水生态健康已成为区域环境管理的新目标及国内外生态环境领域研究的热点.在快速工业化和城市化推动下,巢湖环湖地区出现了水质恶化、植被消亡与生态系统功能退化等水生态健康问题,旨在通过环湖地区的空间开发管制分区,处理好开发与保护的关系,实现环湖地区水生态系统持续、健康发展.应用ArcGIS空间分析平台,构建由水生态敏感性和水生态压力组成的分区评价指标体系,以500 m×500 m网格为评价单元,通过单要素与多要素的综合评价,借助二维关联矩阵分析,进行空间开发管制分区,据此提出差别化的区域开发与生态环境保护导向.结果表明:巢湖环湖地区从空间单元上可确定为低敏低压区、低敏高压区、高敏低压区、高敏高压区4种类型区;水生态敏感性较高的环湖主要入湖河流两侧,以加强生态修复和环境保护为主;滨湖新区北部、巢湖市区及各镇镇中心水生态压力较大,迫切需要转型升级,实施严格的环境准入条件和污染排放标准;虽然环湖乡镇大部分地区水生态敏感性和水生态压力相对较低,可依托本地优势资源,因地制宜、错位发展,但严格控制新增污染物排放、维护水生态健康发展是首要任务.

河流山区段上游地区的水生态状况直接影响着流域整个水系生态系统的安全,本研究以生态安全评估模型PSFR(压力-状态-功能-响应,Pressure-State-Function-Response)框架为基础,选取辽宁太子河上游山区段为研究区域,结合太子河流域山区段河流的特征,构建了包括4个方案层、11个要素层和23个指标层的评估指标体系,从水生态压力、水生态状态、生态功能和社会响应4个方面,对太子河流域山区段进行河流生态安全评估.评估结果显示,在5种安全等级标准下,研究区内35个子流域的水生态安全状态有3种:不安全状态、基本安全状态和较安全状态,未出现极不安全和非常安全状态.其中,处于不安全状态的子流域有9个,比例为25.7％;处于基本安全状态的子流域有22个,占总流域的62.9％;处于较安全状态的子流域有4个,只占11.4％.表明太子河流域山区段水生态安全的主要压力来自于农业活动.流域栖息地环境质量下降、水质恶化及生境面积的衰退,导致河流生态系统的生态功能受损,河流水体内珍稀和特有物种减少、生物多样性降低,从而威胁河流生态系统的完整性,影响整体水生态安全.本研究结果能诊断流域内影响河流水生态安全的主要因子,为河流生态修复提供科学决策依据.

呼伦湖作为我国北方寒冷干旱地区内陆湖泊的典型代表,在涵养水源、调节气候、防风固沙及维系呼伦贝尔草原生态系统平衡乃至我国北方生态安全屏障等方面发挥着不可替代的作用.准确识别呼伦湖流域主要生态安全问题、完善其生态安全评价指标体系对于科学研判呼伦湖生态环境状况、维持区域可持续发展及精准实施底线管控政策具有重要意义.在遥感影像、地面调查、实验模拟等多尺度数据分析基础上,结合历史资料收集、专家咨询、部门访谈等方式分析识别了呼伦湖区域生态安全问题及成因:(1)气候暖干化及超载放牧等因素使得草地退化显著,土地沙化、盐碱化面积扩大;(2)草原退化增加了干草入湖、大气干湿沉降及水土流失等水环境污染负荷;(3)气候暖干化造成湿地萎缩,加之长期的过度捕捞等人类活动使得渔业资源枯竭、鱼类小型化特征显著,水生生态系统稳定性下降,蓝藻水华频发.在全面诊断分析区域生态安全问题的基础上,以山水林田湖草系统方法论为理论指导,以改善呼伦湖流域生态环境质量为核心目标,依据评价指标的针对性、科学性、可操作性及系统性原则,采用压力-状态-响应(Pressure-State-Response,PSR)模型,以气象条件、人口、水资源、水环境压力及人类活动等5个一级指标构成的压力子系统,以水环境状况、水生态状况、陆域生态状况、生态系统服务功能和敏感性、景观格局及生态风险等6个指标构成的状态子系统,以生态治理措施及生态治理投入等2个指标构成的响应子系统,共同组成了一套包含13个一级指标38个二级指标的天空地一体、陆湖统筹的生态安全评价指标体系,以期为呼伦湖及北方寒冷干旱区类似湖泊的生态安全评价研究提供借鉴.

