河流生态系统结构功能模型研究

回顾了河流生态系统结构功能模型的研究进展,介绍了多种重要的概念和模型.在此基础上,提出了河流生态系统结构功能整体模型,它是由河流流态-生态结构功能4维连续体模型、水文情势-河流生态过程耦合模型、地貌景观空间异质性-生物群落多样性耦合模型3个子模型组成.整体模型建立了河流流态、水文情势和地貌景观这3大类生境因子与河流生态系统结构功能和生态过程的相关关系,基本上抽象概括了河流生态系统的主要特征.在模型中除了考虑自然力因素以外,还考虑了水利水电工程设施的干扰作用.     

河流地貌单元研究综述

在河流生态系统嵌套层级结构中,地貌单元作为水流和泥沙输移过程的物理表现,是表征河流形态的重要斑块。多样的河流地貌单元特征决定了栖息地的多样性特征,为生态过程提供了物理基础。为更好地理解地貌单元的结构与功能,通过辨析河流地貌单元内涵,对其分类体系与识别方法、地貌单元的生态响应进行了归纳梳理,并总结了河流地貌单元在栖息地调查评估、河流地貌单元制图及河流分类等方面的应用,从而为认识自然河流、修复受损河流提供技术支持。     

河流生态系统修复阈值界定指标体系初步构建

生态阈值存在于各种生态系统中，在查阅国内外相关文献的基础上，通过对生态阈值的理论研究及实践应用进行总结分析，指出生态阈值在河流生态系统中的研究不足之处。通过分析阈值在河流生态修复中的重要性，从新的角度探讨提出河流生态系统修复阈值概念，是依据河流生态系统自然属性和河流功能以及区域社会经济发展的需求界定退化到何种程度的水生态系统需要进行修复。通过对指标体系构建原则、筛选方法及阈值计算方法的总结，提出河流生态系统修复阈值确定技术路线，采用频度分析法和理论分析法相结合，从影响河流修复的6大要素（物理结构、水文条件、水质状况、水生生物、河流功能和社会经济）初步构建了河流生态修复阈值界定指标体系及阈值计算方法体系，为下一步河流生态修复阈值指标体系的定量筛选与阈值计算奠定了基础。     

基于Ecopath模型的筑坝河流浮游生物变化分析

了解浮游生物对河流筑坝的响应，为高原河流的生态保护与可持续利用提供科学依据。基于野外调查、历史调研和室内实验，分别构建2007年（筑坝前）和2018年（筑坝后）火烧沟河流水生生态系统的Ecopath模型，通过对比分析筑坝前后的生态系统结构和功能及其系统特征，探讨筑坝对浮游生物的影响，并应用冗余分析（RDA）分析浮游生物与环境因子的相关性，识别出关键环境因子。结果表明，筑坝对浮游生物有显著影响，具体表现为：（１）浮游生物物种由2007年（筑坝前）的50种增加至2018年（筑坝后）的87种，密度和生物量均增加7.9倍，Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度指数均显著增加，但Margalef丰富度指数降低；（２）Ecopath模型结果显示，筑坝后生态系统趋向稳定，其周转率的上升、食物链的转变及混合营养效应的变化是浮游生物变化的重要原因；（３）冗余分析表明，筑坝后总磷（TP）、总氮（TN）、水温（WT）是影响浮游生物群落分布的主要环境因子。     

基于营养通道模型的淀山湖生态系统结构与能量流动特征

根据2008-2009年间对淀山湖湖区水生生物资源调查的结果,运用Ecopath with Ecosim 6.1软件构建了淀山湖生态系统的营养通道模型,初步分析了淀山湖水域生态系统的结构和能量流动特征.模型中涉及水鸟、鱼类、虾类、软体动物、底栖动物、浮游动物、浮游植物、碎屑等21个功能组分,基本涵盖了淀山湖生态系统的主要能量流动过程,分析结果表明,淀山湖生态系统总流量为4 098.50 t·km-2·a-1.从混合营养效应分析来看,渔业捕捞会对该生态系统的鱼类功能组产生负效应.生态网络分析显示,淀山湖生态系统各功能组的营养级范围为1～ 3.92,水鸟占据了营养层的最高层.系统的能量流动主要有5级,各营养级之间平均能量转换效率为11.7％.淀山湖生态系统的整体再循环率较低,能量利用效率有待改善和提高.生态系统参数:系统初级生产力/总呼吸量(TPP/TR)、连接指数CI和能量循环指数FCI分别为2.80、0.19和0.0189,表明淀山湖生态系统目前仍然处于幼态化生态系统状态.     

