自然环境评价方法

自然环境评价方法1类比分析法类比分析法是生态影响预测与评价比较常用的定性和半定量评价方法，一般有生态整体类比、生态因子类比和生态问题类比等。1.1方法其主要通过类比调查既有工程已经发生的环境影响，从而类比分析拟建工程的环境影响。所以选择好类比对象（类比项目）是进行类比分析或预测评价的基础，也是该法成败的关键。类比对象的选择条件是：工程性质、工艺和规模与拟建项目基本相当，生态因子（地理、地质、气候、生物因素等）相似，项目建成已有一定时间，所产生的影响已基本全部显现。类比对象确定后，则需选择和确定类比因子及指标，并对类比对象开展调查与评价，再分析拟建项目与类比对象的差异。根据类比对象与拟建项目的比较，做出类比分析结论。1.2应用1）进行生态影响识别和评价因子筛选；2）以原始生态系统作为参照，可评价目标生态系统的质量；3）进行生态影响的定性分析与评价；4）进行某一个或几个生态因子的影响评价；5）预测生态问题的发生与发展趋势及其危害；6）确定环保目标和寻求最有效、可行的生态保护措施。2列表清单法列表清单法是Little等人于1971年提出的一种定性分析方法。该方法的特点是简单明了，针对性强。2.1方法列表清单法的基本做法是，将拟实施的开发建设活动的影响因素与可能受影响的环境因子分别列在同一张表格的行与列内，逐点进行分析，并逐条阐明影响的性质、强度等。由此分析开发建设活动的生态影响。2.2应用1）进行开发建设活动对生态因子的影响分析；2）进行生态保护措施的筛选；3）进行物种或栖息地重要性或优先度比选。3生态图法生态图法使用图来表达生态特征在空间上的变化，它在生态现状和生态影响评价过程中能够简单、直观、形象、明了地展示各种单个影响和复合影响的空间分布，并能够从空间或者时间上分析出变化趋势。目前该方法主要用于具有区域性影响的特大型建设项目的评价中，如线路（如管道、公路和高压线等）、矿业开发项目选址和滩涂开发、水利水电工程、土地利用规划和农业开发规划等方面，也可将污染影响程度和植被或动物分布叠置成污染物对生物的影响分布图。图形叠置法除应用于生态环境影响评价之外与计算机作图、地理信息系统等技术结合起来，可得到直观的动态变化显示，应用更加广泛。近几年来，基于GIS的图形叠置法在铁路选线环境影响综合评价、铁路噪声环境影响评价、道路交通环境影响后评价、道路环境影响综合评价方面得到广泛应用。图形叠置法，是把两个以上的生态信息叠合到一张图上，构成复合图，用以表示生态变化的方向和程度。本方法的特点是直观、形象，简单明了。图形叠置法有两种基本制作手段：指标法和3S叠图法。3.1指标法1）确定评价区域范围；2）进行生态调查，收集评价工作范围与周边地区自然环境、动植物等的信息，同时收集社会经济和环境污染及环境质量信息；3）进行影响识别并筛选拟评价因子，其中包括识别和分析主要生态问题；4）研究拟评价生态系统或生态因子的地域分异特点与规律，对拟评价的生态系统、生态因子或生态问题建立表征其特性的指标体系，并通过定性分析或定量方法对指标赋值或分级，再依据指标值进行区域划分；5）将上述区划信息绘制在生态图上。3.23S叠图法1）选用地形图，或正式出版的地理地图，或经过精校正的遥感影像作为工作底图，底图范围应略大于评价工作范围；2）在底图上描绘主要生态因子信息，如植被覆盖、动物分布、河流水系、土地利用和特别保护目标等；3）进行影响识别与筛选评价因子；4）运用3S技术，分析评价因子的不同影响性质、类型和程度；5）将影响因子图和底图叠加，得到生态影响评价图。3.3图形叠置法应用1）主要用于区域生态质量评价和影响评价；2）用于具有区域性影响的特大型建设项目评价中，如大型水利枢纽工程、新能源基地建设、矿业开发项目等；3）用于土地利用开发和农业开发中。4指数法和综合指数法指数法是利用同度量因素的相对值来表明因素变化状况的方法，是建设项目环境影响评价中规定的评价方法，指数法同样可将其拓展而用于生态影响评价中指数法简明扼要，且符合人们所熟悉的环境污染影响评价思路，但困难之点在于需明确建立表征生态质量的标准体系，且难以赋权和准确定量。综合指数法是从确定同度量因素出发，把不能直接对比的事物变成能够同度量的方法。4.1单因子指数法选定合适的评价标准，采集拟评价项目区的现状资料。