辽宁太子河流域生态系统服务权衡/协同关系时空变化与情景预测

研究生态系统服务权衡与协同关系为制定合理的区域社会-生态系统管理方案提供依据,促进区域可持续发展。太子河是维护辽宁中部城市群生态安全和用水安全的重要保障,以重工业为主的产业布局使得该区生态安全受到威胁,严重影响社会经济的可持续发展。综合气象、土地利用等多源数据,借助InVEST模型,探究太子河流域固碳、土壤保持、生境质量的时空特征;采用Pearson相关分析法,探讨不同样点尺度、不同地类上权衡与协同关系的时空变化,并对2030年不同土地利用情景进行预测。结果表明:①三种生态系统服务在各尺度上(除100m尺度)均为协同关系,且样点尺度越大,相关系数越高。②在不同地类中,耕地、林地、草地三种地类生态系统服务功能类似,以土壤保持功能为主,碳储功能其次;生态系统服务的热点区分布在流域的东部,冷点区集中在流域西部。③不同预测情景下三种生态系统服务间仍为协同关系,在保护情景下生境质量最好、水域面积最多,生态系统服务能力最高;开发情景下建设用地面积增加最多,但生境质量最差。

基于生态系统服务价值的浑河-太子河流域生态承载力分析

探究流域生态承载力变化是协调人类活动与资源压力、经济增长与生态保护、人地和谐与可持续发展的关键,可为城市群流域生态系统服务与生物资源生态承载力评估提供参考。基于遥感和统计数据,分析了辽宁中部城市群所在的浑河-太子河流域1990-2018年长时间序列的土地利用变化,并以居民消费指数(CPI)和粮食产量修正的生态系统服务价值当量为基础,以生态足迹模型为框架,研究浑太流域生态服务价值与具有生态服务功能的森林、草地、农田、水生态系统的生物资源生态承载力变化。结果显示,林地和耕地为浑河-太子河流域主要用地类型,二者主要呈东西分布,1990-2018年建设用地增加最多,面积达11.97×10^(4)hm^(2),主要由耕地和林地转入。浑太流域1990年、2000年、2010年、2018年的生态系统服务价值(ESV)分别为1117.04×10^(8)、653.35×10^(8)、1182.83×10^(8)、1215.34×10^(8)元,1990-2000年ESV总值下降最明显,达到了41.51%,2000-2010年涨幅最高,为81.05%,1990-2018年涨幅为8.80%,调节服务为流域主导功能。浑太流域生物资源生态承载力空间上大体呈东高西低分布,低值区域主要出现在城市群主城区;时间上总体稳定,1990年生物资源生态承载力最强,为281.20×10^(4) ghm^(2),生态赤字仅出现在2000年。研究表明,浑河-太子河流域生态系统服务功能对区域生态稳定有重要作用。

太子河流域水质净化和水源涵养能力计算研究

为了研究太子河流域生态系统水质净化和水源涵养的空间差异,利用污染物滞留量法和水量平衡法计算该流域2021年的水质净化及水源涵养能力,并使用ArcGIS平台划分空间等级,以揭示水质净化和水源涵养功能的空间分布特征。结果显示,太子河流域大部分地区的水质净化和水源涵养功能处于中低~中等水平,提出的管控措施有利于实现太子河流域生态系统服务功能的充分发挥。

太子河流域典型断面近30年氨氮变化特征及成因分析

结合太子河流域2个典型断面1990—2020年氨氮实测数据,对其不同时间尺度下的氨氮变化特征进行统计,并对其成因进行分析。结果表明:近30a各典型断面氨氮均总体呈现递增变化,年线性递增率分别为0.003mg/l·10a和0.0015mg/l·10a,夏季氨氮递增率最高,递增率达到0.006mg/l·10a和0.004g/l·10a,冬季氨氮总体呈现弱递减变化,生活污水排放是太子河流域氨氮变化主因,对氨氮影响相对贡献率>40%。

太子河流域水体生物状况与河湖健康评价

将太子河流域划分为水库段和河流段,采用底鱼类保有指数、底栖动物多样性指数、外来水生动植物和浮游植物密度评价水体生物状况。结果表明:河流段鱼类保有指数评分为27.48,底栖动物多样性指数评分为100,水库段外来水生动植物评分为100,浮游植物密度评分为88.06;太子河流域水生物状况综合评分为78.89分,属于健康状态,建议采取有针对性的限制和监管措施,以防鱼类资源的进一步减少。

