水生态评价方法研究进展及展望

水生态系统是人类赖以生存的基础,近年来气候变化和水资源开发、水体污染、过度捕捞等人类活动导致水生态系统严重受损,水生态系统的保护和修复已成为全球面临的重大挑战。科学合理的水生态评价方法是实现水生态系统稳定、健康和可持续管理的基本保障,也是目前我国各相关管理部门高度重视的关键问题,多个部门围绕水生态评价展开了积极探索与实践。本文系统回顾了水生态评价方法的发展历程并阐释了水生态评价的内涵,梳理了常用的水生态评价方法,明晰了各方法的基本理念和应用场景,分析了各方法的优点和不足,提出了基于生态完整性的水生态健康评价方法,最后对目前我国水生态评价需进一步完善的工作进行了展望。本文以期与相关领域研究者和管理者在水生态评价理论和方法方面进行探讨,为我国水生态考核工作提供理论支持。

基于地理国情监测数据的景观生态评价研究

本文以黄河三角洲国家级自然保护区作为研究对象,应用景观生态学理论,提出基于地理国情监测数据的人为干扰度划分方法,选取合适指标,构建景观生态评价指标体系。本文以500 m×500 m格网作为评价单元,采用2015―2020年六期地理国情监测数据,运用熵权法确定单个指标的权重,得到景观生态安全指数(LESI),并从空间和时间维度对保护区内景观生态情况进行分析评价。研究结果表明,2015―2020年期间,保护区的景观生态状况得到逐步改善,尤其是2020年,不仅生态安全指数全部提升到良好及以上水平,空间分布也呈现出更好的趋势。

怀洪新河蓄水性河段浮游植物功能群演替及水生态评价

为探究怀洪新河蓄水性河段浮游植物功能群演替及水生态现状,于2019—2020年在怀洪新河新浍河段开展8次季度调查。采用浮游植物功能群划分法和冗余分析(RDA)探究浮游植物功能群演替特征以及主要环境影响因子,采用综合营养状态指数、多样性指数、河流生态健康指数(Q r)对水环境状况进行综合评价。结果显示,调查期间怀洪新河浮游植物共8门70属136种,绿藻门种类数量占比最高(52.21%),蓝藻门(19.12%)与硅藻门次之(13.24%)。浮游植物丰度季度均值变化范围为1.60×10^(6)~3.61×10^(7)L^(-1),平均为(8.99±3.84)×10^(6)L^(-1);生物量季度均值变化范围为0.59~6.07 mg·L^(-1),平均为(2.48±0.35)mg·L^(-1)。浮游植物优势种主要为尖尾蓝隐藻(Chroomonas acuta)、啮蚀隐藻(Cryptomonas erosa)、梅尼小环藻(Cryptocryptophyta acuminatum)和微囊藻(Microcystis)等。怀洪新河共划分出25个功能群,其中优势功能群9个,2019—2020年优势功能群季节演替特征为B、X2、Y(春季)→M、J、Y(夏季)→B、P、Y(秋季)→B、X2、Y(冬季)→B、X2、Y(春季)→J、S1、S2、Y(夏季)→B、P、J、Y(秋季)→B、E、Y(冬季),主要优势功能群B、Y指示怀洪新河水体为中至富营养静水状态。RDA结果显示,温度、氮磷营养盐和pH值是影响怀洪新河优势功能群演替的主要环境因子。Q_(r)指数指示怀洪新河新浍河段水质为“好-中等”,与综合营养状态指数评价结果相近。相较于多样性指数,Q_(r)指数更适用于怀洪新河蓄水河段水生态评价。

安吉小鲵栖息地浮游植物群落结构特征及水生态评价

为研究安吉小鲵栖息地水体浮游植物群落结构和时空变化特征,2022年3—12月对浙江龙王山安吉小鲵栖息地水环境进行采样,测定浮游植物种类数及数量,并对水体理化性质进行分析。结果表明:安吉小鲵栖息地共鉴定出浮游植物8门72属116种,年平均密度为2.62×10^(6)cells/L,年平均生物量为4.25mg/L,年平均叶绿素a浓度为21.72μg/L。Shannon-weiner和Pielou多样性指数分别为0.09~3.63和0.02~0.93。综合3个水体评价指标,安吉小鲵栖息地水体处于中营养状态,其中两个繁殖坑S4和S8向轻度富营养化转变。水体营养状况具有一定的季节特征,夏季营养水平显著高于其他季节。本研究首次报道了安吉小鲵栖息地浮游植物群落结构及其变化,建议今后密切监测栖息地水生生态变化,必要时开展安吉小鲵栖息地生态保护措施。

