Mathematical modeling of phenol degradation system using fuzzy comprehensive evaluation

New mathematical model for phenol degradation is developed that uses fuzzy comprehensive evaluation. Biodegradation of phenol by Pseudomonas putida (NICM 2174), a potential biodegradent of phenol has been investigated for its degrading potential under different conditions. In the present work, results of batch study on P. putida (NICM 2174) and its degradation activity on phenolic compounds such as phenol, o-cresol, p-cresol, p-nitrophenol and resorcinol each of concentration 0.300 g/l are considered. In the present study, the effect of glucose, yeast extract, ammonium sulphate and NaCl each at 0.5, 1.5, 2.0, 3.0 and 4 g/l on degradation of aforementioned phenolic compounds have been investigated and a fuzzy control model has been developed to predict the extent of degradation. Main aspect of this study is to establish a fuzzy relation matrix R for objective evaluation of phenol degradation. A series of membership functions for the degradation are being evaluated after investigating the growth properties of bacteria at various levels of carbon and nitrogen sources. Important element is the factor vector A, which is deduced from a survey of panel of judges (n=25). A in conjunction with R generates a multifactorial equation which can be used to calculate the extent of phenol degradation. Biomass growth contributed significantly to phenol degradation rates especially when the degradation medium was supplemented with a utilizable carbon and nitrogen sources.     

基于可变模糊评价模型的东山湾生态系统健康评价

根据东山湾海域环境污染现状和生态系统的特点,从水质环境、沉积物环境、生物残毒以及海洋生物方面构建了东山湾生态系统健康评价指标体系,提出了基于可变模糊评价模型的海湾生态系统健康评价方法,并利用该方法对东山湾生态系统健康状况进行了评价。结果表明:东山湾春季生态系统健康指数为2.36,秋季为2.44,均处于"良与中之间,偏良"水平,春季略优于秋季。影响东山湾生态系统健康状况的主要负面指标因子为鱼卵及仔鱼密度(春秋季健康指数均值为4.95)、营养水平(秋季健康指数为4.47)和底栖生物生物量(春季健康指数为3.59)。实例研究表明该方法通过准则参数α和距离参数p的不同组合变化,以线性与非线性相结合,能够较客观系统、标准量化地评价海湾生态系统健康状况的优劣,。     

基于规划支持系统的环境影响评价

如何在土地利用规划过程中考虑环境影响是土地利用规划中的一个难点问题.在定义活动、影响域、功能区、敏感度等概念的基础上,详细论述了土地利用规划支持系统(strate-gic tool for integrating environmental aspects in planning procedures,STEPP)将环境影响融入土地规划设计的过程.该系统是在ArcView GIS二次开发语言Avenue上开发的规划支持系统,可以方便规划相关人员在系统平台上进行信息交互,并在空间上直观、定量地表现规划过程中的环境影响及其变化.以荷兰埃德和维纳多市之间的城乡结合部为研究区进行案例研究,结果表明,该系统的定义和评价过程能较好地将环境影响融入到规划设计过程中,适时、直观地反映规划措施对环境的影响,方便了规划参与者参与规划过程,为决策者制定科学规划提供了依据.最后,对该系统如何应用于我国的规划环境影响评价提出了建议.     

基于灰色三角白化权集对分析模型的喀斯特山区农业生态环境脆弱性评价

生态脆弱性一直是全球变化与可持续发展研究的热点问题,研究农业生态环境脆弱性问题有利于合理利用区域农业资源,提出有效的农业生态环境保护措施。针对农业生态环境脆弱性评价未考虑不同评价级别内各指标之间同、异、反关系,本研究基于灰色三角白化权集对分析(SPA)模型,从生态环境外在脆弱性方面选择人口密度、人均耕地面积、人均造林面积等11个评价指标,对喀斯特山区农业生态环境脆弱性进行评价。结果表明: 研究区农业生态环境比较脆弱,以极度、高度和中度脆弱度为主;极度、高度、中度、轻度和微度农业生态环境脆弱区比例分别为32.4%、14.1%、17.7%、23.6%和12.2%;评价结果与研究区域农业生态环境脆弱性实际状况相符。说明以灰色三角白化权SPA模型评价农业生态环境脆弱性具有可行性,可为农业生态环境脆弱性评价提供一种新的方法和思路。     

观赏草景观效果评价指标体系及其模糊综合评判

从生态价值、资源价值和美学价值三方面构建了观赏草景观效果评价指标体系,并应用模糊综合评判方法对北京植物园和南中轴公共绿地的观赏草景观效果进行了评价.结果表明：通过该评价体系得出北京植物园和南中轴公共绿地观赏草景观很美的隶属度分别为0.459和0.413,美的隶属度分别为0.302和0.301.评价结果与公众感觉和反应一致,说明该方法适用于观赏草景观效果的分析评价.     

