基于微生物完整性指数的水生态系统健康评价——以武汉市东西湖区湖泊群为例

在基于生物完整性指数(IBI)的生态系统健康评价中,通常会采用鱼类、底栖生物、着生藻类作为指示物种.然而,随着生态退化影响下生产者和消费者的数量锐减,可获得用于评价样本的数量越来越少,这就使得上述指示物种作为健康评价指标的可应用性大大降低.以武汉市东西湖区5个湖泊为研究对象,利用环境DNA(eDNA)技术监测的水体微生物数据,建立微生物完整性指数(M-IBI)评价方法.综合水质和实地生境条件对采样点健康状况进行评分和比较,选择甘家教湖的5个采样点作为参考点.结合遴选的6个重要的生物指标,构建了生态系统健康评价打分方法.研究结果显示在全部19个采样点中,7个健康等级为健康,占36.84%;8个健康等级为亚健康,占42.11%;4个健康等级为一般,占21.05%,甘家教湖和杨泗泾湖所有采样点均为健康水平.评价结果合理地反映了不同湖泊的健康状况,说明基于eDNA的M-IBI方法在受损湖泊水生态系统健康评价中具有广泛的应用潜力.

湖泊生态系统健康定量评价方法

提出了湖泊生态系统健康定量评价的一种新方法生态系统健康指数法。该方法首先设计了一个0～100的生态系统健康指数作为定量尺度,然后通过评价指标选择、各指标生态系统健康分指数计算、各指标权重计算、生态系统健康综合指数计算等基本步骤,评价湖泊生态系统健康状态。以实用实例对意大利西西里湖泊群及单个湖泊进行了生态系统健康评价。结果表明,该方法原理简单,计算简便,结果可靠、直观,既可用于同一湖泊又可用于不同湖泊生态系统健康状态的定量评价与比较,是一种值得推广的定量评价方法。

基于PSR-熵权综合健康指数法的城市湖泊生态系统健康评价

本文结合城市湖泊生态系统的特点,利用OECD(联合国经济合作开发署)建立的压力-状态-响应(PSR)框架模型建立指标体系,将信息熵(IE)理论引入指标权重的确定,建立了城市湖泊生态系统健康评价模型,选用综合健康指数法(CHIM)进行城市湖泊生态系统健康评价,并应用山东省聊城市东昌湖的实测资料,对其生态系统健康状况进行了评价,评价结果与实际情况基本相符。

我国常用湖泊营养状态指数研究进展与展望

湖泊(包括自然湖泊和人工水库)富营养化已成为世界性的环境问题,营养状态指数是目前最流行的富营养化水平量化方法。然而,不同营养状态指数的基本逻辑和适用水体等方面存在明显差异,不当选取可能会造成营养水平和相关水华风险的错误估计,并引发湖泊保护和修复措施的错位。鉴于此,本文对我国常用营养状态指数的构建思路、共性和差异以及不确定性来源等进行了综述。总体来看,营养状态指数基本构建思路分3种:1)Carlson指数型(如TSI),以透明度(SD)为核心参数,使用SD的2倍变化对应指数的10分差值,假定SD为64 m时记为指数值0分;2)改良TSI指数型(如TSIm),以叶绿素a(Chl.a)为核心参数,使用Chl.a的2.5倍变化对应指数的10分差值,假定Chl.a 1000μg/L对应该指数100分;3)营养足迹指数型(如TFI),该指数亦使用Chl.a指示藻类生物量,Chl.a的e倍关系对应藻类生物量的二倍变化和指数10分差值,假定Chl.a为10μg/L时对应该指数50分。根据上述假设得出对应的基础参数评估方程,然后均以基础参数(SD或Chl.a)与衍生参数间的经验方程“直接替换”获得衍生参数的评估方程。如上可知,营养状态指数均体现了数值增大表征藻类初级生产力和伴随的水华风险提高的共性,同时本文也从:1)数据集属性和基础指标评估方程获取的方法;2)衍生指标评估方程获取的统计原理;3)分项指标的权重设置方式3个方面分析营养状态指数之间的差异性。未来展望方面,首先,鉴于当前营养状态指数均属于通用性指数,因而建议未来基于上述3种基本类型开发因地制宜的营养状态指数,实现湖泊藻类生产力和水华风险的精准指示;其次,营养状态指数的生态学依据是藻类限制因子理论,营养状态指数各分项指标(即基于总氮、总磷、SD和Chl.a)的差异可以指示初级生产力的限制因子,建议未来开展营养状态指数分项指标差异机制研究,以指导藻类水华防控措施精准施策;再次,除富营养化外,湖泊生态健康受损往往也与其它压力有关,建议未来开展湖泊生态健康对富营养化和其他压力的综合响应机制研究,制定服务于湖泊生态系统健康提升的精准调控路径。本文目的并非将营养状态指数的通用属性“复杂化”,而是旨在阐明营养状态指数的“前世今生”,进而为广大湖泊富营养化相关人员使用指数时提供参考,也希望为我国湖泊营养状态精准量化、后续保护和修复措施的精准实施提供科学依据。

