基于BP神经网络的表层土壤重金属分布模拟

以新疆克拉玛依人工碳汇林为研究区,利用采样点实测数据及理化试验得出的表层土壤重金属含量数据,借助Matlab实现双隐层BP神经网络预测模型,并结合GIS技术分析模型误差,最终实现研究区域土壤重金属含量的三维空间分布格局的可视化表示。结果表明:用双隐层BP神经网络模型拟合精度达90%左右,检验精度以及实际评价效果均较好,说明利用BP神经网络模型对土壤重金属污染进行空间分析与评价具有可行性;整个研究区中部区域Cu、Zn、Fe、Mn、Ni 5种重金属含量相对较低,对环境的负面影响较小,而在研究区周边区域这5种重金属含量相对较高,对环境的负面影响较大。     

鄱阳湖水利枢纽工程建设对自然保护区候鸟栖息地的影响

鄱阳湖湿地是越冬候鸟栖息和觅食的重要场所,是一个过水性湖泊;候鸟栖息地的面积大小和空间分布受湿地水位变化的影响非常显著。鄱阳湖水利枢纽工程是建设鄱阳湖生态经济区的核心工程、关键工程,当前鄱阳湖水利枢纽工程建设仍存在一定争议且正在进一步研究和论证中。该文简要论述了鄱阳湖自然保护区概况,分析了水利工程的水位调度过程及其对鄱阳湖2个国家级和1个省级自然保护区候鸟栖息地的影响。结果表明,水利工程调度方案具有一定的科学性,对国家级自然保护区碟形湖泊等主要候鸟栖息地无影响,对都昌省级候鸟保护区影响较大;工程还将改变涉禽类等水鸟觅食空间、影响通江水体及低水位下部分苔草群系、虉草群落的发育及其生物量。因此,工程调度水位过程应尽可能遵循天然水位消涨过程,确保鄱阳湖候鸟栖息地面积和空间相对稳定,维护鄱阳湖湿地生态系统健康协调发展。     

基于神经网络的三江源区草地地上生物量估算

三江源区位于青藏高原腹地,作为长江、黄河、澜沧江三大河流的发源地,是我国重要的水源涵养和生态功能保护区.为了及时准确地获取该区域草地生物量信息,根据三江源区高寒草甸、高寒草原采样点的地上生物量实测值,结合遥感植被指数、海拔、气象观测数据（光合有效辐射、年均气温、年降水量）构建BP神经网络模型,估算2001—2010年三江源区的草地地上生物量,并对其进行分县统计和年际变化分析.结果表明:① 通过多次反复的训练与测验得到的BP神经网络模型,对高寒草甸、高寒草原的地上生物量模拟值与实测值的R2分别为0.73、0.79,表明BP神经网络模型具有较好的模拟效果.② 2001—2010年三江源区草地地上生物量多年平均值为172.34 g/m2,其中高寒草甸为214.81 g/m2,高寒草原为130.07 g/m2.③ 三江源区草地地上生物量的空间分布具有明显的空间异质性,呈从东南向西北递减的趋势.其中,位于东部的河南县草地地上生物量最高,为413.46 g/m2;而北部的曲麻莱最低,仅为69.04 g/m2.④ 2001—2010年三江源区草地地上生物量呈缓慢波动上升趋势,平均升幅为0.93 g/（m2·a）.研究显示,利用站点地上生物量实测数据构建BP神经网络模型并对地上生物量进行模拟,对于分析区域尺度的草地地上生物量分布格局和变化趋势行之有效.      

基于BP-CA的海滨湿地利用空间格局优化模拟研究——以大丰海滨湿地为例

论文运用BP神经网络与CA耦合模型,遴选出驱动滩涂开发的自然、经济、社会方面的23 个空间变量,借助Matlab 平台,构建了海滨湿地利用空间格局模拟模型。利用盐城大丰海滨1988、2002 和2009 年三期遥感影像,及相应年份人口经济数据,根据格局优化模拟思路,先使用湿地功能生态位模型诊断出历史过度开发区域,再训练合理开发转换规则,最后仿真出2016 年大丰海滨湿地利用的空间优化格局。模拟中依据目标年覆被数量结构,限定训练样本随机抽取比例,提高了1 万个样本的有效信息量;通过对比不同BP隐藏层节点数时的模拟精度,确定“23-13-8”和“23-17-8”分别为两组实验的最优BP结构;使得模拟效率提升,仿真总体精度高于93.6%。研究表明,近些年大丰海滨湿地覆被类型间的演替趋于频繁,自然湿地年开发速度明显加快,开发重心不断东移,呈现出向海“滚动开发”的特征。建议放缓两大保护区核心区周边的无序开发,推进大丰港附近滩涂的有序围垦。     

