CN111126742A - 一种长江流域生境状况评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种长江流域生境状况评价方法，该方法在河道和河岸带布设多个点位，根据非生物和生物因子评价指标体系确定每个点位的非生物和生物因子指标真实值，再根据参数归一化方法对各指标真实值归一化处理，然后采用主客观综合赋权法对不同指标进行赋权，分别计算非生物因子和生物因子得分，将该得分按等权重加权法计算长江流域生境状况评价得分SJ，由该得分据分级分类标准评价长江流域生境状况。该评价方法中的评价指标体系包含了非生物因子和生物因子两方面指标，可对长江流域河道内外生境状况做出科学合理的评价，评价体系完整全面；此外其评价思路易于理解，评估方法简单、快速，评价结果易懂，具有较好的推广性和实践指导价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种河流生境状况评价方法，尤其涉及一种从河道和河岸两个角度出发并同时考虑非生物因子和生物因子的长江流域生境状况评价方法，属于河域生境状况评价技术领域。
背景技术
生境指生物的个体、种群或群落生活地域的环境，其包括必需的生存条件和其他对生物起作用的生态因素，同时生境又指生态学中环境的概念，生境又可称栖息地。生境是由生物和非生物因子综合形成的，而描述一个生物群落的生境时通常只包括非生物的环境。一般描述植物的生境常着眼于环境的非生物因子(如气候、土壤条件等)，描述动物的生境则多侧重于植被类型。生态因子包括光照、温度、水分、空气、无机盐类等非生物因子和食物、天敌等生物因子。现有技术中有针对河流生态状况的评价方法，但该评价方法大多仅从河道或者仅从河岸的单角度出发，或者仅考虑非生物因子或者仅考虑生物因子进行评价，评价体系不具有完整全面性。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明针对长江流域缺乏从河道和河岸带两个角度出发，并同时考虑非生物因子和生物因子的生境评价方法，提供了一种长江流域生境状况评价方法，该评价方法构建了长江流域生境评价指标体系，为长江生境现状评价、保护、管理提供参考与借鉴。
本发明的技术方案是：
本发明公开了一种长江流域生境状况评价方法，该评价方法包括以下步骤：
S1：在长江流域的河道和河岸带布设多个点位；
S2：根据非生物因子评价指标体系，收集基础数据库和监测数据，对所得数据进行实验采样、分析计算，确定非生物因子指标真实值；
S3：根据生物因子评价指标体系，进行实验采样、分析计算、实地考察、遥感解译，确定生物因子指标真实值；
S4：根据参数归一化方法，对各指标真实值进行归一化处理，得到各指标真实值在0-1之间的数值；
S5：计算不同指标的主观权重和客观权重，采用主客观综合赋权法对不同指标进行赋权，分别计算非生物因子和生物因子得分；
S6：将非生物因子和生物因子的得分按等权重加权法计算不同点位的长江流域生境状况评价得分SJ；
S7：对不同点位的生境状况评价得分进行分级分类，根据分级分类标准评价长江流域生境状况。
其进一步的技术方案是：
步骤S2中所述的非生物因子评价指标体系由河流非生物因子类指标和河岸带非生物因子类指标组成。
其中所述河流非生物因子类指标包括基本水质指标和营养盐指标。
其中基本水质指标包括由实验监测获得的pH、EC、DO、TDS、SS、BOD5、CODCr、CODMn、K+、Ca2+、Na+、Mg2+、Cl-、SO4 2-、HCO3 -、Alk、SiO4 2-、Phenols和E.coli的浓度值；
其中营养盐指标包括由实验监测获得的TP、TN、NH3-N、NO3 -、NO2 -和PO4 3+的浓度值。
其中所述河岸带非生物因子类指标包括土壤指标、光能指标、热量指标和水分指标。
其中土壤指标为来自***粮农组织HWSD土壤质量数据集对全球土壤质量评价的SQ1—SQ7的7个指标，每个指标所对应的含义如下所述：SQ1反映土壤的养分供应能力，SQ2反映土壤保持养分的能力，SQ3反映土壤物理性质是否适宜植物生根，SQ4反映土壤获得氧气的能力，SQ5反映土壤发生盐渍化的可能性，SQ6反映土壤化学性质是否会产生毒性，SQ7反映土壤物理性质是否便于种植。
