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国内图书分类号：X171.1密级：公开国际图书分类号：502西南交通大学研究生学位论文人工湿地生态系统服务评价体系研究年级二〇一五级1姓名周天庆申请学位级别硕士专业环境工程指导老师黄涛教授二〇一八年五月 ClassifiedIndex:X171.1U.D.C:502SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisASTUDAYOFARTIFICIALWETLANDECOSYSTEMSERVICESEVALUATIONSYSTEMGrade:2015Candidate:ZhouTianqingAcademicDegreeAppliedfor:MasterSpeciality:EnvironmentalEngineeringSupervisor:Prof.HuangTaoMay,2018 西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要人工湿地作为一种模拟自然湿地结构与功能的人工生态系统，除了净化水体的功能外，还包括如气候调节、涵养水源、污染控制、休闲娱乐、文化科教在内的多种服务，这些统称为生态系统服务。本文研究了人工湿地生态系统服务价值评价的研究现状，总结了人工湿地生态系统服务评价工作现阶段存在的问题，基于层次分析法和模糊隶属度函数构建了人工湿地生态系统服务综合评价体系。最终以成都市环城生态区为研究对象，开展了对人工湿地进行生态系统服务评价的研究工作。研究成果一方面可以丰富环境生态学相关理论，另一方面可以为推进人工湿地技术的发展提供技术支撑和服务。论文的主要研究工作在于：1.本文在从物质生产服务、气候调节服务和文化科研服务三个方面分析人工湿地生态系统服务内涵的基础上，利用层次分析法和模糊数学理论，构建了一套人工湿地生态系统服务的综合评价模型。2.本文以成都市环城生态区为例，应用所构建的人工湿地生态系统服务综合评价模型得到成都市环城生态区人工湿地生态系统服务综合评价指数。最终结果为0.6122分（满分1分）。说明成都市环城生态区生态系统服务良好，能够为人们提供一定的生态系统服务，尤其是能在较大程度上满足成都市周边居民的文化旅游需求。关键词：人工湿地；生态系统服务；成都市环城生态区；模糊综合评价；模糊隶属函数 西南交通大学硕士研究生学位论文第II页AbstractArtificialwetlandasanartificialecosystemsimulatingthestructureandfunctionofnaturalwetland,besidespurifyingwaterbody,italsocontainsmanyservicefunctions.Artificialwetlandsprovideavarietyofservices,includingclimateregulation,waterconservation,pollutioncontrol,leisureandentertainment,culturalscienceandeducation,whicharecollectivelyreferredtoasecosystemservices.TakingEcologicalZoneAroundtheCityinChengduasanexample,thispapercarriedouttheserviceevaluationofartificialwetlandecosystem.Theresearchresultscannotonlyenrichthetheoryofenvironmentalecology,butalsopromotethedevelopmentofartificialwetlandtechnology1.Basedonthetheoryofecosystemservice,thispaperanalyzestheconnotationofecosystemserviceofartificialwetlandfromthreeaspects:materialproductionservice,climateregulationserviceandculturalresearchservice.Basedontheanalytichierarchyprocessandfuzzymembershipfunction,thispaperestablishesanartificialwetlandecosystemserviceevaluationsystem.2.Byconstructingtheweightmatrixandselectingmembershipfunction,thecomprehensiveevaluationindexofartificialwetlandecosystemservicesofEcologicalZoneAroundtheCityinChengduisobtained.Thefinalscorewas0.6122.(Theperfectscoreis1)Intheend,comprehensiveevaluationindexcombinedwiththeartificialwetlandecosystemservicesofEcologicalZoneAroundtheCityinChengduandthescoreofcontributionrate,thispaperanalyzesthecurrentabilityofecosystemservicesfromtheregionservice,ecologicalregulationofmaterialproductionandculturalresearchservicesinthreeaspects.keywords：Artificialwetland;Ecosystemservices;EcologicalZoneAroundtheCityinChengdu;FuzzyComprehensiveEvaluation;Fuzzymembershipfunction 西南交通大学硕士研究生学位论文第III页目录第1章绪论............................................................................................................................11.1研究背景及研究意义................................................................................................11.2相关研究现状............................................................................................................21.2.1人工湿地建设及发展研究现状...................................................................21.2.2生态系统服务评价研究现状.......................................................................41.3研究内容、方法........................................................................................................61.3.1研究内容.......................................................................................................61.3.2研究方法.......................................................................................................71.4研究创新性................................................................................................................71.5研究技术路线............................................................................................................8第2章人工湿地及生态系统服务基本概念........................................................................92.1湿地............................................................................................................................92.1.1湿地的定义...................................................................................................92.1.2湿地的分类...................................................................................................92.1.3湿地功能.....................................................................................................102.2人工湿地..................................................................................................................122.2.1人工湿地的定义.........................................................................................122.2.2人工湿地的分类.........................................................................................122.2.3人工湿地研究意义.....................................................................................132.3生态系统服务基本概念..........................................................................................132.3.1人工湿地生态系统服务的定义.................................................................132.3.2人工湿地生态系统服务内涵.....................................................................14第3章人工湿地生态系统服务评价指标体系建立..........................................................163.1模糊综合评价生态系统服务可行性分析..............................................................163.2人工湿地生态系统服务指数..................................................................................163.3模糊综合评价法的基本原理..................................................................................163.4人工湿地生态系统服务模糊综合评价步骤..........................................................17 