生态系统范文
时间:2023-03-24 19:46:27
导语:如何才能写好一篇生态系统,这就需要搜集整理更多的资料和文献,欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文,供你借鉴。
篇1
这两件事情本身并无太大关联,但如对其进行仔细分析,就会发现其共同点:都是合作,打造生态系统。那么,什么是生态系统呢?
生态系统一词来源于自然学,指的是在自然界一定的空间内,生物与环境构成的统一整体,在这个统一整体中,生物与环境之间相互影响、相互制约,并在一定时期内处于相对稳定的动态平衡状态。引申到IT行业,就是不同角色的IT企业为了共同利益所形成的经济联合体。
生态系统在IT行业并不是一个新名词。事实上,过去十几年很多IT厂商在谈到渠道策略时,都会提到生态系统建设。但那时所说的更多还是一种简单层面的产品买卖合作,而非真正意义上的生态系统。
近几年,IT技术日新月异。云计算、大数据、移动互联、物联网等技术的普及,对传统IT产业的格局带来了巨大冲击。在这种情况下,客户需求也发生了巨大变化,他们的需求不再是分裂的,也不再只关注产品的功能、参数,而是希望IT企业能够根据他们的业务需求来提供更全面的整体解决方案。这样任何一个IT企业都很难独自满足客户的整体需求,企业想在竞争中取得优势,就必须联合上下游企业,打造一个健康的生态系统。另外,技术的更新,也使IT企业所面临的竞争对手更多样化:不仅是传统IT行业的对手,也包括一些IT行业之外、跨界而来的竞争者。
这种情况在智慧城市的建设中尤为明显。智慧城市是一个浩大工程,在整个工程中所涉及的业务范围十分广泛。即便是IBM这样的IT巨头也很难独自完成。因此,在智慧城市市场中经常可以看到,一些IT服务商在有意识地打造自己的生态系统,以增强其在市场中的竞争力和话语权。有时,这种生态系统甚至已超越了IT行业的范畴,而拓展到其他的行业之中。
未来,随着各种新技术的深入应用,生态系统之间的竞争将更为明显,这种竞争甚至会给整个IT行业的格局带来巨大改变。IBM和苹果之间的合作就是一个直接的例子,虽曾经是“水火不相容”的对手,但随着企业级移动市场的发展,双方都认识到合作给彼此带来的好处:IBM的大数据、分析技术、整合技术、云服务和苹果的设备、开发环境、易用性结合,无疑将会使双方在企业级移动市场的竞争力大大提升。
在生态系统的打造上,国外IT企业相对起步较早,包括IBM、惠普、英特尔、微软等都有意识地在中国建设自己的生态系统。国内IT企业的动作则相对有些迟缓,单打独斗的情形依然屡见不鲜。
篇2
关键词:市域绿地系统 生态网络 自然生态系统
中图分类号:TV985 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)04(c)-0136-01
1 规划原则
1.1 生态优先
在绿地系统规划上,要注重保护山、水、城生态环境,发挥生态文化优势,构建山水文化新城;在绿化设计上,坚持“适地适树”、“以乡土树种为主”、“物种多样性”原则,使用成本低、适应性强、本地特色鲜明的乡土树种,构建节约型绿化体系。
1.2 系统布局
突出绿地布局的系统性,结合城市布局建立连续完整的绿地体系;加强山水景观联系,通过生态廊道将城外自然山水及绿色环境引入到城区内部,达到城区内、外景观自然渗透。
1.3 区域统筹
考虑全区、规划建设用地与环境之间的协调发展关系,达到保护整体生态环境、保证城市长远可持续发展的目标。
1.4 突出特色
突出水源保护、绿色休闲、山水宜居城市的特色,根据城市发展目标和现状条件,绿地系统规划建设强化地方自然及文化景观特色。
2 市域绿地系统规划
2.1 市域绿地系统分区
市域绿地系统可分为:山地丘陵绿化区、平原台地绿化区、平原绿化区等分区。山林地、水库和山谷基本农田,应以保护为主,限制开发力度,承担区域生态旅游与生态保障双重功能。
2.2 景观生态基质保护与建设
景观生态基质是指区域景观生态的本底和原生态环境。规划主要从以下5个方面进行建设:维护区域内自然山水的完整性;保护和建立多样化的乡土生境系统;保护和恢复区域大型自然斑块;尽可能保持河道自然形态;将城市绿地系统和区域景观格局相结合。在生态环境的建设与保护上,要修复地带性森林植被,提高东北山区和东南山区植被覆盖率,提高山区生态屏障中的森林质量。继续开展小流域治理,重视整治水土污染源,严格保护水库流域湿地,加强野生动植物的保护,维护地区生物的多样性。
2.3 景观生态网络保护与建设
规划建设景观生态网络系统,成为城市超级基础设施,使广大市民能在5分钟内走进自然和绿地公园。
保护河流及其河岸带,沿河建立河流生态廊道。规划依托河流水系,构筑“生态廊道”骨架。河流生态廊道作为连接整个城区的生态通道。
结合道路防护绿地、铁路防护绿地、卫生防护绿地、小溪流和农田灌渠,建设道路防护生态廊道、铁路防护生态廊道、卫生防护生态廊道、溪流保护生态廊道、农田灌渠生态廊道。
在城区内部规划生态嵌块体,成为城区生物生境栖息地和中心化公园绿地,成为城市的绿肺。城区内部生态嵌块体及湿地公园与各级景观生态廊道有机连接,形成城市景观生态网络系统。
2.4 市域生态屏障保护与建设
规划从库区水域、库区山地方面着手,构建完整的森林及水域生态系统,保护区域生态安全。库区水域要注重水源地、渔业、防洪、灌溉、旅游等方面的协调发展。库区山地要注重因时、因地、因害设置水源涵养林,严禁大面积皆伐,重要区域要禁止任何方式的采伐。
2.5 水系生态保护与建设
通过实施园林绿化工程、森林保护工程和水域治理工程等措施,保护与修复水域及湿地生态系统,逐步构建起完善的水系生态保护体系。
水库流域要加强水源涵养林保护与建设、小流域治理;改善水库水文状况,蓄水拦沙,防止水库淤塞;合理保护和利用水源,防止农业面源污染,保护水质安全。利用各条河流水域构筑城市生态廊道,对河岸及渠道进行整治,建设绿化保护带,增加植被覆盖和湿地恢复修复面积,同时设置为居民及游人休憩和游玩的设施。
3 自然生态系统恢复
自然生态系统类型主要有森林生态系统、水域生态系统、湿地生态系统。目前,山地次生森林生态系统比较完整。但是,由于人类的长期开垦及不合理的利用,山地原生森林生态系统、平原森林生态系统、河流生态系统、湿地生态系统整体上已经被破坏,生态关系失衡,生态系统服务功能低下。
森林生态系统恢复:保护山地次生森林生态系统,加强森林抚育,调整单一树种的简单结构,建设针阔混交林森林生态系统。结合城市建设和城市防护林建设,构筑城市森林生态系统,实现城市森林化、林荫化。结合新农村建设和农田防护林建设,构筑乡镇森林生态系统。
水域生态系统恢复:控制和治理点源污染和面源污染,设立水域水质保护区,保护水环境质量。
4 人类生态系统建设
4.1 城市生态系统建设
城市生态系统是自然、社会、经济高度复合的人类生态系统。城市居民与其环境相互作用而形成的统一整体,也是人类对自然环境的适应、加工、改造而建设起来的特殊的人工生态系统。其主要的特征是以人为核心,对外部的强烈依赖性,以及密集的人流、物流、能流、信息流、资金流等。
一个符合生态规律的生态城市应该是结构合理、功能高效、关系协调的城市生态系统。科学的城市生态规划与设计能使城市生态系统保持良性循环,呈现城市建设、经济建设和环境建设协调发展的格局。城市生态系统建设重点为自然生态系统恢复、山水生态城市建设、湿地生态城市建设、森林生态城市建设。
4.2 城镇生态系统建设
规划建设城镇生态系统,把每个镇建设成为生态镇。规划建设环城镇防护林带,形成城镇防护林网体系。
篇3
关键词: 全球气候变化;草原生态系统;碳储量;高寒草甸
中图分类号: S 812.3文献标识码: A文章编号: 10095500(2011)06007508
在过去的200年中,化石燃料的燃烧、土地利用方式的改变,已经有405±30 Pg的CO2释放到大气中,导致大气CO2浓度急剧增加,地球温度不断升高。干旱、洪水、风沙等灾害性天气频繁出现。应对气候变化,实现可持续发展,是人类面临的一项紧迫而艰巨的任务。有效地利用陆地生态系统植被和土壤对碳存储积累的优势来降低大气CO2的增高,被学术界普遍认为是在全球绿色经济、循环经济、低碳经济的背景下一种低成本固碳减排的有效措施[1,2]。大力发展草原碳汇,重视草原固碳研究,系统分析草原生态系统在全球气候变化中的生态价值和贡献,对增强草原生态系统碳储量、发挥草原固碳潜力具有重要意义。
1草原生态系统的碳汇功能
在所有生物群系中,森林存储了陆地的大部分碳量,不仅以生物量的形式(树干、树枝、树叶、根等),而且以土壤有机质的形式存储。根据德国全球变化咨询委员会(WBGU) 的估计,全球陆地生态系统的碳储量有46%在森林,23%在热带及温带草原,其余的碳储
收稿日期: 20110603; 修回日期: 20111017
基金项目: 国家重点基础研究发展规划项目
(2006AA10Z250)资助
作者简介: 赵娜 (1980),女,在读博士,草地生态与植被恢复。 Email:
王为通讯作者。
存在耕地、湿地、冻原和高山草地。目前,国际上主要通过提高森林覆盖率来抵消工业碳排放,森林的碳汇能力已经得到世界各国的广泛重视。然而,草原碳汇并未像森林碳汇一样得到应有的关注。主要是因为缺乏对草地生态的系统研究和全面规划,从而导致对草原生态的忽视以及对碳汇评估的缺失。草原是世界上分布最广的植被类型之一,主要分布于热带和温带,覆盖陆地面积的25%~50%[3]。全球草地面积约44.5亿hm2,碳贮量达7 610亿t,占世界陆地生态系统碳储量的34%,仅次于森林碳汇。草地生态系统作为一种自然资源,具有保持水土、涵养水源、防风固沙、净化空气以及控制温室气体排放等多方面的功能,对地区的气候变化和全球碳循环发挥着重大的作用[4-13]。我国拥有各类天然草原面积约4亿hm2,分别占世界草地面积的13%和我国国土面积的40%,也是我国耕地面积的3.2倍,森林面积的2.5倍,因而,草原是光合作用最大的载体,也是我国面积最大的碳库[14]。作为最重要的绿色生态屏障和绿地植被碳库,草原和草产业在生态系统碳汇功能方面的能力不容小视。概算我国天然草地每年能够固碳达到1~2 t/hm2,年总固碳量约为6亿t,约占全国年碳排放量的1/2。草原生态系统碳收支对我国乃至世界陆地生态系统的碳汇功能发挥着不可替代的作用。为此,国内外开展了相关研究,但由于技术和方法的差异,全球草原生态系统碳汇评估方面存在着较大的不确定性。
2草原生态系统的固碳潜力
2.1草原生态系统的碳储量估算
