健康水生态系统的退化及其修复——理论、技术及应用

由于人口增加和工农业生产的发展 ,人类赖以生存的淡水生态系统日益退化 ,特别是富营养化问题 ,已严重威胁社会经济的持续发展和人类健康 .如何在强污染负荷下修复水生态系统具有重大理论和现实意义 .本文总结了自 1990年以来在淡水湖泊中进行的物理生态工程(Physico EcologicalEngineering ,PEEN)实验研究实践 .主要结论为 :(1)地表水环境治理的主要目标是修复为稳定健康的水生态系统 ;(2 )主要方法是与污染源治理相结合实践物理生态工程(PEEN)和生物环保产业 (Bio EnvironmentalEnterprise ,BEE) ;(3)实现目标的主要途径是星火燎原 ,从局部到大范围乃至全流域 ;(4 )实现目标的主要关键是抓住四个环节 (4M ) :高等水生植物(Macrophyte) ,宏观仿生学 (Macro bioimitation) ,微生物 (Microorganism) ,及管理 (Management) ;(5 )山清水秀 ,人杰地灵 ,社会经济生态协调发展的美好未来有可能在不远的将来实现 .

密云水库上游(北京段)流域水生态健康评价

密云水库是北京市重要饮用水水源地,开展流域水生态健康评价并分析影响水生态健康的关键因素,对于密云水库上游(北京段)流域水生态保护具有重要意义。基于密云水库上游20个小流域生境结构、水质和水生生物数据,结合密云水库上游(北京段)流域生态现状,构建了涵盖生境结构、水质和水生生物的评价指标体系,运用基于熵权法的综合健康指数法对流域水生态健康状况进行综合评价,结果表明:密云水库上游(北京段)流域水生态健康状况总体为亚健康,其中小流域健康、亚健康、一般等级占比分别为10%、65%、25%;密云水库上游(北京段)流域水生态健康状况具有较强的空间异质性,健康等级较高的地区主要分布在白马关河、琉璃河、汤河中游、天河上游,健康等级相对较低的地区主要分布在潮河、白河中下游、汤河下游、清水河、安达木河上游;面源污染、植被覆盖度低、水土流失等是影响密云水库上游(北京段)流域水生态健康的关键因素。

基于生态完整性的水生态健康评价研究综述

系统回顾了水生态健康定义和内涵的发展历程,梳理了水生态健康评价中构建评价指标体系常用的模型和方法,指出基于生态完整性的水生态健康评价指标体系在指标分类上更加科学全面、工作流程上更加清晰、实用性与可操作性更强,分析了基于生态完整性的水生态健康评价主要难点,包括指标与基准的选取、指标权重的分配、压力源的识别以及评价的准确性,以期提供更加清晰的水生态健康评价相关概念,为水生态保护和恢复成效评估提供决策支持。

浑河水生态健康状况评价

根据2020年调查监测的浑河流域12个点位大型底栖动物类群数据,从功能摄食群、污染耐受情况、各类群相对丰度和分类单元情况上,以参照点位25%分位数值为标准利用大型底栖动物完整性评价浑河水生态健康状况。结果表明:参与评价的点位中达到健康状况的点位有2个,达到亚健康和一般健康的各4个,达到差和极差点位的各1个;受人为干扰浑河水系整体连通性稍差,生境类型和生态功能差异明显,各点位健康状态呈多样化发展。

淀山湖浮游植物群落结构特征及水生态健康评价

淀山湖是黄浦江上游重要的饮用水源地保护区和生态涵养区,评估淀山湖水生态健康状况,可为淀山湖水环境改善及水资源保护提供基础资料。2013年、2016年、2019年和2022年4个年度的6月和9月在淀山湖布设6个站位进行浮游植物样品采集及水体理化指标监测,分析淀山湖夏初、秋初浮游植物的种类组成、数量和多样性等群落结构特点,并采用冗余分析法(RDA)探讨群落结构与环境因子的关系。调查期间共检出浮游植物7门80属169种,其中绿藻门占绝对优势,其次为硅藻门、蓝藻门和裸藻门,甲藻门、隐藻门和金藻门种类数较少;铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)和尖尾蓝隐藻(Chroomonas acuta)的优势最明显,其中铜绿微囊藻是引起淀山湖水华的主要物种,且易在9月湖区的西南方引起蓝藻水华;6月和9月浮游植物密度变动范围分别为1.69×10^(6)~3.08×10^(6)个/L和1.31×10^(6)~128.67×10^(6)个/L,6月在湖区东北方的平均密度最高,9月在湖区西南方的平均密度最高;水华暴发年份(2016年和2019年)9月平均密度明显高于同年6月,水华未暴发年份(2013年和2022年)9月平均密度则低于同年6月;冗余分析结果显示水温、溶解氧、透明度、总磷、总氮和高锰酸盐指数等是主要环境影响因子;浮游植物群落主要受磷营养限制,其物种数量、密度及优势种主要受水温影响;采用不同指数法评价水质,发现Shannon-Wiener指数和Pielou指数对淀山湖蓝藻水华的指示比综合营养状态指数更灵敏。根据研究结果可以判断淀山湖夏秋季水体总体上处于轻―中度富营养化水平,且呈轻污染程度。

