维持湿地服务功能的生态流量阈值研究

Environmental flow is one of the most important factors for the wetlands ecosystem health and services & functioning maintenance, and wetland degradation resulting from the insufficiency of environmental flows has aroused widespread concern. Implementation of environmental flows for meeting the threshold of single component could not ensure the ecosystem sustainability. In this proposal, using Baiyangdian Weltand as a case study, we will analyze the potential interrelationships between environmental flows and ecosystem services & functioning by using the means of in situ monitoring, mathematical statistics, emergy analysis, and uncertainty analysis, in order to reveal the environmental flow thresholds. Firstly, the components of environmental flows will be analyzed to determine the environmental flows spectrum for wetlands; secondly, the ecosystem services & functioning of the wetlands will be evaluated based on the emergy analysis and ecological network analysis, and then sorted and screened out the main types of the ecosystem services & functioning. And then we could discuss the magnitude, amplitude and sensitivity of influence on ecosystem services and function by changing environmental flows, revealing the response mechanism between of them. Finally, we will determine the threshold ranges of wetlands environmental flows, and develop the models of environmental flows allocation and regulation to coordinate the ecological, social and economic development. The success of the research above will supply reliable technical support for environmental flow implementation, as well as provide the scientific basis for wetlands' overall conservation.

生态流量是保障湿地系统健康、维系服务功能的关键因素。由于生态流量不足而造成湿地系统服务功能退化已引起广泛关注。目前聚焦单要素的生态流量或简单阈值难以满足生态系统整体需求。本项目从湿地生态流量过程与服务功能这一整体性指标的内在关联切入，以白洋淀湿地为例，采用原位监测、数理统计、能值分析、不确定性分析等手段开展面向湿地服务功能维持的生态流量阈值研究。从生态流量的量质、时空属性多维角度，厘定湿地生态流量的谱系结构，定量分析湿地生态流量过程、驱动机制及变化趋势，研究不同生态流量变化条件下湿地服务功能的能值流动及其通量，阐明服务功能响应时空格局与演变规律，揭示湿地生态流量关键要素对重要服务功能的影响机制，确定维护湿地生态服务功能的生态流量阈值范围，提出维持和增强湿地服务功能的生态流量优化管理策略与保障机制，为湿地生态流量管理与调控提供范式。

本研究主要针对白洋淀湖泊湿地和黄河三角洲淡水恢复湿地进行研究。深入分析了典型湿地的生态流量特征，提取了与生态服务功能密切相关的生态流量关键要素，揭示了生态流量各要素的时空变化规律。采用物质量、价值量和能值等不同方法定量核算了典型湿地包括供给功能、调节功能、支撑功能和文化功能四大类的生态系统服务功能价值，并根据能值流动、转移和累积特征对水生态服务流的移动路径进行分析；构建湿地生态流量关键要素与主导生态服务功能能值的关联矩阵，阐明了不同生态流量关键要素对湿地服务功能的贡献和相关系数，以生态流量关键要素为自变量、以生态服务功能最优为生态系统恢复的目标，构建生态流量关键要素与能值量曲面，分析湿地主导服务功能受生态流量关键要素影响的敏感性与时滞性，揭示了维护湿地生态系统服务最优的各关键要素取值范围。考虑湿地生态系统服务的权衡模式，获得了权衡供给功能、调节功能和文化功能之间关系的湿地生态流量阈值范围。克服了以往研究多集中于湿地生态流量单要素（水位、流量等）对生态系统某特定服务功能的影响，聚焦单要素的生态流量或简单阈值难以满足生态系统整体需求。针对湿地生态流量调控的典型案例，探讨了生态补水后湿地植被、底栖生物种类分布、生物多样性的响应规律，及其潜在生态风险损失。在确定湿地生态流量阈值范围基础上，以最大限度地发挥湿地服务功能的各种效益为主要目标，协调生态、资源与经济的关系，构建湿地生态流量调控模型。结合现状与未来水资源发展规划，分析流域内可利用的水资源时空调控模式，模拟不同生态流量调控组合情景下湿地服务功能的变化，提出协调生产、生活、生态的最优调控模式。提出了将生态流量调控方案纳入水资源综合管理，更好地辅助湿地生态系统管理与决策。截止到目前，已公开发表期刊学术论文14篇（绝大部分为第一作者或通讯作者，均有标注），其中国际主流期刊SCI论文11篇，核心期刊论文3篇。