草地生态系统碳储量和碳沉降在全球陆地生态系统碳蓄积和碳循环中占有十分重要的地位。不同学者或机构对全球草地生态系统碳储量进行了估算[3-5,8-13,14-17],世界草地生态系统的碳蓄积平均占到陆地生态系统碳蓄积量的1/5。Olson,et al[18]利用碳密度的方法估算后报道,全球草地生态系统植被储量为50.4 Pg。Post,et al[19]基于常规土壤调查后估算出全球不同草地综合体中土壤碳储量为435.7 Pg。Prentice,et al[17]仍然利用碳密度的方法对全球草地生态系统碳储量进行了较为全面的评估,研究报道全球草地生态系统的总碳储量约为279 Pg,植被储量为27. 9 Pg, 土壤储量为250.5 Pg。另外,也有学者研究认为,全球草地生态系统总碳储量约为569.6 Pg ,其中,植被储量为72.9 Pg , 土壤储量为496.6 Pg[19-22]。同时有研究报道,在热带地区的碳储量和碳沉降可能已经被低估[3]。由此可见,全球草地碳储量估算存在着很大的不确定性,特别是对于土壤碳库的评估[3,5,23]。然而,中国草地生态系统的碳储量和碳循环的研究相对比较少[22,24-26]。Fang,et al[24]基于植被地上、地下生物量比例的关系第1次评估了中国草地的碳储量。他通过研究8个草地类型最终得出中国草地的总碳储量为58.38 Pg,其中植被层为1.23 Pg,土壤层为74.74 Pg。由于田间取样测量的局限性,研究者往往通过地上通量部分的平衡来估计地下内部转移的碳量和组成;通过地下通量部分的平衡大致地估计土壤碳库净变化的组成。然而,利用地上生物量来估测其他组分的碳量的方法,精确度很低,存在相当大的误差(特别是对地下部分的估测),因此,通过这种比例的关系估计出的数据,变异性很大[24,27]。有学者应用碳密度的方法对中国11个草地类型的碳储量进行了估算,分析后指出11个草地类型的总碳储量为58.38 Pg Ni;Zinke,et al[22,28] ,其中,植被层为4.66 Pg ,土壤层为53.72 Pg。不久,Ni[22]再一次应用碳密度方法对中国18个草地类型进行了碳储量估算。然而此次的研究结果较先前的结果总体上偏低,总碳储量为44. 09 Pg ,植被层碳储量为3.06 Pg ,土壤层碳储量为41. 03 Pg 。另外,Fan 根据中国17 种草地类型中实测的地上、地下生物量样方数据估算出我国草地植被碳储量约为3. 32 Pg [29]。综合大量的研究后发现,中国草地生态系统植被层碳蓄积占到世界草地生态系统植被层碳蓄积量的3%~11%[17,19,22],占到中国陆地生态系统植被层碳蓄积量的54.4%[29,30]。由于资源调查数据、遥感数据、草原面积差异、以及所采用的估算方法的不同,使得无论全球或者是地区内的草地生态系统碳储量估算存在着较大的不确定性。另外,人类活动对于草原的影响也在很大程度上决定着碳评估的精度[22],其中,草原面积的差异是影响陆地生态系统碳估算的重要因素。随着生态学、土壤学、遥感学、统计学等多学科的发展与深入,使用碳密度的方法,同时结合改进的草地分级标准以及更加准确的草原面积评估体系,为精确估算中国乃至世界草地的碳储量提供了一定的依据。然而,目前对于碳储量的评估主要还是聚焦在对温带和高寒草地的研究。
2.2不同草地类型的固碳能力
从世界范围来看,大约有1.5亿km2的草地分布于热带地区,有900百万km2的草地分布于温带地区[15]。然而,不同地区、不同气候类型条件下的不同类型草地生态系统的碳储量差异非常大 (表1)[31]。热带草原的净生产力和碳的固定能力要大于温带草原。在温带草原区,欧洲和俄罗斯草地群落的碳素固定能力又高于中国,我国典型草原的碳固定量水平最低,这种现象主要受降水量的时空变异决定。对于不同草地类型的土壤生态系统而言,草甸土壤具有较大的有机碳通量和有机碳容量,但同时具有较低的无机碳通量和无机碳容量。相反,荒漠土壤生态系统的有机碳通量、碳容量最低,但其具有较高的无机碳储量[32]。一般认为,土壤无机碳通量变化不大,有机碳通量却经常受到各土壤生态系统内部物质和能量转化的影响,具有较大的变异性。生态系统中土壤有机碳通量和碳容量越高则土壤无机碳通量就越低。从地区上分析,寒冷地区的土壤比温暖地区的土壤具有更高的土壤有机碳储量[33]。
中国草地主要广布在北部温带半干旱和干旱地区,以及西部青藏高原的高寒地区,只有少数零星地分布在暖温带和热带地区[34-36]。不同草地类型的面积、分布区域、物种组成以及不同草地类型的固碳能力分布极不均衡,不同草地固碳能力异质性很大(表2、3)。从地区上分析发现,高寒地区拥有中国最大的碳储量,占到全国草地生态系统总碳储量的54.5%,其次是温带地区,中国草地生态系统85%以上的全碳储量分布于高寒地区和温带地区。从草地生态类型分析,草原具有最高的植被和土壤碳储量,草甸是仅次于草原生态系统类型的第2大碳库。全国草地生态系统总碳储量的2/3以上是分布于草甸和草原这2个草地生态系统类型[26]。综合不同地区和草地类型来分析研究,高寒草甸拥有最大的植被和土壤碳储量,占到中国草地总碳储量的25.6%,其次,高寒草原和温性草原的碳储量也比较高,分别占到中国草地总碳储量的14.5%和11.0%,这3类草地碳储量总和占到全国草地总碳储量的1/2。然而,暖温带和热带灌丛草原以及湿地由于利用面积比较低,再加上植被和土壤的碳密度比较低,所以决定了这3种草地类型具有最低的碳储量[26]。
草原生态系统的碳汇格局
陆地生态系统碳库主要包括植物碳库、凋落物(残落物)碳库和土壤有机碳库(腐殖质)。生态系统各碳库的大小组成和规模体现了生态系统碳分配(资源分配)的格局,同时反映了植物对资源供给响应的平衡对策。碳分配的变化不仅影响到植物的生存,生长和生产,也会影响到生态系统的生物地理化学循环过程[29]。所以,研究生态系统各组成要素的碳蓄积在空间上的分布规律是碳循环研究的基础,也是研究生态系统碳素在各碳库之间的流通和交换的依据。为此,各国生态学家已经进行了大量的研究[19,20,27,37,38]。分析估计认为,全球陆地生态系统植物碳库在420~830 Pg,土壤有机质碳库在1.2×103 ~1.6 ×103Pg,凋落物碳库在70~150 Pg。土壤碳库也是陆地生态系统中最大的碳库,通常地,土壤碳库大约为大气碳库的两倍[39],因此,土壤碳库的损失对于大气中CO2浓度的变化具有显著的影响。而且,全球土壤碳存储总量也远大于植被中的碳储量,两者的比例平均为3∶1,所以陆地土壤碳库较植被碳库在全球碳平衡中具有更重要的作用,在每个生物群系中,单位表面积上植被和土壤碳量所占比例存在着广泛的区域差异。从热带森林的1∶1到北方针叶林的1∶5,草地和湿地的比率更大,所以,对于草地生态系统来说,它不具有固定而明显的地上碳库,其碳储量绝大部分集中在地下土壤中[26]。这在很大程度上有力地说明了土壤碳库在草原生态系统的碳储量中所发挥的巨大作用。中国草原土壤碳储量约在200~300 Pg,占到世界土壤碳储量的30%,草原土壤代表着一个巨大的碳库[3,40]。目前为止,草地和热带稀树大草原的大部分碳量被存储于土壤中。这些土壤碳蓄积量在长时间范围内是稳定的。湿地的碳也几乎完全蓄积在土壤中,由于土壤长期处于一种缺氧的状态,所以湿地的碳主要以死有机物质(腐殖质)的形式存储。在中国,高寒草地中95%的碳储藏在土壤中,约占全国土壤碳储量的49% [41],占全国土壤有机碳储量的23.44%,占全球土壤有机碳储量的2.5%[42]。在通常的自然植被条件下,土壤中的有机碳储量绝大部分直接来源于土壤上生长的植物凋落物和根系分泌物[43]。由于高寒地区低温低蒸发这种特有的气候特征,导致土壤中储藏的大量有机质很难分解,从而长时间驻留在土壤中成为一个稳定的碳库。但是随着人类活动干扰的加剧和全球气候变暖所带来的水热格局的再分配,可能对高寒草地生态系统的碳蓄积和碳收支带来难以预测的危害。
3高寒草地生态系统面临的危机
陆地生态系统的碳循环包括光合作用(碳汇)和呼吸作用(碳源)2个环节。森林、海洋、草原等非工业源生物呼吸作用排放的CO2量,以及由于土地利用的变化所释放出的CO2量已经加剧了全球CO2浓度的增高。青藏高原草地面积占到世界陆地面积的1.02%,中国陆地面积的16.9%。而且,青藏高原又是亚洲大陆最大的地理形态学单位,它是世界上陆地生态系统的重要组成部分,同时也是世界上低纬度地区中拥有永久冻土层的主要区域之一[43]。这个地区广泛分布着高寒草甸、高寒草原以及高寒沼泽,也是欧亚大陆最典型的3种草地类型之一[44]。青藏高原的草地类型拥有全国各种草地类型中最高的有机碳密度[45],而且,高达95%的碳是储存在土壤中。在全球气候变暖的大趋势下,青藏高原的气温也在持续上升,由于冻土的热力敏感性很大,对全球气候变化非常敏感,因此,寒带地区各种生态系统将有可能成为巨大的碳排放源[46,47],所以,这个地区在调节亚洲地区,乃至全球气候变化中充当着非常活跃的角色[47]。
Wang,et al[42]对青藏高原草地土壤碳库的研究表明,青藏高原草地中土壤的有机碳储量大约为49.00 Pg,占到中国全部土壤有机碳储量的23.44%,占到世界土壤碳库的2.5%。从青藏高原的占地面积和土壤碳储量的比较来看,青藏高原的土壤碳库在中国甚至世界上来说都是非常重要的。其实,早在20世纪80年代已经有学者意识到青藏高原在全球碳循环中的重要地位,先后开展了大量有关青藏高原地区碳循环的研究。在评价1个草地生态系统碳循环规律时,首先需要考虑碳循环的时间尺度。一般认为,在1天的时间内,白天碳被积累,夜晚碳损失。在1年的时间中,在生长季碳被积累,冬季碳被消耗[32]。然而,一些研究者对青藏高原地区的碳循环研究却发现,当夜间土壤温度较低时,青藏高原草地生态系统中土壤到空气碳的净通量为负值,表现出一种碳积累的过程[48,49]。在寒冷的冬季,青藏高原草地生态系统发挥着碳汇的作用[50,51]。产生这一现象的主要原因在于青藏高原特有的极低的土壤温度,能够抑制土壤微生物的活动。然而,全球大气CO2浓度增加,温度升高的严峻气候背景下,势必会促进青藏高原地区草地生态系统CO2的排放。已经有研究报道,在过去50年中,青藏高原平均温度每10年上升0.45 ℃[46,47]。地表温度的上升已经增加了季节性解冻土层的深度,甚至导致了永久冻土层的消失[52]。Wang,et al[42]研究报道,目前,每年青藏高原地区由于土壤呼吸导致的CO2排放量为1.17 Pg,这个值占到本地区草地生态系统0~65 cm土壤层有机碳储量的3.32%,中国陆地生态系统土壤呼吸排放量的26.40%,全球生态系统土壤呼吸排放量的1.73%,其中,高寒草甸土壤每年的CO2排放占到本地区所有草地类型CO2排放总和的1/2[42]。从面积和排放量比例的角度来分析,目前这个地区的CO2排放量已经处于非常高的水平,超过了国家的CO2平均年排放量,甚至也超过了全球CO2排放的平均值。因此,密切关注青藏高原地区的高寒草地,特别是高寒草甸土壤碳库的变化,在评估青藏高原地区生物地球化学循环对全球气候变化的响应具有重要的科学和现实意义[53]。保护高寒草地资源将会对全球碳的保存、CO2的减排具有极其深远的影响。
参考文献:
[1]李熙波,杨玉盛,曾宏达,等. 城市草坪生态系统碳吸存研究进展[J]. 草原与草坪,2009(3):79-85.
