（环境工程专业论文）区域生态环境质量评价理论和方法的研究.pdf

太原理工大学硕士研究生学位论文 区域生态环境质量评价理论和方法的研究 摘要 区域生态环境质量问题，是当今全人类共同面对、必须优先研究并 且迫切需要解决的重大问题。目前生态系统评估已经成为相关学科的前 沿和热点研究领域。基于生态学理论、环境容载力理论、可持续发展理 论等理论体系上的区域生态环境质量评价尚不成熟，至今没有一种完 善、成熟并能得到广泛推广应用的环境评价方法。 本文在分析研究现有生态环境质量评价方法的基础上，针对生态环 境质量的多耦合性与复杂动态性，考虑到生态环境质量评价中评价主 体、评价标准及环境要素的不确定性，将灰色系统理论中灰色斜率关联 综合评价方法应用于生态环境质量现状评价中，通过生态环境质量评价 因子和其评价等级的界定，建立起生态环境质量灰色斜率关联评价模型， 避免了繁琐的人工计算，以实际对象给予模型的验证。并对区域生态环 境质量的可持续发展进行了探索性研究，引入了优势度、潜力度、饱和 度和协调度等概念，为生态环境质量可持续度的研究提供了新的思路。 本文研究主要成果如下： 区域生态环境质量评价理论研究。建立了区域生态环境系统质量 综合评价的概念框架；并运用a h p 法，建立了区域生态环境质量评价指 太原理一c 大学硕+ 研究生学位论文 标体系。 区域生态环境质量评价模型研究。首次将灰色斜率关联方法应用 于生态环境质量现状评价中，建立了灰色斜率关联模型，给出了定量计 算的基本方法。模型不仅注意到分级界限的灰色性，而且在信息利用率 和判别精度上和别的评价方法相比有较大优势。 以实际对象为例，对灰色斜率关联模型进行了验证。该方法科学 简便、精确，所得结果与太原市生态环境质量现状相符合。说明了生态 环境质量灰色斜率关联模型的可靠性及实用性。 对区域生态环境质量的可持续度评价进行了探索性研究，引入了 优势度、潜力度、饱和度和协调度等新的概念及定量化的计算模型。以 生态环境质量可持续度测度，实现对区域可持续发展水平横向和纵向的 比较，具有较强的实际应用价值。 文末提出了生态环境质量评价深入研究的建议。 关键词：生态环境质量评价，灰色系统，灰色关联分析， 数学模型，生态可持续发展 # l j i ? # i i t 1 太原理工大学硕士研究生学位论文 s t u d y o n e c o l o g i c a le n v i r o n m e n t a lq u a l i t y a s s e s s m e n t t h e o r ya n dm e t h o d a b s t r a c t a tp r e s e n t ，t h eq u a l i t yo ft h er e g i o n a le c o l o g i c a le n v i r o n m e n ti s a n i m p o r t a n ti s s u et h a tm u s e b ef i r s t l ys t u d i e da n dr e s o l v e d e c o l o g i c a ls y s t e m a s s e s s m e n th a sb e c o m et h ef r o n to fr e l a t i o n a ls u b j e c t sa n dt h ef o c u so f s c i e n c es t u d i e s t h ea s s e s s m e n to ft h er e g i o n a le c o l o g i c a le n v i r o n g m e n t a l q u a l i t yb a s e do ne c o l o g yt h e o r y , e n v i r o n m e n t a lc a r r y i n gc a p a c i t yt h e o r y , t h e s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n tt h e o r y , a n ds oo n ，i ss t i l ld e v e l o p i n g t h e r ei sn o ta p e r f e c ta n dm a t u r ee n v i r o n m e n t a la s s e s s m e n t m e a s u r et h a tc a nb ep o p u l a r l y a p p l i e d b a s e do ns t u d y i n gt h em e t h o do fe c o l o g i c a le n v i r o n m e n t a lq u a l i t y a s s e s s m e n t , t h ep a p e r a s s e s s e st h ee c o l o g i c a le n v i r o n m e n t a lq u a l 埘w i t ht h e m e t h o do ft h e g r a ys l a n t i n g c o r r