我国水生态评价研究脉络与热点趋势探析——基于CiteSpace联合VOSviewer的文献计量及可视化研究

以中国知网数据库2002—2022年水生态评价科学论文为研究对象,利用文献计量工具CiteSpace和VOSviewer,对水生态评价相关研究文献进行可视化分析,重点分析了我国在该领域的基础研究情况、研究热点和研究趋势。结果表明:①国内关于水生态评价研究的文献的发表量总体呈波动上升的年度变化趋势,反映出该研究领域具有重要的科学价值。②国内相关研究整体趋于成熟,核心作者群已初步成形,但学者间尚未形成有效的合作交流网络,这在一定程度上制约了研究水平的进一步提升。③高校和科研院所是开展水生态评价研究的核心力量,但各研究机构间的融合性不足,合作有待加强。④构建适宜我国国情的水生态评价体系是目前该领域的研究热点,包括评价指标的选取与评价方法的建立等方面,涉及多个学科领域的理论知识与研究方法。⑤未来,浮游植物等生物类群在水生态评价中的指示作用、水生生物群落结构的完整性、熵权法在多指标综合评价方面的应用等研究领域具有较大的拓展空间。同时,研究会朝着更加细分的领域深化,向理论和实践相结合的方向发展。

低碳理念下复杂地质公路选线生态评价方法研究

研究针对复杂地质公路选线开展生态评价,从社会、生态、地表水、地下水、声环境以及环境空气等六个方面构建了生态评价指标体系,按照传统和改进的AHP法,构建了AHP-FCE生态评价模型,对研究区域的公路选线进行了路线周边的生态评价。结果表明,社会环境和噪声污染对地址公路选线的影响较小,但对环境空气及生态环境的影响较大。减少或者减缓对生态的影响和动物繁衍及迁徙的影响。适合于复杂地质公路选线生态环境保护措施,对地质公路选线生态环境保护具有重要作用,可以促进地质公路周边与环境、生境的协调可持续绿色发展。

基于改进主成分分析法的水环境中重金属污染流域水质生态评价方法研究

为了准确掌握水环境中的重金属污染情况,提高水质生态防治效果,提出了基于改进主成分分析法的水环境中重金属污染流域水质生态评价方法研究。选取研究污染流域水质区域,收集4个区域地表水,测定金属元素含量,通过四类分析与评价法,实现对水环境中重金属污染状况及潜在危害的生态评价,得出评价的B区域和C区域水质综合重金属污染较高,铁元素在四个区域均在第一主成分,是污染程度最高的,整体生态评价为及格。评价结果表明所提方法可以对水环境中重金属污染状况进行精确的评价,辅助保护人民身体健康与生态环境。

基于Landsat8遥感影像的机器学习分类方法比较及生态评价——以黄骅市为例

【目的】准确地提取影像特征并进行分类,为开展区域生态评价和土地利用规划工作提供依据。【方法】以河北省黄骅市为研究区,以Landsat8 OLI遥感影像为数据源,基于最大似然、神经网络、支持向量机三种分类方法,对比典型样地各地物可分离度、分类精度差异、各算法分类混淆矩阵及分类结果差异,并根据分类结果对黄骅市进行生态评价。【结果】1)支持向量机在三种不同机器学习方法中分类精度最高,其总体精度与Kappa系数分别达到0.892 562与0.862 1;2)分类结果经K-means聚类处理后可有效减少“椒盐现象”产生,经聚类后的分类影像中地物类型以耕地、人工表面及水体居多;3)黄骅市的生态环境指数为42~54,生态环境状况为一般。【结论】相较于最大似然分类方法与神经网络分类方法,支持向量机分类方法得到的结果更为准确,与实地调研的数据和分析结果更为接近,为区域土地规划和生态环境管理提供了理论参考。