基于F-IBI的江西仙女湖水生态健康评价

鱼类生物完整性指数(F-IBI)是评价湖泊生态健康的重要方法。仙女湖为江西省著名湖泊,生态价值和水源地功能突出。以仙女湖1976—1977年鱼类数据为参照状态,应用箱形图等统计学方法,筛选出6种指标进行赋分,得出2014—2015年湖泊的F-IBI值。结果表明,仙女湖上游钤阳湖属于较差状态,下游舞龙湖属于亚健康状态。滨湖沿线工矿企业废水、畜禽养殖废水和城镇生活污水的排入是导致钤阳湖生态健康情况较差的主要原因。

基于DPSIRM健康距离法的南四湖湖泊生态系统健康评价

随着全球环境变化和人类活动干扰的加剧,湖泊生态系统健康问题日益凸显。湖泊生态系统健康评价是实现湖泊监测管理、环境治理和生态修复的基础。基于人地和谐发展视角构建驱动力-压力-状态-影响-响应-管理(DPSIRM)因果关系模型和健康距离模型,结合层次分析法建立典型湖泊健康评价的水质-生态-社会经济综合评价指标体系。以南四湖为例进行实证研究,结果表明:①南四湖生态系统的水质指标、生态指标、社会经济指标和综合健康距离分别是0.398 9、0.249 5、0.498 3和0.436 2,总体健康处于"较健康"水平,湖泊生态系统稳定性较好,但水质指标未能全部达到国家地表水Ⅲ类水质标准,在社会治理投入上仍有较大差距;②该评价模型和指标体系适用性较强,评价结果较为客观,为湖泊生态系统的管理、治理和修复提供了决策依据。

罕见极端高温事件导致中国湖泊急剧变暖

在气候变化背景下,全球极端事件近年来显著增加,严重威胁湖泊生态系统健康及生态服务功能.本研究基于2000~2022年MODIS卫星遥感数据,量化了2022年罕见极端高温事件对我国湖泊的影响.结果表明,该极端高温事件导致中国湖泊表层水温平均升高了1.63℃,远超过去20年的增温幅度.其中,淮河流域和西南诸河流域湖泊受此影响最为明显,分别升高了2.01和1.81℃.不仅如此,该事件引发了长江流域严重干旱,造成鄱阳湖水位下降了55.07%、面积减少了73.32%,从而导致鱼类等水生生物大量死亡、鸟类失去栖息地,多地饮用水短缺.

流域社会经济的水环境效应评估新方法及在南四湖的应用

针对我国湖泊生态安全评估及"一湖一策"工作的需要,初步提出一种流域社会经济的水环境效应评估新方法,与以往思路不同的是,新方法体现了正向作用和逆向反馈、现状水平和未来演变趋势相结合的认知框架,并系统阐述了指标优选、评估标准确定、等级划分和不确定性评估方法.最后,选择水质良好的湖泊代表——南四湖开展案例解析.结果表明:通过当前水平和未来变化速率更能全面认识评估结果,也有利于确定流域社会经济系统调控战略的必要性及潜力、方向和阈值;南四湖评估指数从2000年的"IV级:较严重"提升到2010年的"II级:较轻",尤其是在2003年和2007年存在2个"跳跃式"提升,但若维持现状规模和高速发展速度,未来20年很可能呈现逐渐缓慢下降趋势,并长期处于"III级:一般"水平;为了确保维持现状等级且稳中小幅度上升的趋势,到2030年,建议南四湖流域社会经济发展速度控制在过去11年平均增长速度的75%左右以下,环境响应措施力度可能需要提升到评估标准的I级水平.