e l a t i o nc o m p r e h e n s i v ej u d g e m e n t c o n s i d e r i n gt h ee c o l o g i c a le n v i r o n m e n t a ls y s t e mi sc o m p l i c a t e ，c h a n g e a b l e a n dm u l t i p l e f a c t o ra f f e c t e d ，o nt h eb a s i so ft h ef u s s ym a c h e m a t i e sp r i n c i p l e s ， i i i 太原理 人学硕士研究生学位论文 s t i p u l a t e sa s s e s s m e n tg r a d e ，t h i sp a p e rd i s c u s s e sh o wt oe s t a b l i s hj u d g i n g s t a n d a r da n df a c t o r s ，a n da v o i dt r o u b l e s o m ec a l c u l a t i n gb ym a n p o w e r a t t h em o m e n t , i ts t u d i e st h e e c o l o g i c a l s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t ，a n d i n t r o d u c e ss u p e r i o r i t yd e g r e e 、p o t e n t i a l i t yd e g r e e 、s a t u r a t i o nd e g r e ea n d c o o r d i n a t e dg r o w t hd e g r e e t h er e s u l t so f t h er e s e a r c h ： t h es t u d yo ft h e r e g i o n g i le c o l o g i c a l e n v i r o n m e n t a l q u a l i t y a s s e s s m e n tt h e o r y t os e tu pt h es y n t h e t i c a la s s e s s m e n tc o n c e p t i o nf r a m eo f t h ee c o l o g i c a le n v i r o n m e n t a lq u a l i t ya s s e s s m e n t ，a n da p p l ya h p t h e o r yt o t h er e g i o n g a le c o l o g i c a le n v i r o n m e n t a lq u a l i t ya s s e s s m e n ts y s t e m t h e s t u d y o ft h e r e g i o n g a le c o l o g i c a l e n v i r o n m e n t a l q u a l i t y a s s e s s m e n tm o d e l f i r s t l y , a p p l yg r a y s l a n t i n gc o r r e l a t i o nm o d e lt oth e e c o l o g i c a le n v i r o n m e n t a lq u a l i t ya s s e s s m e n t ，a n dq u a n t i f i e si t t h em o d e l n o to n l yn o t i c e st h eg r e yo ft h eg r a d el i m i t ，b u ta l s os u p e r i o rt oo t h e rw a y s i na w a yo f i n f o r m a t i o nu s i n gr a t i oa n dd i s c r i m i n a t ep r e c i s i o n t e s ta n dv e r i f yt h em o d e li ne x a m p l eo ft h er e a l i t yo b j e c t t h e m e t h o di s s c i e n t i f i c a l 、s i m p l ea n de x a c t t h e r e s u l ta c c o r d sw i t ht h e e c o l o g i c a l e n v i r o n m e n t a l q u a l i t y o f t a i y u a n i tp r o v e se c o l o g i c a l e n v i r o n m e n t a l q u a l i t