太子河流域典型中小河流萎缩程度定量评估

为提高中小河流治理工程设计的合理性,建立河流萎缩度评估模型,文章选取太子河流域4条典型中小河流为研究实例,对各中小小河流萎缩度进行定量评估。结果表明:建立的河流萎缩度评估模型可综合考虑河流形态、水文特征、水生态等指标,对于河流萎缩度评估结果总体合理。通过评估,太子河流域4条典型中小河流萎缩度在-0.059~-0.0509之间,总体处于基本稳定-中等萎缩状态。研究成果对于中小河流萎缩度综合定量评估具有参考价值。

南太子河流域降雨-径流特征分析

本文采用南太子河流域南甸站1958-2022年的年降雨径流数据,通过Mann-Kendall趋势分析法分析近65年来流域降雨径流的趋势及突变点,应用EEMD分析方法进行多时间尺度分析,提取出该流域降雨、径流的年际频率特征,为该流域防汛、抗旱、水利规划提供依据。

太子河流域平原区浅层地下水化学特征及水质分析

为掌握太子河流域平原区浅层地下水化学特征及水质状况,本文应用水化学成分分析法、相关性分析法、舒卡列夫分类法、Piper三线图解法、模糊综合评价法等方法,对该区域19眼浅层地下水监测井2018年水质监测数据进行分析。结果表明,研究区域浅层地下水化学类型以HCO3-Ca型、HCO3·Cl-Ca型、HCO3-Ca·Mg型为主,水质优于或达到Ⅲ类的监测井占比仅为31.6%,铁、锰指标超标现象较为普遍,部分监测井耗氧量、硝酸盐、氨氮等指标超标。

太子河流域近40年水面蒸发变化特征及气象成因分析

为探讨气候变化下太子河流域水面蒸发变化特征,本文结合太子河流域本溪站和业主沟水文站近40年蒸发皿观测数据系列,对其年和季节水面蒸发变化特征进行趋势检验,并对其变化的气象成因进行探讨,研究成果对于分析气候变化对流域内水循环影响具有参考价值。

辽河流域太子河流域N、P和叶绿素a浓度空间分布及富营养化

通过对太子河流域46个采样点溶解性无机氮、溶解性无机磷、总氮、总磷、电导率、p H、溶解氧和叶绿素a浓度及相关环境因子的测定,分析氮、磷浓度与叶绿素a浓度的空间分布特征,利用回归分析判别氮、磷与叶绿素a浓度的相关性,冗余分析判别河流水质与环境因子的关系,并初步评价太子河流域水体富营养化状况.结果表明:太子河流域氮、磷浓度具有明显的空间异质性,表现为上游浓度较低且变化较平稳,辽阳段浓度逐渐上升且波动增大,鞍山段浓度最高.冗余分析显示氮、磷浓度的空间分布特征与土地利用方式、海拔、河岸缓冲带宽度、植被多样性密切相关.叶绿素a浓度与氨氮、硝态氮、溶解性无机氮、溶解性无机磷、总氮、总磷和电导率呈显著正相关,说明营养盐的增多在一定程度上会促进浮游藻类的增长.太子河流域水体富营养化评价综合指数显示,太子河流域"中"营养状态点位有27个,占58.7%,"富"营养状态点位有19个,占41.3%,没有"贫"、"重富"和"极富"营养状态.

太子河流域大型底栖动物群落结构空间分布特征

根据2009年5月太子河流域大型底栖动物野外调查结果,分别采用聚类分析(CA)、偏典范对应分析(pCCA)和指示种分析等方法,探讨了大型底栖动物在太子河流域的空间分布特征,确定了影响该流域大型底栖动物空间分布的主要环境要素,分析了不同生态区中大型底栖动物的群落差异.结果显示,太子河流域大型底栖动物群落的空间分布差异明显,可将其划为3个空间分布区,即上游山地生态区、中游丘陵生态区和下游平原生态区;土地利用、水污染、河道物理特征和基本水质指标是影响该流域大型底栖动物群落分布的主要环境要素,总体解释率约为36.6%.表明太子河流域大型底栖动物受到多种人为活动的干扰.