广西柿种质资源果实性状多样性分析与模糊综合评价

为进一步揭示广西柿种质资源信息,运用多样性分析和模糊综合评价法对不同生态气候区的柿种质资源果实性状进行研究和评价。结果表明:不同柿种质的果实性状存在丰富的多样性。86份柿种质的模糊综合评价指数FCI值在1.849～3.947之间,平均2.835。根据FCI取值范围将所调查的柿种质分成5个等级,FCI值最高的第5级种质数量最少,占所调查种质的3.49%;FCI值最低的第1级种质数量最多,占所调查种质的48.84%。月柿、牛心柿、大方柿、京柿、鸡心柿、小方柿和火柿等柿品种及一些实生单株的模糊综合评价指数较高,它们的果实综合性状表现较优,建议作为优良品种和单株加以开发和利用。部分单个性状比较优良的实生单株虽不适合于直接推广种植,但可作为柿品种改良的资源加以利用。     

基于SRP概念模型的沂蒙山区生态环境脆弱性评价

基于生态敏感性-生态恢复力-生态压力度(SRP)概念模型,选取景观多样性指数、土壤侵蚀、高程等13个评价指标,在GIS环境下,结合空间主成分分析法和层次分析法,对沂蒙山区生态环境脆弱性进行评价,并根据生态环境脆弱性指数(EVI)值,将研究区生态环境脆弱度分为5级:微度脆弱(<1.8)、轻度脆弱(1.8～2.8)、中度脆弱(2.8～3.5)、重度脆弱(3.5～4.0)和极度脆弱(>4.0).结果表明:沂蒙山区生态环境脆弱性以中度脆弱性为主,其中,微度、轻度、中度、重度和极度脆弱区面积分别占研究区总面积的6.1%、33.8%、43.3%、15.9%和0.9%,重度和极度脆弱区主要集中在地形较复杂的山地丘陵区或人类活动强度较大的丘陵和平原过渡交错带.     

Two-dimensional grey cloud clustering-fuzzy entropy comprehensive assessment model for river health evaluation

Abstract

The river health evaluation is typically complex non-linear system with characteristics of fuzziness and randomness. However, conventional gray clustering method has difficult to effectively describe fuzzy and random information simultaneously. For this purpose, the cloud model and fuzzy entropy theory are introduced to establish 2D gray cloud clustering-fuzzy entropy comprehensive evaluation model. Different with health level models, it reflects river health situation from aspects of health level and corresponding water body complexity simultaneously. The health level is obtained by gray cloud whitened weight function (first sub-system) and fuzzy entropy represents complexity and fuzziness of river health situation (second sub-system). Moreover, multi-level river health evaluation indicator system is constructed with dividing indicators into common and distinct sections according to differences on river characteristics. Meanwhile, indicator weights are determined by renewed combined weighting method based on minimum deviation principle. Finally, we conduct health evaluation work for rivers in the Taihu basin. The evaluation health levels and fuzzy entropy for river A–G are H3 (0.4888, relatively significant); H2 (0.5476, relatively fuzzy); H2 (0.7526, fuzzy); H2 (0.4731, relatively significant); H2 (05138, relatively fuzzy); H3 (0.5822, relatively fuzzy), and H2 (0.4064, relatively significant), respectively. Results are consistent with current river health situation and more intuitive than compared models. Furthermore, evaluation results with four different weighting methods are compared to further demonstrate rationality of the weighting method and evaluation model. Hence, the model proposed is demonstrated to provide new insight for solving river health assessment problem effectively.     

