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1、江湖水环境与生态安全调控生态学效应评价指标体系与动态评估方法江湖水环境与生态安全调控生态学效应评价指标体系与动态评估方法专题二、江湖关系演变对水环境与生态系统影响的评估方专题二、江湖关系演变对水环境与生态系统影响的评估方法（孙）法（孙）一、立项依据一、立项依据生态系统是人类赖以生存的基础，人类直接或间接地通过生态系统提供的各种服务功能获取利益，实现了生态系统服务功能向人类福祉的转变。以生态监测为手段，生态系统服务为核心，对当前生态系统的状态及其变化趋势进行评估，为管理决策提供生态信息，促进生态学与决策管理的结合，逐渐成为当代生态学的前沿领域和发展方向。全新世以来大时间尺度的自然史及生态系统过程
2、在不断发生变化，人类活动特别是重大水利工程的修建，势必使江湖关系及水文情势发生改变，从而引起江湖湖水环境承载力发生改变、不同时空尺度的生态系统破碎化等一系列连锁反应。如何将长江中下游河流湖泊作为一个整体的水域生态系统，选取有效的指标和科学的方法，对长江中下游江湖关系演变后的河流湖泊水生生态系统的健康状况进行准确诊断，对于研究河流湖泊演变后水环境问题及其形成机理、演变后河流湖泊生态系统能够提供的生态服务，制订优化方案科学地进行水利工程调度、河流湖泊水生生态系统修复等，以实现河流湖泊生态系统的可持续性并服务于区域可持续发展，具有重要的理论意义和实践价值。二、国内外研究现状和发展趋势二、国内外研究现
3、状和发展趋势随着全球生态与环境问题的日益严峻，各国政府和公众对地球生态系统状况的关注程度日益增加。为了满足决策者和公众对生态系统状态信息的需求，改善生态系统管理，必须对生态系统的现状及其发展趋势做出科学判断，这也是进行生态系统评估的核心目的。实际上，国际上关于生态系统评估的工作很多，虽然有些工作没有直接冠以生态系统评估的名义，但是其评估的内容已经涉及到生态系统状况的各个方面。生态系统具有尺度特性。相对全球和国家尺度的生态系统监测与评估，流域尺度的包括河流湖泊等的研究数据资料获取性较强，研究方法更灵活，对决策的服务也有更有针对性。20 世纪 90 年代以来，国外在国家及区域尺度上相继开展了一系列
4、涉及生态系统状况的监测评估。试图通过量化相关的生态系统服务功能，来反映生态系统对人类福祉的贡献，为决策提供科学依据，但是鉴于非物质服务难以量化，这一目标并未实现。流域尺度的研究已有一些较为成功的案例，如：由美国和加拿大的环境部门开展的对北美五大湖区的生态系统健康状况的诊断、澳大利亚墨而达令流域的生态环境监测评估和美国国家环保局（EPA）推动的区域尺度的环境监测和评估项目（EMAP）等。在这些研究和项目推动的基础上，还相继开展一些相关的研究。如：利用湿地浮游动物系数（WZI），对劳伦（Laurentian）流域内 7 个沿海和内陆湿地的质量的评估，对威斯康辛州北部的高原湖群人口种群变化对生态系统
5、服务的研究，美国纽约东部哈得逊河（Hudson River）生物、物理和社会经济功能的评估等。还有一些针对生态系统中某一物种及功能的监测评估，如西北太平洋和加利福尼亚北部鲑鱼种群的监测及其栖息地的规划、保护和恢复、对加拿大贝德福德流域（Bedfod basin）近 10 年浮游植物及微生物种群丰度监测等。国内开展国家尺度的生态系统监测研究始于 1988 年中国生态系统研究网络（CERN）的建立，它以野外台站为基础，开展长期试验与定位研究，进行中国环境和生态变化监测，为生态学对比研究和综合研究提供了平台。国内开展的流域尺度的研究，主要集中在长江流域。如健康长江指标体系及太湖流域水环境监测系统、洞
