河湖水生态系统服务价值核算研究及应用展望

科学有效地界定河湖水生态系统服务价值评估体系与评估指标,可以促进河湖水生态的可持续发展、合理制定水资源价格、为河湖水生态系统服务价值评估提供参考,同时也为河湖水资源纳入国民经济核算体系提供借鉴,为绿色经济核算提供有力的依据。从河湖水生态系统服务功能、评估体系和评估方法等方面总结了国内外研究进展,分析了现有河湖水生态系统服务体系和评估方法的优缺点。对河湖水生态系统服务评估体系进行了优化,优化后的评估体系包括供给服务、调节服务、文化服务和支持服务4大类以及水资源供给、水质净化、科研教育和固碳能力等19项指标,优化了水资源供给、提供水产品、水质净化、防洪减灾、休闲娱乐、生物多样性保护等6个指标的评估方法。对河湖水生态系统服务价值核算在生态文明建设考核、生态产品价值实现机制、自然资源资产审计以及新时期河湖长制考核实施方面的应用进行了展望。下一步要制订GEP核算技术标准,建设市场化、多元化的生态产品交易体系,将水资源开发、利用及保护情况、水资源管理生态环境效益等指标纳入审计范围,建立以水生态系统为整体、以维护河湖生态系统健康为总目标、以定量评判和可操作性为抓手的新的河湖长制考核体系。

城市静态小水体生态修复措施与生态服务价值评估研究

城市静态小水体污染是城市环境污染的重要问题之一。针对城市静态小水体的特点,依据稳态转换理论和生物操纵理论,形成适应于城市静态小水体的生态修复措施,并运用于武汉市青山区倒口湖水生态修复工程。工程实施后湖水水质得到明显改善,其中,水体透明度由0.2~0.4m提高至1.0~1.5m,溶解氧浓度由1.82~2.35mg/L上升至5.21~6.28mg/L,CODMn浓度由14.96~16.3mg/L降低至3.56~5.01mg/L,TN浓度由2.61~2.99mg/L降至1.27~1.6mg/L,TP浓度由0.43~0.62mg/L降至0.06~0.12mg/L。进一步对倒口湖水生态系统的供给、调节、文化以及支持4方面的服务价值进行评估,通过对水生态系统服务价值评价指标计算得出,工程实施前后水生态系统服务价值分别为299.34万元和645.62万元,新增服务价值346.28万元。在增量价值中固碳释氧、净化水质指标占比最大,表明在水生系统动植物的协同作用下,倒口湖的水质条件得到明显改善。

长江经济带重点区域农田生态系统服务价值评价

农田生态系统有着巨大的生态服务价值,同时作为碳汇在中国实现“双碳”目标中发挥重要作用。以长江经济带重点地区为研究区,以农田生态系统为研究对象,构建了湖北省农田生态产品价值评估指标体系,基于2010~2020年统计年鉴及相关数据,对湖北省及各市州农田生态服务价值及农田固碳减排现状进行评估,并对表征不同农作物固碳减排能力的计算公式进行优化。结果表明:(1)从时间变化来看,2010~2020年湖北省农田生态系统服务价值呈现显著增长趋势,主要受农产品供给、气体调节和水资源调节的影响。(2)从空间变化来看,湖北省各市州单位面积农田生态系统服务价值呈从东到西逐步减少趋势,农产品年产量及年降雨量是主要影响因素。(3)湖北省农田生态系统总固碳量呈先增加后减少趋势,主要受农作物产量和固碳系数影响。农作物单位播种面积碳吸收强度公式可以用来衡量各农作物的碳固定能力。建议通过改变农业种植结构,种植单位播种面积碳吸收强度较大的农作物等耕种措施实现粮食安全与农田固碳减排双赢。

汉江下游平原典型区域水生态系统服务价值评价

选取湖北省天门市为汉江下游平原典型研究区域,根据其水生态系统特点及千年生态系统评估(MA)框架,构建了天门市水生态系统服务价值评价指标体系并开展了水生态系统服务价值评价。根据评价结果可知,天门市2015~2018年水生态系统服务价值依次为714.3679亿,752.4129亿,684.6027亿元和690.0497亿元,呈波动递减变化趋势。调节服务类价值各年占比均最高,其中与水安全相关的服务指标如调蓄洪水价值量呈现先减后增变化,与生态环境保护相关的指标如水质净化价值呈波动变化;供给服务类价值中水资源供给价值量有降低,表明天门市在落实湖北省严格控制取用水量政策上的效果明显,但生活、农业用水总量的控制还需加强;支持服务类价值中生物多样性保护价值量逐年递减,物种保护力度亟待加强;文化服务类价值各年占比均最低,各指标价值量均呈递增趋势,还需深入发掘。此外,组合选取了天门市水生态系统服务中部分指标,深度分析发现,天门市仍需进一步落实最严格水资源管理制度,加大水污染防治力度,加强水生态修复。

