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基于小流域生态安全景观指标的提取方法研究

更新时间:2009-03-28

0 引 言

生态过程的主要影响因素包括景观斑块的组合结构、形状、尺度、数量、景观内物种类型、气候环境、水土流失等[1]。景观生态学研究的核心内容是对景观结构特征和变化作用进行研究,而景观定量分析指标是景观生态学研究的主要方法和技术手段。当前,地理信息技术得到快速发展并被应用于景观分析中,将GIS技术与景观生态安全进行科学合理的融合已成为生态景观学学者专家的研究热点和新的发展方向[2-3]

1 安全景观指标的构建

生态健康、生态风险以及生态系统的服务功能是生态安全的3个主要方面。生态稳定性和连续性是生态保持健康的主要指标和评价内容,生态系统本身具有的活力特性、恢复自身某方面的功能能力以及组织构架是生态保持持续性健康安全的关键性参数;生态系统或环境系统具有一定的抵抗性和脆弱性,在生态系统中往往会发生超出期望的事件或变化,此类非期望事件发生的概率以及所产生的后果即为生态风险;生态系统受多种因素影响其结构会产生一定的变化,系统本身会在一定程度上进行自我调整和完善,定义生态系统的服务功能表征生态系统结构的合理性和完整性。城镇化建设、土地利用类型、气候环境改变等对景观结构产生了明显的影响作用。生态安全的基础和前提条件是保证景观结构的稳定,而景观结构的稳定性主要包括两个方面的内容:景观系统具有一定的保持现状特性或降低外界的影响作用以及在受到干扰后的自我修复功能,因此进行景观结构指标的影响因素和方法对生态安全评价具有十分重要的意义。文章结合生态学中有关景观指标的基本内容和生态安全的含义,建立了适用于小流域的生态安全景观指标体系,如表1所示。

管径的选择主要以近期为主,同时根据管道性质决定是否适当考虑矿山远期发展要求。以项目为例,水源取水设施一般一次性建成,水源输水管线管径满足远期发展要求。矿区其他给排水管道管径以近期矿山规模计算的用水量来选择,无特殊要求时,一般再考虑1.1的生产波动系数即可。

 

1 小流域生态安全景观指标体系

  

准则层序号生态安全景观指标生态安全A1人类干扰指数A2生态弹性度A3多样性指数生态景观B1景观丰富度B2蔓延度指数B3高生态功能景观指标

2 景观指标模型

2.1 高生态功能景观指标

在生态环境及生态系统中起到保护作用和服务功能的景观斑块即为高生态功能景观斑块[10]。大量研究成果表明,高生态功能景观指数是表征景观保持稳定性的关键性参数,能很好的反应生态系统抵抗外界干扰的能力。高覆盖草地和林地是高生态功能景观斑块的两大主要类型,故文章结合小流域的实际状况选取了斑块平均面积、面积评价加权系数、面积比例和破碎度作为高生态功能景观斑块的4个影响因子指标。

2.1.1 平均斑块面积计算

文中高生态功能景观平均斑块面积可按下式进行计算:

 

(1)

式中:MPSi为高生态功能景观斑块面积平均值;Ni第i类景观要素的斑块总量;aij第i类景观要素的第j各斑块面积,hm2

斑块的平均面积MPS它体现了规模整体的大小离散化程度,在一定程度上反应了景观粒度的程度,同时代表了景观破碎化的分布状况。通常情况下,MPS与资源和各矿物养分含量呈正相关关系,且模块中的林草植被类型和生物多样性随斑块平均面积的增加而增大。

计算公式表明,平均佳俊加权形状指数与面积的大小呈正的相关性,AWMSI值的大小代表斑块形状的规则程度,值越大则形状越复杂多样或区域复杂异型尺寸规格。AWMSI是影响生物运动、扩散、觅食以及景观斑块内资源能量交换转移的重要影响因素。

人类对世界万物的认识总是从自己身边最易接触到的事物开始,而原始思维的互渗类比性与直观性,使人们将空中飞行的鸟类与驰骋长空的太阳发生类似的联想。太阳在空中的运行,如同飞鸟展翅飞翔。每天,鸟出日升,鸟息日落,太阳随着鸟类的早出晚归而升降起落。[注]陈勤建:《中国鸟文化》,学林出版社,1996年,第45页。

