城市河流生态系统健康评价实例研究(共6篇)
城市河流生态系统健康评价实例研究 篇1
城市河流生态系统健康评价实例研究
通过对城市河流生态系统健康的`内涵进行探讨,从胁迫-状态-响应3方面构建了指标体系,并利用综合指数法对许昌市5条河流生态系统健康状况进行了评价,结果表明:-5条河流健康状况虽逐年均有不同程度的好转,但仍处于严重不健康~亚健康之间,河流污染严重、景观功能低下是主要的制约因素.
作 者:申艳萍 Shen Yanping 作者单位:河南农业大学林学园艺学院,郑州,450002;许昌市环境保护监测站,河南,许昌,461000刊 名:气象与环境科学英文刊名:METEORLOLGICAL AND ENVIRONMENTAL SCIENCES年,卷(期):31(2)分类号:X703.1关键词:城市河流 生态系统健康评价 指标体系 综合指数法
城市河流生态系统健康评价实例研究 篇2
目前,河流生态系统健康评价的方法大体可分为生物监测法和综合指标法。生物监测法通过监测一些生物或其类群的数量、生物量、生产力、结构指标、功能指标及其一些生理生态状况的动态变化来描述河流生态系统的健康状况。生物监测法的缺点是选择不同的研究对象及监测参数会导致不同的评价结果,对不同生物类群进行评价时,难于确定其取样尺度与频度,无法综合评价河流生态系统状况问题等,而且,一个指标只能反映干扰传播过程中造成的某方面影响,在流域范围内对所有干扰都敏感的单一河流健康指标是不可能存在的[4]。基于以上的原因,产生了综合指标法,综合指标法能够综合物理、化学、生物,甚至社会经济指标。这种能够反映不同尺度信息的综合指标法成为未来生态系统健康评价的重要手段[5]。目前国内关于城市河流的健康评价多采用综合指标法。
本文在前人研究的基础上,综合分析城市河流生态系统的特点,构建城市河流生态系统健康状况评价指标体系,评价模型采用模糊模式识别模型,并以浑河沈阳段为例进行研究,为河流生态系统修复提供科学依据和技术支持。
1 城市河流生态系统健康评价指标体系的建立
关于河流生态系统健康的概念,目前普遍认可是Meyer[6]提出的,认为健康的河流生态系统不但要维持生态系统的结构和功能,而且应包括人类与社会价值。人类与社会价值主要指工农业用水供应、洁净饮用水、环境娱乐、精神享受、鱼类生产、保持水供应、物质储存与再生、美学价值和净化能力等。
目前,有关河流健康状况的研究多集中于评价体系。杨馥等[7]分析确立了城市河流生态系统健康评价指标中不确定性因素存在的原因和种类,构建了包含生态特征指标、整体功能性指标和社会环境影响指标3大要素的城市河流生态系统健康评价指标体系。张亮等[8]建立了以河道形态、河岸带状况及河床形态为一级指标,9个二级指标的河流形态学评价指标体系。耿雷华等[9]从河流的服务功能、环境功能、防洪功能、开发利用功能和生态功能方面,初步尝试构建了河流健康状况评价体系。还有学者从水量、水质、水生生物、物理结构与河岸带等方面剖析河流系统健康状况的内涵,探讨国外先进的河流健康状况评价方法,指出我国迫切需要构建一套河流健康状况评价指标体系[10,11,12]。
本文在Meyer[6]提出的河流生态系统健康概念的基础上,并借鉴前人研究的成果,建立了包括水量、水质、河岸带、水生生物与物理结构5个一级指标的指标体系。河流来水量能够反映流域的气候、地形地貌特征以及受人工设施干扰的程度,而河流来水量同时又受这些因素影响。河流的生态需水量充分考虑到了河流的防洪、兴利功能用水量,生态环境功能用水量,生态廊道功能用水,生活环境功能用水,本文认为用生态需水量来表达水量更加能够真实的反应城市河流的健康状况,有利于保护水资源和水环境,遏制水环境的进一步恶化,实现水资源的可持续利用。因此,本文在具体指标选择时,没有用河流径流量而是采用城市河流生态需水量来表达河流水量,此外还选择了开发利用率表达河流水量。水质标志着水体的物理(如色度、浊度、臭味等)、化学(无机物和有机物的含量)和生物(细菌、微生物、浮游生物、底栖生物)的特性及其组成的状况。良好的水质是水生物健康生长与繁殖的必备条件。
河岸带是处于水陆交界处的生态脆弱带,是异质性最强、最复杂的生态系统之一[13],在维持区域生物多样性、促进物质与能量交换、抵抗水流侵蚀与渗透、营养物过滤及吸收等方面发挥重要的作用[14,15,16],表现为廊道、缓冲与护岸等3方面的生态功能[17],考虑到城市河流不仅具有净化、输送物质、提供栖息地等功能,而且具有休憩、娱乐、文化功能,城市河流在一定程度上反应了地域文化特征,丰富了城市居民生活,也为城市的稳定性、舒适性、可持续性奠定了一定的基础。亲水景观建设面积能够反应城市河流的休闲娱乐文化功能,因此本文选取河岸带植被覆盖、效果和可达性、防洪标准的同时选取了亲水景观建设面积来表达河岸带[18]。
