专利名称：：一种减排林生态系统安全评价方法
技术领域：
：本发明公布了一种减排林生态系统安全评价的方法，属生态系统的监测与生态安全评价的技术与方法领域。
背景技术：
：全球变化背景下，自然和人为因素的共同作用，使生态系统正在发生一系列不以人的意愿为转移的变化，为了客观掌握生态系统的变化特征和变化规律，及时提供生态系统安全状况的综合信息，充分发挥特定生态系统的生态功能、社会功能和经济功能，必须对生态系统进行长期的、系统的综合性科学监测。UN启动的"千年生态系统评估计划"(MA)，对于促进全球、区域、国家和地方等不同尺度水平上的生态系统领域的研究工作，进行生态系统的原始性数据获取、收集、分析和创新，科学理解生态安全的内涵和特点，建立典型区域生态安全评价指标体系和灾害预警系统的一般模式，具有重要的现实意义。生态是生物与其环境所形成的结构以及这种结构所表现出的功能关系，并通过物质流、能量流及信息流的差异表现出来。安全是人类基本需要中最根本的一种，简单地讲，环境(生态)安全是指人类和国家赖以生存发展的生态环境处于一种不受环境污染和生态破坏危害的良好状态。国家生态安全是指生态环境能够适应国家经济和社会发展需要的状态。安全与风险相对立而存在，从一般意义上讲，安全是指研究对象对于期望值状态的保障程度，或者说是防止非理想的不确定事件发生的可靠性；或者说，"安全"的概念是个体或系统不受到侵害和破坏的状态。生态安全可以说是人类生产、生活与健康等方面不受生态破坏与环境污染等影响的程度及状况。在生态安全中，国家的生态环境安全成为国际政治关系的重要组成部分，同时，生物的安全也愈加重要，并备受关注。外来种的入侵以及转基因物质的生物安全已得到各界人士的逐渐重视。2000年底，在国务院颁布的《全国生态环境保护纲要》中，提出了国家生态安全的概念，强调由水、土、大气、森林、草海洋、生物组成的自然生态系统是人类赖以生存、发展的物质基础，国家生态安全是指国家生态和发展所需的生存环境处于不受破坏和威胁的状态。它具有自然属性、区域属性和成因多样性以及复杂性和综合性等特点。在谈及生态安全问题时，我们也常常提及"生态系统健康"这一概念，该概念产生于是20世纪70年代末，是在全球生态系统已普遍出现退化的背景下提出的概念。R即port等(1979)提出了生态系统医学的思想，为生态系统健康概念的发展及其生态系统健康评价起到了重要作用。Schaeffer等(1988)提出了进行评价的一般原则及方法。Kart(1993)认为，由于人类的过度干扰造成了生态系统的退化，生态系统健康就是生态完整性，并率先在对河流的评价中建立和使用了生物完整性指标。1995年Mageau等提出，健康的生态系统应该具有活力、恢复力和组织性。从某种意义上讲，生态系统健康可以认为是生态系统具有稳定的、可持续的、对胁迫因子能保持一定恢复可塑性和自我修复能力，生态系统的功能阈值没有被突破的一种状态。1998年R即port等将生态系统健康的概念总结为"以符合适宜的目标为标准来定义的一个生态系统状态、条件或表现"。即，生态系统健康应该包含两方面的内涵，3其一是满足人类社会合理要求的能力，其二是生态系统本身自我维持与更新的能力。从生态评价的研究进程来看，主要有生态系统所处状态评价以及生态系统服务功能评价。前者主要是在生态评价研究的初期，生态问题刚刚引起人们的注意，人们特别关注如森林生态系统、农业生态系统、城市生态系统所处的状态，因此开展了对生态系统的环境质量评价、安全评价、风险评价、持续性评价、退化评价、脆弱性评价、多样性评价、预警评价、工程影响评价、健康评价等反映生态系统各种状态的研究。后者虽已在20世纪70年代提出，但直到现在才真正成为当前生态学研究的热点和前沿。生态系统评价，作为生态评价的一个重要领域，形成于美国的森林生态系统管理评价，随后与加拿大的生态系统区划理论相结合并在北美大陆发展起来。在北美大陆兴起的生态系统评价对整个世界产生了深刻影响。而对于人工二氧化碳减排林的生态安全与可持续性的评价，则尚为空白。目前，植树减排被公认为最经济、最有效、最直接的吸收C02，减轻温室效应的途径。植树造林作为我国生态环境建设的一项重大举措，在改善生态、维护环境，促进资源、环境、社会、经济可持续发展方面具有重要的现实意义。中国石油公司从2001年开始进行了大规模的C02植树减排实践和试验研究，已完成规模化造林10万亩及配套设施建设，经初步估算，C02吸收量达200-500万吨。而新疆地处中亚腹地，海洋潮湿气流很难到达，形成了亚洲的干旱中心。这里气候条件恶劣，高寒、高温、高蒸发、风多、雨少、多盐碱，生物多样性成分贫乏，物质循环、能量流动以及信息传递能力低，生态系统极度脆弱，水资源分布不均、土地次生盐碱化等问题突出。