福田紅樹林自然保護區(qū)濕地生態(tài)系統(tǒng)模型框架的構(gòu)建與應用實例研究

1、福田紅樹林自然保護區(qū)濕地生態(tài)系統(tǒng)模型框架構(gòu)建應用案例研究概括福田紅樹林自然保護區(qū)所在濕地生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)健康狀況相當脆弱，構(gòu)建新型生態(tài)系統(tǒng)動態(tài)監(jiān)測、健康評估和預警科學管理支撐體系具有重要意義。本文首先設計福田紅樹林自然保護區(qū)濕地生態(tài)系統(tǒng)綜合生態(tài)系統(tǒng)模型框架，然后基于上述框架構(gòu)建濕地動態(tài)監(jiān)測與健康評估預警系統(tǒng)。利用數(shù)學模型對其生態(tài)發(fā)展趨勢進行預測和分析，并給出相應的保護措施和建議。針對問題1，我們在此基礎上建立了DPSIR模型，通過構(gòu)建福田紅樹林濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標體系確定了指標水平和指標因子；計算指標之間的權(quán)重；并參考了前人研究的濕地生態(tài)健康評價標準。最后，建立綜合評價模型，完成濕地生態(tài)系統(tǒng)

2、健康評價。評價結(jié)果表明，環(huán)境質(zhì)量總體良好，生態(tài)結(jié)構(gòu)和功能波動不大，但容易受到人類活動的干擾，導致生態(tài)系統(tǒng)退化。因此，福田紅樹林濕地生態(tài)系統(tǒng)的管護需要加強；對于濕地系統(tǒng)的動態(tài)監(jiān)測，我們將宏觀監(jiān)測與微觀監(jiān)測相結(jié)合，列出濕地本身包括噪聲、大氣因素（濕地的位置、面積、形態(tài)）、濕地環(huán)境（大氣環(huán)境、土壤環(huán)境、水環(huán)境）、各種選取濕地生物（植物和動物）、區(qū)域社會經(jīng)濟要素等監(jiān)測內(nèi)容，景觀要素的景觀多樣性指數(shù)（H）、優(yōu)勢度指數(shù)（D）、均勻度指數(shù)（E）和空間變異性被選中。該模型用于對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行處理和分析，以獲得不同時間的監(jiān)測結(jié)果（最小化監(jiān)測過程中的時間間隔以匹配空間離散度）。針對第二個問題，本文將外來物種海桑是否

3、構(gòu)成生物入侵作為福田紅樹林生態(tài)系統(tǒng)亟待解決的問題。通過建立生態(tài)場模型，得出海桑對周邊生態(tài)因子的影響；然后通過建立BP神經(jīng)網(wǎng)絡模型，利用選點軟件ImageAnacorner進行選點，根據(jù)海桑2005-2012年月均垃圾數(shù)據(jù)，預測2013-2014年海桑數(shù)量的發(fā)展情況。結(jié)果表明認為在一定的約束條件下，桑樹的數(shù)量會在一定范圍內(nèi)波動，海桑的引進會增加生態(tài)多樣性，不會構(gòu)成生物入侵。我們在綜合考慮預警結(jié)果的前提下，給出了一些合理的保護和管理建議。關鍵詞：模型框架 DPSIR模型 層次分析法 綜合評價模型 動態(tài)監(jiān)測 健康評估 BP神經(jīng)網(wǎng)絡模型1. 問題的重述與國外其他大型濕地生態(tài)系統(tǒng)相比，福田紅樹林自然保護

4、區(qū)面積較小，濕地生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)健康更為脆弱。迫切需要建立濕地動態(tài)監(jiān)測、生態(tài)健康評估和預警系統(tǒng)，支持其保護和管理。工作。但目前的生態(tài)健康評價主要采用基于抽樣監(jiān)測數(shù)據(jù)和專家經(jīng)驗的靜態(tài)方法，僅圍繞主要生物因子進行調(diào)查，未涵蓋噪聲、大氣等環(huán)境因子，監(jiān)測點信息的時空離散性較大。較大（時間間隔過長，測點密度過?。y以完全滿足福田紅樹林自然保護區(qū)科學管理的實際需要。因此，保護區(qū)準備在三到五年內(nèi)完成保護管理數(shù)字化支撐平臺的建設。其中，構(gòu)建新型生態(tài)系統(tǒng)動態(tài)監(jiān)測與健康評估預警科學管理支撐體系是一項重要任務。針對以上情況，請查詢相關信息，構(gòu)建福田紅樹林濕地綜合生態(tài)系統(tǒng)模型框架，為生態(tài)系統(tǒng)動態(tài)監(jiān)測提供大數(shù)據(jù)管理支撐