苏州典型生态护岸航道生态评价指标体系初步研究

本研究初步建立了生态护岸航道生态评价指标体系,包括水质状况、底质状况、生物状况共3个准则层和11个指标层指标,以层次分析法确定了各指标的权重,对苏州典型生态护岸航道杨林塘(太仓段)开展了生态综合评价。评价结果表明,生态型护岸段的健康程度高于硬质化护岸,附着藻类和底栖动物多样性是影响评价结果的主要因素,为生态护岸航道生态评价与护岸整治设计提供参考价值。

垦造水田生态评价体系及生态建设措施

农业建设是我国经济发展的支柱型产业。推进农业的现代化建设,落实生态化农业管理措施,成为现代农业发展的重点。开展垦造水田管理工作,可以有效强化垦造水田的生态化管理效果,将一些土地资源重新盘活,使其为国民经济的稳定发展提供核心动力。该文介绍了垦造水田生态建设的定义,着重论述了如何构建垦造水田生态评价体系,并对垦造水田生态建设的优化措施进行了探究,旨在为相关管理工作提供可行之策。

建构体现“和谐—动态—进阶”的生态评价体系

生态评价体系旨在维系一个关注学生全面发展的生态评价环境。通过打造和谐生态平台、形成动态平衡闭环以及追求纵向进阶空间,生态评价突破了以往单一关注结果、评价方式和评价主体的特质。以科学大概念为核心,评价内容涵盖了学生的学习态度、学习习惯、学习能力和科学观念等方面,体现了对学生全面素养的关注。在生态评价中,学生的自评和小组同伴互评被视为至关重要的环节,不仅促进学生的自我认知和加强了对团队合作能力的培养,还激发学生的主动学习意愿。教师的反馈则为学生提供了专业的指导和建议,帮助他们改进学习方式,实现学习目标。综合来看,采用教师评价、学生自评和学习小组同伴评价的方式,配合科学生态评价手册,能为学生的全面发展提供有效的支持和指导。

三峡库区浮游植物群落结构特征及水生态评价

2020年是长江禁渔开局之年,三峡库区作为长江的重要生态屏障,其水生态环境健康对长江大保护的实施具有重要意义。本文于2020年8月、11月及2021年1月、4月在三峡库区干支流共设置19个断面探究浮游植物群落结构特征,并利用生物量、多样性指数、综合营养状态指数和浮游植物Q指数等多种评价方法评价三峡库区水生态健康并分析其影响因素。结果表明:(1)三峡库区共鉴定出浮游植物8门105属266种,年平均丰度为6.4×10^(4)cells/L,年平均生物量为0.038 mg/L。不同季节优势种组成不同,变异直链藻(Melosira varians Agardh)、骨条藻(Sheletonema spp.)、脆杆藻(Fragilaria spp.)为全年优势种。(2)三峡库区共划分24个功能群,B、D、MP、S1、P、Y为优势功能群。RDA分析表明,电导率、总氮、化学需氧量、总磷、pH、总溶解性固体与三峡库区四季功能群呈现显著关系。(3)相较于丰度、生物量和多样性水质评价结果,浮游植物Q指数更适用于三峡库区水生态评价,显示三峡库区干流水生态环境总体较好,但春、夏两季支流浮游植物丰度、生物量显著升高和浮游植物Q指数的降低在一定程度上影响了干流水生态健康,成为三峡库区面临的主要风险。因此更应充分做好支流水华监测、预警,充分利用干流水生态调度,保障三峡库区水生态环境健康。

城市河道生态评价体系构建研究

城市河道是城市水环境的重要组成部分,构建完善的城市河道生态评价体系,不仅可以对城市河道的生态现状进行评价,而且对制定城市河道生态治理方案和治理效果的评估有着重要意义。基于国内、外学者的研究成果,通过分析城市河道生态功能关键因子,结合层次分析法原理,对河道缓冲带、河道护岸和河道水体进行综合评价,构建了一套(包含3个一级指标和16个二级指标)城市河道生态评价体系,并对指标进行量化,该研究成果对城市河道的生态评价具有一定参考价值。