经过几年在克拉玛依地区的植树减排实践，观测数据表明，林区植被在对固碳方面发挥了重要的作用，同时，由于内陆干旱区特殊的自然条件的限制因素，人工种植的减排林对水资源的开发和土地资源的利用、对地表水及地下水资源的时空分布、对区域土地覆被类型和土壤理化性质等都有一系列的影响，并且在西部地区脆弱的生态环境条件下，局部生境的改变和资源分布的调整对生态系统稳定性和区域生态安全也都造成了一定程度的影响。由此可见，规模化减排林地的发展，至今已经开始逐步显现出其局限性，面临着水土资源可持续利用和生态安全等诸多问题。生态安全是21世纪人类社会可持续发展所面临的重大问题。生态系统自身要健康，要维持其完整性和可持续性，才可以为人类提供完善的和稳定的生态服务。国内学者通过建立了区域生态安全评价的指标体系和评价标准，对PSR框架模型作了扩展模型，制定了区域生态安全评价指标体系概念框架，建立了区域生态安全评价指标体系，运用层次分析_变权_模糊_灰色关联复合模型对区域生态安全进行评价，阐述区域生态安全格局的设计原则和方法。还有学者提出了区域生态安全评价的地理学方法，认为地理地带性应该是区域生态安全研究的基本准则，景观(土地类型)的原生态可以作为区域生态安全研究的客观标准，景观退化程度是区域生态安全的重要指标，三者共同构成了区域生态安全评价的科学基础。选择安全度评价因子后采用层次分析法和熵权法确定这些因子的权重，再用最小相对信息熵原理把它们综合为组合权重。在生态系统演变的过程中，一些生态风险不可避免，一些生态破坏不可逆转，一旦超越了生态系统的反馈机制所允许的环境自身修复的"阈值"，往往造成不可弥补的损失。此外，生态恢复具有长期性的特点，要在时间和经济上付出高额代价才可应对出现的生态危机。减排项目区的建设开拓了中国石油C02地面减排技术实践的新领域，是其主动承担社会责任的具体表现。但是减排项目区恶劣的气候条件，贫乏的土壤基质，强烈的盐碱化，使得生态系统极度脆弱，水资源分布不均、土地次生盐碱化等问题突出。经过几年的植树减排实践，林区在对固碳方面发挥很大作用的同时，由于地表水及地下水的时空分布，土地覆被类型和土壤理化性质等一系列影响，从而使规模化减排林地的建设面临水土资源可持续利用的问题。C02植物吸收减排林区的生态稳定和安全，直接关系到其是否可以实现可持续发展，真正达到其项目建设目的，因此本研究就显得十分必要。依据景观生态学、生态水文学、土地科学与资源科学等学科的原理与方法，通过减排林区地表水资源特征及变化规律，合理生态水位及生态需水量界定以及水环境监测与人工调控，揭示减排林区水资源的时空变化特征；通过水盐动态变化及互馈分析，水土耦合关系驱动力分析以及景观过程对水土要素的响应机理研究，阐明减排林区水土耦合关系；在此基础上，通过减排林区生态安全评价指标体系构建，减排林区生态安全预警与风险分析以及减排林区水土资源可持续利用模式研究，探索干旱区二氧化碳减排林区生态安全及可持续发展的方法与途径，具有重大的现实意义。
发明内容本发明要解决的技术问题是针对现有技术存在的不足提出一种生态系统安全评价的方法。本发明是一种减排林生态系统安全评价方法，其特征在于包括如下方法A)景观生态学分析方法a.)生态景观信息识别与分类获得各景观类型的属性数据；b.)将步骤a.)所述的各景观类型的属性数据经过景观指标时空特征分析，得到景观格局信息；B)普通生态学分析方法1.)应用生态系统动态监测方法，获取减排林的特征数据；2.)把步骤1.)获得的多元数据进行分析，获得相关生态安全信息；3.)基于对步骤2.)所获取的生态安全信息，确定生态安全评价因子；4.)将步骤3.)所述的各个生态安全因子分别赋予权重；5.)根据步骤4.)确定的生态安全因子权重，划分参评生态安全因子等级，并得到普通生态信息；C)生态安全评价方法a.)根据步骤b.)所述的景观格局信息及步骤5.)所述的普通生态信息，构建生态安全指数(ESD);|3.)确定生态安全评价标准；x.)确定生态系统安全等级；其中所述生态安全信息指能够反映生态系统是否健康、协调及稳定特征的自然及人文要素的状况；生态景观信息是指反映景观尺度上与生态相关的自然及人文要素的状况。生态系统安全评价系统构建的研发具有重要的理论价值与现实意义。在RS、GIS及GPS等技术支持下，建立不同自然地理环境下的生态系统监测评价及安全预警系统，对于节能减排，生态环境建设与社会经济发展具有重要意义。针对减排林区自然地理背景与生态系统状况，基于生态安全的内涵和特点，制定生态安全评价的指标体系，如图2所示。图1:本发明生态安全评价方法及途径图图2:本发明生物减排林生态系统安全的模式图图3:本发明减排林生态安全评价指标体系图具体实施例方式如图1所示。