拉萨河流域是西藏农业资源最集中、环境承载压力最大的地区.区域土壤微生物群落结构和数量变化能够反映气候变化和人类活动影响下的土壤生态及环境脆弱特征.本研究利用高通量测序方法,对拉萨河流域天然灌木林、稀疏灌木林、人工灌木林、人工乔木林、天然草地等5种生态系统的土壤微生物群落结构及其环境影响因子进行了分析.结果表明:(1)人工灌木林土壤细菌多样性和真菌多样性均最高.(2)5种生态系统土壤细菌均以变形菌门、放线菌门和酸杆菌门为优势菌群,真菌以子囊菌门、担子菌门、壶菌门及虫霉门为优势菌.(3)在浅层土壤中,天然草地和人工乔木林的细菌群落聚类相似,在深层土壤中,天然灌木林、稀疏灌木林、人工灌木林的细菌群落聚类相似.除天然灌木林外,其余4种生态系统的真菌群落在浅层和深层土壤中均呈现分离趋势.(4)土壤含水率、电导率和速效钾对细菌群落结构影响显著,而真菌群落结构主要受土壤含水率、总氮、有效磷和速效钾含量影响.以上研究结果揭示了拉萨河流域不同生态系统土壤微生物群落结构特征.

随着我国西部崛起战略的实施,社会经济发展所引发的生态风险逐渐引起生态学者和政府管理部门的高度关注.拉萨河流域作为高原生物多样性的维持基地,也是我国及东亚的重要生态安全屏障区,为有效管控其社会经济发展中产生的生态环境风险,通过适合高寒流域特征的风险评估方法,识别了研究区风险源,选择风险受体,采用相对风险模型计算了各研究单元的风险等级.结果表明:城关区的生态风险最高,主要风险来源于城镇扩张和旅游娱乐;当雄县生态风险最低,风险来源于畜牧养殖;林周县、曲水县、达孜县、堆龙德庆区以及墨竹工卡县的首要风险源是农业污染.水体和湿地的风险值明显高于其他生态系统.风险值的空间分布表现为南高北低的特征,且风险等级以城关区为中心向外围逐渐降低.

气候变化和人类活动导致的土地覆盖和植被变化都会对生境质量产生影响.青藏高原是众多珍稀高原动植物的栖息地,具有重要的生物多样性维持价值.拉萨河流域是青藏高原经济最发达、人口最密集的核心地区,人类活动对生境质量带来的胁迫和压力持续增加.为揭示近些年来土地覆盖和植被变化对拉萨河流域生境质量的影响,选择生长季NDVI作为植被变化的指示因子,通过对不同植被类型各年份的生境适宜度进行修正,利用InVEST模型评估了拉萨河流域1990-2015年的生境质量时空变化.研究结果表明,1990-2015年拉萨河流域土地覆盖变化整体相对较小,其中人工表面和湿地面积增幅相对较大,分别为82.65％和32.40％;土地覆盖变化的转移方向主要为稀疏草地转化为草原和草甸、耕地转化为人工表面以及冰川/积雪转化为荒地.植被变化方面,1990-2000年,除流域中上游的裸岩、裸土地区和念青唐古拉山地区外,流域NDVI整体有较显著上升;而2000年以后略有下降.从生境质量的空间分布来看,高质量生境主要分布在流域下游、念青唐古拉山南侧河谷地区以及拉萨河源头等地区,低质量生境主要分布在拉萨市市辖区及周边、林周县县城及周边,以及流域中上游的荒地等地区.从时间变化上来看,1990-2000年,拉萨河流域整体生境质量指数从0.51上升到0.57;2010年和2015年整体生境质量指数分别为0.56和0.55,较2000年略有下降.相比于土地覆盖变化,NDVI对生境质量变化的影响更为显著.

拉萨河流域是西藏政治、经济和文化核心区,具有青藏高原典型的高寒湿地及西藏主要的耕作区,受人类活动及气候变化的影响,流域生态安全及生态健康面临威胁和破坏.植被净初级生产力(NPP)作为衡量生态系统健康的重要指标,能够反映生态系统的可持续发展.利用2000-2015年MODIS-NDVI数据,基于光能利用率模型估算了拉萨河流域的NPP,分析了NPP的时空格局、动态变化特征及NPP与气候因子的相关性,探讨了影响NPP变化的驱动因子并明确了驱动分区.结果表明:近16年拉萨河流域NPP年均值为165.614 gC m-2 a-1,总体分布具有明显的空间异质性,与该地区植被类型的分布规律相似,不同植被类型的NPP存在差异.NPP变化在总体上呈下降趋势,平均年变化趋势斜率为-1.804 gC m-2 a-1.NPP与气温和降水的相关性具有明显的地域性差异,草本湿地与气温呈显著负相关,灌丛与降水呈显著正相关.NPP变化受气候因子驱动的区域占比20.81％,非气候因子占比79.19％.

