基于投影寻踪的城市生态系统健康评价

掌握城市生态系统的健康水平,对城市实施可持续发展具有重要意义.采用一种新型的多指标数据处理方法-投影寻踪模型,选取典型指标,利用基于实数编码遗传算法优化求取最佳投影方向,对广州市2000年、2005年的城市生态系统健康状况进行评价.评价结果表明:2000年,广州市对应的等级值为2.95,处于亚健康状态,符合其客观状况,该结果与采用模糊综合评价法所得结论一致;2005年,广州市对应的等级值为3.48,仍处于亚健康状态,但其等级值大于2000年的数值,等级值在增大,表明经过5a的建设,广州市的生态系统健康状况在不断好转.此外,与模糊综合评价法相比,该模型能精确地刻画出生态系统的具体健康水平,具有较高的评价精度和区分度.     

基于改进投影寻踪的海洋生态环境综合评价

为了克服现有的海洋环境评价中存在的主观性强、不易处理高维数据的缺陷,提出了基于改进投影寻踪模型的海洋环境评价新方法.该方法利用改进蚁群算法实现了投影寻踪技术,将方案的多维评价指标值投影为一维投影数据,并据投影值大小对样本进行综合评价.工程应用实例表明,该模型易于决策,具有很强的客观性、适用性和可操作性,为海洋生态环境评价提供了新的技术工具.     

基于投影寻踪的珠江三角洲景观生态安全评价

区域景观生态安全是生态安全的重要组成部分,对于国家安全和社会可持续发展具有重要影响。以1990年和2005年珠江三角洲Landsat5TM和Landsat7ETM+遥感数据为基本数据源,选取聚集度、景观破碎度、景观形状指数、Shannon多样性指数,并构建了景观脆弱度指数和景观安全邻接指数,对研究区景观空间格局变化进行对比分析。在此基础上,利用基于遗传算法的投影寻踪方法,计算景观生态安全指数,评价研究区的景观生态安全状况。结果表明:(1)从1990年到2005年,珠江三角洲9市的聚集度、破碎度、景观形状指数和Shannon多样性指数变化不大,而景观脆弱度和景观安全邻接指数变化显著,9市的景观脆弱度都呈现减少趋势,而9市景观安全邻接指数都呈增加趋势。(2)从1990年到2005年,珠海和惠州两市景观生态安全状况一直保持良好,而东莞和中山两市的景观生态安全值一直较低;除佛山和广州两市景观生态安全状况略有提高外,其它7市景观生态安全值都有一定程度的减小,其中以肇庆市降低最多。珠江三角洲地区经济高速发展,人为活动剧烈,利用投影寻踪方法构建景观生态安全指数,评价高强度发展区域的景观生态安全状况是有效、可行的。     

基于投影寻踪的天然草地分类模型

提出了基于投影寻踪的天然草地分类模型(GQC-RAGAPP),利用该模型可把各天然草地多维分类指标值综合成一维投影值,投影值越大表示该草地的环境综合质量越高,根据投影值的大小就可对草地样本集进行合理分类。建议用实码加速遗传算法进行GQC—RAGAPP的建模,简化了投影寻踪技术的实现过程,克服了目前投影寻踪技术计算过程复杂、编程实现困难的缺点。实例计算的结果说明,直接由样本数据驱动的GQC—RAGAPP模型用于天然草地分类简便可行,适用性和可操作性较强,可应用于各种非线性、非正态高维数据分类、评价等区域可持续发展研究中。     

帽儿山森林生态系统蚯蚓生态分布研究

蚯蚓本研究采用大型土壤动物手拣法和器测法 ,野外调查与室内实验相结合 ,揭示了帽儿山森林生态系统蚯蚓的生态分布规律及其与环境因子的相互关系。水平分布调查表明 ,白桦林的蚯蚓生物量和个体密度远低于其它 3个林型 ;地上垂直分布调查表明 ,蚯蚓生物量与个体密度从山谷到山顶逐渐增多。地下垂直结构调查表明 ,帽儿山地区蚯蚓分布的垂直结构表聚性明显。各种调查均揭示了蚯蚓种群大小随生境条件不同而变化 ,特别是水分条件 ,适合调查地区蚯蚓生存的土壤含水量范围大致为 4 0 %～ 6 5 %。     

基于投影寻踪理论的稻飞虱发生程度预测模型

稻飞虱发生程度与相关气候因子的数据大多具有高维非正态、非线性特征,采用统计预测法会出现预测效果的不稳定,采用人工神经网络预测模型需要较多的训练样本.投影寻踪模型把高维数据投影到低维子空间上,对数据结构进行分析,一定程度上解决了非线性、非正态问题.本文建立了浙江省新昌县单季晚稻稻飞虱主害代发生程度的投影寻踪预测模型,并与BP神经网络模型、线性回归模型的预测结果进行了对比.结果表明:投影寻踪模型优于BP神经网络模型、线性回归模型;投影寻踪模型的历史符合率和预测准确率均为100%;BP神经网络模型历史符合率达到100%,但预测偏差较大;线性回归模型历史符合率和预测偏差均较大.可见,投影寻踪模型在稻飞虱发生程度的预测上具有较好的应用前景.     

