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.

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.

垂向湍流、温、光等是影响藻类生长和垂向分布的关键因素.基于大型浅水湖泊(太湖)的背景物理场(辐射、水深、水温和消光等),利用藻类生长-扩散模型的敏感性试验,探讨物理过程对浅水湖泊中下沉藻的垂向分布的影响机制.水温是次表层叶绿素峰值(Subsurface Chlorophyll Maxinmum:SCMax)或谷值(Subsurface Chlorophyll Minimum:SCMin)形成的限制性条件;当水温大于阈值时,随深度的增大,过强光能抑制藻类的生长转变为弱光限制藻类的生长是SCMax形成的关键;垂向湍流的裹挟作用是弱化SCMax强度的关键过程.该研究有利于厘清物理过程对藻类群落演替的作用机制,强化对水生态系统的修复效果.

于2018年5月-2020年6月对南水北调中线总干渠11个采样点表层水中18种重金属的浓度进行周期性采样监测,并分别利用USEPA推荐的健康风险评价模型和物种敏感性分布(SSD)法评估常见重金属的人体健康风险水平和水生态风险水平.化学分析结果显示,18种重金属均被普遍检出,平均浓度大小排序为:Fe＞Sr＞Ba＞Zn＞Ti＞Ni＞Mn＞Cu＞V＞Cr＞As＞U＞Rb＞Se＞Pb＞Bi＞Co＞Cd,均未超出《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)Ⅰ类水标准和《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)限值.健康风险评价结果显示,南水北调中线总干渠表层水中8种常见重金属(Cr、Cd、As、Cu、Pb、Zn、Ni、Mn)对儿童和成人的总健康风险值处于10-8级别.基于构建的8种常见重金属(As、Ni、Pb、Cr、Zn、Se、Cd、Cu)的SSD曲线,计算重金属对本土淡水生物5％危害浓度(HC5)和潜在影响比例(PAF),结果显示,南水北调中线总干渠水中目标重金属对全体水生生物种群的影响比例小于5％,但Cu和Zn分别可对8.54％和16.77％的藻类种群造成影响,Cr可对6.44％的甲壳类种群造成影响.上述结果表明,南水北调中线总干渠水中重金属的当前含量不高,不会对人体造成潜在健康风险;以保护95％的生物物种为标准,个别重金属对总干渠中藻类、甲壳类种群可能具有一定潜在风险,尚有待进一步关注.