西南交通大学硕士研究生学位论文第IV页3.4.1人工湿地生态系统服务子功能.................................................................173.4.2准则层及指标层判断矩阵.........................................................................183.4.3一致性检验.................................................................................................193.4.4确定评价指标原始值.................................................................................193.4.5选取指标层各指标模糊隶属度函数.........................................................193.4.6计算指标模糊隶属度.................................................................................193.4.7计算人工湿地生态系统服务评价指数.....................................................203.5人工湿地生态系统服务综合评价体系..................................................................20第4章成都市环城生态区生态系统服务综合评价..........................................................234.1成都市环城生态区湿地类型及功能划分..............................................................234.2成都市环城生态区概况..........................................................................................234.2.1生态区地理位置及区域范围.....................................................................234.2.2生态区地质地貌.........................................................................................244.2.3生态区气候水文特征.................................................................................244.2.4生态区生物多样性.....................................................................................264.3成都市环城生态区人工湿地生态系统服务评价体系..........................................284.3.1评价范围.....................................................................................................284.3.2评价体系.....................................................................................................284.3.3构造判断矩阵.............................................................................................294.3.4成都市环城生态区评价指标模糊隶度.....................................................334.3.5综合评价结果.............................................................................................434.4成都市环城生态区生态系统服务利用现状..........................................................434.4.1物质生产服务较弱.....................................................................................434.4.2生态调节服务基本满足.............................................................................444.4.3文化科研服务显著.....................................................................................444.5成都市环城生态区建设及管理建议......................................................................44结论........................................................................................................................................46致谢........................................................................................................................................48参考文献................................................................................................................................49 西南交通大学硕士研究生学位论文第1页第1章绪论1.1研究背景及研究意义纵观人类发展的历史长河，随着科学技术的不断进步，经济得到了前所未有的发展，同时伴随着人类活动所造成的环境污染也在愈演愈烈，生态系统的压力逐渐增加，全世界都在积极寻找能够可持续发展的新路径。对于我国而言，改革开放40年取得的骄人成就值得每一位中华儿女为之欣喜，然而随着经济的飞速发展和城市化进程的加快，污染物排放量不断增加，城镇居民生活环境不断恶劣，城镇居民对于蓝天绿水的呼声在糟糕自然环境的影响下日益见长。面对我国环境问题的日益严重，“十八大”以来，在保证经济快速发展的同时，中央大力推进生态文明环境建设并积极倡导和谐发展的经济发展理念，特别是2013年以来随着《大气污染防治行动计划》《水污染防治行动计划》和《土壤污染防治行动计划》的先后发布，全国的生态环境特别是城镇居民的生活环境质量正在逐步提升。在我国的高速城市化进程的背景下，城市水生态环境堪忧，人工湿地的建设应运而生，同时人工湿地的建设也得到越来越多的社会关注，除了传统的净化水体的功能外，随着人工湿地建设水平的不断提升，人们赋予人工湿地的功能也更加多样化。公众对城市人工湿地的认可正在逐步加深，我们必须认识到无论是哪种生态系统其核心实际上都是处理人与生态环境的关系，同样的，集建设开发和自然保护于一体的人工湿地生态系统就是在处理人工湿地和周边人口、物质、气候、环境等方面的关系，它不仅可以在一定程度上起到保护城市水资源的作用，更能将原本独立的、相互之间缺少联系的城市水体同公众生产生活联系成为一个完整的城市水环境生态综合体[1]。这样的城市水环境生态综合体不仅可以利用湿地自身的净化功能完成污水处理，同时还能为各种野生动物提供栖息之所，从而在一定程度上帮助保持物种多样性。同时城市人工湿地也是“海绵城市”建设的重要手段，利用其原本的水体优势能够有效防止暴雨天气下的城市内涝，为城市提供蓄水和调水的作用，现在的城市人工湿地在选址、设计和服务对象上都拥有较多考量，建设完成的城市人工湿地往往开发成为城市生态公园，在保证其自然功能的同时，其人文价值的利用程度也在逐步提升，公众能够直接享受城市 西南交通大学硕士研究生学位论文第2页人工湿地的建设成果，无论是休闲娱乐还是文化科教都俨然成为城市人工湿地不可或缺的重要功能。对于人工湿地的合理评价逐渐成为一项重要工作，它是对人工湿地保护和合理建设的重要基础。科学、合理的对人工湿地的各种服务功能进行评价，有利于提高我国人工湿地建设研究、监测、保护和利用的水平。这些工作都为人工湿地的规划和建设提供合理利用的科学依据，同时也能在很大程度上提高生态环境质量、保证区域生态环境发展[2]。人工湿地作为一种模拟自然湿地结构与功能的人工生态系统。它能为人类提供多种服务这其中就包括生态调节、水量控制、污染处理、休闲娱乐、文化科教在内的多种服务，这些统称为生态系统服务[3]。然而有关人工湿地的研究重点主要在于人工湿地的处理机理和处理效果上，面对人工湿地所带来的日益丰富的生态系统服务，所能提供的研究方法和研究成果相对较少。本文着力从生态系统服务角度构建人工湿地综合评价体系，力求对人工湿地的生态系统服务进行细致的分析，以期望为人工湿地的建设和管理提供借鉴意义。1.2相关研究现状1.2.1人工湿地建设及发展研究现状追溯到1903年的英国，人工湿地处理污水项目首次应用，这普遍被认为是世界上的第一个人工湿地，它建成的主要作用是进行污水处理[4]。20世纪70年代以后人工湿地建设进入一个快速发展时期，因为人们对人工湿地处理污水的基本原理有了掌握，研究者发现在人工湿地处理污水时高等植物在其中发挥着重要作用。高等植物的光合作用能够将空气中的二氧化碳转化为氧气，并通过自身根部供给湿地水体和土壤中的微生物，从而创造了一种富氧的微环境，在这种情况下微生物会逐渐向水生植物根部区靠拢，利用植物根部的氧气进行异养分解，消耗氧气同时为植物提供无机营养元素，如此微生物便与水生植物建立了共生合作关系，从而在微生物的帮助下使得水体中污染物的处理速度被极大的提升。并且在远离根区的地方氧气含量逐渐降低，从而提供了兼氧和厌氧环境，有利于兼氧和厌氧净化作用[5]。自此美国、欧盟等相继建造了许多不同类型及不同功能的湿地，世界各地也都掀起了一股改造并建设人工湿地的热潮。在美国，人工湿地的建设已经相当普遍，其中污水处理功能是这些人工湿地的主要作用。例如位于加利福利亚洲普拉多湿地，利用不到500公顷的湿地面积每日处理 西南交通大学硕士研究生学位论文第3页污水达到2.2万m3，并且该湿地处理的污水是当地饮用水的重要来源；同样还有水晶花园湿地，这个湿地坐落于亚利桑那洲，面积只有普拉多湿地的十分之一，但是日处理量却为1.1万m³。该湿地的建造目的同样是为了让当地居民获得符合标准的饮用水[6]。人工湿地净化水资源的作用不仅包括饮用水也包括农业用水，位于加利福利亚洲洛斯巴诺斯特纳道的农场湿地的主要功能就是为周边的农田提供干净的农业用水，主要用于处理葡萄酒酿造厂排放的污水；位于加利福利亚洲巴诺湿地，该湿地的主要作用也是处理农业废水只不过这里的农业废水主要以草原畜牧业废水为主，通过人工湿地的水处理作用降低废水中的硝酸盐浓度，从而保护野生动物不被废水中污染物毒害[7,8]。还有些湿地用于处理暴雨径流，如洛杉矶Cappitancellos池塘湿地，主要用于缓解洪水排放。随着单一功能人工湿地的建设，复合功能的湿地也逐渐映入眼帘，圣地亚哥的TMDL湿地就是一种复合功能湿地，该湿地不仅可以防止城市因暴雨导致的“内涝”，还可以用于去除临近河水中的污染物[9]。位于英国的伦敦城市湿地距离伦敦市区仅6公里，面积为43公顷，该湿地最大的特点在于不是一整片湿地而是由多个不同规模的池塘结合不同类型植被所构成。通过不同类型的植被与池塘的组合，整个湿地呈现了多样化的湿地结构和湿地外貌。与此同时多池塘的组合也在很大程度上调节了中心城区环境微气候，改善了空气质量。