yg r a ys l a n t i n g c o r r e l a t i o nm o d e li sr e l i a b l ea n d p r a c t i c a l s t u d yt h er e g i o n a le c o l o g i c a le n v i r o n m e n t a lq u a l i t ys u s t a i n a b l e i v 太原理工大学硕士研冗生学位论文 d e g r e e ，a n di n t r o d u c es u p e r i o r i t yd e g r e e 、p o t e n t i a l i t yd e g r e e 、s a t u r a t i o n d e g r e ea n dc o o r d i n a t e dg r o w t hd e g r e e i tc o m p a r e sr e g i o n g a ls u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n t l e v e li nb r o a d w i s ea n de n d w i s e a d v i c e so nt h e t h e o r y o ft h e e c o l o g i c a l e n v i r o n m e n t a l q u a l i t y a s s e s s m e n ti sa p p r o v e da tt h ee n do ft h et e x t k e y w o r d s ：e c o l o g i c a le n v i r o n m e n t a lq u a l i t ya s s e s s m e n t ， 掣a ys y s t e m ， 伊a yc o r r e l a t i o na n a l y s i s ， m a t h e m a t i c a lm o d e l ， e c o l o g i c a ls u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t v 声明 x9 7 9 4 6 6 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究 做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的 法律责任由本人承担。 论文作者签名：拯日期：型：支! 吐 关于学位论文使用权的说明 本人完全了解太原理工大学有关保管、使用学位论文的规定，其 中包括：学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印 件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文； 学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为目的， 复制赠送和交换学位论文；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容( 保密学位论文在解密后遵守此规定) 。 签名：盘盘日期：垫：主：上 导师签名： 太原理上大学硕十研究生学位论文 第一章绪论 1 1 生态环境质量评价研究背景 2 l 世纪将是中国振兴和发展最有利的时期，这个时期将会遇到许多严峻的挑 战，环境问题就是其中之一，由于环境问题与经济发展和人类的生活密切相关，所 以在今天和未来，环境问题都是渴求不断得到发展的人类深刻关注的主题。 随着全球性资源及环境问题的加剧，世界各国政府都普遍重视对生态环境的研 究，尤其在发展中国家迫切的发展要求、有限的资源承载力与脆弱的生态环境之间 的矛盾日益尖锐。协调经济发展与资源环境之间的关系，寻求社会经济持续发展， 已成为当今科学界所关注的一个重要课题。 我国加入w t o 以后，必然对生态环境建设提出更高的要求。一方面，中国参与 国际市场竞争，生态环境质量的好坏在一定程度会影响外商的投资吸引力；另一方 面，随着我国经济的发展，环境保护制度的不够完善，各种生态环境问题日益严重， 这必然会对我国的经济发展带来很大的影响。对生态环境的现状进行合理客观的评 价是一切环境工作的基础，有利于其朝着一个健康的、可持续的方向发展，也是保 证环境保持良好发展态势的基础。 但生态环境质量评价研究从传统地理学对区域自然、社会经济的描述性评价， 发展到今天涉及各生态要素不同尺度的综合性评价，目前还没有标准和公认的理论 框架，尤其缺少应有的定量化评价方法，本文基于此进行定量化方法探索性研究。 1 2 生态环境质量评价概述 太原理 大学硕士研究生学位论文 1 2 1 生态环境质量评价 生态环境质量评价指在一个具体的时间或空间范围内，环境的总体或部分环境 要素的组合体对人类生存及社会、经济持续发展适宜程度的度量；即根据合理的指 标体系和评价标准，运用适当的方法，评定某区域生态环境质量的优劣及其影响关 系。 生态环境质量评价的本质在于生态环境评价是生态环境质量价值的反映。