5、平臺，為生態(tài)系統(tǒng)健康評估和早期預警提供動態(tài)模擬分析支撐平臺。警告。例如，模型框架可以由多個生態(tài)場景模型組成，定量描述紅樹林濕地中各種生物和棲息地的空間結(jié)構(gòu)和生態(tài)功能；生態(tài)系統(tǒng)能量流、物質(zhì)循環(huán)等依賴物種的競爭關系的動態(tài)描述；可以基于特定的生態(tài)場景模型，構(gòu)建特定的保護管理業(yè)務場景信息系統(tǒng)；整體保護與管理業(yè)務場景信息系統(tǒng)以綜合生態(tài)系統(tǒng)模型框架為基礎，可形成完整的生態(tài)系統(tǒng)動態(tài)監(jiān)測與健康評估預警科學管理支撐體系。然后，請根據(jù)您構(gòu)建的模型框架完成以下任務：1、如果福田紅樹林自然保護區(qū)采用你們設計的模型框架構(gòu)建濕地動態(tài)監(jiān)測和健康評估預警系統(tǒng)，你們?nèi)绾胃鶕?jù)模型框架的數(shù)據(jù)構(gòu)成要求設計保護區(qū)未來的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測方案

6、？您對進一步完善您的模型框架有什么建議嗎？2.請查閱相關資料，收集數(shù)據(jù)，選擇您認為福田紅樹林最急需解決的生態(tài)系統(tǒng)問題，基于模型框架從健康預警的角度預測分析其生態(tài)發(fā)展趨勢為您構(gòu)建提供具體的保護和管理建議。2、問題分析由于面積小，福田紅樹林自然保護區(qū)濕地生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)健康較為脆弱。迫切需要建立濕地動態(tài)監(jiān)測、生態(tài)健康評估和預警系統(tǒng)，支持其保護和管理。首先，可以根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)的能量流、物質(zhì)循環(huán)、與生態(tài)環(huán)境和物種間的關系等，構(gòu)建福田紅樹林濕地綜合生態(tài)系統(tǒng)模型框架，為福田紅樹林濕地提供大數(shù)據(jù)管理支撐平臺。動態(tài)監(jiān)測生態(tài)系統(tǒng)，評估生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況。提供具有預警功能的動態(tài)仿真分析支撐平臺。針對問題一，本問題包括三

7、個部分：一是基于已經(jīng)設計好的生態(tài)系統(tǒng)模型框架，構(gòu)建濕地健康評估與預警系統(tǒng)；二是基于生態(tài)系統(tǒng)模型設計濕地未來動態(tài)監(jiān)測方案；模型框架為后續(xù)改進提出建議。對于第一個問題，采用層次分析法分析確定DPSIR模型框架中各指標項的權(quán)重，構(gòu)建判斷矩陣。用MATLAB軟件計算特征值和特征向量，判斷一致性，再采用模糊綜合評價。模型與德爾菲法相結(jié)合進行綜合評價，根據(jù)評價結(jié)果判斷生態(tài)系統(tǒng)的健康程度；對于第二個問題，我們可以將宏觀監(jiān)測和微觀監(jiān)測結(jié)合起來，針對濕地本身、濕地環(huán)境、濕地生物和區(qū)域社會。針對經(jīng)濟要素等多種監(jiān)測內(nèi)容，選取景觀多樣性指數(shù)（H）、優(yōu)勢度指數(shù)（D）、均勻度指數(shù)（E）、景觀要素空間變異等對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行處

8、理分析。對于第三個問題，結(jié)合以上得出的結(jié)論，為準確性給出了一些相關建議。針對問題2，本題包括兩部分：一是選擇福田紅樹林中比較緊迫的生態(tài)系統(tǒng)問題，并對其進行預測分析；二是根據(jù)預測分析結(jié)果提出相關建議。對于第一個問題，本文擬將外來物種海桑是否構(gòu)成生物入侵作為福田紅樹林生態(tài)系統(tǒng)亟待解決的問題，進而建立BP神經(jīng)網(wǎng)絡模型預測海桑數(shù)量的發(fā)展。 ; Q、我們在綜合考慮預警結(jié)果的前提下，給出一些合理的保護和管理建議。3. 模型假設假設歷年實測數(shù)據(jù)在合理誤差范圍內(nèi)且可靠；該區(qū)域的生物生產(chǎn)力和非生物生產(chǎn)力均符合該區(qū)域的正常水平；忽略有限和不完整信息對模型的影響；本方案質(zhì)量評價指標準確、客觀；深度、廣度和影響因素指