本发明一种生态信息表达方法，其特征在于包括如下步骤—种减排林生态系统安全评价方法，其特征在于包括如下方法A)景观生态学分析方法a.)生态景观信息识别与分类获得各景观类型的属性数据；b.)将步骤a.)所述的各景观类型的属性数据经过景观指标时空特征分析，得到景观格局信息；B)普通生态学分析方法1.)应用生态系统动态监测方法，获取减排林的特征数据；2.)把步骤1.)获得的多元数据进行分析，获得相关生态安全信息；3.)基于对步骤2.)所获取的生态安全信息，确定生态安全评价因子；4.)将步骤3.)所述的各个生态安全因子分别赋予权重；5.)根据步骤4.)确定的生态安全因子权重，划分参评生态安全因子等级，并得到普通生态信息；C)生态安全评价方法a.)根据步骤b.)所述的景观格局信息及步骤5.)所述的普通生态信息，构建生态安全指数(ESD);|3.)确定生态安全评价标准；x.)确定生态系统安全等级；其中所述生态安全信息指能够反映生态系统是否健康、协调及稳定特征的自然及人文要素的状况；生态景观信息是指反映景观尺度上与生态相关的自然及人文要素的状况。干旱区自然条件严酷，人工减排林的生长状况直接受到气候、地形、地貌、土壤、水文状况的影响，人工减排林的生长状况又与生态安全密切相关。在RS、GIS及GPS等技术支持下，建立干旱区人工减排林监测评价及安全预警模式，具有重要的理论价值与现实意义。(1)构建生态安全评价模型如图2所示，在指标体系研究的基础上，应用数量化理论、模糊数学理论、耗散结构理论以及灰色系统理论的原理和方法，构建生态安全评价的模型，并通过模型率定，确定进行生态安全评价的参考模型。EFI=^——上式中EFI为生态脆弱性指数，Wi为敏感因子权重(i=1，2，……20)。或ESD=(1-EFI)X10(2)制定生态安全评价分级标准如图3所示，上式中EFI为生态脆弱性指数，Wi为敏感因子权重(i=1，2，……20)。依据生态安全的发生机制和表现特征，以及相关的生态环境质量评价标准，制定生态安全评价的参考标准(表1)，在实践中需要结合自然、社会和经济状况，对其进行必要的调整。表1减排林生态安全评价分级标准<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>(3)分析生态安全评价结果通过采集人工减排林立地条件与生长状况等信息，特别是在生态安全指标体系的约束下，应用ESD评价的模式与方法，对减排林进行定量与定性评价，评价结果表明，人工减排林总体处于一般安全状态，处于不安全状态的林分占有相当的比例。进一步强化人工的抚育管理措施，针对不同林分生态安全状况，通过生态安全指标的综合分析，科学采取人工干预策略，是维护减排林结构，保障其功能，发挥其生态效应的重要途径。权利要求一种减排林生态系统安全评价方法，其特征在于包括如下方法A)景观生态学分析方法a.)生态景观信息识别与分类获得各景观类型的属性数据；b.)将步骤a.)所述的各景观类型的属性数据经过景观指标时空特征分析，得到景观格局信息；B)普通生态学分析方法1.)应用生态系统动态监测方法，获取减排林的特征数据；2.)把步骤1.)获得的多元数据进行分析，获得相关生态安全信息；3.)基于对步骤2.)所获取的生态安全信息，确定生态安全评价因子；4.)将步骤3.)所述的各个生态安全因子分别赋予权重；5.)根据步骤4.)确定的生态安全因子权重，划分参评生态安全因子等级，并得到普通生态信息；C)生态安全评价方法α.)根据步骤b.)所述的景观格局信息及步骤5.)所述的普通生态信息，构建生态安全指数(ESD)；β.)确定生态安全评价标准；χ.)确定生态系统安全等级；其中所述生态安全信息指能够反映生态系统是否健康、协调及稳定特征的自然及人文要素的状况；生态景观信息是指反映景观尺度上与生态相关的自然及人文要素的状况。全文摘要本发明公布了一种减排林生态系统安全评价方法，属生态系统的监测与生态安全评价的技术与方法领域。本发明通过RS、GPS、CAD等技术的集成与融合，实现对减排林生态系统协调发展的多层次、多角度的监测与评价。通过建立减排林生态系统安全监测评价指标体系，构建评价模型，提出减排林安全预警阈限。本发明反映了减排林生态系统的各项安全指标，能够全面系统地反映出生态系统的客观特征与变化规律，指导二氧化碳减排林可持续发展的实践。文档编号G06F19/00GK101739511SQ200910263108公开日2010年6月16日申请日期2009年12月16日优先权日2009年12月16日发明者卢筱莉,吕妍,宁虎森,张慧芝,徐德福,李琪,王让会申请人:南京信息工程大学