可进行生态因子现状评价：例如以同类型立地条件的森林植被覆盖率为标准，可评价项目建设区的植被覆盖现状情况；也可进行生态因子的预测评价：如以评价区现状植被盖度为评价标准，可评价建设项目建成后植被盖度的变化率。4.2综合指数法1）分析研究评价的生态因子的性质及变化规律；2）建立表征各生态因子特性的指标体系；3）确定评价标准；4）建立评价函数曲线，将评价的环境因子的现状值（开发建设活动前）与预测值（开发建设活动后）转换为统一的无量纲的环境质量指标。用I〜0表示优劣（“I”表示最佳的、顶极的、原始或人类干预甚少的生态状况，“0”表示最差的、极度破坏的、几乎无生物性的生态状况）由此计算出开发建设活动前后环境因子质量的变化值；5） 根据各评价因子的相对重要性赋予权重；6） 将各因子的变化值综合，提出综合影响评价值。式中：AE—一开发建设活动日前后生态质量变化值；——开发建设活动后i因子的质量指标；一一开发建设活动前i因子的质量指标；一一i因子的权值。4.3指数法应用1） 可用于生态因子单因子质量评价；2） 可用于生态多因子综合质量评价；3） 可用于生态系统功能评价。4.4说明建立评价函数曲线须根据标准规定的指标值确定曲线的上、下限。对于空气和水这些已有明确质量标准的因子，可直接用不同级别的标准值作上、下限；对于无明确标准的生态因子，须根据评价目的、评价要求和环境特点选择相应的环境质量标准值，再确定上、下限。景观生态学法景观生态学法是通过研究某一区域、一定时段内的生态系统类群的格局、特点、综合资源状况等自然规律，以及人为干预下的演替趋势，揭示人类活动在改变生物与环境方面的作用的方法。景观生态学对生态质量状况的评判是通过两个方面进行的，一是空间结构分析，二是功能与稳定性分析。景观生态学认为，景观的结构与功能是相当匹配的，且增加景观异质性和共生性也是生态学和社会学整体论的基本原则。空间结构分析基于景观是高于生态系统的自然系统，是一个清晰的和可度量的单位。景观由斑块、基质和廊道组成，其中基质是景观的背景地块，是景观中一种可以控制环境质量的组分。因此，基质的判定是空间结构分析的重要内容。判定基质有三个标准，即相对面积大、连通程度高、有动态控制功能。基质的判定多借用传统生态学中计算植被重要值的方法。决定某一斑块类型在景观中的优势，也称优势度值（Do）。优势度值由密度（Rd）、频率（Rf）和景观比例（Lp）三个参数计算得出。其数学表达式如下：Rd=（斑块i的数目/斑块总数）xlOO%Rf=（斑块i出现的样方数/总样方数）xlOO%Lp=（斑块i的面积/样地总面积）X100%Do=0.5x[0.5x（Rd+Rf）+Lp]x100%上述分析同时反映自然组分在区域生态系统中的数量和分布，因此能较准确地表示生态系统的整体性。景观的功能和稳定性分析包括如下四个方面内容：a） 生物恢复力分析：分析景观基本元素的再生能力或高亚稳定性元素能否占主导地位。b） 异质性分析：基质为绿地时，由于异质化程度高的基质很容易维护它的基质地位，从而达到增强景观稳定性的作用。c） 种群源的持久性和可达性分析：分析动、植物物种能否持久保持能量流、养分流，分析物种流可否顺利地从一种景观元素迁移到另一种元素，从而增强共生性。d） 景观组织的开放性分析：分析景观组织与周边生境的交流渠道是否畅通。开放性强的景观组织可以增强抵抗力和恢复力。景观生态学方法既可以用于生态现状评价，也可以用于生境变化预测，目前是国内外生态影响评价学术领域中较先进的方法。生态系统综合评价法生态系统综合评价的内容及特征生态系统综合评价（IntegratedEcosystemAssessment,IEA）是分析生态系统提供的对人类发展具有重要意义的生产及服务能力。这种能力对于满足人类的需要非常重要,而且最终可能会影响到一个国家的发展。生态系统综合评价包括对生态系统的生态分析和经济分析,也考虑到生态系统的当前状态及今后可能的发展趋势。对生态系统服务功能的经济价值评估是在20世纪80年代末随着经济的发展和环境意识的增强而逐渐兴起的。生态系统综合评价不仅仅关注如粮食产量等单个生态系统的产品和服务,而且要对整体生态系统所能提供的产品和服务进行评价。生态系统综合评价的优点是为审视各种产品与服务之间的联系与平衡提供了一个框架。