生态水文和生态安全理论、方法及应用研究
  • 【摘要】

    对生态水文过程与机理的研究是保障区域生态安全的基础.保障区域生态安全是维持社会经济持续发展的前提.河流生态系统是区域生态系统的重要组份.历史上区域生态安全被长期忽略,高强度人类活动给河流带来一系列水生态安全与健康问题,淮河尤为典型.研究水生态系统对生境因子变化的响应,识别水生态系统变异的驱动要素,分析水生态恢复关键区域,有效评价区域生态安全并未雨绸缪进行预测,识别重点区域与生态不安全的根源,是解决... 展开>>对生态水文过程与机理的研究是保障区域生态安全的基础.保障区域生态安全是维持社会经济持续发展的前提.河流生态系统是区域生态系统的重要组份.历史上区域生态安全被长期忽略,高强度人类活动给河流带来一系列水生态安全与健康问题,淮河尤为典型.研究水生态系统对生境因子变化的响应,识别水生态系统变异的驱动要素,分析水生态恢复关键区域,有效评价区域生态安全并未雨绸缪进行预测,识别重点区域与生态不安全的根源,是解决当前水生态安全与健康问题,进行有效生态修复的基础,重要而迫切.淮河水污染受到党中央、国务院高度重视,从九五开始,淮河就一直是国家和地方水污染治理的重点.近年来虽投资巨大,水质总体有所改善,但淮河流域水污染仍然比较严重,Ⅴ类和劣Ⅴ类水质比例还比较高,与规划目标和人民群众的要求还有相当差距,水污染仍是淮河流域社会经济可持续发展的瓶颈.为此,本研究第2~5章基于目前积累的淮河水生态系统、水质监测资料,耦合生物指数法与指示生物法分析了淮河水生态环境与生境质量的空间分异;构建了一个物种重要性/优势度定量计算的新方法,提出了一个新的多生态因子耦合模型;综合利用随机森林法、模糊聚类法等聚类方法,基于生态位、生物多样性指数开展了水生态系统中浮游植物、浮游动物、底栖动物对水质因子变化响应机理的研究,剖析了影响这些物种的关键水质因子,初步识别了淮河水生态修复的关键区域.
    本研究表明:⑴淮河干流以北的北部平原区,尤其是中游地区是将来水生态修复的重点区域;西北地区污染严重,淮河干流上游区水质较好.与枯水季节相比,丰水季节浮游植物种数减少,但浮游动物与底栖动物种类数增多;丰水季节水质较好,耐污性高的种类数减少;丰水季节水生态环境与水生境质量空间分异明显:除南部山区外的淮河多数支流上、中游水生态系统脆弱,水生境亚健康,而下游区水生境健康;淮河干流上游水生境质量高于下游;南部山区与南水北调东线的南部河段水生态系统稳定,水生境健康.⑵淮河流域北部平原具有较高的重要性和生物多样性,是浮游植物群落生态修复的关键区域.该区浮游植物对整个淮河流域的浮游植物群落非常重要,未来生态修复引起的栖息地环境的变化对它们影响不大.水温、总磷、化学需氧量浓度对浮游植物群落的影响较小而氨氮浓度的增加则会对浮游植物群落产生不利影响.⑶淮河流域水温的变化对浮游动物群落影响不大,然而,氨氮浓度的变化却会对浮游动物群落产生不利影响,其影响大于水温的影响;淮河多数干流北部地区水体生物多样性较低,是未来流域管理的重点;流域中部以及东北部,尤其是南水北调东线北部和淮干北部支流下游浮游动物对栖息地变化的适应能力差,未来流域管理中应给予特别关注.⑷沿淮河干流、各支流的下游、南水北调东线的中游区是整个流域底栖动物群落治理修复的关键区;流域中北部地区生物多样性很低,是未来修复的重点与优先区;对于涡河与包浍河的上中游区,干流与东线的上游、下游区,单一的改变底栖动物栖息地环境的生态修复方法难以奏效,期待复合方法的研究与引进;淮河流域底栖动物对总磷、总氮浓度的变化响应强烈;建议从改变河流生境中总磷浓度入手,结合截流控污进行底栖动物治理与修复.
    本研究表明,氨氮是淮河浮游植物、浮游动物群落空间变异的主要驱动因子,其影响是不利的;影响淮河流域底栖动物空间分异的驱动因子是总磷、总氮;淮河北部平原区水生态环境质量差,是未来生态修复的重点区域.这片区域浮游动物、底栖动物生物多样性较低,生态修复引起的栖息地环境的变化对浮游植物、底栖动物影响不大,需采用综合措施才能进行有效恢复.为了探索保障区域生态安全有效理论和方法,本文基于单指标、多指标综合评价,利用熵权法客观定权,发展了一套与水相关生态安全的评价新方法,并对全国10个水资源分区进行了评价和预测.研究表明:现状年(2010年)辽河、海河、淮河生态总体不安全,是未来生态修复的重点区域.各区域主要不安全因素表现为:辽河、海河、淮河、珠江4片区水质恶化;海河片区地下水超采严重;西北内陆河生态用水无法保障;东南诸河水土流失加剧;海河、淮河地表水开发过度;海河黄河区域用水压力过大.未来(2030年)用水压力大、水污染、地下水更新能力不足、河道内生态需水保障风险大成为威胁生态安全的主要因素.在此基础上,本文进一步根据各片区生态安全威胁因素与需求特点,有针对性地提出了保障各区域生态安全的相关措施和对策. 收起<<

  • 【作者】

    赵长森 

  • 【学科专业】

    地理学;自然地理

  • 【授予学位】

    博士后

  • 【授予单位】

    中国科学院大学

  • 【导师姓名】

    刘昌明

  • 【学位年度】

    2013

  • 【语种】

    chi

  • 【关键词】

    河流污染%生态修复%浮游生物%淮河流域