基于P-IBI指数的修河中下游水生态健康评价

修河流域为鄱阳湖流域五大支流之一,为掌握该流域水生态健康现状,该研究以2021年丰水期(8月)和枯水期(12月)14个样点的浮游植物类群和水体理化指标调查数据为基础,构建了浮游植物生物完整性指数(P-IBI)评价体系,系统评价了修河中下游水生态健康状况。调查结果表明,修河中下游共记录到浮游植物6门44属66种,其中丰水期、枯水期分别发现优势种17和5种;经分布范围检验、判别能力分析以及矩阵Pearson相关性分析筛选出6个核心评价指标,即硅藻属百分比、硅藻门细胞密度百分比、绿藻门细胞密度百分比、Shannon-Wiener指数、绿藻门细胞生物量以及硅藻门细胞生物量百分比;通过比值法统一量纲赋分并划分出4个健康评价等级,结果显示修河中下游水域整体处于“亚健康”,其中处于“健康”、“亚健康”、“一般”和“差”的点位占比分别为28.57%、21.43%、21.43%和28.57%;冗余分析表明,修河中下游水生态健康的主要环境驱动因子为透明度、水温和溶解氧。该研究可为鄱阳湖子流域水生态健康管理和水生态修复提供参考与科学依据。

爱河河流水生态健康评估

为了适应新时期河长制和河湖健康管理工作要求,从社会服务功能可持续性和生物、化学、形态结构及水文完整性角度综合评估爱河流域水生态健康状况。结果表明:爱河流域水生态总体达到健康等级,其中爱河干流略高于支流评分;生态状况达到亚健康~健康等级主要与生物、水文完整性较差有关,功能状况达到健康等级主要与社会服务功能可持续性较高有关。

葫芦岛市六股河水生态健康状况评价

从河流水文、水质、水生态特征和社会服务功能5个方面建立评价体系,以葫芦岛市六股河为例,采用改进的随机森林算法评价河流水生态健康状况。结果表明:通过优化改进明显改善了传统算法性能,显著提升了运算效率和模型精度;2018—2020年六股河水生态健康总体呈良好发展态势,从微病态逐渐转变成微健康等级,可为河流水生态保护和水利综合规划提供科学依据。

浙北平原河网地区典型湖漾水生态健康评价研究--以德清县苎溪漾为例

基于不同生境特征的水生态系统尚缺乏差异性评价标准的现实需求,本文以浙北平原河网地区湖漾水生态系统为切入点,采用一套针对其功能结构及区域特征的湖漾水生态健康评价体系,选取一个典型湖漾分别从物理生境、水质、沉积物和水生生物等4大要素13项指标开展水生态健康评价研究。结果表明,德清县最大的湖漾苎溪漾水生态健康状况为亚健康。其中,物理生境健康方面,苎溪漾生态缓冲带宽度较大、植被覆盖率较高,生境状况较好,为保护生物多样性创造了良好条件;水质健康方面,苎溪漾溶解氧充足、富营养化程度适当,抗生素影响小,水质条件较好。但是,从沉积物健康来看,苎溪漾底泥中总氮、总磷浓度较高,存在内源污染风险;从水生生物健康来看,苎溪漾杂食性鱼类占比较高,导致浮游植物及浮游动物多样性指数均较低,不利于湖漾水生态系统的平衡和稳定。建议苎溪漾在渔业养殖中适当降低杂食性鱼类的养殖密度,避免对浮游生物的过度摄食;并采取相应的措施减少周边农业种植以及生活污染源的输入,控制底泥内源污染的累积风险。