河流的生物群落主要受河流系统水文情势、地貌、流态、水质和人类活动等因素的影响。着眼于水域生物群落结构和功能,处于河流食物链营养顶级的鱼类能反映整个水生态系统的健康状况,是河流健康评价的重要指示生物,采用鱼类生物完整性指数表达河流生物指标状况[18]。物理结构反映河道的几何形态,直接影响到水体同河岸河道交换的能力、水生物栖息地、河道物理稳固及连通程度等方面,可以用河岸与河道固化强度、河床与河岸稳固性、河流廊道连续性、栖息地、鱼道状况来表达[10]。
本文从城市河流的水量、水质、河岸带、水生生物与物理结构5个方面考虑建立评价指标体系。河流水量和水质是水资源的两大重要属性,水量能综合反映河流的自然特征与人类干扰程度,是河流变更的重要表现载体;水质状况直接反映河流污染状况,是评价河流健康状况的重要因素,直接反映河流物理、化学指标状况,是生物与人群健康的根本保障。水量与水质两者的有机组合是水生生物生存、水体各种物理过程与生物化学反应得以完成的基本要求。水质方面在具体指标选取时考虑了多种污染物,包括pH值、溶解氧、高锰酸盐指数、五日生化需氧量、氨氮、总磷、总氮、铜、锌、氟化物、硒、砷、汞、镉、六价铬、铅、氰化物、挥发酚、石油类、硫化物等,在具体级别确定上运用模糊综合评判法进行综合评价,综合考虑多种因素。水量方面在具体指标选择时将城市河流生态需水这一指标引入到评价体系中,河流生态需水是指维持河流生态系统生态平衡和正常发展、保障河流系统水文功能及相关环境功能正常发挥所需要的水量,对河流生态系统能否维持健康具有重要的意义,具体计算方法可以采用Tennant法。此外,作为城市河流在指标选取时,还充分注意了其休闲、娱乐、文化等功能。
2 模糊模式识别评价模型的建立
模糊模式识别最中心的思想是依据模糊数学提出的相对隶属度理论,并以参考连续系统上的两级及中介的线性变化作为相对统一的参照系,用样本与级别之间的加权广义距离求解样本对模糊概念的最优相对隶属度,作为模糊模式识别模型。这样可以避免由于使用绝对隶属度构造隶属函数的不准确性而使识别结果不合理,而且还能克服最大隶属度原则的不适用性,全面反映各指标对评价结果的综合作用,更客观地反映事物的真实状态[19,20]。
2.1 推求指标隶属度矩阵
设有n个河流健康指标值样本,每个样本有m项健康评价指标的实测值x,则有河流健康评价实测值矩阵X=(xij)。xij为样本j指标i的特征值;i=1,2,…,m;j=1,2,…,n。河流健康程度的状态或分级数c,评价指标的标准值为y。m项指标c级健康标准值矩阵为Y=(yih)。yih为级别h指标i的标准特征值;h=1,2,…,c。
通常有两种类型的指标类型:(1)指标标准特征值yih随级别h的增大而减小;(2)指标标准特征值yih随级别h的增大而增大。对于(1)类指标按式(1)计算样本值xij对模糊子集的相对隶属度,按式(2)计算指标标准值yih对模糊子集的相对隶属度。对于(2)类指标按式(3)计算样本值xij对模糊子集的相对隶属度,按式(4)计算指标标准值yih对模糊子集的相对隶属度。
式中:rij为样本j指标i的特征值对模糊子集的相对隶属度;yi1、yic分别为指标i的1级、c级标准值;sih为级别h指标i的标准值对模糊子集的相对隶属度。
利用式(1)、(2)或(3)、(4)可将矩阵X与Y变换为对应的相对隶属度矩阵R和S。
2.2 指标权重的确定
在综合模糊评价中应考虑到各指标高低有所不同,在总的评价中所起的作用亦有所差别。因此有必要对各参评指标赋予权重,目前确定指标权重的常用方法有层次分析法,熵值赋权法和灰色统计法等。层次分析法的主要特点是定性与定量分析相结合,将人的主观判断用数量形式表达出来并进行科学处理,本文运用这一方法。
本文在确定权重时采用的是定权重,即样本集中的每个样本指标的权重相等,则权重矩阵可用式(7)表示,且应满足式(8)。
2.3 模糊模式识别模型
根据河流生态系统健康评价的特点,利用文献[21]建立的模糊模式识别模型,如式(9)。
式中:uhj为样本j对模糊子集级别h的相对隶属度,j=1,2,…,n;h=1,2,…,c;aj、bj为样本j的m项指标的级别下限值与上限值;p为距离参数,取p=2,为欧式距离。
2.4 河流健康级别的确定
为了解决最大隶属度原则的不适用性,这里采用陈守煜[21]提出的级别提特征值作为判定标准。设左极点状态记以序数1,自左向右的中介状态记为2,3,…,直至右极点状态记以序数c。1,2,…,c称为状态点,以状态变量h表示,h=1,2,…,c。则级别特征值利用式(10)进行计算。
3 实例研究
本文以浑河沈阳段为研究对象,对其城市河流生态系统健康状况进行评价。
