太湖流域生態風險評估研究（簡體書）

《太湖流域生態風險評估研究》從流域複合生態系統的機理分析人手，綜合考慮流域內各生態系統之間的相互影響機制與作用關係，分析了流域生態風險評估的內涵與特徵，構建了由“風險源危險度一生態環境脆弱度風險受體損失度”構成的流域生態風險評估技術體系。並以太湖流域為例，利用GIS和RS等空間分析技術進行流域尺度生態風險評估，劃分出生態風險等級，編制了生態風險空間分佈圖，揭示了太湖流域生態風險空間分異狀況及其動態演變趨勢。最後，提出控制生態風險源、促進生態環境改善、維持區域生態系統穩定的差別化風險管理對策，為流域生態風險和環境管理提供定量化的決策依據和理論支持。
《太湖流域生態風險評估研究》可供地理學、生態學、環境學、湖泊學等學科的科研人員、高等院校師生及政府部門的管理人員閱讀參考。

高俊峰和許妍專著的《太湖流域生態風險評估研究》從流域復合生態系統的機理分析人手，綜合考慮流域內各生態系統之間的相互影響機制與作用關系，分析了流域生態風險評估的內涵與特征，構建了由“風險源危險度一生態環境脆弱度風險受體損失度”構成的流域生態風險評估技術體系。并以太湖流域為例，利用GIS和RS等空間分析技術進行流域尺度生態風險評估，劃分出生態風險等級，編制了生態風險空間分布圖，揭示了太湖流域生態風險空間分異狀況及其動態演變趨勢。最后，提出控制生態風險源、促進生態環境改善、維持區域生態系統穩定的差別化風險管理對策，為流域生態風險和環境管理提供定量化的決策依據和理論支持。

摘要
第一章緒論
第一節研究背景和意義
一、研究背景
二、研究意義
第二節流域生態風險評估研究進展
一、流域生態風險評估的發展歷程
二、流域生態風險相關研究主題與熱點區域
三、存在問題及發展趨向
第三節研究內容與技術路線
一、研究內容
二、技術路線

第二章流域生態風險評估的理論基礎與方法
第一節流域生態地域系統的基本特徵
一、流域生態地域系統概念與內涵
二、流域生態地域系統要素組成與結構特徵
三、流域生態地域子系統劃分
第二節流域生態風險評估內涵與特徵
一、流域生態風險評估的概念
二、流域生態風險評估分類
三、流域生態風險評估特徵
四、流域生態風險的影響因素及其作用機理
第三節概念模型與主要評估方法
一、概念模型
二、主要評估方法
第四節流域生態風險評估的理論基礎
一、流域生態學理論
二、景觀生態學理論
三、生態脆弱性理論
四、生態服務功能價值理論

第三章湖泊流域生態風險評估技術體系構建
第一節生態風險評估技術體系構建流程
第二節流域生態風險評估模型構建
一、生態風險評估綜合模型
二、生態風險源危險度評估子模型
三、生態環境脆弱度評估子模型
四、生態風險受體潛在損失度評估子模型
第三節流域生態風險評估指標體系建立
一、評估指標體系構建原則
二、評估指標體系構建
三、評估標準與等級劃分
四、數據標準化與權重確定
第四節評估單元選取與數據轉換
一、評估單元
二、評估單元間數據轉換

第四章太湖流域生態終點確定與風險受體分析
第一節生態風險評估的區域背景描述
一、自然概況
二、社會經濟概況
三、生態環境概況
第二節生態終點確定與風險受體選取
一、生態終點確定
二、生態風險受體選取
第三節太湖流域生態風險受體的時空演變特徵
一、土地利用／覆被變化過程分析
二、太湖流域景觀生態格局演變

第五章太湖流域生態風險源危險度分析與度量
第一節風險源及其權重
一、風險源與脅迫因子
二、生態風險源權重
第二節主要風險源危險度度量
一、洪澇
二、乾旱
三、極端氣象
四、水土流失
五、污染排放
第三節風險源危險度綜合分析
一、生態風險源危險度空間分佈
二、生態風險危險度來源的差異性分析

第六章太湖流域生態風險綜合評估
第一節生態環境脆弱度評估
一、權重確定與生態脆弱度計算
二、生態環境脆弱度評估結果分析
第二節生態風險受體潛在損失度估算
一、自然生態系統潛在損失度估算
二、社會經濟系統潛在損失度估算
三、綜合生態風險受體潛在損失度評估
第三節太湖流域綜合生態風險評估
一、生態風險的空間差異
二、生態風險演化的時序特徵
第四節生態風險不確定性分析

第七章太湖生態安全評估
第一節太湖生態安全綜合評估指標體系與評估方法
第二節太湖生態安全綜合評估結果
第三節太湖生態安全綜合評估分析
一、太湖生態安全綜合評估結論
二、影響太湖生態安全的因素分析