[2]王娟,蔺银鼎. 城市绿地生态效应[J]. 草原与草坪,2004(4):24-27.
[3]Scurlock J M O,Hall D O. The global carbon sink:a grassland perspective[J]. Global Change Biology,1998(4):229-233.
[4]Hall D O,Scurlock J M O. Climate change and productivity of natural grasslands[J]. Annals of Botany,1991,67:(Suppl)49-55.
[5]Hall D O,Ojima D S,Parton W J,et al. Response of temperate and tropical grasslands to CO2and climate change[J]. Journal of Biogeography,1995,22:537-547.
[6]Thornley J H M,Cannell M G R. Temperate grassland responses to climate change: an analysis using the Hurley Pasture Model[J]. Annals of Botany,1997,80:205-221.
[7]Sala O E,Lauenroth W K,Burke I C. Carbon budgets of temperate grasslands and the effects of global change[C]// Breymeyer A I,Hall D O, Melillo J M,et al. Global Change:Effects on Coniferous Forests and Grasslands. Chichester:John Wiley,Sons Ltd,1996:101-120.
[8]Thornley J H M,Fowler D,Cannell M G R. Terrestrial carbon storage resulting from CO2and nitrogen fertilization in temperate grasslands[J]. Plant,Cell and Environment,1991,14:1007-1011.
[9]Parton W J,Scurlock J M O,Ojima D S,et al. Observations and modeling of biomass and soil organic matter dynamics for the grassland biome worldwide[J]. Global Biogeochemical Cycles,1993(7):785-809.
[10]Parton W J,Scurlock J M O,Ojima D S,et al. Group Members SCOPEGRAM. Impact of climate change on grassland production and soil carbon worldwide[J]. Global Change Biology,1995(1):13-22.
[11]Fisher M J,Rao I M,Ayarza M A,et al. Carbon storage by introduced deeprooted grasses in the South American savannas[J]. Nature,1994,371:236-238.
[12]Fisher M J,Rao I M,Lascano C E,et al. Pasture soils as carbon sink[J]. Nature,1995,376:473.
[13]Tate K R,Parsholtam A,Ross D J. Soil carbon storage and turnover in temperate forests and grasslands:a New Zealand perspective[J]. Journal of Biogeography,1995,22:695-700.
[14]Chen Y F,Fischer G. A new digital georeferenced database of grassland in China[R]. Interim Report IR98062. Laxenburg: International Institute for Applied Systems Analysis (IIASA),1998:24.
[15]Lieth H F H. Patterns of Productivity in the Biosphere[M]. Stroudsberg,PA:Hutchinson Ross,1978:342.
[16]Long S P,Hutchin P R. Primary productivity in grasslands and coniferous forests with climate change: an overview[J]. Ecological Applications,1991(1):139-156.
[17]Prentice I C,Sykes M T,Lautenschlager M,et al. Modelling global vegetation patterns and terrestrial carbon storage at the last glacial maximum[J]. Global Ecology and Biogeography Letters,1993(3):67-76.
[18]Olson J S,Watts J A,Allison L J. Carbon in Live Vegetation of MajorWorld Ecosystems[M]. 1983:50-51.Oak Ridge:Oak Ridge National Laboratory,180.
[19]Post W M,Emanuel W R,Zinke P J,et al. Soil carbon pools and world life zones[J]. Nature,1982,298:156-159.
[20]Post W M. The global carbon cycle[J]. American Scientist,1990,78:310-326.
[21]Prentice I C. Biorne modeling and the carbon cycle.The global carbon cycle[M]. Springer Verlag: Berlin,1993:219-238.
[22]Ni J. Carbon storage in terrestrial ecosystems of China:Estimates at different spatial resolutions and responses to climate change[J]. Climate Change,2001,49:339-358.
[23]Post W M,Kwon K C. Soil carbon sequestration and landuse change: processes and potential[J]. Global Change Biol,2000,6(3):317-327.
[24]Fang J,Liu G,Xu S. Carbon pool of terrestrial ecosystem in China[C]// Wang G,Wen Y M.Monitoring of Greenhouse Gas Concentration and Emission and Relevant Processes.Bieijing:China Environmental Science Press,1996:95-101.
[25]Feng Q,Cheng G D,Mikami M. The carbon cycle of sandy lands in China and its global significance[J]. Climate Change,2001,48(4):535-549.
[26]Ni J. Carbon storage in grasslands of China[J]. Journal of Arid Environment,2002,50:205-218.
[27]Prentiee K C,Fung I Y. The sensitivity of terrestrial carbon on storage to climate change[J]. Nature, l990,46:48-51.
[28]Zinke P J,Stangenberger A G,Post W M,et al. Worldwide Organic Soil Carbon and Nitrogen Data[M]. Oak Ridge:Oak Ridge National Laboratory,1984.
[29]Fan J W,Zhong H P,Harris W,et al. Carbon storage in the grasslands of China based on field measurement s of above and belowground biomass[J]. Climatic Change,2008,86:375-396.
[30]方精云. 中国山地不同海拔下的植物多样性模式[J]. 生物多样性,2004,12(1):1-4.
[31]李凌浩. 土地利用变化对草原生态系统土壤碳贮量的影响[J]. 植物生态学报,1998,22(4):300-302.
[32]赵成义. 陆地不同生态系统土壤呼吸及土壤碳循环研究[D]. 北京:中国农业科学院,2004.
[33]VMcDaniel P A,Munn L C. Effect of temperature on organic carbontexture relationships in mollisols and aridisols[J]. Soil Sci Soc Am J,1985,49:1487-1488.
[34]VEditorial Committee for Vegetation of China[J]. Vegetation of China,Beijing:Science Press,1980.
[35]Hou X Y,Sun S Z,Zhang J W,et al. Vegetation Map of the People's Republic of China[M]. Beijing:Map Press of China,1982.
[36]DAHV(Department of Animal Husbandry and Veterinary,Institute of Grassland,Chinese Academy of Agricultural Sciences)CISNR(Commission for Integrated Survey of Natural Resources,Chinese Academy of Sciences)Data on Grassland Resources of China,1994,10-75.Beijing:China Agricultural Science and Technology Press,310.
[37]田中正之著,(石广玉,李昌明译)地球在变暖[M]. 北京:气象出版社,1-132.
[38]Sombroke W G,Nachtergaele F O,Hebel A,et al. Dynamics and sequestering of carbon in tropical and subtropical soils[J]. AMBIO,1993,22(7):417-426.
[39]Jin F,Yang H,Zhao Q. Progress in the research of organic carbon storage[J]. Soil,2000,32(1):11-17.
[40]Batjes N H, Sombroek W G. Possibility for carbon sequestration in tropical and subtropical soils[J]. Global Change Biol,1997,3(1):161-173.
[41]钟华平,樊江文,于贵瑞,等. 草地生态系统碳蓄积的研究进展[J]. 草业科学,2005,22(1):4-11.
[42]Wang G X,Qian J,Cheng G D,et al. Soil organic carbon pool of grassland soils on the QinghaiTibetan Plateau and its global implicatio[J].The Science of the Total Environment,2002,291:207-217.
[43]黄昌勇. 土壤科学[M]. 中国农业出版社,北京,2000.
[44]Sun H. Formation and Evolution of QinghaiTibetan Plateau[M]. Shanghai Science and Technology Press,1996.
[45]Wang S,Zhou C. Estimating soil carbon reservoir of terrestrial ecosystem in China[J]. Geogr Res,1999,18(4):349-356.
[46]Kang X. The features of climate change in the QinghaiTibetan Plateau region in the past 40 years[J]. J Glaciol Geocryol,1996,18(Suppl):281-288.
[47]Cheng G,Li P,Zhang X,et al. Influences of Climatic Changes on Snow Cover. Glaciers and Frozen Soils in China[M]. Lanzhou:Gansu Cultural Publishing House,1997.
[48]Liu Y. Preliminary study of CO2 emission from cultivated soils on the QinghaiTibetan Plateau[J]. J Nat Resoure,1998,13(2):211-218.
[49]Wang Z,Le Y,Zhang J. Preliminary study of the respiratory intensity of alpine soils[C]// Xia WA,editor.Alpine Cold Meadow Ecosystem. Lanzhou:Gansu People's Publishing House,1982:174-183.
[50]Fang J,Liu G,Xu S. Carbon cycle of Chinese terrestrial ecosystem and its global significance[C]// Wang G,Wen Y.Monitoring of Greenhouse Gas Concentration and Emission and Relevant Processes. Beijing:China Environmental Science Press,1996:129-139.
[51]Wen Y,Tang J,Shao Z,et al. Study on atmospheric CO2 concentration changes and ground surface emission impact in Waliguan Region[C]// Ding Y,Shi G.Study on Climate Changes and its Influences in China. Meteorological Press,1997:95-101.
[52]Wang S. Discussion on the permafrost degradation and the changes of the permafrost environment of QinghaiXizang plateau[J]. J Adv Earth Sci,1998,13(Suppl):65-73.
[53]宋希娟,杨成德,陈秀蓉,等. 东祁连山高寒草地生态系统N、P养分含量研究[J]. 草原与草坪,2008(6):46-49.
Preliminary analysis of carbon sequestration
of grassland ecosystem
ZHAO Na1,2,SHAO Xinqing1 ,LV Jinying1,WANG Kun1
(1. College of Animal Science and Technology,China Agricultural University,Beijing 100193,China;
2. Guyuan State Key Monitoring and Research Station of Grassland Ecosystem,Guyuan 076550,China)
篇4
广东省深圳市龙岗区教师进修学校近年来提出了“三微”研究和微学习生态系统的概念,并针对微型课程的基本要求、制作线路图、技术和技巧,向全区新教师和骨干教师展开了培训,让老师们慢慢爱上了这种自动播放,只呈现文字、音乐、画面的表达方式。两年来,共开发电影微课程,策略微课程、教师微课程、故事微课程、家长微课程、图书报刊微课程等500多门,极大地丰富了微课程远程学习平台上的学习资源。通过在平台上点播观看微课程,全区近5000名教师受益。
微型课程这个术语最初出现在美国教育文献中,是由美国依阿华大学附属学校于1960年提出的。从其内涵及其实践的发展来看,它最初主要是作为学科课程的“补丁”在中、高等教育阶段发挥其独特作用的,但随着课程多样化趋势的日益彰显,特别是随着信息技术的日益普及,它已冲破学科微型课程的局限,并以基于信息技术的、更加多样化的内容与形式广泛运用于从初等教育到高等教育乃至教师培训的各个阶段与各个领域,成为现代课程体系中的一种新的课程形态。
我们主张开发和实施的微课程是一种在线教学视频文件,主要针对教师专业发展,内容直接指向具体问题,关注“小现象、小故事、小策略”,主题突出,一课一事,层层剖析。由文字、音乐、画面三部分组成,它没有解说的声音,在优美的轻音乐中,静静地阅读文字,欣赏画面,进而引发思考。一集微课程长度在5分钟左右,所谓“5分钟完成一次学习,300秒经历一次思考”,可最大限度地利用零碎时间学习。微课程利用了网络传送的便捷与录影重复利用成本低的特性,同时它的使用方便,除了网上学习,还可利用手机、微博等方式学习,也可以用于学校例会、研讨会观看或讨论。微课程每一集内容相对独立,它可独立使用,也可嵌入学校任何课题,还可以独立成系统,综合使用。微课程是以主题模块组织起来的相对独立与完整的小规模课程,主要包括策略方法类、故事类、现象类和影视类等。
“三微”研究模式——基于微问题的教师成长新范式
1.“三微”研究模式的内涵和特征
一般认为“科研引领、自我反思”是促进教师专业成长的有效途径,但对于大多数一线教师而言,课题研究门槛太高,自我反思缺少载体。为了真正促进教师专业发展,我们在教师培训中,创造性地提出了“三微”研究模式——针对微问题,开展微研究,形成微成果,以此来促进教师的成长。微问题是指在研究内容上强调教育教学过程中的有价值的细小问题;微研究不需要高深的理论作支撑,而是遵循发现小问题—想办法—解决—梳理的过程,寻求解决问题的办法;微成果则以微课程为主要表现形式。
2.“三微”研究模式的实践与解析
一节美术课,老师布置完绘画任务后,要求学生30分钟完成。当时间到了的时候,教师让学生上台展示自己小组的作品,于是便出现了问题:展示的同学在上面讲,下面却没有多少人在认真听讲,他们为什么没听讲?怎么办?
