专利名称：一种城市生态系统瓶颈因子辨识方法
技术领域：
本发明属于城市生态评价与管理领域，尤其涉及城市生态系统瓶颈因子分析方 法。本方法适用于基于供需平衡原理，辨识出资源环境要素中影响城市生态系统发展的关 键限制因子，以为制定城市生态调控措施提供依据。
背景技术：
尽管人类的生态意识已逐渐觉醒，尽管城市发展过程中的环境污染、生态破坏等 问题所产生的恶劣影响已引起关注，尽管各种治理措施与管理方案已开始被应用，但不得 不承认，随着城市人口的激增、城市规模的迅猛扩张，各种城市生态环境问题仍然愈演愈 烈，已发展成为城市社会经济可持续发展的巨大障碍，并将危及到社会稳定和国家安全。系 统探究城市生态环境问题产生的根源，辨识影响城市生态系统健康发展的关键限制因子， 以制定相应的生态调控方案，对于实现城市可持续发展具有重要理论与现实意义。经济学的供需平衡原理可以为城市生态环境问题的根源分析提供借鉴。归根到 底，城市生态环境问题的产生本质上是由城市社会经济发展的无限需求与资源环境支持系 统的有限供给之间的供需失衡所导致的。当城市社会经济发展的需求超过资源环境支持系 统的供给能力，并且两者之间的矛盾与缺口不可调和时，即将导致城市生态环境问题的爆 发。如同生态学最小因子法则所描述的“各种生态因子总是综合地起作用，但具体情况下总 是由一个或少数几个生态因子起着主导作用”那样，城市生态环境问题主要由少数瓶颈要 素的供需失衡引发，这些瓶颈要素在一定条件下阻碍和制约城市社会经济系统发展速度和 规模、主导城市发展方向。因此，识别出限制城市生态系统发展的瓶颈要素，对于掌握城市 生态症结、对症下药地制定城市生态调控措施具有指导意义。现有研究中，多见通过生态承载力、生态系统服务功能、生态系统健康、可持续发 展指标等开展城市生态系统现状评价，以发现城市生态系统发展过程中存在的问题，间接 识别城市生态系统发展的影响因子。经检索，在现有专利和其他公开资料中，很少有基于对 城市生态环境问题产生根源的理解，而直接开展城市生态系统瓶颈因子识别的研究。针对 某个指标或目标而开展的现状评价有助于从特定角度理解城市生态系统情状、发现存在问 题。寻求适宜的切入点，直接识别城市生态系统瓶颈因子的研究，则将为城市生态系统研究 提供一种新思路以及一种快速诊断技术，能有力指导城市生态调控。因此，建立一种直接快速的城市生态系统瓶颈因子识别方法，对于发现城市症结、 有效实施城市生态调控仍然极为必要。考虑到城市生态环境问题的纷繁复杂性，首先理性 地透过现象分析问题发生的本质，基于对问题根源的理解，针对性地聚焦于资源环境支持 系统，提出直接识别城市生态系统瓶颈因子的方法，必将有助于推动城市生态系统评价理 论的完善以及城市生态调控实践的进步。
发明内容
引入经济学的供需平衡原理，分析城市发展过程中社会经济发展与生态环境质量关系的几种不同模式的特点，提出城市生态环境问题发生的本质是社会经济发展的无限需 求与资源环境支持系统的有限供给之间的供需失衡。当资源环境支持系统的供给不能满足 社会经济的需求时，将会影响城市生态系统的正常发展，可能导致城市生态环境问题的爆发。基于对城市生态环境问题之供需失衡本质的理解，从资源环境要素的供需关系入 手，建立城市生态系统瓶颈因子识别方法。同时，针对不同要素提出瓶颈等级辨别标准，确 定各要素瓶颈等级，从而明确生态调控的优先等级和重点调控对象。本方法的特征在于从 供需平衡原理出发，通过供需关系识别城市资源环境要素中的瓶颈因子，为城市生态调控 指明方向。与常见的城市生态系统评价方法相比，本方法具有以下优点(1)将经济学的供需平衡原理引入到城市生态研究中，促进城市生态学与其他理 论方法的交叉，有利于理论创新；(2)从资源环境要素的供需关系探讨城市生态环境问题的根源，为城市生态评价 与管理提供了一种新思路；(3)直接聚焦于资源环境要素，辨识影响城市生态系统发展的瓶颈因子，发展了一 种城市生态系统的快速诊断技术，能有效服务于城市生态调控与管理，提高管理效率。
具体实施例方式(1)瓶颈因子识别首先根据城市生态支持系统要素的不同性质及供需特征，将要素分为资源要素和 环境要素。分别针对两类要素，建立如下短缺指数来明确需求与供给之间的缺口，以表征要 素对城市发展的阻碍和制约程度。资源要素:民=^·。/。=^^^·。/“ (D1)Bi)(1)
H,-H； (适用要素林地、绿地、能源结构)
_4]环境要素R1 = M (删要素大气环境、水环境)⑵