第八章太湖流域生態風險管理對策
第一節高和較高生態風險區的風險管理對策
第二節中等生態風險區的風險管理對策
第三節低和較低生態風險區的風險管理對策
參考文獻

第一章 緒論
第一節 研究背景和意義
一、研究背景
（一）世界性的生態問題日益嚴峻
生態環境是由生物群落及非生物自然因素組成的各種生態系統所構成的綜合整體，是區域內所有生命有機體生存和發展的載體以及物質和能量的供應者（李博等，2000；毛小苓和倪晉仁，2005）。生態環境自身的演化或變化是漫長的、緩慢的、漸變的，而人類活動引起的生態環境變化往往是在較短的時間或時段內引起生態系統或環境質量較大變化，隨之產生生態環境問題，形成系列生態風險。自19世紀工業革命以來，在高速經濟增長的同時，人口膨脹、城市化及工業化引發了一系列生態環境問題，如物種滅絕、土地退化和全球變暖等，對全球生態環境構成潛在的威脅，致使環境質量下降，嚴重影響了人類的生活質量，并制約著社會和經濟的可持續發展。
（二）湖泊流域作為人口和產業主要承載區，生態面臨巨大壓力
湖泊型流域具有地形平緩、土壤肥沃、水資源豐富等特點，是我國除沿海地帶之外，人口集聚和產業分布的主要承載區；流域內的水、土地、生物以及礦產等資源維系著人類的生存和發展，湖泊、河流、水庫和濕地等作為棲息地為物種多樣性的維持提供了保障。例如，美國的五大湖（Greatlakes）區、歐洲的康士坦茨湖（Lake Con-stance）流域、日本的霞浦湖（Lake Kasumigaura）流域，以及我國的太湖流域、巢湖流域等。然而，長期以來隨著城鎮的急劇擴張和經濟的快速增長，人們對湖泊及其流域生態環境的破壞和對流域資源的過度開發利用使得流域內生態環境遭到極大沖擊和破壞，生態系統出現資源退化、環境惡化、災害頻發的現象，表現在日益嚴重且類型眾多的災害及風險對人類生存和生態系統的結構、功能都構成極大的威脅，危及生態系統及其內部組分的安全和健康（劉永等，2007）。
（三）以太湖流域為代表的中國湖泊流域生態風險加大，風險評估及管理相對落后
隨著人類改造自然、征服自然能力的不斷增強和科技發展的日新月異，特別是近幾十年來，太湖經濟的蓬勃發展、鄉鎮工業的崛起、城鎮化的加速開發，已使太湖流域這塊富饒土地的生態環境日益脆弱，生態風險逐漸增大。為了抑制區域生態環境的惡化，改善人類的生存環境，世界各國已開展了大量有關生態環境的研究，在環境評估方面也不斷深化（王根緒和程國棟，1988；Sullivan，1996；鐘政林等，1996；Claassen，1999；Varis and Jussila，2002；黃金川和方創琳，2003）。特別是隨著環境管理目標和觀念的轉變，生態風險評估作為一種重要的生態環境管理手段，正逐漸興起并成為國內外學術界研究的熱點問題之一（Hunsaker et al.，1990；Glenn，1990；沈英娃和曹洪法，1991）。在我國，生態風險評估研究起步較晚，風險評估與風險管理研究相對落后。
但目前已引起廣泛關注并相繼開展相關研究，“區域生態安全與環境風險”被列入國家自然科學基金委員會地理科學“十五”優先資助領域（宋長青等，1999）。國家“十一五”規劃也指出生態保護和建設的重點要從事后治理向事前保護轉變，從源頭上扭轉生態惡化的趨勢。
二、研究意義
（一）理論意義
生態風險作為生態學、災害學、地學以及資源與環境科學的前沿任務和主要研究領域。近年來，國內外許多學者及研究機構從理論與方法上對生態風險進行了廣泛的研究，風險源的研究從單一風險源擴展到多風險源，風險受體的研究從單一受體發展到多受體，評估范圍也從種群、生態系統擴展到流域區域水平，具體包括以下三方面。
（1）與局地生態風險相比，目前大尺度的生態風險評估研究還處在探索階段，流域生態風險評估研究較為薄弱，在理論方法與評估體系上還存在很多不足，針對湖泊型流域生態風險評估方面的系統研究尚屬空白，相關的專題研究還沒有受到重視。目前已有流域生態風險評估大多運用美國環境保護署（Environment Protection Authority，EPA）（USEPA）1998年頒布的傳統生態風險評估框架和概念模型進行評估，并未探究流域生態風險的發生機理，也未對其做系統研究，不能對流域管理提供全面的評估信息和確定相應的管理標準。為此，有必要考慮流域特征，對流域生態風險評估理論進行系統研究。
