生态系统关键参量监测设备研制与生态物联网示范

本文主要介绍国家重点研发计划2016年首批立项的重点专项"生态系统关键参量监测设备研制与生态物联网示范"(2016YFC500100)的项目立项背景、主要研究内容及总体目标。本项目紧密围绕国家生态监测需求,与国际上生态监测科学技术前沿并跑,研发生态系统关键参量监测设备和生态物联网关键技术,开展示范和产业化推广,推动我国生态监测技术的自主创新,服务我国脆弱生态修复与保护需求,增强我国生态监测的立体化、自动化、智能化水平,满足国家实时生态监测的需求。     

海岛生态保护红线划定技术方法

划定海岛生态保护红线是维护海岛生态安全,协调海岛开发与保护之间矛盾的重要方法。目前,海岛生态保护红线在概念内涵、划定内容、划定方法等方面尚未统一定性,且极易与海洋生态红线的概念混淆,不同类型和形态的海岛红线划定的方法及原则要求也有所区分,例如,单岛、列岛、群岛、有居民和无居民海岛等。论述了海岛生态保护红线概念、海岛生态保护红线与海洋生态红线的区别和联系;结合生态科学、地理科学和管理科学属性,基于发展观点和底线思维阐述了海岛生态保护红线划定原则;海岛生态保护红线类型主要包括:海岛重点生态功能区、海岛生态敏感区/脆弱区和海岛禁止开发区;筛选出海岛生态保护红线划定需要重点考量的指标,提出海岛生态保护红线划定的技术路线,同时针对海岛生态保护红线区划面临的若干问题进行探讨;最后对今后海岛生态保护红线划定研究进行了展望。     

海岛生态服务功能保护初探

生态系统是人类经济社会生存和发展的基础。海岛作为人类通向海洋的桥头堡,保护海岛及其周边海域生态系统,对于维护国家海洋权益,保障海防安全,发展海洋经济、保护海洋生态、构建和谐社会等具有重要战略意义。本文从介绍海岛生态系统功能特征及服务价值入手,分析了海岛生态系统服务功能受损的深层原因及对其带来的负面影响,并在此基础上,提出了摸清海岛生态资源状况、规范海岛开发秩序、实施海岛生态修复与整治工程,推进海岛保护区建设,加强海岛生态环境保护的科学研究与国际合作,以及多渠道获取海岛生态保护资金等方面策略,初步探讨了海岛生态服务功能的保护。     

基于物质流分析方法的生态海岛建设研究——以长海县为例

建设生态海岛是海岛生态经济系统实现可持续发展的重要途径。运用物质流分析方法对长海县的物质输入与输出状况进行计算,并用物质消耗强度、废物排放强度和环境负荷强度3个指标衡量了该海岛县生态效率的变化,分析了技术进步对海岛生态经济系统生态压力变化的贡献状况。结果表明,2003—2009年间,长海县物质输入总量、物质输出总量和环境负荷总量呈增长态势;生态效率明显提高;技术进步对减轻海岛生态经济系统生态压力的贡献没有抵消经济增长所产生的生态压力的增加量。为了减少物质输入和废物输出,减轻经济活动对海岛生态系统产生的压力,建立创新型管理机制有效促进技术进步,不断提高生态效率具有特别重要的作用。     

海岛退化生态系统的恢复

海岛在干扰下极易退化且不易恢复,这些干扰包括毁林、引种不当和自然灾害三类。海岛恢复的限制性因子是缺乏淡水和土壤、生物资源缺乏、严重的风害或暴雨。不同大小的海岛和海岛不同部分的恢复策略不同。海岛植被恢复可参考其群落演替过程,其恢复至少是一个群落或生态系统水平的恢复。海岛恢复的长期利益包括重建海岛的生物群落,再现海岛生态系统的营养循环,恢复海岛的进化过程。海岛恢复的过程比较复杂,最关键的是要选择好适生的关键种。     

海岛退化生态系统的恢复

海岛在干扰下极易退化且不易恢复,这些干扰包括毁林、引种不当和自然灾害三类。海岛恢复的限制性因子是缺乏淡水和土壤、生物资源缺乏、严重的风害或暴雨。不同大小的海岛和海岛不同部分的恢复策略不同。海岛植被恢复可参考其群落演替过程,其恢复至少是一个群落或生态系统水平的恢复。海岛恢复的长期利益包括重建海岛的生物群落,再现海岛生态系统的营养循环,恢复海岛的进化过程。海岛恢复的过程比较复杂,最关键的是要选择好适生的关键种。     

