扬州市水复合生态系统问题的生态学实质及调控对策

分析了扬州市水复合生态问题的生态学实质 :水生态过程的生态阻滞或耗竭 ;生态系统结构的破碎与功能的板结 ;水生态调控机制的匮缺和水生态意识的低下 。

基于复合生态系统原理的流域水生态承载力内涵解析

水生态承载力作为一个新的概念,其概念和内涵目前仍处于争论和探索之中。在回顾水生态承载力内涵已有研究的基础上,首先阐明具有"量、质、序"递进关系的水生态系统健康特征及其综合表征因子,然后基于复合生态系统原理,构建由水生态、经济和社会子系统共同构成、相互作用的流域复合水生态系统模型。在此基础上,以流域水生态系统的健康为目标,基于复合水生态系统模型,提出水生态承载力概念,并解析其内涵。流域水生态承载力具有极限性、可调性、动态性、相对稳定性、模糊性和不确定性等多种特征,在人类自身发展和主观调控的共同作用下呈现出沿"S"型不断增大的演化轨迹。通过提高经济效率和优化社会配置来降低经济社会压力,或者通过扩充可用水资源和水环境容量来提高支撑能力,可以使水生态承载力得以提升。

人工复合生态系统对太湖局部水域水质的净化作用

根据不同生态类型水生高等植物的净化能力及其微生境特点，设计建造了由漂浮、浮叶、沉水植物及其根际微生物等组成的人工复合生态系统（ａｒｔｉｆｉｃｉａｌｃｏｍｐｌｅｘｅｃｏｓｙｓｔｅｍ；ＡＣＥ），并在太湖五里湖中桥湖湾内以动态模拟试验，从群落水平研究了多种水生植物镶嵌组合的人工复合生态系统对富营养化湖水的净化能力。结果表明，富营养化湖水经该系统净化后，藻类生物量（以Ｃｈｌａ计）下降５８％，氨氮下降６６％，总氮下降６０％，总磷下降７２％，可溶性磷酸盐下降８０％，水质得到明显改善。与以该湖湾湖水为水源的水厂出水相比，人工复合生态系统出水的氨氮比水厂出水的氨氮平均低４５％，总氮低３７％，可见经人工复合生态系统处理的湖水部分指标优于同源的自来水。

三峡库区小集水区复合生态系统的水分及养分动态

以三峡库区小集水区复合生态系统为对象 ,定量研究了其中不同子系统的水分和养分动态过程。结果表明 :(1)平均径流系数是裸地 >草地 >菜地 >柏木林 >桔园 ;(2 )年养分流失量是裸地>桔园 >菜地 >草地 >柏木林 ,桔园和菜地的径流系数较小 ,但其径流中养分含量较高 ,导致其输出养分总量较大 ;(3)菜地和桔园由于输出果菜 ,导致系统N、P循环效率的降低 ;(4)各子系统中P的流失较厉害 。

松花江流域沿江重点监控企业水环境潜在污染风险分析

为防控松花江流域水污染风险、优化流域内沿江产业带布局,分析了松花江流域沿江企业潜在污染风险的大小和分布,并揭示导致不同区域间水环境潜在污染风险空间差异的原因。基于《2012年废水国家重点监控企业名单》,本研究将沿松花江(到三级支流)1 km范围内的45家重点废水产生企业识别为松花江流域水环境潜在污染风险源。以沿江企业和重点区域的废水产生量与对应河段的水质状况表征水环境潜在污染风险源强弱与流域水体对潜在污染风险的缓冲能力,并以区域总人口数、第二产业产值及珍稀濒危物种分布情况反映流域社会-经济-自然复合生态系统对潜在污染风险的敏感程度开展评价。结果表明:牡丹江市辖区(牡丹江中游河段)因潜在污染风险源强、水体对潜在污染风险的缓冲能力低且自然生态系统对潜在污染风险的敏感程度高,是松花江流域受沿江企业产生的水环境潜在污染风险最严重的地区;长春市辖区(饮马河、伊通河部分河段)、伊春市辖区(汤旺河全部河段)与敦化市(海浪河全部河段、牡丹江部分河段)由于较低的水体缓冲能力和较高的生态系统敏感程度,应加强水环境潜在污染风险的防治;污染风险源强的吉林市辖区(西流松花江部分河段)与七台河市辖区(倭肯河部分河段),须提高本区域对潜在污染的风险管理能力以降低污染事故发生的可能性。最后,针对不同行业类型、区域潜在污染特点与水污染风险特征,从加快污水处理研究、评估污染治理经济手段、建立产业准入机制及完善污染防治立法等多方面提出流域水环境污染风险管控的相关建议。