基于地面调查的植被生态质量综合评估指标体系构建

植被是陆地生态系统的主体,是保障生态质量的基础,也是基于自然的生态系统增汇、实现“碳中和”的重要利器。植被是生态质量评价的核心要素,但目前的生态质量评价研究中所用到的植被指标多是通过遥感反演或者气象指数模型计算得到的,而基于典型生态系统尺度地面调查的植被观测数据更直接、更准确,数据也很丰富,却很少用于生态质量评价,也缺乏系统的评价指标体系。通过文献研究、专家研讨和问卷调查,并借鉴群落退化演替和生态系统长期监测研究的理论基础,构建基于地面调查的植被生态质量综合评估指标体系。该指标体系整体分为三级,一级综合指数由群落结构指数、物质生产指数、生物多样性指数、群落发展或者演替趋势4个二级分项指标构成,二级分项指标由12—14个三级指标组成,不同植被类型各有其特征指标。该体系将完善我国多尺度陆地生态系统的生态质量评价指标体系,为新时期国家生态质量评价提供科学建议,为我国生态文明建设提供技术支撑。     

基于神经网络简单集成的湖库富营养化综合评价模型

根据中国水利部推荐的地表水富营养化控制标准,以叶绿素a、总磷、总氮、化学需氧量和透明度为评价指标,采用线性插值方法生成均匀分布的训练样本,建立了用于湖泊、水库富营养化综合评价的神经网络简单集成模型,其个体网络采用反向传播网络。通过递增法分别确定个体网络隐含层节点数为3,集成规模为40。所有个体网络均采用弹性反传训练算法和带动量的梯度下降学习算法。将该模型应用于巢湖富营养化综合评价,结果表明该模型有效消除了单个反向传播神经网络对初始网络权重的敏感性,泛化能力得到显著的提高。该模型的评价结果与综合营养状态指数法差异极显著,而与插值评分法差异不显著;但相关性较高,相关系数分别为0．9406和0．8891。通过对比分析,表明该模型较好地归纳了评价标准中的潜在评价规则,评价结果客观、可靠。     

Three-compartment model: critical evaluation based on neutron activation analysis

There is renewed interest in Siri's classic three-compartment (3C) body composition model, requiring body volume (BV) and total body water (TBW) estimates, because dual-energy X-ray absorptiometry (DEXA) and in vivo neutron activation (IVNA) systems cannot accommodate subjects with severe obesity. However, the 3C model assumption of a constant ratio (alpha) of mineral (M) to total body protein (TBPro) and related residual mass density (D(RES)) based on cadaver analyses might not be valid across groups differing in sex, race, age, and weight. The aim of this study was to derive new 3C model coefficients in vivo and to compare these estimates to those derived by Siri. Healthy adults (n = 323) were evaluated with IVNA and DEXA and the measured components used to derive alpha and D(RES). For all subjects combined, values of alpha and D(RES) (means +/- SD, 0.351 +/- 0.043; 1.565 +/- 0.023 kg/l) were similar to Siri's proposed values of 0.35 and 1.565 kg/l, respectively. However, alpha and D(RES) varied significantly as a function of sex, race, weight, and age. Expected errors in percent body fat arising by application of Siri's model were illustrated in a second group of 264 adults, including some whose size exceeded DEXA limits but whose BV and TBW had been measured by hydrodensitometry and (2)H(2)O dilution, respectively. Extrapolation of predictions by newly developed models to very high weights allows percent fat error estimation when Siri's model is applied in morbidly obese subjects. The present study results provide a critical evaluation of potential errors in the classic 3C model and present new formulas for use in selected populations.     

基于能值理论的成都市生态经济系统可持续性评估

运用能值理论与方法,建立了以能值产出率、能值密度、能值-货币比率、环境负载率和可持续发展指数等9个指标的评价指标体系,并对2005-2009年成都市生态经济系统发展态势进行了定量描述.结果表明:近几年系统能值产出率持续降低,环境负荷率由17.49上升到37.77,可持续发展指数从0.26下降到0.06;城市经济社会综合实力显著增强,但由此造成的环境压力不断增大,阻碍了系统的可持续发展;成都市全面提升可持续发展能力的关键,应从产业结构的优化调整入手,提高资源能值利用效率,大力推行清洁生产,创建循环经济产业链,加大高科技的应用力度和范围.     