社会-经济-自然复合生态系统生态位评价模型——以四川省为例

在深入分析区域资源、环境、社会、经济综合系统基础上,建立了四川省2001—2010年社会-经济-自然复合生态系统生态位评价指标体系,复合生态系统综合生态位包括资源、环境、经济和社会4个子系统生态位。将耦合投影寻踪模型应用于复合生态系统生态位评价,其中,采用并行模拟退火算法对评价模型参数进行优化。研究结果表明:2001年—2010年四川省复合生态位呈现先降后升的趋势,复合生态位评价值从2001年3.1325下降到2005年的2.8499,从2005年开始,复合生态位逐渐增加,到2010年增加到3.3304。表明环境重视程度的提高,环保意识的加强,促进了复合生态位的提高,区域自然生态和环境得以改善。最佳投影方向各分量的大小反映了各评价指标对生态位评价等级的影响程度,值越大则对应的评价指标对生态位评价等级的影响程度越大。区域生态位评价等级指标的影响程度最大的10项中有4项是环境生态位子系统指标,表明环境生态位子系统对综合生态位影响最大。发展过程中经济生态位子系统和社会生态位子系统指标值相关系数为0.9957,表明两子系统基本上是保持同步发展。而经济生态位和环境生态位子系统指标值相关系数为-0.9346,呈现明显的负相关关系。资源子系统呈现上升趋势。模拟退火优化的投影寻踪耦合模型应用于复合生态位评价,具有实用性和可行性,为区域生态管理科学决策提供重要依据。     

鼎湖山森林生态系统演替过程中的能量生态特征

以时空替代的方法,将灌草丛、针叶林、针阔叶混交林和季风常绿阔叶林等４个处于同一空间下的群落当作同一样落演替进程中的４个阶段,研究了鼎湖山南亚热带森林演替过程中的能量生态特征。结果表明,鼎湖山南亚热带森林群落演替过程中,其垂直层次、叶面积指数、冠层对太阳辐射能的截获量、叶生物量、总生物量、总初级生产力、总呼吸量、净初级生产力、枯树木现存量和年输入量、昆虫啃食量、群落的能量现存量等随演替的进程而增加,     

基于投影寻踪法的武汉市“两型社会”评价模型与实证研究

为克服现有“两型社会”评价中存在的主观性强、不易处理高维数据等缺陷,提出了基于投影寻踪法的武汉市“两型社会”评价新方法。从资源、环境、经济、社会四个子系统出发,构建了武汉市"两型社会"评价指标体系;选取武汉市2000-2009年数据作为样本,将多维评价指标值投影为一维投影数据;引入加速遗传算法,优化投影指标函数寻求最佳投影方向;根据投影值大小对武汉市2000-2009年“两型社会”发展状况进行比较,利用最佳投影方向信息研究了各个指标对武汉市”两型社会“发展的影响程度。研究结果表明,2000-2009年,武汉市“两型社会”建设呈现出良好的发展态势,建成区绿化覆盖率、人均公共绿地面积、第三产业增加值占GDP比重、空气质量优良率、每千人口医院床位数、工业用水重复利用率、每万人在校大学生人数、单位GDP能耗、每万人拥有公共交通车辆等指标是武汉市“两型社会”建设的重要驱动因素。对此就武汉市建设“两型社会”提出了对策和建议。最后,指出投影寻踪模型为城市"两型社会"发展综合评价提供了一种值得探索和尝试的新方法。     

投影寻踪模型在区域生态环境质量评价中的应用

大量相关因子的简化和降维处理是生态环境质量评价的关键问题之一。而投影寻踪模型可将多个指标投影到线性空间,实现指标的降维处理。本文以巢湖流域生态环境质量综合评价进行了实证分析,巢湖流域生态环境质量为3级,其中合肥市和六安市所属区域生态环境质量为3级,巢湖市为4级。研究表明,应用投影寻踪模型进行区域生态环境质量评价人为干扰少,操作简便,便于在生产实践中应用,为区域生态环境质量评价提供了一条新途径。     