其中光能指标包括由气象监测获得的年平均日照时数、年平均日照百分率、太阳总辐射和光合有效辐射。年平均日照时数指全年各日的日照时数的平均值；年平均日照百分率指全年各日的实际日照时间与可能日照时间(全天无云时应有的日照时数)之比的平均值；太阳总辐射指地球表面某一观测点水平面上接收太阳的直射辐射与太阳散射辐射的总和；光合有效辐射指太阳辐射中对植物光合作用有效的光谱成分，是生命活动、有机物合成的能量来源。
其中热量指标为由气象监测获得的年平均气温，具体指指全年各日的日平均气温的算术平均值。
其中水分指标为由气象监测获得的年平均降雨量，具体指某地多年降雨量总和除以年数得到的均值，或某地多个观测点测得的年降雨量均值。
其进一步的技术方案是：
步骤S3中所述的生物因子评价指标体系由河流生物因子类指标和河岸带生物因子类指标组成。
其中所述河流生物因子类指标包括着生藻类相关指标、大型底栖动物相关指标和鱼类相关指标。
其中着生藻类相关指标包括由实验分析计算获得的着生藻类物种丰富度指数A_S、着生藻类Shannon-Weiner指数A_H、着生藻类Berger-Parker指数A_BP、着生藻类Pielou’s evenness的密度A_D和藻类生物完整性指数A_BI。
其中大型底栖动物相关指标包括由实验分析计算获得的蜉蝣目动物占比M_E_RA、毛翅目动物占比M_T_RA、蜉蝣目和襀翅目及毛翅目动物合计占比M_EPT_RA、摇蚊科动物占比M_C_RA、摇蚊科动物占比M_D_RA、摇蚊科动物占比M_O_RA、敏感类群物种数M_Sen_S、耐污类群物种动物占比M_Tol_RA、滤食者占比M_Fil_RA、刮食者占比M_Scr_RA、直接收集者占比M_CG_RA、捕食者占比M_Pred_RA、撕食者占比M_Shr_RA、粘附者占比M_Cl_RA、粘附者物种种类数M_Cl_S、大型底栖动物密度M_D、大型底栖动物BMWP指数M_BMWP、大型底栖动物Shannon-Weiner指数M_H、大型底栖动物Berger-Parker指数M_BP、大型底栖动物Pielou’sevenness指数M_P和大型底栖动物生物完整性指数M_IBI。
其中鱼类相关指标包括由实验分析计算获得的鱼类物种丰富度指数F_S、鱼类Shannon-Weiner多样性指数F_H、鱼类Berger-Parker优势度指数F_BP、鱼类Pielou’sevenness均匀度指数F_P和鱼类生物完整性指数F_BI。
其中所述河岸带生物因子类指标包括通过遥感解译获得的植被盖度和通过实地考察获得的植被结构。植被盖度指植物群落总体或各个体的地上部分的垂直投影面积与样方面积之比的百分数，它反映植被的茂密程度和植物进行光合作用面积的大小。植被结构分为如下5类：林被茂密且为天然成熟林；林被稀疏或为人工成熟林，近岸林被茂密；林被稀疏或为人工成熟林，近岸林被稀疏；林被很少或为人工幼林；没有林木。
其进一步的技术方案是：
步骤S4中所述参数归一化方法中，各参数均以参考值为最佳状态并以临界值为最差状态进行评价参数的标准化计算，用标准化公式对核心参数标准化后，各参数理论分布范围为0～1，小于0的值记为0，大于1的值记为1；其中标准化公式为S＝1-(|T-X|)/(|T-B|)
式中，S为评价指标的标准化计算值；T为参照值；B为临界值；X为实际值。
其中参照值是指生境在未受到人为干扰活动下评价参数的取值，指代的生境状况为最佳状况；临界值是指生境在受到人为活动干扰后，生境维持生物生存的能力濒临崩溃的阈值，此时的生境状态为最差状态。参照值和临界值主要依据国际国内通用标准，或相关专业的专家经验和建议确定。
其进一步的技术方案是：
步骤S5中所述主观权重采用Delphi法进行计算，Delphi法也称为专家调查法。使用该方法专家可以根据实际的决策问题和专家自身的知识经验合理地确定各属性权重的排序，不至于出现属性权重与属性实际重要程度相悖的情况。
步骤S5中所述客观权重采用熵值法进行计算，熵值法所使用的数据是决策矩阵，所确定的属性权重反映了属性值的离散程度。
步骤S5中所述主客观综合赋权法采用乘法集成法确定各指标的综合权重。主客观综合赋权法的两种常用方法是乘法集成法和加法集成法，其中乘法集成法实质上是乘法合成的归一化处理，该方法适用于指标个数较多、权重分配比较均匀的情况，因此本申请中选用乘法集成法确定各指标的综合权重。该乘法集成法的计算公式为：
