河道生态系统特征及其自净化能力研究现状与发展_杨丽蓉
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基金项目 : 国家水体污染控制与治理科技重大专项资助项目 ( 2008Z X 07526- 002-02) 收稿日期 : 2009-03-20; 修订日期 : 2009-05-07 ＊通讯作者 C o r r e s p o n d i n g a u t h o r . E m a i l :l i d i n g @r c e e s . a c . c n
Y A N GL i R o n g , C H E NL i D i n g , S U NR a n H a o
1S t a t e K e y L a b o r a t o r yo f U r b a na n dR e g i o n a l E c o l o g y , R e s e a r c hC e n t e r f o r E c o E n v i r o n m e n t a l S c i e n c e s , C h i n e s eA c a d e m yo f S c i e n c e s , B e i j i n g 100085, C h i n a 2G r a d u a t e U n i v e r s i t y o f C h i n e s e A c a d e m y o f S c i e n c e s , B e i j i n g 100049, C h i n a A c t aE c o l o g i c a S i n i c a , 2009, 29( 9) : 5066 ～ 5075.
摘要 : 河道生态系统包括河道水体和河岸带两大部分 , 具有净化水体 、降低污 染物浓度 的功能 。 研究 河道生态系 统的自净化 能 力对河道生态系统的健康评价 及水环境管理具有重要的意义 。 目前该领 域的研究 主要侧重于 两个方面 : 一方面 是运用水 质模 型的方法模拟评价河 道水体的自净化能力 , 另一方面则是研究河 岸植被缓冲 带对净化 水体的作用 。 系统总结了 目前研究 的特 点与不足 , 指出了今后应该重视的研究领域 , 主要包括 : ( 1) 应 加强研 究陆地生 态系统 空间异 质性对 河道自 净化能 力的影响 研 究; ( 2) 需要系统解剖河道剖面形态结构与空间布局对河道水 质自净化能 力的影响 ; ( 3) 重 视面向外 部复杂 环境的 参数获取 方 法的研究 ; ( 4) 综合河岸生态系统与河道水体生态系统 , 系统研究非点源污染在陆 水迁移和水体运移中河道生态系统自净 化能 力的时空变化特征 , 从而为开展河道生态系统健康评价 , 河道生态系统管理提供科学的依据 。 关键词 : 河道生态系统 ; 河道水 体 ; 河岸带 ; 自来自百度文库化能力
文章编号 : 1000-0933( 2009) 09-5066-10 中图分类号 : Q 149, X 26 文献标识码 : A
R i v e r e c o s y s t e m s a n dt h e i r s e l f p u r i f i c a t i o nc a p a b i l i t y : r e s e a r c hs t a t u s a n dc h a l l e n g e s
[ 2]
。
1. 1. 2 河道生态系统的结构 河道生态系统的结构参照河岸带四维结构的特征 , 可定义为系统内各组成要素在时空上的配置和联系 , 可概括由河道水体及河岸边高地组成的河道横向结构 、由河道上游至下游组成的纵向结构 , 由河道内地表水 至地下水进行物质交换和能量流动的垂直结构及时间尺度上的变化 , 河道生态系统的结构和功能呈现不同变 化的时间结构组成的四维结构
h t t p : //w w w . e c o l o g i c a . c n
9期
杨丽蓉 等 : 河道生态系统特征及其自净化能 力研究现状与发展
5067
经济的发展 、 人口的迅速增长 、 城市化的加速以及工业和农业集约化发展 , 使得用水需求越来越大 , 相应 产生了越来越多的污水和废水 , 日益严重的点源污染及非点源污染造成水体自净化能力逐渐下降 。 河道生态 系统作为人类社会经济的基础资源 , 不仅创造和维持了人类赖以生存和发展的生态环境条件 , 而且对社会 、 经 济、 环境的协调发展具有至关重要的作用 。 河道生态系统的自净化能力对减少水体污染具有重要的作用 。 本文从河道水体自净化能力和河岸植被 净化能力两个方面 , 总结归纳了河道生态系统自净化能力当前研究的现状和不足之处 , 并指出了应重点开展 的研究方向 。 通过对人类活动影响下的河道生态系统的自净化能力的研究 , 一方面为开展河道生态系统健康 评价具有重要的作用 , 另一方面分析其变化的原因对保护河道生态系统具有科学的指导意义 。 1 河道生态系统的内涵及水体自净化能力 1. 1 河道生态系统的内涵 1. 1. 1 河道生态系统的概念 河道作为河流的主体 , 是汇集和接纳地表和地下径流的场所及连通内陆和大海的通道 , 是河流生态系统 横向结构的重要组成部分
1, 2 1, ＊ 1
A b s t r a c t :Ar i v e r e c o s y s t e mc o m p r i s e s s t r e a mc h a n n e l s a n da d j a c e n t r i p a r i a nz o n e s .I t p r o v i d e s s o m e s i g n i f i c a n t e c o s y s t e m s e r v i c e s t h r o u g hd i l u t i n gp o l l u t i o nc o n c e n t r a t i o n sa n dp u r i f y i n gs t r e a mw a t e r s .T h e r e f o r e , s t u d i e so nt h es e l f p u r i f i c a t i o n c a p a b i l i t yo f ar i v e re c o s y s t e ma r ec r i t i c a l f o re c o s y s t e mh e a l t ha s s e s s m e n t a n de n v i r o n m e n t a l m a n a g e m e n t .T w om a j o r r e s e a r c ha p p r o a c h e s h a v e b e e nd e v e l o