流域生态风险评估方法研究——以太湖流域为例

在分析流域生态风险发生机理的基础上,根据风险评估框架,从风险评估三要素风险源-生境-受体出发,构建了危险度-脆弱度-损失度流域生态风险评估技术体系,主要包括综合模型的构建、指标体系选取、等级体系划分与评估单元确定等内容,并以太湖流域为例进行实证分析, 结果表明:太湖流域生态风险整体以中等风险为主,呈升高趋势,与2000年相比,2008年高、较高生态风险所占面积比分别增加了0.39%和5%.实证分析基本验证了模型及方法的科学性和可操作性.     

基于生态系统服务均衡性视角的生态风险评估及管控优先区识别——以兰州市为例

生态系统服务是生态安全的前提和保障,将生态系统服务纳入生态风险评价,是当前生态风险评价研究的热点和前沿.本文以河谷型城市兰州市为例,首先采用InVEST模型评估研究区水质净化、水源供给、土壤保持3种生态系统服务.在此基础上,从均衡性发展视角,基于栅格单元构建区域生态系统服务综合指数算法,合成区域内各类生态系统服务,并分析兰州市综合生态系统服务时空特征.最后,结合生态系统服务正向逆向转化指数和传统生态风险模型,构建基于生态系统服务逆向转化的生态风险评估模型,从生态系统服务均衡性视角对兰州市生态风险进行评估,并识别管控优先区.结果表明：①2005-2015年,兰州市生态系统综合服务整体向好的方向发展,2005、2015年生态系统服务综合指数分别为0.15、0.12.其中,水源供给服务和土壤保持服务整体呈显著增加趋势,水质净化服务相对稳定.②兰州市发生生态系统服务逆向转化的生态系统以1、2、3级低生态风险为主,不同等级风险呈圈层递减的分布格局,不同等级的生态风险在各县区的分布差异较大.③生态风险管控的优先次序是：榆中县、皋兰县、永登县、红古区、西固区、七里河区、城关区、安宁区.其中,榆中县和皋兰县3级及以上风险区占比大于25%,属于重点优先管控区域,永登县是次重点优先管控区域.最后结合《甘肃省主体功能区规划》初步探讨了兰州市生态风险管控策略.     

人类活动对流域生态健康影响风险评估方法研究:以呼伦湖流域为例

随着社会经济的快速发展,我国多数流域受到了不同程度的人类活动影响,并导致了水体污染、生物多样性退化等一系列问题,流域生态系统健康已成为制约我国经济社会可持续发展的突出因素之一.因此,开展人类活动对流域生态健康影响风险评估方法研究具有重要意义,也将对我国未来流域生态环境保护及建设的决策指导起到重要的作用.该研究以旱寒区呼伦湖流域为研究对象,基于人类活动、生态格局、生态功能和生态压力等多个角度,通过构建科学合理的流域人类活动-生态系统评价指标体系,并结合交互风险评估矩阵,开展人类活动对流域生态健康影响风险评估.结果表明:①呼伦湖流域GDP和人口主要分布在海拉尔区和满洲里市周边,其他区域GDP强度和人口强度较低;②呼伦湖流域GDP强度指标有2个子流域分别处于40~60和60~80之间,人口强度指标有1个子流域处于60~80之间,2个子流域处于40~60之间,生态系统指标有8个子流域处于60~80之间,其余子流域均大于80;③呼伦湖流域32个子流域中,有30个子流域处于低风险状态,面积占全区域的98.62%,另有2个子流域处于中等风险状态,面积占全流域的1.38%,研究区域内无高风险子流域.研究显示,该研究提出的评估方法可以有效评估人类活动对流域生态健康影响的风险,有助于明确流域生态健康主要影响因素及系统变化的内在驱动机制,从而为流域尺度生态环境保护及可持续发展提供理论依据与技术支持.      