基于AHP-模糊综合评价的沙棘生态服务功能研究

采用专家咨询、频度分析等方法构建了包含保育土壤、涵养水源、防风固沙等8个方面涵盖29个指标的沙棘生态服务功能评价指标体系,通过参考相关标准、参照其他植被类型的生态服务功能特征参数以及利用经验公式计算等方式进行指标体系分级,应用AHP-模糊综合评价模型对达拉特旗沙棘生态服务功能进行了综合评价。结果表明,目前达拉特旗沙棘总体生态服务功能为Ⅲ级,其中防风固沙服务功能水平为Ⅱ级,而生物多样性和景观游憩服务功能仅为Ⅳ级水平。研究发现,AHP-模糊综合评价法足适合沙棘生态服务功能评价的可行方法,具有一定的推广价值及应用性。     

基于CVM的海涂湿地生态服务价值的模糊评估模型

正确评估海涂湿地生态服务价值有助于加强人们保护海涂湿地的意识,为海涂湿地围垦生态补偿标准的制定提供依据。视价格"便宜"、"适中"和"昂贵"为模糊集,基于CVM法区间型数据建立了传统模糊统计模型、赋权模糊统计模型和三相划分模型,并以此评价了杭州湾国家湿地公园单位面积年生态系统服务价值。结果显示:3种方法得到的单价分别为10.28、10.38、9.76元m~(-2)a~(-1),三者一致程度较高,与国内沿海湿地价值比较接近。分析了"生态价值"概念客观上的"模糊性"引致模糊数学模型的合理性;采用"橄榄球"式赋权建立赋权模糊统计模型以克服传统模糊统计模型中对区间数据均匀赋权的不合理性,结果在隶属度函数的光滑性和拟合度上好于后者;第三,三相划分模型拟合出3个模糊集的隶属度函数,可以比较相同价格在不同模糊集中隶属度差异。建立的模型对于基于CVM法的生态资源价值评估具有借鉴意义。     

基于因子分析的南湾水库水源地浮游植物生物完整性评价

于2016年在淮河流域饮用水源地水库-南湾水库,开展了3次浮游植物调查,在分析南湾水库浮游植物群落结构的基础上,依据生物完整性理论,采用因子分析方法对南湾水库开展了生态完整性评价。研究结果显示:3次调查中浮游植物种类数变化较小,但所属种类存在明显的季节差异;浮游植物密度9月份最高,3月密度最低,而生物量则正好相反,3月最高而9月最低。进一步采用因子分析对群落数据进行分析,筛选确定了4个公因子。其中,因子1反映了群落的耐污特征与能力;因子2表征了群落的多样性特征;因子3表征了群落丰富度状况;因子4表征了水体富营养状况。因子分析得分表明:从时间上来看,南湾水库9月水生态状况最差,从空间上看,则人口密度大的库湾区域水生态状况较差。因子得分较好地反映了水库不同时间与地点水生态状况的相对大小,表明基于因子分析生物完整性评价能够较地应用于南湾水库,也适合推广应用于其他水体的生态评价工作中。     

The use of meiofauna in marine pollution impact assessment*

The use of meiofaunal assemblages for the detection and quantification of perturbation of the marine environment by man is examined. The theoretical and practical advantages and drawbacks of meiofaunal monitoring are described and different methods of impact assessment described and evaluated. It is suggested that identification of meiofaunal material need not present a major obstacle to its use, as sensitive responses of meiofaunal assemblages to pollution can be recorded without the necessity for specific identifications. It is concluded that the great sensitivity to pollution of some meiofaunal groups (particularly copepods) offers the potential for better estimation of the real extent of pollution impact than is being achieved by sole reliance on examination of the macrofaunal assemblage. Meiofaunal monitoring should also be considered where there is difficulty in adequate sampling of the macrofauna, due to impoverishment or practical difficulties.     