而且良好的生态环境也为大量野生动物尤其是鸟类提供了栖息的场所，形成了生物种类多样的人工生态系统。同时多样化的湿地景观和丰富的生物资源也吸引了大批的游客在此处休闲娱乐，充分展现了人与自然的和谐相处。与伦敦城市湿地类似的还有马来西亚的吉隆坡普特拉贾亚湿地公园，该湿地公园在设计修建时就以当地最著名的一条河流——SungaiChuauh河流为基础，湿地面积超过600公顷，主要都分布于河道两侧，该湿地也具有多重功能性不仅能有效去除水体中的污染物，还能防止因夏季暴雨导致的河水泛滥问题，良好的湿地环境设计也为当地市民提供活动场所，不仅能够用于文化休闲活动还能作为市区紧急避难场所。特拉贾亚湿地公园成功地改善了当地面临的多种环境问题，同时也满足了文化娱乐需求。上文中所列举的国外人工湿地建设只是惊鸿一瞥，实际上人工湿地建设已经从最初的污水处理诉求向更多功能集合体发生转变，人工湿地作为自然湿地生态系统的模拟，原本就应该承担更多的生态系统服务，而不仅仅是污水处理、饮用水净化等，随着开发者和使用者对于人工湿地所能提供的生态系统服务要求的提升，人工湿地将承载越来越多 西南交通大学硕士研究生学位论文第4页生态系统服务，这些功能将伴随着人工湿地建设的发展而逐渐成为人工湿地建设的必不可少的决定性因素。长期以来，受制于人工湿地的功能性，诸多研究者对于人工湿地的研究成果主要集中在其净化机理及效果方面[10]。这其中就包括大量的关于人工湿地对于氮、磷等无机污染物去除方法和去除效果的研究，研究表明人工湿地去除污水的中氮元素的主要通过特殊微生物的氨化作用、硝化作用以及反硝化作用，还有利用植物的吸收还有氨气的挥发。而人工湿地的脱磷过程则主要依赖土壤和基质的吸附作用，还有植物及微生物对磷元素的吸收来完成。1.2.2生态系统服务评价研究现状1.国外关于生态系统服务评价研究现状19世纪60年代出版的《HumanandNature》中记载了地中海地区的人类活动对于生态系统服务的破坏，这标志着的生态系统服务研究的首次探索，同时研究人员开始发现，分解者对生态系统内物质再循环的重要作用[11,12]。1935年伴随着英国学者提出了生态系统的概念，此时的生态学研究目标发生了重大改变，从原来的生物角度转向以生态系统为研究目标。并且以往的生态学研究更多的关注于生态系统结构，此后的研究则将重心转移到了生态系统功能方向。而生态系统服务的概念则到1970年才被正式提出，当年SCEP的《人类对全球环境的影响报告》首次提出了这个概念。同时这份报告中也列举了生态系统对人类环境的多种服务功能，这是该研究领域一个重要的里程碑[13]。此后，各国学者在生态系统服务方面做了大量的研究。Holdren和Ehrlich[14]进行了全球环境服务功能的研究Westman[15]则进行了自然服务功能的研究，这两项研究均指出生态系统服务的效果受到生物多样性的严重影响。至此，产生了生态系统服务的概念并开始有了初步的研究。直到1990年生态系统服务价值评价才逐渐展开[15]。特别是在20世纪90年代后期生态系统服务的相关研究取得了突破性进展。其中最重要的当属Daily等人为生态系统服务进行了较为详细的描[16]，根据其对生态系统服务的研究已有了生态系统服务评价体系的雏形。同年Costanza[17]等人对生态系统服务的内涵进行了更加详细的描述，他们将生态系统的服务功能分为17个类型。这些类型包括了生态系统可能影响的方方面面，如干扰调节、土壤形成、营养循环、废物处理、授粉、生物控制、栖息地、基因资源、 西南交通大学硕士研究生学位论文第5页娱乐、文化等，并结合服务类型建立生态系统服务价值评价体系。此后的千年生态系统评估项目更是在之前研究的基础上深刻探讨了生态系统与人类发展的密切联系，并重点探讨了对生态系统服务进行评估的重要性和实际操作方法[18,19]。这些研究都为生态系统的发展和保护奠定了良好的科学基础。2.国内关于生态系统服务评价研究现状在我国，最早期人工湿地的研究在1986-1990年期间开始[20]。众多研究者为人工湿地的净化机理提供了宝贵的建设意见，并提出了各种可行的人工湿地建设模型。但是对人工湿地的评价工作仍停留在对净化机理及其效果的评价，并未对人工湿地的气候调节、土壤形成、储水蓄水等生态功能进行深入的评价[21]。关于我国的生态系统服务的研究及其价值评价工作的首次尝试是20世纪80年代初期进行的全国森林资源价值核算研究工作[22]。这次的森林生态系统价值核算虽然没有直接说明价值核算就是生态系统服务价值评价，但是整个工作的思路是以生态系统服务内涵为主要核心。在此之后又有学者从其他理论出发构建了森林生态经济效益系统评价的指标体系，采用价值评价法的工作进行了森林经济效益的评价和分析工作[24]。相比于国外的研究进展可以看出我国虽然起步稍晚，但是诸多研究者对于生态系统服务研究的前景非常乐观，并且我国资源丰富，生态系统种类多样具有良好的资源依托。此后欧阳志云等对生态系统服务的内涵以及生态系统服务的价值评估方法都进行了深入的研究[25]。在进行了大范围的数据考察后最终完成了对中国陆地生态系统服务间接价值的估算，发现其蕴含着巨大的生态经济效益[26]。同年毕绪岱[27]和候元兆[28]评估了具体生态系统的服务功能。谢高地[29]等、赵同谦[30]等、余新晓[31]等分别估算了自然草地、地表水和森林三大生态系统服务价值，这不仅是生态系统服务价值评价工作的重大进展，同时也是对中国领土范围内生态系统的一次综合盘点。这期间国内关于生态系统服务价值评价的相关研究大都依附于Costanza提出的生态系统服务价值评估体系[2]。此后谢高地又在原有评价体系的基础上建立了新的生态系统服务评估单价体系。直到2008年董金凯、贺锋、吴振斌等才对人工湿地进行了生态系统服务评价，从生态系统服务理论出发对人工湿地进行价值化，从而衡量人工湿地的生态系统服务价值[32]。从上文的生态系统服务评价工作中可以发现大多数学者在研究过程中都是以生态 西南交通大学硕士研究生学位论文第6页系统服务的价值量来进行衡量服务的效果，常见的方法通常是市场价值法、恢复费用法和影子工程法等多种价值评价方法的综合应用得到某种生态系统的价值量[33,34]。这些方法虽然被用于不同的服务类型，但依然存在具有许多不完善的地方。评价结果会产生较大误差，虽然有学者在进行生态系统服务评价的过程中有提出相应的去重复性方法（如能值分析法）但是其对于生态系统服务的评价的核心方法依然没有改变[35]。纵观国内外人工湿地建设及评价研究现状，还存在以下一些不足：1.人工湿地功能评价体系不完善。原有的研究工作更多的关注人工湿地的处理机理和出水水质。2.现有评价方法易产生误差。现在多采用价值评价方法来研究生态系统服务问题，在研究过程中有些价值可能被重复计算，而有些价值则根本无法计算，往往出现服务价值的重复性计算[36]。1.3研究内容、方法1.3.1研究内容基于上述的人工湿地及生态系统服务的研究现状，本文拟从以下四个方面展开研究：1.资料数据收集整理：主要介绍本论文的选题背景，研究目的及意义，分析国内外关于人工湿地生态系统评价方法的研究现状。并对成都市环城生态区的背景资料进行细致整理，包括设计理念，目前现状及生态功能。2.生态系统服务基础研究：简述生态系统服务理论的相关概念及其对于人工湿地建设及评价的意义，对现有生态系统服务评价模型进行介绍和分析。3.生态系统服务评价指标体系的建立：明确评价的主要内容，结合人工湿地的特点和生态系统服务理论从供给服务、调节服务、文化服务三个方面筛选评价指标，建立评价指标体系。4.综合评价分析：利用构建的综合评价体系结合模糊隶属度函数法对成都市环城生态区的生态系统服务进行评价研究，最终分析现有生态系统服务效果并对人工湿地提出管理建议。 西南交通大学硕士研究生学位论文第7页1.3.2研究方法本论文选用的研究方法分为定性分析和定量分析两种。1.定性分析：通过查阅文献资料、分析湿地功能和生态系统服务的内涵进一步论证对人工湿地开展生态系统服务评价工作的可行性。总结人工湿地开展生态系统服务评价工作的意义，并分析成都市环城生态区的生态系统服务类型。2.定量分析：基于模糊综合评价理论，采用层次分析法和模糊隶属度函数法构建人工湿地生态系统服务综合评价体系。分析评价指标、计算指标得分最终得到成都市环城生态区生态系统服务评价结果，从而对人工湿地的建设和管理提出建议。1.4研究创新性本文以成都市环城生态区为研究对象，分析人工湿地的生态系统服务，从生态系统服务理论出发，利用层次分析法和模糊数学理论，构建了一套人工湿地生态系统服务的综合评价模型，并得到了成都市环城生态区生态系统服务综合评价指数。 西南交通大学硕士研究生学位论文第8页1.5研究技术路线文献调研了解人工湿地建设了解生态系统服务的现状评价的方法对比分析，提出研究课题人工湿地生态系统服务评价研究整理成都市环城生态区实地调研收集数据现状资料构建综合评价指标体系评价成都市环城生态区生态系统服务能力提出人工湿地建设及管理建议图1-1研究技术路线图 西南交通大学硕士研究生学位论文第9页第2章人工湿地及生态系统服务基本概念2.1湿地2.1.1湿地的定义湿地作为自然界中最富生物多样性的生态系统，同时它也是生态功能最高的生态系统。由于湿地复杂生态结构的制约，在此之前已有诸多学者根据他们的研究经历对其定义进行描述，截至目前湿地已经有50种以上的定义[37]。但是国际上仍然没有一个标准的湿地概念。1971年，是湿地生态系统保护和发展的重要里程碑，这一年在伊朗的拉姆萨会议上通过了《关于特别是作为水禽栖息地的国际重要湿地公约》，简称《湿地公约》[38]。湿地公约中给出了一条比较客观合理的湿地定义：天然的或人工的、永久或暂时的沼泽地、泥炭地及水域地带，带有静止或流动的淡水、半咸水及咸水水体，包含低潮时水深不超过6米的海域。包括河流、湖泊、沼泽、近海与海岸等自然湿地，以及水库、稻田等人工湿地[39]。该定义首先包含了天然湿地和人工湿地两大类，其次包含了多种湿地水域的种类并且对水深进行了明确的要求，无论是该定义的科学性还是概括性都得到了国际湿地研究者和工作者的认可。从定义中可以概括出湿地的主要特征包括两点：首先，水是湿地定义中的关键词也是湿地研究的核心，其次无论是咸水或是淡水，流动或静止，水域覆盖都成为湿地独特的系统特征[40]。2.1.2湿地的分类虽然国际上目前已经有普遍适用的湿地分类方式，但是中国地形多样和气候跨度大，为此1999年国家林业局在进行全国湿地资源调查后将中国的湿地划分为五大类，分别是：近海与海岸湿地、河流湿地、湖泊湿地、沼泽与沼泽化湿地、库塘等。1.近海与海岸湿地：海岸线湿地是前海岸线、近海及海岸湿地发育在陆地与海洋之间的特殊湿地类型，由于近海岸线的特殊地理位置和陆地与海洋间强烈的交互作用，使得海岸湿地具有生物多样性丰富、生产力高等特点[41]。2.河流湿地：河流是地表物质迁移的重要载体，在我国每年从陆地地表径流汇入海洋的水量就达到了26000亿立方米，这部分水量便成为了海陆之间水循环的重要组成 西南交通大学硕士研究生学位论文第10页部分。在我国流域面积在100km2的河流约5万多条，并且有超过1500条河流的流域面积在1000km2以上，分布在我国的华中、华南和东北部地区。我们可以看出，虽然我国河流虽多，但在地区分布上很不均匀[42]。3.湖泊湿地：世界上的绝大多数湖泊都成形于一定的自然地理背景。全国现有大于1km2天然湖泊总面积835.15km2，占到全国陆地总面积的0.87%。并且我国不同地区水文地质差异巨大，导致湖泊海拔高度差异大，有的湖泊位于世界海拔制高点，同时也存在位于海平面以下的湖泊；同时湖泊水量也存在巨大差异，浅水湖与深水湖并存；有淡水湖，也有咸水湖和盐湖等等。并且在我国无论何种地质结构下都能见到湖泊的身影。同时受各地区各民族的风俗习惯影响对于湖泊也有不同的称呼：如太湖流域一般称湖泊为荡、漾、塘；内蒙古普遍称为诺尔、淖或海子；而到了川藏地区则将湖泊称为措或茶卡[43,44]。4.沼泽及沼泽化湿地：作为最主要的湿地类型，我国沼泽湿地面积共计2173.29万公顷，该比例占到天然湿地面积的46.56%[45]。沼泽湿地具有特殊的湿地特点，如湿地范围内地表湿润程度高，同时植被和成土过程也具有特殊性，对于不同地区的沼泽湿地其泥炭积累的程度和方式都不同[46]。沼泽湿地分布广泛，全国各地均有不同规模的沼泽湿地[47]。5.库塘湿地：在一定程度上库塘湿地是人工湿地的一部分。广义的库塘湿地是指以灌溉、水电、防洪等社会功能为主的人工蓄水设施。全国各地的江河上游、天然湿地区的周边区域都是建设库塘湿地的优良选择。特别是在长江中、下游地区，由于长江特殊的水电功能和灌溉需求这里成为全国范围内库塘湿地分布最集中的地区[48]。2.1.3湿地功能1.湿地的景观性湿地自然结构独特，它是陆地生态系统和水生生态系统的过渡区域，在自然环境功能上具有承上启下的重要作用。