基于复杂性的生态系统可持续演化特征分析

介绍复杂性理论、阐明地球生态系统的复杂巨系统特点,以水资源演化为例,说明其状态、过程、变换之间关系是错综复杂的。认为可持续发展是以人为本包括自然和社会要素的复杂巨系统问题,生态资源与环境灾害是人类与生态系统关系的正、反两态。引入复杂性理论,为人类摆脱资源、环境、生态困境提供一种科学思维方式:非线性思考问题;从单一性向系统性转变,用系统科学分析问题;从单纯追求经济效益向追求社会等综合效益的转变,并使其最大,利于走向可持续发展的轨道。

中国区域水资源系统韧性与效率的发展协调关系评价

在界定水资源系统韧性概念的基础上,综合应用赋权法、SBM-DEA模型及发展协调度模型对2000—2016年全国31个省区的区域水资源系统的效率、韧性以及两者之间的发展协调关系进行评价。结果如下:①中国区域水资源系统效率整体上处于非有效区,在研究期间呈现出在波动中上升的趋势。②中国区域水资源系统韧性的平均值为0.39,总体水平较低,研究期间整体上呈波动上升趋势。③中国区域水资源系统效率与韧性的发展度总体呈现平稳上升—较快上升—急剧下降—上升的趋势,呈倒"U"型发展;协调度在研究期间呈现波动中上升趋势,大部分省区的发展度较好,而协调度较弱。④2000—2016年,水资源效率与韧性的发展协调度一直维持着"东-中-西"阶梯式递减格局,失调省区的数量降低,初级协调、中级协调、良好协调省区的数量逐渐提升,整体向协调趋势发展;空间格局上呈现由2000年倒"E"型对称式分布格局向如今北部围绕天津、中部围绕上海、南部围绕广东的三级格局演变,格局分布与中国三大经济区基本吻合,可知中国水资源系统效率与韧性的发展协调水平与经济发展水平之间有明显的关系.

淡水生态系统中的复杂性问题

淡水生态系统中的复杂性问题 ,可由水体类型的复杂性 ,水体形成的复杂性 ,水生生物的多样性 ,以及生态系统结构、功能的复杂性和格局、过程的复杂性 ,流域影响的复杂性 ,人类干扰的复杂性等构成 .简要介绍了中国淡水生态学研究的某些进展与动态 ,并针对淡水生态学研究所面临的主要问题———湖泊富营养化和蓝藻水华上暴发的相关研究作了介绍 ;结合国际生态学研究的最新动态 ,还探讨了淡水生态学研究可能的发展方向 .淡水生态系统复杂性研究可能取得的进展有如下几个方面 :RCC (rivercontinuumconcept河流连续统 )理论 ,以IBI (indexforbi oticintegrity生物完整性指数 )和IWI (indexofwatershedindicators)等为代表的生态系统健康研究 ,scaling(尺度推绎 )与fractal(分形 ) ,生态系统管理与信息系统 ,空间数据分析与异质性 。

滤食性底栖动物-菌藻复合生态系统对富营养水体净化的特性

为研究滤食性底栖动物-菌藻复合生态系统对富营养化水体的净化特性,选取滤食性底栖动物田螺（Cipangopaludina chinensis）、河蚌（Corbicula fluminea）和泥鳅（Misgurnus anguillicaudatus）,以重污染河水为处理介质构建6种复合生态系统,分别研究其对水体中污染物的净化特性、污染物降解动力学及共生菌藻的微生物特性。结果表明,6种复合生态系统对化学需氧量（COD）、总磷、总氮、氨氮均有较好的去除效果,去除率分别为69.9%~84.9%、75.9%~87.3%、84.9%~90.5%、91.9%~96.6%。由动力学分析可知,在分别由田螺和田螺＋泥鳅所构成的2种复合生态系统中COD和总磷质量浓度变化符合一级动力学模型,总氮和氨氮质量浓度变化符合零级动力学模型。随时间延续,各生态系统中的滤食性底栖动物表面及悬浮态菌胶团上聚集了多种藻类、菌类及微型后生动物,促进了水中污染物的降解。在滤食性底栖动物-菌藻复合生态系统中,藻类是主要的初级生产者,滤食性底栖动物是主要消费者,菌、藻类微生物是主要分解者,三者组成了复合生态系统的主要生物群落和营养结构,所形成的这种基于共生关系的生态系统对富营养化水中的污染物质的去除主要依靠相互间的依存关系完成,以协同作用维持水生生态系统的平衡。本研究可为富营养化水体的生态修复提供理论依据和工艺设计参考。