（2）流域生態風險評估具有空間異質性特征，評估不同類型生態系統的綜合風險所采用的指標體系也應不同。盡管國內已開展了流域范圍的生態風險評估，建立了相應的評估指標，但由于資料、技術和工具的局限以及流域生態系統復雜多樣的特點，流域生態風險評估至今尚未形成統一的評估體系。同時，針對各種生態系統類型的評估指標體系亦不夠完整，各指標的基準值和參考數據還有待進一步完善。因此，從生態風險的影響因素出發，針對湖泊型流域的生態系統特征構建能夠定量表征生態風險整體狀況的評估指標體系與評估準則十分必要。
（3）目前，大部分流域生態風險評估為針對單一風險源作用下某一種群或某一生態系統的生態風險評估，其結果大都難以全面地表征整個生態系統的生態風險狀況，因此，亟須考慮多風險源、風險因子、風險受體和評估終點共存情況下的生態風險空間分布的差異性。此外，流域生態環境管理人員不僅關心流域生態風險的現實情況，也注重生態風險未來的發展變化趨勢。已有生態風險評估在研究生態風險演變趨勢、生態風險機理等方面存在一定的局限性，尚無能夠反映時間和空間尺度變化規律的流域生態風險評估模型。
（二）實踐意義
流域是人類主要的生居場所，流域內的水、土、環境、生物資源等在維系人類社會的生存與發展中發揮著不可替代的作用。同時，湖泊、河流及其流域作為生物棲息地也為生物的繁衍及其多樣性提供了保障（Elater，1974；蔡海生等，2010）。流域作為一類復雜的自然地理區域，以地表水和地下水為主要紐帶，密切連接水循環、土地覆被、生態系統等自然支撐系統。縱觀歷史文明古國和當代經濟最發達的地區莫不都位于大型流域附近。但隨著社會經濟的發展，流域內資源和生態系統受到越來越大的外界脅迫，環境污染嚴重、災害頻發、資源結構性短缺矛盾逐漸加劇；湖泊及其流域上中下游之間、部門之間的利益沖突不斷出現，流域成為區域人地關系最為緊張和復雜的地理單元，是生態壓力和風險最大的區域之一。由于自身系統的復雜性，目前流域生態風險研究尚沒有引起足夠重視。相關成果僅散見于區域生態風險研究中，與一般區域混為一談，沒有深入探討流域內部水土、植被、生物、資源間的內在關聯和相互作用。整個流域生態系統及其生態風險問題的獨特性、整體性和系統性尚沒有得到發掘。從生態風險管理的實踐角度講，正確及時地對流域生態系統存在的風險進行預測、評估和管理，對于維護人類賴以生存和發展的流域生態系統功能、加強流域生態系統管理、保障流域生態安全具有重要現實意義。
太湖流域位于長江三角洲地區，其生態風險研究對于區域經濟增長戰略的實施有著關鍵性的作用，對于維護流域生態系統功能、加強流域生態系統管理、保障流域的生態安全具有重要的現實意義。目前，關于太湖流域生態風險的研究僅針對環境污染、洪澇災害等單一風險源進行評估，且定量研究相對較少。本研究從湖泊流域生態地域系統出發，通過對流域內已發生或是潛在的風險進行評估，分析判斷湖泊流域的生態風險狀態與發展趨勢，并依此建立湖泊流域生態風險管理體系，針對不同等級風險區建立預警與防范機制，依據風險表征結果，提出合理的差別化風險管理策略，力爭在損失造成前對生態環境實施保護與防范措施，對控制風險源、降低風險負效應、維護生態環境都具有重要的現實意義。
第二節 流域生態風險評估研究進展
一、流域生態風險評估的發展歷程
生態風險評估是由環境風險評估發展而來。生態風險評估初期主要針對人類健康而言，采用毒理分析范式評估單一化學污染物進入水體后經過食物鏈的傳遞，最終可能對人類健康造成的風險（Cairns et al.，1978；Dickson et al.，1979；CEQ，1986）。1981年，美國橡樹嶺國家實驗室（ORNL）受美國環境保護署委托，在進行綜合燃料的風險評估中提出了一系列針對組織、種群、生態系統水平的生態風險評估方法（Suter et al.，1984；Barnthouse et al.，1987）。20世紀80年代末90年代初，ORNL的風險評估研究人員發表了一系列文章，闡明化學毒理對生態過程和動態的影響，為從健康風險評估到生態風險評估的轉變奠定了基礎（Hunsaker et al.，1990；Glenn，1990）。美國科學家Joshua等（1993）提出生態風險的最終受體不僅為人類自己，而且包括生命系統的各個組分水平，并且考慮了生物之間的互相作用以及不同水平生態風險之間的相互關系，這一觀點得到廣泛認同。20世紀90年代，環境風險評估的內容與熱點逐漸從毒理風險、人體健康風險向生態風險轉變（VanLeeuwen et al.，1995；Suter，1993），學者們開始嘗試生態風險評估框架的構建與評估指南的編寫（USEPA，1986；1989；Griffin，1987）。