拉萨河流域是西藏自治区的政治、经济和文化中心,拉萨河生态环境保护状况对维持流域生态安全至关重要.近年来,拉萨河流域内经济快速发展,工业废水和生活污水排放量增加,成为威胁河流水质的潜在因素.明确拉萨河河流水质现状,核定水域的水环境承载力,对于未来拉萨河河流管理和经济规划均具有重要意义.基于河流断面、流量、水位和水质现场监测,污染物排放、水文和水质历史资料收集等工作,利用MIKE11模型,对拉萨河城市段干流水动力和水质进行了模拟,依据国家标准和规范计算了拉萨市干流河段水环境容量.计算结果表明:(1)拉萨市干流河段化学需氧量COD容量较小,氨氮NH4-N具有较大容量:上游达孜断面按照地表水Ⅱ类水体要求的浓度标准限值输入时,拉萨市干流段COD容量约为3461 t/a、NH4+-N容量约为602 t/a;若上游达孜断面按照2017年5月1日-2017年5月30日连续30日测定月均值输入,则拉萨市干流河段COD容量约为797 t/a、NH4+-N容量约为1145 t/a.(2)对拉萨市干流河段水环境容量影响较大的因素主要有气候变化、水利水电工程运行调度、上游来水水质和河流自净能力:2014年以后拉萨河流域的暖干化趋势,很可能带来枯水期流量降低,从而改变水环境容量计算中的设计水文条件,使水环境容量降低;拉萨河沿岸灌区取水,旁多水利枢纽、直孔电站运行调度也是影响下游水环境容量的重要因素;流域内草甸、湿地生态系统有机质和养分在气候暖干化背景下加速矿化,可能是造成上游水体中COD浓度较高的重要原因.(3)为加强拉萨河流域水环境管理,应加强上游草甸和湿地水环境效应监测、完善城市污水处理厂及配套设施.

在气候变化和人类活动干扰驱动下,地表生态系统的类型和质量都在发生复杂的变化,进而对生态系统服务和人类福祉产生深远影响.青藏高原的生态重要性和生态敏感性显著,其生态系统和生态服务的变化对区域和我国的生态安全具有重要的影响和指示意义.为了揭示拉萨河流域近年来的生态系统变化导致的生态系统服务变化,尤其是生态系统质量变化及其对生态系统服务的影响,选择NDVI作为生态系统质量变化的指示因子,通过对InVEST模型中与植被相关的各参数进行计算和修正,结合生态系统类型变化,评估了1990-2015年间拉萨河流域土壤保持、水源涵养和固碳三项生态系统服务的变化,进而分析了生态系统类型和质量变化对其的影响.研究结果表明,1990-2015年拉萨河流域生态系统类型变化整体相对较小,但是人工表面和湿地面积变化速率较快:1990-2000年生态系统质量整体有显著上升,2000年以后略有下降,其中2000-2015年草甸和草原NDVI分别下降了7.48％和5.44％,呈现明显退化趋势;1990-2015年拉萨河流域土壤保持和固碳服务分别增加了3.98％和9.12％,而水源涵养服务降低了23.05％,各项生态系统服务变化主要发生在1990-2000年;总体来看,生态系统类型变化引起的生态系统服务变化相对较小,而生态系统质量变化对流域生态系统服务的影响显著,尤其是1990-2000年间;但2000年以后生态系统类型变化对生态系统服务变化的贡献有所加大.

