基于概率神经网络的城市湖泊生态系统健康评价研究

概率神经网络(PNN)是一种结构简单、训练简捷、应用十分广泛的人工神经网络,并且在水质分类等环境领域已取得一定研究成果.本文选取广州市最大的人工湖——白云湖作为研究对象,结合其水质监测数据及生物监测数据,建立概率神经网络模型对其进行湖泊生态系统健康评价,得到不同监测时间点的湖泊生态系统健康评价结果.分析表明:1白云湖生态系统比较脆弱,目前净化水质的效果有限;2各监测点的评价结果均呈季节性变化,丰水期湖泊生态系统健康状态好于枯水期,年际变化不显著.实验结果表明,利用概率神经网络对湖泊生态系统健康状态进行评价是可行的,与传统评价方法相比,其具有训练时间短、权重确定客观、输出结果稳定等优势,可以运用到更多相关领域.     

基于生态系统服务权衡的生态安全多情景决策

聚焦于成渝城市群生态安全格局识别的主题,耦合多源数据,运用相应的模型与算法对区域粮食生产、碳固存、产水、土壤保持、生境质量5类生态系统服务进行估算,在此基础上借助空间统计与分析厘清生态系统服务功能间的权衡/协同关系,并构建不同风险情景,明确未来区域发展的生态安全格局.结果显示,2000~2015年,成渝城市群粮食生产、固碳和产水量这3类服务功能均呈下降趋势,土壤保持、生境质量服务呈上升趋势,且各类服务的空间分异性突出;固碳、产水、土壤保持与生境质量两两之间均表现为协同关系,粮食生产与这4类服务间表现为权衡关系,但这种冲突性在区域发展过程中逐渐呈减弱趋势;在空间分布上,成渝城市群生态系统服务间的权衡/协同关系表现出了一定的集聚特征;不同决策风险下生态系统服务间的权衡值也不同,随着决策风险系数的增加权衡值呈现先上升后下降的趋势;最终确定风险系数α=1.6为最适宜情景,此时权衡值最高、区域生态系统风险适中.将决策者的态度纳入生态安全格局识别过程中,使结果更全面,为城市群生态安全格局评价和管理提供科学支撑.     

差异化开展国土空间生态修复的思考

近年来,由于气候变化和人类活动的双重影响,生态系统承受了越来越大的压力。在一定程度上,这些压力改变了生态系统的结构和过程,降低了生态系统服务功能,对区域可持续发展形成了威胁。国土空间生态修复是推进生态文明建设的重大举措,也是应对以上生态系统问题的重要手段,我国已将其上升到国家战略的高度。但是,目前国土空间生态修复的相关研究尚缺乏系统的梳理,相关的国土空间生态修复工作也缺乏系统总结,不利于生态修复工作的深入开展。因此,亟需系统梳理我国生态修复相关工作的演进脉络,阐述不同时期国土空间生态修复目标、手段、区域的差异化,剖析当前我国开展国土空间生态修复工作遇到的问题,进而提出相关应对策略,以期裨益于我国新时期的国土空间生态修复工作。研究表明：（1）我国的生态修复研究经历了萌芽、早期实践及新时期国土空间生态修复的演进过程。各个时期生态修复目标、手段和区域的差异化明显。（2）当前,我国国土空间生态修复的主要问题是,生态方面的历史欠账多、现实矛盾多,生态系统功能问题较为突出,生态修复部门职责相对分散、履职较为矛盾,生态修复投入机制相对单一。（3）未来,应该分别依据生态问题时间维度、空间维度、行政与市场维度的差异化,分别开展有针对性的国土空间生态修复工作。     

区域尺度生态保护红线连通性优化与管控——以长三角为例

生态保护红线存在跨界冲突与破碎化等问题,目前正在不断优化、调整和评估中,但区域尺度连通性优化与管控仍然缺乏。以长三角为例,采用土地利用、道路、居民点和官方发布的生态保护红线等数据,基于最小累积阻力模型与电路理论,提出区域尺度生态保护红线连通性优化与分类分级管控方案,为长三角一体化生态共同保护提供科学依据。结果显示：（1）优化构建了长三角“两横两纵”生态廊道格局,其中包括重要廊道79条,次要廊道111条和“踏脚石”33个;（2）连通性退化风险管控区51个,其中源地边缘防控区27个,联防联控区12个;（3）障碍管控区75个,其中源地边缘防控区36个,联防联控区17个;（4）生态保护红线连通性一级管控区20个,面积为70.35 km²,二级管控区106个,面积为1511.33 km²。生态保护红线源地边缘以及省市行政边界易遭受退化风险和形成连通障碍区,建议在区域尺度上建设生态廊道和“踏脚石”,对连通性退化风险区和障碍区进行联防联控、源地边缘防控和分级防控。     

