近年来生物"多样性与稳定性"理论是河流生态学关注的热点之一.为探究河流底栖动物多样性与群落稳定性的分布模式及其驱动因子,于2021年8月,基于环境DNA技术对黄河流域济南段山区河流进行生物监测.根据土地利用类型,将该山区河流分为低干扰区、中干扰区和高干扰区,分析不同干扰区环境因子、底栖动物多样性及群落稳定性的分布特征,并识别其影响要素.研究结果表明:①环境因子中电导率(EC)、总氮(TN)和硝态氮(NO3--N)均值呈现出高干扰区＞中干扰区＞低干扰区的趋势.②Margalef丰富度指数(d)、Pielou均匀度指数(J)、群落稳定性指数(ICV)和凝聚力指数(|负凝聚力|/正凝聚力)均在中干扰区最高.③氨氮(NH3-N)和生物群落组成变化分别与d(r=0.67,P＜0.05)和物种丰度S(r=0.52,P＜0.05)具有显著正相关关系.④结构方程模型分析发现,EC、NH3-N和NO3--N是显著影响底栖动物群落稳定性的关键环境因子;S和d是显著影响底栖动物群落稳定性的关键生物因子.其中,EC、NH3-N和d有利于群落趋于稳定;高浓度的NO3--N和较低的S虽然不利于群落稳定,但会促进群落的种间竞争关系.研究揭示了生物与非生物因子对河流底栖动物多样性及其群落稳定性的作用机制,可为今后河流生态系统健康管理提供重要参考.

为评估太白河川陕哲罗鲑(Hucho bleekeri Kimura)的资源现状和环境容纳量,于2017-2018年对太白河的鱼类资源、饵料生物资源、水体理化特征等进行了调查.采用密度法估算出太白河川陕哲罗鲑现存资源量为3814尾,95%的置信区间为3624-4005尾;构建了太白河流域的Ecopath模型,河流总生产量为1748.91 t/(km2·a),其中初级生产力为1643.00 t/(km2·a),生态系统的连接指数(CI)和系统杂食指数(SOI)分别为0.429和0.087.川陕哲罗鲑、秦岭细鳞鲑(Brachymystax lenok tsinlingensis)、小型中下层鱼类和浮游植物四个功能组为太白河水域生态系统中的关键种(类群),估算出川陕哲罗鲑的环境容纳量为1.87 t/km2,约5127尾,其中幼鱼为3399尾,成鱼为1728尾.基于现存量和环境容纳量,建议强化栖息地保护,促进川陕哲罗鲑资源恢复.

河流湿地是非常重要的湿地类型,其中河流湿地土壤能够有效维持河流湿地生态系统的稳定性.土壤碳氮磷是支撑湿地土壤质量和植被生长的关键营养元素,利用高光谱遥感数据对其进行估算对实现湿地土壤养分信息的快速和准确检测具有重要意义.土壤粒径作为土壤最重要的属性之一,对土壤样本的光谱反射率有着重要影响,并且是影响土壤结构、阳离子交换能力、植物养分可用性等的重要因素.以陕西黄河湿地省级自然保护区为研究区,于2022年8-9月采集477份湿地表层土壤样本,经过室内过筛处理后得到1.0 mm、0.3 mm、0.2 mm、0.1 mm四种不同粒径的土壤样本.基于原始光谱数据及一阶微分转换光谱数据对土壤碳、氮、磷含量建立不同粒径的偏最小二乘回归、随机森林、高斯过程回归3种预测模型,比较建模R2以及RMSR选择最优模型,并筛选敏感波段构建模型进行评价.研究结果显示:(1)光谱反射率数值随土壤粒径的减小而增大,0.1 mm粒径的预测模型相比于其他粒径始终有着更好的精度;(2)基于一阶微分光谱建立的土壤有机碳、全氮、全磷含量估算模型均具有更高的精度;(3)基于敏感波段建立的偏最小二乘回归模型,建模R2范围0.62-0.98,验证R2范围0.36-0.94,相比其他模型具有更优秀更稳定的反演效果.研究结果表明通过控制土壤粒径建立土壤碳、氮、磷含量的估算模型是可行的,选择合适的粒径大小能够提高反演模型估算精度.而偏最小二乘回归作为具有较高精度的反演模型可以帮助提高模型的稳定性和预测能力,从而更准确地估算土壤中的碳、氮、磷含量.研究结果为基于高光谱遥感的不同粒径处理的湿地表层土壤碳、氮、磷定量反演提供坚实的理论支撑与技术支持.