Ecopath—一种生态系统能量平衡评估模式

Ｅopath模式是一种研究生态系统的工具。它根据能量平衡原理，用线性齐次方程组描述生 态系统的生物组成和能量流动过程，定量某些生态学参数，用于深入研究生态系统的特征和变化。本文介绍了Ｅopath模式的理论方法以及如何建立生态系统Ｅcopath模型和调试模型和调试模型，试图扩大其应用。最后简要地给出两个Ｅcopath模型应用实例，一个是美国阿拉斯加威廉姆王子湾生态系统Ｅco-path模型，它用５０个生物组成较为全面地描述该生态     

鱼类生物完整性评价体系的构建及其在赤水河的应用

基于河流生态系统相关理论模型以及鱼类适应与河流生态系统结构和功能的对应关系，提出了河流生态系统的四个属性：一般格局、空间连续性、空间异质性和时间过程，并选取33个候选指标用于构建鱼类生物完整性评价体系。结果表明，以期望值10代表各江段的最佳情况，赤水河各江段（赤水河镇、赤水市和合江县江段）的生态完整性相对较好，平均得分为7.16。赤水河各江段的生态完整性在时空上均无显著性差异。诊断分析显示，赤水河镇江段的时间过程受到一定的干扰；赤水市江段的空间异质性受到一定的干扰；而合江江段的一般格局和空间异质性均受到一定的干扰。建议加强赤水河流域的生态保护，并根据不同江段生态完整性的退化原因制定相应的管理和保护措施。     

Ecopath模型在水生态系统评价与管理中的应用

生态系统模型是研究食物网结构和功能的重要方法，Ecopath是一个功能强大的生态系统模型，可量化生态系统结构和功能特征，进行现状评价、过程模拟及趋势预测，最终提出适宜的生态系统管理措施。本文对Ecopath方法进行了简要介绍，归纳了其在国内外水生态系统研究和管理中的应用实例，初探了其应用过程中存在的几点问题：在模型建立过程中，研究区域的生物种群动态及食性组成等基础研究的不足，会导致模型P/B、Q/B参数输入的准确性不高；对Ecopath模型的敏感度分析、输入参数的不确定度分析及模拟效果的评估，在该模型发展及应用过程中可能更受到关注。     

鱼道的生态廊道功能研究

由于水能开发和防洪抗旱的需要,河流被各种不同型式和规模的挡水建筑截断,因而破坏了河流原有的景观和生态完整性。鱼道作为水利枢纽中唯一的生态工程,由于其本身固有的沟通功能,而成为水利工程对生态环境不利影响的重要补偿措施。以原有的鱼道理论为基础,引入景观生态学中提高河流连接度的思想,在设计鱼道的过程中既考虑水工水力学和生态水力学的要求,兼顾景观生态学的原理,使最终建成的鱼道不但满足过鱼的要求,同时还应满足提高景观连接度的要求。     

以生态系统为基础的国际河流流域的管理制度

生态系统管理是指在对生态系统组成、结构和功能过程的最佳理解的基础上,在一定的时空尺度范围内将人类价值和社会经济条件整合到生态系统经营中,以恢复或维持生态系统的整体性和可持续性.在可持续理论的指导下,采用生态系统管理的方法对国际河流流域进行综合性的开发与管理是发展的必然趋势.因此,国际河流流域管理的理念与制度应向流域生态系统整体保护方向变革.在分析现代国际水法中有关综合性流域管理的法律制度缺失、关于国际水道生态系统保护与保全的规定又过于原则和不全面,严重制约和妨碍了国际河流流域的可持续发展的基础上,提出国际河流流域综合性管理,应以满足人类基本需要和保护生态系统为核心,不能将流域内的环境资源割裂开,应关注流域生态系统整体的保护,更要关注外界因素对流域生态环境的影响,把流域内有关的经济、社会问题也纳入流域管理范围.笔者认为,基于生态系统管理的国际河流流域管理制度的基本原则主要应包括:公平合理利用和不损害国外环境原则;可持续发展原则;整体性原则;预防原则;流域信息共享原则;对阈值进行识别与规定的原则;区域联合管理与国家管理相结合的原则.同时提出构建如下法律架构:行政综合决策制度;流域环境影响评价制度;流域水资源保护与分配制度;流域生态工业及循环经济产业制度;流域生态补偿制度;流域生态恢复与重建制度.     