3.1 评价指标的选取与评价标准
3.1.1 评价指标的选取
上述指标体系是广义的,比较全面,对于不同的城市河流还应考虑其特点,确定具体的指标,并将指标个数控制在一定范围内。根据评价的科学性和可操作性,即要保证城市河流生态系统健康评价指标体系的完整性,又要去除具有相关性的指标,同时要考虑数据的可获得性。水量指标选取水资源开发利用率和生态需水量;水质指标根据评价年的各污染物实测浓度,以国家规定的《地面水环境质量标准》(GB3838-2002)为评价标准,进行综合评价,得出污染状况所处的级别;水生生物指标选取鱼类生物完整性指数(IBI);河岸带指标选取防洪标准、河岸带植被覆盖和亲水景观面积等3个指标;物理结构指标选取河岸与河道固化强度。共8个指标。
3.1.2 评价标准
评价标准通过以下几种方法确定:(1)历史资料法;(2)实地考察;(3)借鉴国家标准与相关研究成果。分级采用通用的5级分级标准:病态、不健康、亚健康、健康和很健康。其中,生态需水量等级是指生态需水量占河道天然年径流量的百分比,根据Tennant法确定。防洪标准、河岸与河道固化强度和亲水景观面积3个指标以分值阈“1、2、3、4、5”代表5个级别的标准。各个指标的分级标准值见表1。
3.2 评价结果与分析
3.2.1 数据来源
浑河沈阳段径流量数据来自1967-2009年的中华人民共和国水文年鉴;河岸带植被覆盖率来自实地调查及遥感影像解译成果;水质数据来源于2009年《辽宁省重点水功能区水量水质通报》;防洪标准、河道固化强度和亲水景观面积的相关数据根据实际调查得出。根据以上资料对2009年浑河沈阳段河流生态系统健康状况进行评价。
3.2.2 评价结果与分析
确定隶属度矩阵:利用式(1)-(4)对原始数据进行处理,得到样本指标与标准指标相对隶属度矩阵:
确定指标权重:根据层次分析法原理,建立递阶层次结构模型,各层权重计算结果见表2。
确定样本集对各级别的相对隶属度矩阵:将S、R及表2中的权值代入式(9),计算得到:U=(uhj)=0.162 0.785 0.034 0.012 0.006 T。
计算级别特征值:利用式(10)进行计算,计算结果为H=1.912。因此浑河沈阳段河流生态系统健康状况为2级,属于不健康状态。由计算结果可以看出,浑河沈阳段对于不健康级别的隶属度远远大于其对亚健康、健康和很健康级别的隶属度。通过对2009年浑河沈阳段生态系统健康状况进行实际调查研究,评价结果与实际状况相符。沈阳市水资源过高的开发利用率以及大量的污水排放,导致浑河水量的减少和水质的下降,这是导致浑河沈阳段处于不健康状态的主要原因。因此,今后应合理开发水资源,加强污水排放的监管治理,使河流处于较健康状态,为水生物提供一个良好的生境。
4 结语
本文在Meyer提出的城市河流生态系统健康概念的基础上,并借鉴前人研究的成果,建立了包括水量、水质、河岸带、水生生物与物理结构5个一级指标的指标体系;分级采用通用的5级分级标准,分为病态、不健康、亚健康、健康和很健康;分级标准值通过历史资料、实地考察、借鉴国家标准和相关研究成果确定;评价模型采用模糊模式识别模型对浑河沈阳段进行了评价。评价结果表明:2009年浑河沈阳段处于不健康状态。这主要是由于人类长期对浑河的过度开发利用和污染造成的,今后应合理开发水资源,加强污水排放的监管治理,使河流处于较健康状态,为水生物提供一个良好的生境。
森林生态系统健康评价研究进展 篇3
关键词:森林健康;生态系统健康评价;评价方法;指标体系
中图分类号:Q948文献标识码:A文章编号:1004-3020(2015)06-0035-05
社会发展片面追求经济利益造成全球森林面积急剧减少,森林生态系统破碎化现象日益明显[1,2],生物多样性剧减,生态环境不断恶化,森林生态系统服务功能发生极大的减退,加上各种自然灾害的频繁发生,导致各种森林生态系统产生严重的退化现象[3,4]。森林生态系统的可持续发展面临着前所未有的威胁,对人类如何合理管理森林生态系统健康发展提出了挑战。
森林生态系统健康是指森林生态系统有能力进行资源更新,在生物和非生物因素如病虫害、环境污染、营林、林产品收获等作用下,从一系列的胁迫因素中自主恢复并能够保持其生态恢复力,而且能够满足现在和将来人类对于森林的价值、使用、产品和生态服务等不同层次的需要[5]。森林生态系统健康的提出,为人类保护、管理、利用森林资源提出了新的方向,同时引起了许多学者的广泛关注,对森林生态系统健康的定义、测定、评估和管理进行积极地探索[6,7,8,9]。目前国内外已有多人开展了森林生态系统健康评价的研究工作,并根据不同的区域特征、关键影响因子、评估目的和目标制定了相应的评价指标体系[10],提出一些理论和应用上的评价方法、评估途径和框架[1,3],但森林生态系统物复杂性和功能的多样化,以及其系统的高度开放性,给评价带来了更多的不确定性[11]。同时,研究地域差异、层次和尺度差异、气候影响、人类破坏程度等因素的不同,使得各种评价体系和方法具有较大的差异性。