这种课堂现象是典型的“微问题”。
在教师培训时,针对刚才提出的美术课堂上出现的现象,许多老师指出了其中存在的问题:学生不注意倾听、发言学生声音小、讲课的人语言不生动不吸引人、听讲的人没有参与进来等。随着实践和研究的深入,老师们思考问题也变得有深度起来,就有许多老师提出了新问题:学生没有按时画完,说明时间管理还不行,缺少时间概念,做事前松后紧,教师没有注意这个问题,把问题推给学生是不对的,教师要培养学生的时间管理意识。研究不能只关注表问题,而且更要注重背后的真问题!感觉又深了一步,老师们继续在实践中研究。当再次把这个问题拿出来讨论时,老师们有了更高层次的认识:学生缺乏时间管理,教师要教会学生管理时间。
微研究正经历着“研究—实践—反思—再研究—再实践—再反思”的循序渐进、螺旋上升的过程。教师们的研究水平和能力也在不断地成长。同时,做微研究不但要“做得好”,还要“写得好”,如何把老师们在实践中提炼出的好经验、好策略进行归纳、汇总和传播,让更多的教师受益?显然,作为“草根化”研究,成果表现形式不能让老师们写长篇的报告和专业论文,利用PPT,把教师们的微策略、微故事以叙述分析、配以音乐的方式呈现出来,将这些成果“课程化”,“微课程”就产生了。
微课程是一种供教师学习的“课程”,一个借以成长的工具,更是一种教师自发的“草根”的教研方式,因为,微课程的提供者正是一线教师自己,这里没有多少高深的理论,不用依靠“专家”,每个教师都是学习的主人,都可以通过简单的培训而转变为微课程的开发者,让自己的作品为同行提供借鉴和启发。
构建微学习生态系统——基于微课程的教师培训新模式
有效的培训应该是双方互动式的,要符合信息化时代成人的学习方式。在培训过程中,要满足教师学习的碎片性和交互性,就要构建即时互动的学习社区,方便学员实时在线交流,实现信息沟通,构建学习共同体。因此,我们在“三微”研究的基础上构建了“微学习生态系统”。
1.微学习生态系统的构成
微学习生态系统主要是通过项目合作,由我们区教师进修学校建设起一个“微课程远程学习平台”,通过专家团队的引领,使教师既是微课程的消费者,也是生产者,形成了生产与消费双向循环、开放性发展的“微学习生态系统”(如下图)。
在微学习生态系统中,学习者(全区教师)受惠于微课程远程学习平台上的学习资源,获得知识增长——学习者获取、吸纳、内化学习资源中的知识营养,作为学习资源的消费者,从而形成自身的知识能力和学习体验。学习者(全区教师)通过参加相关培训活动逐渐成长为骨干教师,他们在引领者(专家团队)的指导下,结合自身教学实践,开发出有针对性的微课程,不断创新和丰富微课程远程学习平台上的学习资源。在这个过程中,学习者成为知识资源的生产者,众多学习者共同反哺学习资源,从而优化学习资源。
2.微学习生态系统的特征
第一,互动性。我们建立的微学习生态系统为参与学习共同体的教师们提供了一个自我表达的空间,一个和专家获得连接的空间,一个讨论和对话的空间,营造了相互尊重、信任、民主的互动环境,从而建构了一个能够激发、保护学习者自主性、能动性的学习氛围。通过交互使全区教师获得自己兴趣领域里更多的资源连接、人际连接,使他们反思和确认自己对知识、对教学的理解,从而使学习更有效的发生。
篇5
1研究方法
1.1指标权重的确定基于生态系统评价具有主观性和客观性两方面的特点,我们采用主观结合客观的层次分析法来确定各指标的权重。层次分析法(AnalyticHierarchyProcess,AHP)是由美国著名运筹学家,匹兹堡大学Saaty教授于20世纪80年代初期提出的一种简便、灵活而又实用的多准则决策方法,是对一些较为复杂、较为模糊的问题做出决策的简易方法,它特别适用于那些难于完全定量分析的问题。其主要特征是,它合理地将定性与定量的决策结合起来,按照思维、心理的规律把决策过程层次化、数量化。该方法以其定性与定量相结合地处理各种决策因素的特点,以及其系统灵活简洁的优点,迅速地在社会经济各个领域内,如能源系统分析、城市规划、经济管理、科研评价等,得到了广泛的重视和应用[6-9]。基于PSR模型建立的生态环境健康程度评价指标体系,使用层次分析法,选取唐山市2004-2012年的统计数据进行计算分析,经过数据预处理、构造判断矩阵、一致性检验、计算矩阵的层次单排序和权重确定,最终给出了唐山市的生态环境健康程度综合评价指数,并进行分析、预测。(1)数据预处理。在进行综合评价前,需要通过数学变消除原有数据量纲和数量级的影响,即通过对所获得的初始数据采用极差标准化方法进行标准化预处理。对于成本型指标,指标值越小越好,按公式(1)进行标准化处理;对于效益型指标,指标值越大越好,按公式(2)进行标准化处理。(2)构造判断矩阵(正互反矩阵)。构造比较判断矩阵是整个工作的数据基础和依据,采用“1~9”比较标度法进行比较,用数字1~9及其倒数作为标度。1~9标度的含义:“1”表示两个因素相比,具有相同重要性;“3”表示两个因素相比,前者比后者稍重要;“5”表示两个因素相比,前者比后者明显重要;“7”表示两个因素相比,前者比后者强烈重要;“9”表示两个因素相比,前者比后者极端重要;“2、4、6、8”表示上述相邻判断的中间值。倒数表示上述相邻判断的中间值。若因素i与因素j的重要性之比为aij,那么因素j与因素i重要性之比为。针对某一个标准,计算各备选指标的权重;针对各指标对上一层元素的重要性,两两指标进行比较得出aij的值,构建出正互反矩阵A。求出特征向量W作为各指标的权重以及最大特征值λmax。本文采用Matlab软件计算每个判断矩阵的特征值和对应的特征向量。(3)一致性检验。对判断矩阵的一致性检验的步骤如下:①计算一致性指标CI:②查找相应的平均随机一致性指标RI。对n=1,2,…,9,随机一致性指标RI的值如表2所示。③计算一致性比例CR:CR=CI/RI。当CR<0.10时,认为判断矩阵的一致性是可以接受的,否则应对判断矩阵作适当修正。(4)权重确定。经过上述计算步骤,当各指标满足一致性要求通过一致检验时,各指标权重分配见表1。
1.2生态系统健康指数的计算生态环境健康程度综合评价指数是将压力因子P、状态因子S和响应因子R综合在一起,以表征区域环境系统抗压能力、生态环境健康程度改善状况以及生态建设投入力度的一个综合指数,见式(4)。式中:E是生态环境健康程度综合评价指数;n为评价指标的个数;X′i表示相对应的第i种指标的归一化值;Wi表示评价体系中各指标的权重。经计算,唐山市2004-2012年生态系统健康程度综合评价指数及PSR分项指数见表3。2.5综合评价标准对于生态系统健康等级的划定,大多使用相对评价方法,即将若干个待评事物的评价数量结果进行相互比较,最后对各待评事物的综合评价结果排出优劣次序。综观现有的研究,一般将区域生态系统健康分为5个等级:良好、较好、一般、较差、极差,以此反映从优到劣的变化。
2唐山市生态系统健康程度评价结果及预测
2.12004-2012年唐山市生态系统健康程度评价分析从PSR指标与综合评价指标的变化趋势来看(见图2),2004-2012年唐山市压力因子P出现较大波动,但总体呈上升趋势,资源方面的压力主要来自人口持续增长带来的人均水资源量的减少;环境方面的压力主要来自工业和生活污染物排放量的增加,人口密度大,受人类活动干扰严重;社会经济方面的压力主要来自耕地面积的减少,并且这也间接增加了资源方面的压力;状态因子S也有所波动,但总体呈上升趋势,说明生态健康状态在逐步好转,投入已见成效;响应因子R稳步提升,表明唐山市在生态环境方面的投入不断增大和环保意识的不断增强;生态环境质量综合评价指数呈现波动式增长,表明虽然评价年内的环境压力不断增加,但是在采取及时的手段后,有效地缓解了人们对生态环境质量要求的提高和经济高速发展之间的矛盾,证明唐山市在生态建设和环境保护方面采取的政策是切实、有效的。从2004-2012年的评价结果来看,2004-2009年唐山市的生态环境处于不健康或亚健康状态,在2010年以后才出现相对较好的健康状态。但从PSR分项指数和综合指数来看,唐山市的生态环境状况并不容乐观,综合指数处于健康状态的边缘,而且资源环境压力较大,如不采取更为有效的措施难免会使生态系统的健康状态继续恶化。唐山市作为河北省的经济中心,近年来经济迅速发展,人口持续增长,城镇化率相应较高,土地资源越来越紧张,人口密度大,受人类活动干扰严重等因素导致唐山市生态系统压力大。唐山市对自然资源消耗较多,相应的系统生态弹性度值相对较低,生态恢复力弱,区域的生态系统服务功能较低。因此,评价结果表明2004-2009年唐山市的生态环境处于不健康或亚健康状态,与唐山市现状较为吻合;同时由于唐山市在生态环境方面的投入不断加大和环保意识的不断增强,特别是在2008年以后的几年,生态治理力度不断加大,关停了众多排污企业,并于2009年出台一系列的保护规划和限制排污意见。随着各种保护规划的付诸实施,唐山市的生态健康程度正在不断好转。
2.22013-2020年唐山市生态系统健康程度预测分析以2004-2012年生态系统健康程度指数作为原始数据,构建了GM(1,1)灰色预测模型,对唐山市2013-2020年的生态系统健康程度进行预测。灰色模型的发展系数a分别为0.0842、0.0092、0.0342、0.0399,适用于中长期预测[11]。求解结果见表5及图3。在预测年内压力因子P趋势升高明显,主要原因依然是人均水资源量的减少、污染物总排放量的增加、人均绿地面积的减少所带来的资源、环境和社会经济等方面压力越来越大;响应因子R的上升趋势表明生态环境质量的稳步提升仍取决于生态环境建设的持续投入;状态因子S走势的升高,表明在测水平的投入下,环境质量会不断提高;生态系统健康程度综合指数在预测年内逐年上升,表明唐山市在采取切实、有效的投入后,生态系统抵抗各方面压力的能力不断增强,唐山市生态系统健康状况呈良性发展态势。但在保持预测水平的投入的情况下,由图3可以看出,状态因子S的上升趋势比较平缓,说明在预测水平上还需要采取加大环保投资和环境治理的力度,加强生态建设,增强环保意识,才能更为有效地缓解经济高速增长所带来的资源环境压力与生态环境之间的矛盾。
3结语
篇6
这种环境的变化,使得企业传统经营的思维迅速变得陈旧,今天企业的新的经营思维必须在传统的经营管理思想上,融入企业资本运营的战略思考,以“管理+资本”的双重视角来重新审视一切,从新的企业商业价值的角度,来重塑竞争格局。
品牌是企业运营当中获得竞争优势最为关键的力量之一。因为在中国,信任成为商业模式最为可贵的部分,是商业可持续运营的强大动力,也是最为核心的要素,唯有品牌是构建信任的唯一手段。
而要迅速打造品牌,需要站在资本运营的角度,设计品牌在新的商业模式当中的位置和发力时机。这就需要构建品牌平台,在平台上建立一个基于品牌竞争的商业生态系统,围绕品牌建立商业生态各大子系统之间的协同。