WWF水风险评估工具在中国的应用研究——以长江流域为例

针对中国目前的水资源、水环境的现状以及流域水资源管理、信息统计等特点,将世界自然基金会(WWF)和德国投资与开发有限公司(DEG)提出的水风险评估指标做了本土化调整,建立了适应中国国情的流域水风险评估指标体系.采用5 级5 分制计算每个指标的评分值,对部分指标的权重和计算方法做了调整,并采用综合指数加权求和法计算综合评分值.选取长江流域及其所辖的7 个二级分区进行了水风险评价.结果表明,2010 年长江流域及其二级区的水风险评分值均在1.1~1.8 分之间,风险等级为Ⅱ级,属低风险区;各二级区的风险存在一定的差异,其中,太湖水系和汉江属Ⅱ级区中评分值较高的流域,嘉陵江的评分值最低;不同指标分类对流域水风险的贡献率不同:影响较大的是物理风险,贡献率在45%~60%左右;其次是监管风险,贡献率在21%~32%左右;最小是声誉风险,贡献率在25%以下.最后,结合我国水风险评估过程中出现的新问题,展望了本领域的发展趋势.     

基于环境风险系统理论的长江流域突发水污染事件风险评估研究

长江流域大型石化项目、化工园区、危险化学品港口码头等环境风险源数量多,流域内分布有众多涉水的国家级自然保护区、饮用水水源地保护区,存在高风险企业与饮用水源保护区交叉分布、危险化学品运输航道穿越水源地保护区等现象,布局性突发水环境风险突出。基于环境风险系统理论和长江流域突发水污染事件风险特征,建立了涵盖环境风险源强度、环境风险受体易损性、排污通道扩散性指标的长江流域突发水污染事件风险评估指标体系,提出了指标量化方法与区域突发水污染事件风险评估模型,并结合GIS技术开展了长江流域突发水污染事件风险评估与结果可视化展示。在流域突发水污染事件风险评估的基础上,进而提出了优化长江流域风险源布局和严格高风险区域管理的环境风险管控建议。     

基于生态系统水平的河流风险评价

现有的生态风险评价方法主要围绕特定物质或特定受体,难以用于以生态系统为对象的管理.本研究依照系统生态学与复杂系统的理论概念,采取以“生态系统服务”作为生态系统水平的风险评价终点的做法,通过量化外界压力与生态系统服务的“压力-响应”模式,建立了基于生态系统水平的生态风险评价方法,并以黄河为案例说明这一方法的应用.结果显示,黄河生态系统的保护需要重点关注中下游河段,主要的风险源为城市和农业面源,需要重点保护生境及生物类目标.结果表明所建立的评价方法可为促进基于生态系统的河流管理提供技术支持.     

唐山市南湖生态示范区景观生态风险评价

经过一系列生态修复工程建立的南湖生态示范区,对唐山市的生态环境具有决定性作用,但作为人工景观其敏感度较高. 根据历史资料、遥感资料、地理信息系统(GIS)和动态监测数据,运用景观生态学原理对该区域进行景观分析和生态风险分析. 以该区域的生态系统为受体,对南湖生态示范区主要生态风险源进行分析和识别,包括干旱、沙尘暴、水土流失和污染. 选择景观生态学中的指数作为风险评价指标,对风险源可能造成的生态系统损失进行度量,并利用层次分析法计算各风险源的权重. 利用GIS将该区域划分为351个斑块,利用综合生态损失度和综合风险源概率,计算各风险小区的风险值,并根据风险值分级,绘制该区域综合生态风险评价图,完成南湖生态示范区景观生态风险综合评价,为该区域生态风险管理对策提供理论依据.      

青藏高原生态风险及区域分异

全球变化背景下,青藏高原生态系统受到自然、人为双重影响和威胁,生态风险日益加剧。针对生态风险源、脆弱性以及风险管理能力选取30个评估指标,利用生态风险评估优化模型,综合评估了青藏高原的生态风险,并得出如下结论：青藏高原生态风险总体处于较低水平,以低和极低生态风险为主,共占研究区面积的55.84%;极高风险主要分布在北部高山和极高山地区,中等风险主要分布在高原北部以及高原的西部和西南部地区,中、高生态风险在空间分布上形成一个“C”字形结构;青藏高原生态风险整体受自然主导因子控制,人为对生态环境的影响不容忽视,协调和降低青藏高原人类活动区域人类对生态环境的影响,是今后规避生态风险的重要途径。     