湖泊生态系统稳态转换驱动因子判定方法研究进展

湖泊生态系统会在长期的人为胁迫和短期的强扰动下发生稳态转换,灾变性稳态转换将会导致湖泊水环境在短时间内急剧恶化,进而延缓和加大治理的进程及成本。探求浅水湖泊稳态转换驱动因子是科学合理确定湖泊管理策略的关键所在,现有的驱动因子判定方法主要有实验观测、统计分析和模型模拟。实验观测缺乏对生态系统整体的判断,仅采用观测数据并不能得出导致稳态转换确切的原因和效应;统计分析难以对未来作出预警;模型模拟可有效规避上述2种方法存在的问题,特别是机理模型是今后分析稳态转换的主要方法。有必要加强统计分析与模型模拟的结合、生态模型与传统水质水动力模型耦合等方面的研究工作。     

基于生态系统服务价值的博斯腾湖小湖湿地生态需水核算

湖泊湿地生态系统是陆地生态系统的重要组成部分，适宜的水文条件保障着湖泊湿地生态系统的健康。本文以博斯腾湖小湖湿地为例，依据能值理论系统地计算湖泊湿地各项生态系统服务价值量，并运用相关分析、层次聚类分析等方法结合生态系统服务计算结果与四项关键水文参数，综合确定研究区适宜的生态需水范围。研究结果表明，博斯腾湖小湖湿地生态系统服务价值总量由2013年以前的上下波动（平均年增幅-0.2%，其中有7年为负增长）转变为2013年后的持续增加状态（连续6年增加，平均年增幅6%）；区域来水量则经历了2000-2003年的丰水期、2005-2013年的枯水期以及2013年以来的水量持续增加等三个阶段；生态需水核算结果建议博斯腾湖小湖湿地应保证一年之内日均流量低于8.3 m^3/s的天数不超过72天，而一年之中日均流量超过20.8 m^3/s的天数不低于80天，湿地生态需水量在8.0-8.7 10^8m^3/a之间，最适宜生态水位范围为1047.4-1047.6m。本研究利用生态系统服务价值核算了湖泊湿地生态需水，对区域水资源调控提供了积极的参考价值。     

基于四大家鱼产卵需求的汉江中下游生态流量研究

针对汉江中下游梯级电站开发后水文节律变化造成四大家鱼栖息地生境质量降低的问题,分别通过几种常用水文学法和栖息地模型计算了汉江中下游河道最小生态流量和四大家鱼产卵适宜生态流量,并在最小生态流量的基础上,结合四大家鱼产卵适宜生态流量以及生态水文特征在5-8月进行了脉冲设计,综合确定出了满足四大家鱼产卵需求的生态流量过程。结果表明,Lyon法和7Q10法最适宜汉江中下游最小生态流量的计算,流量为294~863 m3/s;通过栖息地模型计算,彭市和仙桃江段四大家鱼产卵适宜生态流量为1233~3950 m3/s;流量日涨幅在139.1~534.8 m3/s,持续5 d的涨水过程可为四大家鱼产卵提供良好的条件。该研究从考虑四大家鱼产卵需求的角度,为汉江中下游梯级电站的生态调度提供科学参考。     