6、庭湖湿地生态监测、江西省生态环境监测等。彭涛等根据河口生态系统健康内涵，建立了河口生态系统健康评价模型，构建了河口生态系统健康评价指标体系，确立了生态系统健康等级及标准。目前在流域尺度上已经开展了一些监测研究，这为了解生态系统状态，进行生态系统综合评估建立了一定的数据基础，但这些监测研究频度较低，多表现在典型站点监测，针对流域层面、连续时间序列的监测研究较少，不足以支持评估生态系统长期、动态的变化。在流域尺度上，目前也没有得到公认的、比较科学的生态系统监测指标体系，使得监测结果的可比性较差。江湖关系演变对河流湖泊生态系统的影响评估，所对应的尺度为大尺度的水域生态系统评估。虽然目前关于水域生态系
7、统健康评估，目前学术界尚未取得一致的认识，但建立合适的指标体系和概念性框架，在考虑生态系统与社会经济和人类福利之间关系的基础上，对江湖关系演变后的水域生态系统进行定期或不定期的连续评估，阐明江湖关系演变后河流湖泊生态系统变化的驱动力和影响机制、所能提供的服务，无疑将十分有利于为水域所在的区域发展提供有针对性的管理策略。三、拟解决的关键科学问题和主要研究内容三、拟解决的关键科学问题和主要研究内容主要研究内容：主要研究内容：（1 1）基于）基于 DPSIRDPSIR 模型的河流湖泊生态系统评估框架建立模型的河流湖泊生态系统评估框架建立针对河湖关系演变后，河流湖泊生态系统结构和功能的复杂性，采取驱动
8、力压力状态影响响应概念模型（DPSIR 模型），充分考虑社会、经济、人口对人类活动对江湖演变的影响以及由此导致的河流生态生态系统结构、功能和服务的变化，从中提取生态指标、人类健康和社会经济指标、物化指标，并将这些变化与人类福祉相联系，从而构建河流湖泊生态系统评估的概念性框架。（2 2）基于熵权综合健康指数的河流湖泊生态系统状态及评价方法）基于熵权综合健康指数的河流湖泊生态系统状态及评价方法河湖关系演变后，河流湖泊生态系统健康包含两方面内涵：满足人类社会合理需求的能力和河流湖泊生态系统本身自我维持与更新的能力。因此，在选择河流湖泊生态系统健康评价指标和评价方法时，采取熵权综合健康指数法，综合考虑
9、自然因素和社会因素所涵盖的生态、人类社会经济、物化指标，宏观与微观相结合，进行河流湖泊生态系统状态及评价。拟解决的关键科学问题：拟解决的关键科学问题：（1 1）河流湖泊生态系统评估框架建立）河流湖泊生态系统评估框架建立河流湖泊生态系统是由众多的相互作用的成分所构成的复杂系统，包含的内容十分丰富，无法度量、也没有必要度量生态系统的一切特征。那么，如何科学合理地从纷繁复杂的生态、经济、物理化学指标中，提炼或分离出一些关键指标反映生态系统的整体状况或主要特征，从而在此基础上建立河流湖泊生态系统健康评价指标体系进行健康评估显得尤为重要。需要解决的几个关键问题：江湖关系演变的机理是什么；江湖关系演变后，
10、河流湖泊生态系统结构和功能的因子有哪些；判断哪些评价指标因子是主导性的，并计算权重；将主导性评价指标因子纳入评估框架体系中。（2 2）河流湖泊生态系统状态及其变化评估方法）河流湖泊生态系统状态及其变化评估方法河湖关系演变后，水环境（泥沙、水资源、防洪、水安全（水质与水量）、水环境恶化与水华、长江中下游水资源调度问题、生物多样性保护、典型污染物迁移转化、湿地退化、生态栖息地变化、不可视生态过程等生态及非生态数据变化太过庞杂。因此，对河流湖泊生态系统进行状态和变化进行评估，关键在于选择一种方法，首先要能够涵盖并处理上述生态和非生态数据，其次，要能够可见或不可见地准确描述河流湖泊生态系统的变化过程，
11、并输出河流湖泊生态系统状态及变化结果。四、总体目标、五年预期目标四、总体目标、五年预期目标五、总体研究方案五、总体研究方案根据联合国千年生态系统评估（MA）项目，生态系统评估主要包含三方面的内容：收集和整合已有的监测数据和研究成果；对这些数据和研究成果进行加工和提炼，形成能服务于政策和管理决策的信息；应用这些信息改进生态系统管理，提高生态系统对实现可持续发展的贡献。本文即依此千年生态系统评估的内容，界定本次河流湖泊生态系统评估方案及技术流程，见图 1：评价指标河河湖湖生生态态系系统统评评估估 指指标标体体系系评评估估河河湖湖生生态态系系统统的的状状态态与与变变化化江江湖湖演演变变后后河河湖湖生