泄放生态流量是修复小水电坝下减水河段生态系统的重要手段.大型底栖动物对环境变化敏感,是水生生态系统修复效果的重要指示生物类群.2021年,在重庆市巴南区一品河、五布河上共选择8座典型小水电,调查减水河段前端浅滩(评估点)的流量、河流生境、水质、底栖动物,并与近自然河段浅滩(参照点)对比,以评价生态流量泄放后减水河段的生态修复效果,探究影响底栖动物群落恢复的生态机制.结果显示:只有1座小水电的泄放量完全达到设计值.未达标泄放量的达成度平均值为41.0％.评估点河道湿润率平均值为47.6％.评估点和参照点的水质并无明显差异.底栖动物密度、大多数评估点的水生昆虫生物量和丰富度指数均显著低于参照点,平均值分别为参照点的25.8％、24.5％、43.2％.Shannon-Wiener多样性指数、Pielou指数与参照点无显著差异.评估点底栖动物以EPT昆虫(蜉蝣目、襀翅目、毛翅目昆虫)为优势,功能摄食类群以收集者和刮食者为优势,与参照点一致,但评估点各功能摄食类群密度普遍显著低于参照点.评估点底栖动物密度、丰富度、EPT昆虫密度与河道湿润率呈显著线性正相关.研究表明:泄放生态流量后,小水电近坝浅滩生境水质、底栖动物群落多样性、群落结构、功能摄食类群等与参照点无显著差异.底栖动物密度、水生昆虫生物量和丰富度、EPT昆虫密度等指标的恢复效果并不显著.减水河段的生态修复效果整体尚未达到预期.泄放量不足是阻碍底栖动物群落恢复的重要原因.

功能性状能单独或联合反映植物对环境变化的响应和适应策略并影响生态系统功能,探究河漫滩湿地植物功能性状及其空间特征,对理解河漫滩湿地植物的生态适应性机制具有重要意义.该研究选取武汉周边5条河流,对30种常见湿地草本植物的10个功能性状进行测定,对性状之间的相关关系、性状空间质量、性状重要性及物种在空间的分布进行了分析.结果显示,植物功能性状变异较大,性状与性状之间关联较弱;在功能性状空间中,当维度从1维增加至4维时,空间质量快速上升,6维空间质量最高;综合降维及空间质量,分析了4维性状空间的特征,在4维空间中,寿命、地下茎、株高、叶面积、比叶面积、叶干物质含量、叶氮含量以及叶碳含量与性状功能轴存在显著的相关关系,对功能性状空间的构建具有重要作用;16种植物位于凸包顶点,其中有10种植物出现频率较高,表明大部分湿地植物在性状上都有一定的独特性,在塑造性状空间中有重要作用.

水生态修复分区向上衔接水生态系统修复目标,向下引导修复工程的空间布局,是实现水资源要素系统修复的关键.当前,水生态修复分区面临层级体系不一、指标不全面、边界模糊等问题,因此,本研究以喀斯特生态脆弱区广西河池市为例,构建"流域自然单元-主导生态功能-生态胁迫风险"的多维分区体系框架.一级分区选取河流水系和地貌类型作为划分指标,识别子流域单元作为一级分区边界;二级分区采取"自上而下"的划分方法,在承接流域自然地理特征的基础上,明确水生态修复的目标,选取水源涵养、生物多样性和景观文化服务3项指标进行评价,利用K-means聚类方法对空间单元内的主导生态功能进行识别,以子流域单元作为二级分区边界;三级分区是生态修复工程的具体实施单元,选取水土流失、洪涝风险和人类干扰3项指标表征水生态系统面临的外部胁迫风险,进行三级分区划定.共划定11个水生态一级分区、4个二级分区和3个三级分区,综合流域自然地理格局、主导生态功能、生态胁迫风险的空间分异特征的三级分区结果,并结合子流域单元和乡镇行政单元确定分区边界,最终将水生态修复分区综合划分为5类、32个子生态分区,并分区、分类提出相应的生态修复策略.