长江流域2000—2015年生态系统质量及服务变化特征

分析生态系统质量与服务现状及变化特征,有助于准确了解流域生态系统状况与趋势,为流域生态保护与修复的高效管理提供参考依据.采用相对生物量密度与相对植被覆盖度指数以及生态系统服务（土壤保持、防风固沙、洪水调蓄、粮食生产）评估模型,评估2000—2015年长江流域生态系统质量及服务变化特征.结果表明:①2000—2015年,长江流域森林、灌丛以及草地生态系统质量提升显著,56.56%的森林、45.65%的灌丛以及19.26%的草地生态系统质量得到不同程度的提高.②研究期间,长江流域粮食生产、洪水调蓄、土壤保持、防风固沙均呈显著上升趋势,其中粮食生产能力增加13.7%,洪水调蓄功能提升10.1%,土壤保持服务提高19.5%,防风固沙总量增加30.0%.③长江流域生态系统质量不高,处于低与差质量等级的生态系统面积比例在25%~35%之间;受不同类型的自然和人类活动影响,长江流域生态系统质量与服务均存在局部退化现象.研究显示,在生态质量与服务评估的基础上,分区域、分类型实施不同的生态系统保护与恢复途径,是今后长江流域加强生态系统管理的重要途径.      

龙岩市不同利用类型土壤及农作物Pb、Cd和As污染风险与贡献分析

以龙岩市2个典型地块为研究对象,采集了土壤样品174件及谷物类样品87件,利用污染指数法、 Hakanson潜在生态风险指数法和美国EPA人体暴露风险评价模型开展不同利用类型土壤及农作物Pb、 Cd和As的污染评价、生态风险评价和不同暴露途径下的健康风险评估,并对比分析Pb、 Cd和As对土壤及农作物污染风险的贡献.结果表明,Ⅰ区不同利用类型土壤及农作物Pb、 Cd和As的污染等级较低,Cd是主要土壤污染和生态风险因子,对土壤综合污染和综合潜在生态风险的贡献率分别为55.3%和60.2%.Ⅱ区土壤及农作物Pb、 Cd和As的污染等级较高,Pb和Cd是主要土壤污染和生态风险因子,对综合污染的贡献率分别为44.2%和51.6%,对综合潜在生态风险的贡献率分别为23.7%和67.3%.Pb是主要农作物污染因子,对薏米和水稻综合污染的贡献率分别为60.6%和51.7%.经口-土壤暴露途径下,2个典型地块土壤Cd和As对成人和儿童的致癌风险均在可接受范围内,Ⅰ区土壤Pb、 Cd和As的非致癌风险较小,Ⅱ区3种污染物对总非致癌风险的贡献率为：Pb(68.1%)>As(30.5%)>Cd...     

基于双模型的星云湖沉积物重金属溯源及风险评价

为了解星云湖沉积物中重金属污染现状,并为湖区污染防治提供理论依据,通过分析湖区表层沉积物中Cu、Zn、Pb、Ni、Cr、Cd、As、Hg等重金属含量,研究了其风险特征及污染来源组成.结果表明:①仅Ni、Cu含量尚未超过星云湖的背景值,其余元素均出现累积,Hg含量是星云湖背景值的2.13倍,潜在生态风险最高.②星云湖沉积物中重金属的空间分布与入湖河流和湖盆地势相关,表现出由河流输送向湖心扩散的趋势,高浓度区均分布在湖心深水区和特定河口位置,Hg的分布异于其他元素,呈西北湾>南部>中部的特征.③西北湖湾潜在生态风险最高,Cd、As是主要贡献元素.④星云湖沉积物中重金属主要来自自然源（占比为43.32%）、工业源（占比为25.89%）、农业源（占比为20.52%）和交通源（占比为10.27%）.研究显示,星云湖自然源重金属污染贡献最大,人为源相对较低,但湖区重金属污染处于较高水平.星云湖的重金属污染生态风险可能会持续加剧,其中Hg是污染防控的重点.      