p e dt o s t u d yt h e r i v e r e c o s y s t e ms t r u c t u r e a n ds e r v i c e s , w i t ho n e f o c u s i n go nt h eu s eo f w a t e r q u a l i t ym o d e l s t oa s s e s s t h e s e l f p u r i f i c a t i o nc a p a b i l i t yo f a r i v e r e c o s y s t e ma n dt h eo t h e r s t u d y i n gt h er o l e s o f r i p a r i a n v e g e t a t i o nb u f f e r s i np u r i f y i n gs t r e a mw a t e r s .B a s e do ne x t e n s i v el i t e r a t u r er e v i e w s , w eh a v ei d e n t i f i e ds e v e r a l a r e a st h a t n e e df u r t h e r r e s e a r c h .F i r s t l y , m o r er e s e a r c hs h o u l db e c a r r i e do u t t o i n v e s t i g a t e h o wt e r r e s t r i a l l a n d s c a p e h e t e r o g e n e i t ya n d r i v e r c h a n n e l m o r p h o d y n a m i c s c o u l da f f e c t t h es e l f p u r i f i c a t i o nc a p a b i l i t yo f ar i v e r e c o s y s t e m .S e c o n d l y , m o r ee m p h a s e s s h o u l db ep a i du p o nt h em e t h o d o l o g yd e v e l o p m e n t t h a t c a ne n h a n c ee n v i r o n m e n t a l p a r a m e t e r e x t r a c t i o nf o ri m p l e m e n t i n g w a t e r q u a l i t yp r e d i c t i v em o d e l s i nc o m p l e xl a n d s c a p e s .L a s t l y , as i g n i f i c a n t a r e af o r c o n t i n u i n gr e s e a r c hi s t h es y s t e m a t i c s t u d yo nn o n -p o i n tp o l l u t a n t st r a n s p o r t i n gf r o ml a n dt ow a t e r a n dw i t h i ns t r e a mw a t e r sa n dt h er e s u l t a n t s p a t i o t e m p o r a l c h a r a c t e r i s t i c s o f t h es e l f -p u r i f i c a t i o nc a p a b i l i t yo f ar i v e re c o s y s t e m ;s u c has t u d yc a np r o v i d eu s e f u li n s i g h t sf o rr i v e r e c o s y s t e ma s s e s s m e n t a n dm a n a g e m e n t . Ke yWo r d s :r i v e r e c o s y s t e m ;r i v e r c h a n n e l ;r i p a r i a nz o n e ;s e l f p u r i f i c a t i o nc a p a b i l i t y
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。 河道生态系统由河道水体和河岸带两部分组成 , 河道水体生态系统主要是由
河床内的水生生物及其生境组成 ; 河岸带生态系统主要由岸边的植物 、迁徙的鸟群及其环境组成 , 是陆地生态 系统和河流生态系统进行物质 、能量 、 信息交换的过渡地带 ① 。 河岸带作为河道水体运动的外边界条件 , 是河 道稳定的关键地带
第 29 卷第 9 期 2009 年 9月
生 态 学 报 A C T AE C O L O G I C AS I N I C A
V o l . 29, N o . 9 S e p . , 2009
河道生态系统特征及其自净化能力研究现状与发展
杨丽蓉
1, 2
, 陈利顶
1, ＊
, 孙然好
1
( 1. 中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室 , 北京 100085;2. 中国科学院研究生院 , 北京 100049)
Y A N GL i R o n g , C H E NL i D i n g , S U NR a n H a o
1S t a t e K e y L a b o r a t o r yo f U r b a na n dR e g i o n a l E c o l o g y , R e s e a r c hC e n t e r f o r E c o E n v i r o n m e n t a l S c i e n c e s , C h i n e s eA c a d e m yo f S c i e n c e s , B e i j i n g 100085, C h i n a 2G r a d u a t e U n i v e r s i t y o f C h i n e s e A c a d e m y o f S c i e n c e s , B e i j i n g 100049, C h i n a A c t aE c o l o g i c a S i n i c a , 2009, 29( 9) : 5066 ～ 5075.
