区域发展对生态系统的影响分析模型及其应用

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1、区域发展对生态系统的影响分析模型及其应用(申请清华大学工学博士学位论文)培养单位：环境学院学科：环境科学与工程研究生：曾琳指导教师：张天柱教授二○一五年六月ThemodelanditsapplicationforanalyzingtheimpactsofregionaldevelopmentontheecosystemDissertationSubmittedtoinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofDoctorofPhilosophyinEnvironmentalScienc

2、eandEngineeringbyZengLinDissertationSupervisor:ProfessorZhangTianzhuJune,2015摘要摘要在区域发展的过程中，伴随着人口增加和经济增长，全球自然生态系统面临着来自人类活动的巨大压力，多种生态问题日益凸显。人类活动对生态系统的影响不仅呈现“多压力源-多受体-多生态效应”的特点，而且多种影响还在系统内部传递和累积。因此，在对生态系统受到的影响进行分析评价时，需要从系统层面出发，把生态系统当做一个整体予以考虑，体现上述复杂特点。然而现有的分析方法及管理实践大多仍局限在部分组

3、分或特定尺度上，忽视了生态系统的整体性，难以支持基于生态系统水平的先进管理模式。本研究以系统生态学的基本理论为依据，选取生态系统服务为效应表征，建立了区域发展对生态系统影响分析的概念模型。模型从驱动力和胁迫因子两个层次描述区域发展活动，从结构、过程和服务三方面抽象概化生态系统，通过对人类活动与生态系统间“压力-响应”关系及生态系统服务产生机制的系统分析，建立起了区域发展活动与生态系统之间以及生态系统各组分间的复杂关联。以此概念模型和贝叶斯网络数学方法为基础，本研究进一步开发了区域发展对生态系统影响分析的量化工具，从网络结构搭建、参数估计、

4、模型校验与应用四方面提出了将概念模型转化为可计算的贝叶斯网络的具体方法步骤。工具采用贝叶斯网络的节点来表征概念模型中的人类活动与生态系统各变量，用节点之间的有向弧表征变量间的因果关系，通过大量案例学习和专家咨询建立起了区域发展活动与生态系统状态演变之间的定量关系。针对区域发展过程中的人类活动，量化工具可对生态系统服务受到的影响进行定量评价，识别其关键的影响因素，亦可用于特定人类活动输入条件下生态系统结构、过程、服务之间作用机制的定量分析。本研究选取昆明市作为案例地区，完成了模型的本地化，在设定的区域发展情景下，对昆明市2020年的生态系统

5、服务水平进行了预测性评价，识别了影响各项生态系统服务水平的关键区域发展活动，阐释了区域发展活动对生态系统的影响机制及其政策内涵。结果表明，生境提供、水资源供给和食物供给三项服务呈现不断退化的趋势，水质净化服务在未来存在显著降低的可能，上述四类服务应成为昆明市生态系统管理的重点。影响陆地生态系统服务的关键人类活动是退耕还林/草以及营林造林等林业生态工程。影响水生生态系统服务的关键人类活动包括修建水利设施，及造纸、食品、化工、有色等高污染高消耗行业的大规模扩张。关键词：区域发展；生态系统；影响分析模型；生态服务；贝叶斯网络IAbstractA

6、bstractWithpopulationgrowthandeconomicdevelopment,globalnaturalecosystemsareunderenormouspressurefromhumanactivities,andavarietyofecologicalissuesbecomeincreasinglyprominent.Theinteractionsbetweenhumanactivitiesandecosystemsarecomplicated.Asaresult,theecosystemshouldbecon

7、sideredasawholewhileanalyzingtheimpactsofregionaldevelopmentontheecosystem.However,theexistingecologicalanalysismethodsandmanagementpracticesmainlyfocusonspecificmaterialsorreceptors,ignoringtheintegrityoftheecosystem.Withtheguideofbasicknowledgeandprinciplesofsystematice

8、cology,thisthesisselectsecosystemservicesastheendpointsofecologicalimpactassessment,andestablish