云貴高原典型陸地生態(tài)系統(tǒng)研究（二）典型流域生態(tài)系統(tǒng)、水生態(tài)過程與面源污染控制
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- 作者：王震洪主編
- 出版時間：2013/1/1
- ISBN：9787030361042
- 出 版 社：科學出版社
- 中圖法分類：P942.7
- 頁碼：348
- 紙張：膠版紙
- 版次：1
- 開本：16K
《云貴高原典型陸地生態(tài)系統(tǒng)研究（2）：典型流域生態(tài)系統(tǒng)、水生態(tài)過程與面源污染控制》首先提出流域生態(tài)系統(tǒng)結構的新框架，并分析了流域系統(tǒng)結構成分特征及成分之間的相互關系；探討了不同土地利用類型降雨徑流作用下污染物產生特征，徑流水、污染物和影響因子間的相互作用；利用流域出口監(jiān)測資料，評價了流域面源污染物輸出特征和動態(tài)規(guī)律；討論了農村戶用復合多功能污水處理、生態(tài)溝道污水處理和坡式濕地污水處理三級系統(tǒng)的結構、功能、施工工藝及污水的處理效果；介紹了針對農村設計的新型堆漚肥系統(tǒng)、玻璃鋼沼氣池系統(tǒng)、蚯蚓分解池系統(tǒng)處置農村固體廢棄物，實現(xiàn)循環(huán)利用的技術模式；總結了削減農田氮磷排放的有機水稻種植模式、緩控釋肥、精準化施肥、生物菌肥施用技術和控制坡耕地土壤侵蝕的植物籬種植技術模式。
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《云貴高原典型陸地生態(tài)系統(tǒng)研究（2）：典型流域生態(tài)系統(tǒng)、水生態(tài)過程與面源污染控制》對云貴高原地區(qū)的森林、灌叢、水流域生態(tài)系統(tǒng)等的特點、存在的問題和解決方法等給予了詳細地介紹，對于生態(tài)學研究者，特別是關注我國西南地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)、地質地貌、農業(yè)農村等科研工作的人員具有重要的參考意義。
王震洪，貴州大學生命科學學院教授、博士生導師。在理論研究方面，主要從事流域生態(tài)系統(tǒng)降雨作用下地表物質過程與植被的相互作用、植物種多樣性的生態(tài)系統(tǒng)功能研究，在應用研究方面，主要從事小流域綜合治理、湖泊面源污染控制生態(tài)工程、數(shù)字流域系統(tǒng)的理論和技術研究。承擔:國家攻關項目——滇池流域面源污染控制、國家自然科學基金項目——西南巖溶區(qū)常綠闊葉林調控土壤水力侵蝕的植物學機理等科研項目。
第一章 典型流域生態(tài)系統(tǒng)
摘要流域作為地貌學和水文學的研究單元，具有明確的物質界限和范圍。在流域尺度上定義生態(tài)系統(tǒng)，一方面使生態(tài)系統(tǒng)具有客觀的研究尺度，另一方面使流域單元蘊涵著豐富的生態(tài)學規(guī)律。流域的最大特點是水文和伴隨的物質輸送過程，因此流域生態(tài)系統(tǒng)的研究核心是流域系統(tǒng)結構與水生態(tài)過程的關系及規(guī)律。本節(jié)討論了流域作為生態(tài)系統(tǒng)研究尺度的意義，定義了流域生態(tài)系統(tǒng)的結構和水生態(tài)過程的概念，討論了流域生態(tài)系統(tǒng)的形態(tài)和量化指標，分析了流域系統(tǒng)各結構成分的特征及相互關系，認為流域生態(tài)系統(tǒng)由形態(tài)上具有顯著差異的河網、網間帶和湖泊構成。河網由溝道和河道構成；網間帶由表面特征和生態(tài)功能具有顯著差異但表面均勻的土地類型構成，包括林地、荒山荒坡、草地、坡耕地、農田、人居環(huán)境；湖泊包括人工壩塘、水庫、天然湖泊和濕地。河網是連接網間帶和湖泊的徑流及物質輸送通道，其形態(tài)結構、功能與網間帶和湖泊特征有關。湖泊大小、水位和功能受網間帶及河網的調控。河網的侵蝕、湖泊的沉積也調節(jié)著網間帶的形態(tài)結構，三個結構成分之內和之間發(fā)生著一系列的生態(tài)作用和過程，其中水生態(tài)過程是流域最典型的生態(tài)系統(tǒng)過程，流域生態(tài)系統(tǒng)各結構成分之間相互作用必須依賴于水生態(tài)過程。流域各結構成分之內的生態(tài)過程如生物量、生產力、多樣性，土壤侵蝕、面源污染物產生、輸送對其他兩個結構成分的影響一般要通過水生態(tài)過程。山區(qū)河道中的階梯?