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。     

生态恢复对流域水沙演变趋势的影响——以北洛河上游为例

黄土高原生态环境恶劣,水土流失严重。选择退耕还林(草)程度非常显著的陕北吴旗县所在北洛河上游为研究区,探讨黄土高原丘陵沟壑区水土流失治理及大幅度退耕背景下流域水、沙等生态要素的演变规律,分析人类活动的影响贡献程度,为黄土高原生态治理及环境效应分析提供理论依据。结果表明:在1963—2009年期间年降雨量没有显著变化背景下,同时期流域年径流量和年输沙量均呈现极显著减少趋势,年均减少率分别为0.28 mm/a和180 t km-2a-1,其突变时间均发生在1979和2002年,具有很好的同步性。与1979年前相比,20世纪70—80年代水土流失综合治理以及1999年后退耕还林(草)的事件背景,使汛期和平水期径流量逐时段减少,而枯水期径流量反而持续增加。输沙量呈持续性大幅度减少态势,且其减少程度远大于径流量的变化程度。水土流失综合治理和退耕还林(草)工程实施等人类活动,对流域径流量减少的影响贡献程度分别为38.2%和51.4%,对输沙量减少的影响程度分别为74.7%和86.7%。研究结果提示,黄土高原生态环境的大幅度改善在区域尺度上已经表现出一定程度上削洪补枯的水文效应特征,以及林草措施减水更减沙的良好生物治理效果。     

BP神经网络在沙棘生态功能评价中的应用

BP人工神经网络技术在环境评价领域中已经得到越来越广泛的运用,将该法引入到陕蒙砒砂岩区沙棘生态功能综合评价的研究中,以沙棘生态功能评价指标标准值作为样本输入,综合评价级别作为网络输出,建立了一个含有4个输入神经元节点、6个隐含神经元节点和1个输出神经元节点的BP人工神经网络等级模型。将目标年(2008年)各评价指标实际数据作为输入,得到输出值是0.44,大于Ⅱ级标准,研究结果表明:砒砂岩区种植十年沙棘后,其生态效益很好,对砒砂岩地区的生态环境改善作用显著。BP神经网络的评价结果与较成熟的AHP-模糊综合评价结果一致,证明将BP人工神经网络模型用于沙棘生态功能评价是可行的,且评价结论客观。     

土壤纤毛虫群落对退牧还草生态恢复的响应——以玛曲县为例

为研究退牧还草对土壤纤毛虫群落特征的影响、退牧还草后土壤环境变化以及如何利用原生动物纤毛虫群落特征来评价退还效果的可行性,于2015年5月至2016年3月在甘肃省甘南藏族自治州玛曲县选取3个不同恢复年限的草地样点和1个未经过退牧还草对照样点,采用"非淹没培养皿法"、活体观察法和培养直接计数法对土壤纤毛虫的物种数和密度进行测定,同时测定了土壤温度、pH值、含水量、土壤孔隙度、速效钾、速效氮、速效磷、全氮、全钾、全磷和有机质含量,并分析了在生态逐渐恢复条件下,土壤纤毛虫群落特征与土壤环境因子间的相关性。研究共鉴定到纤毛虫95种,隶属9纲15目21科28属。研究发现,退牧还草样地与未退牧还草样地的土壤纤毛虫的物种分布存在明显差异:退牧还草后的3个样点间的物种相似性减小,群落组成复杂化,纤毛虫丰度、丰富度指数、均匀度指数和物种多样性指数增高。相关性分析结果表明,退牧还草后,对纤毛虫群落结构稳定性影响最主要的是土壤有机质、含水量和土壤全氮、全磷和全钾的含量,不同恢复年限样点的土壤纤毛虫群落组成差异较大。土壤纤毛虫群落对退牧还草生态恢复过程中土壤环境条件的变化有较好的响应。     

晋陕蒙交界地区生态退化与恢复的研究现状和展望

晋陕蒙交界地区是我国生态环境破坏最严重的地区之一,当地所存在的植被退化、水土流失和土地沙化等一系列生态问题,不但威胁该地区居民的生存与发展,而且也影响我国东部地区的生态环境质量与经济发展。因此,开展针对该地区的生态恢复理论和恢复技术研究就显得非常重要。本文对该地区数十年来在生态恢复方面的理论研究和治理实践工作的历史和现状进行了分析,提出了今后应该加强对植被退化机理、植被恢复目标群落的确定和如何在大尺度地域上开展生态恢复等问题进行研究的建议,以便为更好地开展该地区的生态恢复工作提供帮助。     

