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岛屿生态系统中强干扰廊道建设的生态控制理论与方法

作　者: 黄磊昌
导　师: 王祥荣
学　校: 复旦大学
专　业: 环境科学
关键词: 岛屿生态系统强干扰廊道生态控制预警评价缓冲分析生态节点
分类号: X321
类　型: 博士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

科技进步和社会生产力的提高在促进社会高速发展的同时,也带来了人口剧增、资源短缺、环境污染、生态破坏等全球性生态问题威胁着人类未来生存与发展,生态环境安全作为国家安全的重要组成成分,已经成为一个全球关注的问题,人类必须努力寻求一条人口、资源、环境和经济协调的可持续发展道路。而生态控制是保证可持续发展的有效途径,以往关于生态控制的研究仅仅出现在种群和群落的研究中利用它们的生活习性等特征进行控制如对昆虫、害虫等的控制。生态环境规划与建设中的生态控制目前还处于探索和尝试阶段,缺乏明确的概念界定,也没有形成系统化的理论、方法和技术体系,因此,对生态环境规划与建设的生态控制理论方法开展研究迫切而必要。世界经济迅速发展和快速城市化使得人地矛盾日趋尖锐,资源已经成为经济发展的制约。因此远离大陆的岛屿资源的开发利用受到各国政府广泛的重视。与大陆相比,岛屿通常极易受到周围水域的威胁,自然灾害频繁,生态系统具有较高的脆弱性,对自然和人类干扰高度敏感;由于地理位置的孤立性和资源的有限性使得全球大部分岛屿都处于经济相对欠发达状态。然而盲目的开发建设极易使本就脆弱的岛屿生态系统退化并威胁到生态环境安全,目前关于岛屿生态环境的研究,主要集中于岛屿资源的调查和分析方面,对开发建设中的人为干扰与岛屿生态环境安全的研究较少。对外联系的交通廊道系统是岛屿经济发展的“瓶颈”。而交通廊道系统作为一种长距离、大范围的人工景观,在切割生态环境的同时,也对系统周边的生态环境产生了不可逆的深远影响,严重威胁着生态环境的安全。高速公路作为一种强干扰型人工廊道系统,是经济发展的最佳运输廊道,同时由于其速度快,距离长,流量大,强度高,辐射远,因此对生态环境安全影响巨大。以往的研究大多关注廊道系统本身的物理构成以及环境因子的监测、影响和评价,但常常是局部的不具有系统性,或者采取大宏观的生态规划但大多局限于理想状态,可操作性低。对处于快速城市化过程中对资源需求巨大的我国而言,如何根据岛屿的区域生态环境安全特点,研究强干扰型人工廊道建设的生态控制理论与方法显得尤为迫切,对岛屿生态系统的开发建设、海岸带的保护与利用以及丰富岛屿生态系统理论具有重要的理论与实践意义。本研究突出了“区域背景、战略安全、生态控制”:即研究岛屿生态系统的区域背景中,强干扰人工廊道建设的生态环境安全战略下的生态控制理论方法与技术工程。主要成果包括理论和案例研究两个部分,具体如下:(1)界定了生态环境建设的生态控制的内涵与特征属性,建立生态控制的概念模型;(2)提出了岛屿生态系统中人工强干扰廊道建设的生态控制理论:即生态目标控制、战略背景控制、整体系统控制、规划设计控制、内容过程控制、技术与工程控制等理论,从生态环境建设的生命周期与工程技术构建系统化的理论;(3)构建了岛屿生态系统中人工强干扰廊道建设的生态控制技术与工程体系:信息叠加与缓冲分析的现代地理空间控制技术;岛屿生态脆弱安全性评价的目标与战略控制技术;生态节点识别与选择的规划与系统控制技术;人工湿地与微生物系统污染与风险事故处理技术、岛屿生态安全背景下的景观规划技术、边坡修复等综合集成技术的内容与过程控制;评价指标体系与预警的管理与决策控制技术;方案设计与实施的理论与实践结合的控制技术。(4)创造性地提出生态节点辨识选择与控制的技术:节点的界定、辨识、选择、控制。(5)提出了强干扰廊道系统边界界定的方法;运用“目标因果控制”模型构建了岛屿生态系统中廊道建设的生态安全评价指标体系(DPSRC)。(6)以穿越上海崇明岛的崇启高速公路廊道系统的建设为案例进行研究,构建岛屿生态环境脆弱性评价指标体系利用GIS软件Arcmap9.1对廊道系统建设的区域背景——崇明岛的环境安全进行评价,结果表明崇明岛生态系统类型的生态环境脆弱度从高到低依次是林地＞滩涂湿地＞水体＞农田＞城镇建设区。(7)在评价结果的基础上对崇启廊道的干扰机理进行解析,界定了崇启廊道路域生态系统的边界,利用GIS的最小路径成本分析技术对崇启廊道的选线方案进行评价选择,确定廊道的路线方案。(8)研究了崇启廊道系统的压力状态响应机理,运用GIS缓冲分析和空间插值分析技术对崇启高速廊道系统进行缓冲分析,辨识与选择出崇启廊道系统的生态控制节点即k29两侧的原始滩涂湿地区、k29-k31之间的北湖湿地景区,北横引河的交汇处(k8)、向化与枢纽互通、陈家镇居住区段(k0-k7)以及主要河流(堡镇港、四、六、七、八、花漂港、汇中)交汇处等三个级别14个生态控制节点,并提出节点控制工程技术。(9)构建崇启廊道系统建设的综合生态控制集成技术体系包括生态景观规划技术、人工湿地微生物地面径流与风险事故处理技术、噪声等环境污染处理技术、边坡生态恢复技术以及相关路面桥梁工程等技术的综合体系。(10)基于岛屿与崇启廊道两种尺度,利用“目标因果控制(DPSRC)”模型构建廊道建设的生态安全评价指标体系,并利用模型对崇启廊道系统建设的生态环境安全进行了评价,结果表明崇明岛屿生态系统中崇启强干扰廊道建设的生态安全指数为0.7809,达到预警标准中的第四安全级别(0.75-0.90)即浅蓝色的预警状态,表示安全,但不是非常安全状态,如果在不进行生态控制的条件下,其安全指数为0.5836,是预警标准中的黄色的中警状态(0.45-0.60),即不安全,安全性降低25.27%,说明了生态控制的重要性。(11)在综合生态控制理论与方法以及相关评价与空间分析成果的基础上,进行了崇启廊道系统建设的生态环境安全预警信息系统的设计。