赣江中游水利枢纽群生态优化调度的预测分析

针对水利枢纽工程对河流生态系统的影响,基于鱼类产卵期较大时间尺度（月为周期）的河道生态蓄水过程和小时间尺度的场次模拟生态洪水过程2种工况,建立赣江中游万安、石虎塘和峡江梯级枢纽群联合生态优化调度模型,分析生态调度对水库群经济效益的影响。数学模型中生态流量过程为约束条件之一,以水库群发电量最大作为调度目标,求各水电站的流量过程和发电量,采用逐次优化算法（POA）。结果表明,考虑生态调度后,系统总体发电量减少约185万kW·h,减少1.65%,对水库经济效益即总发电量的影响不大,实施水利枢纽群生态优化调度有利于减缓工程对河流生态系统的影响。     

辽宁省主要河流水生态状况评价及保护对策

从水文水资源、水环境状况、河流的物理形态、生物状况和社会环境等5方面,基于2012年各河流水功能区水质监测数据以及1956-2010年长序列水文资料分析、各河流水生态现状调查及水质监测结果,应用模糊数学的方法建立水生态状况评价模型,评价辽河干流、浑河、太子河等12条河流水生态状况。浑江桓仁水库以下、蒲石河、爱河和大洋河总体评价为优,太子河葠窝水库以上段为良,清河、小凌河和六股河为中,辽河干流、绕阳河、浑河、太子河葠窝水库以下段、大凌河为劣。各河段的约束指标,浑江桓仁水库以下、爱河、蒲石河等为纵向连通性,清河和太子河葠窝水库以上为水资源开发利用程度和纵向连通性,辽河干流、绕阳河和大凌河白石水库以下为生态基流满足程度和水功能区达标率,六股河为生态基流满足程度,小凌河为生态基流满足程度和纵向连通性,太子河葠窝水库以下河段为水资源开发利用程度和水功能区达标率,浑河为水资源开发利用程度、生态基流满足程度、纵向连通性和水功能区水质达标率。     

基于SRP模型的新安江流域生态脆弱性评价分析

生态脆弱性研究对发现生态环境问题,开展生态保护与修复具有重要的意义。新安江流域的跨省生态补偿机制成功运行,彰显了生态文明思想的力量。本文选取能够真实贴切反应流域生态环境的指标构建生态敏感性—生态恢复力—生态压力度模型（SRP模型）,运用层次分析法结合专家打分对指标权重进行赋值,在500m×500m的栅格尺度下叠加生态红线的划定对新安江流域2015-2020年的生态脆弱性进行评价与分析,同时为区域的生态保护与修复提出对策建议。主要结论如下：1）新安江流域整体的生态状况良好,极度脆弱区占比仅在1%左右,且与人类活动强度的空间耦合性较好,呈现由中部核心地区向周围逐渐衰减的态势;2）5年期间,流域生态敏感性向好发展,生态恢复力略有下降,生态压力度维持稳定态势。整体生态脆弱性结构稳定,虽然脆弱性强度值下降了0.12,但86.6%的区域脆弱性等级未发生变化;3）县域尺度上,脆弱性变化出现“马太效应”,生态环境较脆弱的屯溪区、徽州区和黟县生态脆弱性上升,而生态环境较好的祁门县、休宁县和黄山区的生态脆弱性下降;4）流域的生态红线保护区受人类生产生活影响较小,基本无极度脆弱区存在,但是对于水源涵养功能保护区的维护力度还需加大。     

张家口市河流筑坝与硬化的生态系统健康影响

闸坝建设和河道硬化等水利工程措施在河流系统中的广泛应用,改变了河流原有的生态环境状况。本文以张家口市清水河—洋河干流5个不同程度筑坝与硬化的河段为研究对象,构建了包括河道结构、河床底质、水文特征、水质参数和水生生物五类指标的河流生态系统健康指数（RHI）,评估了筑坝与硬化对河流健康的影响。结果表明,河道轻微疏浚或具拦砂坝河段的生态系统健康等级为好（HRI为30~40）,具溢流堰河岸硬化河段为中等健康（HRI为20~30）,筑坝和河床河岸全硬化的河段生态系统健康等级为差（HRI为10~20）。筑坝与硬化改变河流物理结构,进而影响河床底质组分和水文特征,其与RHI的变化显著相关（p < 0.05）,是损害河流生态系统健康的主要原因;此外,总磷和有机质污染,及较低的水生生物多样性对河流的健康均有不利影响,仅在夏季植物大量生长和污染物质被稀释时,5个河段的RHI有所升高。可见,为了改善河流生态系统健康的状况,需要恢复自然的河岸和缓冲带,改善河流水动力,并加强外源污染控制。     

