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科学诊断 精准施策 全面支撑河流生态恢复

2018-03-05 09:45 作者:童克难 等 来源:中国环境报 编辑:刘飞
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编者按

流域面积55.68万平方公里,河长和水资源量居全国第三。松花江,一条孕育了两岸青山绿水的水系,一条庇护了沿江两岸生灵繁衍生息的母亲河。随着流域经济的快速发展,松花江流域环境问题也日益突出。作为全国七大流域之一的松花江流域,重化工业多,历史欠账多,治理难度大,污染排放强度居高不下,河流的生态功能严重退化,沿流域广大群众生产生活受到极大影响,流域可持续发展受到制约。

“虽然近年来国家和地方对松花江流域生态环境保护日益重视,环保投入持续加大,松花江流域水质整体趋于好转,但与上世纪60年代~70年代相比,流域生态系统健康总体状况依然严峻。” 水专项“松花江水生态完整性评价与生态恢复关键技术研究及示范”课题负责人表示。

国家水专项课题“松花江水生态完整性评价与生态恢复关键技术研究及示范”立足于恢复松花江健康水生态系统的技术需求,经过两年多的科技攻关取得显著成果与进展。针对我国当前缺乏完善的寒冷性河流水生态完整性评价体系现状,初步构建了松花江水生态完整性评价技术体系,可进一步丰富松花江流域生态环境管理手段,为推动松花江由水质管理向水生态系统健康管理转变提供技术支撑。

针对松花江生物多样性降低、河滨原生植被受损、面源污染严重、珍稀鱼类减少等问题,课题重点突破了寒冷地区受损水体生态恢复技术、动物栖息地近自然恢复技术、滨岸带农业面源污染控制技术、珍稀鱼类生态恢复技术等,有效支撑了松花江流域水质改善与生态修复,为我国寒冷地区河流生态环境保护提供了可供借鉴的整装成套技术支持。课题成果得到了黑龙江省相关管理部门及地方企业的高度重视和认可,在松花江流域管理和修复治理工作中得到了有效应用,助力黑龙江、吉林两省水污染防治行动计划的实施与松花江流域生态文明建设。

关注一

科学诊断

构建了寒冷地区河流水生态完整性评价技术方法

相关负责人介绍,课题围绕松花江流域水生态系统保护工作技术需求,借鉴国内外相关研究成果,在流域水生态功能分区基础上,阐明松花江上中下游水生生物与生态环境时空变化特征,初步构建了松花江水生态完整性评价技术体系,主要包括评价指标筛选技术、评价标准(参照状态/阈值)选取技术以及评价模型构建技术。课题成果创新了寒区河流水生态完整性评价技术方法,支撑了松花江水生态系统退化过程及其驱动机制研究,有助于客观评价松花江水生态系统受损程度与水生态恢复成效,可有效提升和进一步丰富松花江流域生态环境管理手段。

在评价指标筛选技术方面,课题在水生态功能二级分区基础上,结合流域污染源分布情况,对松花江例行监测数据及研究性调查数据进行分析,筛选出不同水生态功能分区的各项评价指标,可在一定程度上揭示环境压力与水生态响应因子的关系,改进了以往仅凭水化学指标进行评价的方式。通过数值分布特征分析、判别能力分析、冗余度分析、信噪比分析等一系列筛选过程,确定了松花江生物完整性评价核心指标为底栖动物物种数、摇蚊种类数、敏感种百分比、Hilsenhoff指数和Marglef指数。通过文献调研、专家咨询和松花江干支流实地勘察,建立了物理生境指标视觉筛选标准,进而提出了较为系统的松花江物理生境评价指标。

在评价标准(参照状态/阈值)选取技术方面,课题在借鉴国内外已有研究成果基础上,确定了水生态完整性评价标准选取技术。其中生物指标在水生态功能分区基础上,结合算数平均、加权平均、多元统计等数学方法对指标进行无量纲化,设定对应的权重,以指标分布累积曲线的95%分位数为最佳值,低于这个值的分布范围进行5等分,确定评价阈值和分级标准;物理指标通过专家组的最佳专业判断法(BPJ),选择能代表松花江干支流不同退化等级物理生境的典型江/河段作为研究对象,利用模糊评价、灰色系统评价、层次分析法及综合评价等方法确定评价阈值及标准;化学指标则分别对化学合成物质采用生态毒理学风险评价技术确定阈值,对天然化学物质采用统计学及流域背景值法确定阈值。