生态服务功能的动态货币化评价——以南水北调后的湖北省襄樊市为例

生态环境是和社会经济紧密联系、相互影响的复杂大系统 ,且其内部各因子之间存在大量的未知关系 ,神经网络为未知复杂系统的建模提供了一条全新的思路。运用 BP网络 ,就南水北调对湖北省襄樊市生态服务功能价值的影响进行了动态研究。研究显示 ,在调走约 1/3汉江水量后 ,襄樊的生态环境将受到严重的破坏 ,其后果是当地社会经济的可持续发展能力将受到损害和抑制。在分析案例的基础上 ,论证了神经网络在生态建模中的适用性 ,探讨了生态服务功能价值动态评价的技术趋势 ,并进一步提出了生态系统建模的新思路。     

基于BP神经网络的siRNA活性预测

RNA干扰(RNAinterference,RNAi)是由双链RNA(dsRNA)引起的基因沉默现象,它通过降解具有同源序列的mRNA来起作用,特殊设计的siRNA能使靶基因发生特异性沉默,起到确定基因功能或沉默致病基因从而治疗疾病的目的。在RNAi技术的应用中,通常采用的是长度为19bp,正、反义链3'端各有2个不配对碱基的双链RNA(siRNA)。但针对靶基因不同位点设计的siRNA作用效果差别很大。影响siRNA效果的因素是多方面的,这些因素的作用又是非线性的。本文在研究影响siRNA作用效果的各种因素的基础上,对已经公开发表的实验数据进行特征提取,作为BP神经网络的训练数据,并将训练好的BP神经网络用于siRNA活性预测。     

半干旱区生态恢复关键生态系统识别——以内蒙古自治区和林县为例

我国土地退化严重,且大部分发生在干旱半干旱地区.恢复为何种生态系统类型是生态学研究的重要课题.采用生态功能区划,根据各个生态功能区主体生态系统功能,推导发挥此功能的生态系统类型的方法,识别关键生态系统类型.以内蒙古自治区和林县为例,采用文献调研、实地调查、3S技术等方法,在评价该县生态敏感性、生态服务功能重要性的基础上,将该县划分为3个一级生态区,11个二级生态功能区.根据各个生态功能区的主体生态系统服务功能,分析发挥该功能的可能生态系统类型.再根据全国自然植被区划、气候变化趋势模型以及现状植被类型,识别各个生态功能区的关键生态系统类型.     

干旱内陆流域河道外生态需水量评价——以黑河流域为例

河道外生态系统需水量的合理评价是干旱区水资源合理配置与管理、生态环境保护与建设中最为关键的科学问题。基于不同植被蒸散发潜力估算模型,依据不同生态系统及同一生态系统在不同气候与地理区域具有不同生态需水规律的特点,提出了可模拟和评价不同时期生态系统需水量的方法,不仅能体现生态系统需水量的年际变化,也能反映年内不同时间段(月、季节甚至每日)的需水量变化,并提出干旱区生态适宜需水量在不同时期是一个区间。以黑河流域中下游地区为研究区域分析其生态需水量,结果表明:黑河中游地区年平均生态需水量(11.16±2.67)×108m3,其中绿洲生态系统需水(9.13±2.29)×108m3;下游地区生态需水量(16.16±4.04)×108m3,现状绿洲生态体系需水(11.06±2.77)×108m3,现阶段实施的下游分水9.7亿m3/年的方案,可以促使现有绿洲生态系统有一个良好的结构与功能,并给出了不同典型年不同月份的生态需水量及其变化。     

河湖生态系统生态用水优化研究——以滇池流域为例

生态需水是河流与湖泊生态系统健康的重要基础。湖泊流域的河流与湖泊生态系统之间存在密切的水量联系,目前对流域内生态用水的研究多为单一生态系统生态需水简单相加,忽略了河流和湖泊之间复杂的水量联系。基于河湖复合生态系统之间的水量联系构建了河湖生态系统生态用水优化模型,并以滇池为例分析了河湖生态系统生态用水规律。结果表明：湖泊流域中单一河流或湖泊生态需水计算结果不能满足复合生态系统的生态用水要求,需要综合考虑河流和湖泊之间的水量联系;在当前水质状况下,牛栏江每年的调水量不能满足滇池流域的生态用水要求;滇池流域水体污染对流域内生态用水影响较大,随着水体污染程度的下降,流域生态用水量和调水量呈指数下降,河流生态用水呈线性下降。     

