广元青竹江水生生态环境调查及生态服务价值评价10

第1页中文摘要河流生态服务功能及其价值评价是近年来关注的热点。虽然河流占地球面积较小，但其生态系统服务功能是森林的8倍多，是草地的36倍多。对河流生态系统服务功能进行定量评价，可以提高对河流价值的认识，科学合理地利用河流资源，实现河流利用的生态效益与经济效益协调发展。青竹江属嘉陵江上游重要支流，自古以来具有流量大、水质好、沿江污染小、生态保护相对较好等特点。但近些年来，由于盲目、无计划的取沙、修筑拦河坝、捕鱼、侵占湿地、施工建设等使青竹江河床急剧缩小，生物种群锐减，河流生态价值受到极大威胁。如何协调青竹江流域开发和保护之间的关系，以实现青竹江河流资源的可持续发展，是广元市各级政府、水利部门和社会各界人员关心的重点问题。本研究通过对广元市青竹江代表河段（陈家坝段）的水生生态环境进行调查，从生物多样性等角度出发，了解藻类植物和鱼类群落特征，分析水生生物多样性特征，并在实地调查基础上，根据所研究流域的特点和数据的可获得性，结合历史资料评估青竹江生态系统服务价值，以期为青竹江生态系统服务功能的评价、河流资源开发和可持续利用、沿江居民生活的改善、以及“川陕甘结合部经济文化生态强市”及“宜居广元”的建设提供参考。结果如下：1、本次青竹江陈家坝段在冬季采样中共采集到鱼类14种，隶属于14属4科2目1纲，归属于3种不同的鱼类食性类群；水生藻类4门5纲9目12科23属58种(包括变种)。水生藻类平均分类差异指数（△+）为70.4，分类差异变异指数（∧+）为545.5；鱼类的平均分类差异指数（△+）为59.6，分类差异变异指数（∧+）为104.0。青竹江陈家坝段鱼类分类差异指数均与嘉陵江中游相比差异不大。2、参考国内外河流水生生态系统生态服务功能的评价事例，尝试性将青竹江生态服务功能分为直接服务功能和间接服务功能，其中直接服务功能分为水供第2页给、水产品、水电、旅游四项；间接服务功能为贮水功能、大气组分调节、调蓄洪水、控制侵蚀、输沙、净化六项。3、2012年青竹江生态系统整体服务价值为：14.43×108元/a，其中直接价值为105706.32万元/a，间接价值为38592.31万元/a，直接价值是间接价值的2.739倍。因此，在青竹江开发中，在注意间接服务功能的同时，更要侧重直接服务功能的维护，改善现有的生态环境，使其发挥更大的生态经济价值。4、旅游功能是青竹江生态服务价值的核心功能，占评价的总服务功能的68.45%。青竹江各项服务功能价值排序为：旅游调蓄洪水贮水功能水电水产品水供给河流输沙控制侵蚀功能（造陆）净化功能大气组分调节。5、如何合理开发和保护当地特色的生态旅游资源是青竹江流域经济发展的重中之重。同时，在重点开发和保护流域核心功能时注意各项功能的协调发展和内在联系，如对于目前价值量较小的净化功能和输沙功能等，应注意到这些功能的减小和损害会影响核心功能的正常发挥，从而保持整个河流生态系统的稳定。关键词：青竹江，水生生态环境，分类多样性，生态服务价值评价第3页Abstract广元青竹江水生生态环境调查及生态服务价值评价第一章文献综述1.1水生生态系统1.1.1水生生态系统概述在《农业大词典》中水生生态系统定义为水生生物与水体环境构成的统一体，占地球表面总面积的2/3以上[1]。水生生态系统一般定义为水域系统中生物与生物、生物与非生物成分之间相互作用的统一体，是地球表面各类水域生态系统的总称[2]。各种水生生态系统中基本都栖息着自养生物（主要是藻类、水草等）、异养生物（包含各种无脊椎和脊椎动物）和分解者生物（指各种微生物）群落。各种生物群落与水环境之间相互作用，维持着特定的物质循环与能量流动，构成了完整的生态单元[3]。水生生态系统既是一个复杂的生态体系，又是一个动态的平衡，其结构和功能与所在水生生态环境条件和特点决定密切相关，如河流流态、流速、水量等。在生态系统中的生物种类和数量是由水生资源种类、数量以及水生生态系统特性决定的。