其中wi表示第i个指标的组合权重；ai、bi分别为第i个属性的客观权重和主观权重。
其进一步的技术方案是：
步骤S7中分级分类按照得分SJ分为5级，其等级依次为优、良、一般、差、极差，该五个等级分别对应的得分范围为SJ>0.8、0.6<SJ≤0.8、0.4<SJ≤0.6、0.2<SJ≤0.4、SJ≤0.2，其中“优”等级表示生境状态较好，有利于动植物生存；其中“良”等级表示生境状态受到人类活动的影响，某些对人为活动最敏感的物种有一定程度的丧失；其中“一般”等级表示生境状态受到中等程度的人为活动干扰，对人为活动敏感的物种基本丧失，水生生物群落中中等耐污物种占据优势；其中“差”等级表示生境状态受到较高程度的人为活动干扰，对人为活动敏感的物种全部丧失，水生生物群落中以耐污物种占据优势，鱼类和藻类群落呈现单一化趋势；其中“极差”等级表示生境状态生态***受到完全破坏，仅剩余极度耐污物种，群落单一化现象严重。
本发明的有益技术效果是：本发明所述评价方法中的评价指标体系包含了非生物因子和生物因子两方面的指标，可对长江流域河道内外生境状况做出科学合理的评价，评价体系完整全面；此外该评价方法的评价思路易于理解，评估方法简单、快速，评价结果易懂，具有较好的推广性和实践指导价值。
具体实施方式
为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，下面结合具体实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
对长江流域从河道和河岸两个角度出发，同时考虑非生物因子和生物因子进行长江流域生境状况的评价，其具体的评价方法包括如下步骤。
S1：在长江流域的河道和河岸带布设多个点位。
S2：根据非生物因子评价指标体系，收集基础数据库和监测数据，对所得数据进行实验采样、分析计算，确定非生物因子指标真实值。
其中非生物因子评价指标体系由河流非生物因子类指标和河岸带非生物因子类指标组成。
上述指标中的河流非生物因子的具体情况参见下述表1中所述：
表1河流非生物因子类指标
上述指标中的河岸带非生物因子的具体情况参见下述表2中所述：
表2河岸带非生物因子类指标
注：表中SQ1—SQ7为***粮农组织HWSD土壤质量数据集对全球土壤质量评价的7个指标。
S3：根据生物因子评价指标体系，进行实验采样、分析计算、实地考察、遥感解译，确定生物因子指标真实值。
其中生物因子评价指标体系由河流生物因子类指标和河岸带生物因子类指标组成。
上述河流生物因子类指标的具体情况参见下述表3中所述：
表3河流生物因子类指标
上述河岸带生物因子类指标的具体情况参见下述表4中所述：
表4河岸带生物因子类指标
S4：评价参数的归一化：根据参数归一化方法，对各指标真实值进行归一化处理，得到各指标真实值在0-1之间的数值。
上述参数归一化方法中，各参数均以参考值为最佳状态并以临界值为最差状态进行评价参数的标准化计算，用标准化公式对核心参数标准化后，各参数理论分布范围为0～1，小于0的值记为0，大于1的值记为1；其中标准化公式为
S＝1-(|T-X|)/(|T-B|)
式中，S为评价指标的标准化计算值；T为参照值；B为临界值；X为实际值。
其中参照值是指生境在未受到人为干扰活动下评价参数的取值，指代的生境状况为最佳状况；临界值是指生境在受到人为活动干扰后，生境维持生物生存的能力濒临崩溃的阈值，此时的生境状态为最差状态。参照值和临界值主要依据国际国内通用标准，或相关专业的专家经验和建议确定。
S5：评价指标权重的确定：计算不同指标的主观权重和客观权重，采用主客观综合赋权法对不同指标进行赋权，分别计算非生物因子和生物因子得分。
主客观综合赋权法采用乘法集成法确定各指标的综合权重。主客观综合赋权法的两种常用方法是乘法集成法和加法集成法，其中乘法集成法实质上是乘法合成的归一化处理，该方法适用于指标个数较多、权重分配比较均匀的情况，因此本申请中选用乘法集成法确定各指标的综合权重。该乘法集成法的计算公式为：
其中wi表示第i个指标的组合权重；ai、bi分别为第i个属性的客观权重和主观权重。