在湿地中具有明显的植被、土壤、水位和盐度的变化情况，这些变化受湿地本身形态和地表结构影响呈现出梯度变化和斑块变化特征，这些变化便于形成在空间分布上的湿地景观。同时湿地也会产生时间周期变化，时间变化帮助湿地产生时间分布上的湿地景观[49]。2.维持生物多样性 西南交通大学硕士研究生学位论文第11页湿地生态系统虽然仅占地球表面积的6％，但是却为世界上20％的生物提供了生存环境[50]，因为湿地处于水陆交互作用的区域，正是这样的水陆交互作用区成为了许多珍稀濒危动物特别是珍稀水禽所必须的栖息、迁徙和繁殖的场所，这对于保护生物多样性，维持生物丰富度起着至关重要的作用。在我国，湿地总面积约占国土面积的5%，但却为超过50%的鸟类及其他生物提供繁衍生息的场所[51]。我国著名的袁隆平院士便利用海南湿地的野生稻资源，通过杂交技术培育出具备高产、优质、抗病等特性的优质杂交水稻[50]。3.固定二氧化碳和调节区域气候湿地生态系统中往往会积累大量的有机碳和无机碳，这是由于湿地中水分过于饱和的厌氧环境所产生的。因为湿地中的微生物活动频率较低，分解释放CO2的过程也相对缓慢，这便于土壤中有机质的存储，进而起到了对碳元素的固定作用[52]。一旦湿地遭到破坏，湿地的固碳功能将会削弱，同时导致湿地中的碳元素也会氧化分解，从而将加剧全球变暖的进程，这无疑对区域甚至全球生态环境造成严重影响[53]。湿地能够有效的调节区域微气候。由于湿地原有水分的蒸发和湿地植被的蒸腾作用，可使附近区域的温度降低、湿度增大。这会对湿地周边区域的气候具有明显的调节作用[50]。4.降解污染和净化水质湿地生态系统具有非常强大的自净能力。一般情况下湿地水流速度缓慢，有利于污染物沉降。同时湿地中生长的植物和微生物等通过一系类物理化学作用，包括物理吸附、生物吸收和化学变化等，利用这些作用湿地能够有效吸收、分解和转化污水中的污染物，从而使湿地水体得到净化[54]。5.减缓径流和蓄洪防旱湿地具有超强的蓄水性和透水性，是蓄水防洪的天然屏障，湿地土壤的饱水性能有效缓解强降雨情况下的水量突增，同时也能在枯水期对河道和地下水环境进行水量补给[50]。许多湿地处于地势低洼地带，并与河流相连，在暴雨来临时河流将过量的水分存储在湿地中，从而使得水量被缓慢释放，减弱洪水所带来的影响。而在干旱季节，湿地又可以将河流丰水期间储蓄的水量向周边地区排放。因此湿地对区域水量控制、河川径流调节和维持区域水平衡发挥着积极作用[40]。 西南交通大学硕士研究生学位论文第12页6.湿地水资源功能湿地是地球上重要的淡水储蓄地，湿地不仅能为生产生活用水提供充足的保障，同时也是地下水补给的主要来源。湿地可以连接沼泽地、河流、湖泊和水库等。其在输水、储水和供水方面都发挥着巨大作用。如果湿地生态环境遭受破坏或者导致湿地消失，会严重影响区域地下含水层的补给，导致地下水水位线下降，严重情况下还会导致地面沉降。因此，湿地是人类淡水资源的重要源泉。7.丰富的产品资源湿地生态条件良好，水源和养分都相对充足，有利于水生动植物生长，因此湿地在物质生产方面同样具有极大的潜力，据统计每平方米湿地可年均可生产2公斤左右的有机物质[53]。湿地除了可为人类提供丰富的水产品、粮食、水果等食品外还可提供包括皮革、木材、药材等在内的原料产品。所以说湿地是人工养殖和湿地经济植物种植的优良场所[51]。8.湿地的社会功能复杂的生态系统、密集的动植物群落分布、珍贵的濒危物种、艺术的自然景观等要素，使湿地成为人类休憩旅游以及教育和研究的理想场所是人们闲暇时间的出行散步玩耍的好去处，可以让人们了解许多奇妙的动植物，增长人们的见识。2.2人工湿地2.2.1人工湿地的定义人工湿地是指由人工建造或者控制运行的类似于沼泽的地面，将污泥、污水合理加入到人工建造的湿地上，污水和污泥沿一定的方向流动，利用植物、微生物和土壤等的物理、化学、生物的共同作用，对污水有效处理的综合系统[55]。2.2.2人工湿地的分类因为具有一定的人为设计需要，因此常见的人工湿地分类方式有建设目的分类和建设构造两种。 西南交通大学硕士研究生学位论文第13页表2-1人工湿地分类分类方式分类特征主要作用人工生境湿地用于协助天然湿地的生物多样性保护人工水产湿地用于农业生产与水产养殖按建设目分类人工抗洪湿地用于控制调节区域水量人工处理湿地用于污水污物的处理草沉水植物湿地湿地植被类型浮游植物湿地建设构造分类挺水植物湿地湿地水位分类潜流型和表面流水流流向分类垂直流和水平流2.2.3人工湿地研究意义探究人工湿地的研究意义应从以下两个方面，一方面是人工湿地在建设时就是模拟自然湿地生态系统结构，应该具有天然湿地的相关功能及作用，即人工湿地的功能性。另一方面，应该关注于人工湿地对比与自然湿地的独特性，人工湿地建设的便利性和可直接利用性。人工湿地的评价工作原则上等同于自然湿地评价工作，不同的是在开展人工湿地评价工作时应着重考虑人工湿地的建设目的和建设成效，相比于自然湿地的利用程度，人工湿地应更关注于其利用程度，脱离了建设目的和建设成效的人工湿地评价工作都是纸上谈兵。2.3生态系统服务基本概念2.3.1人工湿地生态系统服务的定义目前对于生态系统服务的概念还有不同界定，总结诸多研究者的科研成果可以总结出目前国际上比较常用的概念有两个：生态系统服务是自然生态系统及其物种维持和满足人类生存，维持生物多样性和生产生态系统产品（如海产品、牧草、木材、生物燃料、自然纤维、药材、工业产品及其原料）的条件和过程[57]。或者说生态系统服务是指人们从生态系统获取的所有效益的总和，无论是自然生态系统还是人工生态系统；无论所能提供的服务是直接和间接的、有形的和无形[2]。对人工湿地生态服务的评价就是对人工湿地所提供的所有服务进行整合，评估其 西南交通大学硕士研究生学位论文第14页服务效果，同时分析其服务原理[40]。评价工作的开展离不开评价标准的确定和评价指标的选取，在选取对应的评价指标后通过一定步骤确定对应指标的上下限范围，进而对人工湿地生态系统服务效果的优劣程度做出定量评估，从而进一步的了解人工湿地生态系统的保护和开发工作[58]。同时，人工湿地生态系统服务的评价工作要求的学科跨度较大，对于多种自然学科和社会学科都有涉及。2.3.2人工湿地生态系统服务内涵1.供给服务物质生产服务：因为人工湿地是在模拟天然湿地生态结构的基础上建设、因此人工湿地往往具有良好的生物生长环境，其中水量充足，多种养分集中于湿地土壤和水体中，对水生动物和水生植物的生长都非常有利，因此人工湿地能够为人类提供丰富的各类物质产品[51]。2.调节服务1.调节气候服务：人工湿地生态系统能够对湿地周围生态环境起到重要的调节作用。通过植物的光合作用能够有效吸收CO2，并释放O2，这一过程能在很大程度上降低温室气体的排放。此外，湿地生态系统还可以通过湿地水分的蒸发以及植物的蒸腾作用改善区域气候，使得区域温度得到降低，空气相对湿度得以增加。最后，某些特殊植物还可以吸收空气中的有害气体，减轻大气中有害气体的组分[40]。2.水文调节服务：水文调节是人工湿地服务的重要方面，现阶段人工湿地的修建基本都围绕城市或区域水系进行建设，在保留原有湖泊，草地的基础上，结合区域河道位置修建和改造人工湿地，使得人工湿地具有调节区域水系的功能，降低城市“内涝”的风险，作为“海绵城市”建设的重要组成部分，人工湿地的水文调节功能不容忽视。3.水质净化服务：人工湿地生态系统本身具有非常强的自净能力。缓慢的水流速度便于水体中的杂质及有毒物质的自然沉降。并且，当中植物可以拦截污染物，吸收有毒有害物质；同时湿地中的细菌等微生物也会利用其自身的物理化学作用完成对污染物的吸收、分解和转化，从而使污水得到净化。最初修建的人工湿地的主要功能就是净化水质，水质净化效果和净化量往往是人工湿地建设的重要指标。4.生物调节服务：人工湿地的生物调节功能实际上就是为生物提供了栖息地，从而保证了生物正常的生命活动。人工湿地生态系统为很多野生动物提供了繁衍生息的场 西南交通大学硕士研究生学位论文第15页所。近年来，随着公众对鸟类和濒危物种的广泛关注，人工湿地为这些鸟类提供栖息地的功能也逐渐进入研究者的视野[50]。3.文化服务独特的自然景观也赋予了人工湿地的科研功能，丰富的动植物群落使湿地有了更加广阔的科研前景。同时随着人们物质生活水平的不断提高，人类对于青山绿水和良好自然环境的要求也在逐步提升，人工湿地独特的自然环境俨然成为越来越多旅客的首选。 西南交通大学硕士研究生学位论文第16页第3章人工湿地生态系统服务评价指标体系建立3.1模糊综合评价生态系统服务可行性分析通过研究可以发现目前的人工湿地生态系统服务评价研究主要存在以下3个问题。首先，国内外研究者对人工湿地的评价方向较单一，诸多研究仍然以人工湿地污水处理效果和植被、机制组合为研究的切入点，这样的做法无疑是忽视了生态系统结构与服务之间的复杂关系，从而影响了评价结果的综合性和应用价值。其次，对生态系统服务的评价工作主要集中于价值评价方法，常见的评价工作都是将整个评价过程转化为探讨物质生产、水源涵养等服务的等效价值量，而对气候调节、干扰调节、营养循环和栖息地这类隐形服务内容较少考虑在内。对非使用价值的鲜有涉及，严重影响了人工湿地生态系统服务评价工作的综合性。除此以外，常规的市场评价技术都是将各种服务的等效价值进行简单累加，最终和人工湿地建设成本进行对比，这样容易产生比较大的误差[32]。现有的人工湿地生态系统服务价值评价模型较多来源于草原、地表水、天然湿地等生态系统的传统模型，这些自然生态系统和人工湿地生态系统最大的区别就是人工湿地的目的性。因此本文的人工湿地生态系统服务综合评价体系将以综合性和目的性为主要诉求进行构建。3.2人工湿地生态系统服务指数本文中的人工湿地生态系统服务综合评价结果以人工湿地生态系统服务指数表示（IndexofEcosystem-serviceofConstructed-wetland,IEC）该指数是利用层次分析法(AnalyticHierarchyProcess,AHP)和模糊隶属度函数法(FuzzyMembershipFunction,FMF)结合人工湿地生态系统服务的提点建立的[59]。模糊综合评价法的主要思路是采用模糊数学理论将生态系统服务的各项指标与对应模糊隶属函数的上下限进行对照，得到原始值与服务效果的函数关系，进而得出评价指标的模糊隶属度，在此期间计算得到指标权重，最终将权重系数与模糊隶属度相乘，得到的人工湿地生态系统服务综合评价指数就是最终的评价结果[40]。3.3模糊综合评价法的基本原理模糊综合评价法将本来只能在两者间的所属关系推广到可以为闭区间[0,1]内任意 西南交通大学硕士研究生学位论文第17页数值，使最终结果以数字的形式直观展现。通过构造模糊隶属函数，实现了不同指标不同单位数据的无量纲化。通常状况下，不同指标对于最终评价结果的影响方式不同，这就导致了不同指标对应的模糊隶属函数关系也不同。一般分为成本型、效益型、适度型和区间型等[59]。3.4人工湿地生态系统服务模糊综合评价步骤采用模糊综合评价法对人工湿地生态系统服务综合评价一般通过7步完成。IEC评价模型的基本结构如图3-1所示。结合生态系统服务理论建立层次分析模型，确定综合评价指标体系参照相关文献确定准则层和指标层比较判断矩阵层次分析法一致性检验根据研究对象指标层的指标特点，确定原始值根据模糊数学理论，构建指标层各指标模糊隶属度函数将各指标原始数据带入模糊隶属函数，求模糊隶属度得到权重与相应指标模糊隶属度乘积，最后求和得到IEC图3-1IEC评价模型的基本结构图3.4.1人工湿地生态系统服务子功能前文中已经详细描述了人工湿地生态系统服务的具体内涵，其中包括了供给服务、调节服务和文化服务三个方面。结合层次分析法的评价准则，本文在构建综合评价指标的过程中，基于生态系统服务理论将其三个生态系统服务设定为准则层。由于不同人工湿地的建设要求不同，这就导致了即便同一片区域内的湿地，由于其特征指标的不同人工湿地所变现出来的生态系统服务也存在着明显区别。因此，在对人工湿地生 西南交通大学硕士研究生学位论文第18页态系统服务进行评价时应首先考虑其建设目的，再此基础上确定其子功能并选取层次分析法的指标层指标。3.4.2准则层及指标层判断矩阵本文采用构建判断矩阵求出其特征向量的方法对人工湿地生态系统服务评价中的各项指标进行赋权。判断矩阵的构建可以参照多种方法，如专家打分、主观对比法等确定评价指标间两两之间的重要程度，从而得到指标重要程度的评定等级，由得到的重要程度评定等级参照比例标度表为各种指标进行赋权，进而构建比较判断矩阵，通过计算最终得到每种指标的权重。本文所采用的重要程度比例标定表如下。表3-1重要程度比例标定表因素重要程度量化值同等重要1稍微重要3较强重要5强烈重要7极端重要9两相邻重要程度中间值2,4,6,8根据层次分析法的数学理论基础，利用MATLAB计算软件，计算各个判断矩阵的权重向量。