太子河流域参考作物腾发量演变特征及气候影响因素分析

采用太子河流域内8个气象站1960～2005年间气象资料,应用Penman-Montieth公式计算了46年间逐月参考作物腾发量（ET0）,对参考作物腾发量及气象要素的年际变化特征、月际变化特征及趋势进行了分析,应用统计检验方法分析了影响流域参考作物腾发量变化的主要气象因素.结果表明：近46年间太子河流域ET0值呈现缓慢下降趋势,年内ET0值分布以5、6月份最高,1月份最低.影响ET0的主要气候要素按影响程度强弱依次为日照、风速、温度、相对湿度.

太子河流域地表水和地下水硝酸盐污染特征及来源分析

地下水作为一种主要的饮用水和重要农业用水水源, 其环境质量状况关乎人类健康、粮食安全与生态可持续发展。本研究对太子河流域地表水、地下水的O3--N污染状况进行了调查, 并结合水化学与NO3^- -N同位素对其来源进行了分析, 探讨太子河流域地下水的水化学特征和硝酸盐污染状况, 为理解该区域地下水的水化学组成特点和开展水环境质量评价提供理论依据。结果表明, 太子河流域地表水氮主要以NO3^--N的形式存在, 占总氮78.38%, 浓度为0.75-6.40 mg·L^-1, 从上游到下游其含量变化趋势为先上升后下降, 在S6采样点达到最高值6.40 mg·L^-1; 地表水中NO2--N所占比例仅为0.78%, 且沿河流变化较小; 由于施用化肥肥料和有机氮的矿化作用, 下游地表水C1-浓度和NH4＋含量增高。太子河流域地下水NO3^-N浓度普遍高于地表水, NO3^--N浓度为0.57-55.78 mg·L^-1, 平均20.26 mg·L^-1; NO3^--N浓度为0-0.04 mg·L^-1，平均0.017 mg·L^-1。太子河流域地下水的NO2-和NO2-污染状况较重。NO3^--N同位素结果显示, 地表水的δ^15N为-0.74‰-13.27‰; 上游NO3^--N主要来源于土壤有机氮矿化, 中下游受农业化肥和人畜粪便共同影响。地下水δ^15N为5.7‰-17.5‰, 受人类活动影响较大, 人畜粪便堆肥和农业化肥的渗漏是主要影响因素。

应用F-IBI对太子河流域水生态健康评价的初步研究

采用鱼类生物完整性指数(F-IBI)评估了中国东北太子河流域的环境质量。于2009年5月在太子河流域61个点位(参考点26个,受损点35个)对鱼类进行抽样采集,捕获到鱼类34种,分属9科,共计2 247尾。采用23个生物参数进行干扰反应、相关性和生物参数判别能力的分析,最终确定了鱼类总分类单元数、总渔获量、雅罗鱼亚科种类百分比、耐污物种百分比、广布种百分比等5个指标,用于构建F-IBI。利用三分法统一各个参数量纲,将各个指数加和得到IBI值,IBI分数为5～25(IBI=25～22为健康,IBI=21～18为亚健康,IBI=17～14为一般,IBI=13～10为较差,IBI=9～5为极差)。研究结果显示,19个样点为健康,11个样点为亚健康,12个样点一般,11个样点较差,8个样点极差,而且IBI与栖息地生境质量显著相关(P<0.01)。

太子河流域本溪段水生生物的群落特征及其主要水质影响因子分析

着生藻类和底栖动物作为指示生物评价水环境状况已被广泛应用于各类水体状况的监测与评价中,以此对太子河流域的水生生物群落和水环境因子关系进行研究,对整个流域的水环境管理有着极其重要的作用。基于2009年7月丰水期和2010年1月平水期太子河流域本溪段着生藻类和底栖动物的调查数据,通过因子分析和典范对应分析,探讨水生生物群落结构与水质污染因子的空间分布特征。结果表明:太子河本溪段着生藻类为4门22科29属,以硅藻门为优势门类;底栖动物3门10科13属,以环节动物门为优势门类。NH3-N是影响水生生物空间格局的主要水质污染因子,水量是影响太子河流域水生生物群落结构的重要环境因子。

