用于流域管理的河流水生态系统健康评价初探

对生态健康、河流生态系统健康概念进行了简要的总结,回顾了国内外河流生态系统健康评价的方法,提出了现阶段河流生态系统健康评价的不足及今后应该进一步研究的内容,并提出了河流生态系统健康评价在流域科学管理中的作用。     

基于浮游细菌生物完整性指数的河流生态系统健康评价——以滇池流域为例

生物完整性指数(IBI)已被广泛运用于河流生态系统的健康评价中.然而,现存的IBI缺少基于分解者的评价方法.因此,基于浮游细菌的T-RFLP结果,通过对关键环境因子与候选生物参数的筛选和确定,建立浮游细菌生物完整性指数(BP-IBI)评价体系,对滇池流域入湖河流生态系统健康状况进行评价.评价结果表明,作为参照点的11个滇池流域入湖河流水源地或上游出水口样点健康状况为Ⅰ级健康(8个)或Ⅱ级亚健康(3个),27个下游入湖口样点健康状况分别为Ⅰ级健康(4个)、Ⅱ级亚健康(14个)、Ⅲ级一般(7个)和Ⅳ级较差(2个),无V级极差点.对BP-IBI的可行性验证结果表明,与底栖IBI、着生藻IBI和综合污染指数相比,BP-IBI结果能够更好地反映各主要环境因子、不同土地利用方式以及上游的来水方式对生态系统的影响,对退化生态系统的健康状况具有良好的表征作用.因此,BP-IBI是评价受损河流生态系统健康的一种良好方法.     

近60年滇池水生态系统演替及驱动因子

滇池流域作为长江上游和我国西南地区生态安全屏障的重要组成部分,对保障区域乃至全国生态安全具有重要作用。采用文献调研、分类梳理等方法,并结合1950—2020年滇池水质变化和富营养化演化过程,系统分析了近60年滇池水生态系统中浮游植物、浮游动物、水生植物、底栖动物、鱼类等重要组成部分的演替过程及驱动因子。结果表明：1960s以前,滇池水体清澈见底,水生生物丰富,处于草型阶段;1970s—1990s,随着滇池富营养化程度加剧,水体理化性质的改变以及水生生物耐营养物种的数量增加,湖泊生态系统由草型阶段向草藻混合型阶段转变;2000—2015年,滇池水质进一步恶化,处于 GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅴ类~劣Ⅴ类,水生生物从多优势种向单优势种、清水种向耐污种转变,处于藻型阶段;2016年之后,滇池水质虽逐步改善,但仍面临着严重的富营养化问题。滇池水生态系统演替的驱动因子主要是自然因素、流域污染物排放超出滇池环境容量及生态系统生境片段化。

     

基于微生物生物完整性指数的地下水生态系统健康评价:以包钢稀土尾矿库周边地下水生态系统为例

生物完整性指数是水体生态系统健康评价的重要指标,已被广泛应用于湖泊河流等的生态系统健康评价中.但利用水体中分解者微生物群落构建IBI评价标准的报道很少,针对地下水生态系统的研究更是鲜见.本研究针对包钢稀土尾矿库周边地下水生态系统健康开展评价工作,基于地下水环境中微生物群落Illumina高通量测序信息,筛选关键环境因子,甄别敏感或耐受微生物分类属,确定候选生物参数,探索针对地下水的微生物完整性指数(microbiome index of biotic integrity,M-IBI)评价流程与标准构建方法.结果表明,总计12个地下水样点中,4个样点属于健康等级(Ⅰ级),占总样点的33.3%;2个样点属于亚健康等级(Ⅱ级),占总样点的16.7%;5个样点属于一般等级(Ⅲ级),占41.7%;1个样点属于较差等级(Ⅳ级),占8.3%;总体来看,靠近尾矿库的样点健康等级较低,而远离尾矿库参照点受到的干扰较小,健康等级较高,这可能与人类活动干扰影响程度密切相关.参照该地区地下水理化参数基础上的水质情况分析结果,发现应用M-IBI指数可较合理地评估包头稀土尾矿区周边地下水生态系统健康状况.结合生态系统健康内涵,本研究初步提出针对地下水生态系统健康的M-IBI指数评价体系构建流程.     