目前权重计算常用的方法较多，都需计算矩阵的最大特征根及相应的特征向量，其中属和法最为简便也最易被接受，详细介绍见下文。设判断矩阵为A，采用和法确定其最大特征根及相应的特征向量的步骤为：1.将A矩阵的每一列向量进行归一化，即w̃=a/∑na。ijiji=1ij2.对wnij按行求和得到w̃i=∑j=1w̃ij3对𝑤̃进行归一化，其中w̃=(w̃,w̃,w̃…,w̃,)T,w=w̃/∑nw̃，w=(w,w,w…,w,)T。𝑖123niii=1i123n4.计算Aw1n(Aw)i5.计算λmax=∑i=1nwi其中，λmax为最大特征向量，w为相应的特征向量，即权重。 西南交通大学硕士研究生学位论文第19页3.4.3一致性检验通过大量的研究和案例证明在构造评价指标判断矩阵时会出现重要程度矛盾的情况。但是为了构造一定阶数的矩阵，在实际操作中很难构造出重要程度完全一致性的矩阵。因此在指标权重的判断矩阵中允许出现这样的偏差，但是这种偏差存在一个允许范围，为此，就必须对判断矩阵的重要程度矛盾性进行检验，这就是一致性检验的内涵。若n阶的判断矩阵具有完全一致性，则矩阵的最大特征根𝜆𝑚𝑎𝑥=𝑛，其余特征根均为0，一般情况下判断矩阵的特征根应当为单根，且𝜆𝑚𝑎𝑥≥𝑛，当𝜆𝑚𝑎𝑥稍大于n时，其余特征根均接近于0，此时的判断矩阵我们认为它的一致性良好，可以使用。同时在进行判断矩阵一致性检验时需要得到判断矩阵一致性指标CI和平均随机一致性指标RI。RI的取值如下表。表3-2一致性指标RI标准值[40]矩阵阶数12345678RI000.580.901.121.241.321.41CI=(λmax-n)/(n-1)（3-1）CR=CI/RI（3-2）检验判断矩阵是否具有满意的一致性时，需要得出检验系数CR，当CR<0.1，则认为该判断矩阵通过一致性检验，否则就不具有满意的一致性。3.4.4确定评价指标原始值再完成上述步骤后，整个人工湿地生态系统服务评价体现框架已经完成，需要对于指标层的各种指标进行赋值，由于人工湿地生态系统本身的综合性和难以测量性，在原始值的选取上往往存在很多问题，需要针对具体情况进行细致分析。例如人工湿地的水体净化情况可以通过水质监测工作进行衡量，但是其气候调节功能的相关指标则很难直接进行描述，在实际操作中可以选用其他表征属性进行赋值。3.4.5选取指标层各指标模糊隶属度函数各种指标的初始值属于不同的量纲，难以进行综合比较，传统的综合评价法是构 西南交通大学硕士研究生学位论文第20页建评价指标的评价等级，对每种评价等级进行赋值，从而确定指标层各种评价指标原始值的评价等级，再将各个评价结果加权获得综合评价等级。本文中通过模糊隶属度函数实现各种数据的无量纲化，将各类指标都转化为[0,1]区间内的数值。在选取模糊隶属度函数时应结合指标的不同分布形势选取对应的模糊隶属度函数。建立各个指标的模糊隶属度，最终建立人工湿地生态系统服务综合评价指标体系。3.4.6计算指标模糊隶属度通过分析各种指标的指标特征及其分布形式选择相对应的模糊隶属度函数，将各个指标的原始值带入模糊隶属度函数中即可得到各个评价指标的模糊隶属度。3.4.7计算人工湿地生态系统服务评价指数将得到的人工湿地生态系统服务评价指标的模糊隶属度与评价指标对应的权重相乘计算得到每一项评价指标的得分。将各项得分相加即可得到IEC的综合得分。所得到的得分能够为人工湿地建设提供诸多建设及管理建议，这有利于为该人工湿地的运行、管理提供良好的指挥。通过对横向分析可以计算得到每种指标对于综合评价体系的贡献率，从而分析在整个人工湿地生态系统服务中哪些因素服务作用大，哪些服务作用小。3.5人工湿地生态系统服务综合评价体系本文研究人工湿地生态系统服务，建立层次分析模型结合生态系统服务的物质生产服务、生态调节服务和文化科研服务三个方面构建评价体系。首先是综合评价体系目标层，目标层为本文中提出的人工湿地生态系统服务综合评价指数，进而得到评价准则层为物质生产、生态调节和文化科研。分别对准则层的3重指标进行分析得到将构建人工湿地生态系统服务子功能。结合国内外有关湿地生态系统服务评价的有关文献，本文中拟定的物质生产服务由两部分组成，分别为食品生产和原料生产。这两部分能充分反应物质生产的生态系统服务，并且在判断中不会产重复。表3-3为物质生产子功能。表3-3物质生产服务指标层指标物质生产服务食品生产原料生产 西南交通大学硕士研究生学位论文第21页生态调节服务是人工湿地的主要功能，常见的物质生产子功能由以下几种功能构成，分别是：气候调节、涵养水源、水质净化、保持水土、维持生物多样性等功能。面对复杂的生态调节服务在统计和参数化的过程中很难进行定量描述，例如气候调节功能，在进行生态系统的评价过程中难以定量描述气候调节成果的优劣性，在阅读了大量关于生态系统气候调节评价的方式后，本文参照北京市奥林匹克森林公园人工湿地的气候调节模式认为温度和湿度是影响气候调节的重要手段，所以本文中将气候的稳定性转化为温度和湿度的稳定性，通过对比湿地系统内的温度和湿度差异性进行判断，根据生态稳定性的原理，即某个生态系统越稳定，其中各类环境参数的变化幅度越小，在本文中即是温度及湿度的变化幅度越小。最终本文将人工湿地生态系统服务的气候调节功能通过生态稳定性原理转化为湿地内部的温度和湿度变化情况。涵养水源功能是人工湿地的重要功能之一，涵养水源的表现形式多样，为了防止在水环境生态系统服务上的重复作用，本文中将涵养水源功能分解为两部分，第一部分为现有蓄水量的储水作用。第二部分为剩余蓄水量的防止城市内涝排水功能。人工湿地逐渐成为被全社会所认可的生态工程，湿地系统内部相对湿度大，温度稳定，为诸多的植物和动物提供了良好的生活环境，人工湿地生态系统在一定程度上为保护生物多样性，维持物种延续做出了巨大的贡献。但是对应的生态系统都必须满足生态系统的最大承载力，根据生态学最大持续产量的原理，在一定环境背景下，种群所产生的生物量会有一个最大值，人工湿地生态系统同样也满足相应的要求。通过以上分析可以总结出生态调节准则层对应的指标层体系如下表：表3-4生态调节服务指标层评价指标生态调节服务气候调节储水作用排水效果植物多样性动物多样性随着人工湿地建设要求的逐步提升，现阶段文化科研服务逐渐成为人工湿地再建设时不得不考虑的重要因素，现在的人工湿地逐渐将旅游文化服务作为其重要的功能推出，其中人工湿地的建设更是将文化旅游，科教娱乐作为其重要的出发点。在对文化科研的子功能进行描述时，本文休闲娱乐和科研教育两个方面进行评价。休闲娱乐主要以年旅游人数和游客满意度为主要参照依据，而科研教育指标主要从主要研究成果和文化科普活动两个方面进行评价。则文化科研服务指标层体系如下表： 西南交通大学硕士研究生学位论文第22页表3-5文化科研服务指标层评价指标文化科研服务年旅游人数游客满意度直接科研成果文化科普活动总结生态系统服务的三个方面，即得到了层次分析分析法的人工湿地生态系统服务综合评价体系，如下图图3-2人工湿地生态系统服务综合评价指标体系如上图所示人工湿地生态系统服务综合评价体系以生态系统的物质生产服务、气候调节功能和文化科研服务为评价指标准层，对应的三种功能分别列出2~5项数目不等的指标用以表现其对应的生态系统服务，最终通过对评价指标的综合评价得到人工湿地生态系统服务综合评价指数。 西南交通大学硕士研究生学位论文第23页第4章成都市环城生态区生态系统服务综合评价4.1成都市环城生态区湿地类型及功能划分成都市于2003年提出将中心城市外围198km2的郊区控制为城市建设用地，即“198地区”，也就是环城生态区的前身。2012年“198地区”正式更名为“环城生态区”，并编制了相关规划文件和管控条例。环城生态区的规划建设目标立足于“生态保护、水资源调蓄、休闲娱乐、文化景观、城市应急避难”5大功能。于2013年通过的《环城生态区总体规划》在生态湖泊水系方面规划了包括“六湖八湿地”在内的生态湖泊水域，包括大型湖泊、集中湿地（含水生作物区）和小型水面（含河流、沟渠），总面积28km2[61]。其中，6个大型湖泊包括安靖湖、北湖、锦城湖、江安湖、金沙湖和青龙湖。8片集中湿地包括安靖湿地、北湖湿地、龙潭湿地、青龙湿地、三圣湿地、锦城湿地、江安湿地和金沙湿地[62]。4.2成都市环城生态区概况4.2.1生态区地理位置及区域范围1.区域位置《成都市环城生态区总体规划》中确定指出成都市环城生态区为原“198地区”即沿中心城区绕城高速公路两侧各500m范围及周边七大楔形地块内的生态用地和建设用地所构成的控制区[63]。由成都市人大通过、四川省人大批准《成都市环城生态区保护条例》明确要求成都市环城生态区需要勘界定标，明确物理界限，自2014年4月以来，第一批环城生态区界碑位置如图4-1所示。2.区域面积根据《成都市环城生态区保护条例》中的描述成都市环城生态区生态用地由农用地和园林绿地构成，总面积为133.11km2。4.2.2生态区地质地貌成都平原是岷江及沱江形成的冲积扇平原，整个地区的海拔高度自西北向东南倾斜。环城生态区以成都市绕城高速公路为主线，紧邻成都市主城区，地貌属于成都冲击 西南交通大学硕士研究生学位论文第24页扇平原[65]。图4-1成都市环城生态区第一批界标点位图4.2.3生态区气候水文特征1.气候条件根据成都市气象局提供的数据分析，可以得知区域属亚热带湿润气候区，四季分明，气候温和，雨量充沛，具有春早，气温多变，冬、春、初夏雨少多旱；夏无酷暑，降雨集中，易洪涝；秋气温速降，多雨；冬无严寒雾多的特点。多年平均气温16.1℃，极端最高气温35.4℃，极端最低气温-4.7℃；多年平均降雨量894.4mm，年降雨日104天，5~10月为雨季，降雨量占全年的89%，其中降雨又主要集中在7、8、9三个月，降水量约占全年总量的60~80%；多年平均蒸发量871.7mm；多年平均相对湿度83%；多年平均日照时间942.1h；年大于10℃积温值5533h；多年平均风速1.35m/s，最大风速18m/s，极大风速21m/s，主导风向NNE。多年年平均雾日35天，冬季为多。 西南交通大学硕士研究生学位论文第25页2.水文条件地表水：成都市属于长江水系的岷江支水系及沱江支水系。在成都市区内为岷江水系的府南河水系，属于都江堰灌溉工程的分支，在成都市区内分为沙河、南河及沙河等河道[66]。锦江：锦江是流经成都市区的一条主要河流，其主要功能为泄洪和景观。锦江全长115km，城区河段长19.4km，年平均流量多年保持在32亿m3[67]。江安河：江安河又名江安堰。干渠长95.8公里，过水能力154m3/s，分出支渠26条，斗渠196条，控灌农田31.27万亩[68]。成都市环城生态区在建设过程中依托现有河道、湖泊从而形成最终的生态湖泊水系。整个生态区可概括为“6湖8湿地（水生作物区）”，生态区的生态湖泊水系有湖泊、水生作物区、河流及其他水体等构成，总面积约28km2，占整个环城生态区的21%。生态湖泊水系统计如下表:表4-1成都市环城生态区生态湖泊水系面积统计表构成面积（km2）占环城生态区比例（%）湖泊12.29.2水生作物区11.68.7河流及其他水体4.23.1合计28.021.0成都市环城生态区利用原有水体将成都绕城高速周边的6大湖泊连接为统一的生态综合体，其中府河、清水河、江安河、东风渠、锦江均流经环城生态区，生态湖泊水系的水流补给方向大致为自西向东、自南向北，其中成都市西北面的府河、清水河和江安河为主要的补给河段，城区内部的东风渠，南河为主要输水河段，配合南部的锦江和东部西江河完成水流、水量的调节。为了完善成都市是西南方向和东南方向的水流调节，按照《成都市环城生态区总体规划》的要求，在成都市西南部和东南部分别规划江安河延伸段和东风渠延伸段保证江安湖与锦城湖之间以及青龙湖与三圣湿地的水利调配，自此成都市环城生态区湖泊水系形成统一的、彼此联系区域水利调配体系。近期通过调剂进入中心城区河流的水量为环城生态区的湖泊湿地提供水源保障，中期利用规划李家岩水库进行水资源的调蓄与供给。规划根据不同的湿地类型和水质特点相应设计了多样化的生态环保工程，以保障良好的水质。 西南交通大学硕士研究生学位论文第26页图4-2成都市环城生态区水系连通及流向示意图4.2.4生态区生物多样性1.植物多样性整个成都市环城生态区面积广大且有部分地区仍处于建设阶段，本文中选用白鹭湾湿地公园的水生植物种类代表成都市环城生态区植物资源。白鹭湾湿地公园位于成都市东南部锦江环城生态区，规划面积13.3km2，植物种数200余种，乔木10万余株[69]。白鹭湾生态湿地公园由白鹭湾水生作物区、花卉产业园区、创意产业园区三大功能区组成。对水生植物种类进行了初步统计（见表4-2），共有16科26种水生植物，其中挺水类应用频度最大，有23种。 