大渡河是长江上游重要支流,水电资源丰富,流域内现存大量特有物种和珍惜物种,具有较高的生态及经济价值.生态流量是保障河道生态环境不退化、维持河道健康的重要指标,开展对大渡河生态流量的计算,对大渡河水生态环境保护和水资源合理利用具有重要意义.当前对生态流量的研究众多,本文基于大渡河中下游2008-2017年天然来水情况,分别选取水文学方法中的Tennant法、改进Tennant法,水力学法中的湿周法,以及鱼类生境适宜度法,提出了水文-水力学-水生态的结合法(下称结合法).将结合法计算的生态流量与多年实测流量对比,确定需要进行生态补水的月份,并根据水利部印发的第四批重点河湖生态流量保障目标对大渡河生态流量进行满足程度分析.研究结果表明:结合法考虑了水文学、水力学以及不同月份鱼类繁殖的需求,满足年内不同时段河道生态需求.大渡河中下游泸定站2-4月、沙湾站2月的来流量无法满足生态需水,应进行生态补水,使河道流量满足鱼类繁殖要求.与水利部制定的大渡河生态流量保障目标相比,本文计算的生态流量在鱼类繁殖期高于保障目标,在非鱼类繁殖期低于保障目标.本文提出的结合法考虑了河道生态需水的年内差异,且计算方法简便,实用性较强,大渡河生态流量的计算能够为年内生态补水提供科学依据.

湿地公园健康状态是开展湿地保护、修复与指导其规划设计的重要依据.近年来城市区域内湿地公园建设迅速但湿地生境整体衰退严重,如珠三角乃至华南地区湿地公园面临高度外部干扰与环境限制,亟需有效手段评估区域内湿地公园健康状态以实现可持续发展.以"稳定性-功能性-可持续性"为框架,构建了包含3准则11因素40指标的湿地公园健康评价指标体系,采用层次分析法计算指标权重,并通过遥感影像处理、实地调研、统计年鉴查阅以及问卷调查等方式获取指标数据,对生态修复后的广州海珠国家湿地公园二期进行综合健康评价与分析,以期指导其保护修复与可持续发展,为城市区域内湿地公园健康评估与优化提供参考.结果表明:(1)稳定性是影响湿地公园健康状态的主要准则,权重排序为稳定性(0.5094)＞功能性(0.3046)＞可持续性(0.1860);(2)海珠湿地二期综合健康指数为3.7735,呈健康状态;(3)影响二期健康状态的主要因素是生态功能与水体特征,其中,权重排序前5的主要指标为水质类别、净化能力、水文调节、水陆面积比、水体富营养化程度;(4)结合评价结果,从水体修复、植物管护、园区管理等方面提出优化建议.

在雨涝灾害威胁日益凸显的背景下,基于生态系统水文调节服务供需匹配分析的规划防涝优先干预区识别,为高效降低城市雨涝风险、利用规划措施防涝提供了新的研究思路与科学支撑.运用数据叠置、水文模拟及公式计算法,将城市原生雨涝供给能力与雨涝需求水平统一至同一评估体系中.结合降雨量、下垫面类型,运用径流曲线模型对街区地表径流调节率进行计算,生成供给能力评估结果;以GIS水文模拟结果计算得出的危险性、暴露性和脆弱性指数生成需求水平评估结果.根据石家庄中心四区3a一遇、50a一遇情景供需匹配结果,划定城市街区尺度的规划干预等级,并分类提出相应规划策略.研究结果表明:石家庄市中心四区低供给高需求街区在3a一遇降雨情景下以点状聚集分布;50a一遇降雨情景下,在京广铁路线沿线呈现纵向聚集形态.同时,在两种降雨情景下,规划干预高等级街区均集中出现于桥西区苑东街道、彭后街道、东华街道,长安区长丰街道、建北街道,裕华区裕翔街道、建华南街道.根据规划干预等级、供需相对关系及供需失衡原因,分别提出3a一遇、50a一遇降雨情景下的九类规划干预策略,为城市雨涝灾害的规划应对提供优化思路.

参考作物蒸散(Reference crop evapotranspiration,ET0)是生态水文过程中的关键因子,研究ET0在干旱绿洲区的演变,不仅有助于理解气候变化背景下的绿洲水文过程响应,亦对绿洲水土资源高效配置和生态系统稳定性维持有指导意义.以宁夏沿黄绿洲为例,基于 1960-2019 年的气象资料和Penman-Monteith模型计算ET0,利用Mann-kendall突变检验、相对敏感系数和Morlet小波分析等方法,对宁夏沿黄绿洲近60a的ET0演变特征及其归因进行研究.结果表明:(1)宁夏沿黄绿洲ET0年内呈单峰形态,ET0在5-7月间较高,累积ET0占年总ET0的43.6%;近60a的ET0年均值为1226.38 mm,并以1.66 mm/a(P＜0.01)幅度上升,但年际波动特征明显,其中在 1988 年突变之前,ET0无显著变化趋势,而突变之后则以每 10a左右的周期显著增加或降低.(2)年ET0主要以 20-40 a和 50-60 a周期振荡,且有多重时间尺度的复杂嵌套现象,不同季节的周期振荡差异较大,夏、秋季振荡幅度较强,其周期接近于年ET0规律,而冬、春季振荡幅度较弱.(3)虽然ET0与 6 种气象因子均存在显著相关性,但ET0对不同气象因子的敏感性存在差异,其中对最高温度和相对湿度的敏感性较高,敏感系数分别为 11.58%和 8.40%.(4)宁夏沿黄绿洲ET0与区域气候变化特征有较强的耦合性,区域气候的持续升温和相对湿度持续降低、以及由此引发的饱和水汽压亏缺持续增强是推动ET0上升的重要原因,而气候由湿润向干旱的突变和平均风速的异常波动是诱发ET0突变的原因.