张家口市河流筑坝与硬化的生态系统健康影响研究

研究筑坝与硬化对河流生态系统健康的影响,为人工改造河流的生态修复和管理优化提供科学依据。以张家口市清水河—洋河干流5个不同程度筑坝与硬化的河段为研究对象,构建了包括河道结构、河床底质、水文特征、水质参数和水生生物5类指标的河流生态系统健康指数(RHI),评估了筑坝与硬化对河流健康的影响。结果表明,河道轻微疏浚或具拦砂坝河段的生态系统健康等级为好(RHI 30~40),具溢流堰河岸硬化河段为中等健康(RHI 20~30),筑坝和河床河岸全硬化的河段生态系统健康等级为差(RHI 10~20)。筑坝与硬化改变河流物理结构,进而影响河床底质组分和水文特征,其与RHI的变化显著相关(P<0.05),是损害河流生态系统健康的主要原因;此外,总磷、有机质污染及较低的水生生物多样性对河流的健康均有不利影响,仅在夏季植物大量生长和污染物质被稀释时,RHI有所提高。为了改善河流生态系统的健康状况,需要恢复自然的河岸和缓冲带,改善河流水动力,并加强外源污染控制。     

Short‐term variation in the ecological status of a Mediterranean coastal lagoon (NE Iberian Peninsula) after a man‐made change of hydrological regime

• 1. The Ter Vell (NE Iberian Peninsula) is a eutrophic coastal lagoon that has been mostly flooded by excessive irrigation water during recent decades. During 2001 and 2002 the lagoon was subject to several water management actions, the main consequence of which was a change in the hydrological regime due to drastically reduced irrigation water inputs to the lagoon.
• 2. In order to comply with the Water Framework Directive, all the management actions in an ecosystem should be focused on protecting and, where necessary, improving its ecological status.
• 3. The aims of this study were (1) to analyse whether the hydrological change caused by management actions have affected the ecological status of the lagoon, and (2) to discuss the suitability of several physicochemical and biological indicators for the assessment of the ecological status in this kind of coastal ecosystem.
• 4. After the change in the hydrological regime, a general improvement of the ecological status was observed mainly as a result of the significant decrease in the nitrogen Trophic State Index and in the abundance of rotifer indicative of eutrophy, and in turn by the significant increase in the water quality index QAELS, based on crustaceans and insect assemblages.
• 5. Contradictory results emerged with regard to some of the indicators used. After the hydrological change, the increase in the phosphorus Trophic State Index was related with the fact that Mediterranean confined coastal ecosystems are typically P‐enriched. In contrast with general assumptions, low diversity and richness of the zooplankton and the dominance of a few species have been related with an improvement of the ecological status after the hydrological change, when freshwater inputs were reduced and the lagoon became more confined.

Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于乡村水塘的生态网络构建及优化调控

鉴于乡村水塘长期得不到重视与保护，将导致水塘景观逐渐丧失的现状，通过构建水塘景观生态网络并优化调控途径，对区域水塘景观规划和生态保护具有重要意义。以重庆市梁平区仁贤镇为例，基于2019年遥感影像和高程数据，运用空间统计分析、景观格局指数、水文分析及最小累积阻力模型等方法，探讨水塘空间分布规律并构建水塘景观生态网络。结果表明：(1)水塘空间分布深受海拔、坡度和聚落等因素影响，集中分布于低海拔（420.00~447.74 m）、低坡度（0~6°）、邻近聚落（0~40 m）区域；(2)构建水生态网络和生境网络以提供水塘连通性，水塘斑块、汇水节点、自然水系及雨水径流共同构成水生态网络体系，其中雨水径流282条，汇水节点199个，目前仅有40个水塘位于汇水节点处；生境网络体系中，潜在生态廊道351条，主要由农田与林地构成；(3)水塘景观生态优化调控途径可从空间配置、生态网络、生境质量及景观构成4个方面进行。研究结果可为水塘景观保护、小微湿地建设及乡村环境改善提供参考。