2.1.3 破碎度指数计算

高功能景观斑块面积的比重可按下式进行计算:

 

(2)

该模型中C最大为1,最小则根据实测数据计算确定。若C小于0,表明探测区域已经处于卸压状态。C与冲击危险等级对应标准见表1。

高功能生态景观区内各类型斑块的组成及比重是以PLAND进行度量表征,它是表征各类型斑块站整个景观面积的比重,是影响景观斑块内物种数量、植被理性以及生物多样性的重要参数指标。

2.1.2 斑块面积比重的确定

高生态功能景观面积的加权平均形状指数可按下式进行计算:

F1=MPS×(Nf-1)/A

(3)

式中:Fi为破碎度指数,取值范围为0-1;Nf为高生态功能景观中重要斑块的数量;A为高生态功能景观总面积。

景观破碎度指数是指景观被破坏严重性的高低,是表征景观稳定性和异质性的关键性参数指标。生态功能景观破碎化致使物种生存环境遭到严重破坏,许多频危物种的生存发展受到严重威胁,自然保护措施是影响景观破碎度指数的重要因素,而生物多样性的丧失与景观破碎化密切相关,故需采取必要的保护措施改善景观破碎化程度。

2.1.4 加权平均形状指数的计算

罗马的风光虽然并没有人传说的那么美,但由于我早有心理准备,所以并不感觉过分的失望。生命中比预想要糟糕的事随处可见。在这样古老而繁华的大城市中,人又怎么能只有一种感觉呢?

高功能景观破碎度指数可按下式进行计算:

式中:PLAND为斑块面积占景观面积的比值,取值范围1-100,此值的大小表示斑块的富有程度,当趋于0时表示此类斑块较为稀有罕见,当趋于100时表示景观内仅包含此类斑块。其他各字母含义同上。

 

(4)

式中:AWMSIi为各种类型斑块面积的比值的叠加。

拉莫三嗪可通过选择性阻断nAChR,抑制兴奋性氨基酸(谷氨酸)的病理性释放,发挥抗癫痫作用,联合丙戊酸应用可以通过机制互补达到增强抗癫痫作用的效果。应用拉莫三嗪应以小剂量开始,警惕皮疹副作用。另外,小剂量氯硝西泮也可以作为其它抗癫痫药物的加用药物。

历史上,能源方式的变革均引发了人类社会的巨大变革。核聚变能若能实用化,将可永久性解决能源问题,必将对人类社会产生极大影响,率先掌握该技术的国家必将在未来世界格局中占据重要地位。

社会资本是通过民众自主组织所建立起来的以信任、互惠、规范、公共精神为内核的社会关系网络。这种特定的关系网络存在于一定的群体关系、组织关系中,是一种现实的或潜在的资源,当它被行为者调动或利用时,便以某种能量或资源的形式发挥作用,从而能够创造价值[1]。其作用在于规范人们之间的相互关系,增强人与人之间的信任程度,减少信息成本和信息的不确定性。

2.2 蔓延度指数计算

景观内物种多样性指数采用下式进行计算:

CONTAG=[1

(5)

式中:CONTAG为蔓延度指数,取值范围为0-100。gik为不同斑块之间的栅格数目;Pi不同类型景观的面积百分比;m为景观中斑块类型总数。

CONTAG是利用栅格数量的多少对相邻不同类型景观的富集程度进行表征。斑块的分散程度和结构分布状况是影响蔓延度指数的主要因素,通常情况下蔓延度指数越高则代表了景观内某优势斑块之间具有良好的连接性,指数越低则的离散化发展就越大。

目前,跨境电商零售有广义和狭义之分。广义的跨境电商零售指外贸电子商务,即传统外贸企业利用各种电子商务平台开展信息发布、询价、下单、支付等交易活动,将交易活动由传统的线下转移到线上,然后再通过跨境物流把货物送达客户手中。狭义的跨境电商零售则是指跨境电子商务,即利用邮政小包等物流方式把商品送达消费者手中,其中消费者既不是批发商也不是外贸企业,而是终端的个人消费者。但由于在现实经济活动中个人消费者和小型的企业类商家没有明确的界限,因此消费者往往也包含一批小型的中小卖家。