因而 生态环境评价的根本目的 i 1 就是检测和评估特定区域生态环境系统结构在人类和自 然因素共同作用下的变化状态，确定各因素影响生态环境质量程度的大小，从而来 确定各因素的影响力的大小，最后用动态的环境质量评价方法来评定区域生态环境 质量，探讨生态系统脆弱的因子，建立生态质量评价的指标体系和评价方法，评价 区域生态质量及发展趋势，为生态系统的保护和恢复提供依据。 生态环境质量评价不同于环境质量评价。环境质量评价是对环境素质优劣的的 评价。它往往以国家制定的环境标准和污染物在环境中的本底值作为依据，将环境 素质的优劣转化为可定量的可比数据，最后将这些定量的结果划分等级，以标明环 境受污染的程度。所以，环境质量评价的本质是环境污染评价，其重点是环境质量 现状评价和环境影响评价。而生态环境质量评价则是对包括人类在内的生物有机体 与自然环境综合作用的结果进行的综合性评价；是协调区域经济开发与环境保护之 间关系，实现区域可持续发展的重要手段。 生态质量评价的意义在于，了解区域生态环境现状及其演化规律，探讨生态系 统脆弱的因子，建立生态质量评价的指标体系和评价方法，评价区域生态质量及发 展趋势，为生态系统保护和恢复提供立论依据。 1 2 2 生态环境质量评价分类 生态环境质量评价是一个统称，它可以从不同的角度被分成许多类型。 从时间域上可以分为回顾评价、现状评价、影响评价等； 从空间域上可以分为项目评价、区域( 流域) 评价、全球生态环境评价、战略 环境评价等： 2 ， 太原理r 人学硕十研究生学位论文 从要素上可以分为大气环境评价、水环境评价、壤环境评价等； 从内容上可以分为，态系统安令评价、生态健康影响评价、生态足迹评价、生 态经济影响评价、生念影响评价、风险评价、关学景观评价等。 随着生态环境评价实际工作的广泛丌展，生态环境评价理论的进一步完善充实 和提高，今后还会有许多新的类型出现。 1 2 3 生态环境质量评价的一般程序 生态环境质量评价的一般程序如图l 1 所示。 图卜1 生态环境质量评价程序 c h a r t1 - 1e c o l o g i c a le n v i r o n m e n t a lq u a l i t ya s s e s s m e n tp r o c e d u r e 3 太原理工大学硕士研究生学付论文 1 3 生态环境质量评价研究进展 1 3 1 国外的研究进展 国外有关环境质量评价研究始于2 0 世纪6 0 年代中期，7 0 年代开始蓬勃发展。 世界上许多国家十分重视环境质量评价工作，特别是环境影响评价的研究【2 1 。美国 是最早开展环境质量评价工作的国家之一。美国最早提出的质量指数( q i ) 、格林 大气污染综合指数、厌恶污染物含量指数( m u r c 指数) 、白勃考大气污染综合指 数、极值指数、污染物标准指数等对水质或大气质量进行评价。原苏联配合水质预 报及极优化控制的水质评价研究进展较快，建立了河流污染平衡模式。在环境影响 评价方面，美国澳大利亚和法国等分别于1 9 6 9 年、1 9 7 4 年和1 9 7 6 年在国家环境保 护法律中规定了环境影响评价制度。可见，国外对生态环境质量的评价起步早，手 段先进，多以定量评价为主。 目前，国外对于生态环境评价已分为不同的等级尺度进行研究【3 】如美国已建 立多个生态环境监测和评价项目。影响较大的有美国科学院长期生态研究项目 ( l t e r ) ，9 0 年代初美国国家环保局的环境监测和评价项目( e m a p ) 。该项目初 始从国家尺度，评价生态质量状况并对其发展趋势进行长期监测，而后又对州域单 元进行环境监测和评价( r e m a p ) 。 在进行环境质量评价时，国外多以一地区可持续发展为衡量标准，提出评价的 指标体系，如希伯莱大学提出的人类活动强度指数、联合国开发署创立的人类发展 指数1 4 】。d a l y 和c o b b 制定的持续发展经济福利模型、l e i p e r t 提出的调节国民经济 模型、加拿大国际持续发展研究所提出的环境经济持续发展模型、牛文元和美国的 约纳森和阿拉伯杜拉提出的可持续发展度模型、呵持续发展委员会提出的可持续发 展指标体系、美国e m a p 的生命评价指标等【5 】。 1 9 9 4 年，b k f e r g u s o n 提出生态健康的概念，他认为生态质量评价的目标就 是要实现生态健康。j s o l o n 提出生态稳定度的概念，他认为稳定性是确定性 4 ，一，一一p _ _ w # 太原理f 大学硕七研究生学位论文 ( e q u i f i n a l i t y ) 、恒久性( c o n s t a n c y ) 、惯性( i n t e r i a ) 、抗性( r e s i s t a n c e ) 和弹性( e l a s t i c i t y ) 的集成，是生态质量评价中必须重视的指标。r e i t t i 以渗透 理论为基础，提出了一种新的生态质量评价法，即生态质量的安全与否与斑快的i 、日j 距、扩散能力、干扰能力等相关，安全度也是生态评价中应解决的问题忡j 。2 0 世纪 9 0 年代，世界银行、f a 0 、u n d p 、u n e p 等一些国际组织针对全非洲撒哈拉地区的半 湿润区、半干旱区、干旱区的生态问题，建立了“压力一状态一响应”7 种指标， 进行生态质量退化程度的评价【 。