9、標可以通過文中的元素充分體現(xiàn)；未來較短時間內(nèi)不會發(fā)生重大自然災害或人為災害；假設生態(tài)系統(tǒng)中的所有功能組相對穩(wěn)定，則意味著生態(tài)系統(tǒng)的總投入和總產(chǎn)出相等；生態(tài)系統(tǒng)綜合評價指標僅受本文涉及的指標影響；短期內(nèi)不會有外來物種入侵，會出現(xiàn)大規(guī)模暴發(fā)。4.符號說明DI表示福田紅樹林濕地生態(tài)系統(tǒng)綜合評價指標迪i 型因子的質(zhì)量子指數(shù)評價系數(shù)無線_i的權(quán)重值鎳i型因子集中第n個因子的質(zhì)量等級米因子集中的因子數(shù)同一因子集中的因子個數(shù)伊尼i型因子集中第n個因子的加權(quán)質(zhì)量子指標一個表示ZX之間的成對比較判斷矩陣ij _表示X i 和X j 對Z的影響比w矩陣AA的特征向量CI表示一致性指標鉻表示一致性檢驗的比例CEI表

10、示綜合評價值雙表示不同指標級別的判斷結(jié)果五、模型建立與解決5.1。系統(tǒng)模型框架的建立生態(tài)系統(tǒng)模型框架由三個生態(tài)場景模型組成：個體與種群模型、群落與生態(tài)系統(tǒng)模型、景觀生態(tài)系統(tǒng)模型。個體和種群模型包括動植物生理生態(tài)模型、個體或種群生長模型、種群競爭模型、土壤-植物-大氣系統(tǒng)物質(zhì)和能量交換模型、群落和生態(tài)系統(tǒng)模型包括生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力模型、生化循環(huán)模型、食物鏈（網(wǎng)）模型、物種遷移與演替模型、物種分布格局模型、景觀生態(tài)系統(tǒng)模型包括區(qū)域經(jīng)濟模型、社會發(fā)展模型、資源變化模型等。具體模型如下：表 1：福田紅樹林生態(tài)系統(tǒng)模型框架個體和群體模型動植物生理生態(tài)模型個人或人口增長模型人口競爭模型土壤-植物-大氣系統(tǒng)物質(zhì)

11、與能量交換模型社區(qū)和生態(tài)系統(tǒng)模型生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力模型生化循環(huán)模型食物鏈模型物種遷移和演替模型物種分布格局模型景觀生態(tài)系統(tǒng)模型區(qū)域經(jīng)濟模型社會發(fā)展模式資源變化模型5.2、問題1的解決方法本文首先根據(jù)濕地生態(tài)系統(tǒng)能量流和物質(zhì)循環(huán)的物種依賴競爭關系建立了DPSIR（驅(qū)動力-壓力-狀態(tài)-影響-響應）模型。然后在此模型的基礎上，利用層次分析法分析確定DPSIR模型框架中各指標項的權(quán)重，并結(jié)合模糊綜合評價模型，建立健康狀況評價模型，實現(xiàn)健康狀態(tài)評價模型。福田紅樹林生態(tài)保護區(qū)生態(tài)健康評價，從而實現(xiàn)對未來的動態(tài)監(jiān)測和預警。最后，根據(jù)評價和監(jiān)測結(jié)果，對模型框架提出建議。5.2.1。 DPSIR模型介紹DPSIR模

12、型是歐洲環(huán)境組織（EEA）結(jié)合DSR（驅(qū)動力-狀態(tài)-響應）模型和PSR（壓力-狀態(tài)-響應）模型的優(yōu)點建立的。主要用于解決和描述環(huán)境問題與社會發(fā)展的關系。管理模式逐漸成為判斷環(huán)境問題因果與環(huán)境狀況之間關系的有效工具。目前已被環(huán)保組織廣泛應用于水、土壤、海洋等資源的管理和保護，以及環(huán)境管理科學的決策和實施中。DPSIR模型從系統(tǒng)分析的角度分析社會與環(huán)境系統(tǒng)之間的相互作用。包括經(jīng)濟、資源、環(huán)境和社會四大要素。其中，“驅(qū)動力”是引起資源環(huán)境變化的潛在因素，主要是指區(qū)域經(jīng)濟活動和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的潛力和發(fā)展趨勢； “壓力”是指人類生產(chǎn)活動動力對資源、環(huán)境、生態(tài)建設等相關系統(tǒng)的阻礙，主要表現(xiàn)在能源消費強度和居民消