事实上,过往在创建品牌过程中,这个商业生态系统原本就存在着,但互不关联,协同粗放,信息不对称,效率低下,这是因为这个商业生态系统不在一个平台上作战,没有价值的牵引者,相互之间的价值联系比较松散。
让我们不妨先看看,同绕一个企业创建产品品牌,其商业生态系统都包含哪些“物种”。在这个价值链上,品牌创建服务公司、广告公司、媒介公司、渠道服务公司、设计公司、工业设计和工艺公司、公关推广公司、明星经纪公司、管理咨询公司、人力服务公司等等散乱在商业生态系统中,无序随机的协同,围绕企业创建品牌的过程,不断组合,彼此毫不关联,但靠着企业的勤奋,靠着中国良好的市场机会,迅速完成了突破。
中国的现实是,大部分企业善于制造,中国制造已经有着良好的商业生态,然而今天这些企业如何按照自身的优势作为发力点,将自己放在新的可以掌控的价值系统中,完成新的华丽转身,需要寻找到新的商业生态系统完成协同。如何将制造转化为品牌,通过品牌来掌控新的价值链,这是中国大多生产型企业需要完成的市场竞争显性命题。
未来的竞争显然提出了更高要求,这个生态系统中,资本公司加入进来。资本服务者带来了企业品牌创建者最为稀缺的资源――资本。资本要求的回报,就是企业必须走向资本市场上,从而通过资本市场的放大价值退出,实现上述生态系统参与的价值。
也就是说,上述商业生态系统,较之过去,多了一个资本服务者,这样的一个新物种的出现,改变了过去商业生态系统的经营法则,无论企业的经营者承认还是不承认这种现实,它都是存在着的,这是大势,企业经营者必须改变自己的经营思路,迎合这种变化。
迎合这种变化,就是企业的经营者从品牌创建的那一天起,就要识别大局大势,带上资本的思维,整合生态系统上的服务者,形成一个平台,协同服务。同时,企业的经营者通过这种识别,打开战略眼光,布局未来。
篇7
1.1供试材料供试洛克沙胂含As28.5%(广州市惠华动物保健品公司)。供试底泥采自华南农业大学校园池塘,采用多点采样法,每个样点采集底泥1kg。风干后将多个样点的底泥样品混合、粉碎、过2mm筛,备用。底泥基本理化性质为:pH,4.69;总砷,1.41mg•kg-1;有机质,42.3g•kg-1;全氮2.78g•kg-1;全磷,0.42g•kg-1。
1.2试验设计试验在华南农业大学玻璃温室内进行。采用玻璃水族箱模拟水生态系统,水族箱容积为65L(0.6m×0.3m×0.4m)。试验开始前,于水族箱底部均匀铺上约5cm厚的底泥(重量7kg),然后缓慢加入50L自来水,待水体稳定7d后,加入适量的KNO3、NaH2PO4和NaHCO3,使水体全氮和全磷浓度分别为1mg•L-1和0.1mg•L-1,达到中富营养水平。模拟水生态系统在自然光照件下稳定30d后,向每个水族箱放入40g金鱼藻及20尾个体均一的鲫鱼(每尾60±2g),再次平衡7d后,加入不同用量的ROX,使水生态系统初始ROX浓度分别达到10、20、40、80和160mg•L-1,以不加ROX的处理为对照。试验共设6个处理,每处理三个水族箱,即三次重复。试验期间,水温23±2℃,每隔3天用自来水补充蒸发失水。分别于ROX加入水体后的0、2、4、8、16和32d动态采集底泥样品;于0、2、4、8、16和21d采集鲫鱼样品,前5次采样中每次采集3尾鲫鱼用于分析,第6次采集全部剩余5条鲫鱼。
1.3分析测定指标及方法水样、底泥、金鱼藻和鲫鱼样品中总砷含量均采用二乙基二硫代氨基甲酸银比色法[16](最低检出浓度0.007mg•L-1,测定上限浓度0.05mg•L-1)进行测定。鲫鱼以整个鱼体为样品测定总砷含量。底泥细菌、放线菌、真菌、氨化细菌及反硝化细菌数量测定均采用《污染控制微生物学实验》中相关方法。其中,细菌总数测定采用平板倾注混合法(牛肉膏蛋白胨琼脂培养基),放线菌总数测定采用平板计数法(高氏一号培养基),真菌总数测定采用平板计数法(查氏培养基),氨化细菌总数测定采用酒石酸钾钠硝酸盐培养基MPN法测定,反硝化细菌总数测定采用MPN法(酒石酸钾钠硝酸盐培养基)。
1.4数据分析采用excel2010和SAS10.1软件对数据进行方差分析。
2结果与分析(Resultsandanalysis)
2.1水体和底泥砷含量动态变化外源ROX进入水生态系统后水体砷变化动态如表1所示。对照处理未检出砷,ROX处理的水体砷含量随ROX用量增加而显著增加。其中,160mg•L-1ROX处理的水体砷含量达到80.2~116.5mg•L-1。随培养时间延长,水体砷含量总体呈降低变化。第32天,各ROX处理的砷浓度较相应0d的降幅为31.2%~62.4%。水体中砷浓度的降低除挥发损失外,可能与其向其他介质中转移、分配有关。底泥总砷含量随ROX用量增加而显著增加(表1)。其中,160mg•L-1ROX处理的底泥总砷含量是对照处理的40.1~110.0倍。随暴露时间延长,不同用量ROX处理的底泥总砷含量呈增加趋势。20~160mg•L-1ROX处理下,试验末期(第32天)砷含量较初始含量(第1天)增幅为7.9%~94.0%。对照和10mg•L-1ROX处理的底泥砷含量变化较小。底泥砷含量变化结果表明,添加的外源ROX从水体向底泥进行转移和分配。
2.2鲫鱼和金鱼藻砷含量动态变化对照处理鲫鱼体内未检出砷(图1A),不同浓度ROX处理的水体中鲫鱼体内均出现明显的砷蓄积现象。试验初始(0d),10~80mg•L-1ROX处理的鲫鱼体内砷含量在0.37~0.97mg•kg-1,而160mg•L-1ROX处理下鲫鱼砷含量高达11.36mg•L-1,且此处理的鲫鱼均于试验第1天全部死亡。随暴露时间延长,10~80mg•L-1ROX处理的水生态系统中鲫鱼体内砷含量明显增加,并在试验第21天,鲫鱼均出现不同程度的毒性反应,部分处理出现死鱼现象。基于各处理间分析比较需要,于21d对所有处理鲫鱼全部进行收集与分析。试验结果说明,水生态系统添加的外源ROX从水体向鲫鱼体内发生了转移和分配,并最终导致鲫鱼出现砷中毒现象。基于水生态系统生态平衡及鲫鱼生长需要,仅于试验末期进行金鱼藻采集与砷累积量的分析,结果如图1B所示。对照处理的金鱼藻累积的砷含量较低,为1.71mg•kg-1。外加不同浓度ROX显著增加金鱼藻砷累积量,且随ROX添加量增加而显著升高。其中,10mg•L-1ROX处理下金鱼藻砷含量为398.1mg•kg-1,160mg•L-1ROX处理的金鱼藻砷含量高达1538.91mg•kg-1,是10mgL-1处理的900倍。整个试验期间,不同浓度的ROX处理下,金鱼藻未表现出明显的毒性症状,说明金鱼藻具有较强的砷耐受能力。
2.3ROX对底泥微生物的影响试验期间水生态系统底泥真菌数量变化如图2A。各处理底泥真菌数量随暴露时间延长总体呈下降趋势。第32天,各处理底泥真菌数量在0.02×104~0.27×104间,相比试验初期降幅在83.7%~99.7%之间,说明在厌氧环境下,底泥中真菌的生长受到显著抑制。与对照相比,ROX处理的底泥真菌含量随ROX浓度增加而明显降低,说明ROX对底泥真菌生长具有抑制作用,且存在浓度和时间效应。底泥细菌含量动态变化如图2B所示。对照和10mg•L-1ROX处理的底泥细菌数量在培养的第2天出现显著增加,说明短时间内底泥细菌对厌氧环境及低浓度ROX具有积极响应。随着暴露时间延长,不同ROX处理下底泥细菌数量明显降低,培养末期细菌数量较起始阶段降低88.6%~97.7%。总体上,长时间暴露后,ROX对底泥细菌生长具有较强的抑制作用。底泥放线菌分析结果(图2C)显示,培养期间,低浓度ROX(10mg•L-1)处理的底泥放线菌数量为44.97×104~988.77×104,明显高于对照处理(8.16×104~202.95×104),说明适宜的ROX浓度对放线菌的生长具有一定的促进作用。其他ROX处理的底泥放线菌数量在培养第4d均大幅降低,培养第8天,放线菌数量又出现明显增加,之后至培养结束总体呈降低变化。这一现象说明,随ROX浓度升高,其对底泥放线菌生长的促进效应具有阶段性。底泥中两种氮转化微生物分析结果如图2D和E所示。ROX处理的底泥反硝化细菌数量(图2D)随暴露时间延长总体呈降低趋势,培养第32天反硝化细菌数量在0.28×104~22.1×104间,较初始阶段降低64.2%~98.3%,而不加ROX的对照处理在培养末期底泥反硝化细菌数量显著增加1168倍。试验结果说明,反硝化细菌作为一种兼厌氧性微生物,在底泥这种厌氧环境下,其生长被促进,而添加外源ROX显著抑制了反硝化细菌的生长。底泥氨化细菌的分析结果(图2E)显示,试验起始,高量ROX(80和160mg•L-1)处理的底泥氨化细菌数量明显较高,均达到600×104,高于其他处理9倍之多。其他浓度的ROX处理下,底泥氨化细菌数量在培养的第8天均出现明显增加,其中40mg•L-1ROX处理的底泥氨化细菌达517.5×104,之后明显降低。试验结果说明,底泥氨化细菌受ROX浓度影响较大,高浓度ROX在试验初期可显著促进氨化细菌生长,而10~40mg•L-1ROX对氨化细菌生长的促进效应出现在第8天。
3讨论(Discussion)
3.1水生态系统中砷的分配特征研究显示,洛克沙胂作为一种环境污染物对水生态系统具有毒性效应。本文中,外源ROX进入水体明显增加水体砷含量,但随时间推移,水体砷浓度虽逐渐降低(表1),并不能说明水生态系统砷污染及其毒性效应随之降低。针对水体生物及非生物介质砷含量的分析表明,底泥(表1)、鲫鱼和金鱼藻(图1)砷含量随ROX暴露时间及其浓度增加均呈明显增加趋势,说明水体砷向其他生物及非生物媒介中进行了转移和分配,并表现出明显的剂量-时间效应特征。ROX的生态毒性可从高浓度ROX(160mg•L-1)处理下鲫鱼的快速死亡现象得到验证。ROX主要通过抑制鲫鱼肝脏、肾及鳃细胞的Na+-K+-ATP酶活性并导致肾DNA损伤等对鲫鱼产生毒性效应。薛培英[20]研究表明,金鱼藻地上部具有较强的As富集能力,在10μmol•L-1As溶液中暴露4d后,砷富集量>1000mg•kg-1。本文中,金鱼藻在10~160mg•L-1ROX溶液中暴露32d后,As累积量达到398.1~1538.9mg•kg-1,但并无明显的毒害症状,说明金鱼藻对砷具有一定的耐性,可作为砷污染水体净化植物。水体底泥是外源ROX的重要蓄积库,ROX进入底泥后主要以物理吸附为主[13]。本试验中,水生态系统底泥砷含量随外源ROX浓度增加及培养时间延长逐步增加(表1),说明底泥蓄积了一定量的砷。研究显示,ROX在底泥土壤中的降解是微生物主导的生物降解过程[21]。针对农田沟渠底泥中ROX及其代谢物的研究表明,在底泥的厌氧环境下,细菌可促进ROX主要的无机代谢物之一—As(V)还原为另一种代谢物—As(Ⅲ),并使As(V)甲基化形成二甲基砷。通常,ROX原形毒性较低,而转化为无机砷的ROX代谢产物毒性较强。本文中,水体底泥的厌氧环境导致其蓄积的ROX可能发生一系列的生物、化学转化和降解,生成毒性更强的无机砷,从而对水生生物如鲫鱼等造成毒害效应。