本文以目前国内外森林生态系统健康评价理论和实践研究成果为基础,综述了国内外有关森林生态系统健康评价的研究现状、评价方法和指标体系,提出当前森林生态系统健康评价存在的问题和发展趋势,希望对未来合理选择森林生态系统健康评价的方法和指标体系进行森林生态系统管理提供一定帮助。
1森林生态系统健康评价发展状况
1.1国外发展状况
当前森林健康监测评价工作做得较多的主要是美国、欧洲、澳大利亚、加拿大等一些森林资源发达的国家。加拿大在森林健康评价方面的工作做得比较早,从20世纪80年代中期开始对森林生态系统健康进行了评价[12]。德国从1983年起开始森林健康监测[13],而后欧洲经济委员会于1986年发起空气污染对森林影响评价和监测计划[14],分多层次对全球性森林生态系统进行监测和研究。澳大利亚在90年代中期开展了森林健康管理项目,对全国的森林生态系统进行健康调查和评价工作[15]。美国从1990年开始对部分省的森林健康进行评价,随后成立了一个全国森林健康监测的专门机构,负责对全美国的森林健康进行调查,用以监测国家森林健康状态变化以及发展趋势等[16]。国际现有的8个生态区域的森林标准与指标行动和进程,如热带木材组织进程、赫尔辛基进程、塔拉波托倡议、非洲干旱地区进程、莱帕塔瑞克进程、近东进程、非洲木材组织进程、亚洲干旱森林进程都不同程度地强调了森林健康的问题。从国外近30年的研究实践,国外主要针对森林生态系统健康评价的概念意义做了深入细致地研究,构建了森林健康综合评价模型,提出了一系列较为科学的影响森林生态系统健康的因素和森林健康评价指标,并试探性地研究了各种森林生态系统健康指标的监测方法和手段。但是,由于影响森林健康的因素较多,森林生态系统结构相当复杂,许多研究成果在实际生产和管理中的可操作性不强,尚未仍然未形成一个具有普遍意义的森林健康评价体系。
1.2国内发展状况
森林生态系统健康评价虽然是林学和生态学里的一个较新领域,但国内关于此领域的研究也同样十分活跃。从20世纪80年代,我国就有关于森林受害问题的报道[17,18,19,20],可是大部分研究主要集中在酸雨状况和成因、酸雨对单一物种及林分的影响等方面,而关于森林生态系统的健康问题及其监测的研究在我国还处于起步阶段。2000年,国家林业局与美国农业部林务局开始了就森林健康项目合作的讨论,将森林健康列为中美林业合作的重要领域。至此,森林健康正式被引入中国并进行较大范围的试验,其最终目标是通过建立示范区,探索出适合中国的森林健康模式和经营措施,标志着我国森林健康与监测评价方面的研究从起步到更深一步的发展。目前,国内对森林健康评价的研究主要处于介绍和引用国外评价理论和模型的初级阶段,以许多学者在参考国外研究成果的基础上,创新性地提出了健康距离法和综合指数法,除了将活力、组织结构和恢复力这3个方面细化成许多小指标外,还结合我国实际情况,加入了一些新的衡量因子,使森林健康的衡量标准量化细化,在实际操作上方便易行极大地丰富了国外森林健康评价理论体系,为我国森林生态系统健康评价提供了新的评价方法。但总体来说,目前我国森林生态系统健康评价研究领域尚未有一个统一标准,有关森林健康的研究还是很零散,不同部门、不同学科、不同地域的合作和交叉严重不足,相关理论和技术发展的速度和水平距实践应用相差甚远,还没有提出符合国情的成熟的森林健康技术体系,也没有建立森林健康监测网络。
2森林生态系统健康评价方法研究
森林生态系统健康评价是诊断由于人类活动或自然因素引起的森林生态系统结构紊乱和功能失调,使森林生态系统丧失服务功能和价值的一种评价[4],采用某种完善的评价指标方法来诊断和评估森林生态系统的健康状况,对合理的森林健康管理起到事半功倍的效果。就目前而言,生态系统健康研究是一个新领域,森林生态系统健康评价至今还处于实验和摸索阶段,虽然产生了许多评价方法和技术手段,但仍然没有一种有效、简单、易操作的评价方法,不利于森林生态系统健康评价研究发展。所以,本文经过查阅文献,将主要的森林生态系统健康评价方法进行了总结,对其使用的范围、特点、不足之处进行概括(表1)。