1.1.2水生生态系统和生态服务功能分类目前，在水生生态系统分类上，按水中盐分的高低将其分为淡水生态系统（FreshWaterBiome）和海洋生态系统（marineecosystems）[3]。一般来说，淡水生态系统主要包括河流、溪流、水渠等流水水体和湖泊、池塘、水库等静水水体。在淡水水生生态系统里，初级生产者主要是藻类，还有芦苇、莲等水生高等植物；消费者主要是浮游动物、鱼类，也有穴居昆虫、蛙、蛇、水鸟等动物。依第4页据水流状态，淡水生态系统又可分为静水生态系统（still-waterecosystem,standing-waterecosystem）和流水生态系统(loticecosys-tem)[4]。一般认为不流动或很少流动的水体的为静水生态系统。静水水体因水的流动性小或不流动，水体底部沉积物较多，水的温度、溶解氧、二氧化碳、营养盐类等分层现象明显，特别是深水湖泊。在该系统中，生物群落比较丰富多样，并有明显分层与分带现象[3]。一般静水体的水生生物都比较的丰富。在水生植物里有挺水、漂浮、沉水等植物；水生动物则有各种水生昆虫及螺类，如在底泥上或底泥中还生活着各种需氧量少的摇蚊幼虫、螺、蚌类、水蚯蚓及虾、蟹等，以及水层中生活的各种浮游生物及鱼类等。此外，还有各种微生物广泛分布在水体的各部分。这些各类水生生物群落之间及其与水环境之间维持着特定的物质循环和能量流动，构成一个完整的生态单元。流水生态系统是指流动水体的生态系统，包括各种江河、溪流、沟渠等生态系统。流水生态系统的贮水量大约占内陆水体总水量的0.5%[1]。在流水生态系统中，初级生产者为藻类构成的黏附性群落、水生植物等，消费者主要是一些昆虫、无脊椎动物、两栖类以及鱼类。流水生态系统又可分为急流水与缓流水生态系统[3]。水生生态系统服务价值功能是指人类从水生生态系统获得的所有惠益，是生态系统与生态过程所形成及维持的人类赖以生存的自然环境条件与效用[5]。生态系统及其服务功能都与该区域甚至更大范围的自然环境与社会经济因素相关[6]。生态系统的服务功能多种多样，各功能之间相互联系、互相影响。根据评价与管理的差异，一般将水生态系统的服务功能可分为四大类：供给服务、调节服务、文化服务（休闲和垂钓）和支持服务[7]。其中，供给服务包括提供水产品（蛋白质和水）、供水、航运和水力发电；调节服务包括调蓄洪水、灌溉、净化水体和调节大气；文化服务包括休闲旅游、垂钓和文化科研；支持服务包括土壤的保持与形成、生物的栖息地，维持生物多样性[8]。按照服务功能性质分类，把河流生第5页态系统服务功能分为淡水供应、水能提供、物质生产、生物多样性的维持、生态支持、环境净化、灾害调节、休闲娱乐和文化孕育等[9]。1.1.3水生生物与水生生态系统关系水生生物群落是水生生态系统重要的组成部分，对水生生态系统结构和功能有重要影响。鱼类是一群终生生活在水中的变温脊椎动物，是河流生态系统的重要组成部分、是河流生态链的关键因子、是水生生物资源中受关注最大的种群，在河流生态系统能量流动、生物多样性保护、水环境的维持和恢复中发挥着重要的作用[10]。鱼类给人类提供了主要的食物来源，同时鱼类也处于整个水生食物链的顶端，其种群结构和数量对生态系统结构和功能有重要影响[11]。鱼类在维护水生生态系统平衡特别是保护水资源环境安全等方面具有不可替代的作用。比较经典的是刘健康院士和他的研究团队在1989—1992年间，通过在武汉东湖进行了多次原位围隔试验，结果发现，迄今在东湖中已消失18年的微囊藻水华，重新出现在不养鱼的围隔里，这表明鲢和鳙能有效地遏制微囊藻水华，并认为鲢、鳙遏制水华的有效放养密度(亦即有效生物量)为46-503gm[12]；郎宇鹏等通过野外模拟试验也发现，鲢投放密度为503gm对蓝藻有明显的抑制效果[13]。在一定密度下放养滤食性鲢、鲌与水生植物联合养殖对富营养化水体中藻类也会起到控制作用[14]。张跃伟等设计了以浮游动物（主要是鱼类）为主体的控藻生物链，缓解白洋淀的富营养化问题，并对控藻生物链各营养级之间摄食关系进行了探讨[15]。