

流域水生态承载力研究的起源和发展

流域水生态承载力的研究是近几年来从水生态的角度解决流域可持续发展问题的有效手段。通过文献综述的方法,从流域水生态承载力的起源和发展入手,对流域水生态承载力的理论基础,与相关已有研究的区别和联系进行了探讨,并对流域水生态承载力的进一步研究进行了展望。从起源上看,承载力理论、可持续发展和生态足迹理论、流域生态学理论分别是流域水生态承载力研究的基础、落脚点和支撑。从发展上看,水生态承载力是水资源和水环境承载力的有机结合和深化。从测度和评价方法上看,第一生产者的净初级生产力方法、生态足迹法、可持续发展指标法和生态系统健康等生态承载力的测度方法为流域水生态承载力的评价奠定了基础。目前流域水生态承载力的研究尚处于初级阶段,今后不论是在理论探讨还是模型应用中均应进一步体现人类与自然和谐共存的根本目的以及水体质、量辩证统一的规律,通过物质、能量、信息、空间和时间五位一体的研究方法,使流域水生态承载力的研究更具有实践意义     

基于PSFR模型的东江湖流域生态安全评价

基于PSFR(压力-状态-功能-响应)框架模型,从社会经济影响、水生态健康、生态服务功能、水环境与水资源调控管理4个方面,选择15个大项,46个小项建立了东江湖流域生态安全评价指标体系。在专家打分和层次分析法的基础上确定指标权重,并采用加权叠加、分类分级的方法定量化地评价了东江湖流域生态安全指数。研究结果表明,东江湖流域生态安全指数为79,处于安全水平,但还未达到很安全的理想程度。影响东江湖流域生态安全的劣势因子主要是水环境与水资源调控管理和社会经济影响因素,包括污染治理、水利工程、矿产开采、流域污染负荷等。完善流域环境基础设施建设,建立流域环境治理和监管体系,是提高流域生态安全,实现东江湖流域可持续发展的重要途径。     

湖北省生态系统服务协同权衡时空差异及归因分析

快速城镇化进程导致生态系统服务功能日益下降,如何促进城市扩张和生态保护的协调、可持续发展成为热点话题。现有研究多采用相关性指标测度单期生态系统服务间协同权衡特征,较少兼顾动态关系识别与作用强度测定。以湖北省为例,测定2010、2020年两期产水、食物供给、生境质量和土壤保持4项生态系统服务,构建动态权衡协同度(DESTI)量化2010～2020年间生态系统服务变化量的权衡/协同关系的强度及方向,引入最优参数地理探测器识别自然与社会因子对其驱动机制。结果表明：(1)2010～2020年,除生境质量外,食物供给、土壤保持和产水3项生态系统服务功能均呈递增态势;(2)4项生态系统服务间动态协同权衡的强度和方向在空间上存在显著差异;(3)动态协同权衡度受自然因素(日照时数、降雨)和土地利用类型的驱动作用明显,自然经济交互作用也增强了协同权衡的空间差异。研究全方位明晰了区域动态协同权衡的空间特征、作用强度与驱动机制,提出的管控措施有助于区域生态经济的协同发展。     

关于长江流域生态环境系统演变与调控研究的思考

长江流域丰富的资源、发达的经济、独特的自然特征、复杂的人地关系和严重的生态环境态势 ,决定了开展长江流域生态环境系统演变与优化调控研究 ,在国际流域科学研究和我国可持续发展研究中的重要意义。本研究的关键科学问题是 :流域生态环境系统的演化过程与退化机理及其主要驱动力 ;山—河—湖—海互动规律及其耦合关系 ;流域各子系统间的物理通量 (水、沙等 )和化学通量 (碳、氮等 )的传输和循环机理 ;流域资源和环境的承载力及流域生态安全的调控和管理等。主要研究内容包括 :流域生态环境系统演化规律及动力学 ,流域山—河—湖—海的互动规律及耦合机理 ,流域物化通量的传输过程与循环机制 ,重大生态环境问题的成因与退化生态环境的修复途径 ,流域生态环境系统的结构、功能的区划与制图 ,保障流域生态环境系统安全的优化调控与管理等。用地球系统科学的思想为指导 ,从流域整体演化角度着手 ,广泛收集各种资料 ,采取最先进的技术方法 ,强调点、线、面调查结合 ,定性与定量分析结合 ,自然演化系统与社会行为系统的结合等 ,是本项研究的主要技术途径     