篇8
1材料与方法
1.1监测内容和方法内容包括:水文指标(流速和流量等)、水质指标(CODMn、BOD5、氨氮和总磷),以及水生生物指标(浮游植物、浮游动物和底栖动物的物种数、生物量)。监测方法:参照水和废水分析方法(第四版)[4,5],以及微型生物监测新技术,对河流水质和生物指标进行监测。监测时间和断面:2003-2013年的水质数据来自于深圳市环境监测站,在流域上、中和下游设计有4个监测站;2003年的浮游植物和浮游动物数据来自于文献[6];2006年和2013年的底栖动物,以及2013年的浮游植物和浮游动物来自于本项研究。以2003年数据分别作为河流整治前的背景值,以2013年数据作为现状值。
1.2样品采集与分析(1)浮游植物样品的采集和分析。浮游植物用采水器取河流中间水体以下0.5m处混合水样1L,用Lugol's碘液固定,并根据藻类数量沉淀浓缩至20~50mL,作定量计数用;定性样品用孔径为64μm的浮游植物网拖网过滤获得,用浓度为5%的甲醛固定。标本的观察在OlympusBX-41研究型显微镜下进行。定性样品在10×40倍下直接观察鉴定,藻类的鉴定主要依据胡鸿钧和魏印心[5]的介绍的方法。将定量样品摇匀后取0.1mL于特定浮游植物计数框内计数,计算结果以每毫升水中藻类细胞数表示。对浮游植物计数的同时,测量个体的大小。浮游植物的湿重通过测定体长和体宽,采用近似几何体积公式计算。(2)浮游动物样品的采集和分析。原生动物和轮虫定量样品与浮游植物共用,甲壳类浮游动物定量样品用25号(64μm)浮游生物网拖网1~2m距离,浮游动物样品用5%甲醛固定。样品在显微镜和解剖镜下镜检进行种类鉴定,经过浓缩后计数。对浮游动物计数的同时,测量每个个体的大小。其中,轮虫的湿重通过测定体长和体宽,采用近似几何体积公式计算;甲壳类的湿重则通过测定体长,采用体长和体重的几何异速方程计算。(3)底栖动物样品的采集和分析。底栖样品定性采用三角拖网,定量采用彼得逊采泥器,使底样倾入桶内,经40目分筛筛去污泥浊水后,把筛内剩余物装入塑料袋中带回实验室。为防止样品中的软体动物断体,并脱水和收缩,在现场加入1%甲醛进行固定。摇蚊幼虫分类加甘油进行制片镜检。所有样品在显微镜和解剖镜下镜检,进行种类鉴定,经过浓缩后计数。底栖样品生物量采用直接称重法。
1.3计算方法相关研究表明,应用指示生物类群可以较好地反映河流状况,其中浮游生物、底栖大型无脊椎动物和鱼类为使用较多的类群。因此,利用Shannong-Weaver多样性指数来衡量浮游植物和动物的多样性,以及GBI指数来衡量底栖动物的多样性。并应用生态需水来评估河流的水文系统恢复情况。
2结果与分析
2.1河流生态需水评估龙岗河流域2006、2013年的径流量,以及流域最小生态需水标准如表1所示。在河流治理以前(2006年),龙岗河的枯水期径流量满足不了最小生态需水的要求,平水期因数据缺乏无法评估。在河流治理以后(2013年),因进行了河流生态补水,即使在枯水期也基本满足河流最小生态需水的要求,而平水期的径流量达到较好的水平。
2.2河流水质变化趋势评估图1为2003-2013年龙岗河流域水质指标的变化趋势。由图1可知,从2003-2013年,CODMn、BOD5、NH4-N、TP均呈现下降的趋势,相比治理前(2003-2009年),治理后(2010-2013年)的河流水质比治理前(2003-2009年)有了极大的好转;4个主要水质指标的下降趋势略有差异,如2013年河流水体的CODMn、BOD5、NH4-N、TP分别仅为治理前的50%、20%、27%、25%;河流主要指标的绝对值仍然较高,特别是NH4-N仍是劣Ⅴ类水质水平。总的来说,龙岗河治理取得了较好的水质改善效果,但以污水处理厂尾水为补水水源,也导致水体的NH4-N和TP值仍然偏高,与水生态健康以及界河治理的要求相比还有一定的
2.3生物指标变化趋势表2为2003-2013年龙岗河浮游植物、动物和底栖动物多样性指数。由表2可知,治理前后的浮游植物多样性指数分别为1.90~1.97、1.01~1.37,浮游植物多样性略有下降;治理前后的浮游动物多样性指数分别为0.96~1.16、0.34~2.21,浮游动物多样性略有增加,但空间差异性增大;治理前后的底栖动物多样性指数分别为0~0.67、0.01~0.31,底栖动物多样性指数略有下降。以上研究结果与文航等[7]的发现相似,他们在在滇池入湖河流生物监测的发现底栖动物3门7科8属,且以水蚯蚓为优势种,表明两地河流均受到较为严重的污染。张明娟等[3]在瓯江生态修复示范段进行了研究,其底栖动物生物多样性要明显好于龙岗河。总的来说,龙岗河治理后,水生生态系统尚无明显的好转,这可能与河流修复时间较短,水生态系统尚不稳定有关外,可能还与河流生态补水水质不高有关。
3结语
篇9
以辽河保护区七星湿地为研究对象,采用主成分分析法与相关性分析法筛选湿地生态系统健康评价指标,构建了由化学需氧量(CODMn)、总磷(TP)浓度、氨氮(NH3N)浓度、叶绿素a(Chla)浓度、溶解氧(DO)浓度5个指标构成的湿地生态系统健康综合评价指标体系,以表征湿地生态系统的水环境质量、水生生物和栖息地环境质量特征;运用综合指数法对七星湿地生态系统健康状况进行评价。结果表明:七星湿地13个采样点中,6个为亚健康等级,6个为一般病态等级,1个为疾病等级;七星湿地总体生态系统健康状况为亚健康等级。
关键词
辽河保护区;七星湿地;生态系统健康;主成分分析;综合指数
湿地是地球上水生与陆地生态系统的过渡区,具有物产丰富、水量平衡、滞纳洪水、调节局地气候、去除污染物、提供野生生物栖息地、休闲旅游和维护区域生态平衡等重要功能,与森林、海洋一起并称为全球三大生态系统。湿地是自然界富有生物多样性和较高生产力的生态系统,具有巨大的生态、经济和社会效益。随着湿地系统的急剧减少,引发了一系列生态环境问题。
国内外学者从生态学、地貌学、地理学、水文学、环境学以及经济学等方面对湿地生态系统进行了多方面的研究,湿地生态系统健康评价是其中的研究热点之一。如Parker等建立了考虑栖息地大小、植被覆盖率、生境多样性和植物组成的湿地快速健康评价指标体系,对栖息地的状态进行评价;Spencer等建立了从湿地、土壤、边缘植物(fringingvegetation)、水生植物和水质4个方面的快速评价永久性漫滩湿地健康状况的指标体系,对澳大利亚东南部的WrrayDarling盆地内永久性漫滩湿地健康状况进行评价,并与长期实测值进行对比;崔保山等分别建立了湿地、湖泊生态系统建康评价指标体系,对湿地、湖泊生态系统健康进行评价;高阳等建立了以自然状态河段为本底,基于河道湿地缓冲带复合指标的京郊河溪近自然生态评价体系,对位于北京怀柔区二级水源保护区内的怀九河进行了分段近自然生态评价。湿地是辽河保护区生态系统中最重要的组成部分,发挥着遏制河道断流和湿地萎缩、维持河流和湿地的正常生态功能、保护水环境质量和生态平衡、实现流域水资源和水环境的可持续利用等重要作用。通过科学地分析湿地的生态功能,对湿地生态现状做出客观正确的评价,以期为制订合理的湿地保护对策提供依据。
1研究区域
1、1研究区域概况七星湿地位于辽河保护区中部,是典型的支流河口湿地,用于阻控西小河、万泉河、羊肠河及长河等4条支流中的污染物,净化支流来水,减轻辽河干流污染负荷,也是辽河保护区管理局重点建设的大型支流汇合口湿地,在辽河保护区内具有典型性和示范作用。辽河保护区七星湿地建设工程位于辽宁省沈阳市沈北新区黄家街道北部,毗邻辽河石佛寺水库。项目借助自然河道水系,在万泉河、西小河、羊肠河及长河4条河流回流的下游修建2座钢坝闸和1座溢流坝,拦蓄河水。目前已形成湿地面积667hm2,水深15m,蓄水量1000万m3。
1、2样品采集与分析研究区域内共布设13个采样点(图1),于2012年8—10月开展七星湿地生态系统健康野外调查与监测,每月监测1次,对采集的样品进行水温、pH、化学需氧量(CODMn)、氨氮(NH3N)浓度、硝氮(NO3N)浓度、亚硝氮(NO2N)浓度、电导率(EC)、总磷(TP)浓度、叶绿素a(Chla)浓度、溶解氧(DO)浓度、氧化还原电位(ORP)等监测,结果见表1。现场采样和实验室内分析均参照《水和废水监测分析方法》进行。
2湿地生态系统健康评价模型
2、1候选指标的筛选方法利用主成分分析(principalcomponentanalysis,PCA)对候选评价指标进行主成分提取。根据提取主成分个数累计方差>70%的原则,按照最大方差旋转法(varimax),保留旋转因子载荷值为04左右的指标作为下一步待筛选指标;对余下的候选指标进行正态分布检验,符合正态分布的指标采用Pearson相关分析,不符合正态分布的指标采用Spearman秩相关分析;最后根据显著性水平确定指标间的相关程度。结合指标实际重要程度,选取其中相对独立和重要的指标作为评价指标,上述分析过程在SPSS190统计软件中完成。
2、2综合指数法综合指数法是常见的多指标综合评价法,通过将调查分析得到的数据与标准值或参照值进行比照,转化成量化值,然后加权合成,得到湿地生态系统健康的综合指数值。根据总指数的分级数值范围,确定湿地生态系统的健康等级。
3七星湿地生态系统健康评价
3、1指标体系的建立
3、1、1候选指标体系的组成在遵循完整性、代表性、可操作性、可行性、定性和定量,并对人类干扰有明显的响应关系,且能够全面反映七星湿地生态系统健康的不同特征属性的原则下,选取能够反映水环境质量、水生生物特征及栖息地环境质量的11个特征指标作为七星湿地生态系统健康评价的候选指标。其中,反映水环境质量状况指标8项,包括水温、pH、化学需氧量CODMn、NH3N浓度、NO3N浓度、NO2N浓度、EC、TP浓度;反映水生生物特征指标1项,为Chla浓度;反映栖息地环境质量指标2项,包括DO浓度、ORP。
3、1、2指标筛选对11项指标进行主成分分析,按照积累方差贡献率>70%的原则提取3个主成分(表2)。O第一主成分包括pH、ORP、DO浓度;第二主成分包括EC、NH3N浓度、Chla浓度;第三主成分包括CODMn、TP浓度。由于pH在各采样点波动较小,ORP与DO浓度显著相关,EC与TP浓度显著相关,根据实际情况,保留DO浓度、NH3N浓度、Chla浓度、CODMn、TP浓度5项指标为七星湿地生态系统健康评价的核心指标。其中,水环境质量由NH3N浓度、CODMn、TP浓度构成;水生生物特征由Chla浓度构成;栖息地环境质量由DO浓度构成。