无居民海岛开发生态损害评估——以象山县大羊屿岛为例

无居民海岛独特的生态系统和地理位置决定了受损后的修复成本极高、开发难度极大,其保护与开发已经成为国内外学界关注的重点。基于海岛生态系统服务价值理论构建了无居民海岛开发的生态损害评估模型,以我国首个公开拍卖使用权的大羊屿岛为例验证模型的科学性和可行性,并与2018年调整后的无居民海岛使用金征收标准中生态损害成本额度进行对比分析。研究结果表明：（1）大羊屿岛开发的生态损害补偿金为1644.82万元。其中,陆域开发行为所需的生态损害补偿金为890.19万元,高于海洋开发行为所造成的生态损害补偿金;（2）通过本文计算的海岛陆域生态损害补偿金高出现行海岛使用金标准中的生态损害成本371.90万元,2018年旅游用岛使用金征收标准仍有上调空间。对无居民海岛开发的生态损害评估可以增强政府和企业对于海岛资源的保护意识,重新权衡无居民海岛开发的利弊,避免对海岛资源过度和盲目的开发。     

基于海岛生态脆弱性模拟的朱家尖岛空间管控对策

近10年来,桥隧连陆型海岛数量快速增长,这类工程的建设改善了海岛的交通可达性,使得海岛旅游人口快速增长,实现了海岛经济的快速发展.而旅游人口的快速增加和海岛土地利用结构的变化,使得海岛生态脆弱性增加.为实现海岛生态系统的科学管理,科学评价和预测海岛生态系统脆弱性变化趋势及敏感区域,制定不同区域的生态系统管理方式显得尤为迫切.本研究构建了海岛生态脆弱性评价模型,评估了朱家尖岛生态脆弱性现状,以2015年作为基期模拟未来20年旅游人口和土地利用变化,以及未来20年的海岛生态脆弱性变化,在此基础上分析脆弱性变化的敏感区域,并提出相应的管理措施.结果表明:朱家尖岛目前的生态系统处于良好状态,中度和重度脆弱性面积相对较小.随着朱家尖岛旅游人口增加和岛陆开发强度的增强,海岛生态系统趋于脆弱,其中,高脆弱性面积增加,低脆弱性面积减少.针对脆弱性评估的结果结合敏感性分析,将朱家尖岛划分为禁止开发区、限制开发区和有条件开发区,以实现精细化管理.     

保护中国的海岛

完善海岛生态红线管理制度,把那些具有重要价值的海岛纳入生态红线,并加强相关监管,确保处于红线内的海岛不受开发利用活动的影响;加强海岛生态环境监测监管,即充分利用卫星遥感等技术手段,加强海岛自然形态和开发利用状况的巡查,及时发现未经审批开发利用海岛的违法违规行为,为执法监管提供支撑;营造良好的社会氛围,即加强宣传,开展“美丽海岛”评价并定期向社会公布,引导更多人关心海岛,爱护海岛。     

海岛陆地生态系统固碳估算方法

陆地生态系统在调节全球碳平衡和减缓全球气候变化中起着重要作用。海岛作为一种特殊的生态系统,生物群落和环境与大陆基本相似。虽然海岛生态结构相对简单,物种的丰富程度比大陆低,但对全球碳循环也有一定的影响。在海岛陆地生态系统中,森林和灌草的种属相对较少,且不同纬度的海岛森林植被种属差异明显,可采用典型样地清查和生物量模型估算相结合的方法估算乔木层和灌草层的碳储量。采用模型估算固碳潜力时,根据海岛生态环境的特殊性,综合考虑岛陆面积、季节、风向、坡度、坡向、海拔、平均温度、降雨量、土壤理化性质等参数对其碳储量估算的影响。海岛植被生物多样性影响其土壤碳储存的生态服务功能,利用多元统计分析方法,建立岛陆植物物种丰度与土壤碳储量的空间回归模型,明确植物多样性的改变对岛陆土壤固碳能力的影响。此外,从土壤固碳的角度而言,海岛土壤-植物-微生物间相互作用是其重要的研究方向。利用现代分子生物学技术,研究海岛陆地生态系统的土壤-植物-微生物相互作用关系,有利于海岛土壤固碳潜力估算精度的提高。     