基于遥感生态指数的道路网络生态效应分析——以福州市为例

以2000年和2016年两期Landsat影像为基础数据源,借助遥感生态指数（RSEI）对福州市生态环境进行评价,在此基础上,从道路缓冲区、城乡梯度带、剖面线三种不同取样方法定量探讨RSEI对路网的响应机制;再以500 m×500 m、1000 m×1000 m、1500 m×1500 m、2000 m×2000 m、2500 m×2500 m、3000 m×3000 m不同尺度的网格划分空间单元,运用全局空间自相关、地理加权回归分析等方法分析了道路核密度（KDE）和RSEI及其之间关系的空间异质性。结果表明：从2000年到2016年,福州市生态环境好的区域面积增幅大于生态环境差的区域面积,生态环境质量向好的方向发展。各类型道路缓冲区的RSEI变化规律都是呈从0 m到3000 m逐渐上升的趋势,其中国道、省道、县道、乡镇道路影响的阈值分别在900、900、450、750 m左右。在城乡梯度分析中,RSEI曲线的变化规律都是随着与行政中心距离的增大而增大,到达一定阈值后趋于平缓,甚至还有小幅度的下降,区级的影响阈值在20 km左右,县级的影响阈值在12 km左右;而KDE曲线的变化规律与RSEI相反,其变化阈值与RSEI正好对应。剖面线所经过的行政中心处,其RSEI为低值,KDE为高值,西北方向的内陆地区RSEI高于东南方向的沿海地区。在多尺度的地理加权回归分析中,1500 m×1500 m和2000 m×2000 m这两个网格单元采样下的空间集聚性较强,空间异质性明显,总体上来看,RSEI与KDE呈现负相关关系,且相关关系存在空间分异,负回归系数主要分布在研究区的中心区域。研究结果可为福州市生态建设和路网规划提供参考依据。     

基于生态安全格局的山水林田湖草生态保护修复优先区识别——以四川省华蓥山区为例

优先区识别,是科学有序推进山水林田湖草生态保护修复工作的重要基础。以山水林田湖草生态保护修复工程之一的四川华蓥山区为例,基于生态系统服务重要性提取生态源地共1392.63 km²,占华蓥山区总面积的35.60%;结合土地覆被类型与地质灾害敏感性构建生态阻力面,并利用最小累积阻力模型与电路模型提取生态廊道共84条,夹点区域0.1 km²,含夹点廊道10条;生态保护优先区主要分布在景观破碎化较为严重的广安区境内,以及华蓥山西南端的夹点廊道。以生态修复模拟方法识别障碍点,确定生态修复优先区93.86 km²,大致分两片。其中,广安区境内受到人类活动干扰的破碎化生态空间,主要生态修复策略为植被恢复与退耕还林;华蓥山、铜锣山、明月山等滑坡、泥石流地质灾害频发区,主要生态修复策略是矿山地质修复与植被恢复。本研究提出生态安全格局构建与生态修复模拟的思路,为山水林田湖草生态保护修复工作提供了可行的定量方法。     

基于生态系统服务视角的山水林田湖草生态保护与修复——以洞庭湖流域为例

山水林田湖草系统保护与修复的重要目标是维护和提升区域生态系统服务。基于山水林田湖草生命共同体理念,以维护和提升人类福祉所需的重要生态系统服务为目标,提出生态系统服务视角下的山水林田湖草系统治理框架,以实现流域生态系统整体保护、质量提升和格局优化。基于该框架,以洞庭湖流域为例,通过流域生态系统格局、生态系统质量状况分析、流域生态系统服务重要性评估和生态问题识别,构建流域生态安全格局,为实现可持续的山水林田湖草生命共同体提出系统保护与修复布局建议。通过洞庭湖流域的分析案例为流域山水林田湖草生态保护与修复重要区域的识别提供了可借鉴的指标和定量分析方法,为流域尺度构建生态安全格局、实现山水林田湖草系统保护和修复提供思路和途径。     

福建省自然保护区生态网络的构建与优化

自然保护区对维护物种多样性具有重要意义,但城市化的快速发展造成自然保护区不断被蚕食和破坏,保护区日益破碎,生物多样性不断减少.构建生态网络能够有效连接破碎生境,为物种保护提供空间保障.本文基于ArcGIS软件平台,在确定源地斑块和景观阻力面的基础上,采用最小耗费距离模型构建福建省自然保护区潜在生态网络,并基于连通性指数和重力模型对构建网络前后的连通性和廊道重要性进行定量分析和评价,最后提出生态网络优化的措施和对策.结果表明: 林地、草地、湿地是研究区潜在廊道的重要景观构成类型;面积大的生境斑块在网络中的重要性较高;构建网络后,景观整体连通性指数和可能连通性指数显著提高;不同斑块间的相互作用强度差异很大,但相互作用力大的斑块间的廊道在生态网络中的重要性程度较高.本研究结果可为福建省自然保护和规划提供科学参考和依据.     