全文目录

目录  3-9
中文摘要  9-12
Abstract  12-16
1.绪论  16-32
  1.1 研究背景  16-17
    1.1.1 可持续发展的途径  16
    1.1.2 我国资源与环境问题的策略应对  16
    1.1.3 岛屿生态系统高度敏感的资源环境特征  16-17
    1.1.4 交通廊道支持系统的需求与生态安全  17
  1.2 研究的目的意义  17-19
    1.2.1 岛屿资源开发与利用的理论指导与示范  17-18
    1.2.2 岛屿生态系统理论的丰富与完善  18
    1.2.3 海岸带开发保护方式的转变与实施  18
    1.2.4 宏观规划建设理论、微观实践的结合与控制  18-19
  1.3 研究的主要方法内容与技术路线  19-20
    1.3.1 研究的主要方法  19
    1.3.2 研究的主要内容结构  19-20
    1.3.3 研究的技术路线  20
  1.4 国内外相关研究进展  20-32
    1.4.1 生态安全研究进展  20-24
    1.4.2 道路廊道建设的生态安全  24-25
    1.4.3 生态控制的研究  25-32
Ⅰ 理论与方法  32-111
  2.岛屿生态系统  33-45
    2.1 岛屿生态系统的资源环境特征  33-34
      2.1.1 岛屿生态系统  33
      2.1.2 IE的资源与环境特征  33-34
    2.2 IE"源-流-汇"的结构特征  34-35
    2.3 IE的干扰特征  35-37
      2.3.1 内部因素干扰特征  35
      2.3.2 外部因素干扰特征  35-36
      2.3.3 人类活动干扰  36-37
      2.3.4 干扰与反馈  37
    2.4 国内外岛屿的开发方式与比较  37-42
      2.4.1 国外岛屿的开发利用与环境  37-41
      2.4.2 国内岛屿  41-42
      2.4.3 国内外岛屿经济发展与环境比较  42
    2.5 IE的开发建设与控制  42-45
      2.5.1 岛屿的开发建设优劣势  43
      2.5.2 岛屿开发建设的控制——基质—斑块—廊道  43-44
      2.5.3 岛屿生态环境安全与自然保护区生态安全  44-45
  3.人工廊道生态系统  45-59
    3.1 廊道生态系统(CE)  45-46
      3.1.1 景观生态学中的廊道  45
      3.1.2 城市规划学中的廊道  45
      3.1.3 廊道生态系统  45-46
    3.2 廊道的类型  46-47
    3.3 CE的结构与功能  47-50
      3.3.1 廊道的结构  47-48
      3.2.2 廊道的功能  48-50
    3.4 强干扰人工廊道  50-53
      3.4.1 强干扰  50
      3.4.2 人工干扰  50-51
      3.4.3 干扰与控制  51-52
      3.4.4 SDCE的界定  52
      3.4.5 SDCE的生态位势  52-53
    3.5 SDCE的建设与控制  53-55
      3.5.1 SDCE建设的特征  53-54
      3.5.2 SDCE的内部关键要素控制  54
      3.5.3 SDCE的外部关键要素控制  54-55
      3.5.4 SDCE建设的孤岛效应  55
    3.6 人工廊道生态系统的设计  55-56
      3.6.1 正向效应的廊道设计——生态恢复的景观途径  55
      3.6.2 廊道设计要点  55-56
    3.7 高速公路强干扰廊道系统(HSDCE)与区域生态安全  56-59
      3.7.1 高速公路廊道系统(HCE)特征  56
      3.7.2 HCE建设的生态干扰  56-57
      3.7.3 HCE与区域生态安全  57-58
      3.7.4 HCE生态安全控制的景观途径  58-59
  4.岛屿生态系统中强干扰廊道建设的生态控制理论与方法  59-78
    4.1 控制  59-61
      4.1.1 控制  59
      4.1.2 控制论  59-60
      4.1.3 控制方法  60
      4.1.4 大系统控制  60-61
    4.2 生态控制的界定  61-62