西南交通大学硕士研究生学位论文第27页表4-2白鹭湾生态湿地公园水生植物种类统计表[69]植物种类科属植物类型千屈菜千屈菜科千屈菜属挺水浮萍浮萍科浮萍属漂浮水竹禾本科刚竹属挺水香根草禾本科香根草属挺水菰禾本科菰属挺水芦苇禾本科芦苇属挺水芦竹禾本科芦竹属挺水艳山姜姜科山姜属挺水金鱼藻金鱼藻科金鱼藻属沉水美人蕉美人蕉科美人蕉属挺水风车草莎草科莎草属挺水水葱莎草科藨草属挺水莎草莎草科莎草属挺水水杉杉科水杉属挺水莲睡莲科莲属挺水睡莲睡莲科睡莲属浮叶石菖蒲天南星科菖蒲属挺水野芋天南星科芋属挺水喜旱莲子草苋科莲子草属挺水香蒲香蒲科香蒲属挺水垂柳杨柳科柳属挺水梭鱼草雨久花科梭鱼草属挺水西伯利亚鸢尾鸢尾科鸢尾属挺水燕子花鸢尾科鸢尾属挺水鸢尾鸢尾科鸢尾属挺水再力花竹芋科再力花属挺水2.动物多样性由于动物多样性在实地调查上存在诸多困难，本文中的人工湿地动物多样性参考其他地区湿地的动物种类。其中两栖类、爬行类和浮游类生物由于其生命体征简单，环境适应性强，本文参照胶州湾湿地生态系统动物种类。鸟类具有迁移性本文中的鸟类多样性参照四川省湿地鸟类多样性种类，常见湿地动物多样性如下[40]： 西南交通大学硕士研究生学位论文第28页1.两栖动物：湿地两栖类动物一般包括1目4科8种，其中蟾蜍科2种，盘舌蟾蜍1种，蛙科4种，姬蛙科1种。2.爬行动物：爬行动物1目5科17种，其中壁虎科1种，蜥蜴科4种，石龙子科2种，游蛇科9种。3.浮游动物：游动物共计67种，其中以桡足类最多，共26种，占总种数的38.8%；其次为水母类，共14种，占总种数的20.9%；原生动物有5种，占总种数的7.5%；其他种类包括枝角类、糠虾类、磷虾类、毛奸类、以及被曩类，所占总种类数比例较小。4.底栖动物：湿地共有底栖动物9门81种，其中多毛类38种，占总种数的46.9%；甲壳类19种，占总种数的23.5%；软体动物10种，占总种数的12.3%；棘皮动物5种，占总种数的6.2%；其他9种，占总种数的11.1%。5.鸟类：根据《四川省湿地鸟类多样性及保护研究》结合研究中的植被情况，参考得到成都市环城生态区鸟类为211种[70]。4.3成都市环城生态区人工湿地生态系统服务评价体系4.3.1评价范围评价范围包括整个环城生态区总面积133.11km2。其中，6个大型湖泊包括安靖湖、北湖、锦城湖、江安湖、金沙湖和青龙湖。8片集中湿地包括安靖湿地、北湖湿地、龙潭湿地、青龙湿地、三圣湿地、锦城湿地、江安湿地和金沙湿地。由于生态建设进度的实际情况本文将对未完成建设的湖泊水域及生态湿地参照其他区域进行评价工作。4.3.2评价体系本文研究成都市环城生态区的生态系统服务，建立层次分析模型结合生态系统服务的物质生产服务、生态调节服务和文化科研服务三个方面构建评价体系。得到的层次分析法的人工湿地生态系统服务综合评价体系，如图4-3所示成都市环城生态区人工湿地生态系统服务综合评价体系以生态系统的物质生产服务、气候调节功能和文化科研服务为评价指标准层，对应的三种功能分别列出2~5项数目不等的指标用以表现其对应的生态系统服务，最终通过对评价指标的综合评价得到人工湿地生态系统服务综合评价指数。 西南交通大学硕士研究生学位论文第29页图4-3人工湿地生态系统服务综合评价指标体系4.3.3构造判断矩阵本文采用构建判断矩阵求出其特征向量的方法对人工湿地生态系统服务评价中的各项指标进行赋权。具体操作详见3.4.2。本文中对不同指标的重要程度判断主要有以下2点原则：1.本文的研究对象是成都市环城生态区，因此在对评价指标重要程度判断时充分考虑了《成都市环城生态区规划》中提出的基本要求，并和成都市规划局工作人员进行交流。2.本文总结了人工湿地生态系统服务的研究工作中的其他评价方式，参考相关赋权模式，最终完成对本评价体系中各种指标的重要程度判断。1.构建人工湿地生态系统综合评价准则层判断矩阵通过参考相关赋权文献及成都市环城生态区的具体情况，考虑到成都市环城生态区的建设目的和管理方向，本文在重要性排列上优先满足人工湿地的建设需求和建设目的，人工湿地作为一种生态系统其物质生产服务不容忽视，但是成都市环城生态区作为城市周边绿地改造的一部分，其物质生产的要求相对较低。同时其中包含的湿地多以湿地公园的形式对外开放鼓励游客观光，所以在考虑其重要性时，着重考虑其文化科研作用，三种功能的重要程度赋值分别为1、5、9，因此最终得到准则层判断矩阵如下表所示： 西南交通大学硕士研究生学位论文第30页表4-6准则层判断矩阵AC1C2C3物质生产服务11/51/9生态调节服务515/9文化科研服务99/51111595从而得到准侧层的判断矩阵A=5199[91]511131515151555515通过列向量归一化得到151515对行向量进行求和得到矩阵1599927[151515][15]1150.06671在进行列向量归一化得到3=w=[0.3333]90.6[15]0.0667最终得到人工湿地生态系统服务综合评价体系准则层的权重为w=[0.3333]0.6111159150.25110.21.01.8Aw=5193=[1.0]λmax=3(0.0667+0.3333+0.6)=3991.8[951][15]λmax-n3-3对得到的准则层权重进行一致性检验，CI===0n-13-1CI0同时CR===0<0.1RI0.28因此，准则层判断矩阵具有满意的一致性，权重w=(0.0667,0.3333,0.6)2.构建物质生产服务指标层判断矩阵对于物质生产服务指标食品生产和原料生产的重要程度赋值为1、1。 西南交通大学硕士研究生学位论文第31页表4-7物质生产服务判断矩阵AC11C12食品生产11原料生产11110.5因此有判断矩阵B1=[]同理求得权重w1=[]因为2阶矩阵总是一致的，无110.5需进行一致性检验，因此物质生产服务指标权重w1=（0.5,0.5）。3.构建生态调节服务指标层判断矩阵对于生态调节服务指标气候调节、储水作用、排水作用、植物多样性和动物多样性的重要程度赋值为1、7、7、5、3。表4-8生态调节服务判断矩阵AC21C22C23C24C25气候调节11/71/71/51/3储水作用7117/57/3排水功能7117/57/3植物多样性55/75/715/3动物多样性33/73/73/511111117753237770.04571153230.304777因此有判断矩阵A=71153同理求得权重w=23=0.30455550.21751[773230.130]3333[37751][23]1111117753237777110.217453231.5217777Aw=711=1.521753231.0870555551[0.6522]77323333331[775][23]10.21741.52171.52171.08700.6522λmax=(++++)≈550.0450.3040.3040.2170.130 西南交通大学硕士研究生学位论文第32页λmax-n5-5对得到的准则层权重进行一致性检验，CI===0n-15-1CI0同时CR===0<0.1RI1.12因此，准则层判断矩阵具有满意的一致性，权重w=(0.045,0.304,0.304,0.217,0.130)4.构建文化科研服务指标层判断矩阵对于文化科研服务指标年游客人数、游客满意度、直接科研成果和文化科普活动的重要程度赋值为1、7、3、5。表4-9文化科研服务判断矩阵AC31C32C33C34年游客人数11/71/31/5游客满意度717/37/5直接科研成果33/713/5文化科普活动55/75/3111111735167770.06257135160.4375因此有判断矩阵A=33同理求得权重w=3=[0.1875]3715165550.3125[5731][16]11111735167770.2571Aw=3516=[1.75]3330.753175161.2555551[73][16]10.251.750.751.25λmax=(+++)≈440.06250.43750.18750.3125λmax-n4-4对得到的准则层权重进行一致性检验，CI===0n-14-1CI0同时CR===0<0.1RI0.90因此，准则层判断矩阵具有满意的一致性，权重 西南交通大学硕士研究生学位论文第33页w=(0.0625,0.4375,0.1875,0.3125)得到准则层和指标层的权重属性后人工湿地生态系统服务综合评价体系如下表：表4-10人工湿地生态系统服务综合评价指标体系`准则层权重指标层权重食品生产0.5物质生产服务0.0667原料生产0.5人工气候调节0.045湿地储水作用0.304生态生态调节服务0.3333排水功能0.304系统植物多样性0.217服务动物多样性0.130综合年游客人数0.0625评价游客满意度0.4375指数文化科研服务0.6直接科研成果0.1875文化科普活动0.31254.3.4成都市环城生态区评价指标模糊隶度1.物质生产服务模糊隶属度根据IEC评价体系其中人工湿地物质生产服务由食品生产和原料生产两个评价指标构成。本文中的食品生产主要以农业产品、养殖业产品为主，这些产品能够直接作为供给社会生活的食物。原料生产主要以其中的森林木材生产，养殖业、畜牧业饲料原料及部分生态区域产生的观赏性植物和中药材为主。为保证耕地总量，成都市环城生态区坚持农地农田，保持区域的原生态性。在生态建设用地中，包括了大量的农业用地和园林用地，保证规划区范围内农业生产的可持续性，其中农业面积约为66.29km2，为促进生态农业发展，市委在《“198”区域农业产业发展和耕地质量保护规划》中对各区（县）的耕地使用做出了明确规划见表4-11。从表4-11的成都市环城生态区的物质生产用地分类中可以得到，其中蔬菜、水果、优质粮油属于食品生产指标。花卉苗木、特色中药材、观光农业以及湿地观光农业属于原料生产指标。因此成都市环城生态区的食品生产用地面积为20.73km2；原料生产用地面积为45.36km2。 西南交通大学硕士研究生学位论文第34页表4-11成都市环城生态区内农业用地规划（单位：km2）产业蔬菜水果花卉苗木优质粮油特色中药材观光农业湿地观光农业锦江区1.674武侯区63青羊区0.40.270.674.38成华区41.332.67金牛区0.77龙泉驿区13.3320.6718新都区2.67温江区1.93郫县1.332.532.672双流县13.21.670.13合计9.47.3321.4341.9313.878.13根据模糊数学理论构建物质生产服务指标的模糊隶属函数，假设在同等农业外力和相近生态条件的情况下，农业生产面积越大，说明农业作物两越大即物质生产能力越强。由此人工湿地生态系统服务的食品生产和原料生产指标为效益型。所以，该指标的模糊隶属度函数可设置为“S”型。且“0”和成都市环城生态区总面积（133.11km2）分别作为FMF相应的参数。对应的评价指标FMF为:y=smf（x,[0,133.11]）(4-1)食品生产原始值x11=20.73;原料生产原始值x12=45.36因此，食品生产的模糊隶属度y=smf(20.73,[0,133.11])=0.048511原料生产的模糊隶属度y=smf(45.36,[0,133.11])=0.2322122.生态调节服务模糊隶属度（1）气候调节如前文所言由于气候调节在定量描述时的复杂性，本文通过对比湿地系统内的温度和湿度差异性进行判断，将人工湿地生态系统服务的气候调节功能通过生态稳定性原理转化为湿地内部的温度和湿度变化情况。为了定量描述人工湿地的气候调节指标本文在研究中选取湿地内部温度和湿度测量点与对比点，通过将温度湿度的变化幅度与对比点的温度湿度变化幅度进行对比，进而确定人工湿地气候调节能力。湿地内温 西南交通大学硕士研究生学位论文第35页度数据为三圣乡气象监测站监测数据，三圣乡气象监测站位于成都市环城生态区内，因此该监测站温度监测数据能够表征三圣乡温度实际情况，对比点数据来源为中央气象台成都市整体平均温度，通过对比成都市温度水平和三圣乡区域内温度水平的变化情况能够有效衡量环城生态区的气候调节能力，温度监测数据如下表：表4-12成都市月平均最高温度及最低温度监测数据（2017/7-2018/3）7月8月9月10月11月12月1月2月3月月平均最高温度（℃）29.8329.7425.4420.615.8210.829.5111.5216.4月平均最低温度（℃）22.2521.718.6614.539.524.552.714.798.5表4-13三圣乡监测站月平均最高温度及最低温度监测数据（2017/7-2018/3）7月8月9月10月11月12月1月2月3月月平均最高温度（℃）34.6531.9427.5820.2517.4513.2410.7913.7322.28月平均最低温度（℃）23.3823.8420.5415.0810.373.551.894.1711.44通过对成都市整体月平均气温和三圣乡监测站月平均气温分析可以得到，三圣乡地区对于成都市月平均气温的影响情况(如表4-14所示)。差值越大说明影响程度越大。