13、費方式上； “狀態(tài)”主要是指在現(xiàn)有驅(qū)動力和壓力下社會、資源和環(huán)境的特征，主要表現(xiàn)為區(qū)域生態(tài)環(huán)境污染“影響”是指人類生產(chǎn)活動改變資源、環(huán)境、生態(tài)系統(tǒng)和環(huán)境質(zhì)量的能力。現(xiàn)行體制狀態(tài)下的社會經(jīng)濟發(fā)展；環(huán)境污染等的調(diào)節(jié)力，以增強“動力”，減輕“壓力”，優(yōu)化“狀態(tài)”，強化“影響”。它們之間的結(jié)構(gòu)關系如圖1所示： D P S I RDPSR環(huán)境影響目標指標響應對其他政策問題的環(huán)境影響目標指標響應對其他政策問題的影響消減措施的費用經(jīng)濟反響環(huán)境排放包括土地在內(nèi)的自然資源的使用社會經(jīng)濟物理狀態(tài)水質(zhì)地貌空氣質(zhì)量物理狀態(tài)水質(zhì)地貌空氣質(zhì)量土壤質(zhì)量生態(tài)系統(tǒng)海水淡水森林等生物狀態(tài)物種的情況1.生產(chǎn)與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)2.技術的采用

14、3.消費等相關部門相關部門農(nóng)業(yè)工業(yè)能源等等環(huán)境政策部門政策宏觀經(jīng)濟政策措施環(huán)境政策部門政策宏觀經(jīng)濟政策措施設定目標區(qū)分優(yōu)先順序設定目標區(qū)分優(yōu)先順序R圖1：DPSIR模型結(jié)構(gòu)圖5.2.2.建立健康評估體系5.2.2.1。指標體系的建立紅樹林濕地生態(tài)系統(tǒng)包括多種生態(tài)系統(tǒng)，如濕地生態(tài)系統(tǒng)、紅樹林生態(tài)系統(tǒng)等，是復雜的?；贒PSIR模型的綜合評價指標體系以福田紅樹林生態(tài)系統(tǒng)基本要素相關指標為基礎。由于系統(tǒng)中各指標的不確定性較大，權(quán)重復雜，對復雜生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)機制進行分析評價，一般采用層次分析法、主成分分析法和模糊綜合評價法。本文首先根據(jù)指標選擇原則，結(jié)合現(xiàn)有生態(tài)系統(tǒng)評價指標、專家建議和不同地區(qū)實際情況

15、，確定生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標體系的基本構(gòu)成。然后，利用系統(tǒng)分析思想，將生態(tài)系統(tǒng)分解為四個相互關聯(lián)、不同的秩序?qū)哟危耗繕藢哟?、要素層次、子要素層次和指標層次。每個級別的描述如下表所示：表 2：紅樹林生態(tài)系統(tǒng)的指標體系層次結(jié)構(gòu)目標層指標體系的最高層次，這里指福田紅樹林濕地生態(tài)系統(tǒng)評價研究的總體目標，實現(xiàn)福田紅樹林自然、社會、經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展要素層指保證目標實現(xiàn)的主要系統(tǒng)層次，分為驅(qū)動力子系統(tǒng)、壓力子系統(tǒng)、狀態(tài)子系統(tǒng)、影響子系統(tǒng)和響應子系統(tǒng)。驅(qū)動力子系統(tǒng)是指推動環(huán)境壓力增減的社會經(jīng)濟或文化因素，包括人口的增加、人均GDP的增加和第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展；壓力子系統(tǒng)是指福田紅樹林濕地生態(tài)系統(tǒng)的逆轉(zhuǎn)。進化的力量使福

16、田紅樹林生態(tài)系統(tǒng)健康而脆弱，包括自然因素和人為干擾；狀態(tài)子系統(tǒng)是指福田紅樹林濕地生態(tài)環(huán)境和社會經(jīng)濟的現(xiàn)狀和變化趨勢，用來反映人類。干擾引起的福田紅樹林生態(tài)系統(tǒng)健康狀況變化；影響系統(tǒng)是指狀態(tài)子系統(tǒng)所表現(xiàn)出的變化趨勢對環(huán)境、社會和經(jīng)濟的影響（包括有利和不利影響）；響應子系統(tǒng)是指人類為減少環(huán)境污染和資源破壞所做的努力，是對系統(tǒng)的主要驅(qū)動力、主要壓力以及可能的狀態(tài)和影響的相應限制或補救措施。子元素層即構(gòu)成要素層、子要素層的各要素應結(jié)合福田紅樹林的實際情況，考慮操作的可行性，對指標進行分類和簡化。指標層它是指標體系的最基本層次。它是根據(jù)子元素層的組成部分的特征和含義進行篩選的。它由可以直接或間接測量的指