浑河沈抚段水生态健康评价

以浑河沈抚段为例,从河流的社会服务功能、水文、水质和水生态特征4个方面构建评价体系,采用改进的随机森林算法研究评价浑河沈抚段水生态健康状况。结果表明,2017—2021年浑河沈抚段水生态系统整体呈现良好发展态势,改进的随机森林算法能够明显提升运算性能、计算效率和模型精度,可为流域水生态保护和水资源管理提供科学依据。

基于栖息地质量指数方法的营口地区河流水生态健康评价

采用栖息地质量指数法对营口地区主要河流水生态健康进行综合评估。评估结果表明:营口地区主要河流栖息地指数在179~259之间,总体处于亚健康状态。研究成果对于区域河流水生态健康综合评估方法具有参考价值。

浑河沈阳段水生态健康评价

为了科学合理评估浑河沈阳段生态健康状况,在相关统计数据和研究基础上,基于水生态健康指标理论,从物理化学指标、生态指标和社会经济指标3个方面,选择了15项构建了浑河沈阳段生态健康评估指标体系。评估结果表明:浑河沈阳段水生态系统健康综合指数2020年>2019年>2017年>2016年>2018年。健康状态最好的一年为2020年,生态系统健康综合指数为0.6968;健康状态最差的一年为2018年,生态系统健康综合指数为0.4437。在2016—2020年,浑河沈阳段水生态系统处于不稳定的状态,2019年和2020年生态系统处于健康状态,2016年、2017年和2018年生态系统处于亚健康状态。

基于水质的木兰溪水生态健康时空格局与关键指示指标识别研究

基于现场实测数据及Hurst指数、Mann-Kendall检验、Spearman相关系数法等分析方法构建水生态健康指数(WHI)。以福建省木兰溪为研究对象,分析2019年~2024年水生态健康的时空格局和动态过程,进一步识别D0、TP等关键指示指标。结果表明,木兰溪WHI指数均值从2019年的49.35提升至2024年的89.76,总体向好,基本处于健康等级,但在汛期波动性非常剧烈。在空间分布特征上,上、中、下游的WHI指数差异逐渐缩小。后续应加大对中下游面源污染的防治,积极应对咸潮与风暴潮的影响,持续改善流域水生态健康水平。

鸣翠湖浮游植物完整性指数构建及水生态健康评价

为探究鸣翠湖水生态健康状况,于2020年1月、4月、7月和10月对鸣翠湖的水环境因子和浮游植物群落结构进行了调查分析并确定参照点和受损点,对候选生物指标进行分布范围检验、判别能力分析、指数间相关性分析,最终选取浮游植物优势种物种数、浮游植物Simpson指数、浮游植物细胞总密度、蓝藻生物量百分比作为浮游植物完整性指数(P-IBI)的参数。构建P-IBI指标体系对鸣翠湖水生态健康的评价结果显示,鸣翠湖冬季水质为优,春、秋季处于差的状态,夏季处于很差的状态;状态良好的点位有2个,状态中的点位有1个,状态差的点位有2个,状态很差的点位有1个。鸣翠湖水生态健康评价结果较差的原因主要是浮游植物细胞总密度较高,导致P-IBI指数较低。

基于大型底栖无脊椎动物评价沱江流域典型支流水生态健康状况——以西江河为例

开展沱江流域水生态监测与健康评估是筑牢长江上游生态屏障的重要一环。本文采用水质、生境、生物监测工作组(BMWP)评分系统、钱德勒生物评分(CBS)、香农-韦纳物种多样性指数(SWDI)、希森霍夫生物指数(HBI)、水质指数(water quality index,WQI)的核心指标对沱江流域典型支流西江河进行评估。西江河各河段共检出大型底栖无脊椎动物3门6纲16目31科34属39种。计算结果显示对各指数赋分进行加权平均的WQI综合评价指数更适合用于评价沱江流域河流的水生态健康状况。