白洋淀表层沉积物重金属形态分布特征及生态风险评价

为了研究白洋淀全域表层沉积物重金属污染程度,采用BCR 3步提取法分析了沉积物中6种重金属（Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn）的含量及其赋存形态,讨论了6种重金属的生物可利用性大小,并运用次生相与原生相比值法（RSP）、潜在生态风险指数法（RI）和聚类分析进行了生态风险评价及重金属污染来源探讨.研究表明,白洋淀表层沉积物中重金属Cd和Cu含量均值分别达到背景值的2.9倍和1.3倍.Cd的可交换态及碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态的质量分数达到51.20%,生物可利用性较大;Pb主要赋存于铁锰氧化物结合态;Cr、Cu、Ni和Zn以残渣态为主要的存在形式.白洋淀的首要污染因子是Cd,整体面临较高Cd风险.圈头片风险最高,端村片风险最低;南刘庄片区域内风险相差较大,其中N4为白洋淀全域最高风险点.源解析结果显示,Cd、Cu、Pb和Ni受人类活动因素较多,Cr和Zn则更多的受到自然因素影响.     

城市水源地生态风险评价

鉴于保护城市水源地的重要性,参考美国环境保护署(US EPA)的生态风险评价导则,提出城市水源地生态风险评价的基本方法,该方法将城市水源地生态风险评价分为研究区的界定、受体及评价终点分析、风险源分析、暴露及危害分析、综合风险评价等步骤. 以贵阳市的主要水源地——红枫湖为例进行生态风险评价,将红枫湖分为南湖、中湖和北湖3个研究区域,识别出主要生态风险源为点源污染源、面源污染源、湖泊沉积物、酸沉降、干旱和石漠化等. 以水质变化为评价终点,通过暴露、危害分析,采用基于因子权重的评价方法进行综合评价. 结果表明:南湖的生态风险值最高,为0.632 4;北湖的风险值为0.344 9;中湖的风险值相对较低,为0.333 5. 研究还发现,对红枫湖生态风险值贡献较大的因子为红枫湖湖水营养物P和沉积物中的重金属,二者的权重分别为0.205 9和0.175 1. 应用该方法可以找出对水源地危害较大的生态风险因子,更好地保护水源地.      

基于“生态水位-水质-水源地”协同作用的地下水环境风险评价方法研究

地下水生态水位、地下水水质和地下水水源地是地下水环境的关键敏感属性,而现有关于地下水环境保护的研究多侧重于污染风险评价,常忽视地下水生态水位作为环境要素综合风险的重要性.为突破以往地下水风险评价中以污染要素为主的现状,在区域尺度针对地下水污染及地下水水位变化导致地下水系统生态服务功能失衡等问题,提出以地下水生态水位、地下水水质和地下水水源地作为风险受体,综合研究地下水系统对地下水风险源的暴露途径及响应关系,采用地下水防污性能指数指征地下水环境的空间差异性,构建了基于“生态水位-水质-水源地”协同作用的GERRM模型（地下水环境相对风险模型,groundwater environmental relative risk model）,定量描述地下水污染和地下水水位突变耦合的地下水环境风险,并将建立的方法在下辽河平原进行案例研究.结果表明:①Ⅳ、Ⅴ级风险区主要位于化工企业、危险废物填埋场周围一定范围区域及沈阳市地下水水源地保护区和生态水位敏感性较高区,面积为2 107.33 km2,占总面积的8.93%.②Ⅰ、Ⅱ级风险区主要为农田种植区、林地种植区和农业城镇建设区,面积为17 704.51 km2,占总面积的75.01%.研究显示,GERRM模型适用于区域地下水环境风险评价,下辽河平原区化工企业、危废填埋场周围一定范围区域以及沈阳地下水水源地保护区相对风险最高,需采取相应的管理保护措施.      

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.     

辽东湾海水中PAHs分布与来源特征及风险评估

为研究辽东湾海水中PAHs（多环芳烃）的分布、来源与生态风险状况,分别于2014年和2015年对辽东湾及其海上石油开发活动密集区表层海水样品中16种PAHs进行了调查研究,通过统计学分析方法对调查结果进行分析,并采用风险商值法对辽东湾海水中PAHs的生态风险进行评估.结果表明:辽东湾海域及其海上石油开发活动密集区海水中ρ（∑PAHs）平均值5月和6月明显高于8月,其中ρ（Nap）（Nap为萘）最高,为20.6~288.5 ng/L;其次为ρ（Phe）（Phe为菲）,为19.2~59.5 ng/L.表层海水中PAHs均属于轻度-中度污染,高值区主要分布在辽东湾西南部海域、辽河口和大辽河口附近海域以及金州湾和普兰店湾附近海域,海水中低分子量芳烃占主导优势;异构体比值分析表明,辽东湾海水中PAHs存在石油来源;BbF（苯并[b]荧蒽）为高风险PAHs单体,高分子量芳烃对生态风险贡献最大,贡献百分比为50%~82%.研究显示,辽东湾海域及其海上石油开发活动密集区均属于中等生态风险.      

