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叶春:关于在长江经济带布局以水质改善为目标的流域生态缓冲体系的思考

来源:国家长江保护修复联合研究中心 作者: 人气: 发布时间:2020-05-31 21:17:57

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叶春,博士、研究员,现任中国环境科学研究院湖泊生态环境研究所总工,长期从事湖泊水污染控制与生态修复技术研究,在流域生态缓冲体系研究方面获得过省部级一、二等奖。

摘要:生态缓冲带能够有效减缓流域内的人类活动或自然过程对水环境和水生态系统的影响.在长江经济带构建流域生态缓冲体系,对长江生态保护修复具有十分重要的意义.讨论了构建流域生态缓冲体系涉及的生态缓冲带位置选择、缓冲体系所占最低面积比率、宽度划定等一些基本的原则要求;利用卫星遥感影像数据,提取各汇水单元的地形特征、土地利用类型特征、土壤类型、土壤侵蚀强度、水文水系等数据,对长江经济带流域生态缓冲体系进行布局.结果表明:①长江经济带内林草地是主要土地利用类型,占区域总面积的62.46%,但是分布很不均匀,主要集中在西部高地和中下游的丘陵地带,在人口密集、农田密集的区域分布偏少;城镇用地主要集中在长江中下游地区.②土壤类型空间差异显著,浙江省、江苏省、湖南省、江西省及安徽省大部分区域的土壤多是黏性比较大,污染物迁移能力较低;而污染物迁移能力较强的砂质土或者土层较薄的山地草甸土主要分布在四川省北部、西北部.水力侵蚀、风力侵蚀和冻融侵蚀均有分布,且以水力侵蚀为主,建议在中度及以上侵蚀强度区域尽量减少污染源,重点布置缓冲带,增加该区域的缓冲力度.③长江经济带范围内可以利用的中小型湿地、小型河流支浜的面积至少有1.4×104 km2,再结合林草缓冲带,就可以形成一个生态缓冲体系.④在土地利用类型分布结果基础上,叠加土壤侵蚀强度和水系分布,将污染源区、中度及以上侵蚀强度区、水体区作为缓冲对象,建立缓冲体系的重点区域,总面积约14.26×104 km2,占长江经济带总面积的6.95%.对照欧美地区的研究,6.95%的缓冲体系面积占比是偏低的,需要在长江经济带开展深入研究来确定适宜的缓冲体系面积比,推进长江经济带流域生态缓冲体系的构建.

生态缓冲带作为一种保护隔离措施,被广泛应用于水土侵蚀控制、水质保护、城市园林绿化等[1-4],可以有效缓冲或减轻人类活动和自然过程对保护目标的干扰[5-7].我国的生态缓冲带概念始于“九五”期间的湖泊治理工作并逐渐推广应用,已经从最初的模糊概念逐步发展形成了一系列的理论及成套技术,在我国湖泊生态保护修复中发挥了重要作用[8-11].然而,与欧美地区相比,我国的生态缓冲带重视程度还有待提高,主要表现在其类型还不够丰富、覆盖面积比还比较小[12-14].欧美地区的生态缓冲带不仅有农田缓冲带、防风缓冲带、河岸缓冲带、牧场缓冲带,在较大流域内还有流域生态缓冲带,围绕同一个保护目标,多种类型的缓冲带相互联系、共同作用,从而形成一个有效的流域生态缓冲体系[15-16].流域生态缓冲体系可以定义为基于水体功能和环境保护目标,以流域主要水体为保护核心,以污染源—输移过程—受纳水体为路径的水污染物全过程缓冲、阻控的生态保护修复措施在流域的空间布局.这种缓冲体系包括但不限于湖泊水库生态缓冲带、河滨缓冲带、农田周围的植被缓冲带、海绵城市配套的植被缓冲带、湿地生态工程、农田污染生态拦截工程等.

长江经济带覆盖上海市、江苏省、浙江省、安徽省、江西省、湖北省、湖南省、重庆市、四川省、云南省、贵州省等11个省市,人口稠密、经济较为发达,在占全国21.4%的国土面积上,集聚了全国42.7%的人口、41.2%的GDP,长江经济带在区域发展总体格局中具有重要战略地位[17].长江经济带具有面积跨度大、土地利用复杂的特点,不成体系的零散设置的生态缓冲带是远远不足以满足长江大保护的时代需求,需要应用流域缓冲体系的理念,构建长江经济带流域缓冲体系,从流域层面进行规划,才能起到事半功倍的效果.