在评价模型构建技术方面,课题采用预测模型法构建松花江水生态完整性评价模型,模型综合了生物、化学、物理三大类要素层指标集。通过筛选或制定的参照/标准系统,利用统计学、数学方法计算期望值(E值),并将实际观测值(O值)与之比较,计算指标表征值;利用专家经验判断法对各指标进行权重赋值,最终获得水生态完整性评价表征值。

关注二

精准施策

突破了多项寒冷地区河流生态修复关键技术

针对松花江生物多样性降低、河滨原生植被受损、面源污染严重、珍稀鱼类减少等问题,课题开展受损水体生态恢复、动物栖息地近自然恢复、农业面源污染控制、珍稀鱼类生态恢复等关键技术的集成研究与示范,建设了农业面源污染控制和受损滨岸带生境恢复示范工程、受损水体生态恢复示范工程和珍稀鱼类恢复示范工程,在河流生物多样性提高、滨岸带植被恢复等方面成效显著。

开发的受损水体生态恢复技术,将自主研发的河流生态水文调控技术、底栖动物躲避物构建技术、雷氏七鳃鳗生境构建技术、沙洲植物群落构建技术、螺、蚌、杂食性鱼类等水生动物增殖技术进行了技术集成与突破,实现了恢复水生生物栖息地,促进水生生物物种多样性恢复的目的。在梧桐河中下游平原型河段进行了受损水体生态恢复技术示范,示范河段长度为20公里。调查结果显示,小山示范区内雷氏七鳃鳗、麦穗、黑龙江鳑魮等野生鱼类种群明显恢复,底栖动物物种数由3种提高到8种,香农多样性指数由1.58提高到2.69,生物量由0.02克/平方米提高到2.09克/平方米。

开发的寒冷地区动物栖息地近自然恢复技术,以打造适宜的动物栖息地为核心,以提高生物多样性和延长生物链为导向,将自主研发的砂土基质改造技术、砂质陡坡河柳护岸——生物栖息地恢复技术、废弃沙场水禽和林蛙生境近自然恢复技术进行了技术集成与突破,实现受损滨岸带动物栖息地近自然恢复的目的。在梧桐河下游河段进行滨岸带受损生境土壤基质改良关键技术示范,示范面积5000 平方米,在宝泉岭农场、梧桐河农场的河岸带进行动物栖息地构建技术示范,示范河段长度为30公里。调查结果显示,示范区适生区域植物群落覆盖率达到90%以上,恢复区栖息地适宜度指数从恢复前的52.5分上升至恢复后的92.5分。

开发的农业面源污染控制技术,从源头减排和过程削减两方面,采用单项技术突破与技术集成创新相结合的研究方法,将自主研发的农田化肥减施与营养补偿技术(示范面积2 平方公里)、稻田排水回灌技术(示范面积5 公顷)、畜禽粪便综合利用技术以及农业面源污染生物过滤带构建技术(示范面积5000 平方米)进行了技术集成与突破,并在梧桐河农场和宝泉岭农场的示范田及部分河段滨岸带进行农业面源污染控制关键技术示范,农田化肥用量降低10%。

开发的珍稀鱼类生态恢复关键技术,从珍稀鱼类增殖放流和鱼类产卵场修复两方面开展技术研究。增殖放流是对珍稀鱼类资源恢复的直接技术,通过对野生亲体或子一代个体进行人工催产获得受精卵,进行受精卵的人工孵化和仔鱼培育,获得放流的幼鱼。本技术通过放流来补充自然资源量,减缓自然种群资源下降趋势,实现自然资源的恢复或重建。鱼类产卵场修复是利用鱼类的自然繁殖习性,通过在河床上人工种植水生植物,对植物进行活体栽培,模拟和重建自然环境下鱼类产卵场,吸引鱼类来繁殖产卵,为鱼类受精卵提供附着基质,促进鱼类资源恢复。在梧桐河下游进行人工鱼巢工程示范,示范面积2600平方米 ,人工鱼巢附卵率最多达2300粒/平方米,幼鱼丰度平均为326尾/平方米; 在梧桐河、同江放归大麻哈鱼3万尾,鲟鱼6万尾,鳇鱼1万尾,总计10万尾,示范区鲟鳇鱼种群得到恢复。