大宁河水生态系统健康评价

随着人口增长及社会经济的发展,河流水生态系统健康受到严重威胁.为了解大宁河水生态系统健康状况,选取大宁河2011-2015年水体水质[水温、pH、SD（透明度）、ρ（DO）、ρ（COD_Mn）、ρ（TN）、ρ（TP）]与水生态[藻密度、ρ（Chla）]9个主要指标,构建了大宁河水生态系统健康评价指标体系,运用基于熵值法的综合健康指数法对其水体生态系统健康状况进行综合评价.结果表明,2011-2015年,大宁河水生态系统健康状况整体呈亚健康状态,有50.89%的监测样本处于亚健康状态,枯水期健康状态好于丰水期.大宁河各监测断面CHI（综合健康指数）值的季节变化特征为丰水期低于枯水期;年际变化特征为从2011-2015年CHI值呈先升后降的变化趋势,健康状态呈先转好后转差的变化趋势,大宁河水体富营养化趋势明显;空间变化特征为丰水期和枯水期CHI最低值主要位于中下游的白水河、龙门和菜子坝断面,河流水质与人类活动强度密切相关.研究显示,影响大宁河水生态系统健康的关键因子为营养盐指标[ρ（TN）、ρ（TP）]和有机物指标[ρ（COD_Mn）].      

流域水生态系统健康与生态文明建设

健康的流域水生态系统是保障流域经济社会可持续发展的基础,解决我国严峻的流域水生态系统健康问题迫切需要开展以流域为基本单元的生态文明建设. 针对我国流域水生态系统健康现状,确立了流域生态文明的概念和内涵,提出了流域生态文明建设的基本框架和主要任务. 以保障流域自然生态系统的完整性、流域经济社会系统发展的可持续性、人居环境的生态性为内涵,构建流域水生态-经济社会复合生态系统的动态平衡是流域生态文明建设的基本框架. 流域生态文明建设的主要任务:①构建以水生态系统健康为目标的流域分区管理模式,优化国土空间开发;②健全流域的水环境质量基准和标准体系,科学确定生态系统保护阈值;③建立以流域生态承载力为约束的污染物总量控制技术,优化产业结构与布局;④以保障流域环境流量为前提,实现水资源生态利用;⑤加强人居环境生态建设,实现流域城市生态化发展;⑥加强生态制度建设,构建流域生态文明建设长效机制.该研究成果可以为实现流域人与自然和谐发展提供理论指导.      

河流水生态系统健康评价研究进展

河流水生态系统健康评价是河流水生态系统规划和管理的主要依据,也是了解河流状况、促进沿河流域可持续发展的重要措施。通过查阅文献资料,阐述了河流水生态系统健康的内涵,介绍了国内外河流水生态系统健康评价的研究进展。     

国内外水生态健康评价研究进展

我国《水污染防治行动计划》提出对江河湖泊实施水生态保护和水资源管理,在“十四五”期间开展流域、河湖的水生态健康评价方法研究,支撑我国由水质向水生态目标管理转变,同时也为我国水生态环境管理提供依据。通过梳理国外水生态健康评价体系的发展历程,着重介绍了预测模型法、生物完整性指数法等几种典型的评价体系和方法,并通过应用案例分析了评价体系的局限性;同时梳理了我国已经颁布的水生态健康相关的标准及规范,分析了我国本土流域的水生态健康评价方法及其优缺点;最后对我国水生态健康评价体系、管理准则和政策体系提出建议,以期为我国水生态健康评价的研究发展及实践应用提供借鉴和参考。

     

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.     