基于此,该研究以长江经济带为研究区域,分析影响大型流域缓冲体系构建的主要影响因素;利用卫星遥感影像数据,提取各子流域的地形特征、土地利用类型特征、土壤类型、土壤侵蚀强度、水文水系等信息,通过叠加筛选最终确定长江经济带流域缓冲体系的重点区域,以期为长江流域的整体规划、生态保护提供科学依据.

1.流域生态缓冲体系设置原则

流域生态缓冲体系的设置需要根据流域地形地貌特征、植被特征、流域生态目标等,考虑流域生态缓冲体系功效的影响因素,满足位置选择、缓冲带面积与流域面积比、缓冲带宽度等一些基本的原则要求.

1.1生态缓冲带的位置选择原则

生态缓冲带的位置决定其效果,缓冲带位置的选取要充分考虑缓冲带的主要目的.基于对国内外生态缓冲带研究的总结[18-21],以水质改善为目的的缓冲带位置选择原则如下:①为防止污染物直接进入水体,需在近河流、湖库区设置缓冲带;②缓冲带设置于流域上游比设置于流域下游或接近水体边缘更有效;③在污染源发生点位周围需设置缓冲带;④缓冲带宜设置在暴雨汇流区、洪水泛滥区;⑤高强度土壤侵蚀区需设置缓冲带.

1.2流域生态缓冲体系的面积占比原则

为了保证生态缓冲带能够充分发挥缓冲、拦截与阻控的生态保护作用,根据整个流域面积,确定合适的流域缓冲带面积占比是十分重要的.美国研究者在23个水体子流域对流域缓冲带面积占流域面积比例(10%、20%、30%、40%、50%)与水体水质进行了相关性研究,结果表明,随着流域缓冲带面积比的增加,水质与缓冲带面积之间呈显著正相关[22].当流域缓冲带占流域面积比增至30%以后,即30%~50%的流域缓冲带面积增加,虽有助于水质改善,但是改善的边际效应快速递减,存在一个拐点.因此,考虑到环境保护与土地利用、经济发展之间的平衡,流域生态缓冲体系占整个流域面积比最好设置在这个拐点范围.该比例关系与流域的开发强度、单位面积的污染产生量也有密切关系.森林或林地覆盖率高的区域,该比例可以采用缓冲带面积与污染流出负荷高的土地利用面积之比.由于我国人口密度高、污染负荷也相对较高,污染越重的区域,理论上而言,需要的流域生态缓冲体系占比可能更高,但是,通过加强缓冲带的生态建设、提高缓冲带环境功能,也可以相应地减少流域生态缓冲体系的面积占比.流域生态缓冲体系面积占整个流域面积的比例是一个非常重要的参数,在长江经济带该比例的取值需要开展深入的研究来确定,这对构建长江经济带生态缓冲体系具有重要指导意义.

1.3生态缓冲带的宽度划定原则

流域生态缓冲体系是由多个缓冲带单元组成的,每个缓冲带单元应该根据保护目标的功能,各自设置合理宽度,也即流域生态缓冲体系中不同类型的生态缓冲宽度不应该是完全一致的.划定各缓冲带单元宽度的主要原则包括:①水体环境质量要求越高,需要的保护程度就应该越高,因此水体环境质量要求越高的水体应该具有更宽的缓冲带;②污染强度高的区域应该设置更宽的缓冲带;③流域的经济发展水平越高,往往区域开发强度越高,通常对应较高的污染压力和人口密度,因此经济发达区域比欠发达区域需要更宽的生态缓冲带;④在同等或类似经济发展水平下,流域面积越大,最终进入水体的污染负荷量也越大,因此,通常在大流域面积内需划定更宽的缓冲带范围;⑤流域的土壤类型及土壤侵蚀强度直接关系到污染物的迁移扩散速率.应综合考虑土壤类型和土壤侵蚀强度,评估污染物随降雨径流进入水体的通量和强度,来确定生态缓冲带的宽度.一般而言,土壤侵蚀强度越大,需要的缓冲带宽度越大.

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