深圳大鹏半岛国家地质公园土壤理化性质分析与生态评价

为了解深圳大鹏半岛国家地质公园林地土壤的现实肥力水平和生产潜力,利用实验分析与数据统计整理的方法,分析了该园区土壤的基本理化性质与土壤生态评价。结果表明:1)研究区域土壤主要以少砾质与中砾质壤土为主,占园区65%以上;2)土壤容重1.10~1.35 g/cm^(3),自然含水量59.49~402.15 g/kg,毛管持水量102.00~859.95 g/kg,pH值4.01~5.27,有机质含量0.32~45.85 g/kg,全氮含量0.02~7.74 g/kg,速效磷含量0.01~8.29 mg/kg,碳氮比1.63~53.61;3)按照不同土壤深度划分,研究区域土壤理化性质呈现不同程度的规律性,毛管持水量呈自上而下递减规律;土壤容重与毛管持水量呈相反规律呈自上而下依次递增;有机质、全氮、速效磷含量特征是随着土层深度的增加而逐层下降;4)单因子指数与内梅洛综合指数评价结果显示,研究区域重金属元素单因子污染指数为Pb>Zn>Cr、Cu、Ni>Cd>As>Hg,指数均小于污染评价限值(Pi=1.0);内梅罗综合值为土层0~20 cm>20~40 cm>40~60 cm,且均小于污染标准限值(P综=0.7)。该园区内土壤通气性、保水保肥性能良好,养分供应状况正常,环境质量优秀,具有较好的生产潜力。

苏州市重要河湖生态资源调查及水生态评价

通过调查苏州市太湖湖体及重点通湖河道初级生产力、浮游生物、底栖动物的结构和资源状况,评价太湖湖体水生态环境质量。结果表明:以上水体的水华爆发风险较低,各调查点位浮游动物、浮游植物、底栖动物密度分布范围分别为180.2~6905.9 ind./L,1.392×10^(6)~9.342×10^(7)L-1,280~4080 ind./m^(2);Shannon-wiener多样性指数均处于“轻污染~中污染”;浮游藻类与底栖动物质量指数评级为“中~一般”,综合营养状态指数评级为“良”;太湖湖体的水生态环境质量指数评级为“中”,需进行生态修复。

基于生态评价与电路理论的生态安全格局构建及关键区域识别——以安徽省为例

[目的]构建安徽省生态安全格局,识别生态修复关键区域,以期筑牢城市发展的生态基底,为该省国土空间生态修复提供科学依据。[方法]运用InVEST模型及MCR模型从生态系统供给侧与内部响应侧展开评价识别生态源地,利用夜间灯光数据修正阻力面,基于电路理论构建安徽省生态安全格局,识别生态夹点与生态障碍点,根据空间分异与地类特征提出差异化修复维育措施。[结果](1)安徽省共计53块生态源地斑块,面积合计4.22×10^(4) km^(2),占安徽省总面积的30.50%,其中南部源地集中成片生态价值高,北部较为分散生态价值低。(2)生态安全格局构建生态廊道共有95条,基于景观连通性分析,筛选出68条关键廊道,26条重要廊道及1条一般廊道。(3)共识别生态夹点119处,面积达412.45 km^(2),生态障碍点46处,面积达423.20 km^(2)。(4)生态夹点及零星障碍点以自然维育为主,大型生态障碍点人工修复及自然恢复两措并举。[结论]借助生态评价以及电路理论开展构建的生态安全格局更符合物种运动的真实规律,可有效识别生态修复关键区域及其分布特征。