一种气泡释放过程连续监测方法及其在三峡水库香溪河CH_(4)通量监测的应用

气泡释放是天然水体释放CH_(4)的主要途径之一,准确量化水体气泡释放量对于辨析其“汇、源”特性至关重要。自然水体释放气泡的不连续性、不确定性使得监测其过程较为困难。本研究针对水体气泡释放监测难题,通过改进倒置漏斗型气泡通量监测装置提出了一种气泡释放过程连续监测方法。本方法测量对象为定长时间监测水域释放气泡的体积,经室内外实验验证,其理论量程为3.6~132 mL/(m^(2)·min),测量结果能够较好的表征10~40 m水深缓流水体气泡体积通量变化特征。运用该方法于2021年6—11月对三峡水库支流香溪河库湾开展CH_(4)气泡通量连续监测,并分析不同环境因子对其产生的影响。结果表明:监测期间,研究水域CH_(4)气泡通量变化范围为0.02~8.13 mg/(m^(2)·d),且各采样点间CH_(4)气泡通量呈现较高的时空变异性;CH_(4)气泡通量与水温、水体pH呈显著正相关关系,与水深及水体电导率呈显著负相关关系。其中,水深可能是决定水体是否通过气泡形式释放CH_(4)的重要影响因素,水深超过38.35 m后水体可能不再通过气泡形式释放CH_(4)。然而,这一水深阈值是否同样适用于三峡水库其它支流还需要更多实验验证。本研究对于揭示三峡水库典型支流气泡态CH_(4)排放过程具有重要意义。

澜沧江梯级水库建设下水体电导率和浊度时空分布特征

为探究梯级水库建设下澜沧江流域电导率和浊度变化规律,以澜沧江干流和梯级水库作为研究对象,在2016年10月、2017年2月、2017年6月、2018年1月进行水质参数监测.通过对澜沧江流域电导率、浊度等指标进行监测分析,以表征梯级水库建设对澜沧江水环境的累积效应.由Pearson相关性分析结果表明,电导率与浊度相关性显著.空间上,自上游至下游,自然河段电导率沿程逐步下降,水库河段电导率缓慢降低,其中在大型水库坝前坝后波动较大;浊度自上游至下游先上升后下降,自然河流段先增高后降低,水库河段浊度变化范围较小.时间上,平水期电导率因汛后富集作用整体上高于其它时期,自然河段丰水期电导率最低,水库河段变化范围与趋势几乎一致;自然河段丰水期浊度显著高于其他时期,水库河段在不同时期沿程总体在90 FNU以下.梯级水库建设使流速减缓,电导率和浊度累积效应明显.小湾水库不同时期浊度垂向变幅在10 FNU以内,电导率因水体滞留时间增大随水温出现分层现象;功果桥水库、苗尾水库不同时期水体滞留时间短,浊度垂向变幅较小湾水库大,垂向掺混使电导率变幅较小.

钙离子添加对沉水植物菹草(Potamogeton crispus L.)和金鱼藻(Ceratophyllum demersum L.)富集水体磷的影响

沉水植物光合作用形成的微环境有利于水体中钙和磷形成CaCO3-P共沉淀,从而将水体中的磷永久性去除,避免植物腐烂后的二次污染.但不同的沉水植物种类形成CaCO3-P共沉淀的能力不同.本文以沉水植物菹草(Potamogeton crispus L.)和金鱼藻(Ceratophyllum demersum L.)为实验对象,研究水体中添加钙离子(0、100 mg/L)对水体磷(磷浓度:0、0.2、2 mg/L)的去除和植物富集磷的差异,并通过植物灰分磷的组分分析,聚焦植物钙磷的变化,为生态修复中沉水植物的选择提供理论依据.结果表明:(1)菹草和金鱼藻体系中总磷(TP)和溶解性反应磷(SRP)浓度显著下降,添加钙离子使降幅升高,且菹草体系中水体TP和SRP降幅均高于金鱼藻TP和SRP降幅;(2)菹草的干重全磷在高磷低钙(2-0)水平最高,灰分总磷在高磷高钙(2-100)水平最高,而金鱼藻干重全磷在高磷高钙(2-100)水平最高,灰分总磷在中等磷低钙(0.2-0)水平最高;(3)在2 mg/L的磷浓度下,添加钙离子使菹草的钙磷(HCl-P)和水溶性磷(H2O-P)含量升高,有机磷(NaOH-P)含量降低,结果使灰分总磷含量升高,而金鱼藻NaOH-P升高,HCl-P和H2O-P含量均降低,结果使灰分总磷降低.这表明菹草通过提高吸附性磷和钙磷含量增强磷的富集,而金鱼藻则只显著升高了灰分中有机磷的含量.显然,水体富营养化背景下,相较于金鱼藻,菹草具有更强的形成CaCO3-P共沉淀的能力,具备竞争优势.