基于无线物联网的远程脑卒中诊疗服务模式研究

远程医学在推动优质医疗资源纵向流动方面发挥出越来越重要的作用,远程脑卒中项目在发达国家的开展也日益规范。从我国脑卒中诊疗服务的实际需求出发,结合目前计算机网络、通讯技术的发展状况,提出基于无线物联网的远程脑卒中诊疗服务模式,充分利用现代信息技术优势,提高脑卒中诊疗水平,促进远程医学的发展。     

Triboelectric Nanogenerator Enabled Wearable Sensors and Electronics for Sustainable Internet of Things Integrated Green Earth

The advancement of the Internet of Things/5G infrastructure requires a low-cost ubiquitous sensory network to realize an autonomous system for information collection and processing, aiming at diversified applications ranging from healthcare, smart home, industry 4.0 to environmental monitoring. The triboelectric nanogenerator (TENG) is considered the most promising technology due to its self-powered, cost-effective, and highly customizable advantages. Through the use of wearable electronic devices, advanced TENG technology is developed as a core technology enabling self-powered sensors, power supplies, and data communications for the aforementioned applications. In this review, the advancements of TENG-based electronics regarding materials, material/device hybridization, systems integration, technology convergence, and applications in healthcare, environment monitoring, transportation, and smart homes toward the future green earth are reported.     

基于物联网技术的医疗设备管理

医疗设备管理是医院内部管理的重点之一,影响着整个医院的综合管理水平。传统的医疗设备管理方法在越来越多的设备和越来越大的资产金额面前容易造成管理工作量大、设备利用率低下、资产盘点困难甚至设备流失等问题。对医疗设备管理现状进行了探讨,在考虑成本的前提下设计了一个新型的基于物联网技术的设备管理系统。此系统根据设备的价值高低分为高值设备管理系统、中高值设备管理系统和低值设备管理系统3个子系统和一个控制中心。3个子系统拥有同一个控制中心,统一对设备的出入库、维修、调配等进行管理。系统正在深圳市人民医院进行实施部署,将有效提升医院设备管理效率。     

物联网技术支持下的城市热环境时空变化分析

热环境是城市生态系统最为关键的大气环境要素之一,开展城市热环境研究的前提是在时空维度上获取足量的热环境参数。利用先进的物联网技术构建了在线式热环境监测设备,收集2022年10月16日至24日广州大学校园气温、风速、太阳辐射和地面温度四种热环境参数,分析小尺度下城市热环境的时空变化特征。研究结果表明:1)不同测点之间的风速特征具有一定的相关性,极个别测点的风速特征与其它测点相关性仅在0.5左右,显示其小气候的独特性;2)不同测点风速和热岛强度变化时空差异明显,即使距离靠近的测点,受邻近建筑和植被特征的影响热环境特征会有所差异,各测点的日间风速大,热岛强度较为明显,夜间风速较小,热岛强度较弱;3)地面温度与气温的相关性达0.8左右,这种相关性在夜间表现更为密切,并且这种关系受风速的影响不大。研究结果反映了城市热环境参数在小尺度上的高度异质性,并揭示了物联网技术在城市热环境监测领域的可行性、便捷性和高效性。     

基于景感生态学的生态环境物联网框架构建

更高的城市化率造成新的城市生态环境问题和变化趋势,新理论与新技术也为生态环境监测与管理提供了新方法。景感生态学是以可持续发展为目标,基于生态学的基本原理,从自然要素、物理感知、心理感知、社会经济、过程与风险等相关方面,研究土地利用规划、建设与管理的科学。基于景感生态学理论,开展生态环境物联网的监测网络设计与监测平台构建。首先,从自然要素中的光、热、水、土壤、综合气象等,以及物理感知的视觉、嗅觉、听觉、触觉等作为监测要素并进行特征分析;其次,结合多目标约束和聚类分析约束条件,提出非规则网格最优法进行生态环境监测网络的布设。再其次,重点探讨了联合地面固定监测站、无人船与无人机构建的"陆海空一体化"的生态环境数据采集与监测;其中,在地面构建综合气象与土壤传感器,可监测自然要素的光照、热量、雨量、气压,以及物理感知要素的风速、风向温度、湿度及噪声等;在海洋中,基于无人船搭载的水环境与水质传感器,可监测水体温度、水浑浊度与水污染状况,以及水体总磷与水体质量等;在空中,基于无人机搭载的气体监测仪、多/高光谱传感器与数码相机,可获取不同区域与不同高度的CO₂、SO_2<...     