总之，在生态质量的评价尺度、生态质量的评价 指标、生态质量的相关因子等方面国外近几年的进展相当快。 1 3 2 国内的研究进展 我国生态环境质量的评价在2 0 世纪8 0 年代末至9 0 年代初开始引起人们的重 视，对其综合指标体系的研究也应运而生，重点是农业生态系统，其次是城市生态 环境质量评价，进而涉及到区域环境区划、山区生态环境、土地可持续利用和省级 生态综合评价等。 在指标体系方面的研究。廖继武，孙武，尹秋菊【3 l 等从生物学角度，选用生物量、 生长量等指标研究海南岛的生态质量评价，其关注的是生态系统最基本组分功能的 强弱。贾艳红嗍根掘白银市区域生态环境系统的实际情况，运用a h p 法确定其生态 环境质量评价指标体系，并通过对各评价因子进行权重和分级量化，利用综合评价 模型对白银市区域生态环境质量进行了评价。郑新奇，王爱萍【l o l 等运用了景观生态 学的理论，利用r s 和g i s 有关理论和技术，选择了区域生态环境质量评价指标体 系。毛文永【1 1 1 采用景观多样性指数、优势度指数、生态环境综合指数( 土地生态适 宜性、植被覆盖率、抗退化能力赋值，恢复能力赋值) 评价生态环境。黄思铭、欧 晓昆、杨树华、余春祥、杨洪波【1 2 l 以可持续发展为指导，采用三层指标分析云南省 的生态环境质量状况。彭补拙1 1 3 】等建立的指标体系该方法，强调生态环境的评价应 该随着时间和空间的变化而相应的改变评价方法和指标体系。赵跃龙f 1 4 1 等利用主要 成因指标和结果表现指标将指标体系分为两大部分。马荣华，胡梦春i l ”等以景观生 态学理论为指导，在景观生态分类的基础上，以景观生态单元为评价单元，选取地 形、土壤、植被为评价指标对海南省生态环境质量进行了综合评价。仲夏i l6 l 从生态 5 太原理工大学硕+ 研究生学位论文 学的角度建立了较完整的城市生态环境质量评价指标体系，包括自然、社会、经济 三个方面的评价标准。喻建华【”】等考虑到农业生态系统是以农业生物为主体而言的 各项环境因素的总和，具有自然和社会两重属性，建立了农业生态环境质量评价指 标体系，它的评价更加注重的是农业生产系统的自然生产力状况、系统的稳定性、 农业投入一产出的经济性。刘振波【1 8 】等根据对绿洲脆弱生态区压力一状态一响应概 念模型的概括分析，并结合当j ；i 绿洲生态环境的实际状况，将绿洲系统分为三个子 ， 系统，在三个子系统内再进一步选取具体指标，建立绿洲生态环境评价指标体系。 叶亚平i j9 l 等根据不同类型的生态系统有不同的组分、结构和功能，选用生态环境质 一 量背景、人类影响程度和人类适宜需求三方面的指标对全国3 0 个省份进行生念环 境质量评价，将其分为十个等级，建立了中国省域生态环境质量评价指标体系。 在评价方法上，目酊，国内对生态环境研究评价体系虽然不是很完善，但是方 法很多，生态环境评价方法分为生态环境的单项评价方法和综合评价方法。 生念环境的单项评价方法，是指对生态环境现状及其变化趋势进行评价所采用 的方法。主要有因子分析法、相关分析法及模糊分析法等。单项评价方法是生态环 境综合评价方法的基本前提。在进行生态环境单项评价时，先分别对生态环境水平 和生念环境质量进行定性分析，然后对其进行定量分析。定性分析是根据经验及各 种资料，对社会经济与生态环境以及它们之间的主要矛盾和变化过程做出一种评价 手段。定量分析是把生态环境评价中人口、经济、环境要素或其过程的变化规律用 不同的数学形式表示出来，得到反映这些规律的评价方式。定量分析常用的方法主 要有：数理统计法、回归分析法、投入产出模型、经济结构模型、灰色系统、微分 模型和模糊数学等等。 生态环境的综合评价方法，是指对生态环境结构与功能协调发展现状及其变化， 趋势综合评价所采用的方法。众所周知，生态环境是一种极其复杂的多因素、多变 量、多层次的等级系统，对生态环境的评价又是主观与客观相互作用的分析过程。 传统的数学方法难以承担对生态环境的研究工作，而模糊数学( f u z z ym a t h i m a t ) 、 层次分析法( a n a l i t i eh i e r a c h yp r o c e s s ) 则为进行生态环境现状的综合评价提供了 较为有效的方法。前者主要是用于综合性计分法和单一性计分法；后者是用于指标 权重的确定、层次排序和综合评价。其中计分法是指标的权重与相应指标得分的乘 6 奎星里查堂堡主堕壅竺堂笪丝塞 积之和。通过以上两种方法，可以评价生态环境状况的总体发展水平。在具体评价 时，生态环境总体水平可以参照国内外生态环境质量指标标准进行评估；生态环境 质量可以根据国家环境质量标注进行评估。目前在对生念环境的可特续性进行评判 时，普遍采用的是模糊质量综合评判方法，其用于测度生态环境的优势度、协调度、 生态位，最终得到综合评价的意见。 徐辉，陈少华【2 0 1 根据大气环境系统的性质，运用灰色系统理论和模糊数学理论 建立了大气环境质量预测和评价的数学模型。汤丽妮，张礼清，王卓【2 l j 以生态环境 指标的各级评价标准作为训练样本，应用人工神经网络建立生态环境质量评价的b p 网络对生态环境质量进行评价。