3、2湿地生态系统健康评价
3、2、1指标权重的确定通过每项指标对应的主成分的特征值、方差贡献率、累计方差贡献率以及初始载荷值,计算各指标的权重。
3、2、2评价等级和标准的确定依据GB3838—2002《地表水环境质量标准》构建七星湿地生态系统健康评价标准,见表4。七星湿地生态健康综合评分等级,见表5。
3、2、3七星湿地生态系统健康评价依据评价标准,根据五分法对各指标进行评分;通过加权平均法计算各指标分值;为便于区分采样点间得分的差异,将各指标加权平均后的得分乘以20,使5项指标的分值介于0~20,计算得到湿地生态系统健康综合评分,满分为100分。将分值划分为0~20、>20~40、>40~60、>60~80和>80~100共5个等级,分别代表河流水生态系统的疾病、一般病态、亚健康、健康和很健康等级状况(表5)。七星湿地生态系统健康评价结果详见表6。2#与7#采样点的湿地生态系统健康状态不佳的原因在于分别受万泉河与长河水质的影响,万泉河与长河的汇入,给湿地带来了大量的工业废水和生活污水,其水中CODMn、NH3N和TP的浓度远超出地表水Ⅴ类水质标准(GB3838—2002),使得湿地水环境质量处于不健康水平,从而导致健康水平的下降。9#采样点湿地生态系统健康状态不佳主要是受长河水质的影响,水中TP和Chla浓度较高,会在一定程度上促使水体中藻类生长相对旺盛,使水体呈富营养化趋势,造成了生物多样性在一定程度上的减少和水环境质量的下降,从而导致健康水平的下降。相反,污染物经过湿地内部的净化作用,在湿地出口处浓度明显降低,12#与13#采样点的湿地生态系统健康状态较好。通过辽河保护区湿地恢复与建设工程的不断深入,七星湿地生态系统健康状况将会不断改善。
4结论
(1)通过主成分分析与相关性分析,从11个候选指标中筛选出5个指标,所建立的综合指标体系能够从水环境质量、水生生物特征、栖息地环境质量方面反映辽河保护区支流汇入口人工湿地生态系统健康状况。因此,根据人工湿地的不同类型,可选取化学需氧量(CODMn)、总磷(TP)浓度、氨氮(NH3N)浓度、叶绿素a(Chla)浓度、溶解氧(DO)浓度作为辽河保护区湿地生态系统管理策略优选模型。(2)采用综合指数法对七星湿地生态系统健康状况进行评价,13个采样点中,6个为亚健康等级,6个为一般病态等级,1个为疾病等级。七星湿地总体生态系统健康状态为亚健康等级。(3)七星湿地重要支流河的汇入,为湿地带来大量的工业废水和生活污水,水体中营养物浓度较高,CODMn、NH3N和TP浓度超出地表水Ⅴ类水质标准(GB3838—2002),河流水环境质量和生境受到较为强烈的干扰,应在河流两岸加强植被缓冲带建设。
5展望
(1)七星湿地生态系统健康评价仅根据2012年丰水期的调查和监测数据完成的,还应对不同水期进行长时间定点调查与监测,进而对七星湿地生态系统健康进行分期与分类评价,以确定辽河保护区湿地生态系统管理目标,为辽河保护区湿地生态系统管理提供技术保障。(2)湿地毗邻河流,水体污染等水环境效应对湿地功能、结构等影响显著。反过来,湿地系统能够去除河流中污染物等功能对河流系统也有显著作用。因此,在科学评估湿地生态系统健康的前提下,采用最节能环保的方式,最大限度地减少对湿地的干扰性、破坏,适度有序地发挥湿地的多种功能。
参考文献
[1]牛,刘贤德,张宏斌,等.黑河流域中上游湿地生态功能评价[J].湿地科学,2007,5(3):215220
[2]PAKERK,HEADL,CHISHOLMLA.AconceptualmodelofecologicalconnectivityintheShellharbourLocalGovernmentArea,NewSouthWales,Australia[J].LandscapeandUrbanPlanning,2008,86(1):4759
[3]SCARDIM,CATAUDELLAS,DATOPD.Anexpertsystembasedonfishassemblagesforevaluatingtheecologicalqualityofstreamsandrivers[J].EcologicalInformatics,2008,3(1):5563
[4]崔保山,杨志峰.湿地生态系统健康研究进展[J].生态学杂志,2001,20(3):3136
[5]胡会峰,徐福留,赵臻彦,等.青海湖生态系统健康评价[J].城市环境与城市生态,2003,16(3):7175[6]高阳,高甲荣,李付杰,等.基于河道湿地缓冲带复合指标的京郊河溪生态评价体系[J].生态学报,2008,28(10):51495160
[7]郅二铨.辽河保护区七星湿地净化效果及其机理研究[D].北京:北京师范大学,2013
[8]隋志男,郅二铨,姚杰,等.三维荧光光谱区域积分法解析辽河七星湿地水体DOM组成及来源[J].环境工程技术学报,2015,5(2):114120
[9]赵伟伟,段亮,宋永会,等.辽河保护区七星湿地磷的空间分布特征[J].环境工程技术学报,2014,4(2):121128
[10]徐微雪,段亮,宋永会,等.辽河保护区七星湿地表层水与间隙水中氮的时空分布[J].环境工程技术学报,2014,4(1):4045
[11]郅二铨,宋永会,段亮,等.辽河保护区七星湿地水质评估及模型模拟[J].环境科学学报,2015,35(6):17521758
[12]冯新伟,彭剑峰,宋永会,等.辽河保护区支流河口湿地构建[J].环境工程技术学报,2014,4(1):1317
[13]国家环境保护总局.水和废水监测分析方法[M].4版.北京:中国环境科学出版社,2002
[14]JONATHONS.ATutorialonprincipalcomponentanalysis[J].InternationalJournalofRemoteSensing,2014(4):5160
[15]PATRAS,ACHARYASK.DimensionreductionoffeaturevectorsusingWPCAforrobustspeakeridentificationsystem[C]??IEEEInternationalConferenceonRecentTrendsinInformationTechnology.Kunming:IEEE,2011:2832
[16]JOHNSONDE.Appliedmultivariatemethodsfordataanalysis[M].Beijing:HigherEducationPress,2005
[17]高惠璇.应用多元统计分析[M].北京:北京大学出版社,2005
[18]王学民.应用多元分析[M].上海:财经大学出版社,2004
[19]陈仁杰,钱海雷,阚海东,等.水质评价综合指数法的研究进展[J].环境与职业医学,2009,26(6):581584
[20]KHANNAN.Measuringenvironmentalquality:anindexofpollution[J].EcologicalEconomics,2000,35(2):191202
[21]白详,韩志全.艾比湖湿地生态系统健康评价研究[J].林业资源管理,2014(6):9194
[22]SWAMEEPK,TYAGIA.Describingwaterqualitywithaggregateindex[J].JournalofEnvironmentalEngineering,2000,126(5):451455
[23]韩小孩,张耀辉,孙福军,等.基于主成分分析的指标权重确定方法[J].四川兵工学报,2012,33(10):125
[24]张文霖.主成分分析在满意度权重确定中的应用[J].市场研究,2006(6):1822
[25]国家环境保护总局.地表水环境质量标准:GB3838—2002[S].北京:中国环境科学出版社,2002
[26]孙雪岚,胡春宏.关于河流健康内涵与评价方法的综合评述[J].泥沙研究,2007(5):7480
[27]李法云,吕纯剑,魏冉,等.辽河典型支流水生态功能三级区水生态系统健康评价[J].科技导报,2013,32(1):7077
[28]李亚男.湖库生态安全综合评估:以浙江省六大重点水库为例[D].杭州:浙江大学,2014
[29]金相灿,王圣瑞,席海燕.湖泊生态安全及其评估方法框架[J].环境科学研究,2012,25(4):357362
篇10
随着全球气温变暖,经济和技术的发展,三江平原湿地开发加剧,生态系统受到严重破坏,并影响到了整个地区的可持续发展。为保护湿地生态系统,文章主要从生命系统和非生命系统两个层面对生态系统中的物质循环和能量流动变化保护进行阐述。根据《全国湿地保护工程规划(2002—2030年)》的要求,针对退化区域,从生态恢复技术与方法的角度,加强了湿地资源进行可持续利用、以保证人与自然和谐相处、加强生态保护措施,为实现湿地的生态文明建设提供保障。
关键词:
三江平原;湿地;生态系统;物质循环;能量流动;生态保护
1概述
湿地是水陆相互作用强烈的生态系统,主要包括天然或人工的沼泽地、泥炭地及水域地带。作为一种水陆过渡带的重要生态系统,以其特殊的组成和结构发挥着涵养水源、削峰滞洪、调节气候、净化污染物、保持水土、存储碳库、为物种提供栖息地等重要的资源环境等保护作用。三江平原是我国东北地区三大平原之一,是国家商品粮重要产地,由黑龙江、松花江、乌苏里江以及兴凯湖冲积湖积形成的低平原,土地总面积约1088万hm2。蕴藏着丰富的生物资源,形成了我国独特的平原区沼泽湿地生态系统,是我国物种多样性丰富的沼泽湿地之一[1]。建国初期,为了解决人民温饱问题,在三江平原进行了大面积垦荒,湿地发生退化,并引发了一系列环境问题。到20世纪末,三江平原面临着近78%的天然沼泽地退化或丧失,生态功能下降[2];生物群落生存受到人类活动的强烈干扰[3]。研究三江平原湿地生态系统保护,加强三江平原生态保护措施,对湿地资源进行可持续利用,实现湿地的生态文明建设有着重要的意义。
2三江平原沼泽湿地形成的地理条件
沼泽湿地的形成与平坦地貌特别是与负地形有密切关系,三江平原新构造运动以下沉为主,海拔高度一般在40~60m,地势低平,坡降很小为1/5000~1/10000,构成主体地貌类型是一级堆积阶地和高低河漫滩,其上广泛分布各种形状的低洼地,为三江平原沼泽湿地的发育和形成提供了良好的地貌条件。三江平原属温带湿润半湿润季风气候,区内降水量年内分配不均,多集中于夏、秋两季,秋季气温下降,大量水分来不及排除,被冻结在地表或土壤层中,水分以固体状况保存下来,致使翌年春季解冻,导致地表积水或过湿,加之冻结期长,冻层厚,地面物质组成以第四纪黏土亚黏土为主,土质黏重,渗透能力微弱,同时地面植物根系盘结深厚达30~80cm,阻滞了地表迳流的排泄,使地表过度潮湿或积水,为沼泽湿地形成提供了充足的水分条件。