表4-14三圣乡区域于成都市月平均气温差（2017/7-2018/37月8月9月10月11月12月1月2月3月月平均最高温度差（℃）4.822.22.140.351.632.421.282.215.88月平均最低温度差（℃）1.132.141.880.550.8510.820.622.94因为气温差值越大说明三圣乡地区温度对于成都市月平均气温影响程度越大。说明温差对气候调节的影响属于效益型，因此该指标的模糊隶属函数可以设置为S型。对于月平均最高温度将“0”和最大温差整数“6”作为模糊隶属度函数的上下限参数。对于月平均最低温度将“0”和最大温差整数“3”作为模糊隶属度函数的上下限参数。对应的评价指标FMF为:y=smf（x,[0,6]）(4-2)y=smf（x,[0,3]）(4-3)月平均最高温度原始值x=[4.82,2.2,2.14,0.35,1.63,2.42,1.28,2.21,5.88]；月平均最低高温度原始值x=[1.13,2.14,1.88,0.55,0.85,1,0.82,0.62,2.94]低因此月平均最高温度模糊数学隶属度 西南交通大学硕士研究生学位论文第36页smf(x高,[0,6])+smf(x低,[0,3])0.365+0.404y===0.3845温22同理进行相对湿度影响分析，其中成都市月平均相对湿度及三圣乡地区月平均湿度如下表所示：表4-15监测点月平均相对湿度表7月8月9月10月11月12月1月2月3月成都市月平均相对湿度798688838788847777三圣乡地区月平均相对湿度858990878990888483月平均相对湿度差632422476因为相对湿度差值越大说明三圣乡地区相对湿度对于成都市月平均相对湿度影响程度越大。说明相对湿度差对气候调节的影响属于效益型，因此该指标的模糊隶属函数可以设置为S型。月平均相对湿度将“0”和最大相对湿度差“7”作为模糊隶属度函数的上下限参数。对应的评价指标FMF为:y=smf（x,[0,7]）(4-4)相对湿度差值原始值x=[6,3,2,4,2,2,4,7,6]湿因此，相对湿度隶属度y=smf(x,[0,7])=0.560湿将温度差的影响和相应湿度影响叠加就得到了人工湿地对气候调节的整体影响y+y温湿y==0.4723212（2）储水作用成都市环城生态区共规划建设蓄水湖泊6片，分别为安靖湖、北湖、锦城湖、江安湖、金沙湖和青龙湖。其中湖泊与主河道位置关系如图4-4所示：从图中可以看出蓄水湖泊设计库容及关系河道如表4-16所示：表4-16成都市环城生态区蓄水湖泊及主河道关系表安靖湖北湖锦城湖江安湖金沙湖青龙湖设计库容（万m3）300371103480220394关系河道府河东风渠锦江江安河清水河东风渠 西南交通大学硕士研究生学位论文第37页图4-4“六大湖泊”与成都市城区主河道位置关系图本文中的湖泊蓄水能力以府河为例进行评价，府河高桥段近十年月平均流量如下表所示：表4-17府河近十年月平均流量（m3/s）[71]月份123456789101112平均流量25.421.419.620.526.444.352.345.543.344.430.026.033.26由此得到府河各月份平均水量变化量为10.58m3/s合计月平均变化总量约为2700万m3。因为丰水期河道水量调蓄主要用于河道枯水期水量补充，因此实际水量调蓄量为可到月平均变化量的一半，即最终的河道调蓄量为1350m3。成都市周边府河流域内的小型水库还包括彭州西河水库和罗汉洞水库，蓄水量为280万m3和44万m3。因此剩余河道调蓄量为1026m3。因此储水作用指标的模糊隶属度函数的上下限参数分别为最小调蓄量（0）和剩余河道调蓄量（1026）。对应的评价指标FMF为:y=smf（x,[0,1026]）(4-5)储水作用原始值x22=300因此储水作用模糊隶属度y=smf(x,[0,1026])=0.171022（3）排水功能（泄洪作用） 西南交通大学硕士研究生学位论文第38页泄洪作用是成都市环城生态区湖泊建设的重要作用，在解决城市“内涝”问题中发挥着重要作用，本文对成都市环城生态区的泄洪作用以青龙湖为例，根据《青龙湖水库II期工程环境影响报告表》所示：青龙湖水库整治后，经调洪演算成果如下：校核洪水位为303.01m，水库总库容为105.31万m³；设计洪水位为302.33m，相应库容为91.26万m³；正常水位为300.50m，正常库容为60.83万m³；死水位290.50m，相应库容1.32万m³；兴利库容59.51万m³。根据国家《防洪标准》（GB50201-94）及《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）的相关规定，青龙湖水库设计洪水标准为30年一遇（P＝3.3%），校核洪水标准为300年一遇（P＝0.33%）。因为水库洪水设计重现期越大则表示水库抗洪能力越强，因此蓄水湖泊的设计重现期对排水能力的影响为效益型。因此蓄水湖泊的排洪功能指标模糊隶属函数为“S”型。一般城市防洪设计重现期要求为50a。因此排水功能指标的模糊隶属度函数的上下限参数分别为最小设计重现期（0）和一般城市防洪设计重现期（50）。对应的评价指标FMF为:y=smf（x,[0,50]）(4-6)排水功能原始值x23=30因此排水功能模糊隶属度y=smf(x,[0,50])=0.680023（4）生物多样性对于人工湿地而言其区域内所能生活的动物、植物和微生物，越多越好。植物多样性指标和动物多样性指标都是效益型的。这2个指标的模糊隶属函数均设置为S型。植物丰富度和动物丰富度均采用Gleason指数进行计算。其表达公式为：SdGl=(4-7)lnA式中：dGl—Gleason指数;S—物种数目;A—湿地面积,单位为公顷(hm2)。由4.2.4生态区生物多样性可知，成都市环城生态区内共有水生植物26种（以白鹭湾湿地公园为例），动物503种（其中鸟类211种，其他动物类292种）。所以成都 西南交通大学硕士研究生学位论文第39页市环城生态区水生植物多样性为S26dGl===6.19lnAln66.6动物多样性分为鸟类多样型和其他动物多样性，其中动物种类数据以青龙湖为例，因此成都市环城生态区动物多样性为S384dGl===58.87lnAln480以成都地区湿地(含自然湿地和人工湿地)的生物多样性情况为本研究的背景材料，以作为植物丰富度、动物丰富度的模糊隶属函数的上限参数。下限参数定为“0”其中植物多样性上限为22.18，动物多样性上限为59.24。对应的评价指标FMF为:y=smf（x,[0,22.18]）(4-8)y=smf(x,[0,58.87])(4-9)植物多样性原始值x24=6.19；动物多样性原始值x25=58.87。因此，植物多样性模糊隶属度y=smf(6.19,[0,22.18])=0.1558；动物多样性模糊隶24属度y=smf(58.87,[0,59.24])=0.9999253.文化科研服务模糊隶属度（1）年游客人数成都市环城生态区作为成都市大力推广的生态旅游项目，从建设初期就以建设城郊湿地公园为其重要目的，其中白鹭湾生态公园和三圣乡景区更是游客的主要游览地，年游客人数是最能直观表述其文化旅游功能的重要指标，由于成都市环城生态区建设周期的不同性，本文以建成周期最长的三圣乡作为年游客人数的数据对象。三圣乡景区属于成都市锦江区管辖范围，该区域处在市区东南部，东临龙泉驿，南接双流县，景区游览面积共计12km3，经过统计2013年辖区共接待游客1225.84万人次，实现旅游收入50553.84万元。由于单纯的年游客人数在进行模糊隶属度函数上限选取上存在选取困难的问题，本文将年游客人数表述为单位面积年游客人数。因此单位面积年游客人数为1.021人/(m2·a)。根据旅游区基础设施规划，三圣乡旅游区游客游览空间为300m2/人，因此单位面积年平均游览人数最大承载力为1.21人/(m2·a)。过多的游览人数反而会影响游览区的文化旅游功能，因此单位面积年游客人数对文化旅游功能的影响服从正态分布，当单位面积年平均游览人数达到旅游区最大承载力时文化旅游功能 西南交通大学硕士研究生学位论文第40页最佳。因此得到模糊隶属度函数为：(𝑥−𝜇)2(−)𝑦=𝑒2𝜎2(4-9)式中：μ=1.21;σ=1单位面积年游客人数x31=1.021因此，单位面积年游客人数模糊隶属度y=gaussmf(1.021,[1.21,1])=0.99831（2）游客满意度本文的游客满意度数据结果来自于《成都市三圣乡休闲农业游客满意度研究》问卷调查结果，此次问卷调查针对三圣乡内的不同休闲农业区域，共发放问卷300份，回收296份，其中有效问卷285份，有效问卷率为95%。通过对问卷内容的一致性检验，问卷结果一致性符合称为81%符合一致性要求，表明问卷具有一定的可信度，调查结果可信。问卷设置为Likert五点等级打分法，对于特定的项目设置，将游客的态度分为很不满意、不满意、一般、基本满意和很满意五种2，分别赋值1、2、3、4、5分，进而进行数据量化得到满意度。通过问卷结果得知游客满意度如表4-18。由此可见游客整体的满意度在“一般”到“基本满意之间”，因为游客对评价项目越满意对应评分越高，因此总体满意度分值对游客满意度的影响为效益型，符合模糊隶属度函数“S”型分布，由于评价分值最低为1，最高为5，因此得到模糊隶属度函数为：y=smf(x,[1,5])(4-10)顾客满意度的原始值x32=3.476因此，顾客满意度模糊隶属度y=smf(3.476,[1,5])=0.709732表4-18游客满意度统计情况[72]调查指标平均值交通交通方便3.38停车方便3.36声誉知名度高3.68信誉度高3.64环境园区内环境舒适3.82 西南交通大学硕士研究生学位论文第41页表4-18游客满意度统计情况（续）[72]调查指标平均值基础设施完善3.79环境园区外环境舒适3.74服务服务质量3.51活动多样化3.27活动活动有趣3.34活动有意义3.11服务人员着装良好3.16服务人员态度良好3.29消费消费性价比感知3.49总消费感知3.57总体满意度3.476（3）直接科研成果针对成都市环城生态区的科研教育价值，直接科研成果可以采用有关研究对象的论文数量进行判断，结合信息检索，本文以成都市环城生态区，成都“198”区域、白鹭湾湿地公园，三圣乡和青龙湖等为关键词进行文献信息检索，共得到对应的学术论文发表量为296篇。因为直接科研成果对于科研教育的影响为效益型，且越大越好，不具有封闭性，因此直接科研成果的模糊隶属度函数为：1y=1-(4-11)x+1直接科研成果的原始值x33=2961因此，直接科研成果模糊隶属度y=1-=0.996633296（4）文化科普活动文化科普活动的举办将有助于人工湿地生态系统的保护，经过调查发现成都市环城生态区白鹭湾湿地公园文化科普宣传活动的主要形式为人工湿地保护网络宣传、现场展板科普和文化科普沙龙活动。本文以赋值的方式将多种文化科普活动整合在一起，其中网络宣传为1分，现场展板宣传为3分，文化科普沙龙为5分。根据不同活动次数，得到白鹭湾湿地生态公园的文化科普得分如下表： 西南交通大学硕士研究生学位论文第42页表4-19白鹭湾湿地生态公园的文化科普得分网络宣传现场展板宣传文化科普沙龙宣传次数（次/年）1562文化科普活动得分151810文化科普活动期望次数20105文化科普活动期望分数203025因此文化科普活动的模糊隶属度函数为：y=smf(x,[0,75])(4-12)文化科普活动的原始值x34=43因此，文化科普活动模糊隶属度y=smf(43,[0,75])=0.635934将上文中的各指标模糊隶属进行加权嘴和得到人工湿地生态系统服务综合评价指数。详见下表表4-20人工湿地生态系统服务综合评价指数统计表目标总权原始模糊隶准则层指标层评价指标FMF得分层重值属度C11(0.5)0.033320.73y=smf（x,[0,133.11]）0.04850.0016C1(0.0667)C12(0.5)0.033345.36y=smf（x,[0,133.11]）0.23220.0077y=smf(x,[0,6])；C21(0.045)0.015——y=smf(x,[0,3])；0.47230.0071人工y=smf（x,[0,7]）湿地C22(0.304)0.1011300y=smf（x,[0,1026]）0.17100.0173生态C2(0.3333)C23(0.304)0.101130y=smf（x,[0,50]）0.680.0687系统y=smf（x,[0,22.18]）C24(0.217)0.07236.190.15580.0113服务综合y=smf（x,[0,58.87]）C25(0.130)0.043358.870.99990.0433评价指数C31(0.0625)0.03751.021y=gaussmf(x,[1.21,1])0.99980.0375C32(0.4375)0.26253.476y=smf(x,[1,5])0.70970.1863C3(0.6)1C33(0.1875)0.1125296y=1-0.99660.1121x+1C34(0.3125)0.187543y=smf(x,[0,75])0.63590.1192合计130.9994————6.10170.6122 西南交通大学硕士研究生学位论文第43页4.3.5综合评价结果综上所述，通过构建成都市环城生态区生态系统服务综合评价体系，结合模糊隶属度函数计算得到其生态系统服务综合评价指数得分为0.6122（满分1分）。