在实际评价生态系统健康时,需要基于组成结构、功能过程、胁迫因素等来确定指标[24,25],在森林生态系统中多以指数物种法、结构功能指示法为主。一般来说,对于结构单一或某一生态系统的变化主要受某一特征种变化影响的森林生态系统来说可以采用指示物种法。然而,森林生态系统比较复杂,大多学者采用结构功能评价法对森林生态系统健康进行评价,因为结构功能指标法综合了生态系统的多项指标,通过指标体系评价将这些信息综合,来反映生态系统的健康程度,同时也可以反映生态系统的健康负荷能力及受胁迫后的健康恢复能力[26]以及生态系统的不同尺度的健康评价转换,所以指标体系评价法成为目前应用最广,综合评价结果可信度较高的森林生态效益评价方法。综上可知,结合现有的主要评价方法可以看出,各种评价方法都有其不足之处,在实际操作中需要依据不同研究目的,综合各类方法的优缺点对研究区进行森林生态系统健康评价。评价森林生态系统健康状况时,虽然不能把与森林健康研究方面的指标面面俱到,但可针对不同的森林生态系统特点,选择最有效最关键且能对健康状况有直接影响的指标[27]。
3森林生态系统健康评价指标体系的研究
要使生态系统健康更具有现实意义,需要建立一套有针对性、可靠的、可操作的、综合的、可推广的,并能为环境评价、系统管理提供指导信息的评价指标体系,往往直接关系到森林健康评价的科学性和准确程度。
针对森林的单一问题,健康指标体系是明确的和具体的,如对于森林火灾管理,美国学者采用林分密度、树种组成、生长率与死亡率之比、生长量与采伐量之比4个指标对美国国有林的健康进行评级分析[28]。然而,对于综合意义上的森林健康,建立森林健康的指标体系仍然存在较大困难。目前多数学者主要是以活力、组织结构和恢复力为基础的指标体系,进行进一步的细化,使得评价工作变得更具有可操作性。如肖风劲等[3,25]从森林生态系统的生态要素、生理要素、胁迫要素、环境要素和气象要素等五个方面来进行森林健康评价,指标体系相应地分为郁闭度、死亡率、林龄结构、生物多样性、植被结构、植被类型、NPP、光和速率、呼吸速率,污染灾害、病虫灾害、气象灾害、火灾、大气组分、土壤组分、地理位置,有效积温、总辐射、年均降水等19个评价指标。陈高等[1,29]在采用健康距离法评估森林健康状况时,基于自然——经济——社会的框架,采用了组织结构、生物多样性、物质流、能量流、弹性维持力,价值产出、经济投入,社会健康度、社会化水平、社会环境等健康成分,并具体到林分垂直层次、林窗、不同年龄结构的斑块、国际保护运动的力量和影响等64项具体指标。李金良等[30]对北京市水源涵养林健康状况评价提出了包括物种多样性、群落层次结构、林分郁闭度、灌木层盖度、草本层盖度、枯落物层厚度、年龄结构、林分蓄积量、病虫危害程度等9个评价指标。刘苑秋等[31]提出,人工恢复和重建的森林生态系统的健康指标应该包括土壤健康指标、生物多样性、环境健康、生产功能健康等。还有的许多学者[32,33,34]采用联合国经济合作开发署建立的压力——状态——响应(PSR)框架模型来构建流域生态系统健康评价指标体系。
可以看出,目前森林生态系统健康评价指标的选择基本上是围绕以下2种框架进行:一是生态系统健康指数模型,即HI=V×O×R(HI表示系统健康指数;V表示系统活力;O是系统组织指数;R是系统恢复力指数),所有这些能反映生态系统活力、组织状态和恢复力的因素都可以作为生态系统健康评价指标;二是根据联合国经济合作开发署提出的压力——状态——响应(PSR)框架模型,其中“压力”包括直接或间接的人类活动对环境的改变;“状态”主要指流域物理、化学和生物条件,或自然系统的状态,包括人类的健康和财富;“响应”包括政府行为或政策、部门、个人对环境改变的应对和治理,此类方法一般适用于大尺度森林生态系统健康植被的筛选。同时,研究者们试图建立多要素、多尺度、多层次的评价指标体系,尽管有些指标还不尽完善,评价结果也可以在一定程度上反映一些森林健康的实质[35]。
4问题与展望
虽然,森林生态系统健康评价的发展时间相对较短,其发展速度较快,产生了许多研究成果,但仍然存在许多问题尚未解决,主要概括为以下几点:①森林生态系统的复杂性致使其健康水平不同采用某些简单测定的具体指标进行概括,其评估方法的科学也仍然存在疑问,因此很难准确评估生态系统健康受害程度;②森林生态系统的发展呈现为不断变化的动态过程,很难准确判断出哪些症状是演替过程中的产生的,哪些症状是由于干扰或不健康形成的,特别对于那些处于幼年的和老年阶段时。因此,对于不同类型森林生态系统或者同一类型森林生态系统的不同演替阶段,建立其健康标准就至关重要;③森林生态系统健康受多个因素共同影响,且森林生态系统有一定缓冲能力,很难获得各影响因素和森林健康相互对应的数量关系,导致现有森林健康评价严重滞后于健康监测,尚不能充分利用丰富的健康监测数据综合评价森林健康程度;④不同地区、不同森林类型、不同森林功能要求条件下的森林健康标准存在差异,在森林健康综合评价时必须要考虑众多因素;⑤不同森林结构、经营措施、森林健康之间的关系缺乏定量的和机理性的认识,现有评价多表现为单项因素的评价,导致现有森林健康评价技术尚不能满足指导森林健康经营的要求。
