基于GIS的蛟流河流域湿地生态系统健康评价

1 Aswetlandisacomplicatedecosystem,differentassess 2
mentindicatorsarerequiredforassessingwetlandecosystemhealth 1 Withthemethodofmultiplecomprehensivefuzzyassessment,thecompli 2
价要素间的权重关系 : R 湿地系统 =
014 B2 )
表 1 各种类型指标权重
指标层 Ⅰ
归一化 权重
指标层 Ⅱ
水源补给保证 C1
水质 C2
生态特征
指标 B 1
016
河道冲刷淤积 C3 物种多样性 C4
生物量 C5
湿地退化度 C6
周边人口扰动Π胁迫强度 C7
周边环境
指标 B 2
014
工业Π生活废水处理率 C8 农业污染度 C9
公式为 :
z = a0 + a1 x + a2 y
(1)
式中 , x , y —评价单元中心点的坐标 , z —评价单
元某一健康指标属性值 。参数 a0 、 a1 、 a2 根据 3
个最 近 采 样 点 P1 ( x1 , y1 , z1 ) 、 P2 ( x2 , y2 ,
z2 ) 、 P3 ( x3 , y3 , z3 ) 计算求得 。
相关保护政策法规贯彻力度 C10
( 016 B1 ,
归一化 权重 012353 012353 011176 012353 010589 011176 013636 013636 011819 010909
图 4 健康评价插值计算
213 确定指标权重和指标评价集 指标权重确定有很多种方法 , 如经验估计法 、
2
riousthreats1 Throughthecomprehensiveanalysisofcurrentconditionsofwetlandecosystem,healthassessmentprovidestheusefulinformation
fordecisionmakersinordertomakeuseof,protectandmanagewetlandresources
专家调查法 、统计综合法 、灰色系统 、神经元网络 法等 。各种方法都有自身的特 点 和 适 用 条 件[11] 。 在此采用层次分析方法 , 对同一层次上的指标重要 性进行比较 , 构造两两比较判断矩阵 , 经归一化处 理后 , 确定各个评价指标的权重 (表 1) 。
R 生态特征指标 = (012353 c1 , 012353 c2 , 011176 c3 , 012353 c4 , 010589 c5 , 011176 c6 )
第3期
陈 铭等 : 基于 GIS的蛟流河流域湿地生态系次模型及评价指标
离散 分 布 的 。利 用 ARCGIS 软 件 将 评 价 区 域 按
50m ×50m 为一个单元进行划分 。利用线性内插方
法 , 对评价单元的各项健康指标数据进行空间插值
计算 , 得到整个流域评价指标数据 (图 4) 。内插
收稿日期 :2005-03-21; 修回日期 :2006-03-10. 基金项目 : 国家自然科学基金项目 (40371082) 1 第一作者简介 : 陈铭 (1980- ) , 男 , 湖北公安人 , 在读博士 , 主要从事遥感 、地理信息系统及其应用研究 1
6 61
农业系统科学与综合研究
图 2 蛟流河流域
2 湿地生态系统健康评价
湿地生态系统是自然 —经济 —社会复合系统 ,
212 数据采集与评价单元划分 湿地生态系统数据包括空间数据和属性数据 ,
空间数据的提取 、处理 、分析 、输出以及与健康评 价有 关 的 属 性 的 关 联 都 必 须 借 助 地 理 信 息 系 统 ARCGIS软 件 。在 中 国 湿 地 信 息 系 统 中 直 接 提 取 2000 年 1∶5000 蛟流河流域空间数据及湿地生态系 统属性数据 , 得到评价区域底图 。另外 , 通过实地 采样数据调查 , 得到评价区域评价指标属性数据 , 并通过空间位置的匹配处理 , 将采样点数据空间定 位到评价底图上 。由于所有空间采样点在蛟流河流 域上是离散分布的 , 其整个流域健康指标数据也是