2017年8月对拉萨河流域23个采样点的底栖动物群落和环境因子特征进行了调查,采集到大型底栖动物41属(种),其中水生昆虫35属(种),占85.4％;软体动物2属(种),占4.9％;环节动物3属(种),占7.3％;线形动物1属(种),占2.4％.各点位平均物种数为8种,优势种组成差别较大,优势种主要有四节蜉属(Baetis spp.)、大蚊属(Tipula sp.)、纹石蛾属(Hydopsyche sp.)、短石蛾属(Brachycentrus sp.)、水丝蚓属(Limnodrilus sp.)、摇蚊属(Chironomus sp.)等,各采样点底栖动物平均密度为362只/m2.运用生物多样性指数分析底栖动物的群落结构,Marglef丰富度指数、香农威纳指数和均匀度指数平均值分别为1.18、1.32和0.49,生物多样性指数水平较低.采用均匀度指数法和底栖动物BI指数法进行了水质评价,两种评价结果显示分别有30.3％和56.5％的采样点水质为中污染至重污染状态.典范对应分析结果表明:影响拉萨河流域底栖动物群落的主要环境因子是海拔、化学需氧量、硫化物、pH值、总磷和总氮.

探究自然环境和人类活动影响下的河流水环境变化,对于流域水资源管理和保护有重要意义.目前从较长时间尺度上系统开展拉萨河流域水环境的研究较少,基于拉萨河流域达孜、卡林、才纳3个环境监测中心站近20年(1995-2014)的水质资料,综合单因子指数法和内梅罗指数法评估拉萨河流域水环境状况,并采用Mann-Kendall检验法分析其多年变化趋势.同时,从经济社会和自然环境两个方面通过灰色关联分析法识别了影响流域水环境变化的关键驱动因子,以期为流域水环境保护提供借鉴.结果表明:(1)总体上,拉萨河流域水环境状况良好,满足水功能区要求;(2)水体中pH、溶解氧、化学需氧量、总磷等指标的取值较高,在0.7左右,是拉萨河流域水环境需重点关注指标;(3)水环境质量稍有下降,内梅罗指数从1995年的0.62增加到2014年的0.73;(4)近20年来拉萨河流域水环境变化的主要驱动因子为降水量、牲畜存栏数、人口数、农村人口数和国民经济生产总值等,农牧非点源污染是拉萨河流域的主要污染源,要重点关注和管控.

于2017年8月对拉萨河浮游植物群落组成、丰度、功能群以及多样性指数进行调查,利用典范对应分析法(CCA)分析浮游植物物种与水环境因子的关系.结果表明:流域种类组成以硅藻门(60.4％)为主,其次是绿藻门(20.8％),其余种类18.8％;物种平均丰度为3857cells/L,硅藻门94.6％,蓝藻门3.1％,绿藻门2.3％;种类少、丰度低是拉萨河流域浮游植物群落结构的主要特征;研究区优势种以菱形藻为主;MP、D和P是划分出来的15类功能群中的优势功能群,合计占总丰度的93％,剩余12类仅占7％;Margalef指数、Shannon-Wiener指数及Pielou's evenness指数平均值分别为1.41、1.77和0.5,单因素方差分析(ANOVA)表明三类多样性指数在各支流之间、干流与各支流之间无显著差异;CCA排序结果表明:pH、化学需氧量(CODCr)、总氮(TN)、总磷(TP)是影响拉萨河流域浮游植物群落结构的主要环境因子;同时,pH、TN、TP也是影响浮游植物功能群分布格局的主要因子.

为全面反映拉萨河干流生态环境现状,基于拉萨河特征和国内外研究构建了包含水文、水质、生物、生境、服务功能5个要素12个指标的河流健康评价指标体系,提出了赋值标准,并在拉萨干流进行了应用.评价所用数据来自资料收集、文献调研、现场监测和调查.评价结果显示拉萨河干流整体处于较为健康状态,且上游健康状况优于中下游.上游河段枯水期水质达到Ⅰ类水功能区水质目标,丰水期氨氮含量未达到Ⅰ类水功能区水质目标,总达标率为50％,赋50分,其余指标赋值大于75分;中游河段受水电站运行和灌溉引水影响,流量过程变异程度、河流连通阻隔状况、大型底栖无脊椎动物科级耐污指数赋值较低,分别为0分、25分和45分,生态基流保障度、外来鱼类入侵率、河道稳定性指标较上游变差,赋值在50-75分之间,其余指标赋值大于75分;下游河段流量过程变异程度、外来鱼类入侵情况赋值为0分,河流连通阻隔状况与中游相同为25分,大型底栖无脊椎动物科级耐污指数赋45分,河道稳定性赋68分,其余指标赋值大于75分.从河流健康角度分析,未来拉萨河流域管理应重点关注上游湿地面源问题、中下游水利水电工程的综合效应、人类聚集区鱼类入侵等问题.