基于水足迹视角,测度了中国31个省份2000-2018年的水生态足迹广度、深度及水生态压力,采用ESTDA框架对其时空动态特征进行分析.结果 表明:①研究期内,中国水生态足迹总量呈波动上升态势;水生态承载力波动幅度较大,空间分布格局整体呈现自东南向西北逐渐较少的趋势.②水生态足迹广度与水生态承载力呈同步变化趋势,整体上已接近水资源可提供的流量资本上限,各省市水生态足迹深度差异较大.③研究期内,水生态压力指数小于1的区域与水生态足迹深度为1的区域相吻合,水生态压力指数大于1的区域主要分布在华北及西北地区.④LISA时间路径表明,水生态足迹广度、深度及水生态压力的整体空间格局均具有较强的稳定性;三者的局部空间结构在空间依赖方向上的稳定性依次加强;空间格局演化的空间整合性呈现水生态足迹深度＞水生态压力＞水生态足迹广度,空间上,水生态足迹广度正向协同增长省份主要集中于南方省份,而水生态足迹深度和水生态压力正向协同增长区则分布于华北、西北地区;各要素的空间分布格局表现出较强的路径依赖及锁定特征.

城市水生态承载力能较好反映水资源-水环境-水生态-经济社会复合系统间多要素互馈关系,水生态文明城市建设对城市水生态系统具有多方面影响,对城市水生态承载力在水生态文明城市建设前后的变化进行定量研究具有重要意义.以城市"社会-经济-自然"复合生态理论为指导,充分考虑人类活动与城市水生态系统的响应关系,基于DPSIR框架构建城市水生态承载力评价指标体系,以水生态文明建设试点城市武汉市为例,综合运用熵权法、TOPSIS和障碍度诊断模型等方法,分析2008-2019年武汉市水生态承载力的变化趋势和影响因素.结果表明,水生态文明城市试点建设期间(2015-2017年)的水生态承载力平均水平(0.552)明显高于建设前(0.361)和建设后(0.438),建设成果主要体现在压力和影响指标的改善以及响应指标的大幅度提升上.阻碍武汉市水生态承载力提升的主要指标为生态环境状况指数、建成区绿化覆盖率、农田灌溉亩均用水量、酸雨量和饮用水源地水质达标率.根据评价结果提出水城共生共荣发展模式、引导产业结构转型等提升武汉市水生态承载力的建议.

水环境生态安全与一个区域生态系统的良性循环息息相关.为了对陕西省水环境生态安全水平进行合理评价,结合陕西省水生态现状,基于DPSBR概念模型构建水生态安全水平评价体系,采用SPA-MC(集对分析—马尔科夫链)耦合模型对陕西省2000—2017年水环境安全状况进行了动态评价,并提出适应性建议.结果表明:陕西省2000—2017年水环境生态安全水平整体上呈现先升高后降低的趋势,2001—2010年明显升高,2011—2017年降低;2010—2012年安全水平最高,为"较安全"水平,2001、2002年安全水平最低,为"较不安全"水平;层级水平上,"生态压力"和"生态基础"对陕西省水环境生态安全水平的影响最大,指标水平上"水资源开发利用率"与"水土保持面积"的影响最大;预测陕西省2018—2025年水环境生态安全水平将长期处于"临界安全"状态,且逐步向"较安全"水平转变.重视水土保持工作和水污染防治工作,是持续改善陕西省水环境生态安全状况的重要举措.研究成果对陕西省水环境的有效保护以及生态建设政策的制定具有指导意义.

我国目前处于生态环境管理的转型期,尚未形成统领水生生物、生物栖息地、水质与水量等要素的水生态保护体系.在总结相关水生态研究成果的基础上,梳理形成了基于水生态系统时空尺度和状态梯度效应理论的水生态保护目标制定构想与方法,分析了淡水生物完整性对自然地理要素、水环境压力、栖息地质量的响应机制,提出以水生态"功能分区-状态评价-问题诊断-目标预设-可达性评估-目标确定"为主线的水生态保护目标制定技术体系,研发了生物完整性评价、水生态保护目标预设和可达性分析等技术方法.以江苏省常州市为典型水生态功能区应用案例,验证了技术体系的适用性与可行性,取得良好的应用效果.水生态保护目标制定理论和方法方面的研究探索可为全国相关工作提供参考依据.