.H,式中，Ri为要素i的短缺指数，Bi为要素供给量，即供需均衡状况下要素i的需求 量，Di为社会经济系统对要素i的实际需求量，Li为对要素i的实际需求量与均衡需求量 之差，Hi为要素i的环境质量状况，W为要素i的环境质量标准。短缺指数越大，说明要素 对城市生态系统产生的瓶颈作用越大。(2)瓶颈因子分级采用分等定级法将城市生态支持系统瓶颈强度分为很强、强、中等、弱、无五级，并 通过德尔菲法确定不同瓶颈等级的短缺指数区间(表1)。通过比较各要素短缺指数实际值 与等级标准，即可确定各要素的瓶颈等级，得出各要素的瓶颈等级排序，从而确定要实施生 态调控的重点要素及其优先顺序。表1城市生态系统瓶颈因子分级标准
4要素指标瓶颈等级及标准很强强中等弱无水人均水资源量(m3)>0.60.60-0.400.40-0.200.20-0<0单位 GDP 水耗(m3/104yuan)>0.60.60-0.400.40-0.200.20-0<0COD 排放强度(kg/104yuan)>0.750.75-0.500.50-0.250.25-0<0污水处理率(％)>0.750.75-0.500.50-0.250.25-0<0土地人 口密度(Pop/km2)>0.750.75-0.500.50-0.250.25-0<0人均道路面积(m2)>0.60.60-0.400.40-0.200.20-0<0大气SO2 排放强度(kg/104yuan)>0.750.75-0.500.50-0.250.25-0<0空气质量优良率(％)>0.750.75-0.500.50-0.250.25-0<0生态环境建成区绿化率(％)>0.60.60-0.400.40-0.200.20-0<0人均公共绿地面积(m2)>0.750.75-0.500.50-0.250.25-0<0表征符号VIVIIIIII实施示例以中国海港城市宁波为例，采用上述生态系统瓶颈因子识别方法，针对10个指 标，分析了宁波市2003到2007年间，水、土地、大气、生态环境等资源环境要素的短缺指数， 得出各要素的瓶颈等级(表2)，为宁波市城市生态调控提供依据。表2宁波市生态系统瓶颈因子分析结果
要素指标瓶颈等级20032004200520062007水P均水资源量(m3)0.82V0.61V0.47IV0.69V0.53IV单位 GDP 水耗(m3/104yuan)-0.32I-0.39I-0.45I-0.50I-0.59ICOD才非放强度(kg/104yuan)-0.38I-0.48I-0.56I-0.62I-0.70I污水处理率(％)0.46III0.43III0.15II0.02II-0.08I土地人 口密度(Pop/km2)0.07II0.07II0.08II0.04II0.05II人均道路面积(m2)0.03II-0.05I-0.08I-0.21I0.03II大气SO2 排放强度(kg/104yuan)1.18V0.90V0.72IV0.46III-0.06I空气质量优良率(％)-0.03I-0.02I-0.01I0.01II-0.01I生态环境建成区绿化率(％)0.17II0.13II0.10II0.08II0.08II人均公共绿地面积(m2)0.16II0.06II0.02II0.06II0.25II 从表2可见，2003到2007年间，宁波市各要素对城市生态系统的限制作用总体均 呈现出减缓趋势。2007年，限制宁波市城市发展的主要瓶颈因子为水，其次是土地和生态环 境，而大气状况则较好。因此，宁波市的生态调控要优先和重点针对水要素，注意加强污水 处理，避免水质性缺水。
权利要求
基于供需关系的城市生态系统瓶颈因子辨识方法，其特征在于引入经济学的供需平衡原理到城市生态研究中，基于对城市生态环境问题本质的理解，通过分析各资源环境要素供需之间的缺口来识别影响城市生态系统发展的瓶颈因子。本方法发展了一种城市生态系统的快速诊断技术，为城市生态评价与管理提供了一种新思路，能有效服务于城市生态调控与管理。
全文摘要
本发明将经济学的供需平衡原理引入到城市生态系统评价中，认为城市生态环境问题的发生本质上是由社会经济发展的无限需求与资源环境支持系统的有限供给之间的供需失衡所导致的。基于此认识，从资源环境要素的供需关系入手，建立以短缺指数来辨识城市生态系统瓶颈因子的方法；并提出各要素的瓶颈等级标准，以明确各要素的瓶颈等级排序，为确定城市生态调控的优先对象提供指导。本方法适用于辨识资源环境要素中影响城市生态系统发展的关键限制因子，能为制定城市生态调控措施提供依据。
文档编号G06F19/00GK101964022SQ20101029716
公开日2011年2月2日 申请日期2010年9月30日 优先权日2010年9月30日
发明者杨志峰, 胡廷兰, 苏美蓉, 陈彬 申请人:北京师范大学