深潭系統(tǒng)對維持河道穩(wěn)定和河道生物多樣性具有重要意義。河道系統(tǒng)組成和物質成分反映了河道上游網間帶特性。河道下游的沖淤過程與上游網間帶的生態(tài)過程有關，并影響著三角洲和河道的演化。從倫理學的角度，河道具有生命的意義。河道演變中，受網間帶面積、氣候、地質、地貌的影響，形成了不同的類型。山區(qū)河道和平原河道在形態(tài)特征、水生態(tài)過程、生態(tài)效應方面具有顯著的差異。溝道作為河道的上游部分，具有與河道不同的特征。溝道侵蝕使網間帶面積減小，營養(yǎng)物質向河道、湖泊輸送，對河道、湖泊產生了淤積作用，改變著河道、湖泊生態(tài)環(huán)境和生態(tài)過程。網間帶的生態(tài)格局和過程調控著河網、湖泊水體環(huán)境質量。網間帶中坡耕地、人居環(huán)境系統(tǒng)和農田是面源污染的主要來源。網間帶的個體、種群、群落、生態(tài)系統(tǒng)的格局和過程都會在形態(tài)、結構、功能上影響溝道、河道和湖泊，溝道、河道和湖泊在形態(tài)、結構、功能的變化也會反作用于網間帶的個體、種群、群落、生態(tài)系統(tǒng)的格局和過程，因此，河網、網間帶和湖泊是一個有機的整體，構成有固定界限的流域生態(tài)系統(tǒng)。
關鍵詞流域生態(tài)系統(tǒng)；網間帶；河網；溝道；河道；湖泊；面源污染；水生態(tài)過程；階梯?深潭系統(tǒng)
1.1流域作為生態(tài)系統(tǒng)研究尺度的意義
流域（watershed）是指地球陸地上一個閉合的匯水區(qū)域。流域在空間上可由形態(tài)及結構具有差異的河網、網間帶和湖泊構成（圖1?1）。河網是連接上游網間帶與下游湖泊的物質輸送通道，由溝道、河道構成；網間帶是流域內溝道和河道之間的部分，包括不同的土地利用類型，如林地、坡耕地、農田、荒山荒坡、人居環(huán)境；湖泊是流域中儲存徑流的水體，包括壩塘、水庫、湖泊和濕地。河網、網間帶和湖泊內部及相互之間發(fā)生著一系列的生態(tài)過程，其中水生態(tài)過程是流域最典型的生態(tài)系統(tǒng)過程。水生態(tài)過程是指由于水在循環(huán)過程中與環(huán)境的作用而導致流域中的河網、網間帶和湖泊發(fā)生的一系列變化過程。這些過程主要是在流域尺度上水的下落、流動、滲透過程中導致河網、網間帶和湖泊發(fā)生的形態(tài)、結構和功能的變化。
圖1?1流域生態(tài)系統(tǒng)結構
在構造運動形成的原始地形上，降水和徑流的塑造作用形成了流域。流域是水生態(tài)過程的產物和發(fā)生水生態(tài)過程的場所。不同地區(qū)流域的河網、網間帶、湖泊特征是不同的，這些不同導致了流域水生態(tài)過程的差異。例如，長江中下游河網地區(qū)流域，河道較密、坡降小、河道形態(tài)受人類影響較大，網間帶平緩、地下水位高、土地利用類型主要是農田，河道水位高、流速慢、營養(yǎng)鹽豐富。而在長江上游的云貴高原地區(qū)，流域的這些特征剛好相反，即河道較稀疏、坡降大、河道形態(tài)受人類影響小，網間帶起伏大、地下水位低、土地利用類型主要是林地和灌叢，河道中水位低，很多是季節(jié)性河流，水流速度快。
在流域中，水既是一個塑造流域的媒介，也是連接河網、網間帶、湖泊的媒介。液體水還是生態(tài)系統(tǒng)中生命元素得以無限循環(huán)的介質，是人類賴以生存和社會經濟發(fā)展的重要資源。水資源的開發(fā)、利用和管理已成為各國普遍重視的課題。水資源的形成、時空變化、容量、人口承載力等問題的研究，以及正確制定水資源發(fā)展戰(zhàn)略，協(xié)調各國水資源利用，都常常在流域尺度上開展。水在流域中的流動將網間帶的污染物輸送到河道、湖泊中，從流域上游輸送到下游，導致流域一系列水污染問題。流域中污染物的積累、遷移、轉化，不論在生物個體水平，還是在流域水平都與水有關。流域內河網和湖泊富營養(yǎng)化問題、網間帶水土流失問題、河網和湖泊沖淤問題都與水在流域中的流動有關。因此，流域尺度上水生態(tài)過程的知識對保護和合理利用水資源、解決流域污染問題具有重要意義。