基于BP神经网络的空气污染指数预测模型研究

BP神经网络已成为研究空气污染预测的有效工具之一。文章利用近十年北京市地面气象观测资料和空气污染指数数据,通过BP神经网络技术构建了不同季节的空气污染指数预测模型,对北京市空气污染指数进行了预测。通过相关系数分析法,对比分析了预测结果与实际监测结果,研究结果表明:春、夏、秋、冬季的预测值与监测值线性相关系数分别为0.81、0.84、0.89、0.85。北京春季常伴随有沙尘天气,而文章并没有考虑沙尘天气对预测模型的影响,因此春季BP神经网络预测精度在四季中最低,其预测值与监测值的线性相关系数为0.81。由于秋季不同空气质量级别的数据都有较多分布,因此该季节构建的网络更具有代表性,其预测精度在四季中最高,预测值与监测值的线性相关系数高达0.89。总之,BP神经网络模型对于北京空气污染指数预测是行之有效的。     

贵州草海湿地水鸟重金属暴露风险评估与应用

运用综合暴露风险模型评价贵州草海湿地水鸟群落的重金属暴露风险,并通过反距离权重插值法和图层叠加分析确定暴露风险的空间分布.结果表明,草海水鸟栖息地土壤中As、Cd、Cr、Ni、Pb、Zn的均值含量均超过贵州的土壤背景值,As、Cd、Cr、Pb、Zn在浅水沼泽、草地、耕地和水沟4种生境植物中均呈污染水平,As、Pb在水鸟肉食性食物鱼样中超标.草海水鸟主要对Cr、Pb、Zn存在暴露风险,在不同食性水鸟食物摄入途径不同则对重金属的暴露风险不同.在不同食性的代表性水鸟中,Pb在食植途径对针尾鸭、斑头雁,在食土途径则对白鹭暴露风险最高.Cr在食土途径中对3种水鸟暴露风险都较高.而Zn主要在食肉途径对白鹭、斑头雁的暴露风险最高.综合评价表明,代表肉食性水鸟的白鹭和代表植食性的针尾鸭的重金属潜在危害风险为高风险,代表杂食性的斑头雁为中风险.以水鸟栖息区域的潜在危害风险来看,双河、胡叶林、王家院子周边和邻近威宁县城城区的区域达到了高风险水平.建议重点监测肉食性水鸟群落的健康状态,优先治理和防控Cr、Pb、Zn重金属污染物以及污染高风险区域,采取科学合理的人为活动限制和污染防控措施.     

气候变化背景下京津冀地区濒危水鸟潜在适宜区模拟及保护空缺分析

明确濒危水鸟栖息地分布并加以保护对于维持水鸟物种多样性和提高湿地环境质量具有重要意义.自1980年以来京津冀地区水鸟数量出现较大波动,为了分析濒危水鸟潜在分布区域及其变化特征,借助GIS平台和MaxEnt模型,基于2015年濒危水鸟"出现点"信息,定量识别了影响京津冀地区濒危水鸟分布的主要驱动因素和贡献率,并预测了2050年RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5（依次代表低、中、高3种CO₂浓度排放模式）3种气候情景下濒危水鸟的潜在适宜区分布和保护空缺规律.结果表明:①京津冀地区濒危水鸟共有9种,东方白鹳、遗鸥和黑鹳3种濒危水鸟潜在适宜区面积较大.东方白鹳和遗鸥适宜区主要集中于环渤海湾沿岸和北京市中南部,黑鹳则主要集中于北京市南部房山区和东北部.②与2015年相比,2050年RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5三种气候情景下濒危水鸟适宜区面积均较大,相应适宜区面积增幅依次为96.24%、103.94%和65.51%,适宜区空间分布上向西南和东北方向扩张.③国家自然保护区对濒危水鸟潜在适宜区和热点区的覆盖率较低,相较天津市,河北省和北京市对这两个区域的覆盖不足.④在京津冀地区尺度下,不同情景下保护区覆盖濒危水鸟适宜区比例依次为基准情景（1.26%）> RCP8.5情景（1.11%）> RCP2.6情景（0.70%）> RCP4.5情景（0.29%）,保护区覆盖热点区比例依次为RCP4.5情景（0.83%）>基准情景（0.77%）> RCP8.5情景（0.08%）> RCP2.6情景（0）.研究显示,以单个水鸟为单位分析濒危水鸟潜在适宜区分布格局,能够精准有效地揭示国家自然保护区对濒危水鸟的覆盖情况.      