太子河流域硅藻群落与驱动因子的定量关系

定量研究水生生物对水环境参数的适宜值是评估栖息地质量和维持生物完整性的主要途径.以辽宁省太子河流域为研究范例,选择Y（优势度指数）大于0.000 1的硅藻为研究对象,结合水环境参数,采用CCA（典范对应分析）、CART（分类回归树）和WA（加权平均回归分析）等方法,分析硅藻与水环境因子的关系,并计算硅藻对驱动因子的最适值.CCA结果表明,IOS（底质指数）、ρ（TDS）（TDS为总溶解固体）和ρ（CODMn）是硅藻群落的驱动因子;CART预测结果表明,IOS高的水环境硅藻密度高于IOS低的水环境,ρ（TDS）和ρ（CODMn）低的水环境硅藻密度高于ρ（TDS）和ρ（CODMn）高的水环境;WA结果显示,96种硅藻对IOS、ρ（TDS）和ρ（CODMn）的最适值范围分别为1.00-6.44、60.29-820.30 mg/L和0.46-2.89 mg/L.钝端菱形藻解剖刀变种和尖端菱形藻适宜栖息于IOS较低而ρ（CODMn）较高的水环境,Gomphonema trancatum和肿大桥弯藻则适宜栖息于IOS较高的水环境;缠结异极藻二叉变种和尖细异极藻适宜栖息于ρ（TDS）较高的水环境,弧形峨眉藻和克洛钝脆杆藻则适宜栖息于ρ（TDS）较低的水环境;弧形峨眉藻和隐头舟形藻威蓝变种适宜栖息于ρ（CODMn）较低的水环境.针杆藻和桥弯藻对IOS的最适值高于舟形藻和菱形藻以及其他藻种,96种硅藻对ρ（TDS）和ρ（CODMn）的最适值均表现为菱形藻和异极藻较高、针杆藻和桥弯藻较低.

辽宁太子河流域非点源氮磷负荷模拟分析

以辽宁太子河流域为研究区,为定量估算该区非点源氮磷污染负荷,经过实地调研和资料收集后,利用单位负荷法和SWAT模型相结合的方法对流域进行1997~2008年径流、泥沙和营养盐输出的模拟研究,进行了多参数、多目标和多站点详细的参数率定和模拟验证,最后分析了非点源氮磷负荷的时空分布规律.结果表明：径流模拟效果较好,泥沙和营养盐模拟结果符合要求,模型在太子河流域适用性较好,可以模拟分析该地区的非点源污染负荷问题；1997~2008年年均总氮和总磷负荷为17357.43t和7110.91t,氮磷负荷的时空分布受降雨径流过程的影响,汛期（6~9月）负荷总量占全年的77.76%和80%；负荷强度的空间差异较大,全流域多年平均值为13.20,5.41kg/hm2,流域内污染负荷关键源区是灯塔市和辽阳县.

太子河流域底栖动物群落结构及其与环境因子的关系

2012年9月对太子河流域39个采样点的底栖动物群落和水体环境因子特征进行野外调查,并运用香农威纳指数、均匀度指数和典范对应分析等方法分析底栖动物的群落结构。结果表明:在太子河流域共采集到底栖动物61种,以双翅目、蜉蝣目为主,各采样点底栖动物平均密度为0.64×10~3ind/m^2,平均生物量为20.03g/m^2,香农威纳指数和均匀度指数平均值分别为2.14和0.52。典范对应分析表明:影响太子河流域底栖动物群落的主要水体环境因子是总氮、流量和氨氮。综合分析得出:太子河流域受到了轻度污染。

太子河流域鱼类组成及其与环境因子的关系

2012年9月对太子河流域39个采样点的鱼类群落结构和环境因子特征进行野外调查,并运用香农威纳指数、均匀度指数和典范对应分析等方法分析鱼类的群落结构。结果表明;共采集到7目35种鱼类,鲤形目为优势种类,各采样点鱼类个体数量平均值为164.97尾,香农维纳指数平均值为2.56,均匀度指数平均值为0.82,物种丰富度指数平均值为1.38。典范对应分析表明:影响鱼类群落的主要环境因子是总氮、河宽和溶解氧,太子河流域受到了一定程度的干扰。

太子河流域参考作物腾发量变化特征及影响因素分析

采用太子河流域内8个气象站1960～2005年间气象资料,应用penman-montieth公式计算了46年间逐月参考作物腾发量(ET0),对参考作物腾发量及气象因素的年际变化特征、月际变化特征及趋势进行了分析,应用统计检验方法分析了影响流域参考作物腾发量变化的主要气象因素。结果表明:近46年间太子河流域ET0值呈现缓慢下降趋势,年内ET0值分布以5～6月份最高,1月份最低,影响ET0的主要气象因素按影响程度强弱依次为日照、风速、温度、相对湿度。