城市红树林生态系统健康评价与管理对策——以粤港澳大湾区为例

为解明粤港澳大湾区城市红树林生态系统健康状况,基于PSR (压力-状态-响应)模型和层次分析法,构建了城市红树林生态系统健康评价指标体系,对大湾区的香港米埔、深圳福田、广州南沙和珠海淇澳岛4个典型城市红树林进行生态系统健康评价,识别健康问题并提出管理对策.结果表明:红树林生态系统健康指数(EHI)为淇澳岛(3.05,健康)>米埔(3.03,健康)>南沙(2.54,亚健康)>福田(2.13,亚健康).就压力指标而言,米埔和福田红树林的自然压力源为病虫害和生物入侵,人为压力源为人口、经济相关指标及城镇生活污水排放,福田还受到工业废水排放的压力.就状态指标而言,红树林受海水营养盐污染严重,南沙和淇澳岛红树林存在严重的有机污染和重金属污染;红树植物多样性(除南沙红树林外)和大型底栖动物生物多样性偏低,但鸟类生物多样性处于较高水平.就响应指标而言,福田和南沙红树林由于面积小而生态服务功能偏低,南沙红树林的管理水平不足.粤港澳大湾区城市红树林存在的主要健康问题包括生态失衡导致的病虫害与生物入侵、受纳外源污染导致的环境污染、栖息地破坏导致的生物多样性下降的共性问题及自身特征与管护水平差异导致的其它个性问题.针对上述健康问题,建议:以缓解生态失衡为目标高效监测并推广基于自然法则的生态恢复,以源头控制为根本整体改善环境质量,以保护生物多样性为重点提高红树林生态系统稳定性,因地制宜充分发挥城市红树林经济-社会-生态效益.     

土地生态系统脆弱性时空演化特征及影响因素——以黄河三角洲高效生态经济区为例

基于BP人工神经网络模型,对黄河三角洲高效生态经济区土地生态系统脆弱性进行综合评价和时空演化分析,并借助灰色关联度模型探究其影响因素.结果表明：研究区土地生态系统脆弱性从2005年的1.244降低至2016年的1.113,脆弱性逐步改善;脆弱性由西到东、由内陆到沿海逐渐加剧,并表现出脆弱性平稳型和脆弱性渐低型2个演化特征;地均工业废水排放量、盐碱荒地面积比重、土地利用程度、建成区绿化覆盖率、节能环保支出占财政支出的比重是系统脆弱性的主要影响因素.因此,降低土地生态系统脆弱性的政策着力点应该集中在生态修复、优化土地利用结构和节能减排等方面.     

重庆市湿地生态系统服务约束关系

以重庆市湿地资源为研究对象,利用InVEST模型分别计算了2000,2005,2010和2015年的水资源供给服务和水土保持服务,并利用分位数分割法,分别从景观水平和生态区水平这2个研究尺度上研究了水资源供给服务和水土保持服务间的约束关系.结果表明：（1）2000~2015年重庆市湿地的水资源供给服务呈现先下降后上升的趋势,2000年水资源供给为395.41×10⁴mm,2010年下降到238.89×10⁴mm,之后又上升到2015年的286.36×10⁴mm;水土保持服务呈逐年上升的趋势,从2000年的85.74×10⁶t上升到2015年的364.73×10⁶t.（2）2000~2015年期间湖泊湿地和水田湿地的水源供给总量呈先下降后上升的趋势;河流湿地与水库湿地的水源供给量呈先上升后下降再上升的趋势;沼泽湿地的水资源供给一直处于下降趋势.（3）2000~2015年期间湖泊湿地、水库湿地及水田湿地的水土保持服务呈先上升后下降再上升的趋势;河流湿地的水土保持量呈一直上升趋势;沼泽湿地的水土保持服务呈先上升后下降的趋势.（4）在景观水平上,2000~2015年湿地水资源供给服务和水土保持服务间全部呈驼峰型约束关系.生态区水平上,2000~2015年水库湿地的水资源供给服务和水土保持服务间呈双驼峰约束、指数约束和驼峰型约束关系;河流湿地呈双驼峰约束和驼峰约束关系;水田湿地呈驼峰型约束关系.     