为掌握瓯江口海域鱼类早期资源现状及其与主要环境因子之间的关系,基于2021年春季(5月)、夏季(8月)和秋季(11月)对瓯江口海域内25个站位的表层水平拖网数据和温度、盐度及pH等基础水文调查数据,对该海域鱼卵、仔稚鱼的物种优势度、生物多样性和群落结构特征等进行分析,同时探讨优势种侧带小公鱼属鱼类(Stolephorus spp.)资源分布与环境因子之间的关系.结果表明:3个航次调查共采集鱼卵8427粒,仔稚鱼40365尾,共鉴定49种,隶属于12目23科39属,以鲈形目(Perciformes)为主要类群,在发育阶段上以前弯曲期仔鱼居多,按照生态类型划分主要以海洋性与河口性鱼类为主.调查海域内不同季节采获鱼卵、仔稚鱼的种类、数量和密度有所差异,平均密度在0.07-4.72粒(尾)/m3,春季最高分别为34种、38083粒(尾)和4.72粒(尾)/m3.在空间分布上,鱼卵沿着瓯江口由内向外呈递增趋势,而仔稚鱼则呈递减趋势.同时各季节鱼卵、仔稚鱼生物多样性的差异性较为显著,春季的多样性指数(H')和均匀度指数(J')均为最高,丰富度指数(D)最高值出现在夏季.调查海域内各季节鱼卵、仔稚鱼的优势种组成差异较大,除共有优势种侧带小公鱼属鱼类外,春季、夏季和秋季航次的主要优势种分别为虾虎鱼科鱼类(Gobiidae spp.)、凤鲚(Coilia mystus Linnaeus)和舌鳎属鱼类(Cynoglossus sp.1).利用相对重要性指数IRI计算物种优势度,结果显示侧带小公鱼属鱼类的优势度在所有航次中均为最高,通过分析其与环境因子的关系,发现与盐度的相关性最高(P<0.01),与温度相关性最低(P<0.05).经与历史资料对比,推测春季北龙岛附近海域是鱼类重要的产卵场,高温高盐弱碱的水文环境更有利于侧带小公鱼属鱼类的生长和繁育,这为瓯江口海域鱼类资源养护管理和渔业生态环境的保护提供了参考依据.

为了实现水源涵养量计算和不同功能的综合评估,基于分布式水文模型(WEP-L)提出了一种新方法,即利用WEP-L模型计算次降水过程中降水量和地表产流、冠层截留量的差值作为水源涵养量,并分别评估削洪(地表径流量)、补枯(地下径流量)、维持植被生态系统用水(植被蒸腾量)等不同水源涵养功能的评估方法.为了验证该方法的合理性,以渭河流域咸阳站以上区域为例,对比了该方法和InVEST模型方法的计算结果,由于两种方法在评估内容和使用模型上都存在差异,为了保证计算结果的可比性,先对比了基于相同评价内容的WEP-L模型法Ⅰ和InVEST模型方法,再对比了基于不同评价内容的WEP-L模型法Ⅰ和WEP-L模型法Ⅱ,结论如下:基于相同评价内容的WEP模型法Ⅰ和InVEST模型法计算结果数值接近,研究区2000-2018年水源涵养量年均值分别为12.43 mm(5.76亿m3)和12.08 mm(5.6亿m3),两种方法所得结果空间分布特征相似,稍有差异之处与InVEST模型的参数没有经过本地化处理有关;基于不同评价内容的WEP-L模型法Ⅰ和WEP-L模型法Ⅱ计算结果数值相差较大,研究区2000-2018年水源涵养量均值分别为12.43 mm和432.57 mm,空间分布特征上有差异的地方分布于研究区的北部、东部及东北部,主要与两种方法评价时是否考虑蒸散发有关.WEP-L模型法Ⅱ评估结果中削洪、补枯、维持植被生态系统用水等功能多年变化趋势分别为:2006-2010年期间增加、2012年以后下降以及增加.2012年后补枯功能和维持植被生态系统用水功能之间可能存在权衡关系.通过不同方法计算结果差异原因分析,证明了基于WEP-L模型的不同涵养功能评估方法的合理性,其结果也可为渭河涵养区水资源和生态保护策略的制定提供更多依据.