摘要 : 河道生态系统包括河道水体和河岸带两大部分 , 具有净化水体 、降低污 染物浓度 的功能 。 研究 河道生态系 统的自净化 能 力对河道生态系统的健康评价 及水环境管理具有重要的意义 。 目前该领 域的研究 主要侧重于 两个方面 : 一方面 是运用水 质模 型的方法模拟评价河 道水体的自净化能力 , 另一方面则是研究河 岸植被缓冲 带对净化 水体的作用 。 系统总结了 目前研究 的特 点与不足 , 指出了今后应该重视的研究领域 , 主要包括 : ( 1) 应 加强研 究陆地生 态系统 空间异 质性对 河道自 净化能 力的影响 研 究; ( 2) 需要系统解剖河道剖面形态结构与空间布局对河道水 质自净化能 力的影响 ; ( 3) 重 视面向外 部复杂 环境的 参数获取 方 法的研究 ; ( 4) 综合河岸生态系统与河道水体生态系统 , 系统研究非点源污染在陆 水迁移和水体运移中河道生态系统自净 化能 力的时空变化特征 , 从而为开展河道生态系统健康评价 , 河道生态系统管理提供科学的依据 。 关键词 : 河道生态系统 ; 河道水 体 ; 河岸带 ; 自来自百度文库化能力
文章编号 : 1000-0933( 2009) 09-5066-10 中图分类号 : Q 149, X 26 文献标识码 : A
R i v e r e c o s y s t e m s a n dt h e i r s e l f p u r i f i c a t i o nc a p a b i l i t y : r e s e a r c hs t a t u s a n dc h a l l e n g e s
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1. 1. 2 河道生态系统的结构 河道生态系统的结构参照河岸带四维结构的特征 , 可定义为系统内各组成要素在时空上的配置和联系 , 可概括由河道水体及河岸边高地组成的河道横向结构 、由河道上游至下游组成的纵向结构 , 由河道内地表水 至地下水进行物质交换和能量流动的垂直结构及时间尺度上的变化 , 河道生态系统的结构和功能呈现不同变 化的时间结构组成的四维结构
h t t p : //w w w . e c o l o g i c a . c n
9期
杨丽蓉 等 : 河道生态系统特征及其自净化能 力研究现状与发展
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经济的发展 、 人口的迅速增长 、 城市化的加速以及工业和农业集约化发展 , 使得用水需求越来越大 , 相应 产生了越来越多的污水和废水 , 日益严重的点源污染及非点源污染造成水体自净化能力逐渐下降 。 河道生态 系统作为人类社会经济的基础资源 , 不仅创造和维持了人类赖以生存和发展的生态环境条件 , 而且对社会 、 经 济、 环境的协调发展具有至关重要的作用 。 河道生态系统的自净化能力对减少水体污染具有重要的作用 。 本文从河道水体自净化能力和河岸植被 净化能力两个方面 , 总结归纳了河道生态系统自净化能力当前研究的现状和不足之处 , 并指出了应重点开展 的研究方向 。 通过对人类活动影响下的河道生态系统的自净化能力的研究 , 一方面为开展河道生态系统健康 评价具有重要的作用 , 另一方面分析其变化的原因对保护河道生态系统具有科学的指导意义 。 1 河道生态系统的内涵及水体自净化能力 1. 1 河道生态系统的内涵 1. 1. 1 河道生态系统的概念 河道作为河流的主体 , 是汇集和接纳地表和地下径流的场所及连通内陆和大海的通道 , 是河流生态系统 横向结构的重要组成部分
1, 2 1, ＊ 1
A b s t r a c t :Ar i v e r e c o s y s t e mc o m p r i s e s s t r e a mc h a n n e l s a n da d j a c e n t r i p a r i a nz o n e s .I t p r o v i d e s s o m e s i g n i f i c a n t e c o s y s t e m s e r v i c e s t h r o u g hd i l u t i n gp o l l u t i o nc o n c e n t r a t i o n sa n dp u r i f y i n gs t r e a mw a t e r s .T h e r e f o r e , s t u d i e so nt h es e l f p u r i f i c a t i o n c a p a b i l i t yo f ar i v e re c o s y s t e ma r ec r i t i c a l f o re c o s y s t e mh e a l t ha s s e s s m e n t a n de n v i r o n m e n t a l m a n a g e m e n t .T w om a j o r r e s e a r c ha p p r o a c h e s h a v e b e e nd e v e l o p e dt o s t u d yt h e r i v e r e c o s y s t e ms t r u c t u r e a n ds e r v i c e s , w i t ho n e f o c u s i n go nt h eu s eo f w a t e r q u a l i