17、標組成。指標的原始數(shù)據(jù)需要標準化，使其具有可量化性和可行性。5.2.2.2。指標因子的選擇根據(jù)分層原則，結(jié)合實際情況，確定以下指標子系統(tǒng)及其指標因子。有關詳細信息，請參見下面的圖 2。圖2：系統(tǒng)指標因子結(jié)構(gòu)圖5.2.2.3。 AHP 計算權(quán)重(1) 層次模型介紹層次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）是一種將始終與決策相關的要素分解為目標、準則、方案等層次，然后 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/180744.htm t _blank 在此基礎上進行定性和定量分析的決策方法。這種方法是19

18、70年代初期美國運籌學研究員、匹茲堡大學教授薩蒂在 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/189646.htm t _blank 研究“根據(jù)各工業(yè)部門對國家福利的貢獻分配權(quán)力”的課題時應用網(wǎng)絡系統(tǒng)理論為美國國防部。并結(jié)合多目標綜合評價方法，提出了一種分層權(quán)重決策分析方法。構(gòu)建分層模型在使用層次分析法計算指標權(quán)重時，計算思路如下：該方法的信息基礎是相關專家對各個因素在各個層次上的相互重要性給出的判斷，這些判斷以如下形式表示：數(shù)值并寫成矩陣的形式，即判斷矩陣。據(jù)此定義判斷矩陣(1)判斷矩陣形式表示為A表示某層的第i個指標對上層某目

19、標的重要性的權(quán)重。以每個指標的相對重要性作為矩陣元素，每次取兩個因子Wi和Wj來表示W(wǎng)i和Wj對Z的影響。所有比較結(jié)果都用矩陣A表示。顯然，如果Wi和Wj對Z的影響稱為aij，Wi和Wj對Z的影響比為aij=1/aij，判斷矩陣A中的元素aij是根據(jù)專家的知識和經(jīng)驗估計的或決策者。根據(jù) Sati 等人的建議，采用 1-9 量表法對每個元素進行評分。構(gòu)造成對比較矩陣后，可以計算出矩陣的最大特征向量max。特征向量對值 w、權(quán)重進行歸一化，然后執(zhí)行一致性檢查。在建立層次結(jié)構(gòu)模型的過程中，首先篩選指標因素，根據(jù)對應的指標層建立層次結(jié)構(gòu)，可以得到五個層次分析法的最高層（目標層）：驅(qū)動力指標層，壓力指數(shù)

20、層和狀態(tài)指數(shù)。層、影響指標層和響應指標層。中間層（criteria layer）和底層（scheme layer）依次向下劃分。層次結(jié)構(gòu)建立后，需要構(gòu)建各個層次的判斷矩陣。為了防止不同的人持有不同的觀點，使得給定的權(quán)重也相差很大，本題將德爾菲法與層次分析法相結(jié)合，尋找專家意見相對集中的數(shù)據(jù)結(jié)果作為判斷依據(jù)權(quán)重。數(shù)據(jù)結(jié)果只需要專家確定兩個指標之間的相對重要性。自然數(shù)的相對重要性是 1, 2, 3, ., 9 和倒數(shù) 1/2, 1/3, ., 1/9。表示，詳見表3 ：表 3：指標間相對重要性的自然度表示1同等重要3稍重要5顯然很重要7重要得多9極其重要2,4,6,8上述兩者之間上述數(shù)字的倒數(shù)反向

21、比較兩個目標根據(jù)判斷矩陣的形式可知，我們需要列出所有索引層的判斷矩陣并計算。各指標層與子元素層的比例構(gòu)成的判斷矩陣如下：其中：A1為I21、I12、I33的判斷矩陣形式；A2為I22、I23、I13、I14的判斷矩陣形式；A3為I15的判斷矩陣形式；A是DI的判斷矩陣形式。同時，從判斷矩陣的結(jié)構(gòu)可以看出，子要素層的社會發(fā)展和生物因素兩個指標只包含一個子指標，所以這兩個子指標在它們中的權(quán)重對應的子元素層指標為1，因此可以直接表示為：(2)然后本文采用幾何平均法計算判斷矩陣的權(quán)值。首先將A的元素逐行相乘得到一個新向量，然后將新向量的每個分量升到N次方，最后對得到的向量進行歸一化處理，也就是權(quán)重向量