过去的几十年里 , 国内外湿地生态系统研究主 要侧重于湿地生态系统健康指标选取研究以及湿地 生态系统恢复研究方面 。如 1990 年美国在一项环 境监测和评价计划 ( EMAP) 中提出了一系列河口 湿地健 康 指 标 , 以 此 来 管 理 和 规 划 河 口 湿 地 [1] ; 1992 年加拿大学者 Rapport 提出的生态系统初级生
第 22 卷 第 3 期 2006 年 8 月
农业系统科学与综合研究 SYSTEMSCIENCESANDCOMPREHENSIVESTUDIESINAGRICULTURE
Vol122,No 13 Aug1 ,2006
基于 GIS的蛟流河流域湿地生态系统健康评价
陈 铭1,2 , 张树清1 , 王志强1,2 , 王丹丹1,2
在此将 从 湿 地 生 态 系 统 健 康 评 价 可 操 作 性 出 发 , 选取能够反映其不同流域湿地之间差异性的指 标体系 : 生态特征指标体系和周边人类扰动指标体 系 。生态特征指标主要是指从湿地生态系统内在自 然条件出发 , 对其组分 、结构及功能作诊断性描 述 , 反映评价主体的水 、土壤 、生物及景观等方面 的健康现状 ; 人类扰动指标主要是从社会经济对湿 地生态系统健康影响现状出发 , 描述周边人类活动 对其评价主体的胁迫状况和保护程度 。这样由健康 评价总目标层 、中间层和指标层构成了一个如图 3 所示湿地生态系统健康评价层次模型[10] 。
TheassessmentofecosystemheathofwetlandofJiaoliuriverbasedonGIS
CHENMing1,2 ,ZHANGShu 2qing1 ,WANGZhi 2qiang1,2 ,WANGDan 2dan1,2
(11 Northeast Institute of Geography and Agricultural Ecology, ChineseAcademy of Sciences, Changchun 130012 , China ;
R 周边环境指标 = (013636 c7 , 013636 c8 , 011819 c9 , 010909 c10 ) 用同样的方法得出环境评
第 22 卷
量化 、评价单元难以细分 、评价结果难以空间显示 和制图显示 、难以进行动态评价和对比分析 。因此 充分利用 GIS技术进行湿地信息获取 、空间分析 、 健康评价 、成果输出 , 将有助于湿地生态系统健康 评价[9] (图 1) 。
湿地的健康就是其内在组分 、组织结构的持续稳定 和功能的健康维系 。我们采用多级模糊综合评价方 法进行湿地生态系统健康评价 , 该方法能较好地反 映湿地健康分级界限的模糊性 , 并且较好地解决了 权值分配问题 , 其主要步骤如下 : 首先确定评价指 标集 ; 评价单元划分及空间插值计算 ; 确定指标权 重及指标评价集 ; 建立隶属函数 , 进行单因素评 价 , 再逐级综合评价[10] 。
(11 中国科学院 东北地理与农业生态研究所 , 吉林 长春 130012;2 1 中国科学院 研究生院 , 北京 100039)
摘 要 : 在全球气候变化影响和人类干扰影响下 , 湿地生态系统的健康受到严重的威胁 。而湿地生态系统健康评价是对其 健康现状的评价 , 并为管理者 、决策者提供目标依据 , 以便更好地利用 、保护 、管理好流域湿地 。湿地生态系统是一个复 杂的过程 , 其健康评价受多因素影响 。利用 GIS空间技术 , 通过模糊综合运算方法将复杂多层次评价问题转化为定量评价 , 从而更合理有效地分析了蛟流河流域湿地系统健康状况 。图 5, 表 4, 参 12。 关键词 : GIS; 湿地生态系统 ; 模糊评价 中图分类号 :S181 文献标识码 :A 文章编号 :1001-0068 (2006) 03-0165-04