论生态需水问题的复杂性

生态系统具有高度的开放性,其影响因子之间存在着复杂的非线性耦合关系,这种关系是生态系统产生复杂性的根源。生态系统除具有复杂性系统所共有的非线性、多样性、多层性、多变性、整体性、统计性、不可逆性、自组织性与临界性等特征外,在空间、时间、影响因子和功能等方面也具有复杂性。生态系统的复杂性导致了生态需水问题的复杂性,研究生态需水必须首先了解生态系统的复杂性。生态需水的复杂性特征表明:很难用一个简单通用的生态需水公式说明生态需水,用统计学方法研究生态需水可能更好;生态需水背景值研究、生态需水标准体系研究、生态需水模型研究应该是生态需水研究的重要内容。

颐和园园林绿地复合系统耗水规律初步研究

针对目前研究中多关注某一单一植被类型的绿地水分利用和管理,较少实地研究植被组成更复杂的园林绿地复合生态系统的耗水规律的情况,该文通过对颐和园降雨、灌溉、土壤含水量和土壤基质势等指标的实地、原位、多点监测,利用分布式水量平衡基本原理,初步研究了乔草、灌草和纯草3种园林绿地系统的水分消耗规律。结果表明:乔草组合和纯草均表现为低耗水、高渗漏,灌草组合表现为高耗水、低渗漏;灌草组合和纯草比乔草组合具有较高的土体补水量。建议雨季应停止灌溉,防止水分渗漏,以临时性补灌为主,同时加强排水措施,尤其对于具有高渗漏特点的乔草和纯草系统;由于灌草具有高耗水性,应在设计节水型园林时减少使用。

“以水定产”驱动的黄河流域可持续水管理策略研究

水资源短缺是长期以来制约黄河流域经济发展的关键因素,实施“以水定产”是黄河流域可持续水管理的核心策略,对推动流域内的经济社会与环境协同发展、实现黄河流域生态保护和高质量发展战略至关重要。本文剖析了“以水定产”的基本概念及其内涵的演变过程,辨析了“以水定产”“水管理”两者的逻辑关系,基于复合生态系统理论提出了“以水定产”促进可持续水管理的概念框架及实施路径;从黄河流域水治理战略演变、流域水管理制度变迁两个层面梳理了黄河流域水管理体系的发展历程及现状;进而分析了黄河流域实施“以水定产”在管理体制统筹协同、人水和谐效益优化、基础数据支撑能力等方面存在的主要挑战。研究提出了“以水定产”驱动的黄河流域可持续水管理策略建议:完善流域水管理部门和行政单元协调机制,协同推进“四水四定”;激励多元主体参与流域治理,创新流域治理网络体系构建;推动流域内管理部门共建共享数据资源,实现流域精细化、可持续水管理。

基于系统动力学的西安市复合生态系统情景分析

为提高城市发展中水土资源的可持续利用,以西安市为例,基于系统动力学方法(SD)和复合生态系统理论,构建了"社会-经济-水资源-土地资源-生态环境"的城市复合生态系统模型,通过设置经济优先、环境保护和协调发展3种情景,分析对比了不同情景下2004-2025年西安市复合生态系统的变化趋势,并对协调发展方案下的水土资源利用、经济社会发展以及生态环境状况进行了仿真分析。结果表明:协调发展型方案是西安市水土资源利用的最优方案; 2017年以后,西安市还将长期面临缺水且供水缺口较大,需要区外调水、新建水源工程才能满足市区用水需求;西安市建设用地面积将逐年增加,2025年将增至914. 70 km2,耕地面积仍将逐年减少,2025年将减少至21. 85×104hm2;可通过推进节水型城市建设,推行土地集约化利用,发展第三产业、控制人口增长等措施,对西安市的水土资源开发利用进行调控。该研究可为城市水资源和土地资源的综合规划以及高效利用提供依据。

“山水林田湖草沙生命共同体”耦合框架、模型与展望

“山水林田湖草沙生命共同体”系统保护与修复是我国生态文明建设的重要内容。明确生命共同体的耦合机制,是科学地进行生态保护和修复工作的关键。针对当前生命共同体耦合机制不清、理论和方法不健全的问题,从耦合的视角出发,在小流域尺度上单一生态系统内部生态要素的耦合、流域尺度上不同生态系统之间的耦合、区域尺度上人与自然的耦合三个方面进行整合,在此基础上探讨了多尺度山水林田湖草沙耦合理论,提出了一般性的山水林田湖草沙耦合理论框架。梳理并比较了当前主要的生态系统模型、景观模型、统计学模型以及复合生态系统的多模型耦合方法,综合提出了一个适用于“山水林田湖草沙生命共同体”耦合研究方法。对进一步完善山水林田湖草沙一体化保护修复提出了建议,包括:一是构建多源信息数据库,推进定量化耦合机制研究;二是开展全生命周期监测与评估,探索适应性治理路径;三是强化多元主体参与,完善协同保护机制。