22、。計算如下：最后進行單層排序和一致性檢驗。一致性指數(shù)CI的計算公式如下：(3)一致性比率CR的計算公式如下：(4)參數(shù)計算結(jié)果及分析根據(jù)上述方法，結(jié)合福田紅樹林濕地現(xiàn)狀，構(gòu)建影響因素層判斷矩陣如表4所示，按相同計算過程得到的各評價指標權(quán)重如表5所示。指標體系中的每個權(quán)重向量為 D=(0.1073, 0.2127, 0.4165, 0.1206, 0.1429)； D1=(0.0134, 0.0134, 0.0805); D2=(0.0277, 0.0674, 0.0133, 0.0798, 0.0266); ,0465, 0,1130, 0,0189, 0,0456, 0,1130, 0,01

23、89, 0,0149, 0,0446); D4 = (0.0579, 0.0489, 0.0139) , D5 = (0.0570, 0.0339, 0.0433, 0.0087)其中，D為要素層的權(quán)重向量，D1為驅(qū)動力層的權(quán)重指標向量，第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展強度的值最大，說明它是作用于紅樹林生態(tài)系統(tǒng)； D2 是壓力層指數(shù)的權(quán)重向量。 ，顯然游客的增長和外來物種的入侵是紅樹林生態(tài)系統(tǒng)面臨的最大壓力； D3是狀態(tài)層索引的權(quán)重向量； D4是影響層指數(shù)的權(quán)重向量，表明濕地變化的影響中，濕地退化率比較重要，濕地面積的減少會導致濕地生態(tài)系統(tǒng)萎縮； D5是響應層指標的權(quán)重向量，結(jié)果表明污水處理率和保護區(qū)建設投資比較

24、重要。表 4：因素層判斷矩陣XD11/21/4110.06130.1073經(jīng)驗值211/2220.2127小號421440.4165十一11/21/4110.1206XR11/21/4110.1429表 5：各評價指標的權(quán)重紅樹林生態(tài)系統(tǒng)健康評估推動力W1W2W30.01340.01340.0850壓力W4W5W6W7W80.02770.06740.01130.07980.0266狀態(tài)W9W10W11W12W13W14W15W160.04650.11300.01890.04650.11300.01890.01490.0446影響W17W18W190.05790.04890.0139回復W20W

25、21W22W230.05700.03390.04330.0087判斷矩陣的最大特征值：隨機一致性指標：000.580.901.121.241.321.411.451.491.51如上表所示，當n=10時，RI=1.49。一致性比率：CR=0.0116。因為所以這個結(jié)果滿足一致性要求。5.2.2.4。綜合指標法求綜合評價指標本文采用綜合指數(shù)法對福田紅樹林濕地生態(tài)系統(tǒng)進行評價。根據(jù)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量涉及多因素、多因素的特點，采用綜合專家意見，綜合分析、綜合評價、量化各指標因素對環(huán)境質(zhì)量的貢獻。量化過程如下：(5)(6)(7)(1) 建立的模型和指標因子由上式量化，如下表6所示：表 6：驅(qū)動子系統(tǒng)D1社會

26、發(fā)展I11第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展人類需求I21人口密度人均國內(nèi)生產(chǎn)總值壓力子系統(tǒng)D2自然壓力I12紅樹林病蟲害外來入侵物種人類壓力I22土地利用游客人數(shù)增長海灣床的演變狀態(tài)子系統(tǒng)D3社區(qū)結(jié)構(gòu)I13自然指標結(jié)構(gòu)完整性和穩(wěn)定性物種組成棲息地完整性和穩(wěn)定性I23濕地破碎度多樣化棲息地的穩(wěn)定性對社會經(jīng)濟生產(chǎn)活動的干擾Habitat I33的理化性質(zhì)潮灘土水文和水質(zhì)生物因子I43每平方米的底棲洞穴數(shù)量影響子系統(tǒng)D4生態(tài)健康I14濕地面積退化率湖區(qū)污染導致的生物疾病和死亡人數(shù)濕地物種數(shù)量響應子系統(tǒng)D5社會反應I15污水處理率環(huán)境污染治理投資額保護區(qū)的建設和管理規(guī)劃、法律和政策可以得到具體公式（這里以D1為例）：(8

