第十六章-生态风险评价与生态规划-《生态学》课件

1、 第十六章 生态风险评价 与生态规划 1 第十六章 生态风险评价 与生第一节 生态风险评价 一、生态风险评价的步骤 二、生态风险评价的方法 2第一节 生态风险评价 一、生态风险评价 生态风险评价是伴随环境科学研究的深入与环境管理的目标需求而逐渐兴起并得到发展的一新兴的研究领域，它是利用生态学、环境化学及毒理学的知识，定量地确定环境危害对人类的负效应的概率及其强度的一种过程(Suter II，1993)，生态风险评价为科学地评价人类活动对生态环境的影响或自然活动对环境的影响及其生态效应提供了一种工具，从而为达到环境资源的可持续利用提供了一条重要的途径。 3 生态风险评价是伴随环境科学研究的深入与

2、环第十六章-生态风险评价与生态规划-生态学课件第十六章-生态风险评价与生态规划-生态学课件图16-1 日本风险分析综合框架 6图16-1 日本风险分析综合框架 6 问题的形成分析过程 风险源评估效应评估风险特征化风险管理 图16-2生态风险评价框图7 问题的形成分 （二）分析过程 有了明确的评估结点以后，接下来需要确定分析方法及收集有关的数据。分析方法主要是指根据研究目的确定所用的模型或建模方法。数据的来源包括已发表的文献中数据或已建立的数据库。 8 （二）分析过程 有了明确的评估结点以后，接下来需要图16-3 风险源评估过程的图示（引自Suter 1993）9图16-3 风险源评估过程的图示

3、（引自Suter 199图16-4 效应评估过程的图示(引自Suter II，1993)10图16-4 效应评估过程的图示(引自Suter II，19 （三）风险特征化 风险特征化是将分析步骤中的两部分内容即风险源评估和效应评估综合起来, 总结危害物导致的生态危机的过程。风险特征化具体包括： (1)总结对风险源评估的结果。 (2)对风险定量化。若风险源由多个组分组成，则首先包括每一组成对研究对象的风险定量化。之后，综合各种风险源组成对同一研究对象的风险，即总的效应风险。 (3)对生态评估中的不确定性进行评估。 (4)考虑研究地区在这方面已有的研究，为下一步的风险管理提供合理建议。1111 （四

4、）风险的管理 风险管理是指对生态风险评价的结果应采取何种对策与行动，这是一个决策过程。通常管理者或决策者需要考虑如何在不影响其他社会价值情况下减小这种风险。虽然风险管理不属于评估者的工作，可以独立地进行，但是，风险评估的结果是风险管理的重要依据。要使风险评估的结果充分发挥作用，就要求生态风险评价者、风险管理者或决策者之间有良好的相互合作关系。12 （四）风险的管理12图16-5 风险管理图示(引自Suter II，1993)13图16-5 风险管理图示(引自Suter II，1993) 生态风险评价中所用的方法包括如何建立或选择模型以对风险源的暴露特征及其生态效应进行定量化, 如何检验模型的有

5、效性, 以及怎样对生态风险评价中的不确定性进行定量分析。 (一) 建模 建立模型的途径可以通过物理、统计以及数学的方法。下面对这三种途径分别加以讨论。 二、生态风险评价的方法14 生态风险评价中所用的方法包括如何建立或选 1. 物理方法 在环境评估中最常用的物理方法是进行实验室实验。通过实验手段建立的物理模型是对某种过程或系统的物质表达，而通常这种过程或系统在自然状况下不易模拟。通过实验得出的结果或建立的模型可以代表在其他系统中的类似情况或过程。15 1. 物理方法15 2. 统计方法 通过回归、多元变量分析及其他统计技术来总结实验或观测的数据，可以建立统计模型。在风险评估中利用统计模型有三个