現(xiàn)代生態(tài)學發(fā)展表明，生態(tài)學不斷向宏觀和微觀兩個方向拓展。宏觀的最大尺度是從全球研究環(huán)境變化的生態(tài)學問題，是各種生態(tài)學過程的整合，即全球生態(tài)學；微觀方面是利用分子生物學技術探討生態(tài)學過程的分子機制，即分子生態(tài)學。在宏觀和微觀的兩極之間，存在著一系列中間地帶的生態(tài)學，如個體生態(tài)學、種群生態(tài)學、群落生態(tài)學、生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學、景觀生態(tài)學等。生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學是以具有非生物成分、生產者、消費者、分解者及相互關系為研究對象的生態(tài)學，生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學的發(fā)展使生態(tài)學領域達到了一個新的高度。生態(tài)學家在生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學這一中尺度上改革生態(tài)系統(tǒng)成分論（非生物成分、生產者、消費者、分解者成分），發(fā)展了景觀生態(tài)學的斑塊論（斑塊、廊道、基底），將生態(tài)系統(tǒng)成分作為斑塊中的元素，研究生態(tài)問題。但是，不論是生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學還是景觀生態(tài)學，在研究格局和過程時，尺度問題一直困擾著生態(tài)學家。生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學和景觀生態(tài)學在尺度上彈性比較大，特別是生態(tài)系統(tǒng)，尺度可從局域尺度到區(qū)域尺度，而且常常沒有一個自然的分界線，一般都是根據(jù)研究的便利主觀上進行確定。如果把流域作為生態(tài)系統(tǒng)的研究尺度，那么生態(tài)系統(tǒng)就有了客觀的自然分界線和尺度，即地球陸地一個閉合的匯水區(qū)域。以這一尺度為單元的生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學研究被生態(tài)學家確定為流域生態(tài)學，并把流域系統(tǒng)確定為高地、濱岸帶和水體構成的系統(tǒng)（吳剛和蔡慶華，1998；鄧紅兵等，1998；尚宗波和高瓊，2001）。筆者將流域系統(tǒng)確定為河網、網間帶和湖泊構成的系統(tǒng)，這樣確定的理由主要是：①盡管湖泊和河網的主體都是水體，但湖泊和河網的環(huán)境條件、動力學過程具有很大差異，它們具有顯著差異的生態(tài)特征；②在流域中，很容易區(qū)分主要起物質輸送作用的河網、起物質儲存作用的湖泊和起物質輸出作用的網間帶，使流域結構和功能的研究具有客觀明確的界限；③用河網、網間帶和湖泊作為流域的要素，能使流域生態(tài)學的概念和地貌學、水文學上的概念通用，并為流域尺度上的生態(tài)學帶來豐富的信息和方法論基礎。
以流域為尺度，關注水生態(tài)過程為核心的河網、網間帶和湖泊之間關系及調控的流域生態(tài)系統(tǒng)研究（可稱為水生態(tài)過程論，有別于生態(tài)系統(tǒng)成分論、景觀生態(tài)斑塊論），具有以下三個方面的生態(tài)學意義。①流域具有客觀自然的研究尺度（非人為劃定），使研究具有很好的可操作性。因為生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學理論認為，只要是由非生物成分、生產者、消費者、分解者構成的相互作用體系，如小到一個池塘、大到整個地球范圍都可以是生態(tài)系統(tǒng)，使生態(tài)系統(tǒng)的研究工作在許多問題上由于尺度問題被困擾，用流域限定生態(tài)系統(tǒng)范圍使生態(tài)系統(tǒng)具有客觀物質界限，并清晰化。②水資源、水環(huán)境和面源污染問題是目前備受關注的生態(tài)環(huán)境問題，這些問題都與流域尺度上河網、網間帶和湖泊之間的水生態(tài)過程相關，通過流域尺度上的水生態(tài)過程研究，可以優(yōu)化生態(tài)系統(tǒng)過程，實現(xiàn)流域水資源保護和水環(huán)境改善。③生態(tài)學家普遍認為，生態(tài)學缺乏普適原理，在一個等級尺度上研究獲得的生態(tài)學規(guī)律，常常不能被利用來建立其他等級生態(tài)學的理論體系。由于流域在形態(tài)和結構上具有自相似性，把不同等級生態(tài)學中的格局和過程布置在不同尺度流域上進行研究，并與水生態(tài)過程聯(lián)系，有可能使小流域尺度上的研究結果和規(guī)律外推到大流域尺度上，提高生態(tài)學理論的普適性。
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