27、)(9)(10)(2) 確定相關系數(shù)查找相關數(shù)據(jù)附件得到紅樹林生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量分級標準，即確定上式中的Pni值，如下表7所示：表 7：福田紅樹林生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量等級評分標準及意義我0.8出色的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能穩(wěn)定，系統(tǒng)恢復再生能力強二0.60.8好的生態(tài)系統(tǒng)功能比較完善，一般受干擾后可恢復三0.40.6中間損壞到一定程度，仍能保持其基本功能，受到干擾時容易變質(zhì)四0.20.4區(qū)別生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能退化，生物多樣性減少，環(huán)境問題突出五0.2下生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能幾近崩潰，生態(tài)環(huán)境遭到嚴重破壞為使綜合指標在 0 和 1 之間，本文將評價系數(shù) k 取為 1。(3) 擬合所有指標層，得出福田紅樹林生態(tài)健康評分為

28、0.67，整體環(huán)境質(zhì)量良好。并且因為DI(0,1)，值越小，生態(tài)系統(tǒng)越差。計算公式表明， DI是由各個子指標體系決定的，因此需要使各個子體系的評價得分為正，即得分越高，其狀態(tài)越好。就各個子系統(tǒng)而言，在評價過程中，壓力子系統(tǒng)的得分越高，對生態(tài)系統(tǒng)的壓力越大，對生態(tài)系統(tǒng)的干擾越大；狀態(tài)子系統(tǒng)得分越高，生態(tài)系統(tǒng)越健康。狀態(tài)越好，響應子系統(tǒng)的得分越高，說明人類通過改變響應手段減緩生態(tài)系統(tǒng)退化過程的效果越明顯，有利于生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)的改善。因此，在最終的DI綜合中，壓力子系統(tǒng)的得分需要為正，即整體環(huán)境質(zhì)量良好，生態(tài)結(jié)構(gòu)和功能僅略有波動，但易受人類活動干擾而退化生態(tài)系統(tǒng)。5.2.3。生態(tài)系統(tǒng)動態(tài)監(jiān)測福田紅樹林

29、自然保護區(qū)是我國面積最小的紅樹林保護區(qū)，也是唯一位于城市腹地的國家級自然保護區(qū)。在經(jīng)濟高速發(fā)展的30多年中，福田紅樹林濕地生態(tài)系統(tǒng)受到城市擴張和環(huán)境污染的嚴重影響。濕地生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)健康脆弱，急需生態(tài)系統(tǒng)對其進行保護和管理。但目前的生態(tài)健康評價主要采用基于抽樣檢測數(shù)據(jù)和專家經(jīng)驗的靜態(tài)方案。因此，本文提出衛(wèi)星遙感探測，結(jié)合其他相關方法，動態(tài)監(jiān)測濕地的各種要素、噪聲和大氣環(huán)境因子。5.2.3.1。監(jiān)控能力監(jiān)測內(nèi)容包括濕地本身（濕地的位置、面積、形態(tài)）、濕地環(huán)境（大氣環(huán)境、土壤環(huán)境、水環(huán)境）、濕地生物（植物和動物）、區(qū)域社會經(jīng)濟因素等。（1）濕地的位置、面積和形態(tài)可通過衛(wèi)星遙感或?qū)嵉乜睖y獲得。目前衛(wèi)

30、星遙感獲得的濕地自身特征如圖3（來自谷歌衛(wèi)星地圖）：圖3：福田紅樹林生態(tài)區(qū)衛(wèi)星影像宏觀特征(2)環(huán)境監(jiān)測包括大氣環(huán)境監(jiān)測、水環(huán)境監(jiān)測和土壤環(huán)境監(jiān)測。其氣體環(huán)境監(jiān)測指標主要包括：溫度、降水量、空氣濕度、蒸發(fā)量、風速風向等；水環(huán)境監(jiān)測指標主要有：地表水位、地下水位、徑流、流速、pH、透明度、鹽度、總氮、總磷、氨氮、硝酸鹽氮、化學需氧量等；土壤環(huán)境監(jiān)測的主要指標有：土壤類型及分布、質(zhì)地、容重、pH、含鹽量、含水量、全氮、全磷、有機質(zhì)含量等。(3) 生物監(jiān)測包括植物監(jiān)測和動物監(jiān)測。監(jiān)測指標主要包括：植被類型、分布及面積、群落物種組成及生活型、豐度、覆蓋度、高度、葉面積指數(shù)、建設性物種及優(yōu)勢種、濕地景觀