      4.2.1 生态控制论  61-62
      4.2.2 生态控制的内涵  62
    4.3 生态控制的目标与内容  62
    4.4 生态控制的理论与技术支撑  62-63
      4.4.1 理论支撑  62-63
      4.4.2 技术支撑  63
    4.5 生态控制的特征  63-64
      4.5.1 目标性特征  63
      4.5.2 边界性特征  63
      4.5.3 整体性特征  63-64
      4.5.4 可控性特征  64
      4.5.5 动态性特征  64
      4.5.6 可操作性特征  64
    4.6 生态控制的方法  64-65
      4.6.1 生态控制方法的选择  64-65
      4.6.2 生态控制的方法  65
    4.7 SDCE-IE的生态控制模型  65-66
    4.8 SDCE-IE建设的生态控制理论  66-78
      4.8.1 生态目标控制理论——生态思维与可持续发展  66-69
      4.8.2 战略背景控制理论——岛屿生态环境脆弱性与安全评价  69-70
      4.8.3 整体与系统控制理论——系统与生命周期评价  70-72
      4.8.4 规划与设计控制理论——基于干扰分析的立体生态规划  72-74
      4.8.5 内容与过程控制理论——景观生态学与美学  74-76
      4.8.6 技术与工程控制理论——恢复生态学  76-78
  5.岛屿生态系统中强干扰廊道建设的生态控制技术与工程体系  78-111
    5.1 现代技术的生态控制——空间分析与缓冲分析技术  78-79
      5.1.1 缓冲区分析技术与信息提取  78
      5.1.2 道路廊道与GIS缓冲区分析  78-79
    5.2 目标与战略的生态控制——岛屿生态安全的脆弱性评价  79-83
      5.2.1 岛屿生态安全的量度——脆弱性  79-80
      5.2.2 岛屿生态安全的脆弱性评价  80-83
    5.3 规划与系统的生态控制——生态节点识别与选择  83-85
      5.3.1 生态节点界定  83-85
      5.3.2 生态节点的特性  85
      5.3.3 生态节点的识别与选择  85
    5.4 内容与过程的生态控制——技术与工程体系  85-100
      5.4.1 微生物与人工湿地法地面径流与紧急事故的生态控制  85-91
      5.4.2 SDCE降噪技术  91-93
      5.4.3 SDCE生物廊道建设技术  93-95
      5.4.4 SDCE景观修复技术  95-97
      5.4.5 SDCE建设的工程性技术  97-100
    5.5 管理与决策的生态控制——评价指标体系与预警系统  100-108
      5.5.1 SDCE建设的生态安全评价  100-101
      5.5.2 H-SDCE建设的生态安全评价指标  101-105
      5.5.3 H-SDCE预警研究  105
      5.5.4 H-SDCE预警系统构建  105-108
    5.6 理论与实践的生态控制——方案设计与实施  108-111
      5.6.1 原则  108
      5.6.2 目标  108-109
      5.6.3 实施程序  109
      5.6.4 保障  109-111
Ⅱ 案例研究  111-183
  6.崇明岛生态系统的脆弱性与战略安全  111-132
    6.1 崇明岛屿概况  111-114
      6.1.1 形成发育  111-112
      6.1.2 地理区位  112-113
      6.1.3 发展模式  113
      6.1.4 自然属性  113
      6.1.5 建制沿革  113-114
    6.2 崇明岛的资源环境特征  114-120
      6.2.1 岛屿演变与人类活动  114
      6.2.2 资源生态特征  114-116
      6.2.3 环境生态特征  116-118
      6.2.4 社会经济特征  118-120
    6.3 崇明岛的生态安全表征与影响因素  120-123
      6.3.1 内部因素  120-122
      6.3.2 外部因素  122-123
    6.4 崇明岛屿基于生态环境脆弱性的安全评价  123-127
      6.4.1 岛屿生态系统类型  123-124
      6.4.2 岛屿生态环境脆弱性评价  124-127
    6.5 岛屿生态环境安全与廊道规划  127-132
      6.5.1 崇明岛景观生态安全格局  127-129
      6.5.2 廊道系统选线  129-132
  7.崇启廊道系统的资源环境特征与生态压力  132-145
    7.1 崇启高速廊道生态系统(CQ-HCE)概况  132-134
      7.1.1 崇启高速公路建设的经济、社会背景  132-133