刘春莉，李祚泳【2 2 】尝试运用物元可拓的方法来建立 生态环境质量评价模型，并且通过用该方法对土壤生态环境质量评价实例验证物元 可拓方法的可行性。李希灿，程汝光，李克志【2 3 l 基于空气环境质量评价中的不确定 性，提出空气环境质量的模糊综合评价方法，并在泰安市空气环境质量的评价中得 到了较好应用。喻良，伊武军【2 4 1 根据层次分析法的基本原理，在城市生态环境质量 评价中建立各层次模型，对福州市的生态环境质量进行评价。 在应用研究上。我国基于国内外的理论成果展开了广泛的应用。李玉实【2 5 j 等从 生态破坏、环境污染和社会经济要素的关系出发对本溪市的生态环境状况进行评 价。芦彩梅、郝永红【2 6 j 针对山西省生态环境脆弱的实际，对全省区域生态环境质量 现状进行了评价，并在分析其结果的基础上，提出了山西省区域生态环境可持续发 展对策。李晓秀【2 7 1 等从生态稳定性角度对北京山区生态环境质量进行了评价。孙玉 军 2 8 噜对五指山自然保护区的生态环境质量进行了评价。张剑光1 2 9 等对四川省和重 庆市农业环境进行了评价。任广鑫等【3 哪通过对生态环境质量及其评价的内涵和国内 外研究进展的分析，指出江河源区生态环境质量评价应大量的借助于遥感资料，同 时结合统计资料对区域自然环境系统、经济系统和社会系统进行综合评价。概括了 生态环境质量评价的理论依据，指出了对区域生态环境质量评价应坚持整体性、评 价指标体系化，方法定量化的原则，并提出了具体的评价指标体系。刘智慧1 3 l 】等根 据城市生态学原理和研究方法，针对矿业城市一抚顺市生态环境特点，提出了能够 体现矿业城市生态环境质量主要特征的，定性、定量考核的评价指标体系。利用模 糊数学和层次分析等方法，建立了矿业城市生态环境质量综合评价模型。 7 奎垦望查兰婴主婴塞生兰垡堡塞 总的来说，当前区域生态环境质量评价研究集中在三个重点方面。一是指标数 掘的准确获得，建立的指标体系和区域生态环境质量的相关性研究，指标体系的逻 辑关系验证。二是评价的方法研究采用包括层次分析法，模糊数学等较先进的数学 方法，由单项目标向多目标，由单环境要素向多环境要素，由单纯的自然环境向自 然环境与社会环境的综合系统方向发展，同时由静态评价转向动态评价。三是区域 生态环境质量评价结果在生态规划和调控中的应用。 1 4 本文研究意义及内容 区域生态环境质量问题，是当今全人类共同面对的，必须优先研究并且迫切需 要解决的重大问题。目前生态系统评估已经成为相关学科的前沿和热点研究领域。 但基于可持续发展理论、生态学理论、环境容载力理论等理论体系上的区域生态环 境质量评价尚不成熟，至今还没有一种完善、成熟并能得到广泛推广应用的环境评 价方法。 因此针对生念环境质量的多耦合性与复杂动态性，考虑环境质量评价中评价主 体、评价标准及环境要素的不确定性，进行生态环境质量综合评价的方法研究，对 区域生态环境质量的可持续度进行探讨，具有一定的理论意义和实际应用价值。研 究将为生态环境质量评价体系形成提供理论参考，为生态环境质量评价应用提供技 术支持。 确定本文的主要研究内容为： 建立评价指标体系：进行主体生态系统分析，解析生态环境系统的各组成部 分与生态环境质量之间的关系，在此基础上运用a h p 法，建立了区域生态环境质量 评价指标体系。 确定评价因子权值：评价因子权重的分配直接影响到评价的结果，针对生态 环境质量评价中往往涉及到多次赋权，采用层次分析法进行权重的确定。 建立灰色关联斜率模型：针对生态环境质量指标的灰色性，以所建立的指标 体系为基础，建立灰色斜率关联模型，提出定量化的计算方法。 验证模型：选择合适的实际研究对象，按照确定模型及指标，进行定量计算 翥与实际相比较，验证模型的可靠性。 探讨生态环境质量可持续度：引入优势度，潜力度、饱和度和协调度等概念， 8 奎堕里! 盔堂堕堕塑生堂垡丝苎 从生态环境质量的时空发展趋势角度，对生态环境质量可持续发展进行定量化方法 研究。 1 。5 本文技术路线 图1 - 2 本文的技术路线 c h a r t l 一2 t h et e c h n o l o g yr o u t eo f t h et e x t 9 太原理e 大学硕士研究生学位论文 第二章区域生态环境质量评价的理论基础 2 1 生态学理论3 幻 2 1 1 生态掌概念与内涵 生态学是由德国生物学家赫克尔( e m s th e i n i r i c hh a e c k e l ) 于1 8 6 6 年首 次提出的，从此开始形成了生态学这门学科。赫克尔把生态学定义为研究有机体及 其环境之l 日j 相互关系的科学。 随着生物学研究范围的扩展，生态学被赋予了很多新的内容。1 9 3 5 年，英国学 者坦斯利( a g t a n s l e y ) 提出“生态系统”的概念，开始从更宏观的角度认识生 态，探索生物及其与环境之间的关系。此后，著名生态学家e p ，奥德姆1 9 7 1 年指 出：生念系统就是包括特定地段中的全部生物和物理环境的统一体。具体说：生态 系统是一定空间内生物和非生物成分通过物质的循环、能量的流动和信息的交换而 相互作用、相互依存所构成的个生态学功能单位。 从内涵来讲，生态学的研究一般从研究生物个体开始，分别研究个体、种群、 群落、生态系统，并形成相应的不同层次的生态学科。现代生态学研究除自然生态 以外，还将人类包括其中。