香溪河流域水生态系统健康评价

随着人们环境保护意识的增强,河湖生态保护与修复成为社会关注的热点问题,科学的生态健康诊断则是有效进行河湖治理的前提.香溪河作为三峡水库典型支流,探究其水生态系统健康对于长江生态保护具有十分重要的意义.通过收集整理香溪河干支流的生物与生境数据,构建了涵盖水环境、水生生物、物理栖息地三方面共16项指标的水生态系统健康评价指标体系,综合运用专家判断法和熵权法确定评价因子权重,采用河流健康指数（RHI）表征香溪河流域水生态系统健康状况.结果表明:①2017年三峡水库蓄水期香溪河流域水生态系统整体健康水平为良好,优和良等级占比分别为12.5%和79.2%.②健康状况呈现出支流优于干流、非回水区优于回水区的空间分布特点,具体表现为支流南阳河>支流古夫河>支流高岚河>香溪河干流.干流水环境问题相对突出,而支流的河流连通性相对较差.③库湾健康状况的年内变化特征为冬季最好,春秋季次之,夏季最差.研究显示,该评价体系能准确地评估香溪河流域水生态健康状况,同时需重视三峡水库支流库湾的水环境治理.      

基于GIS的工业水污染调查研究——以滇池流域为例

污染源调查是在进行流域水污染控制与富营养化治理技术研究和《全国第一次污染源普查》基础上,根据调查年环境统计数据、环保局排污企业的申报登记、排污许可证发放以及重点企业抽样调查、监测数据等多源资料,对企业数量及污染排放情况进行校核,基于GIS空间分析技术,建立滇池流域工业企业污染源数据库。根据滇池流域工业产业结构、分布和污染现状调查,结合昆明市社会经济发展及工业布局相关规划,预测工业发展可能带来的环境污染,提出相应的产业结构布局和相关治理政策的建议意见,为滇池的水污染防治和昆明市的发展战略规划提供参考。     

滇池流域土地资源适宜性评价

建设用地与农用地之间的矛盾是滇池流域土地利用的主要矛盾。针对这一矛盾,运用GIS和遥感(RS)技术、层次分析法(AHP)和专家咨询法,选取了土地利用类型、坡度、海拔、土壤类型等九个关键评价因子对滇池流域土地资源的适宜性进行综合评价。结果表明,滇池流域生态很适宜面积约294.0km2,仅占流域总面积的10.1%;生态较适宜面积约431.3km2,约占流域总面积的14.7%,生态较不适宜和不适宜面积约1654.4km2,约占流域总面积的56.7%,生态很不适宜面积约540.3km2,约占流域总面积的18.5%。在土地适宜性评价的基础上,对流域的人口承载力进行分析,提出了基于流域资源-生态-环境综合考虑下的最佳流域人口数量。     

流域水生态系统完整性模拟方法展望

水生态系统完整性变化模拟是流域水生态退化诊断、风险预警和修复重建的基础。受到多种环境压力的叠加影响,水生态系统完整性状态具有累积性、复合性和滞后性的响应特征,难以采用常规静态实验和水质模型进行表征和预测。梳理了国内外该领域最新进展,按照水生生物、生态系统动力学、栖息地适宜性、统计经验、流域水系统耦合等5类模型,阐明了不同类型模型的基本原理、适用性和应用案例。结果表明:我国环境管理亟需水生态系统完整性模拟工具支撑,应围绕该领域开展重大科学基础研究,突破河湖水生生物模拟预测和多尺度耦合关键技术,加快构建具有自主知识产权的水生态系统完整性模型库和参数库,推动建设我国流域水生态系统模拟器大科学装置,支撑构建长江、黄河等重点河流水生态系统综合管理体系。     