总之,森林生态系统健康评价研究还存在许多问题,还有许多工作要做,针对上述不足,我们对未来森林健康监测与评价的发展提出以下几点建议:
(1)选择合适的健康指标是科学合理的进行森林健康评价的关键,如何确定不同健康指标成为森林生态系统健康状况准确评价的关键所在。不同经营目的、不同地区、不同类型的森林生态系统其健康标准往往具有自身特点,比如用材林生态系统经营为的是提供更加优质的林产品,其可持续经营为的是保证森林生态系统的稳定性和高生产力;生态防护林经营主要是为实现森林的环境服务功能,其可持续性经营及生态系统健康重要的是保证森林生态系统稳定地维持生态服务功能的充分发挥;退化森林生态系统健康恢复与重建的主要是为了恢复系统自然合理的结构和功能,尽可能恢复到原有水平。因此,在评价某个具体生态系统健康与否,要着重考虑特定生态系统所具有的独特性,而不应该采用相同的生态系统的评价标准。
(2)由于影响森林生态系统健康发展的因子较多,因此要不断加强森林生态系统健康维持机理研究,从根本上揭示森林健康各影响因子建的关系和过程,寻到到影响森林生态系统健康的关键因子,并建立相关预测模型,进而进行定量评价。
(3)我国森林健康监测与评估除了依赖于现有监测网络体系外,还应将不同研究者长期监测与网络分析和模型模拟研究成果相结合,采用多种研究手段,多尺度多方位多角度定位研究,并结合环境学、社会学、经济学等全面可靠的进行森林生态系统健康综合评价。
(4)根据我国森林经营和发展的实际状况,结合现有森林健康评价指标体系和理论技术和方法,建立一套适合我国国情的森林健康评价体系。
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滦河流域生态系统健康评价研究 篇4
总结了国内外对流域生态系统进行健康评价的实践,以生态系统健康理论和“压力-状态-响应”模型为基础,构建了滦河流域(内蒙古山区部分)的生态系统健康评价指标体系.采用层次分析法进行的综合评价结果表明:滦河流域生态环境健康状态得分为0.82,健康指数为0.48.滦河流域应加强水土保持,减少土壤侵蚀;加大围栏育草、禁牧、休牧、轮牧等力度,治理沙化草场,恢复植被;降低单位面积农药施用量,以减少流域非点源污染;减少对流域内湿地的围垦和破坏;有计划地恢复河滨湿地生态系统,促进河流生态功能恢复.
作 者:龙笛 张思聪 LONG Di ZHANG Si-cong 作者单位:龙笛,LONG Di(中国科学院,地理科学与资源研究所,北京,100101;中国科学院,研究生院,北京,100049)
张思聪,ZHANG Si-cong(清华大学,水利水电工程系,北京,100084)
城市河流生态景观设计探讨论文 篇5
关键词:城市河流;生态景观;研究
河流是城市环境中的重要元素,随着城市不断的发展,城市建设取得成功的同时也引发了许多环境问题,城市的河流经常被作为污水的排放地使用,因此,为了改善生活质量,人们对于城市河流生态景观设计的要求越来越高。城市河流生态景观是在保证了河流以及河流周边生态环境的前提下,利用生物技术、景观设计以及水利建设并用形成的河流景观区域。
1我国城市河流生态景观现状
对于城市河流水域的开发建设,近几年我国投入了不少资金,但实际上我国的城市河流生态景观设计还处于初级阶段,其规划、设计等方面都存在着许多不足,这就严重影响了城市河流建设的效果[1]。自然的河流丰富多样,形成了独特的自然景观,但目前人们在对于城市河流生态景观设计上没有考虑到对河流的自然需求,忽略了对河流以及河流周边动植物的保护,导致河流景观设计流于表面。我国对于河流的规划治理很大程度上没有从生态的角度上考虑,因此,对于城市河流生态景观设计还需要更深入的研究。
2城市河流生态景观对城市的影响
2.1对城市环境质量的积极影响
河流以及周边的生态环境是城市环境的重要组成部分,也是环境良性循环的动力,因此,河流生态景观就是改良城市环境的源泉。河流沿岸有许多自然的植被,它们能产生大量的氧气,提升空气的质量,而河流的流动性能使新鲜的空气流向城市的中心,形成循环流动。另外,城市河流生态景观是在城市建筑群落距离的地方建立的一片集中的林带,它能消除城市中各种声源造成的噪音,能有效的缓解城市中的噪音污染。同时,由于河流特有的生态环境,能形成鱼类、鸟类、植物包括人类共同和谐相处的环境,这在整体上能影响城市人对环境的感知,提升他们居住的环境质量。
2.2对城市空间格局的建设影响