鄱阳湖枯水水位及流速时空分布模拟

大型通江湖泊鄱阳湖水文节律独特,水位和流速是其生态系统功能维持的关键因子。为探究其水位和流速时空特征,基于EFDC(Environmental Fluid Dynamics Code)模型,利用五河及湖口水文数据、气象数据及湖底高程作为输入条件,模拟出鄱阳湖的枯水水文统计年(2010-07-01~2011-06-30)水位和流速时空变化过程。模拟结果表明:(1)星子等4个站点拟合程度较好(r20.85),达到了复杂湖库水动力模拟的精度。(2)高水位期,湖区水位空间分布无明显差异,水深直接受湖底高程影响,自上游至下游呈逐级递增;低水位期,鄱阳湖水位在空间上出现明显差异,湖区外缘水位至入江水道逐级递减,水深分布空间差异不大,仅入江水道处水深明显高于其他水域。(3)流速也包括一系列时空变化特征,如高水位时期流速小于低水位时期;除大水面时期外,深水道流速大于主湖区;高水位时期上游流速略高于下游,但其他月份,北部入江水道流速均大于南部湖区等。(4)流速与水位关系密切,且不同水位对应流速大小及分布有所差异。鄱阳湖枯水水位和流速模拟分析可为大型湖库枯水水情管理提供科学参考和辅助决策支持。     

三峡水库调节典型时段对洞庭湖湿地水情特征的影响

洞庭湖与长江联系紧密,三峡工程运行将改变洞庭湖的水文过程,影响湖泊湿地生态系统。为了评估三峡工程运行对洞庭湖湿地的水文影响,选取水文情势变化大且可能对植被生长产生重大影响的汛末蓄水和汛前腾空两个时段,运用反映江湖水动力交互的水动力学方法计算了三峡水库不同调节流量下湖泊水位与流量的变化特征,并结合湖泊高程和面积关系曲线,分析了不同增减下泄流量对洲滩湿地淹没出露的影响。结果表明,洞庭湖吞吐长江,复杂的江湖水动力交互作用使得湿地水文过程变化有明显的非线性。在恒定流条件下,汛末蓄水减泄4 000 m3/s流量可使城陵矶水位降低1 m。同样抬高1 m水位,汛前腾空约需增泄3 500 m3/s。在空间分布上,三峡水库调节对洞庭湖水情影响具有明显的异质性,受江湖关系和湖盆地形的影响,与长江水力联系紧密的东洞庭湖、南洞庭湖东部和西洞庭湖北部受三峡水库调节影响大,而西洞庭湖南部影响较小     

长江下游典型水域湿地近百年变化分析

湿地是水域和陆地系统交互接壤地带形成的一种特殊类型的生态系统,具有十分重要的生态服务功能。长江中下游地区分布着以湖泊和河流湿地为主的大面积湿地,同时也是人口密集区,水域湿地在近百年发生了巨大变化。选择长江下游太湖平原上的典型湿地为例,根据历史史料记载和近代精确的地形图、遥感资料,首次得出了研究区近百年水域湿地的精确面积和空间分布状况,并对影响其变化的因素进行了分析。对揭示长江下游湿地环境的变化规律做了有益的探索。     

河流生态用水综合评价

为完善河流生态用水综合评价,从水循环中河流生态用水角度出发,以河流水量收支平衡规律为理论基础,考虑河流本底水质,采用本底水质、排放水质和河流控制目标污染物浓度表达河流生态新污径比,并推导出污水排放允许极限值,深入探讨了河流生态用水的质与量综合评价,改进了二元循环下河流生态用水的水量水质计算方法和河流生态用水的综合评价新标准,进一步完善了河流生态用水质与量综合评价模型。用此模型对黄河2002～2005年为例进行实力分析,结果表明：①在污水一级达标排放和不调水情况下,黄河生态用水水量比例在335%～545%,在Tennant等级中为较好状态,但水质不满足要求,bo>Blim;②在污水深度处理达到95 mg/L（COD）,不调水情况下,黄河生态用水质与量满足生态环境需水要求,综合评价合格;③在污水一级达标排放和南水北调调水40亿m3情况下,黄河生态用水水量比例有较大提高,综合评价合格。这说明,黄河生态用水问题不仅是水量短缺,而且水质问题更加严重。     

