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水电开发在促进社会经济快速发展的同时,也对自然河流生态系统产生巨大的负面影响,削弱河流生态系统的服务功能。纵向岭谷区是位于我国西南青藏高原东南侧的山系河谷区,地处四条国际大河的上游,具有水电开发得天独厚的便利条件,但同时该区也是我国生物多样性最丰富、生态环境最脆弱的地区之一,冈此该区的水电开发等重大工程建设对生态系统的扰动更应引起重视。河流生态系统服务功能变化是反映水电开发影响的重要方面,也是目前生态学新的研究热点。协调好水电开发与河流生态系统服务功能的关系是维系区域生态系统健康和可持续发展的重要保证。
论文在分析水电开发对河流生态系统服务功能影响范围和影响机理的基础上,结合纵向岭谷区自然生态系统特征及水电工程建设的影响特征,遴选出符合该区实际、受水电开发影响较大的典型生态服务功能进行研究。以物质量评估法分析了水电开发不同阶段和不同规模对河流典型生态服务功能影响的时空特征:在分析物质量变化的基础上,以价值量评估法分析了漫湾水电开发和澜沧江中下游梯级水电开发引起河流系统整体生态服务功能价值的变化;通过澜沧江和元江相同面积河段生态系统服务价值变化的比较,反映了水电开发的巨大影响程度。在此基础上,以河流生态系统服务功能和移民为补偿客体,分析了漫湾水电开发和澜沧江中下游梯级水电开发的生态补偿。全文获得如下主要结论:
(1)初步探讨了水电开发对河流生态系统服务功能影响的基本理论。水电开发的影响范围涉及纵向上的库区、坝下和下游以及横向上的河道内水域、河岸带和陆域;水电开发对河流生态系统服务功能影响的机理是首先中断河流生态系统的连续性特征,破坏生态系统空间结构和营养结构的完整性,通过影响物质循环和能量流动等生态过程及基本功能最终导致生态系统服务功能的变化。
(2)对河流系统若干典型的生态服务功能,采用适当的物质量评估方法,从多角度分析了澜沧江水电开发对其的影响。水电工程的建设和运行在不同时段对不同河段的水质和水体自净功能均有不同的影响特征,在漫湾水电工程建成运行的前7年,大坝运行对库区和坝下河段水体自净功能产生负面影响,对下游流水河段水体自净功能没有影响;物质通道的中断导致漫湾库区泥沙淤积严重和污染物质积累;土壤养分综合质量横向变化幅度排序为:漫湾坝下>景洪>小湾>漫湾库区,水电开发对河岸带土壤养分维持功能影响的机理是通过改变河岸带植被状况进而改变土壤养分条件,水电开发的施工期和运营期以及不同的施工规模对河岸带土壤养分维持功能的影响具有显著差异;水电开发对河岸带物质生产和生物多样性维持功能的影响主要表现在植被生物量和群落总体多样性在纵向上的分异,已建库区和坝下河段高于在建电站,对横向变异的影响相对较小。
(3)在分析各项服务功能物质量变化的基础上,运用生态经济学方法,估算了漫湾水电工程和澜沧江中下游梯级开发影响下河流系统整体生态服务功能的价值量变化。漫湾水电开发和澜沧江梯级水电开发对河流生态系统服务功能正面影响的价值增量分别为11.30×108元·a-1和150.99×108元·a-1,负面影响的价值损失分别为3.27×108元·a-1和32.01×108元·a-1;负面影响主要表现在河流输沙和维持生物多样性功能的价值损失,其中漫湾水电开发引起河流输沙和维持生物多样性功能的价值损失分别占总价值损失的86.1%和6.4%,澜沧江梯级水电开发引起河流输沙和维持生物多样性功能的价值损失分别占总价值损失的47.1%和35.2%,分别较漫湾单电站开发减少39.0%和增加28.8%;漫湾水电开发生态环境效益为5883.20×104元·a-1,生态环境成本为32736.70×104元.a-1,成本效益比为5.56,澜沧江梯级水电开发生态环境效益为40856.95×104元·a-1,生态环境成本为320100.00×104元·a-1,成本效益比为7.83。
(4)结合运用生态经济学方法和GIS手段,对相同面积的澜沧江河段生态系统和元江河段生态系统服务价值变化进行了比较并分析了变化的驱动机制。从1985年到2000年,澜沧江和元江河段林地面积持续减少,主要转化为草地和农田:澜沧江河段河流输沙、控制侵蚀和固碳释氧服务功能价值量变化较大,元江河段蓄水供水、河流输沙和控制侵蚀服务功能价值量变化较大;水电开发和农业活动对河流生态系统服务功能产生负面影响,主要表现在生态系统间接利用价值的减少;比较而言,水电开发的影响强度远远高于农业活动,是河流生态系统服务价值减少的主要驱动力,其中河流输沙服务功能价值损失率最大,是应该重点防护的环节;在澜沧江和元江干流的后续梯级水电开发中,生态保护投入还应人大增加。
(5)基于河流生态系统服务价值损失和移民经济损失,分析了漫湾水电开发和澜沧江中下游梯级水电开发的生态补偿。生态系统服务价值补偿是水电开发生态补偿的主要部分,分别占漫湾单电站开发和澜沧江中下游梯级水电开发年补偿标准的64.27%和47.21%;对移民的各项补偿标准排序为:农业>后期扶持>林业(林业>后期扶持)>前期安置>其他;与水力发电收益相比,水电开发对河流生态系统服务价值和移民的经济补偿量很少。
论文的创新之处在于明确了水电开发对河流生态系统服务功能影响的机理,初步构建了水电开发对河流生态系统服务功能影响研究的理论体系。针对澜沧江若干典型的生态服务功能,分别采取适当的物质量表征方法,定量分析了其在水电开发影响下的变化特征,并在从建坝前到建坝后及施工期和运营期的时间尺度上、横向不同距离及纵向不同河段的空间尺度上进行了全面的比较分析。采用适当的价值量评估方法,定量分析了漫湾水电开发和澜沧江中下游梯级水电开发对河流系统整体生态服务功能的正面影响和负面影响,明晰了价值损失最大的服务功能,并分析了水电开发的生态环境成本效益比。通过对澜沧江和元江相同面积河段生态系统服务价值变化的比较及驱动因素的分析,定量反映了水电开发和其他人类活动对河流生态系统服务功能影响程度的巨大差异。基于河流生态系统服务价值损失和移民的经济损失,分析了澜沧江水电开发的生态补偿。