国土空间生态修复是落实生态文明建设战略的重要举措,科学划定生态修复分区是有序推进国土空间生态修复工作的基本前提.本文以洮河流域为例,构建"生态系统抵抗能力-生态系统恢复能力-生态系统适应能力"的生态韧性分析框架,评价洮河流域生态韧性,划定国土空间生态修复分区,并提出相对应的生态修复措施.结果表明:洮河流域生态系统抵抗力和适应力指标空间分异较大,低值区与高值区之间缺乏自然过渡;生态系统恢复力指标空间差异明显,由东北向西南生态系统恢复力等级越高;生态韧性空间上呈现循环分布特征.基于韧性评价结果:洮河流域国土空间生态修复分区划分为五大类型,其中低生态韧性脆弱区分布在流域北部,占流域面积的7.49％;生态适应力提升区主要分布在甘南高原,占流域面积的34.04％;生态恢复力提升区主要集中在流域中部偏北区域,占流域面积的6.39％;生态抵抗力提升区分布零,占流域面积的16.57％;高生态韧性保护区主要分布在流域中部,占流域面积的35.52％.根据分区结果提出以提高林草覆盖率、增加景观类型为主的基于自然的生态修复措施,以期为生态保护修复工作提供参考.

青藏高原被誉为世界屋脊,是我国重要的生态安全屏障和高寒生物种质资源宝库,也是亚洲乃至北半球气候变化的"调节器",在我国生态保护和修复工作中居于特殊重要地位.青藏高原平均海拔超过4000 m,面积约260万km2,自然生态系统类型复杂多样,分布有森林、灌丛、高寒草原、高寒草甸、荒漠和冻土等多种陆地生态系统,还相间了湖泊、河流和沼泽等湿地生态系统,构成了丰富的生态系统多样性和景观多样性.

青藏高原水分循环研究是一个受到广泛关注的热点问题,但流域尺度内水分运移的研究相对薄弱.本文基于氢氧稳定同位素技术(δ2H和δ18O)研究了青海海北高寒草地生态系统国家野外科学观测研究站(海北站)的典型流域内的降水、浅层地下水、中层地下水、沼泽水、泉水、河水、湖水和土壤水的时空变异,利用MixSIAR模型定量分析各水体的水分来源与交换.结果表明:海北站小流域不同水源氢氧稳定同位素特征存在显著差异,湖水和降水同位素值变幅大于其他水体,湖水同位素富集程度高于其他水体;浅层地下水(3 m)是小流域水源涵养发挥的重要调节库,泉水是浅层地下水的地表表现形式;土壤水是小流域重要的水源涵养体,是大气降水-浅层地下水(3 m)-中层地下水(20 m)垂向交换的过渡,土壤水、浅层地下水通过横向径流向河流、沼泽进行水分补充.本研究可为高寒小流域水文模型的优化和水资源利用提供依据.

科学评估乡镇尺度生态系统服务价值(ESV)是乡村生态系统生产总值(GEP)定量核算以及镇域国土空间规划的重要前提.以四川丘陵区 215 个典型乡镇为研究对象,基于乡村生产—生活—生态用地("三生用地")分类系统和单位面积价值当量因子法,定量评估了乡镇尺度生态系统服务价值的空间分布及供需格局特征,并引入和弦图清晰表达了生态系统服务之间的权衡与协同关系.研究结果表明:(1)研究区乡村ESV空间分布存在明显的空间异质性和聚集特征,总体上南部和西南部丘陵区ESV高于北部和中部,中部地区ESV最低同时,ESV热点主要集中于西部和南部,冷点主要分布于中部和东北.(2)2015 年,研究区 ESV 为 62705 元·hm-2,以调节服务为主(75.69%),其次为食物生产(9.07%)和生境服务(6.45%).以农业生产用地为主导的乡村"三生用地"格局很大程度上导致了四川丘陵区ESV偏低,提升生态用地的数量与质量是改善区域生态系统服务的关键.对 ESV 的贡献率较高的"三生用地"类型为:乔木林地(41.25%)、河流湿地(22.95%)、水田(15.08%)、旱地(12.13).(3)生态系统供给服务与其他三类服务均存在权衡关系,而调节、文化和生境服务之间为协同关系.随着人类对食物与水资源获取能力的增强,可能导致研究区大部分生态系统服务的下降.(4)研究区生态系统服务供需失衡较为明显,供需模式以 L—H(39.98%)和 H—L(35.92%)为主,呈现两极分化的趋势.同时,H—H模式"三生用地"结构合理,经济生态效益协调,是乡镇尺度可持续发展的代表模板.本文研究结果可为四川盆地乡村振兴空间布局优化以及长江上游生态环境保护提供科学依据.