中國科學(xué)院水生生物研究所、中國環(huán)境科學(xué)研究院、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)、英國利茲大學(xué)、日本北海道大學(xué)等合作，在各類水生態(tài)治理工程如何在大的空間格局和較長時(shí)間尺度上聯(lián)合作用，并減緩城市化對水生態(tài)系統(tǒng)影響的研究中取得進(jìn)展。相關(guān)研究成果以Mitigation of urbanization effects on aquatic ecosystems by synchronous ecological restoration為題，發(fā)表在Water Research上。
經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市化等人類活動(dòng)加劇自然生態(tài)系統(tǒng)破壞和生物多樣性喪失，為了解決經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境破壞之間的矛盾，生態(tài)治理/恢復(fù)工程已得到較高程度的重視和推廣。然而，經(jīng)濟(jì)發(fā)展要以生態(tài)環(huán)境破壞為代價(jià)？人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和自然生態(tài)如何取得平衡？水生所選取宜興市作為典型區(qū)域，收集2007年至2017年宜興市實(shí)施和維護(hù)的水生態(tài)治理工程相關(guān)信息、土地利用數(shù)據(jù)及野外采樣調(diào)查的水質(zhì)、底棲動(dòng)物數(shù)據(jù)，剖析了城市化進(jìn)程、不同類型水生態(tài)治理工程、水質(zhì)和底棲動(dòng)物多樣性三者之間的量化相互作用關(guān)系（圖1）。
研究發(fā)現(xiàn)，2007年至2017年間宜興城市化和GDP增速明顯，水質(zhì)的改善和不同類型的治理工程之間存在不同，且和投資量不一定成正比的相關(guān)關(guān)系（圖2）；而實(shí)施大量不同類型水生態(tài)治理工程，河網(wǎng)水體中的氨氮、總氮、總磷及大型底棲動(dòng)物多樣性均有顯著提升（圖3、4）。由于治理前所處的生態(tài)系統(tǒng)基礎(chǔ)狀態(tài)不同以及生物再定殖需要更久的時(shí)間，結(jié)果顯示生物指標(biāo)對水生態(tài)治理的響應(yīng)似乎滯后于非生物指標(biāo)。這對于深入認(rèn)識(shí)生物及非生物指標(biāo)對不同類型的水生態(tài)治理工程的響應(yīng)力度，理解不同類型水生態(tài)治理工程所發(fā)揮的不同作用具有重要意義，并對指導(dǎo)水生態(tài)治理工程類型分配及投資管理等方面具有參考價(jià)值。
研究工作得到國家水污染控制專項(xiàng)、國家自然科學(xué)基金、中科院國際合作項(xiàng)目、國家留學(xué)基金等的資助。
圖1.研究區(qū)域野外采樣點(diǎn)及治理工程分布點(diǎn)位。① 宜興市2002年至2018年各類GDP增長情況；② 移動(dòng)窗格法圖解：正方形方格（250 x 250 m）作為半徑6 km的移動(dòng)窗格的質(zhì)心，每個(gè)移動(dòng)窗格包含至少3個(gè)野外采樣點(diǎn)位和9個(gè)水生態(tài)治理工程點(diǎn)位。計(jì)算每個(gè)移動(dòng)窗格各類指標(biāo)2007年至2017年的響應(yīng)系數(shù)，包括工程指標(biāo)（求和）、水質(zhì)及底棲動(dòng)物指標(biāo)（平均值）和城市化進(jìn)程指標(biāo)（不透水表面積指數(shù)）。
圖2.不同類型治理工程投資量和根據(jù)具體工程量計(jì)算所得的營養(yǎng)鹽去除量之間的關(guān)系（a-f），箱線圖顯示投資量和污染物去除量的分布；不同水質(zhì)指標(biāo)對不同類型水生態(tài)治理工程的響應(yīng)關(guān)系（g-l）。投資的原始單位是105元，營養(yǎng)鹽去除量的原始單位是104t/a，這里均用log10進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
圖3.營養(yǎng)鹽【-ln（2017/2007）】及底棲動(dòng)物群落相關(guān)指數(shù)【ln（2017/2007）】的響應(yīng)系數(shù)（a、b）；底棲動(dòng)物2007和2017年β多樣性相異指數(shù)（βSOR）、周轉(zhuǎn)（βSIM）和嵌套部分（βSNE）分布圖（c）。
圖4.不透水表面積指數(shù)、不同類型工程投資量和營養(yǎng)鹽降低速率之間的相互作用關(guān)系。投資單位105元，營養(yǎng)鹽去除量的原始單位104t/a，log10轉(zhuǎn)換。
來源：中國科學(xué)院水生生物研究所