31、類型面積變化、濕地景觀格局變化、濕地景觀破碎度、濕地生物量和初級生產(chǎn)力，濕地水禽、魚類、哺乳動物、爬行動物和兩棲動物的種類和種群，濕地浮游植物、浮游動物和底棲生物的種類和生物量，昆蟲種類和數(shù)量等。（4）區(qū)域社會經(jīng)濟因素監(jiān)測包括放牧面積和畜群承載能力、區(qū)域施肥量、養(yǎng)殖面積、水產(chǎn)品產(chǎn)量、游客數(shù)量、出行時間、濕地科研文化等。5.2.3.2。具體方法本文在衛(wèi)星遙感技術的支持下，運用景觀生態(tài)學的理論和方法，對福田紅樹林景觀格局近年動態(tài)變化的多樣性、優(yōu)勢性和穩(wěn)定性進行評價。此外，在生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價案例研究中，對典型區(qū)域的景觀多樣性、優(yōu)勢性和均勻性進行了評價。選擇的表示模型如下：(1) 景觀多樣性指數(shù)(H)

32、景觀多樣性指數(shù)是景觀馬賽克斑塊豐度和均勻度的綜合反映，可以反映濕地景觀要素的數(shù)量和各種濕地景觀所占比例的變化。當景觀由單一要素構(gòu)成時，景觀是同質(zhì)的，其多樣性指數(shù)為0；對于由兩種或兩種以上要素構(gòu)成的景觀，當各景觀類型所占比例相等時，其景觀多樣性最高；每種景觀類型當比例差異增大時，景觀多樣性降低。景觀多樣性指數(shù)的表達式為：(11)式中：Pk為斑塊類型出現(xiàn)在景觀中的概率，通常用該類型所占面積與景觀面積的比值來估算，n為斑塊類型的總數(shù)(2) 景觀優(yōu)勢指數(shù)景觀優(yōu)勢指數(shù)是對景觀多樣性偏離最大多樣性程度的測試，或描述一個或幾個景觀馬賽克主導景觀格局的程度。景觀優(yōu)勢度指數(shù)越大，偏離程度越大，即每種景觀類型所占

33、比重差異較大，或者一種或幾種景觀類型的優(yōu)勢度較小，即偏離程度為小，即各類景觀構(gòu)成景觀類型占大致相同的比例。景觀優(yōu)勢的表現(xiàn)形式為：(12)其中：Hmax 為多樣性指數(shù)的最大值， 。(3)景觀均勻度指標均勻度指數(shù)反映了景觀中各個斑塊分布的不均勻程度，通常表示為多樣性指數(shù)與其最大值的比值。其表達式為：(13)顯然，當 E 趨于 1 時，景觀斑塊的分布程度也趨于最大。(4)景觀要素斑塊空間變化分析土地利用的空間變化可以通過土地資源分布質(zhì)心的變化來反映。同樣，利用基于技術的濕地動態(tài)監(jiān)測與評價方法研究濕地質(zhì)心的變化，也可以研究濕地的空間變化。方法獲取不同時期濕地分布圖中各類濕地斑塊的質(zhì)心坐標，再乘以各個濕

34、地斑塊的面積，最后除以同一時期全區(qū)濕地總面積。第 t 個濕地斑塊分布的質(zhì)心坐標計算方法如下：(14)(15)式中： Xt 和 Yt 分別表示 t 年某濕地分布質(zhì)心的經(jīng)緯度坐標； Cti 表示 t 年第 i 個濕地斑塊的面積； Xt 和 Yt 分別表示第 i 個濕地斑塊質(zhì)心的經(jīng)緯度坐標。通過不同時期濕地的分布質(zhì)心，可以得到福田紅樹林各種景觀要素的空間變化規(guī)律。5.3、第二個問題的解決本文選擇外來物種桑樹入侵作為福田紅樹林生態(tài)系統(tǒng)亟待解決的問題。通過建立生態(tài)場模型，得出桑樹對周邊生態(tài)因子有影響；預測桑葚數(shù)量的發(fā)展。我們在綜合考慮預警結(jié)果的前提下，給出了一些合理的保護和管理建議。5.3.1。生態(tài)系統(tǒng)面臨的問題福田紅樹林生態(tài)系統(tǒng)目前面臨的主要問題如下表7所示：表 7：福田紅樹林生態(tài)系統(tǒng)面臨的主要問題城市發(fā)展的危險= 1 * GB3水污染= 2 * GB3空氣污染= 3 * GB3噪聲污染= 4 * GB3光污染害蟲外來物種入侵5.3.2.生態(tài)系統(tǒng)問題的選擇1993年10月，國家“八五”研究項目紅樹林研究組將海桑和無瓣海桑引入海灣并取得成功。隨著海桑和無瓣海桑對海灣生境的適應，2006年夏季后，在保護區(qū)觀鳥館兩側(cè)發(fā)現(xiàn)大苗蔓延和爆發(fā)，