为探究雅鲁藏布江中游浮游植物群落分布格局及其优势种时空生态位特征,于2021年7月、10月对该水域进行浮游植物样品的采集和水体理化因子的测定,鉴定浮游植物物种,计算浮游植物优势种生态位宽度、生态位重叠值、生态响应速率及相对资源占有率,运用共现网络模型分析群落的种间关联性,并对浮游植物优势种与环境因子进行Pearson相关性分析.结果表明:该水域共鉴定到浮游植物644种,隶属于8门12纲25目49科152属,其中,优势种22种,优势种中硅藻占90.9％,在群落中占绝对优势;丰水期的肘状针杆藻丰度最大(74.193×104细胞/L)且出现频率最高(0.867),是丰水期绝对优势种;整体上优势种生态位宽度时间(0.833)＞空间(0.254),优势种时空生态位宽度主要受空间生态位宽度的影响,空间异质性是影响该水域浮游植物优势种分布的主要因素;优势种时空二维生态位无意义重叠的种对占40.69％,优势种时空二维的生态位重叠以中、低等级为主,优势种间对时空资源需求异质性高,种间潜在竞争关系较弱;该水域枯水期浮游植物群落的网络结构紧密,群落连通性、群落复杂度和物种间生态位重叠度较丰水期高,两个水文期群落共现网络以正关联为主,种间的协同作用强于竞争作用;该水域水环境因子能驱动群落中优势类群的生态位分化,NO3-N、WT是影响雅鲁藏布江中游浮游植物群落优势种生态位分化的主要驱动因子.

生态需水量计算是干旱脆弱生态区恢复重建的一个关键问题.分析了塔里木河下游荒漠河岸林关键种-胡杨树木年轮近90年来的变化特征及对气候水文过程的响应,并基于树木年轮技术提出了维系荒漠河岸林不同恢复状态的生态需水量.研究结果表明,塔里木河下游胡杨树木年轮主要承载的是区域水文历史变化信息,可以作为定量评估生态输水工程的生态恢复效应和定量计算植被生态需水量的新指标;胡杨标准年轮宽度指数与生长年生态输水量呈显著正相关(P＜0.05),近15年生态输水对胡杨年轮宽度指数增加的平均贡献率为42.96％;若要维持塔里木河下游英苏段垂直河道300 m范围内的胡杨达到近90年来的平均生长水平,则需在生长年下泄生态需水量0.84× 108 m3,若要达到断流前(1933-1974年)的平均径向生长,则每个生长年内生态需水量应达到0.91×108 m3.

陆地生态系统氢氧稳定同位素能为陆地与大气的水分交换和陆地生态系统水文循环研究提供独特的示踪信息.基于2009年生长季加拿大落叶林生态系统氢氧稳定同位素组成及环境要素的观测数据,分析了生态系统不同来源液态水和大气水汽同位素组成的时空变化特征,分析了生态系统蒸散与土壤蒸发的同位素组成和同位素通量(Isoflux)的变化特征,并讨论了主要的环境控制因素.结果表明,生态系统中不同来源液态水的同位素组成差别较大,与枝条水和土壤水相比,叶片水同位素组成最富集且变化幅度最大.大气水汽H2O和HDO同位素组成随着高度升高而降低,水汽同位素值日变化呈“W”型分布,上午水汽同位素值降低,正午有一定的起伏,傍晚回升.水汽同位素组成与大气湿度有显著的相关性,大气水汽过量氘下午均值与表面相对湿度和水汽混合比的相关系数分别为-0.61 (P＜0.01)和-0.57(P＜0.01).受蒸腾速率和叶水同位素富集程度的共同作用,白天蒸散H28O组成在正午和傍晚高,下午低.Isoflux的计算结果表明白天下垫面蒸散有助于大气水汽同位素富集,蒸散同位素通量最高可达147.5 mmol m-2 s-1‰.本研究结果能为同位素水文模型提供数据支持和理论参考.

景观格局优化是构建生态网络的有效途径,能显著提升区域生态安全.以海口美兰区为研究区,利用粒度反推法和主成分分析从增强整体连通性的角度实现了生态源地的客观选取,并结合最小累积阻力模型构建了生态网络,采用空间网络分析和水文分析重点探讨了生态节点规模、形状和组成形式的计算.结果表明:550 m粒度的生态景观组分结构是选取美兰区生态源地的合适参考,美兰区有生态源地38个,需对23个斑块进行景观类型转换,生态源地在规模和布局上存在差异,主要受人为干扰的影响.显性和隐性生态阻力面的差异显示出美兰区有5个生态脆弱局部,应根据不同的成因采取相应的措施进行生态建设,其中预留生态用地至关重要.美兰区有生态廊道90条,生态节点89个,与生态源地结合构成了生态网络,增强了生态系统的整体连通性.生态节点形成区域79个,总面积729.15 hm2,其中10个区域可建设为水域,69个区域可建设为林地,这为当地生态节点的建设提出了具体方案.