基于GF-1 WFV影像和BP神经网络的太湖叶绿素a反演

叶绿素a浓度是可直接遥感反演的重要水质参数之一,常用来评价湖泊水体的富营养化程度.太湖是典型的二类水体,光学性质复杂,应用一类水体线性反演模式拟合较为片面且难以找到最佳拟合模型.BP神经网络模型具有模拟复杂非线性问题的功能.为研究高分一号卫星16m多光谱相机WFV4结合BP神经网络进行太湖叶绿素a浓度监测的可行性,实验利用GF-1 WFV4影像和实时的地面采样数据,建立了BP神经网络模型,同时采用波段比值经验模型进行对比.经精度检验,BP神经网络模型预测值与实测值之间的可决系数R2高达0.9680,而波段比值模型的R2为0.9541,且均方根误差RMSE由波段比值模型的18.7915降低为BP神经网络模型的7.6068,平均相对误差e也由波段比值模型的19.16%降低为BP神经网络模型的6.75%.结果证明,GF-1 WFV4影像应用BP神经网络模型反演太湖叶绿素a浓度较波段比值模型精度有所提高.将经过水体掩膜的GF-1 WFV4影像用于训练好的BP神经网络反演太湖叶绿素a浓度分布,结果显示,叶绿素a高浓度区集中分布在湖心区北部、竺山湾、梅梁湾区域,与之前的研究一致.本文研究结果验证了采用BP神经网络模型对GF-1 WFV4影像进行太湖叶绿素a浓度反演的可行性.     

北固山湿地土壤氮磷及重金属空间分布

通过研究北固山湿地四个典型区域土壤中全氮、全磷及重金属元素空间分布规律,探讨湿地土壤中全氮、全磷及重金属元素的空间分布与周围环境之间的关系。结果显示,湿地虉草区各层的全氮、全磷含量均高于芦苇区;大东沟排放口表层土壤全氮、全磷含量明显高于其他区域,是水体富营养化的重点控制区;湿地土壤中的重金属污染物主要分布在0～15cm,且虉草区的有效Mn、Zn、Fe含量普遍高于芦苇区。研究结果表明,植被对调整湿地氮、磷及重金属的空间分布有一定作用,可以选择适宜的植物对湿地进行生态修复。研究为湿地生态修复和生态清淤提供理论依据。     

辽宁营口滨海湿地春季迁徙期水鸟现状评价

2016－2020年连续对营口滨海湿地春季迁徙期水鸟种类和数量进行了调查监测。5年的长期调查监测共记录到水鸟4目8科39种,其中鸻鹬类、鸥类及雁鸭类（共占记录物种总数的92.31%）是构成营口滨海湿地春季迁徙期水鸟的主要类群。年际间水鸟种类和数量总体呈增加趋势,翘鼻麻鸭（Tadorna tadorna）、斑尾塍鹬（Limosa lapponica）、黑尾塍鹬（Limosa limosa）、大杓鹬（Numenius madagascariensis）、环颈鸻（Charadrius alexandrinus）、黑腹滨鹬（Calidris alpina）6种优势种处于动态变化之中。记录到的39种水鸟都被列入国内外有关保护条例,且分布达到全球种群评估数量1%的濒危大杓鹬、易危黑嘴鸥（Saundersilarus saundersi）、翘鼻麻鸭、环颈鸻、黑尾塍鹬、斑尾塍鹬、黑腹滨鹬7种水鸟,表明营口滨海湿地及水鸟具有国际重要保护价值。为更好地保护营口滨海湿地水鸟及其栖息地,建议尽早在目前未受保护的营口滨海湿地新建国家公园、自然保护区或自然公园,或纳入生态保护红线;并将营口滨海湿地申报列入《国际重要湿地名录》。     