基于熵权物元分析模型的城市生态安全综合评价

随着城市化进程的加快,人口膨胀,交通拥挤,环境破坏,大气污染,能源短缺等一系列生态问题严重制约着城市的可持续发展,影响着城市的生态安全。针对城市生态安全的问题,论文以郑州市为例,采用物元分析和熵权法,建立城市生态安全熵权物元模型,首先通过熵权法对郑州市2001-2004年的指标数据进行处理并计算出相应的权重,再通过物元分析法对郑州市2001年城市生态安全状况进行综合评价,结果表明郑州市2001年的城市生态处于较不安全状态,评价结果客观、科学,不仅为解决城市生态安全问题提供了一种有效的评价方法,而且能够为明确城市的发展状况,制定下一步发展战略提供依据。     

基于PSR模型的凌河口湿地生态系统健康评价与预警研究

凌河口湿地自然保护区是辽河流域主要的湿地保护区域。选取1995年、2000年、2005年、2009年和2014年TM影像作为研究的数据源,在3S技术平台支撑下构建了凌河口湿地空间信息数据库,获取了5个时期的景观格局指数。运用PSR数学模型,从压力、状态、响应3个方面选取10个评价指数,构建了凌河口湿地生态系统健康评价指标体系;采用AHP方法确定各项指标权重指数,应用逻辑斯蒂增长模型(Logistic growth model)对各个单项指标进行单因子评价,最后用计算CEI的综合评价法对5个时期湿地的生态健康情况进行综合评价。结果表明:1995年、2000年生态系统健康指数为0.642、0.617,凌河口湿地生态系统状态为比较健康;2005年、2009年和2014年生态健康指数为0.524、0.436和0.405,凌河口湿地生态系统处于亚健康的状态,应及时采取措施对该研究区进行生态系统保护。最后通过选取基于灰色系统理论的预测模型,构建凌河口湿地生态健康预测模型GM(1,1),对模型进行精度检验,发现灰色绝对关联度、后验差比值和小误差概率的精度检验等级均为一级,预测模型精度较为理想,因此采用GM(1,1)模型对凌河口湿地进行生态系统健康预测研究。预测结果表明:未来20年的湿地生态健康值分别为:0.357、0.321、0.291、0.267,研究区处于一般病态,并有向病态发展的趋势,生态健康面临愈来愈严重的威胁,对湿地进行保护和管理刻不容缓。     

基于熵权模糊物元模型的我国省域森林生态安全研究

近年来随着经济社会的快速发展,森林资源锐减和生态环境恶化等问题日益威胁到人们的生产生活,在建设生态文明的背景下研究我国省域森林生态安全状况,是关系国计民生和可持续发展的重要议题。在整理现有生态安全研究体系的基础上,独创性地提出森林生态安全压力-承压模型,应用SPSS、EXCEL等软件,通过主成分分析、熵权法和物元分析等手段对2014年我国31个省级行政单位的森林生态安全水平进行实证研究。结果表明:在压力方面,19个省级行政单位承受了较大森林生态安全压力;在承压方面,12个省级行政单位的承压能力较强;在综合评价方面,14个省级行政单位的森林生态安全水平较高。在深入探讨分析评价结果的同时,为提高我国森林生态安全水平提出对策和建议。     

基于组合可拓综合分析法的鄱阳湖流域水质富营养化评价

长期跟踪定位评价湖泊的水质营养化程度,对于实现地区水功能具有重要意义。针对评价方法中指标选取的可行性、单一性、权重赋值的主观随意性以及水质变化的模糊性、随机性、动态性和生物指示性等特点,采用了可拓综合评价法和浮游生物调查与室内测定法相结合,构建了组合可拓综合分析法,一方面利用可拓综合分析法对鄱阳湖流域5个代表性观测站点的10年的年均（每2年）观测数据进行评价;另一方面通过浮游生物指示法对该5个站点的水质进行富营养化评价,以生物指示评价法所得等级与可拓综合分析法评定等级吻合的最多次数所对应等级作为组合可拓综合评价法的评价等级。结果表明：（1）自2006年以来鄱阳湖流域水体富营养化水平较为平稳,总体呈好转势态。2010年有4个观测点的水体达到富营养化程度,而在2014年湖区的蛤蟆石和鄱阳水质略有所改善,达到轻富营养化程度,都昌、康山、星子站点的水体为中营养化,改善幅度较大,水质较好;（2）从湖区的地理区位看,鄱阳湖湖区的南部和西部的水质富营养化程度总体上要好于北部、东部和中部湖区,水质富营养化程度表现为区域的不均匀性。