长白山阔叶红松林生态价位分级与生态系统经营对策

引入生态价位概念,以长白山阔叶红松林为对象,采用层次分析法进行了生态价位划分．长白山阔叶红松林的生态系统价值评价综合指数由物理环境因素、群落结构组成、干扰状况3方面8个指标构成,包括坡度、土层厚度、土壤母质稳定性、结构盖度指数、物种多样性指数、更新力指数、优势种寿命和干扰度．采用层次分析法取得相应指标的系数;根据综合评价指数分布范围划分了3个生态价位类型,即低生态价位,综合指数1～1．874;中生态价位,综合指数1．874～2．749;高生态价位,综合指数2．749～3．623;对典型样地进行了生态价位分级,分析了各个生态价位类型森林的主要特征,据此提出了相应的生态系统管理对策,即高生态价位阔叶红松林采用封禁保护型自然经营,中生态价位阔叶红松林采用生态修复型半自然经营,低生态价位阔叶红松林采用近自然生态重建型经营。     

自由搜索算法的投影寻踪模型在湿地芦苇调查中的应用

针对传统湿地芦苇调查统计方法中的问题,建立了基于自由搜索的投影寻踪模型,将芦苇的生理特征指标和环境因子指标作为投影指标构建了投影指标函数,通过自由搜索算法优化得到最佳投影方向,由最佳投影指标函数来反映各类芦苇的特征,避免了人为赋予权重的干扰,客观性强,数学概念清晰,并在博斯腾湖芦苇调查统计中进行了应用,结果表明：博斯腾湖芦苇的种类及群落特征没有发生显著的变化,在8个环境因子中水质及水量是影响芦苇产量的主要环境因子,土壤有机质对芦苇产量的影响最小;通过实际应用表明模型应用效果较好,为湿地芦苇资源调查及湿地芦苇的生态保护提供了新的思路。     

木材腐朽菌在森林生态系统中的功能

木材腐朽菌是森林生态系统的重要组成部分,在森林生态系统中起着极为重要的降解还原作用,主要包括担子菌门非褶菌目、子囊菌门盘菌纲和半知菌类的部分真菌,能全部或部分降解木材中的木质素、纤维素和半纤维素,其降解机制有3种：白色腐朽、褐色腐朽和软腐朽．木材腐朽菌与生态系统中其它生物关系密切,为很多昆虫、鸟类提供营养,有些昆虫也能使木腐菌得到传播．保护木材腐朽菌的生物多样性是保护森林生态系统、维护生态系统健康的重要因素．     

BP-MSM混合算法及其在森林自疏规律研究中的应用

森林自然稀疏机制一般是非线性的、动态的.人工神经网络具有逼近任意非线性映射的特性.本文阐述了人工神经网络模拟森林自疏机制的可行性和不足之处,并提出了基于改进单纯形法的神经网络模型(BP-MSM混合算法)的基本原理和算法,结合山杨天然林和杉木人工林自疏实例说明了其应用.森林自疏实例应用结果表明,BP-MSM混合算法模拟森林自然稀疏机制是理想的,模拟精度较高,从而继承和发展了人工神经网络方法与理论,丰富了森林自然稀疏规律研究方法.     

森林生态系统与大气边界层相互作用的数值模拟

基于大气边界层和植被冠层微气象学基本原理,建立了一个森林生态系统与大气边界层相互作用的数值模式．应用该模式模拟了森林生态系统的热量平衡、植被温度、植被冠层内空气温度、地表温度日变化特征,及森林生态系统下垫面大气边界层风速、位温、比湿、湍流交换系数的时空分布和廓线的日变化特征．该模式还可应用于不同下垫面,模拟陆面物理过程与大气边界层相互作用机制及其区域气候效应的研究,这将为气候模式与生物圈的耦合研究奠定一个良好的基础．     

森林生态系统中土壤微生物的作用与应用

土壤微生物作为森林生态系统的重要组成部分,在林业可持续发展中扮演重要角色．本文就土壤微生物在森林生态系统中的作用作了综述．内容包括：土壤微生物区系及生物量在林业可持续发展中的作用、菌根在林业可持续发展中的作用、植物病原微生物对林业可持续发展的影响、PGPR在林业可持续发展中的作用．并对其今后的发展趋势及应用前景等问题作了探讨,提出了今后应进一步开展的研究方向．     

An ecosystem organization model explaining diversity at an ecosystem level: Coevolution of primary producer and decomposer

Ecological complexity of species interactions and habitat heterogeneity creates and maintains biodiversity at a trophic level in an ecosystem. This biodiversity simultaneously serves as raw material on which selective forces for organizing ecosystems operate. As a result of this organization process, differences in structure and functioning of ecosystems (diversity at ecosystem level) are generated. Although understanding diversity at the ecosystem level has attracted great interest, recent theoretical advances toward this aim have not been fully appreciated yet. Following Higashi et al. (1993), this report presents a theoretical framework that deals with the organization process of an ecosystem as a consequence of the interactions among its biotic components and their modification of ecological traits. Specifically, the ecosystem organization process of a terrestrial ecosystem is analyzed, including primary producers and decomposers. This model sheds new insight into the differences between temperate and tropical forest ecosystems.