挺水植物对城市河流中典型污水印记药物的去除

以AZM（阿奇霉素）、STZ（磺胺噻唑）、IBU（布洛芬）、DCF（双氯芬酸）、PRC（扑热息痛）、ATL（阿替洛尔）、CLF（氯贝酸）、CBM（卡马西平）和CAF（咖啡因）共9种WWMPs（wastewater-marking pharmaceuticals,污水印记药物）为目标物,采用HPLC-MS/MS检测方法,通过室内河流模拟系统,研究3种挺水植物组合（旱伞草+灯芯草、菖蒲+灯芯草、旱伞草+菖蒲）的人工生态系统在不同介质（水相、泥相、水生植物）中WWMPs的变化特性及对常规污染物（如COD_Cr、NH₃-N、TP、TN）的去除效果,并运用物料衡算等手段计算目标物的实际去除率.结果表明:3种挺水植物组合的人工生态系统对4种常规污染物的去除效果较为明显,COD_Cr、NH₃-N、TP、TN去除率范围分别为39.7%~47.8%、88.2%~99.4%、39.1%~58.1%和49.1%~58.5%;与无植物系统相比,挺水植物组合的人工生态系统对水相中药物有明显的去除效果,尤其是对CBM、IBU和DCF,最大去除率均在54.0%以上;旱伞草+菖蒲组合的人工生态系统对水相中CAF、CBM、CLF、DCF、IBU和STZ的去除效果较好,去除率为51.6%~87.7%;3种挺水植物组合的人工生态系统对泥相中WWMPs的去除效果大小依次为菖蒲+灯芯草>旱伞草+菖蒲>旱伞草+灯芯草;不同挺水植物组合的人工生态系统对WWMPs的富集特性不同,9种WWMPs吸收效果大小依次为CBM > CLF > CAF > IBU > DCF > ATL > PRC > AZM > STZ;3种挺水植物组合的人工生态系统对WWMPs的实际总去除率大小依次为菖蒲+灯芯草>旱伞草+菖蒲>旱伞草+灯芯草.研究显示,挺水植物组合的人工生态系统可以有效地去除城市河流中WWMPs及常规污染物,能作为净化水质、改善城市河流水环境的一种有效手段.      

长江经济带生态系统格局特征及其驱动力分析

为了分析长江经济带生态系统的变化及其驱动力,采用生态系统年变化率、动态度、景观格局指数研究2000—2015年长江经济带生态系统格局特征,并分析城镇化、生态保护与修复等驱动力的贡献.结果表明:①长江经济带生态系统以林地、农田和草地为主,三者共占92.63%;上、中游以林地为主;下游城镇化率最高,分布着全区60.47%的城镇用地、39.85%的湿地和28.62%的农田.②长江经济带生态系统年变化以江苏省、上海市和浙江省为代表,快速城镇化特征显著;贵州省、江西省、云南省林地和草地的年变化较显著.③长江经济带生态系统生境破碎化和景观多样性指数均上升.④长江经济带上中下游均表现为建设用地增幅最大,农田减幅最多.⑤快速城镇化是长江经济带生态系统格局变化的首要驱动力,贡献率为65.49%,表现出“下游为重心,向中上游蔓延”的特征,下游贡献率为77.51%,但上游在2010—2015年的扩张速率远超过中游和下游;生态保护与恢复政策为第二大驱动力,贡献率为17.64%,上游贡献为25.90%.研究显示,保障长江经济带生态可持续发展需要优化国土空间结构、控制开发强度、加强生态环境保护联防联治.      

厦门市生态系统供水服务量化与价值评估

突出的水污染问题严重影响生态系统供水服务,针对现有研究对水质影响和供水价值的评估考虑不足,尚无法将水质、供水服务及其价值与管理措施相联系,难以满足水资源和水环境管理的决策需求等问题,综合考虑水资源和水环境,建立了水质水量-供水服务-供水价值的联系,应用于厦门市生态系统供水服务评估并提出管理建议.采用SWAT（Soil and Water Assessment Tool）模型模拟水量,引入主要污染物超标当量和水质当量的概念评估水质,采用市场价值法和环境恢复成本法评估其价值.结果表明:2015年厦门市生态系统供水量为9.26×108 m3,供水价值量为14.82×108元,比2010年分别增加了1.77×108 m3和2.60×108元.2015年和2010年厦门市水质恶化导致供水价值量分别损失0.31×108和0.27×108元.厦门市供水服务具有较强的时空异质性和水体差异性,发掘潜力较大,受到总体下降的水质影响,建议从提升水源涵养能力和改善水质这两方面入手开展研究,以提升供水服务.该研究方法操作简单,评估结果易于比较和被决策者理解,但对经济发展程度的影响和水质定价考虑不足,在今后研究中应将地方经济发展程度纳入评估体系,并修正水污染处理成本.