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 .

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.

基于城市水生态系统健康的生态承载力理论探讨和评价研究

城市水生态系统是城市生态系统的主要组成部分和关键因素。通过城市水生态系统与人体自身健康机制的类比分析,将基于城市水生态系统健康的生态承载力定义为在一定社会经济条件下,城市水生态系统维持其服务功能(供水、防洪、生物保护、景观娱乐等)及自身健康的潜在能力。提出了“基于城市水生态系统健康的生态承载力-压力量化模型”,并根据理论模型设计了计算模型。用承载力与压力所确定的城市水生态系统健康指数,描述了城市水生态系统的健康状态。以郑州市为例,分别计算了该市1995—2004年城市水生态系统承载力及其压力,并得出相应的城市水生态系统健康指数。结果表明,城市水生态系统承载力处于逐年上升趋势,但存在波动;健康指数亦逐步增加,对应健康状态为“病态—亚健康—健康”状态,特别是1998年后该地城市水生态系统健康状况有明显好转。

基于熵权综合健康指数法的瀛湖水生态系统健康评估

瀛湖是南水北调丹江口水库重要的水源涵养区,承担着丹江口水库60%的供水量,又是沿线乡镇和安康市城区饮用水水源地。在充分调查的基础上,采用综合健康指数法对1986—2012年之间瀛湖的水生态系统健康状况进行了评估,结果表明,1986—2005年,瀛湖水生态系统健康指数呈逐渐下降趋势,健康状态由健康降至一般病态;2005—2012年之间,瀛湖水生态系统健康指数总体呈上升趋势,健康状态除2010年为一般病态外,其余均为亚健康状态。

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。

多重人类干扰下长江流域的水生态系统健康修复

首先概述了水生态系统健康的定义,即水体的物理、化学和生物组分的完整性。然后介绍了长江流域的主要人类活动干扰和水生态系统健康现状,主要包括水生生物生境的破碎和丧失、污染物的排放和水质问题,以及水生生物资源的衰减现状。最后在水电开发、航运、化工、采矿、农业、城镇化及渔业过度捕捞等多重人类活动干扰下,提出从以下几个方面修复长江流域的水生态系统健康:①腾让并修复水生态空间;②恢复鱼类等水生生物资源;③调整各项人类活动并开展生态修复;④加强长江生态保护法的立法以确保长效的生态修复机制的形成和维护。

基于综合指标的潼湖平塘湖泊生态系统健康评价

潼湖平塘是广东省典型的内陆淡水湖泊湿地,是区域内重要的生态屏障和生态功能区,科学评估其健康状况可以更好地指导潼湖平塘生态修复。本文基于国内外湖泊健康评价经验,构建了包含1个目标层、4个准则层(“盆”、“水”、“生物”和“社会服务功能”)和16个指标层的湖泊生态环境健康评价体系。将层次分析法和综合评估法相结合,计算湖泊健康得分,获得了潼湖平塘水生态健康状况。评估结果显示:8项指标处于非常健康状态(80~100分),3项指标处于健康状态(60~80分),防洪达标率处于亚健康状态(40~60分),湖泊营养状态、鱼类保有指数、大型水生植物覆盖度和浮游植物密度等4项指标处于不健康状态(20~40分),总体评估表明潼湖平塘整体处于亚健康状态,属于生态功能受损的三类湖泊。建议从外源污染物源端监管、污染水体和底泥治理、外来入侵物种防治、蓄滞洪区防洪工程建设等方面开展水污染防治工作。评价结果能够为湖泊的开发利用和保护修复提供基础数据和决策依据。

长江流域的主要人类活动干扰、水生态系统健康与水生态保护

探讨了长江流域目前面临的主要水生态与环境问题、长江流域主要的人类活动干扰及其影响和水生态大保护三个方面的内容。当前,长江流域的主要水生态与环境问题体现在水文和泥沙的自然规律发生变化及污染物影响下相应的水体物理、化学和生物问题。水电开发、航运发展,沿江工业、采矿业、农业及城镇化、渔业捕捞等是影响长江水生态系统健康的主要人类活动干扰因子。根据长江流域的实际情况,参照国际大河(如密西西比河)流域的生态保护与治理经验,建议长江流域水生态大保护主要从腾让和修复水生态空间、恢复鱼类等水生生物资源,以及加强沿江产业绿色转型与升级等方面入手,同时要加强相关立法的建设。

指标动态权重对湖泊水生态系统健康评价影响研究

利用2014年和2018年鄱阳湖丰-涨-枯-退4个水文时期的监测数据,引入可拓评价法对鄱阳湖水生态系统健康进行评价并探讨指标动态权重的影响。结果表明:鄱阳湖水生态系统健康状态不同水文时期差异显著,退水期最优,枯水期最差,涨水期稍优于丰水期。鄱阳湖水生态系统健康评价指标权重具有动态变化特征,指标权重值会随着指标具体取值的不同而发生变化,即便指标值相同,各指标间关系不同,指标权重也不同,从而影响鄱阳湖水生态系统健康的评价结果。鄱阳湖不同时期生态系统功能和结构差异较大,采用动态的权重对其水生态系统健康评价相对更加合理。