鱼类与周围环境的关系是对立统一的。一方面，鱼类把环境作为自身生活的因素，融入环境之中；另一方面，环境作为整体又影响着鱼类的生活。研究人员发现，一旦水生生态环境中某一因子发生变化，将会影响鱼类在水中的生活。饵料条件恶化，食物缺乏，则鱼类生长速度缓慢，性成熟时间延迟，怀卵量降低，第6页种群繁殖力下降[11]。水生生态环境对鱼类的影响主要是通过相关影响因子单一或者叠加来表现，主要有以下几个方面：盐度的变化会迫使鱼类自身通过一系列生理变化来调整体内外渗透压的动态平衡致使其生长存活与摄食、呼吸代谢、酶和激素水平与胚胎发育等相关生理指标[16],这些是影响鱼类生长代谢等各种生理活动的重要环境因素。另外，盐度也是影响鱼类胚胎及仔鱼发育的重要生态因子之一[17]。鱼类属变温动物，水温是影响鱼类生长及生理生化活动最重要的环境因素之一。实验发现，鱼类的生长一般与温度密切相关[18-19]。水温的变化不仅导致鱼类的夏眠和冬眠，而且还影响鱼类的繁殖和水体溶氧量，是与鱼类循环系统和呼吸系统关系最为密切、并进而影响鱼类生存的重要环境因子之一[20]。酸碱度对鱼类的影响也是很重要的，一般来说鱼类最适宜在中性或微碱性的水体中生长，其pH值约为7.5～8.5[21]。如果pH值过高或过低，不仅会引起水中一些化学物质的含量发生变化，甚至部分还会转变成有毒物质，这对鱼类的生长和浮游生物的繁殖极为不利[22]。水流对鱼类的影响也是比较大的，主要表现在繁殖方面。如长江中的四大家鱼和铜鱼的卵为漂流性卵，要求产卵场水流发生漩滚，鱼卵才不至于下沉[23]。当流速降低、流量减少、水流动能不足以形成漩滚时，鱼卵下沉，无法孵化成幼鱼[24]。因此，有时改变水流对鱼类的影响可能会是灭绝性的。除上面介绍的水生生态环境因子对鱼类也有一定影响外，近年来人类活动对鱼类影响也越来越显著，如挖沙、航行、淘金、水文和现代大型水利工程修建等。这些因素通过间接方式来影响水生生态环境，从而影响鱼类的生长、栖息、繁殖等。研究发现，一个水电站的大坝建成后，库区水位上升，库内水流流速降低，流态趋于稳定，水流对岸坡栖息地的冲蚀能力降低。形成的水库使原有河道失去急流、浅滩和较大的弯曲度，喜急流性鱼类的栖息环境发生变化，因而水库中急流性鱼类数目会有所减少[24]。第7页1.2河流生态系统服务价值评价研究进展生态系统服务价值是客观存在的，其与生态过程紧密结合在一起，给居住在地球上的人类提供着各项有偿的或无偿的服务[25]，是自然提供的人类福利[26]。生态系统一方面为人类提供实物型生态产品，另一方面为人类提供非实物型的生态服务[5]。对生态系统服务用货币进行量化在衡量人类和自然之间关系有着重要作用[27]，其重点在于该生态系统是否获得社会承认与接受，并受到相应的重视。以相应的经济指标来衡量生态系统对经济产品的贡献，有利于引导人们的经济以及其他的社会生产行为。河流是地球的动脉，是自然界物质和能量循环的重要途径，具有维护生物多样性、维持生命过程的多种生态功能，其服务价值评估意义重大。河流生态系统指河流水体的生态系统，属流水生态系统的一种，是陆地与海洋联系的纽带，在生物圈的物质循环中起着主要作用。随着人们对河流生态系统的重视，近年来有关河流生态系统服务价值的研究呈指数递增，发表在国内外期刊上的论文数量急剧增长[28]。这些不断增长的国内外期刊论文数量体现了生态服务价值领域的研究在不断深入。1.2.1国外河流生态系统服务价值评价研究进展河流生态系统服务价值评价起源于生态系统的基础研究。20世纪40年代以来的大量有关生态系统概念与理论的提出和发展，极大地促进了人们对河流生态结构与功能的认识与了解，并为人们研究河流生态系统服务功能与价值提供了科学基础。20世纪70年代以来，生态系统服务功能开始成为一个科学术语及生态学与生态经济学研究的分支[29]。1970年，在《人对全球环境影响》里的“关键环境问题研究”报告中首次使用生态系统服务功能的“