2.3 景观丰度

景观丰度即为所有斑块类型的总数PR=m,PR为景观丰度,m为景观内所有类型斑块的数量。景观内部的结构异质性和空间分布组分通常以景观丰度指标进行表征,且景观丰度可对景观内的生态过程产生明显影响。景观与物种之间具有密切的关系,二者相互作用相互影响,尤其是对环境较为敏感的动植物,PR值的大小是决定该动植物是否能够生存和发展的主要影响因素。

2.4 多样性指数

蔓延度指数计算可按下式进行:

 

(7)

式中:SHDI为多样性指数,取值范围大于等于0,当SHDI为0时说明景观内仅包含一种类型的斑块,当SHDI值逐渐增大时说明景观内斑块类型逐渐增多或景观内斑块类型逐渐表现出均衡化分布。多样性指数是表征景观内斑块的均匀性分布程度和分散程度的综合指标,多样性指数随斑块分散度的增加而增加,随不同类型斑块均匀性的提高而增大。景观中非均衡性斑块的分布状况对SHDI的影响作用较为明显,即物种多样性对稀有斑块或特殊类型斑块较为敏感。通常情况下认为斑块多样性对生态稳定性可产生显著的影响作用,二者之间的关系密切,相互关联,大量研究表明二者符合正态分布发展规律。

2.5 生态弹性度

生态弹性度是表征生态系统缓冲和调节外界能量干扰能力的关键性指标之一,是生态安全评价的主要参数指标。相对于复杂的生态系统,景观结构是进行生态弹性判断的的主要依据,景观生态弹性度可按下式进行计算:

 

(8)

式中:E为生态弹性限度,取值范围为0-1,此值的大小代表了生态系统的生态弹性限度的高低;Vi为第i个景观类型的弹性分值,其他字母含义同上。

文章在充分了解弹性限度所表达含义之上,结合本溪市的生态环境特征和生态学专家的评分结果[11],对本溪市的景观生态弹性分值进行了计算,结算结果如表2所示。

 

2 本溪市景观生态弹性分值计算统计结果表

  

斑块类型景观代码分值高功能景观区10.88水田20.82旱地30.80林地40.75草地50.62富水地60.47湿地70.42建设用地80.35未开采土地90

2.6 人类干扰指数

人类干扰指数可采用下式进行计算:

准确称量50 g各干燥模式下最终毛叶山桐子,放入小型榨油机进行压榨,收集毛油,测定各组中毛叶山桐子果实榨取的毛油质量,重复3次,按照公式(4)计算出油率,并进行对比。

 

(9)

式中:R为受人类干扰的景观类型的比值之和,文章采用建设用地、旱地和水田的面积比例之和;PLANDi为第i类景观人为干扰面积比例。

为了生存和发展,人类需要对生态系统环境进行改造和改变,人类对生态系统的改造能力和干扰强度即为人类的干扰指数,它是指人为干扰的景观面积占景观总面积的比值。

3 土地覆盖景观图

空间镶嵌体是由研究区域内或某特定区域的各类生态要素单元所组成的,一般情况下认为土地利用类型等于镶嵌体类型。文章利用精度为1:5万的DEM地理信息数据处理系统,参考水文分析模块在ARC/INFO中应用,将本溪市划分为62个小流域。在分析了2015年基于NET+遥感影像数据得出的土地覆盖图基础上,将本溪市的景观斑块分为9种类型。

 

3 本溪市土地覆盖景观斑块分类

  

斑块类型景观代码土地利用二级分类高功能景观区121-林地、22-高覆盖度草地水田212-水田旱地321-旱地林地431-灌木地、24-疏林地、26-其他林地草地532-中低覆盖度草地富水地642-水塘、43-湖泊、46-河流湿地748-沼泽地、47-河滩建设用地851-道路设施、52-城镇居住、53-生活活动未开采土地961-裸露地、62-沙地

利用上表中的景观斑块分类,可以生成Coverage格式的土地覆盖景观生态图,并将具有小流域属性的Coverage与土地覆盖生态景观图进行叠加可生成具有景观属性和小流域属性的Coverage文件。对文件进行解析可进行本溪市各小流域的斑块数据、斑块面积和周长等参数数据的提取和收集。