catedassessmentcanbeperformedqualitatively 1 Asaresult,theecosystemhealthofwetlandofJiaoliuRiverisfinallyanalyzedreasonablyand
efficientlyhere1
Keywords : GIS;wetlandecosystem;health;fuzzyassessment
21 Graduate School of ChineseAcademy of Sciences, Beijing 100039 , China)
Abstract: Withtheinfluencesoftheglobalclimatechangesandthehumaninterferences,thehealthofwetlandecosystemissufferingfromse
图 1 湿地健康评价流程
1 研究区概况
以吉林省洮南市行政区内蛟流河流域为例 , 进 行湿地生态系统健康评价 。蛟流河流域位于吉林省 西北部松嫩平原西北端 , 地势西北高 、东南低 , 最 低处在蛟流河 、洮儿河两河中下游地区 。近年来由 于农业发展 、废物处理及道路建设等等原因 , 造成 了流域面积的缩小 , 水质下降 , 生态系统的健康也 受到一定影响 (图 2) 。
产力变化 、物种多样性变化及物种分布规律变化等 指标[2] ; 以及澳大利亚联邦科学和工业研究组织 (CSIRO) 的流域健康诊断指标体系的建立等等[3] 。 湿地生态系统恢复研究则主要侧重在河流湖泊污水 排放污染和富营养化污染的治理 , 以及水资源的保 护等生态功能恢复 。国内一些学者在长江流域 、江 苏太湖流域以及沿海滩涂等研究区做了大量的湿地 恢复研究工作[4-6] 。而崔保山等人则以三江平原挠 力河流域湿地为研究区 , 进行了湿地生态系统健康 指标选取和健康评价研究[7] 。但他们是以整个河流 流域为研究对象 , 从流域尺度来作健康评价 。 湿地生态系统健康评价是诊断由自然因素和人 类活动引起的湿地系统的破坏或退化程度 , 以此发 出预警 , 为管理者 、决策者提供目标依据 , 更好地 利用 、保护和管理好流域湿地[8] 。但是 , 湿地生态 系统健康评价因素往往具有一定的空间特征和相关 性 , 传统的分析方法和研究手段 , 无法从空间角度 进行健康评价 。其主要缺陷有 : 评价指标难以空间
211 指标体系的选取 湿地生 态 系 统 指 标 的 选 取 将 是 一 项 复 杂 的 工
作 , 不仅仅要从生态 、经济 、社会三要素角度出 发 , 还要考虑不同条件下湿地生态过程 、经济结 构 、社会组成的动态变化[8] 。崔保山曾详细论述了 湿地生态系统健康评价指标体系理论 , 他从湿地生 态特征指标体系 、功能整合性和社会政治环境 3 个 角度进行了指标分析和选取[8] 。从实际角度出发 , 湿地生态系统包括河流 、湖泊 、沼泽以及人工湿地 等类型 。不同的湿地类型 , 其健康评价指标的指示 功能不同 , 在对不同类型湿地系统进行健康评价 时 , 指标选取的代表性 、合理性和可操作性 , 将直 接影响到湿地健康评价的最终结果 。
被称为 “自然之肾”的湿地生态系统在蓄洪防 旱 、调节气候 、控制土壤侵蚀 、促淤造陆 、降解环 境污染等方面起着极其重要的作用 。湿地拥有丰富 的野生动植物资源 , 是众多野生动植物特别是珍稀水 禽的繁殖和越冬地。不仅如此 , 湿地向人类提供大量 的生产和生活资料 。但是近些年来人们只注重湿地 资源的开发利用 , 却忽视了湿地资源的保护 , 给湿 地生态系统的健康带来了严重的破坏 。湿地资源的 破坏又反馈于社会 , 影响着当地农业生产和人民生 活水平的提高。因此 , 有必要对湿地资源的健康现 状作科学的评价 , 为进一步实现湿地资源可持续利 用 、保持湿地功能持久性提供有利的科学依据 。