      7.1.2 路线确定  133
      7.1.3 国内外案例  133-134
    7.2 CQ-HCE的界定  134-136
      7.2.1 路域生态系统  134-135
      7.2.2 CQ-HCE的界定  135-136
    7.3 高速公路建设的资源与环境压力综述  136-138
      7.3.1 土壤侵蚀  136-137
      7.3.2 生物多样性  137
      7.3.3 植被  137-138
      7.3.4 资源  138
      7.3.5 环境  138
    7.4 CQ-HCE的资源与环境特征  138-142
      7.4.1 CQ-HCE景观格局特征  138-139
      7.4.2 CQ-HCE生物资源特征  139-141
      7.4.3 CQ-HCE路域环境特征  141
      7.4.4 CQ-HCE路域景观生态系统敏感性分析  141-142
    7.5 CQ-HCE生态压力分析  142-145
      7.5.1 区域资源与环境质量的干扰  142-143
      7.5.2 区域生物过程的干扰  143
      7.5.3 区域自然过程的干扰  143-144
      7.5.4 区域社会经济过程的干扰  144-145
  8.崇启廊道系统建设的生态控制技术与工程体系  145-165
    8.1 生态节点识别与控制技术  145-154
      8.1.1 SDCE-ILE生态节点识别的方法论  145-147
      8.1.2 CQ-HCE的土地利用敏感度  147
      8.1.3 CQ-HCE主要河流缓冲分析  147-148
      8.1.4 CQ-HCE噪声敏感度缓冲分析  148-149
      8.1.5 CQ-HCE生物干扰插值分析  149-151
      8.1.6 CQ-HCE环境压力缓冲分析  151-152
      8.1.7 CQ-HCE关键节点选择  152-153
      8.1.8 CQ-HCE生态节点控制  153-154
    8.2 生态节点控制与景观生态安全格局  154-156
      8.2.1 生态节点的控制机理  154-155
      8.2.2 生态节点控制与景观安全格局  155-156
    8.3 CQ-HCE景观规划  156-158
      8.3.1 CQ-HCE的景观规划背景  156
      8.3.2 CQ-HCE的景观规划的理念  156
      8.3.3 CQ-HCE的景观规划  156-158
    8.4 人工湿地微生物地面径流与风险事故的控制  158-162
      8.4.1 CQ-HCE人工湿地法环境污染控制技术  158-160
      8.4.2 CQ-HCE微生物法与紧急风险事故应急体系控制  160-162
    8.5 综合集成技术体系与控制方案  162-165
      8.5.1 综合集成的技术与工程体系  162
      8.5.2 控制方案  162-165
  9.崇启廊道系统建设的生态安全评价与预警  165-181
    9.1 指标与指标体系  165-166
      9.1.1 指标  165
      9.2.2 指标体系  165-166
    9.2 指标体系构建的原则  166-167
      9.2.1 科学性与简明性原则  166
      9.2.2 定性与定量分析结合原则  166
      9.2.3 系统性和代表性原则  166-167
      9.2.4 层次性与可操作性原则  167
      9.2.5 动态性与相对稳定性原则  167
    9.3 CQCE-IE指标构建  167-169
      9.3.1 指标选择的表征  167
      9.3.2 指标体系构建的框架模型  167-169
      9.3.3 CQ-SDCE-IE指标选择  169
    9.4 指标体系的指标解释  169-172
    9.5 指标权重的确定  172-174
      9.5.1 指标权重  172
      9.5.2 层次分析法确定评价指标权重  172-174
    9.6 CQCE-IE生态安全评价  174-175
    9.7 CQCE-IE预警信息系统的设计  175-181
      9.7.1 预警信息系统  175-176
      9.7.2 预警的结构和过程  176
      9.7.3 CQCE-IE生态安全预警信息系统设计  176-181
  10.结论与展望  181-183
    10.1 结论  181-182
    10.2 创新点  182
    10.3 展望  182-183
参考文献  183-199
附录  199-200
致谢  200-202

岛屿生态系统中强干扰廊道建设的生态控制理论与方法

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