因为从这些产品和服务中所获得利益,往往会被单独隔离开来时所做的评价所遮掩。生态系统对于生产特定产品或服务时可能处于好的状态,而对于其它功能状态则不是最佳。例如一个生态系统管理的目标也许会对如食品生产十分适合,但可能会破坏生态系统的其他服务功能。生态系统综合评价的方法是先分别评价系统提供各种产品及服务的能力,再在这些产品和服务之间做出权衡。生态系统综合评价具备以下的两个基本的特征:①评价的地域性。评价的重点是生态系统本身,即在一个特定的地点下生物系统及其相关的自然环境,并考虑到影响系统的社会经济因子,这些因子或许是“本地的”（如耕作）或许是“遥远的”（如大气CO2浓度的变化）。这些具有本地或空间特征的因子信息也可以被综合,用来分析区域或全球趋势和过程。②评价的多维性。生态系统评价的设计是提供一系列指示因子,评价它们如何影响生态系统;同时评价生态系统的变化如何影响整个系列的生产和服务功能。比较而言,一维评价集中在生态系统单个产品及功能上（如木材,农业或生物多样性）或单因子对生态系统的影响（如物种入侵或气候变化）。生态系统综合评价的主要优点是它对不同产品和服务之间的平衡,从而明确从生态系统生产和服务可以获得的有利的综合发展信息。评价在时空尺度的转换及扩展评价生态系统状况的另一个难点为尺度问题。因为地球的任何一个斑块皆可被定义为一个生态系统,这样的系统外总有一系列的因子影响生态系统的功能,同时也有能流、物流及不同的产品及服务功能扩展于系统之外。比如在一个流域尺度上,海岸带生态系统也会受到河流生态系统的营养物质和沉积物的影响。同时评价的范围越大,则越易失去地方的特点,而这些特点往往是决策者们制定政策所必须的。世界范围内40%的土壤退化可能引起广泛关注,但对于土地管理者来说最需要的是获得对生态系统的全面认识。有些生态系统信息在全球尺度上也显著相关,例如全球水、氮和碳循环或物种迁移和入侵。而其他生态系统在国家及地区范围内显著相关,如耕作方式、土壤侵蚀等。6.2.1时间尺度变换短期研究不能揭示数年或几十年的变化趋势,也不能解释这些变化的因果关系;而长期过程常常隐含于“不可见的现在”(invisiblepresent)[6]。在几十年或上百年的尺度上，人们没有能力去解释一些因果关系，常常认为自然的、生态的变化过程是静止的,而低估了这些变化。同时由于生态过程中驱动因子的变化[7],生态变化的因果关系[8],空间尺度的扩展等皆会造成生态过程的迟滞效应。这就要求生态系统综合评价必须基于长期的生态研究,对生态系统的现状及其未来变化趋势做出正确的评估,从而为决策提供科学的理论依据6.2.2空间尺度变换在生态系统、景观、及其以上水平的生态系统综合评价研究,尺度的扩展十分必要。生态系统综合评价在空间尺度上分为以下几个层次:斑块尺度(patchscale),景观尺度(landscapescale)，区域尺度(regionscale)，大陆尺度(continentscale)及全球尺度(globalscale)。尺度研究也因不同的评价目的和内容而定,评价的范围可以从一定点扩展到大尺度的区域。生态系统的网络监测提供了一个更大范围的空间尺度研究，同时地理信息系统(GIS)、遥感(RS)、全球定位系统(GPS)等的发展，评价模型的应用，使得空间尺度的进一步扩展成为可能。对于特定的生态系统,在其上下有亚系统和复合生态系统,生态系统的综合评价必须考虑它们之间的相互关系。但在实际建立生态系统评价的指标体系时,有许多评价指标是无法进行空间变换或扩展的,所以不同尺度上的生态系统评价会有不同的内容和方法。对于生态系统综合评价来说,评价不仅仅要综合考虑这些因素,而且要综合考虑生态系统服务、健康、管理之间的关系。综合评价的现实目标是生态系统管理,所以评价要求在较短的时间内提供生态系统生产与服务功能的现状、变化趋势及管理所造成的生态影响等。这就要求评价研究应该能够对长期生态研究及现有的资料进行综合,并提出对策。生态系统综合评价的框架生态系统综合评价要求对所评价的对象进行深入研究。首先必须获得可靠的生态系统的基础信息(包括各因子数量、经济价值、产品及服务的状况)。长期的生态数据必须依靠长期生态监测网络获得的资料,而且必须回答所面临的生态问题,诸如环境因子变化后,不同生态系统反应有何不同?