基于价值—风险的黄河上游生态功能区生态分区建设

黄河上游地区生态环境脆弱,水土流失和土地退化等生态环境问题不断威胁着生态系统健康与人居环境质量。为探究黄河上游生态功能区生态环境安全状况,本文基于2000年、2010年和2018年的土地利用数据,借助生态系统服务模型、生态风险模型,定量分析了生态系统服务价值和生态风险指数的时空演变规律,并通过Z-score标准化的方法建设了四类生态分区。结果表明：（1）研究期内,各土地利用类型均发生不同程度变化,其中建设用地由于耕地和草地的转入增加最显著,增长面积为118 km²,增长率为46.36%。（2）研究区总体服务价值变化程度较小,生态系统服务以调节服务为主且草地提供价值最高。高服务价值区主要分布于临夏州西南部和卓尼县等植被覆盖度较高的地区。（3）研究区生态风险水平总体偏低,整体呈现“南北两端高、中间低”的分布特征,其中低、较低生态风险区占总面积的76%以上。（4）四类生态分区均发生了较小的变化,表明生态分区处于较为稳定的发展状态。不同生态分区的空间分布连续性差,其中以高生态系统服务价值—高生态风险区（I）最为典型。通过生态系统服务与生态风险（价值—风险）建设生态分区,可为协调区域人地关系与明确未来发展方向提供理论基础。     

高分辨率数据驱动的流域非点源污染输出风险评估方法

近年来,非点源污染已成为我国部分水库水质恶化的主要原因.以潘家口水库流域为例,引入动态降水因子和地形因子改进经典的输出风险模型,结合高分辨率的卫星反演降水产品(GPM)和高分六号卫星影像,建立高分辨率数据驱动的非点源污染输出风险评估模型,开展潘家口水库流域的非点源污染输出风险时空分布特征研究.结果表明,研究区2018年非点源污染输出风险较高,其中氮元素污染输出高风险和较高风险区约占流域总面积的70.6%,磷元素污染输出无高风险区,较高风险区约占流域总面积的21.9%.分析流域非点源污染输出风险时空分布特征,发现4～9月潘家口水库流域非点源污染输出风险呈现先增后减趋势,在7月和8月最高,与流域降水时空分布一致;结合土地利用分布特征分析,流域上游以耕地为主,城市集中在流域下游,受农业生产和人类活动的影响,这些区域的非点源污染输出风险较高.针对非点源污染输出风险时空分布特征,应制定合理的农业施肥方式,规划非点源污染“源-汇”景观布局以及建设植被缓冲带.     

泉州市大气降尘中金属元素污染特征及来源解析

测定了泉州市不同功能区大气降尘中23种金属元素的含量,采用多种方法对其富集程度、污染水平及生态风险进行评价,并用多元统计分析法结合Pb、Sr同位素示踪对污染来源进行解析.结果表明:泉州市大气降尘中不同金属含量空间分布差异较大;富集因子和地累积指数表明,Cd、Hg、Zn、Ca、Pb、Cu、Ni、Sr的富集程度及污染水平相对较高;生态风险指数显示,所有功能区的多元素综合潜在生态风险程度极高,由高到低顺序为工业区交通繁忙区商业区居住区风景区农业区;Cd和Hg的潜在生态危害程度极高,二者对综合潜在生态风险指数的贡献达95.56%.多元统计分析结果表明,V、Fe、Ba、Bi、Ni、Sr、Pb、Cs、Sc、Zn、Cd主要来源于工业污染和交通排放,Th、U、Rb、Y、Ti主要来源于土壤尘,Li、Mn、Cu、Hg、Cr、Co、Ca主要来源于燃煤.铅同位素三元混合模型计算得到降尘中铅来源主要为土壤母质(29.41%~64.00%)、燃煤尘(22.53%~60.48%)和汽车尾气(3.13%~13.47%);87Sr/86Sr和1/Sr分布图显示降尘中锶来源主要为燃煤尘和汽车尾气.