Barnthouse和Suter第一次嘗試將人體健康評估框架改編成生態風險評估框架（Glenn et al.，2003）；1990年，美國國家研究委員會（NRC）成立的風險評估方法委員會在進行廣泛案例研究的基礎上，將人體健康評估與生態評估融入新的框架中。但生態風險評估尚未形成統一的評估標準與指南。直至1992年，USEPA率先提出了生態風險評估的定義，并頒布了生態風險評估框架（Norton et al.，1992；Bar-tell et al.，1992）。隨后，在該框架的推動和指導下，USEPA、ORNL等研究機構對生態風險評估的理論和技術研發進行了一系列實例和專題研究（Blaylock et al.，1993）。
1998年，USEPA正式頒布了《生態風險評估指南》，明確表述了生態風險評估的準則，并提出生態風險評估“三步法”，即提出問題、暴露效應分析和風險表征（USEPA，1998）。澳大利亞國家環境保護委員會（ANZECC）于1999年建立了一套比較完善的土壤生態風險評估指南，主要集中在化學污染物和重金屬對土壤以及水體的影響上（ANZECC，2000）；歐洲各國也相繼制定了適應本國需求的生態風險評估指導性文件。與美國的生態風險評估有較大不同，該評估是在新化學品評估的基礎上發展起來的（DETR et al.，2000；CEC，2003），著重研究高殘留、高生物有效性物質的生態風險評估（Clarkson et al.，2001）。其他國家，如加拿大（EC，1994；Burmaster and Thompson，1997）、南非（Claassen et al.，2001）和新西蘭（NZG，1993；1999）等，其生態風險評估研究大多按照美國1998版《生態風險評估指南》展開，并在此基礎上對評估流程和具體操作方法進行適合本國的調整和改進（Taylor and Chenier，2003）。至此，生態風險評估在世界性范圍內有了相對規范的評估模式與評估框架。
此后，在USEPA的指導框架下，生態風險評估逐漸從人體擴展至種群、群落、生態系統乃至流域景觀等更高層次（Victor，2002；Hayes and Landis，2004；Mark et al.，2004），風險來源也由單一的化學污染物延伸至化學、物理、生物等多領域的復合風險源及可能造成生態風險的事件，并且開始考慮人類活動對生態系統的干擾（Staun-ton et al.，2004；Domene et al.，2008；Zhou and Griffiths，2008）。
二、流域生態風險相關研究主題與熱點區域
（一）相關研究主題
Hunsaker等（1990）在20世紀90年代闡述如何將生態風險評估應用到區域景觀尺度。由于單因子的生態風險評估方法向大尺度生態風險評估外推中存在許多不確定因素（Twining and Cameron，1997），導致區域生態風險評估變得困難。早期區域生態風險評估更多的只是理論探討（Glenn，1990；Landis and Wiegers，1997；Wiegers et al.，1998）或運用USEPA評估指南，就生態風險評估的若干重要議題在不同尺度上進行區域生態風險評估（殷賀等，2009），未能有效地將區域景觀結構、多重壓力、多重受體、多重生境聯系起來。20世紀90年代末至21世紀初期，科學家們開始構建適于流域尺度的研究范式，并嘗試開展流域生態風險評估（Landis，2003b），主要包括流域水環境生態風險評估、流域災害生態風險評估及流域綜合生態風險評估。
1.流域水環境生態風險評估
目前，流域水環境生態風險的研究多從水生態毒理角度，針對不同水體中單一或多種污染物質，利用已有的生態風險評估理論和框架模型進行（殷浩文，1995；王雪梅等，2010）。一般采用Hakanson的潛在生態風險指數法（Hakanson，1980），利用所選指標與生態風險之間的相關性，對流域水生態風險進行評估和預測。指標選取多沿用已有的指標體系或采取相似指標替代。例如，Wallack和Hope（2002）在關于殺蟲劑對流域表層水體的風險評估時，用土地利用方式數據代替殺蟲劑濃度，完成對水域生態風險評估。ORNL評估了美國田納西州克林奇可河（Clinch River）流域內化學有毒物質對水體中特殊種群的生態影響（USEPA，2002）。此后，Valiela等（2000）在瓦克特灣（Waquoit Bay）流域進行了氮的風險評估。