北京市河流水生态健康时空异质性及改善路径研究

河流生态系统是人类社会得以生存与发展的基本条件,河流水生态健康对保障区域水安全,避免水灾害具有重要意义。随着城市化的不断推进,河流生态系统面临着巨大挑战,水生态风险及灾害呈现广发、频发和深发态势。通过汇总北京市五大流域河流水生态健康状况评估相关研究,识别区域水生态系统主要问题,诊断水生态健康问题产生的原因。结果表明,北京市河流水生态系统健康状况具有较强的时空异质性。空间上,各流域河流水生态健康状况为潮白河>永定河>蓟运河>清水河>北运河。上游河段水生态健康状况好于中下游,山区段河流好于平原段。水资源短缺引起的河流生态基流不足、水污染物超量排放造成的水质不达标、粗放式河流水利工程建设、河流水土资源的不合理开发以及河流植被缓冲带的不足等是造成河流水生态健康问题主要原因。并针对病因提出河流水生态健康目标导向的改善路径,以期为北京市及其他北方缺水性城市河流水生态健康改善及水安全保障提供参考。

生物完整性指数及其在水生态健康评价中的应用进展

生物完整性指数(index of biotic integrity,IBI)是用以度量区域生物集群维持物种组成、多样性、结构和功能稳态能力的量化指标,经过30多年的发展,已成为水生态健康定量评价的热门方法。IBI是将具有不同敏感性的多项度量指标复合而得的一个数值,其理论基础是生态学与数学,涉及生物学和环境科学等其他多门学科。IBI作为一种定量分析方法,其理论技术体系仍在不断发展演化,关键技术环节为参照位点选取、度量指标筛选以及指标赋权和复合,各环节的实现存在多种观点和方法。基于大量监测数据的预测模型研究是目前国际学界的研究热点,但我国学界尚未见IBI预测模型的研究报道。除了传统的F-IBI(鱼类IBI)、B-IBI(底栖动物IBI)、A-IBI(固着藻类IBI)、P-IBI(浮游生物IBI)和AP-IBI(水生植物IBI),已有学者提出M-IBI(微生物IBI),基于上述单类群IBI(s-IBI)的研究成果,多类群IBI(m-IBI)将成为今后重要的研究方向。IBI的应用目的可分为水生态健康定量评价、水生态对人类干扰响应的定量分析和预测水生态健康状况。认为IBI具有定量化、对象依赖性、学科交叉性、标准化趋势和系统误差性的特点,IBI在农村河道、灌区和农田生态健康评价领域是一种极具前景的方法。

基于水生态健康维护的空间开发管制分区研究——以巢湖环湖地区为例

水生态健康已成为区域环境管理的新目标及国内外生态环境领域研究的热点。在快速工业化和城市化推动下,巢湖环湖地区出现了水质恶化、植被消亡与生态系统功能退化等水生态健康问题,旨在通过环湖地区的空间开发管制分区,处理好开发与保护的关系,实现环湖地区水生态系统持续、健康发展。应用Arc GIS空间分析平台,构建由水生态敏感性和水生态压力组成的分区评价指标体系,以500 m×500 m网格为评价单元,通过单要素与多要素的综合评价,借助二维关联矩阵分析,进行空间开发管制分区,据此提出差别化的区域开发与生态环境保护导向。结果表明:巢湖环湖地区从空间单元上可确定为低敏低压区、低敏高压区、高敏低压区、高敏高压区4种类型区;水生态敏感性较高的环湖主要入湖河流两侧,以加强生态修复和环境保护为主;滨湖新区北部、巢湖市区及各镇镇中心水生态压力较大,迫切需要转型升级,实施严格的环境准入条件和污染排放标准;虽然环湖乡镇大部分地区水生态敏感性和水生态压力相对较低,可依托本地优势资源,因地制宜、错位发展,但严格控制新增污染物排放、维护水生态健康发展是首要任务。

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.

建立促进太湖水生态健康的流域现代化治理体系的建议

太湖流域是长江三角洲的核心区域,是我国人口密度最大、工农业生产发达、国民经济产值增长幅度最快的地区之一。近十多年来,太湖流域在经济总量翻番、环境压力大幅增加的情况下,流域控源减排成效显著,入湖河流水质稳步改善,现行以污染控制为主的水质目标治理体系发挥了重要作用。然而,太湖蓝藻水华仍常态化暴发,生态系统结构和功能尚未恢复,距离实现太湖水生态良性循环还有较大差距。面向美丽中国建设和长三角区域一体化发展的重大需求,在分析太湖流域水生态面临的主要问题的基础上,借鉴国外水环境治理成功经验,围绕流域污染防控、空间管控、生态修复、环境管理和科技攻关等方面,提出了建立促进太湖水生态健康的流域现代化治理体系的建议。