基于网络分析的生态建设评估指标体系定量选取——以福建省为例

科学有效的指标体系是开展区域生态建设评估以及规划、管理的重要技术手段。然而目前在生态指标体系构建中仍缺乏对指标内涵的系统研究,同时指标的选取过程不够透明,掺杂诸多主观臆断,损害了生态指标体系构建的科学性和有效性。针对福建省生态建设实践,将网络分析与量化指标选择过程相结合,(1)根据福建省生态建设规划和目标,建立主题导向的生态省建设评估网状指标体系;(2)从因果联系、生态过程和管理需求三方面分析各个备选指标之间的相互联系,形成基于主题导向的生态指标网络;(3)根据生态指标应用的科学性和实用性标准,基于网络分析原理,建立生态建设评估指标选择标准矩阵和备选指标矩阵;(4)构建面向经济社会成本和生态完整性的指标选取模型,定量化选取符合福建省实际发展特征的生态建设评估操作指标体系。将有助于深入理解生态建设评估指标体系的内涵,提高指标体系构建的科学性和系统性,提升生态指标体系在实际生态建设评估、规划和管理应用中的效用。     

基于农业气象学原理的林地生态需水量估算——以泾河流域为例

从农业气象学原理出发 ,森林植被的生态需水可以理解为林地的蒸散耗水量。根据土壤水分有效性的划分 ,林木暂时凋萎含水量和生长阻滞含水量分别是能保证林木基本生存和正常生长时土壤含水量的下限 ,据此可以作为林地最小生态需水定额和适宜生态需水定额计算的依据 ,其数值通过计算林地的潜在蒸散并利用土壤水分修正系数和林木系数进行订正获得。根据遥感图像资料 ,在 GIS支持下 ,计算了泾河流域现有林地生长季的最小生态需水量和适宜生态需水量 ,分别为 2 0 396 0× 10 4 m3和340 330× 10 4 m3。     

基于生态系统服务重要性与生态敏感性的生态空间划设——以福建省永春县为例

生态空间的科学划设是国土空间用途管制的基础.以福建省永春县为例,选择生物多样性保护、水源涵养、土壤保持,并集成林业生态工程、已划设禁止开发区和城镇内的自然生态空间构建生态系统服务重要性指标,同时与生态敏感性指标综合,构建县域自然生态空间划设方法.结果 表明:永春县国土空间划定为3类空间,将其中禁止开发区、限制开发区划为...     

基于MSPA分析的福建省生态网络构建

快速城镇化进程导致森林景观破碎化、连通性下降,严重威胁区域可持续发展、生物多样性保护和生态服务能力的维持。生态网络构建是提高景观连接度,维持物种扩散过程,保护生物多样性的有效手段。以福建省为例,借助形态学空间格局分析(MSPA)探讨2000、2010和2020年的森林景观结构动态变化,并在利用组分数(NC)与整体连通性指数(IIC)确定适宜距离阈值的基础上,根据可能连通性指数(PC)筛选生态源地;从人-地关系角度选择路网分布、建设用地分布、土地覆盖类型、坡度四种评价因子构建阻力面,采用最小阻力模型(MCR)提取生态廊道形成初步生态网络,进一步计算PC指数对生态廊道进行重要性分级;最后基于图论法,利用闭合度α、线点率β、网络连接度γ对所构建的生态网络进行定量评价。结果表明：(1)近20年来福建省森林景观结构较为稳定,其中核心区占比高达76.27%,但仍存在一定程度的破碎化趋势;(2)根据NC与IIC的计算结果,以500m为合适的距离阈值计算了PC,据此识别出15处生态源地,多位于闽西及闽北地区;(3)采用MCR模型提取了105条生态廊道,其中重要生态廊道27条,分布均匀且连通四方;(4)...     

基于小波神经网络的麦蚜发生程度预测模型

【目的】建立基于小波神经网络病虫害预测预报模型,对提前采取防病防虫措施、减少农作物病虫害损失、提高农作物产量与质量具有重要意义。【方法】本研究以山西省运城市芮城县1980-2014年麦蚜发生程度和气象因子数据为基础,采用主成分分析法从40个基础气象因子中整合形成9个新的自变量输入模型,采用试凑法筛选隐含层节点数,用1980-2009年的数据进行网络训练,对2010-2014年麦蚜发生程度进行回测,建立了以Morlet小波函数为传递函数的小波神经网络模型,并与以Sigmoid函数为传递函数的BP神经网络模型进行了比较。【结果】小波和BP神经网络两种模型对训练样本的平均拟合精度均有10年以上超过80%,两者MAPE 值分别为 89.83% 和83.07%,MSE 值分别为0.0578和0.6192。【结论】两个模型都能较好地描述麦蚜发生程度;从预测精度和模型的稳定性来看,小波神经网络好于BP神经网络。