t ym o d e l s t oa s s e s s t h e s e l f p u r i f i c a t i o nc a p a b i l i t yo f a r i v e r e c o s y s t e ma n dt h eo t h e r s t u d y i n gt h er o l e s o f r i p a r i a n v e g e t a t i o nb u f f e r s i np u r i f y i n gs t r e a mw a t e r s .B a s e do ne x t e n s i v el i t e r a t u r er e v i e w s , w eh a v ei d e n t i f i e ds e v e r a l a r e a st h a t n e e df u r t h e r r e s e a r c h .F i r s t l y , m o r er e s e a r c hs h o u l db e c a r r i e do u t t o i n v e s t i g a t e h o wt e r r e s t r i a l l a n d s c a p e h e t e r o g e n e i t ya n d r i v e r c h a n n e l m o r p h o d y n a m i c s c o u l da f f e c t t h es e l f p u r i f i c a t i o nc a p a b i l i t yo f ar i v e r e c o s y s t e m .S e c o n d l y , m o r ee m p h a s e s s h o u l db ep a i du p o nt h em e t h o d o l o g yd e v e l o p m e n t t h a t c a ne n h a n c ee n v i r o n m e n t a l p a r a m e t e r e x t r a c t i o nf o ri m p l e m e n t i n g w a t e r q u a l i t yp r e d i c t i v em o d e l s i nc o m p l e xl a n d s c a p e s .L a s t l y , as i g n i f i c a n t a r e af o r c o n t i n u i n gr e s e a r c hi s t h es y s t e m a t i c s t u d yo nn o n -p o i n tp o l l u t a n t st r a n s p o r t i n gf r o ml a n dt ow a t e r a n dw i t h i ns t r e a mw a t e r sa n dt h er e s u l t a n t s p a t i o t e m p o r a l c h a r a c t e r i s t i c s o f t h es e l f -p u r i f i c a t i o nc a p a b i l i t yo f ar i v e re c o s y s t e m ;s u c has t u d yc a np r o v i d eu s e f u li n s i g h t sf o rr i v e r e c o s y s t e ma s s e s s m e n t a n dm a n a g e m e n t . Ke yWo r d s :r i v e r e c o s y s t e m ;r i v e r c h a n n e l ;r i p a r i a nz o n e ;s e l f p u r i f i c a t i o nc a p a b i l i t y
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。 河道生态系统由河道水体和河岸带两部分组成 , 河道水体生态系统主要是由
河床内的水生生物及其生境组成 ; 河岸带生态系统主要由岸边的植物 、迁徙的鸟群及其环境组成 , 是陆地生态 系统和河流生态系统进行物质 、能量 、 信息交换的过渡地带 ① 。 河岸带作为河道水体运动的外边界条件 , 是河 道稳定的关键地带
第 29 卷第 9 期 2009 年 9月
生 态 学 报 A C T AE C O L O G I C AS I N I C A
V o l . 29, N o . 9 S e p . , 2009
河道生态系统特征及其自净化能力研究现状与发展
杨丽蓉
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, 陈利顶
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, 孙然好
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( 1. 中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室 , 北京 100085;2. 中国科学院研究生院 , 北京 100049)