城市绿地结构与鸟类栖息生境的营造

城市化对城市鸟类多样性产生了诸多不利影响。城市绿地结构是鸟类栖息生境选择的重要因素之一。在分析公园面积、连通性、岛屿化等影响城市鸟类多样性的城市绿地结构特征基础上,提出通过优化绿地结构营造鸟类栖息生境的原则,探讨了保护城市自然保留地、建设环城绿化带、构建河岸带与道路绿色廊道、复层植物群落配置、特殊空间绿化等途径作为鸟类生境营造的方法。     

环境变化对鸟类种群结构的影响研究

文章将镇江市域内主要优势种树麻雀作为指示种,通过对种群数量、时空分布、不同生境分布、栖息地和森林植被等方面对树麻雀的生态影响进行了调查研究。结果表明：各生境中,分布密度以乡村与城镇最高,农田次之,森林、灌丛及水域最低;植被变化、城乡建设、以及农药、化肥的施用是引起某些鸟类数量变化的重要原因;以鸟类为代表的野生动物与环境关系密切,其分布区域和种群数量的变化以及群落参数变化反映和预示了环境的变化趋势。     

水位对鄱阳湖湿地越冬候鸟生境景观格局的影响研究

鄱阳湖湿地是国际重要湿地之一,是世界上最富有生物多样性的生态系统之一,也是东亚地区最大的水禽越冬地。论文根据多年越冬候鸟野外调查资料,在分析主要越冬候鸟习性和生境偏好的基础上,通过对具有不同水位的鄱阳湖湿地卫星遥感影像进行生境类型分类,利用景观指数定量分析不同水位下鄱阳湖湿地越冬候鸟的生境类型和空间分布结构,得到以下结论：①鄱阳湖主要越冬候鸟以退水后形成的浅碟形子湖范围内的浅水、草滩和软泥为主要取食、休憩和栖息场所;②水位是影响鄱阳湖湿地越冬候鸟生境的主要因素,随水位的增加,越冬候鸟生境范围萎缩,同时越冬候鸟生境的组成结构也不同;③随水位的增加,越冬候鸟生境景观的破碎度增加,连通性和多样性降低,因此,秋冬季维持较高水位不利于越冬候鸟的保护。     

东洞庭湖保护区1989～1998年水禽栖息地动态研究

栖息地的改变是全球生物多样性存在的最大威胁。利用卫星遥感技术和地理信息系统的空间分析功能,从景观尺度上研究了东洞庭湖自然保护区1989～1998年越冬水禽栖息地的动态变化特征,结果表明:1989～1998年水体、泥滩地、草滩地和水田等水禽适宜栖息地的面积在减小,破碎化程度有所增加,而芦苇滩地、旱地、林地、建成区这几类水禽分布较少栖息地类型的面积和破碎化程度的变化正好相反;近10年来水禽栖息地的变化比较明显,其中草滩地演变为芦苇滩地及水田改为旱作农田的变化最为突出,变化的面积分别占整个保护区面积的10.66%和6.13%。这些变化趋势意味着研究区近10年来水禽的适宜栖息地在退化。针对变化的原因,论文还对该区域生物多样性的保护与栖息地管理提出了可行的建议。     

辉河自然保护区鸟类多样性保护现状与对策

辉河湿地面积1167km2,有水禽75种,其中国家Ⅰ级保护鸟类有大鸨、丹顶鹤等9种;Ⅱ级保护鸟类有白枕鹤、大天鹅等30种.本区是众多水鸟的繁殖地,又是迁徙途中的重要停歇地.由于人为和自然因素影响,辉河湿地萎缩,生态环境受损,致使鸟类多样性受到威胁,因此,本文提出增加投入、提高管理、科研、监测水平,实施生态恢复项目等措施,保护鸟类多样性,特别是加强鹤类的保护,仅供同行参考.     

京津冀地区生境质量与景观格局演变及关联性

以京津冀地区为研究区,基于InVEST生态评估模型、Fragstats景观格局指数测算平台,运用网格分析法,评估了2000~2018年京津冀地区生境质量与景观格局演变;利用空间自相关理论,分析了二者空间关联性及其时序演变特征.结果表明：京津冀地区生境质量整体呈现出“东南低、西北高”的空间分布特征;2000~2018年京津冀北部以及沿海地区生境质量大面积提升;北京-天津都市圈及其南部存在大面积生境质量衰退.京津冀山区景观格局较稳定,东南部城市群景观格局指数值变化显著,景观趋于破碎化.生境质量与景观格局特征二者具备空间关联性,但相关关系逐渐减弱,以东南部生境质量低值区集聚效应减弱最为明显.研究结果有助于揭示生境质量与景观格局的空间关联性规律,可为我国乃至世界其他类似地区生态保护与景观规划提供科学支持.     