流域土地利用变化的水生态响应研究

流域土地利用变化造成水体物理、化学条件变化,并对诸多水生生物产生影响,进而破坏水系的生态系统结构和功能.研究显示:① 流域土地利用变化将引起水文、底质、生境改变等物理响应,以及水体营养盐、细菌、有毒有害物含量、溶解氧变化等化学响应,分布式水文模型成为研究物理和化学响应的重要工具;② 流域土地利用变化的生物响应表现为水生生物与自然用地类型呈正相关,而与农业用地、城镇用地呈负相关,并且存在明显的尺度效应,统计学分析是主要的研究方法;③ 大尺度的土地利用变化在水文过程下造成河段尺度上的外源物质输入、水文条件、底质结构等物理化学因子变化,是影响水生生物生境的直接原因.存在主要问题:① 流域土地利用变化的生物响应关系机制尚不明晰;② 流域土地利用变化的生物响应是通过物理响应、化学响应来间接作用的,但三者之间的非线性关系十分复杂;③ 水生生物对环境因子变化的敏感性和适用性存在较大差异.因此,未来研究应关注流域水文过程驱动下的物质迁移转化过程及由此带来的物理、化学和生物响应以及三者之间的关系,加强流域水文规律总结和参数率定,构建符合流域特征的参数数据库,并着力构建以保护水生态系统结构与功能为核心的流域山水林田湖系统综合管控模式.      

浅谈水生态系统健康评估

湖泊作为地表水资源,对涵养水源、改善区域环境、调节气候等方面具有较大的作用。但由于受到人为的干扰,湖泊水生态系统的功能有一定程度的退化,近年来随着有关部门不断加强湖泊的治理力度,湖泊的污染状况逐步改善。当湖泊治理实施完成后,进入后期的运营管理中,如何保持水体生态系统高效运作,确保这些湖泊生态系统朝着人们预期的方向发展,这就迫切地需要通过科学的、系统的生态系统健康评估,来正确地认识这些水体生态系统健康状况,以及预估这些湖泊生态系统稳态转化过程及方向。     

基于浮游植物生物完整性指数的洱海水生态健康评价

文章应用浮游植物种属生物量和群落结构特征,构建生物完整性指数（P-IBI）,评价洱海水生态健康质量。通过参照点设置、箱线图、Pearson相关性分析确定了5个核心参数：浮游植物细胞密度、水华束丝藻细胞密度、挪氏微囊藻细胞密度、直链藻细胞密度和硅藻GDI指数,统一量纲并划分健康评价标准。洱海总体水生态健康评价结果为“较健康”;6个水华风险较高的湖湾中,才村为“较健康”;小普陀、马久邑、桃源、双廊和挖色为“中等”。评价结果表明,P-IBI指数构建的洱海水生态健康评价体系,对水生态环境响应的敏感程度较高,特别是与水质类别高度吻合,能够准确评价洱海的生态系统健康状况。     

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PSR的围圩养殖区湖泊湖荡群水生态系统健康评价

以典型围圩养殖区江苏省里下河腹部地区的41个湖泊湖荡为研究对象,分析筛选了围圩养殖对生态系统影响的主要指标,基于PSR方法评价了湖泊湖荡群的水生态系统健康状况.结果表明,选取的养殖面积占比、斑块密度及退圩还湖政策规划等指标能够有效反映区域的围圩养殖特色,全面表征围圩养殖对生态系统压力、状态、响应的影响.评价结果显示,里下河腹部地区41个湖泊湖荡中综合指数等级健康的占比4.9%,亚健康的占比87.8%,不健康的占比7.3%.研究结果可为围圩养殖区湖泊水生态系统健康评价、退圩还湖及水生态修复规划提供重要的技术方法.     

基于正交设计及EFDC模型的湖泊流域总量控制——以滇池流域为例

构建了基于正交设计-水质模拟-方案评价的污染物总量控制方案的方法体系,并应用于滇池流域.选择TN、TP作为总量控制指标,将滇池流域划分为6个子区单元,通过设计5水平（0%,5%,10%,15%,20%）6因素的正交试验表,得到25种不同削减方案;耦合EFDC模型模拟得到25种不同削减情景条件下湖泊水质的TN、TP浓度分布,计算各方案综合营养状态指数（TSI）,筛选符合中度富营养化标准（60