如何影响其产品及服务功能?生物多样性的变化如何影响不同生态系统产品与服务的供应及恢复能力?不同生态系统变化的极限及其敏感性如何?同时提出不同的指标体系,对所获得的信息定量化,建立包括生态、经济和科技进步在内的综合模型,为政策管理者提供不同管理选择的未来情景分析。在综合评价中,评价指标必须具有可查性、可比性和定量性。不同的生态系统,指标体系也应不同。在建立综合模型中必须保证在不同尺度上收集到的数据具有整合性,这样才能保证大尺度模型可以采用小尺度的局域性数据,而反过来可以用于局域分析。同时生态系统评价根据其目标不同,有许多种形式。如生态影响评价,主要集中在生态行为或人类活动对环境的影响,如公路建设等;生态管理评价,集中在某项自然管理的决策对未来生态的影响。一个区域的生态评价必须综合考虑自然环境与人类之间的相关性,并且寻找两者之间的平衡,其评价过程应该综合生态、经济、社会、文化的价值。评价的目标必须是可以定量化的,具有社会价值与生态相关性[9]。在综合了REO(RegionalEcologicalOffice)评价方法基础上,提出了如下生态系统综合评价的步骤：6.4总结生态系统综合评价作为一项系统工程,需要对不同的生态系统产品与服务功能之间的权衡,对生态系统做出健康诊断与评价,为生态系统管理提出科学的依据它们之间有着密切的关系,是一个比较完整的体系。生态评价的目的在于管理,而管理的基础是生态系统的现状评价和未来趋势预测,管理的任务则是对生态系统功能的现状调整。对于当前的研究来说,需要克服以下几个难点:第一,要权衡不同生态系统产品和服务功能之间的关系。这要求长期效应与短期效益同时考虑,并可达到可持续发展;第二,生态系统服务、健康诊断和管理及其评价应该在时空尺度上扩展。对于复杂的生态系统,只有在时间上摸清其变化的规律,在空间上研究生态系统之间及内部的相互作用,综合评价才可能得到正确的结果;第三,生态系统服务功能与健康诊断的指标体系的建立。不同空间尺度上的指标体系不同,如何合理建立并利用这些指标体系需要研究者针对不同情况综合考虑;第四,为生态系统产品、服务、健康及管理之间的有机结合。生物生产力评价法7.1概述生态系统的生物生产力是系统的首要功能表征。衡量其功能优劣有三个基本生物学参数：生物生长量、生物量和物种量。生物生长量是生态系统在单位空间和单位时间所能生产的有机质的数量，即生产的速率，以或亩来表示，在生态环评中，一般不需要全面测定生物（全部动植物）的生长量，多以绿色植物的生长量代表之。生物生长量既表征系统的生产能力，也在一定程度上可表征系统受影响后的恢复能力。生物量是指在一定空间内某个时期全部活有机体的数量，又称现有量，在生态环境影响评价中一般选用标定相对生物量作表征的指数。“标定”是指考虑非生物学参数的作用（如土壤中的有机质和有效水分含量等）而得出的参数。物种量是指单位空间（如单位面积）内的物种数量。物种量是生态系统稳定性以及系统与环境和谐程度的表征。生态环境影响评价中亦用标定物种量的概念并且将物种量与标定物种量的比值，即标定相对物种量，作为评价的指标（Ps）。7.2一般评价方法（1）生物生产力的一般表达式：式中：总生物生产量；净生物生产量；R生物呼吸作用消耗量；活物质生产量；L枯枝落叶量；G被动物消耗掉的生物量。（2）标定生长系数由于生物生长量的变化极不稳定，因此生态影响评价中常选用标定生长系数做指数，即取生长量与标定生物量的比值：式中：：标定生长系数，值增大，则生态环境质量趋好。：标定生物量。（3）标定相对生物量（）式中：：生物量：标定生物量：标定相对生物量，该值增大，表示生态环境质量趋好。（4）标定相对物种量（）式中：：物种量（种数/亩或种数/hm2）:标定物种量（种数/亩或种数/hm2）:标定相对物种量，该值越大，环境质量越好其他评价法包括多因子数量分析法，回归分析法，聚类分析法，相关分析法，系统分析法等8.1：多因子数量分析法生态环境在一定时间、一定范围所发生的保护是由各生态因子的变化和状态所决定的，通过测定各生态因子的变化趋势进行生态因子相关分析和主量分析，进而进行生态环境变化的趋势分析。8.2聚类分析法1内涵聚类分析是依据实验数据本身所具有的定性或定量的特征来对大量的数据进行分组归类以了解数据集的内在结构，并且对每一个数据集进行描述的过程。