辽北地区典型河流水生态功能区水生态系统健康评价

以位于辽宁北部的清河、汎河流域11个水生态功能三级分区为基本评价单元,依据水生态系统健康的特点、内涵及研究区域的生态特征,构建了水生态系统健康评价层次分析指标体系。采用改进层次分析法结合模糊数学模型对清河、汎河流域水生态系统健康进行了评价。评价结果表明:汎河流域4个水生态功能区中,有3个处于"健康"状态(Ⅳ-5-2、Ⅳ-5-3、Ⅳ-5-4),1个处于"一般"状态(Ⅳ-5-1)。清河流域7个水生态功能区中,有1个处于"健康"状态(Ⅳ-5-11),2个处于"亚健康"状态(Ⅳ-5-10、Ⅳ-5-12),2个处于"一般"状态(Ⅳ-5-9、Ⅳ-5-13),2个处于"疾病"状态(Ⅳ-5-8、Ⅳ-5-14)。利用科学的评价模型结合水生态功能分区的水生态系统健康评价为流域的综合治理提供科学依据。

基于鱼类完整性指数的东江干流惠州段生态系统的健康评价

为评价东江干流(惠州段)生态系统健康状况,根据2011—2012年间该河段15个采样点采集的鱼类数据(参照点3个,观测点12个),通过对人类干扰的反应、指标分布范围、指标间相关性和判别能力分析,对常用的21个鱼类完整性指标进行了筛选,构建了东江干流(惠州段)鱼类完整性指标体系,并据此评价了15个取样点的健康状况。结果表明,东江干流(惠州段)15个取样点的健康状况有半数以上为亚健康及亚健康以上水平,其中,27%为健康,27%为亚健康,27%为一般,其余的19%为差。

湖泊生态系统健康评价综述

当今世界的主要国际问题之一是水,湖泊是地球上不可或缺的生态系统之一,其健康程度牵动着各国学者们的思绪,学者们为了修复因为人类活动而逐渐退化的湖泊生态系统,对湖泊生态系统进行健康评价,希望可以科学地找到湖泊结构功能退化的原因,找到加快恢复湖泊水生态系统的方法。起初,指标体系法和指示物种法被广泛运用于湖泊水生态系统,随后,一些学者根据自己的研究并结合数学模型提出了新方法。一般来说,评价过程中采集的样品都只是当时的状态,难以反映水生态环境一段时间的持续变化,而且,水生态的系统又极易受到扰动,一旦系统受到扰动而出错,其修复时间周期相当长,有的破坏甚至导致无法恢复如初,故亟需一种技术可以不断反映水生生态系统健康状况。文章在前人研究成果的基础上进行综述,并提出了未来的发展前景。

湖泊水生态系统健康评价指标研究

生态系统健康评价是当前宏观生态学与生态系统管理研究的热点问题之一。湖泊是地表重要的生态系统之一,但当今湖泊生态系统的功能在逐渐退化,对湖泊生态系统健康的评价尤为重要。而湖泊生态系统健康评价指标体系的构建是湖泊生态系统健康评价的前提。本文调研了20世纪80年代以来国内外湖泊生态系统健康评价的相关研究成果,从时间尺度、所用评价方法、湖泊受人类活动干扰强度、与江河的连通性、富营养化程度等不同角度对湖泊生态系统健康评价所用的指标进行系统梳理、总结与分析,并在此基础上阐述了湖泊生态系统评价具有代表性的指标浮游植物生物量(PB)、生态能质(Ex)等的内涵及其影响机制。最后从指标体系的全面性、普适性、评价的着眼点、评价阈值的确定、自然通江湖泊水生态特殊性5个方面对我国湖泊生态健康的评价指标体系的研究提出展望,以期为湖泊生态健康评价提供依据。

应用生物完整性指数评价水生态系统健康的研究进展

生物完整性指数(IBI)法是评价水生态系统健康的一种重要且被广泛应用的方法.本文综述了生物完整性指数的指示物种选择原因、构建方法以及在水生态系统健康评价中的应用,并总结了现阶段生态系统评估常用的鱼类完整性指数(F-IBI)、底栖无脊椎动物完整性指数(B-IBI)和着生藻类完整性指数(P-IBI)中候选生物状况参数指标,提出了使用微生物完整性指数(M-IBI)评价水生态系统健康的可行性和必要性.