基于智能体模型的青岛市林地生态格局评价与优化

设计并在GIS平台上开发了基于智能体的生态格局评价模型,以青岛市及周边地区林地为研究对象,分析不同林地空间格局及生态网络保护框架对于物种生存与扩散的影响.结果表明,与现状相比,不同等级的生态网络框架对物种种群数量与物种迁移都有明显提升,且等级越高的生态网络框架提升作用越明显.然而仅仅依靠生态网络框架不足以使研究区域林地系统形成功能上的相互连通,因此,在分析研究区域现状土地利用格局基础上,提出与湿地系统结合,在胶州湾周围及大沽河干流地区增加林地的空间布局.通过模型模拟分析,发现优化后的林地空间格局结合生态网络框架能有效提升林地之间的物种扩散.基于模拟结果,为研究区林地生态格局构建提出如下建议:(1)保证现有的规模较大的林地不被破坏;(2)青岛市中部湿地系统可以作为新增林地的理想区域;(3)生态网络框架可作为青岛市建立城市组团间生态间隔的空间参考.     

水生态功能区划流程:双关系树框架与概念模型

水生态区划和水生态功能区划是流域水环境管理与水生态系统合理利用的重要基础,国内已经研究十年有余.本文针对该领域的一些共性问题,通过对水生态区划分与水生态功能类型划分的系统分析,探讨了水生态区划与水生态功能区划的关联性,提出了基于双树结构的RFCH流程和钻石概念模型;并以辽河流域为例,参照其他研究者的区划方案,开展了以水生态三级区为基础的水生态功能分类,为流域水生态功能区划提供了一种可借鉴的流程框架.     

盐沼湿地大规模恢复的概念生态模型——以盐城为例

大规模湿地生态恢复是一项耗资巨大、复杂的系统工程,需要以整个区域湿地结构和功能恢复作为基本目标,将时间和空间上分散的研究成果进行系统梳理,形成对区域湿地生态变化及其驱动因素的规律性认识。本研究以盐城盐沼湿地为案例,以1987年作为未干扰或干扰较少的状态,从结构-过程-功能耦合作用角度,确定区域湿地恢复的关键生态特征,包括:健康与动态潮间带湿地系统、碱蓬生态系统生产力与弹性、复杂景观镶嵌与相互作用、潮间带底栖动物丰富与鸟类觅食基地,以及濒危与关键水鸟种群保护。在此基础上,将围垦与土地利用、水管理、全球变化与海平面上升作为驱动区域湿地生态变化的三大外部因素;海岸侵蚀与沉积、区域水格局变化、地形地貌变化、湿地空间变化与连通性丧失,以及互花米草入侵等是影响湿地生态系统变化的内在压力因子;基于这些压力因子与湿地生态系统变化之间复杂作用关系分析,形成了外部驱动力-内在压力源-生态影响-生态特征之间联合作用下的区域湿地恢复概念生态模型。此模型以复杂因果关系研究为基础,直观展示了湿地恢复需要去除或减缓各种压力因子的一般路径,有利于指导大规模盐沼湿地恢复规划与实践。     

On the semiotic dimension of ecological theory: The case of island biogeography

The Macarthur-Wilson equilibrium theory of island biogeography has had a contradictory role in ecology. As a lasting contribution, the theory has created a new way of viewing insular environments as dynamical systems. On the other hand, many of the applications of the theory have reduced to mere unimaginative curve-fitting. I analyze this paradox in semiotic terms: the theory was mainly equated with the simple species-area relationship which became a signifier of interesting island ecology. The theory is, however, better viewed as a theoretical framework that suggests specific hypotheses on the ecology of colonization of insular environments. This paradox is inherent in the use of simplifying analytic models. Analytic models are necessary and fruitful in the work of ecologists, but they ought to be supplemented with a broader, pluralistic appreciation of the role of theories in general.