基于要素流动的城镇建设用地配置方法框架探讨

现有城镇建设用地配置主要遵循空间开发导向,利用静态数据和用地分配标准、评估及预测模型开展,存在一定的“区域偏好”和“规模求大”现象。在强调生态文明建设和高质量发展的新时期,国土空间规划战略实施要求城镇建设用地配置方法需要及时革新。关注到信息或智能技术深度影响下未来城镇场所空间将转变为流动空间这一必然趋势,不同尺度生产、生活及生态要素时空流动与分配将是城镇建设用地科学配置的关键。因此,利用多源要素流大数据和多学科分析方法,试图从城镇空间发展水平评价、城镇要素流动网络时空模拟与用地分配、城镇要素功能区识别与开发边界划定、城镇建设用地配置效果动态评估4个方面,建立基于要素流动的城镇建设用地配置方法框架。结果表明：（1）城镇空间发展水平评价需要综合考虑城镇对区域现状要素控制、吸引及溢出的能力,并从空间发展规模、活力及品质三个层面构建评价指标体系;（2）在城镇建设用地指标区域分配过程中注重利用网络优化模型和社会网络分析方法刻画区域要素流动规律,并通过时空耦合模型找出不同等级和类型“空间发展水平—要素控制力”组合的城镇;（3）城镇未来扩展方向和边界形态是由内部各类要素流动变化与功能空间布局的供需时空匹配情况决定的,需要利用时空耦合、引力、CA及多智能体等模型识别要素功能影响区和流动偏好;（4）城镇建设用地配置效果评估指标需要体现生态文明、高质量、智慧治理及一体化等未来城镇发展要求和趋势。这些研究结果可以为国土空间规划城镇开发边界划定和实施提供参考。     

基于生态安全格局的国土空间保护修复优化——以内蒙古呼包鄂地区为例

构建生态安全格局可为国土空间保护修复提供对策,以补充现有研究对国土空间优化实践指导的不足。以内蒙古呼包鄂地区为案例,识别城镇、生态源地,构建源地扩展阻力评价体系,通过最小累积阻力模型划分安全格局小区;基于电路理论识别国土空间保护修复重点区域（生态廊道、生态“夹点”、生态障碍点）,优化生态安全格局,提出国土空间保护修复建议,得到的主要结论有：研究区城镇源地适宜扩展区远小于生态源地,国土空间保护修复有较大潜力;安全格局小区中生态保育区生态空间面积最大,其次是优化缓冲区生态空间,生态防护区生活空间最小;识别135条生态廊道,12个生态“夹点”,6个生态障碍点,164个生态战略点,架构生态安全网络,形成“多核四区三带一屏一流域”的国土空间保护修复格局,以达到提升生态景观完整度与连通性、维护区域生态安全的目标。     

扬州市河网大型底栖动物群落结构及其生境特征研究

构建适用于城市大型底栖动物的生境适宜性模型,探究大型底栖动物与生境因子间的响应关系,对城市河流生态系统恢复具有重要指示意义.本文以长江下游北岸扬州市城市河网为研究对象,基于丰水期（2018年8月）和枯水期（2019年1月）的大型底栖动物调查数据,利用典范对应分析与相关性分析筛选城市河网生态健康的关键生境因子,采用GAM模型拟合关键生境因子与大型底栖动物优势种的关系,构建城市大型底栖动物生境特征研究模型.结果表明,本次调查共获得大型底栖动物48个物种,隶属3门6纲13目20科40属,其中,水生昆虫为优势类群,霍甫水丝蚓（Limnodrilus hoffmeisteri）为研究区域优势种.影响优势种霍甫水丝蚓的主要生境因子为溶解氧（DO）、COD_Mn、NH₃-N、电导率（Cond）,当霍甫水丝蚓生境适宜度为1.0时,水体中NH₃-N含量界限值为0.554 mg·L^-1,COD_Mn界限值为2.23 mg·L^-1,DO界限值为7.87 mg·L^-1,Cond界限值为272.5 S·m^-1.GAM模型能识别城市水环境关键问题,有效解释城市大型底栖动物与生境因子间的响应关系,可为城市河网水生态修复提供参考依据.