河流生态景观设计在城市发展的过程中,对城市的规划和建设起到了重要的影响,对其空间格局的建设影响主要表现在城市道路系统和格局的规划这两个方面。河流是城市的交通道路必须跨越的,河流生态景观设计影响着跨越河流时的位置选取。目前,人们对于城市生活里居住的环境质量要求越来越高,河流生态景观设计将河流区域形成了城市居民首先选择的地方,这种新型的格局建设将城市的河流变成了城市的中心地带。
2.3对城市居住人群的心理影响
河流生态景观设计不仅改善了城市居民的生存环境质量,还丰富了他们的生活,这些影响对于城市居民来说,有效促进了他们的心理健康。河流生态景观设计能缓解人们的精神压力,让处于长期精神紧张和压力的人在精神上得以放松。城市河流景观为城市的居民提供了公共的交流空间,使得人们能更和谐的相处,而贴近人们自然需求的生态景观设计,促进人们交流愿望的同时,也促进了人们心理健康的需求[2]。而在各个城市河流景观经常能看到许多人晨读、锻炼、相互讨论养鸟技巧等现象,就是河流生态景观促进人们心理健康的最好证明。
3我国城市河流生态景观设计研究
3.1景观设计的原则
3.1.1河流生态景观与城市景观协调的原则城市的总体规划发展中,为了保证城市坚持可持续发展道路,在设计时通常会考虑到城市河流生态景观的设计,当然,在城市河流生态景观设计中,在尊重河流自然规律的同时,还要充分拓展城市河流景观的各种生态功能,注重与城市景观的协调性,使城市河流景观设计在城市整体规划中发挥出重要作用,更好的提高城市的服务质量。
3.1.2河流景观与生态的同步原则城市的发展中对于城市河流的景观设计,主要是为了满足城市人民回归自然的需求,因此在河流生态景观的设计上应该充分表现出其开放性、美观性以及舒适性的原则,结合河流生自然态系统,在保障自然为主的前提下满足城市居民的日常需求,实现河流景观与生态同步的设计原则。在设计的同时,还要保护河流物种的多样性,实现生态河流的课持续发展性。
3.1.3文化传承的设计原则城市的发展离不开河流,其在发展过程中会形成特殊的文化和景观,因此河流生态景观设计中应该保留城市河流特有的历史背景和文化遗产,让文化能继续传承的设计原则,在此基础上创造出具有特色的河流景观,并且结合河流生态的多项功能,以及自然的景观和人文的景观元素,在城市河流景观设计上满足城市发展的需求。3.2河流生态景观设计的方法
3.2.1河道的景观设计方法城市的河道一般处于城市人民居住的社区、商业以及文化娱乐等特俗地段的位置,这些地方建筑物集中,交通也比较密集,因此在城市河流生态景观设计上不能过于的蜿蜒,不过在解除河道瓶颈的基础上能保持河道的自然弯曲,还能一定程度上恢复好原来废弃的河道[3]。为了满足河道泄洪的需求,对于复杂的河道进行景观设计时应该保持河流的通畅,也可适当的放弃河流的休息空间来加宽河道的宽度。在河道的底部和两边要尽量的避免硬质水泥的铺设,让其保留原有的土质能有利于河内生物的生存,还能让河流的自然渗透的水资源,弥补城市地下供水不足的情况。
3.2.2河岸的景观设计方法对于河岸的景观设计,应该尊重河岸水的自然属性情况。河岸上的自然空间是河流与河滩衔接的地方,也是河流生态景观的主要地点。现代城市中关于河岸的设计多半都是使用的混凝土设计的直岸,周围的植被非常简单,这样的设计并不能达到河岸生态景观稳定且持续发展的目的。在河岸的景观设计上,应该使用的是软式的河岸而不是用钢筋混凝的硬式河岸,这样既可以防止河水对河岸的破坏,还有利于周围生物的生长,河岸应仿造自然的河岸,边坡进行放缓,而不是做成垂直式的河岸,这样能有效增加河岸的生机。对于河岸周边的绿化,可以优先采用藤蔓式的植物,并且根据不同水位在河岸周围配备不同季节的植物,为河流的水生物提供了多样化的生存条件。
3.2.3河滩的景观设计方法河滩为人们提供了娱乐的空间,它是河道的边缘,也是城市在建设时的重要地方,为方面人们的游玩,一般会在在河滩上设计一些平台等,方便人们在河滩游玩时更接近河水。对于河滩的景观设计应该以开阔的草坪为主,并在周围的设计上布置一切相应的树群,让人们在即使身处城市中心也能体会大自然的魅力。河滩的周围的绿化建设,不仅能建设优美的绿化环境,夏天的时候能通风庇荫,冬天还能防风。当然,在河滩的设计上还要保证河流内生物的稳定生存,以及物种之间的各种生态间的关系特征,并能与自然的河流形成生态系统的网络化,这种设计既能满足河岸景观设计的优美性,还能维护河流中物种的多样性。
4结束语
河流是大自然的产物,在对于城市河流生态景观进行设计时,首先应该是以工程技术为依靠,表现出河流的景观艺术,技术和艺术的相互结合创造了独特的城市河流景观设计,而城市河流生态景观的设计为城市创造出了优美绿化的社会环境,并且维持了河流的生态系统完整性。城市河流生态景观设计加快了我国对于城市河流的研究,很大程度上积极推动了我国城市河流生态景观的规划工作,为身处城市中心的人民营造了一个更健康绿化的河流景观环境。