3三江平原湿地生态保护研究
湿地生态系统将陆地生态系统与水域生态系统中的物质循环、能量流动以及信息传递互相联系起来的,是地球表层生态系统的重要环节〗。湿地生态系统包括生命系统(植物、动物和微生物等生命有机体)和非生命系统(水体、土壤、无机元素及有机元素)。合理地化生物多样性以及建立非生命生态系统保护评价指标是目前湿地生态系统多样性保护中的热点和关键点。
3.1生命系统保护研究
生物多样性保护是湿地生态系统提供的一项重要的生态服务功能[5],大多以物种生存为对象,而后强调保护生态系统的途径[6],包括与生命系统能量流动相关的保护问题、与生命系统养分循环相关的保护问题、保护生物多样性途径等。不同领域的学者对此展开了一系列的研究,从经济学的角度,魏强等[5]通过静态和动态层面定量表达生物量多样性保护价值,从而提高人类和社会的生态系统保护意识。从景观学的角度,施建敏等[7]利用残存湿地斑块特征讨论对物种多样性的影响,发现生物破碎化与物种多样性有直接的影响。从生态学的角度,根据生物多样性能够指导评价生态脆弱性。刘振乾等[8]依据生态特征和发展演化规律选择评价指标,并利用综合指数法评价湿地生态脆弱性。对生物多样性保护主要集中在生物多样性的丰富程度及生命系统与生态之间的关系。生物多样性研究侧重于动、植物丰富程度。加强湿地生态与动植物之间关系的研究是当前的趋势,主要是利用一些经验公式或者模型对动植物多样性进行保护。以植物与生境的关系为切入点,运用GAP分析方法,分析湿地植物多样性保护现状;采用Levins公式对三江平原沼泽湿地植物群落的优势种群生态位宽度和生态位重叠值进行了划分[9]。在动植物研究中常用的方法是调查研究,定点调查不同群落类型的β多样性,揭示沼泽地植被演替机制[10]。也有针对三江平原环型湿地土壤—植被—动物水平结构与垂直结构功能研究[11]。浮游植物群落结构和多样性是反映水环境状况的重要指标[12]。同时,土壤动物是湿地生态系统的重要组成部分,其过渡性决定了其土壤动物类群组成的多样性。浮游生物、土壤动物及微生物的群落构成也是生命系统保护的一大研究热点。如:计算多种生态指标对抚远地区水域浮游植物物种丰富度和多样性进行评价[13];对常见藻类、苔藓类的组成及土壤微生物的分布状况进行了调查研究[14]。利用调查数据探究典型湿地土壤动物个体密度季节性分布[15]。
3.2非生命系统保护研究
非生命系统在湿地生态系统中提供物种的基本生存养分,控制物质循环,能量流动过程,对于生物群落的分布的垂直性和水平性结构有着重要的作用[16]。在湿地生态保护中,水循环与土壤碳循环在非生命系统保护中起到了重要的作用。湿地水体是重要的淡水资源库,保护湿地水体对于人类的生存发展具有重要意义,同时有利于维护湿地水资源生态状况。目前主要是对水体提取及保护方法的研究。如:根据多目标蚁群算法的原理,计算湿地内水文调节量[17];采用遗传算法对SVM模型参数进行优化选择,对三江平原洪河自然保护区湿地进行分类[18]。除了水体提取及保护方法外,还在水含量的改变、水质变化进行研究。常用的方式是通过建立生态试验站采集湿地水、排水沟水、降水、保护区河流水样进行测试,分析水样中化学性质[19];利用系统动力学原理和方法对沼泽地蓄水量进行动态仿真,以预测三江平原湿地蓄水量的动态变化[20];或者是以静态补水与动态补水的定量方法,对湿地最小生态需水量进行估算[21]〗。综上所述,研究有效动态监测水体水量变化和水质变化方法对于湿地水资源保护具有一定的意义。三江平原湿地类型丰富,但围垦严重造成了土壤退化和碳库损失。目前主要基于土壤学,土壤类型法、生态系统类型法、空间分析等方法对不同土壤类型的碳储量进行空间变化分析,并对土壤有机碳密度的空间分布特征进行定量化的分析。如:依据三江平原不同类型和不同开垦年限的湿地土壤有机碳含量、土壤容重、土层厚度和面积的测量结果估算土壤碳储量[22];运用遥感和GIS技术,对1980—2010年三江平原土壤有机碳密度及其控制因子进行分析[23]。然而对于湿地生态系统碳源、碳汇特征及其影响因素研究较少,包括营养调控[24]、水文条件变化[25]、及碳汇功能[26]等。湿地碳蓄积量反映了其生态服务价值及土地资源固碳能力,在以后的研究中应加强碳蓄积影响因子的定量化分析。
4三江平原湿地生态恢复的技术与方法
《全国湿地保护工程规划(2002—2030年)》建设布局指出东北湿地建设重点在三江平原,松嫩平原等农业开发区域。通过湿地保护与恢复及生态农业等方面的示范工程,提供东北地区湿地生态系统恢复和合理利用模式。目前,三江平原有近40处各级湿地类型自然保护区,对三江平原湿地生境起到了一定的保护和恢复作用。湿地恢复是指通过生态技术或生态工程对退化或者消失的湿地进行修复或者重建,重现被破坏前的结构和功能,发挥其应有的作用[27]。湿地的生态恢复可概括为:湿地生境恢复、湿地生物恢复和湿地生态系统结构与功能恢复[28]。
4.1湿地生境恢复技术
湿地生境恢复主要包括湿地基质恢复、湿地水状况恢复、湿地植被恢复和湿地土壤恢复等。湿地生境恢复的关键在于地表水的拦截和利用。三江平原湿地恢复应充分利用好过境地表水和雨水,同时考虑到农业商品粮基地的可持续发展,利用已有或新建水利工程引蓄水,在提高粮食产能、改善农业生产条件的同时,为湿地补水;对于已经产生生境破碎化地区建立重点保护机制,利用现有水利设施,通过蓄水、引水灌溉等方式保水;研究湿地生态需水量,建立生境水资源阈值保护措施;从源头减少农田面源污染问题,建立退耕还湿机制。
4.2湿地生物恢复技术
湿地生物恢复技术主要是保护物种多样性、遗传多样性的技术,生物群落演替控制与恢复技术,以及群落优化配置和重组技术等。随着科技的发展,出现了如DNA物种保护技术、基因重组技术等分子生物技术。不过这些技术还不成熟,有待进一步发展。遵从生物群落演替规律,对于湿地内植被的恢复和发展有指导性作用。对于破碎地带生物干扰强烈,可以针对性的进行生物群落优化和重建。
4.3生态系统结构与功能恢复技术
生态系统结构与功能恢复技术主要包括生态系统总体设计技术、生态系统构建与集成技术等。对于不同类型的湿地生态系统,有着不同的生态系统结构与功能恢复技术,这是湿地生态系统恢复研究中的重难点。
5结语
三江平原湿地是多种濒危动植物尤其是鸟类的重要栖息地,也和我们人类与其他生物的生存息息相关的。研究三江平原湿地生态系统物质循环、能量流动过程,针对退化地区应用生命系统及非生命系统与生态之间规律,提出合理的生态恢复技术与方法。三江平原沼泽湿地的形成是千万年来自然界各种因素综合作用的产物,是生态系统平衡中不可缺少的重要因素,保护好这块沼泽湿地及物种资源,也就是保护了我们人类自身。
作者:韩晓君 单位:黑龙江省水利水电勘测设计研究院
参考文献:
[1]李崇皓,易富科,等.黑龙江省三江平原沼泽的合理利用与保护—对开发三江平原的意见.黄锡畴主编《中国沼泽研究》北京科学出版社1988452-462.
[2]包洪福,李一葳.三江平原湿地的生态保护与修复[J].环境科学与管理,2010,35(5):157-159.
[3]郭雷,马克明,张易.三江平原建三江地区30年湿地景观退化评价[J].生态学报,2009,29(6):3126-3135.[5]魏强,佟连军,杨丽花,等.三江平原湿地生态系统生物多样性保护价值[J].生态学报,2015,35(4):935-943.
[6]马克平.保护生物学,保护生态学与生物多样性科学[J].生物多样性,2016,24(2):125-126.
[7]施建敏,马克明,赵景柱,等.三江平原残存湿地斑块特征及其对物种多样性的影响[J].2010,30(24):6683-6690.
[8]刘振乾,刘红玉,吕宪国.三江平原湿地生态脆弱性研究[J].应用生态学报,2001,12(2):241-244.
[9]徐治国,何岩,闫百兴,等.三江平原典型沼泽湿地植物种群的生态位[J].应用生态学报,2007,18(4):783-787.
[10]许坤.三江平原沼泽湿地植被演替系列β多样性及土壤种子库研究[D];长春:东北师范大学,2005.23-34.
[11]杨青,刘吉平,吕宪国,等.三江平原典型环型湿地土壤—植被—动物系统的结构及功能研究[J].生态学杂志,2004,23(4):72-77.
[13]国超旋,刘妍,范亚文,等.2012年夏季三江平原湿地抚远地区浮游植物群落结构及多样性[J].湖泊科学,2014,26(5):759-766.
[14]张友民,刘兴土,肖洪兴,等.三江平原芦苇湿地植物多样性的初步研究[J].吉林农业大学学报,2003,25(1):58-61.
[15]武海涛,吕宪国,姜明,等.三江平原典型湿地土壤动物群落结构及季节变化[J].湿地科学,2008,6(4):459-465.
[17]董张玉.基于GIS/RS与多目标蚁群算法的三江平原沼泽湿地空间格局优化[D];长春:中国科学院研究生院(东北地理与农业生态研究所),2014.54-60.
[18]臧淑英,张策,张丽娟,等.遗传算法优化的支持向量机湿地遥感分类[J].地理科学,2012,32(4):434-441.
[19]张芸,吕宪国,杨青.三江平原典型湿地水化学性质研究[J].水土保持学报,2005,19(1):184-187.
[20]刘振乾,王建武.基于水生态因子的沼泽安全阈值研究———以三江平原沼泽为例[J].应用生态学报,2002,13(12):1610-1614.
[21]杨柳,马克明,白雪,等.洪河国家级自然保护区最小生态需水量与补水分析[J].生态学报,2008,28(9):4501-4507.
[22]刘子刚,张坤民.黑龙江省三江平原湿地土壤碳储量变化[J].清华大学学报:自然科学版,2005,45(6):788-791.
[23]苗正红.1980-2010年三江平原土壤有机碳储量动态变化[D];长春:中国科学院研究生院(东北地理与农业生态研究所),2013.81-95.
[24]张洪伟.营养调控和淹水深度对湿地土壤碳库变化的影响[D];哈尔滨:东北农业大学,2012.53-56.
[25]侯翠翠.水文条件变化对三江平原沼泽湿地土壤碳蓄积的影响[D];长春:中国科学院研究生院(东北地理与农业生态研究所),2012.106-109.
[26]刘子刚.土壤碳储存功能价值评估方法探讨———以三江平原湿地土壤为例[J].自然资源学报,2006,21(2):180-187.