这样，生态学的研究就包括了更为宏观、更为广阔的内 容。 2 1 2 生态系统的结构与功能 ( 1 ) 生态系统结构 空间结构 生态系统的空间结构指生态系统中各种生物的空间配置( 分布) 状况，亦即生 1 0 奎垦里：e 查兰堡婴窒竺堂垡丝茎 物群落的空间格局情况，包括群落的垂直结构( 成层现象) 和水平结构( 种群的水 平配胃格局) 。 物种结构 生态系统的物种结构是指生态系统中各类物种在数量方面的分布特征。由于各 类生态系统在物种数量及规模上差异很大，即使是一个比较简单的生态系统，要全 部搞清楚它的物种结构也是极其困难的，甚至是不可能的。因此，在实际工作中， 人们主要以群落中的优势种类，生态功能上的主要种类或类群作为物种结构研究对 象。 营养结构 生态系统的营养结构即食物网及其相互关系。生态系统是一个功能单位，以系 统中物质循环和能量流动作为其显著特征，而物质循环及能量流动在某种程度上说 又是以食物网为基础进行的。 ( 2 ) 生态系统功能 上述生态系统的结构决定了它的基本功能，即物质生产、能量流动、物质循环 和信息传递。 物质生产 生态系统中的物质生产包括初级生产和次级生产两个过程。前者是生产者( 主 要是绿色植物) 把太阳能转变为化学能的过程；后者是消费者( 主要是动物) 的生 命活动将初级生产品转化为动物能。在一个，态系统中，这两个生产过程彼此联系， 但又是分别独立进行的。 能量流动 生态系统中的能量流动是指能量通过食物网在系统内的传递和耗散过程。能量 流动开始于初级生产者把太阳能固定在有机物中，这部分能量有三个去向：一部分 为各类草食动物所采食；一部分因自身生命活动而消耗；第三部分暂时贮存在活的 植物体内或枯枝落叶中，这一部分最终再经一系列的物理、化学和生物学过程而逐 渐被分解者所分解。 物质循环 生态系统中的物质循环是指生命活动所需的各种营养物质通过食物链各营养级 奎堡望! 盔兰堡主塑壅生兰堡笙奎 的传递和转化。这里所说的各种营养物质，经过分解者分解成可被生产者利用的形 式归还环境中重复利用，周而复始地循环，完成生态系统的物质流动。 信息传递 生态系统中的信息传递指生态系统中各生命成分之间及生命成分与环境之间 的信息流动与反馈过程，是生物之间、生物与环境之间相互作用、相互影响的一种 特殊形式。 2 1 3 生态系统的基本特征与类型 ( 1 ) 生态系统的基本特征 生态系统是动态功能系统 生态系统是有生命存在并与外界环境不断地进行物质交换和能量传递的特定 空州，所以，生态系统具有有机体的一系列生物学特征，如发育、代谢、繁殖、生 长与衰老等。这就意味着生态系统具有内在的动态变化的能力。 生态系统具有一定的区域特征 生态系统都与特定的空间相联系，因此它是一个包含一定地区和范围的空间概 念。这种空间都存在着不同的生态条件，栖息着与之相适应的生物类群。生命系统 与环境系统的相互作用以及生物对环境的长期适应结果，使生态系统的结构和功能 反映了一定的地区特征。 生态系统是开放的“自持系统” 自然生态系统所需要的能源是生产者对光能的“巧妙”转化，消费者取食植物， 而动、植物残体以及它们生活时的代谢排泄物通过分解作用，使结合在复杂有机物 中矿务质元素又归还到环境中，重新供植物利用。这个过程往复循环，从而不断地 进 j 着能量和物质的交换转移，保证生态系统发生功能片输出系统内生物过程所制 造的产品或剩余物质和能量。 生态系统具有自动调节的功能 自动调节的功能是指生态系统受到外来干扰而使稳定状态改变时，系统靠自身 内部的机制再返回稳定、协调的能力。生态系统自动调节的功能表现在三个方面， 即种生物种群密度调节；异种生物种群间的数量调节：生物与环境之间相互适应 1 2 太原理工大学硕士研究生学位论文 的调节，主要表现在两者之问发生的输入、输出的供需调节。 ( 2 ) 生念系统的类型 综合考虑生态系统所处空间环境性质及人类对生念系统的影日向程度两方面因 素，生物圈中大小不等类型各异的生态系统划分见图2 - 1 。 生 物 圈 i 森林生态系统 j 草原生态系统 5 荒漠生态系统 i 冻原极地生态系统 l ，_ i城市生态系统 农田生态系统 l模拟人工生态系统 l i静水生态系统，如湖泊等 淡水生态系统1 流水生态系统，如河流等 图2 - 1 生态系统分类 c h a r t2 - 1e c o l o g i c a ls y s t e mc l a s s i f i c a t i o n 2 2 环境容载力理论 2 2 1 环境容载力概念 ( 1 ) 环境容量 环境容量的概念可以理解为是指某区域( 城市) 环境对该区域发展规模及各建 活动要素的最大容纳阈值。返些区域环境容量包括自然环境容量( 大气环境容量 水环境容量、土地环境容量) ，人工环境容量( 用地环境容量、工业容量、建筑捍 1 3 统 统 系 系 态 态 生 生 然 工 白 人 厂lll，、il 统系态生地陆 统统统系系系 态态态 生生生 岸海洋 海浅远 厂弋l 统系态生洋海 太原理 大学硕十研究生学位论文 量、人口容量、交通容量等) ，这些容量的总和即为整体环境容量。环境容量是环 境质量中“量”的方面，是质量的量化表现或定量化描述。一般情况下，环境容量 通常可以由绝对值或单位标准值来表示。 ( 2 ) 环境承载力 环境承载力是指在一定时期、一定的状态或条件下、一定的区域范围内，在维 持区域环境系统结构不发生质的变化、环境功能不遭受破坏的前提下，区域环境系 统所能承受的人类各种社会、经济活动的能力，或者说是区域环境对人类社会发展 的支持能力。它包括两个组成部分，即基本环境承载力( 或称差值承载力) 和环境 动态承载力( 或称同化承载力) 。前者可通过拟订的环境质量标准减去环境本底值 求得，后者指该环境单元的自净能力。环境承载力是环境质量的“质”的方面，是 质量的质化表现或定性概括。 ( 3 ) 环境容载力 环境容载力概念的提出主要是源于对环境热量和环境承载力两个概念的有机 结合与高度统一，也是环境质量的量化与质化的综合表述。因此，环境容载力定义 为：自然环境系统在一定的环境容量和环境质量支持下对人类活动所提供的最大容 纳程度和最大的阈值。简言之，环境容载力是指自然环境在一定纳污条件下所支撑 的社会经济的最大发展能力。它可以看作环境系统结构与社会经济活动的相适宜度 的一种表示。 2 2 2 环境容载力的结构和功能 2 2 2 1 环境容载力的结构 具有复杂结构的区域环境系统所反映出的环境容载力是联系区域社会经济活 动与生态环境的纽带和中介，反映区域社会经济活动和环境结构与功能的协调程 度。从结构上分为总量和分量两部分，嬉中分量指大气水土壤生物等环境( 要素) 的容量和水土地矿产资源( 要素) 的承钱力，总量是指环境的整体容量和自然资源 的整体承载力，按照系统论的观点，系统的整体功能不小于各子系统功能之和，因 1 4 太原理r 】二大学硕士研究生学位论文 此，环境整体容载力要大于各个要素容载力的综合。( 参见图2 - 2 ) 2 2 2 2 环境容载力的功能 环境容载力的功能，从外延上讲主要包括对环境系统的保护和恢复；从内涵上 讲主要包括服务，制约、维护、净化、调节等多种功能。 服务功能 服务功能是指环境系统以其有限的环境容载力直接或1 1 日j 接为区域生态系统的 生存和活动服务的职能。 制约功能 制约功能是指环境系统以其有限的环境容载力限制区域生态系统发展规模的 职能。 净化功能 净化功能是指区域环境系统以其有限的环境容载力通过各种自然环境作用及 社会经济活动作用达到净化和美化区域的功能。 调节功能 调节功能是指区域环境系统以其有限的环境容载力在其环境受到外界干扰时 做出指示和反应来进行自我调节的职能。 输送职能 输送职能是指环境系统以其有限的环境容载力通过各种基础设施为区域生态 系统提供必要的物质和能量保障的职能。 维护职能 维护职能是指环境系统以其有限的环境容载力，以上述特定的功能和设施条件 维护区域自然环境系统、社会经济系统正常运行的职能。 效益功能 效益功能是指区域环境系统以其有限的环境容载力通过生物流、物质流、能量 流和信息流等途径产生环境、社会和纾济综合效益的职能。 环境容载力的结构决定了环境容载力的功能，如果环境容载力的结构合理，则 容载力的总量和分量相对较大，相应容载力的功能就强；而容载力的功能体现了容 1 5 太原理f 人学硕十研究生学位论文 1 6 霉 嘏 r 谁 寮 鸶 一 一 匝 ；芑己ls台i。墨s暑量露coo_cec2ico n7=葛co 奎星里! ：盔堂堡婴窒生兰壁丝奎 载力的结构。环境容载力结构和功能相互关系如图2 3 。 显然，环境容载力是联系区域社会经济活动与生态环境的纽带和中介，反映区 域社会经济活动与环境结构及功能的协调度。区域环境容载力功能的大小与环境系 统功能的强弱呈对应的j 下相关，即环境系统功能是通过其容载力大小束体现和反 映，而环境容载力大小则是其功能在质与量上的综合衡量。 图2 - 3 环境容裁力结构和功能相互关系 c h a r t2 - 3t h er e l a t i o no f e n v i r o n m e n tc a p a c i t ya b i l i t ys t r u c t u r ea n df u n c t i o n 2 2 3 环境容载力类型 根据如前所述，环境容载力类型主要包括环境容量和环境承载力两个方面。 2 2 3 1 环境容量分类 标准时空容量 环境标准时空容壹i 是指以环境质量标准为基准的各类污染物质浓度拍时间和 空间上分异的水平限值。根据目前我国现行的环境质量标准，大气，水、噪声、土 壤等环境质量均有规定的功能区分类、标准分级和浓度限值。 1 7 太原理 人学硕十研究生学位论文 污染物极限容量 污染物极限容量主要包括大气环境、水环境、土地环境和社会环境污染极限容 量。大气环境污染物极限容量主要是指大气环境对大气污染物的最大容纳阈。 水环境极限容量定义为：一定水体在规定环境目标下，所能容纳的污染物的量。 土地环境极限容量主要是指土地环境对土地污染物的最大容纳阈值。 人口极限容量 这包括水环境的人1 3 容量、粮食人口容量、经济人1 2 1 容量和区域可用土地人1 2 1 容量。这里值得提的是粮食人1 2 1 容量，它是指在一定的生产水平下，市域内的土地 资源所能供养一定营养水平的人1 ：7 数量。受气候、土壤等因素的制约，土地不可能 无限地满足人们的需求、容纳过量的人口。粮食人1 3 是以土地生产潜力而计算。土 地生产潜力也是指土地潜在的生产力，在干旱区一般把光温生产潜力作为土地生产 潜力的上限，而将土地的气候灌溉潜力作为土地开发利用的实现目标。 生态容量 生