6、明确的目的，即假设的检验、过程的描述以及推断或外推。 16 2. 统计方法16 3. 数学方法 通过数学方法建立机制模型（mechanistic model），其目的是定量地描述某种现象和造成此现象的原因, 以及这两者间的关系。由于任何模型均是某一个系统的简化代表，不可能包括所有的细节, 简化的结果必然会产生误差。因此，对于机制模型是否适于环境研究一直存在着争议（如Lauer等，1981; Peters， 1983）。虽然一个基于实测的统计模型可能比一个不完善的机制模型好，但由于机制模型阐述系统中的机制关系，它在许多评估研究中常常是不可缺少的。 17 3. 数学方法17 (二) 模型的证实 模

7、型的证实(model validation)是指由模型得出的结果与直接观测结果或由理论推导的结果相比较的过程( Mankin等， 1975)。由于每个模型均有简化，不可能准确地与现实完全对应。但有的模型较其他模型相比能更客观地反映现实，因此将模型的证实过程作为一个选择相对有效模型的过程要比真假证明过程更适当。18 (二) 模型的证实18 (三) 不确定性的定量分析 由于不确定性在风险评估中的重要性，在每一个生态风险评价中均有对不确定性的分析讨论。风险评价中的不确定性主要来自三个方面：(1)现有知识的不完整性；(2)自然界固有的随机性；(3)评估过程中的误差。因为在实践中不可能对知识所限而造成的

8、不确定性进行定量化，生态风险评价中不确定性分析主要指自然随机和评估误差而引起的不确定性分析，评估误差可分为参数误差和模型误差。19 (三) 不确定性的定量分析19 利用统计模型和数学途径, 如敏感性分析(sensitivity analysis)、反应表面分析(response surface analysis)和误差分析(error uncertainty analysis)等可以对随机误差和参数误差进行分析并可定量化。由于蒙特卡洛(Monte Carlo)方法的广泛性以及它对机制模型的易应用性，蒙特卡洛技术是分析生态风险评价中不确定性的主要手段。20 利用统计模型和数学途径, 如敏感性分析

9、(蒙特卡洛方法的主要步骤是： (1)定义输入参数的统计分布。在缺乏资料的情况下，输入参数的统计分布常被定义为正态分布，而且变异系数(CV)为100%。 (2)从这些分布中随机取样。 (3)利用随机选择的参数数组进行无限次 (例M1000)重复性地模型模拟。 (4)分析输出的结果。21蒙特卡洛方法的主要步骤是： (1)定义输入参数的统计分布。第二节 生态规划 一、生态规划的概念 二、生态规划的原则 三、生态规划的工作程序与主要内容22第二节 生态规划 22一、生态规划的概念 从区域或城市人工复合生态系统的特点、发展趋势和生态规划所应解决的问题来看, 生态规划应不仅限于土地利用规划,而应是以生态学

10、原理和城乡规划原理为指导，应用系统科学、环境科学等多学科的手段辨识、模拟和设计人工复合生态系统内的各种生态关系、确定资源开发利用与保护的生态适宜度, 探讨改善系统结构与功能的生态建设对策，促进人与环境关系持续协调发展的一种规划方法。 23一、生态规划的概念 从区域或城市人工2424一个主题公园的生态规划25一个主题公园的生态规划252626深圳的生态功能规划图27深圳的生态功能规划图27 生态规划具有以下特点和科学内涵: 1以人与自然和谐为本：从人的生产、生活活动与自然环境和自然生态过程的关系出发,追求区域及城市总体关系的和谐和各部门、各层次之间的和谐，人与自然关系的和谐。 2以资源环境承载力

11、为前提：强调区域与城市的发展应立足于当地资源环境的承载力,充分了 解生态系统内自然资源与自然环境的性能与环境容量, 以及自然生态过程特征与人类活动的关系。28 生态规划具有以下特点和科学内涵:28 3系统开放、优势互补：强调系统的开放, 形成区域与城市生态经济优势与社会子系统和自然子系统优势的互补。 4高效、和谐、可持续：强调经济发展的高效、和谐与可持续性, 而不是简单的高速度。生态规划认为区域与城市的发展应是社会、经济与生态环境的改善与提高， 系统自我调控能力与抗干扰能力的提高，旨在全面改善区域与城市可持续发展的能力。29 3系统开放、优势互补：强调系统的开放, 形成区域与城二、生态规划的原