12、生态态系系统统的的基基本本结结论论指标的量化 与分析河河湖湖生生态态系系统统评评估估河河湖湖生生态态系系统统管管理理 政政策策建建议议河河湖湖生生态态系系统统管管理理政政策策建建议议河河湖湖生生态态系系统统变变化化的的驱驱动动力力分分析析河河湖湖演演变变模模式式的的思思考考DPSIR模型河河湖湖生生态态系系统统评评估估指指标标体体系系已已有有河河湖湖观观测测数数据据、实实测测和和统统计计数数据据图 1 江湖演变后对河湖生态系统的影响评估技术路线（1 1）收集和整合江湖演变前后，已有的江河和湖泊监测数据和研究成果。）收集和整合江湖演变前后，已有的江河和湖泊监测数据和研究成果。从工程角度来看，水域
13、生态系统的尺度划分为微小尺度、小尺度、中尺度和大尺度 4 种。不同生物过程具有不同的时间和空间尺度，时间和空间尺度与生物的生命周期和活动范围关系密切。本次研究的江湖关系演变后的河流湖泊生态系统，属于大尺度的水域生态系统范畴。收集和整合的主要数据包括：河流和湖泊尺度上的大尺度的生物、生物过程、水利工程、生态和环境等空间和时间范畴的数据。 （2 2）建立河流湖泊生态系统评估框架并对生态系统状况进行评估。）建立河流湖泊生态系统评估框架并对生态系统状况进行评估。DPSIR 模型是欧洲环境局（EEA）综合 PSR 模型和 DSR 模型提出的。本次研究，采取 DPSIR 模型建立河流湖泊生态系统评估框架。
14、在江湖演变后的河流湖泊生态系统评估 DPSIR 模型中（图 2），外部驱动力外部驱动力指造成河流湖泊生态系统发生变化的外部原因，可分为自然驱动力和人文驱动力。压力压力是在各种驱动力的作用下对河流湖泊生态系统产生的直接影响。在外部驱动力的作用下，人类活动比如水利工程调度会直接影响河流湖泊生态系统的状态状态，包括河流湖泊生态系统的结构、功能以及服务等。而河流湖泊生态系统服务的变化又直接影响影响到人类福祉，从而迫使人类社会采取相应的手段来缓解河流湖泊生态系统服务的不利变化（响应响应）。压力 Pressures状态 States影响 Impacts响应 Responses驱动力 Driving for
15、ces图 2 DPSIR 概念模型一般认为健康的生态系统有：活力、恢复力、组织、生态系统服务功能的维持、管理选择、外部输入减少、对邻近系统的影响及人类健康影响等八大特征。本次河流湖泊水生生态系统健康评估所有指标包括生态指标、人类健康和社会经济指标、物化指标三类，见表 1。从中选取河流湖泊生态系统的驱动力、压力、状态、影响、响应方面的评价指标因子，建立指标评价体系。选择合适的指标，是评价江湖关系演变后，河流湖泊生态系统是否健康的关键步骤。指标选择最终取决于所要回答的问题和指标的科学基础。a.a.生态指标生态指标生态指标包括种群及个体指标、群落功能与结构指标、生态系统综合指标三类。种群及个体指标依
16、据个体或种群进行检测的基础在于选择对于环境变化指示种，从公众较熟悉的、对化学因素变化较敏感的动植物以及对其他压力的作用和生态过程的变化表现较明显的种进行筛选。本次河流湖泊水生生态系统健康评价，可以选取河湖中某种浮游生物或鱼类的个数等用作水质指示物，来评价生态系统中水环境状况。群落功能与结构指标，对于河流湖泊水生生态系统而言，结构指标（如物种数，优势种）容易观测，使用广泛；而功能指标（如呼吸量、物质循环等）虽能全面衡量生态系统过程，但测算困难，使用相对较少。目前，鱼类和底栖无脊椎动物作为水体生态指标尤为广泛。本次河流湖泊水生生态系统健康评价，选取群落结构完整性作为生态指标。从系统可持续性能力的角度，生态系统有活力、组织和恢复力三个综合指标。因此，可选取此三个指标对河流湖泊水生生态系统健康进行评价。其中活力是活性、代谢和初级生产力，可用初级生产力和经济系统内单位时间的货币流通率表示；组织是生态系统组成及途径的多样性，由多样性指数、网络分析获得的相互作用信息等参数表示；恢复力是生态系统维持结构与格局的能力，一般用计算机模型获得。另外，还有生态系统所能提供