0%1%1%3%20%11%2%7%18%6%31%食品生产原料生产气候调节储水作用排水功能植物多样性动物多样性年旅客人数游客满意度直接科研成果文化科普活动图4-5成都市环城生态区生态系统服务综合评价指数指标贡献率通过IEC的最后得分，能够判断成都市环城生态区的整体生态系统服务水平一般，个别生态系统服务欠佳。同时通过对IEC的得分分析，可以计算出每种生态系统服务及评价指标的贡献率（如图4-5所示）。通过图中数据可以明显看出，游客满意度、直接科研成果和生态科普活动所占比重较大，这是因为对于文化科研服务的赋值相对较高，人工湿地作为区别于天然湿地的重要特点就在于其人工建设的目的性，对人工湿地的综合评价应该充分考虑其建设目的。同样的在构建人工湿地综合评价体系时，评价系统与人工湿地建设目的契合性也尤为重要。4.4成都市环城生态区生态系统服务利用现状4.4.1物质生产服务较弱物质生产是生态系统服务理论的重要组成部分，且绝大多数的自然生态系统都提供着巨大的物质生产作用，物质生产并非只是单纯的食品和原料的产出。食品和原料主要来源于动植物，较弱的物质生产能力反映出人工湿地生态系统在自给能力上的不 西南交通大学硕士研究生学位论文第44页足，以成都市环城生态区为例，环城生态区总规划面积133.11平方千米，其中农业面积约为66.29平方千米，占到总规划面积的49.8%。其中观光农业面积22平方千米，剩余真正具有物质生产能力的农业面积更多的是原有耕地，在进行环城生态区规划时保留了其原本的土地作用，并没有结合环城生态区的生物和环境水平进行重新规划，这是导致成都市环城生态区物质生产能力较弱的主要原因。4.4.2生态调节服务基本满足相对于物质生产服务和文化科研服务，生态调节服务的功能更多的是生态系统对于所在区域环境和区域内人口的间接服务，由于其生态系统服务的特殊性在进行定量评价的过程中其优劣性的评判相对难以定论。分析成都市环城生态区生态调节服务贡献率可以得到，环城生态区在蓄水作用上发挥着较大功能，由于环城生态区的特殊地理位置关系，与成都市主城区河道关系紧密，在对河流水量波动调节方面发挥着重大作用，占到综合评价指数的19%，这表明成都市环城生态区尤其是其中六块蓄水湖泊能够发挥其蓄水调节的服务功能，与此同时通过数据收集和统计分析可知成都市环城生态区在动物多样性保护方面也起到了积极作用，为绝大多数鸟类和浮游生物提供了良好的栖息环境。这有助于进一步加强成都市环城生态区的生态系统稳定性。4.4.3文化科研服务显著成都市人大会通过的《成都市环城生态区保护条例》中明确指出成都市环城生态区将着力打造“八十公里环城绿廊”构建大批亲水景观和滨水空间，并对社会公众开敞开放，同时满足广大游览市民的需要，从此次评价结果中可以看到，成都市环城生态区的目前发展状况充分满足了这一建设目的，单位面积年游客人数已经达到旅游规划要求，同时从交通、环境、消费、活动、服务多个方面，成都市环城生态区的重点游览区域都能满足周边市民的文化旅游需求。自规划初始到相关区域建设逐步完成，成都市环城生态区的直接科研成果不断攀升，截止2018年已有叙述论文近300篇，对于成都市周边生态环境的研究和人工湿地建设的研究都有积极作用。总体而言成都市环城生态区的文化科研服务发展良好，与周边市民的联系强、互动高，应该积极利用。4.5成都市环城生态区建设及管理建议通过对成都市环城生态区的现状研究发现，环城生态区规划面积广，涉及农业生 西南交通大学硕士研究生学位论文第45页产，绿化水体，应急避难，公共文化和市政基础设施多种用途。但是成都市环城生态区仍存诸多问题如发展建设不平衡，部分地区出现投资大，周期长，资源匹配不平衡的状况，这需要成都市委、市政府及有关部门的积极配合，充分落实《关于加快环城生态区建设的实施意见》（成委办发[2012]39号）。本文在进行成都市环城生态区生态系统服务综合评价过程中，涉及多样评价指标。由于成都市环城生态区跨越辖区众多，分属于不同地区管理。在信息整合和资源共享上应尽可能统一发展，统一管理。这不仅有利于成都市环城生态区的进一步发展，也有利于环城生态区文化科研服务能力的提升。 西南交通大学硕士研究生学位论文第46页结论结论对人工湿地生态系统服务进行综合评价是开展湿地保护工作和加强人工湿地建设规范性的有效工具。本文摒弃了传统的生态系统服务价值评价方法，以成都市环城生态区为例，构建了人工湿地生态系统服务综合评价体系，并对成都市环城生态区的各项生态系统服务进行了科学评价，得到以下结论：1.本文结合生态系统服务理论基础，从物质生产服务、生态调节服务和文化科研服务三个方面，分析了人工湿地生态系统的生态系统服务能力。从生态系统服务的三大类构建了人工湿地生态系统服务综合评价体系，其中物质生产服务的评价指标包括食品生产和原料生产；生态调节服务包括了气候调节、蓄水作用、排水功能、植物多样性和动物多样性五类指标；文化科研服务包括了年游客人数、游客满意度、直接科研成果和文化科普活动四类指标。2.本文通过构建成都市环城生态区综合评价指标权重矩阵并选取对应的隶属度函数，最终进行综合评价，得到人工湿地生态系统服务综合评价指数0.6122（满分1分）。说明成都市环城生态区生态系统服务良好，能够为人们提供一定的服务。尤其是能在较大程度上满足成都市周边居民的文化旅游需求。展望论文虽然得到了预期的结果，但是依然存在诸多需要改进的地方：1.本文在对三类生态系统服务赋权时，虽然考虑了人工湿地建设的目的性，但是文化科研服务权重过大，导致最终的人工湿地生态系统综合评价指数受到的文化、旅游的影响较大，今后研究中考虑增加指标权重的敏感性分析。2.本文构建了人工湿地的指标体系，但是受限于技术资料的因素，部分评价指标的原始值只能选择环城生态区的部分区域进行代表，这在一定程度是会影响评价结果的整体性，导致整个评价区的指标得分受到特殊区域的偏移。3.本文虽然对每项评价指标的选取原因都进行了描述但是还是存在描述不当甚至是指标忽略的情况出现，例如成都市环城生态区规划范围以成都市绕城高速公路有中 西南交通大学硕士研究生学位论文第47页心线，但是由于交通影响和生态服务的契合度等问题并没有将交通服务的影响列入评价体系，但是不排除成都市环城生态区对城市交通的服务作用。应该总结以上问题在今后的研究中进一步加强。 西南交通大学硕士研究生学位论文第48页致谢面对即将结束的研究生学习生活，心中难免会有些不舍，虽然研究生只有三年，但是这却是我在西南交通大学的第七个年头。感谢交大让我成长和收获，无论将来所在何地我都必将牢记西南交通大学“竢实扬华、自强不息”的交大精神，这定当是我一生的财富。首先，谨向我最敬爱的导师黄涛教授致以我最由衷的敬意和真挚的感激。论文从构思到最后完成无不渗透着黄老师的智慧和心血。黄老师渊博的学识、深刻的见解和实事求是的做事态度都是我学习的榜样。我很荣幸能在黄老师的指导下完成三年的研究生学习生活。同时也对成都市规划局的工作人员表示由衷的感谢，没有你们的帮助也不会有论文的顺利完成。特别感谢彭道平老师、白杨、黄俊翰、张毅博师兄对论文工作提出的建议和意见，也感谢你们对我在交大学习生活上的帮助。同时我也要感谢和我一起学习生活的同学们李鹏鹏、黄小英、郝静文、邹林志、赵剑斐、李芹感谢你们在我研究生学习上的鼓励与帮助。还要特别感谢何少康、刘婷、谢翔，感谢你们在生活上和学习工作上对我的帮助与陪伴。最后，向多年来给予我关心和鼓励的家人表示深深的感谢，我将永远铭记你们对我付出的一切。 西南交通大学硕士研究生学位论文第49页参考文献[1]田毓龙.山西省长治市湿地公园规划设计研究[D].西北农林科技大学,2014.[2]金辛.黑龙江红星湿地国家级自然保护区生态系统服务价值评估[D].东北林业大学,2015.[3]董金凯,贺锋,肖蕾,黄丹萍,吴振斌.人工湿地生态系统服务综合评价研究[J].水生生物学报,2012,36(01):109-118.[4]张建国,何方.人工湿地在城市生态建设中的应用探讨J].科技导报,2005(10):56-58.[5]侯佳.水体净化人工湿地处理技术研究[D].天津大学,2014.[6]Spatial-temporalanalysisofwetlandlandscapepatternundertheinfluenceofartificialdykesintheYellowRiverdelta[J].中国人口（资源与环境）（英文版）,2013,(2):109-117.[7]E.Passeport,J.Tournebize,S.Jankowfsky,etal.ArtificialWetlandandForestBufferZone:HydraulicandTracerCharacterization[J].VadosezonejournalVZJ,2010,(1):73-84.[8]Li,D.,Chen,S.,Lloyd,H.,etal.Theimportanceofartificialhabitatstomigratorywaterbirdswithinanatural/artificialwetlandmosaic,YellowRiverDelta,China[J].Birdconservationinternational,2013,(2):184-198.[9]CarolineGregoire,DavidElsaesser,DavidHuguenot.Mitigationofagriculturalnonpoint-sourcepesticidepollutioninartificialwetlandecosystems[J].Environmentalchemistryletters,2009,(3):205-231.[10]AyanuYZ,ConradC,NaussT,etal.QuantifyingandMappingEcosystemServicesSuppliesandDemands:AReviewofRemoteSensingApplications[J].EnvironmentalScience&Technology,2012,46(46):8529-8541.[11]段瑞娟.北京土地利用系统的生态服务价值变化研究[D].中国农业大学,2006.DOI:10.7666/d.y1108532.[12]刘强.生态系统服务价值的风险分析模型与应用研究[D].兰州大学,2006.[13]MclatcheyGP,ReddyKR.RegulationofOrganicMatterDecompositionandNutrientReleaseinaWetlandSoil[J].JournalofEnvironmentalQuality,1998,27(5):1268-1274.[14]HoldrenJP,EhrlichPR.HumanPopulationandtheGlobalEnvironment:Populationgrowth,risingpercapitamaterialconsumption,anddisruptivetechnologieshavemadecivilizationaglobalecologicalforce[J].AmericanScientist,1974,62(3):282-292.[15]张玉玲.湖北省可持续发展定量分析与对策研究[D].华中师范大学,2008.[16]McNaughtonLR,ThompsonD,PhilipsG,etal.AcomparisonofthelactatePro,Accusport,AnaloxGM7andKodakEktachemlactateanalysersinnormal,hotandhumidconditions.[J].InternationalJournalofSportsMedicine,2002,23(2):130.[17]Costanza,R.,Arge,R.,Groot,R.etc,Thevalueoftheworld.secosystemservicesandnaturalcapital[J].Nature,1997,Vol.386:253~260. 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