4 景观指数的提取

4.1 文件处理

首先利用ARC/INFC计算软件将具有小流域属性和景观属性的Coverage土壤覆盖景观图转化我25m×25m的grid图,结合小流域矢量图可将grid文件划分为62个小流域土壤覆盖景观gird文件。采用Fragstats软件中的分批处理功能将所有文件添加至编辑器内进行处理,另存为时将扩展名改为fbt的分批处理文件。

4.2 提取景观指数

将软件参数进行合理的设定,并对需要研究的景观指数进行提取,保存frg模式下的生成文件。按照步骤执行软件命令,即可完成本溪市62个小流域的景观指数提取,提取结果如表4所示。

 

4 本溪市2015年的小流域生态安全景观指标计算结果(部分数据)

  

IDF1PLANDAWMSIMPSCONTAGSHDIPRER10.00250.624813.054115.348287.48750.315260.052452.48472————86.42460.384650.07449.157730.02522.358125.468226.157870.31541.125450.154813.054640.03484.148243.418814.548265.16770.754760.18469.013450.00020.08463.15261.315864.12851.063240.152815.48626————63.24820.848770.208712.348270.00480.84350.487214.248272.14850.702150.154610.654880.03483.24483.254121.354860.44841.062860.135825.614890.00871.24551.3546.247265.48521.125450.203427.0168…………………………62————70.35470.744820.06820.4687

4.3 景观指标提取结果分析

文章提出了高生态功能景观指数体系,进一步构建了适合本溪市小流域生态安全景观指标定量评价模型,并以生态安全和生态景观作为小流域生态安全景观指标体系,根据小流域的实际状况选取了斑块平均面积、面积评价加权系数、面积比例和破碎度作为高生态功能景观斑块的4个影响因子指标,结合GIS处理技术利用分析软件,对本溪市62个小流域的生态安全评价指标进行提取,通过软件分析处理得出了2015年的小流域生态安全景观指标计算结果(计算结果见表4),通过表4中数据可以得出,文中所采用的指标提取方法和计算公式具有科学性和合理性,提取的数据能够反映当地小流域景观地带的结构特征,景观指标和提取的数据有利于大家从小流域生态安全、景观格局及组成方面进行综合分析,能够较为准确地揭示本溪市小流域生态安全景观结构规律,为小流域治理提供科学依据,具有潜在的实用价值,可以作为其他地区小流域生态安全景观指标提取和评价研究的依据。但是值得注意的是指标提取时要注意尺度问题、边界问题和数据源问题,在选择斑块时要注意尺度的影响,在计算边界时要注意封闭边界和非封闭边界的影响,选择数据一定要选取同一遥感影像和分析处理上一定要统一标准,减少数据处理时带来的误差,确保小流域生态安全景观指标的提取准确无误。

1.2.3 使用弹力袜。弹力袜通过在腿部产生梯度压力,可促进下肢静脉血回流,降低DVT的发生。需在术前根据患者腿部测量数据选择合适型号的弹力袜,持续穿至手术结束,

5 结 论

文章以本溪市为研究对象,结合GIS处理技术利用分析软件,对本溪市62个小流域的生态安全评价指标进行提取。通过建立景观生态安全评价体系对小流域的景观图进行了描述和制作,文中在分析了高生态景观模型指标要素的基础之上,利用计算公式对景观斑块影响因素和其他相关指标进行研究探讨,所采用的指标提取方法和计算公式较为科学合理。文章在总结多年来众多学者研究的基础上,提出了高生态功能景观指数体系,进一步构建了适合本溪市小流域生态安全景观指标定量评价模型,该评价模型是对本溪市小流域生态安全景观指标研究的有力填补;该评价指标体系模型和评价指标及其评价方法符合本溪市生态环境状况,对本溪市多个流域的生态安全景观评价具有一定的参考价值。

参考文献:

[1]陈宗宇,万力,聂振龙,等.利用稳定同位素识别黑河流域地下水的补给来源[J].水文地质工程地质,2006(06):9-14.

[2]王振颖,蔡景平,张中凯.辽宁省水土流失现状、动态变化及防治对策[J].水土保持应用技术,2002(05):32-36.

[3]贾仰文,王浩,严登华.黑河流域水循环系统的分布式模拟(Ⅰ)——模型开发与验证[J].水利学报,2006(05):534-542.

 
邓宝玉
《黑龙江水利科技》 2018年第04期
《黑龙江水利科技》2018年第04期文献

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