2019-2021年黄土高原典型粮草复合生态系统日通量数据集

粮草复合生态系统作为黄土高原典型的生态系统类型,对维持区域粮食生产和畜牧业发展起着至关重要的作用。了解黄土高原粮草复合生态系统碳水交换和能量配分特征,对于理解黄土高原区域气候、碳水循环及其耦合过程具有非常重要的意义。本数据集为兰州大学甘肃庆阳草地农业生态系统国家野外科学观测研究站自2019年累计的日尺度碳水通量数据,时间覆盖范围为2019年1月至2021年12月,数据指标包括净生态系统CO_(2)交换量(NEE)、总生态系统生产力(GEP)、生态系统呼吸(RE)、蒸散发(ET)、潜热通量(H)、净辐射(Rn)和降雨量(P)等。研究生态系统为粮草复合生态系统,属黄土高原典型的农业生产类型,具有较强区域代表性。本数据集从野外观测、数据入库、质量控制到通量计算均严格按照国际通量观测技术标准进行,所获数据完整性好、质量高,数据可为黄土高原区域作物生产、水资源高效利用、碳源汇管理以及对全球气候变化的响应等研究方面提供数据基础。

基于系统仿真的提升赣江流域水生态承载力的方案设计

保护和改善流域水生态环境已成为环保工作的重要内容和科学研究的重要课题.基于承载力理论和复合生态系统理论,构建了赣江流域水生态承载力系统的概念模型、主导结构模型和系统动力学模型.以2000—2030年为系统仿真区间,仿真结果表明,到2016年赣江流域水生态承载力达到上限,此时可承载人口规模为2566万人,可承载经济规模为11034亿元.赣江流域水生态承载力现状不容乐观,需采取一定的措施.以"节流"、"控污"、"治污"为问题导向,基于"供给管理需求管理"、"末端治理根源治理"、"观念调节行为调节"等公共政策设计的不同视角,初步提出了提升水生态承载力的27个政策干预点,通过政策干预点对系统作用的灵敏性检验,基于识别出的16个灵敏政策干预点,设计了提升赣江流域水生态承载力的综合发展方案.仿真结果表明,到2029年(推后13年)赣江流域水生态承载力达到上限,此时可承载人口规模为2702万人(提升了5.3001%),可承载经济规模为28547亿元(提升了158.7185%).降低人口增长和经济发展速度,提高技术进步和优化产业结构是提升赣江流域水生态承载力的重要途径.

复合生态滤床用于重金属污染地表水体修复

以蛭石为滤床基质,研究了复合生态滤床对受重金属污染地表水体的修复效能.结果表明,复合生态滤床对重金属污染水体有较好的处理效果,在水力负荷为2.0m.3m-.2d-1时,系统对Cu、Zn、Pb和Cd的平均去除率分别达到81.60%、80.55%、83.20%、62.21%;按照国家《地表水环境质量标准》(GB3838-2002),出水重金属浓度达到Ⅱ类水质标准;出水COD值为9.7～38.3mg·L-1,达到Ⅰ类水质标准;出水NH4+-N达到1mg·L-1以下,达到Ⅲ类水质标准.滤床基质中铜离子含量稳定在30mg·kg-1左右,表明植物根系可以有效地吸收蛭石吸附的重金属,从而有效提高蛭石的再吸附能力,延长滤床工作周期.

黄土高原水土保持工程措施的生态系统服务

黄土高原严重的水土流失是黄河泥沙的主要来源。自1950s以来大规模实施的水土保持工程建设是黄土高原水土流失治理的重要举措,在减少入黄泥沙方面做出了巨大贡献。水土保持工程措施通过直接或间接地作用于坡面、沟道的水文过程和物质迁移过程等,改变了水资源和土壤资源的时空分配格局,在土壤保持、粮食供给、水文调节等方面发挥了重要作用,对黄河流域生态安全具有重要贡献。本文系统综述了黄土高原水土保持工程措施的发展演变,阐述了水土保持工程措施对水土过程的作用机制及对关键生态系统服务的贡献,探讨了新形势下黄土高原水土保持工程措施建设面临的问题、挑战。在此基础上提出今后黄土高原水土保持工程措施应加强维护和管理,提升应对极端气候事件和自然灾害的能力,面向国家生态文明建设和区域社会经济发展需求,统筹工程措施与植被措施,进行科学的设计与合理的时空配置,以维护黄土高原及黄河流域生态安全、维持和提升区域生态系统服务功能及社会经济效益。