12、则 1整体优化原则 生态规划坚持整体优化的原则，从系统分析的原理和方法出发，强调生态规划的目标与区域或城乡总体规划目标的一致性，追求社会、经济和生态环境的整体最佳效益，努力创造一个社会文明、经济高效、生态和谐、环境洁净的人工复合生态系统。30二、生态规划的原则 1整体优化原则30 2趋适开拓原则 生态规划坚持趋适开拓原则, 以环境容量、自然资源承载能力和生态适宜度为依据，积极创造新的生态工程，改善区域或城乡生态环境质量，寻求最佳的区域或城乡生态位，不断地开拓和占领空余生态位，以充分发挥生态系统的潜力，强化人为调控未来生态变化趋势的能力，促进生态建设。31 2趋适开拓原则31 3协调共生原则 城

13、乡人工复合生态系统具有多元、多介质、多层次、生态位分化的特点，子系统之间和各生态要素之间相互影响、相互制约，不仅影响到区域或城乡大系统的稳定性，而且直接关系到系统结构和整体功能的发挥。因此，在生态规划中必须遵循协调共生的原则。共生是不同种类子系统合作共存、互惠互利的现象，其结果是所有共生者都大大节约了原材料、能量和运输量，系统获得了多重效益；共生也是指正确利用不同产业和部门之间互惠互利、合作共存的关系，搞好产业结构的调整和生产力的合理布局。32 3协调共生原则32 部门之间联系的多寡和强弱及其部门的多样性是衡量城市共生强弱的重要标志。协调是指要保持区域与城乡、部门与子系统各层次、各要素以及周围

14、环境之间相互关系的协调、有序和动态平衡，保持生态规划与总体规划近远期目标的协调一致。33 部门之间联系的多寡和强弱及其部门的多样性 4. 区域分异原则 生态规划坚持区域分异的理论，在充分研究区域或城乡生态要素功能现状、问题及发展趋势的基础上，综合考虑国土规划(或区域规划)、城市总体规划的要求和城乡现状布局,搞好生态功能分区，以利于社会经济的发展和居民生活, 利于环境容量的充分利用,实现社会、经济和环境效益的统一。34 4. 区域分异原则34 5. 生态平衡原则 生态平衡的含义是指处于顶极稳定状态的生态系统，此时系统内的结构与功能相互适应与协调，能量的输入与输出之间达到相对平衡，系统的整体效益最

15、佳。生态规划遵循生态平衡的理论, 重视搞好水、土地资源、大气、人口容量、经济、园林绿地系统等生态要素的子规划; 合理安排产业结构和布局，并注意与自然地形,河湖水系的协调性以及与城乡功能分区的关系，努力创造一个顶极稳定状态的人工复合生态系统，维护生态平衡。35 5. 生态平衡原则35 6高效和谐原则 生态规划的目的是要将人类聚居地建成一个高效和谐的社会-经济-自然复合生态系统，使其内部的物质代谢、能量流动和信息的传递关系，形成一个环环相扣的网络，物质和能量得到多层分级利用，废物循环再生，各部门、各行业之间形成发达的共生关系，系统的功能、机构充分协调，系统能量的损失最小，物质利用率最高，经济效益最

16、高。 36 6高效和谐原则36 7可持续发展原则 1987年，联合国环境与发展委员会发表了我们的共同未来的纲领性文件，提出了“可持续发展”的概念，在1992年巴西里约热内卢召开的世界环境与发展大会上又再次强调了可持续发展的概念及其重要性，是“既能满足当代的需要，又不危及后代满足其需要的发展能力”，这个概念已赢得了越来越多人的赞同。 生态规划遵循可持续发展理论, 在规划中突出“既能满足当前的需要,又不危及下一代满足其发展需要能力”的思想, 强调在发展过程中合理利用自然资源，并为后代维护、保留较好的资源条件, 使人类社会得到公平的发展。37 7可持续发展原则37三、生态规划的工作程序与主要内容 (