关注三

积极推动研发成果转化应用

助力松花江流域生态文明建设

两年来,课题组从物理完整性、化学完整性与生物完整性方面入手,初步建立了适用于松花江的多尺度、多层面水生态完整性评价方法,自主研发了寒冷地区受损水体生态恢复等关键技术,进而提出了松花江水生态恢复战略方案。建成了集农业面源污染控制和滨岸带生境恢复、水体生态恢复、珍稀鱼类恢复的生态恢复综合示范区,河段长度58公里。目前已申请发明专利和实用新型专利22项,取得授权7项。

科技攻关的成果,是为了服务于支撑松花江水环境质量持续改善这个中心工作,服务于维护松花江水生态系统健康这个最终目标。

课题负责人表示,课题研发的寒区河流水生态完整性评价技术以松花江为研究对象,形成的评价方法框架为共性技术和方法,为后期制定相关技术规范奠定了理论和实践基础,可用于指导其他流域开展水生态完整性评价工作,具有较好的推广前景。通过在示范区应用研发的整装成套技术,雷氏七鳃鳗、中华多刺鱼、东北林蛙等土著物种在示范区大量出现,生物多样性明显提高,河流生态系统服务功能显著提升。这些系列技术的研发,将为今后在松花江全流域开展水生态恢复提供技术支撑,也有助于实现松花江由水质管理向水生态系统健康管理转变,有助于推进松花江流域生态文明建设,应用前景广阔。

课题研发的农田化肥减施与营养补偿技术、稻田排水回灌技术、畜禽粪便综合利用技术在梧桐河农场和宝泉岭农场进行示范,并且在宝泉岭管理区开展推广工作。预期至2018年底,推广面积将超过1万公顷,每年将减少化肥使用量达450吨,节约水资源达5000万吨,减少氮磷等污染物质排放超过400吨,节约种植成本230万元。另外,该技术还应用于黑龙江垦区2018年“全国基层农技推广体系改革与建设补助项目”,有力推动垦区农业面源污染的防控,为黑龙江垦区建设和环境治理提供了强有力的科技支持。

课题研发的珍稀鱼类人工繁育技术已与黑龙江省抚远市鲟鳇鱼繁育养殖有限公司进行合作推广,在大麻哈鱼繁育中,解决了大麻哈鱼繁育难、孵化率低的问题;课题研发的标记放流技术已经应用于黑龙江省佳木斯市渔政局2017年施氏鲟和达氏鳇的放流工作中,共标记3万尾施氏鲟和达氏鳇,在后期的放流效果评估监测中,取得了良好的效果,为黑龙江和松花江施氏鲟和达氏鳇等珍稀鱼类资源恢复提供了强有力的技术支撑。

除了具体项目的应用,课题负责人介绍,课题的另一个标志性成果,就是初步构建了松花江水生态恢复集成战略方案,为黑、吉两省松花江水污染防治行动计划提供重要技术支撑。

针对松花江黑、吉两省19个“二级水生态功能区”水生态受损的主要问题,课题基于松花江水生态完整性评价、诊断及其恢复技术研究基础,以不同水生态功能区(不同河段)的水生态完整性恢复“良好”的总体目标和不同分阶段具体目标为基准,综合滨岸带生境和水文等物理完整性恢复、鱼类和底栖等水生生物完整性恢复、溶解氧等化学完整性恢复,结合流域经济社会发展及政策措施,同时集成整个松花江项目“十二五”其他课题研发的有毒有机物削减及资源回收、下游沿江湿地恢复技术、牡丹江、阿什河、伊通河、饮马河等支流恢复关键技术等,制定了物理、化学、生物完整性恢复技术路线图,提出不同阶段的松花江水生态完整性恢复(技术、工程与管理措施等)集成战略方案,具体包括方案目标、方案内容、技术路线、技术难点、关键技术与创新点、研究范围、预期成果、考核指标等,为实现“十三五”松花江流域水生态“良好”的目标提供技术支撑。

童克难 刘录三 张铃松 王海燕 隋文志 王瑜 马波



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