其主要依据是聚到同一个数据集中的样本应该彼此相似，而属于不同组的样本应该足够不相似。聚类分析的基本思想是:采用多变量的统计值，定量地确定相互之间的亲疏关系，考虑对象多因素的联系和主导作用，按它们亲疏差异程度，归入不同的分类中一元，使分类更具客观实际并能反映事物的内在必然联系。也就是说，聚类分析是把研究对象视作多维空间中的许多点，并合理地分成若干类，因此它是一种根据变量域之间的相似性而逐步归群成类的方法，它能客观地反映这些变量或区域之间的内在组合关系。聚类分析是通过一个大的对称矩阵来探索相关关系的一种数学分析方法，是多元统计分析方法，分析的结果为群集。对向量聚类后，我们对数据的处理难度也自然降低，所以从某种意义上说，聚类分析也起到了降维的作用。聚类分析算法是给定m维空间R中的n个向量，把每个向量归属到k个聚类中的某一个，使得每一个向量与其聚类中心的距离最小。聚类可以理解为:类内的相关性尽量大，类间相关性尽量小。聚类问题作为一种无指导的学习问题，目的在于通过把原来的对象集合分成相似的组或簇，来获得某种内在的数据规律。从三类分析的基本思想可以看出，聚类分析中并没于产生新变量，但是主成分分析和因子分析都产生了新变量。特点：2、聚类分析法的优点：聚类分析模型的优点就是直观，结论形式简明。3、聚类分析法的缺点：在样本量较大时，要获得聚类结论有一定困难。由于相似系数是根据被试的反映来建立反映被试间内在联系的指标，而实践中有时尽管从被试反映所得出的数据中发现他们之间有紧密的关系，但事物之间却无任何内在联系，此时，如果根据距离或相似系数得出聚类分析的结果，显然是不适当的，但是，聚类分析模型本身却无法识别这类错误。8.3系统分析法系统分析是近代数学发展起来的一种分析的方法，它既是一种解释性的，又是一种规定性的方法论，可用于深入理解和预测复杂生态系统的行为。随着应用数学以及运筹学的进一步发展，高容量、多功能的电子计算机的出现，系统方法构成了分析的主导性或基础性的方法，广泛应用于研究领域，尤其是在进行区域规划或解决方案优选问题上，该方法的使用往往有独到之处。一般做法是：将生态系统中的理化及生物学概念翻译成一套数学关系，对这套关系进行数学运算把所得结果再翻译成实体概念。通常将系统分析的内容相对地划分为系统的整体分析、结构分析、层次分析、相关分析好环境分析等。其缺陷在于过分依赖于定量的分析方法与技术，忽视超理性等超出系统分析范围的东西，导致系统分析被滥用，而达不到预期的目的。8.4回归分析法回归分析法是在掌握大量观察数据的基础上，利用数理统计方法建立因变量与自变量之间的回归关系函数表达式（称回归方程式）。回归分析法是依据事物发展变化的因果关系来预测事物未来的发展走势，它是研究变量间相互关系的一种定量预测方法，又称回归模型预测法或因果法。例如：我们可以通过对林间林木各部分如干、茎、叶等测定进行模拟而总体估算。通过选取调查样本，建立相关表达式反映林木各部分干重与测树因子的关系，其目的就是用林木较容易的测算因子来估算其他待测因子，可以实现无破坏分析估计。回归分析中，当研究的因果关系只涉及因变量和一个自变量时，叫做一兀回归分析；当研究的因果关系涉及因变量和两个或两个以上自变量时，叫做多元回归分析。此外，回归分析中，又依据描述自变量与因变量之间因果关系的函数表达式是线性的还是非线性的，分为线性回归分析和非线性回归分析。回归分析法预测是利用回归分析方法，根据一个或一组自变量的变动情况预测与其有相关关系的某随机变量的未来值。进行回归分析需要建立描述变量间相关关系的回归方程。根据自变量的个数，可以是一元回归，也可以是多元回归。根据所研究问题的性质，可以是线性回归，也可以是非线性回归。耳t线性回归方程一般可以通过数学方法为线性回归方程进行处理。8・5相关分析法1概况做环境空气影响评价需要大量的污染气象资料，可在厂址进行短期气象观测，分析其与临近气象站间气象要素的相关关系，如果相关关系好，则可利用该气象站的历史资料来估计厂址的污染气象条件。各种气象要素，除风向外，都能采用简单的线性统计相关分析的方法得出相关结果，而风向的相关，因其本身的矢量特征，必须采用特殊的分析方法。目前，矢量相关系数的定义可分为参数型和非参