水生态评价方法探索——以汉江中下游为例

水生态评价是水生态保护与管理的基础和抓手,但中国在水生态评价方法方面基本处于起步阶段,亟需研究和完善,尤其是水生态评价和以物理化学指标为主的常规水质评价之间关系的处理更是处于空白状态。在充分研究和汲取美国、欧盟等发达国家或组织在水生态评价方面的先进理念基础上,以汉江中下游为例开展了水生态评价方法探索,将以物理化学指标为主的常规水质评价和水生生物指标评价相融合,提出了适于我国的水生态评价方法的基本思路及框架。研究成果包括:(1)提出了将常规水质评价基本单位——监测断面改为水体单元(或称评价单元),为常规的水质指标及拟增的水生生物指标等提供了共同载体;(2)提出了水生生物指标筛选的3条原则“生态代表性、压力敏感性、监测便捷性”;(3)提出了以水体功能是否满足为首要原则,以物理化学指标、水生生物指标为核心,以水文、栖息地等指标作为原因解析指标的水生态评价方法。应用所提出的方法对汉江中下游水生态状况进行了评价,评价结果表明:汉江中下游兴隆水库至汉口江段水生态环境已严重受损,其最突出的水生态问题为枯水期硅藻水华频发及底栖动物群落完整性显著下降,原因在于总磷、总氮、高锰酸盐指数的升高和大坝修建等因素引起的纵向连通性下降、流速减缓、泥沙减少;河流总磷Ⅲ类标准限值0.20 mg/L已不适用于汉江中下游水生态保护的需要,建议执行更严格的总磷控制标准,并适当从严控制总氮浓度和耗氧有机污染。

2020年洞庭湖水生生物群落结构特征及水生态评价研究

为了解洞庭湖水生生物群落结构并进行水生态评价,在2020年采用Shannon-Wiener指数对洞庭湖浮游植物、浮游动物和底栖动物进行调查,并采用水生态环境质量综合指数法(WQI)对洞庭湖进行水生态评价。结果表明:①洞庭湖浮游植物共检出6门73属,优势种类有伪鱼腥藻(Pseudanabaena sp.)、直链藻(Melosira sp.)、尖头藻(Raphidiopsis sp.)、平裂藻(Merismopedia sp.)和十字藻(Crucigenia sp.),全湖平均密度为95.7×10^(4)个/L。②洞庭湖浮游动物共检出48属,优势种是广生多肢轮虫(Polyarthra vulgaris)、螺形龟甲轮虫(Keratella cochlearis)、象鼻蚤(Bosmina sp.)以及无节幼体(nauplius),全湖平均密度为74个/L。③底栖动物共检出57种,优势种类有指突隐摇蚊(Cryptochironomus rostratus)、多足摇蚊(Polypedilum sp.)、铜锈环棱螺(Bellamya aeruginosa)、河蚬(Corbicula fluminea)、苏氏尾鳃蚓(Branchiura sowerbyi)和钩虾(Grandidierella sp.),全湖平均密度为141个/m^(2)。④洞庭湖总体水质为轻度污染,主要超标项目为总氮、总磷。综合营养状态指数为46.87,为中营养。洞庭湖生境质量评价结果为92分,为中等。⑤洞庭湖水生态环境质量为良好。

基于生态评价的威海市自然保护地保护空缺识别与优化

国内自然保护地存在大量保护空缺,影响着自然保护地体系的总体建设。自然保护地保护空缺分析多基于生态系统服务功能评价,鲜少文献对生态敏感性进行量化分析,难以满足当前空缺分析的要求。生态系统服务功能重要性与生态敏感性评价是国内确定生态保护空间的重要途径。研究以威海市为例,基于生态系统服务功能重要性和生态敏感性评价,识别自然保护地生态空间以及保护空缺,并提出优化建议。研究结果显示:威海市生态资源优势明显,生态评价中等以上区域主要分布在自然保护地附近以及部分山区;自然保护地内的生态空间面积占比为66.3%,其中湿地公园、自然保护区内的生态空间面积占比较低;自然保护地外有497.4 km~2的生态空间尚未被保护,空缺区域呈现小聚集大分散的分布特征。在未来自然保护地建设与整合优化中,应对湿地公园进行生态修复和分区管控;对不适宜的自然保护区进行降级或撤销;将外部保护空缺分类分时纳入自然保护地体系。

辽宁青龙河国家级自然保护区虎榛子群落调查与生态评价

辽宁青龙河国家级自然保护区,为生态系统类型自然保护区,2020年8月对虎榛子群落等进行了专项调查,根据调查结果系统分析研判灌丛群落的稳定性、珍贵稀有性、树种的抗逆性、生态作用、生物多样性影响等,对自然资源保护提供技术支撑。