参考文献
城市河流生态系统健康评价实例研究 篇6
景观方案的质量评价分为分项评价和总体评价,其中分项评价较理性,往往侧重于景观方案的具体功能是否合理,但是总体评价也很重要,它往往是专家根据自身经验对景观方案的综合评价。以往的评价经常会遇到如下情况,景观方案的每个指标都处于中等水平但总分却较低;而有的方案只有少数指标却得分很高,其他指标得分很一般,但总分却很高。这就充分说明了景观的总体质量与评价因子之间是非线性关系。本文采用BP神经网络模型来解释自然生态型河流景观方案质量及其评价因子之间的非线性关系。
1 方法
三层BP人工神经网络模型的最下层称为输入层,中间层为隐含层,最上层为输出层。各层次间神经元却相互联接,而各层次内的神经元却没有联接。BP算法的学习过程由正向传播和反向传播两个过程组成。在正向传播过程中,信息从输入层经隐含层传向输出层如果在输出层不能得到期望输出的结果则转入反向传播,将误差信号沿原来的联接通路返回[10]。模型权值的调整采用反向传播的学习算法,计算软件采用DPS 6.0,具体的算法步骤为:(1)输入层数据。建立样本集和因素集xi。(2)原始数据的标准化。对输入值进行标准化,确保由节点输入的信息传输到隐含层和输出层,可采用以上公式计算。(3)确定隐含层节点数。通过以下两个公式中的其中之一来确定隐含层节点数的初始值:1=m+n+a或者1=0.43mn+0.12n2+2.54m+0.77n+0.35+0.51。式中,m、n分别为输入结点数目与输出结点数目,a为1—10之间的常数。(4)确定学习误差量。设网络输出误差为:Ek=21(yjk-Ojk)2。式中,Yjk和Ojk分别为神经元j的期望输出和实际输出。设E=Ek为整个训练集中所有样本产生的输出误差之和。(5)传递函数。BP网络中的传输函数通常采用S型函数或Pureline函数。如果BP网络的最后一层是Sigmoid函数,那么整个网络的输出就限制在一个较小的范围内(0—1之间的连续量);如果BP网络的最后一层是Pureline函数,那么整个网络的输出可以取任意值。(6)权值调整。权值调整公式为:■kwji=ηδkOik,η>0。式中,■kWji为Wji的调整值;η为学习率或称为步长。若j为神经网络的输出的神经元,则j不是输出的神经元。
2 建立模型
本研究通过专家咨询概括出能够反映自然生态型河流景观质量的7个影响因子:水质、水量、水形、植被、经济、设施、交通。由5名资深景观设计师以表1中所列的评价标准为依据进行打分,平均得分见表2。网络模型采用三层BP网络,输入层有7个节点。根据以上公式,经过计算和调整,隐含层选用7个神经元,输出层有1个节点为y;最小训练速率设为0.1,最大迭代次数设定为1000;网络训练目标为误差小于0.0001,动态参数0.6,其他参数设定均使用缺省值。根据以上步骤进行计算,结果见表2。
3 结果与分析
3.1 结果
结果表明,采用BP神经网络方法比较准确地拟合了原始数据,各个样本的预测值与真实值十分接近,相对误差低于5%。自然生态型河流的水质、水量、水形、植物、设施、经济等因素与景观质量之间存在着复杂的非线性关系。利用评价模型,在每一项指标中输入专家评价指标值就可自动给出该方案的综合得分。该方法克服了由人工评价带来的随机性和参评人员主观上的不确定性与认识上的模糊性,保证了评价结果的客观性和准确性。
3.2 分析
分析表明:(1)增加评价专家人数。为保证原始数据的精确性,增加评价专家的数量无疑是最好的方法。当然,专家的专业、学识、经验等也会影响评价结果的准确性。(2)增加样本数量。样本的构建至关重要,大量可靠的标准样本是预测精度的根本保证。本文的实证部分主要针对一个自然生态型河流设计项目中的方案,今后的研究要增加样本的数量,提高评价的精确性。(3)指标的合理性筛选。在应用研究中发现,对BP神经网络方法而言,指标体系的科学性和评价标准的准确性将会对评价结果产生较大影响。忽视某些对评价有重要影响的关键因子也会对系统整体产生影响。因此,针对上述问题与不足还应进行深入研究。
4 结论
BP网络对非线性系统具有良好的逼近能力,无论从拟合还是预测情况来看,该方法都具有较高的精度,可作为城市自然生态型河流景观质量预测的一种行之有效的方法。通过预测,可指导城市自然生态型河流建设投资者的投资行为,规避风险以便获得更好的经济利益将神经网络模型应用于城市自然生态型河流景观质量评价,无需构建复杂的参数方程,在不存在任何简化与假定的情况下可以进行非线性映射。模型的自学习能力强,结构简单实用,具有其他方法无可比拟的优势在实际预测中有很好的借鉴作用。
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