重庆市三峡库区消落带保护与治理探讨

2017年1-9月,采用查阅资料、实地踏勘及3S技术,对重庆市三峡库区消落带面积及岸线长度进行调查和数据分析。结果显示,消落带总面积为268.54 km^2,岸线总长4811.68 km。将岸线划分为664个岸段单元,采用多因素叠加分析,将664个岸段单元,划分为陡坡型、平坝型、岛屿型、库尾型、峡谷型5种基本类型。结合消落带及岸线周边社会经济环境特征,按照综合治理、生态修复和保留保护3种消落带保护与治理类型分干、支流进行分类界定。综合治理、生态修复和保留保护3种类型消落带面积分别为25.78,12.11,230.65 km^2,涉及岸线长度分别为323.77,176.42,4311.49 km。据此,根据不同的消落带类型提出相应的治理与保护对策和建议。

降雨对蓝藻水华消退影响及其机制分析

2016年5月24日至6月2日香溪河库湾经历了3次不同强度的降雨,对降雨前后库湾水流、水温、光学特性、叶绿素a浓度等因素进行分析.结果表明,5月27日中雨期间,较降雨前库湾上游来流量增加1.9倍,库湾平均混合层深度增加8.2 m;6月1日小雨期间,较降雨前库湾平均混合层深度增加1.6 m,平均叶绿素浓度降低2.02μg·L^(-1);6月2日大雨期间,较降雨前库湾上游来流量增加4倍,库湾平均混合层深度增加7.9 m,平均叶绿素浓度降低14.64μg·L^(-1).降雨导致上游来流量增加,加快了藻类的迁移;混合层深度增加破坏了藻类的生长环境,是水华消退的主要原因.降雨结束后,在2~3d适宜光照、温度条件下库湾水体水温分层恢复,藻类快速生长繁殖,导致库湾表层叶绿素a浓度回升,降雨对水华的暴发具有阶段性抑制作用.

蓄水前后三峡库区香溪河沉积物磷形态分布特征及释放通量估算

三峡库区汛末蓄水过程改变了支流库湾沉积物赋存环境,继而影响沉积物磷形态的分布特征和沉积物-水界面过程.本文通过对2016年8月(蓄水前)和10月(蓄水后)香溪河库湾沉积物和上覆水样品的采集分析,分析了蓄水前后库区干流和支流库湾底部沉积物磷形态分布特征及赋存的环境条件,估算了沉积物-水界面PO3-4-P交换通量.结果表明:蓄水后沉积物上覆水pH增加,碱性增强;Eh减少,还原性增强.沉积物中各形态磷相对含量由Na OH-P>HCl-P>OP转变为HCl-P>OP>Na OH-P,沉积环境的改变是磷形态变化的根本原因.沉积物中TP增加了1.3倍,上覆水ρ(PO3-4-P)是蓄水前3.7倍,间隙水ρ(PO3-4-P)是蓄水前8.3倍,增加了香溪河库湾沉积物营养盐释放风险.蓄水前后香溪河沉积物PO3-4-P总体均表现为"源",但PO3-4-P扩散通量由蓄水前的-0.002 9~0.005 9 mg·(m^2·d)^(-1)增加为蓄水后的0.006 7~0.107 1 mg·(m^2·d)^(-1),蓄水后香溪河库湾底部沉积物磷释放量增加.

模拟水流扰动对香溪河库湾浮游病毒-宿主动态的影响

【背景】浮游病毒是淡水生态系统的重要组成部分,在调节浮游细菌和藻类群落结构及调控系统物质循环过程中起着重要的作用。水库具有不同于湖泊的水动力过程,产生的扰动可能影响浮游病毒的调控功能。【目的】研究水力扰动对浮游病毒-宿主动态的影响,为阐释水库生境下浮游病毒生态功能提供理论依据。【方法】以香溪河库湾原水为材料,模拟不同流速扰动对病毒-宿主动态的影响;通过病毒丰度、宿主丰度、宿主裂解率、宿主溶源诱导率等参数的变化反映这种动态变化过程,并分析其与环境因子间的关系。【结果】0.05 m/s和0.10 m/s的流速扰动强度对浮游植物和浮游细菌生长有显著促进作用,但扰动对浮游病毒丰度的影响不显著;扰动能促进病毒介导的浮游植物和细菌裂解率上升,而且0.05 m/s扰动强度的促进作用大于0.10 m/s;同时,扰动显著降低了浮游植物溶源诱导率,但引起浮游细菌溶源诱导率的显著上升(P<0.05)。【结论】模拟扰动对浮游病毒-宿主动态过程产生了显著的影响,表明水库浮游病毒维持种群延续的生态策略可能与湖泊浮游病毒存在差异。

不同水库干支流水体交换差异及成因分析

基于2018年3月19日小黑江库湾及糯扎渡水库干流水流、水温、浊度、电导率等监测数据,分析了糯扎渡水库小黑江库湾水动力特征及其成因,并与三峡水库香溪河库湾水动力特性进行对比分析.结果表明:糯扎渡水库干流水体从库湾表层和底层同时倒灌进入库湾,小黑江上游来流从库湾中层流向库湾下游;干支流水温差异决定了小黑江库湾分层异重流的形成过程.上游来流与库湾的水温差异是导致小黑江库湾上游来流和香溪河库湾上游来流以不同形式流出库湾的主要原因;干流水体水温分层结构的差异是导致糯扎渡水库干支流和三峡水库干支流水体倒灌形式不同的主要原因.