鄱阳湖水生态安全现状评价与趋势研究

通过收集整理鄱阳湖社会经济、生态环境和水环境资料,运用PSR模型、层次分析法和综合指数法确定鄱阳湖现状年的水生态安全度并预测鄱阳湖水生态安全发展趋势。结果表明：城镇生活污水处理率、农业化肥施用量、万元GDP用水量、鄱阳湖水质、钉螺面积等指标对鄱阳湖水生态安全有较大影响;鄱阳湖现状（2005年）水生态安全度为0.513 3,属于“基本安全”;2010年鄱阳湖水生态安全度为0.565 1,较2005年有所提升,但仍属于“基本安全”的范畴;近期内,鄱阳湖水生态安全度将在“基本安全”的范畴内波动。随着湖区周边经济社会的发展,环境压力的不断加大,若维持现有的保护力度,则鄱阳湖水生态安全的变化趋势不容乐观。应对环境压力的响应措施不足,主动保护水生态系统的行为或意识较为欠缺,是导致鄱阳湖水生态安全等级不高的主要原因。     

鄱阳湖出流水质2004~2014年变化及其对水位变化的响应:对水质监测频率的启示

通过对鄱阳湖湖口2004~2014年以周为单位的水质指标,包括溶解氧（DO）,氨氮（NH₄⁺-N）和高锰酸盐指数（COD_Mn）的变化特征及其与水位响应关系进行分析,并对合理的监测频率进行了探讨。结果表明：（1）就DO,NH₄⁺-N和COD_Mn而言,鄱阳湖出湖水质在2004~2014年没有显著恶化的趋势,然而在年内呈现明显的周期性变化,其浓度与湖泊水位波动有较显著的负相关性（p<0.01）,相关系数分别达到-0.63,-0.67和-0.36;（2）考虑水质指标在湖相状态与河相状态存在显著的差异（p<0.01）,概率密度分布曲线进一步表明,在鄱阳湖呈湖相时,湖口NH₄⁺-N浓度小于0.25 mg/L的概率为93%,而在河相时仅为32.8%。DO与COD_Mn浓度在河湖相的特征与NH₄⁺-N相似。因此,在湖相状态下,鄱阳湖出流水质良好的概率更大,而高水位下的稀释作用可能是影响湖泊年内变化的主要控制因素;（3）时间序列分析表明DO,NH₄⁺-N和COD_Mn存在明显的自相关性,1~2月一次的监测频率基本能够准确的描述NH₄⁺-N和DO的动态变化特征,而COD_Mn仍需要1~2周一次的监测,从而避免过多的损失动态信息。能够为将来更深入的研究湖泊水情与水质定量关系提供基础和思路,从而为湖泊水环境管理和调控提供对策和建议。     

跨国界河流、跨流域调水与我国南水北调的基本问题

跨国界河流常是当今国与国水资源矛盾与冲突的发源地。在水资源空间分布不均衡背景下,跨流域调水是解决地区性水资源短缺的有效途径之一;然而,它同时也导致一系列社会经济与资源环境等问题。本文论述了主要跨国界流域中有关国家围绕水资源展开的矛盾与冲突,谈判与妥协。     

鄱阳湖湿地现状问题与未来趋势

近年来鄱阳湖秋冬季水文呈干枯态势,湿地生态系统及其关键因子也发生了变化。如何合理保护和利用鄱阳湖湿地引起各方关注。系统综述了鄱阳湖湿地生态系统在水文、江湖关系、水质、水鸟栖息地、渔业资源等方面存在的问题,梳理了引起这些问题的外部和内部因素。针对"一切照常"和"水位调控"两种情景,预测了湿地未来的变化趋势,并指出了当前研究中的不确定性问题。研究认为:鄱阳湖秋冬季的低枯水位,对水质、湿地植被、水鸟栖息地以及鱼类食物资源和"三场"(即:产卵场、洄游通道、索饵场)产生了一定不利影响。建议通过模型模拟和情景预测来分析不同调控方案的影响效果,优化调控方案、将生态系统的负面影响降到最低。     

武汉市生态系统服务功能对城市用地扩张的响应机理

针对当前生态系统服务功能对城市用地扩张过程响应机理研究的不足,以武汉市为例,定量计算区域重要生态系统服务功能价值,探究城市用地扩张过程对生态系统服务的影响机理。结果表明:(1)1990～2015年,除水文调节的价值在2000～2005年略有增长,其余生态系统服务功能价值均呈负增长,降幅最大的是食物供给;(2)人口增长带来的生态系统服务功能的需求压力远远大于城市用地扩张对生态系统服务的直接破坏;(3)城市用地扩张对食物供给的破坏程度最大,对水文调节能力的破坏程度次之,对生物多样性和土壤保持的破坏程度相对较低。武汉市在未来的城市用地扩张中,应禁止侵占水域和森林的面积,调整农田的侵占结构,提高建设用地集约利用水平。