辽河典型支流水生态功能三级区水生态系统健康评价

在辽宁省辽河流域水生态功能三级区与河流水生态野外调查基础上,以辽河流域的清河、汎河两条典型一级支流为研究对象,采用主成分分析与相关性分析方法筛选水生态系统健康评价指标,构建了由总磷(TP)、总氮(TN)、化学需氧量(COD Cr)、五日生化需氧量(BOD5)、溶解氧(DO)、藻类香农多样性指数(DAA)、底栖动物完整性指数(B-IBI)、鱼类完整性指数(F-IBI)、生境指数、水文指数10个指标构成的水生态系统健康综合评价指标体系,体现了河流水生态系统的物理完整性、化学完整性和生物完整性特征。研究结果表明,清河与汎河流域11个水生态功能三级区中,水生态健康等级1个(Ⅳ-5-4),亚健康等级6个(Ⅳ-5-1、Ⅳ-5-2、Ⅳ-5-3、Ⅳ-5-9、Ⅳ-5-10、Ⅳ-5-11),一般健康等级3个(Ⅳ-5-12、Ⅳ-5-13、Ⅳ-5-14),较差健康等级1个(Ⅳ-5-8)。清河与汎河流域水生态系统总体健康状态从其上游河流源头至下游入辽河干流汇入口呈现逐渐恶化的空间分布特征,且与流域人类活动强度具有密切关系。

GIS在B-IBI法评价鄱阳湖水生态系统健康性中的应用

在探讨目前国内外水生态系统评价方法的基础上,采用B-IBI法评价鄱阳湖水生态系统健康性,分析认为,底栖生物参数差异性与水体理化环境相关性不明显,提出将GIS与B-IBI法耦合使用进一步提高评价结果的精度,并以鄱阳湖为研究对象验证此法的精度,结果表明:GIS与B-IBI法耦合使用评价结果较好,误差在±10%范围内;鄱阳湖水生态系统总体处于亚健康-健康状态;长江口段及周溪镇段水生态系统较差,处于病态-亚健康状态,说明开展水生态修复工程迫在眉睫。评价结论对鄱阳湖管理部门制定水生态修复方案具有一定参考意义。

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.

提高水体净化能力控制湖泊富营养化

建立了湖泊污染物质动力学方程,根据我国湖泊和美国Okeechobee湖资料,确定了控制藻类暴发的总磷阈值为0.035mg/L,总氮阈值为0.350mg/L(滇池)和1.050mg/L(太湖);用实测资料,计算得到需要削减的外污染源滇池为总磷、总氮各78%,太湖为总磷69%、总氮56%.提出通过提高水体净化能力可以控制湖泊富营养化的理论依据和如下技术路线:提高湖泊净化率,使其超过输入的污染率,在湖内实现浓度低于控制藻类水华暴发所需要的磷、氮阈值;因地制宜综合运用到太湖、巢湖、滇池等一类大、中型湖泊,加强管理,就可以在占湖泊7%(滇池)和4%(太湖)的湖面上,依托科学布设控制其生长的凤眼莲,将其规模化地加工为有益产品,从而有效地去除湖泊中的营养盐,将水体综合净化率比现有净化率在滇池提高4.6倍,在太湖提高2.1倍,实现控制湖泊富营养化目标,并同步地在约3～4倍相应面积上修复健康水生态系统.

水生所在洱海鱼类生态调控研究方面取得进展

中国科学院水生生物研究所水生态系统健康学科组研究人员对云南高原湖泊洱海的鱼类生态环境及渔业资源调控开展了多年持续研究工作。近日,研究团队在围绕洱海鱼类生态调控与藻类水华控制问题上取得了系列进展。相关成果分别发表在Water Research和Ecological In⁃formatics上。已有研究表明,在北温带湖泊中广泛使用移除浮游生物食性鱼类的方法来加强浮游动物的牧食,进而减少浮游植物的数量。

浮游藻类与河流生境关系研究进展与展望

通过文献研读,本文评述了国内外有关浮游藻类与河流生境关系的相关研究进展,归纳总结了相关研究数据,在此基础上提出了对有关研究未来发展趋势的一些展望。研究结果表明:①浮游藻类特征与河流生境关系密切,现有的相关研究显示,中国河流中硅藻门、绿藻门和蓝藻门种属所占的百分比,浮游藻类的平均细胞密度等特征,在一定程度上可反映河流的生境特征;②国内外迄今的理论研究和应用案例表明,在流速较缓的大河中下游河段,浮游藻类的特征可作为评估和指示水生态系统健康状况的有效指标;③中国浮游藻类与河流生境关系问题的基础研究仍较薄弱、系统性不强,需要加强调查与分析,建立不同类型河流中浮游藻类的本底特征数据库,构建适合我国河流水生态系统健康评估和监测的浮游藻类指标;④以各类地表水体中的浮游藻类与其生境关系为基础,开展浮游藻类功能群分类研究,探讨其在水生态系统健康评估中的应用等,是国际浮游藻类生态学研究中的新趋势。我国相关研究刚刚起步,建议今后应重视整合湖泊与河流生态系统中的研究结果,加强浮游藻类与生境关系的系统研究,创建我国浮游藻类功能群分类系统,尽快实现我国浮游藻类研究与国际接轨。