17、一) 生态规划的工作程序 生态规划目前尚无统一的工作程序, 美国华盛顿大学F. Steiner曾于20世纪60年代提出了资源管理生态规划的程序包括七个步骤，即：确定规划目标 -资源数据清单和分析-区域适宜度分析-方案选择-规划方案实施-规划执行-方案评价。麦克哈格(1969) 在结合自然的设计一书中提出了建立一个城市与区域规划的生态学框架，并通过案例研究，对生态规划的工作程序及应用方法做了较全面的探讨。他的生态规划框架对后来的生态规划影响很大。 38三、生态规划的工作程序与主要内容 (一) 生态规划的 图16-6 生态规划工作程序框图39 图16-6 生态规划工作程序框图39 (二) 生态规划

18、编制的主要内容与方法 生态规划主要建立在对区域或城市复合生态系统中社会、经济、自然广泛调查的基础上，结合专家咨询意见，应用城市生态学、系统分析、环境评价和规划，以及与城市规划原理相结合的方法开展工作。 生态规划调查的主要目的是调查搜集规划区域的自然、社会、人口、经济与环境的资料与数据, 为充分了解规划区域的生态特征、生态过程、生态潜力与制约提供基础。资料搜集包括历史资料的搜集、实地调查、社会调查与3S技术（遥感、地理信息系统、全球定位系统）应用等。40 (二) 生态规划编制的主要内容与方法40 （三）环境容量和生态适宜度分析 环境容量是指在人类生存、自然生态不致受害的前提下, 并在环境质量标准

19、的约束下，某一环境所能容纳的污染物的最大负荷量。如按要素分类，可将环境容量划分为大气环境容量、水环境容量、土壤环境容量和绿地环境容量等。 生态适宜度是指在规划区内确定的土地利用方式对生态因素的影响程度，即生态因素对给定的土地利用方式的适宜状况和程度，是土地开发利用适宜程度的依据。41 （三）环境容量和生态适宜度分析41 图16-7 生态适宜度分析程序42 图16-7 生态适宜思 考 题1. 简述风险评价的特点及其种类。2. 生态风险评价中最基础的部分是什么？如何着手建立有关的数据库？3. 假设某一上游流域将建立一个造纸工厂。试提出一种方案或步骤用以评估此厂的建立对下流生态系统将产生的可能影响。

20、4生态规划的概念是什么? 生态规划的理论基础主要有哪些?为什么说生态规划强调其理论性与实践性的结合?5何谓生态敏感度？在实际工作中应如何考虑评价因子的选择和计算模型的应用？6试举例简述生态规划的工作程序与主要研究内容。43思 考 题1. 简述风险评价的特点及其种类。43推荐阅读文献1 王如松高效、和谐城市生态调控原则与方法长沙： 湖南教育出版社， 1988 2 于志熙城市生态学 北京：中国林业出版社，19923 欧阳志云，王如松生态规划的回顾与展望北京：自然资源学报， 1995，3：203-205.4 (日)岸根卓郎 迈向 21 世纪的国土规划 高文琛，译北京： 科学出版社，19905 (美)

21、McHarg L. 设计结合自然芮经纬，译北京：中国建筑工业出版社， 19926 刘天齐环境管理北京：中国环境科学出版社，1990 7 王祥荣，蒋勇，等长江三峡库区（重庆段）沿江景观生态研究 北京：中国建筑工业出版社，200644推荐阅读文献1 王如松高效、和谐城市生态调控原则与8 Barnthouse L W，Suter II G W ，Rosen A E. Risks of toxic contaminants to exploited fish populations: Influence of life history，data uncertainty，and exploitation

22、 intensity， Environ. Toxicol Chem，1990， 9:297-311.9 Bartell S M，Gardner R H，ONeill R V. An integrated fates and effects model for estimation of risk in aquatic systems. Aquatic toxicology and haxzard assess- ment，ASTM STP 971. American Society for Testing and Materials. PA，1988， 267-274.10 Bartell S M， Gardner R H ， ONeill R V. Ecologi