上述的主观权重采用Delphi法进行计算，Delphi法也称为专家调查法，使用该方法专家可以根据实际的决策问题和专家自身的知识经验合理地确定各属性权重的排序，不至于出现属性权重与属性实际重要程度相悖的情况。
上述的客观权重采用熵值法进行计算，熵值法所使用的数据是决策矩阵，所确定的属性权重反映了属性值的离散程度。
S6：将非生物因子和生物因子的得分按等权重加权法计算不同点位的长江流域生境状况评价得分SJ。
S7：对不同点位的生境状况评价得分进行分级分类，根据分级分类标准评价长江流域生境状况。
结合上述步骤S6和步骤S7，非生物因子和生物因子的得分按等权重加权，即得长江流域生境评价得分，记为SJ。依据5等分的划分方法，将其划分为如下表5中所示的5个等级。
表5分级分类标准表
本发明所述评价方法针对长江流域缺乏从河道和河岸带两个角度出发，同时考虑非生物因子和生物因子的生境评价方法，构建长江流域生境评价指标体系，为长江生境现状评价、保护、管理提供参考与借鉴。其评价指标体系包含了非生物因子和生物因子两方面的指标，可对长江流域河道内外生境状况做出科学合理的评价，评价体系完整全面；此外该评价方法的评价思路易于理解，评估方法简单、快速，评价结果易懂，具有较好的推广性和实践指导价值。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种长江流域生境状况评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在长江流域的河道和河岸带布设多个点位；
S2：根据非生物因子评价指标体系，收集基础数据库和监测数据，对所得数据进行实验采样、分析计算，确定非生物因子指标真实值；
S3：根据生物因子评价指标体系，进行实验采样、分析计算、实地考察、遥感解译，确定生物因子指标真实值；
S4：根据参数归一化方法，对各指标真实值进行归一化处理，得到各指标真实值在0-1之间的数值；
S5：计算不同指标的主观权重和客观权重，采用主客观综合赋权法对不同指标进行赋权，分别计算非生物因子和生物因子得分；
S6：将非生物因子和生物因子的得分按等权重加权法计算不同点位的长江流域生境状况评价得分SJ；
S7：对不同点位的生境状况评价得分进行分级分类，根据分级分类标准评价长江流域生境状况。
2.根据权利要求1所述的长江流域生境状况评价方法，其特征在于，步骤S2中所述的非生物因子评价指标体系由河流非生物因子类指标和河岸带非生物因子类指标组成。
3.根据权利要求2所述的长江流域生境状况评价方法，其特征在于，所述河流非生物因子类指标包括基本水质指标和营养盐指标。
4.根据权利要求2所述的长江流域生境状况评价方法，其特征在于，所述河岸带非生物因子类指标包括土壤指标、光能指标、热量指标和水分指标。
5.根据权利要求1所述的长江流域生境状况评价方法，其特征在于，步骤S3中所述的生物因子评价指标体系由河流生物因子类指标和河岸带生物因子类指标组成。
6.根据权利要求5所述的长江流域生境状况评价方法，其特征在于，所述河流生物因子类指标包括着生藻类相关指标、大型底栖动物相关指标和鱼类相关指标。
7.根据权利要求5所述的长江流域生境状况评价方法，其特征在于，所述河岸带生物因子类指标包括通过遥感解译获得的植被盖度和通过实地考察获得的植被结构。
8.根据权利要求1所述的长江流域生境状况评价方法，其特征在于，步骤S4中所述参数归一化方法中，各参数均以参考值为最佳状态并以临界值为最差状态进行评价参数的标准化计算，用标准化公式对核心参数标准化后，各参数理论分布范围为0～1，小于0的值记为0，大于1的值记为1；其中标准化公式为
S＝1-(|T-X|)/(|T-B|)
式中，S为评价指标的标准化计算值；T为参照值；B为临界值；X为实际值。
9.根据权利要求1所述的长江流域生境状况评价方法，其特征在于，步骤S5中所述主观权重采用Delphi法进行计算；所述客观权重采用熵值法进行计算；所述主客观综合赋权法采用乘法集成法确定各指标的综合权重，该乘法集成法的计算公式为：
其中wi表示第i个指标的组合权重；ai、bi分别为第i个属性的客观权重和主观权重。
10.根据权利要求1所述的长江流域生境状况评价方法，其特征在于，步骤S7中分级分类按照得分SJ分为5级，其等级依次为优、良、一般、差、极差，该五个等级分别对应的得分范围为SJ>0.8、0.6<SJ≤0.8、0.4<SJ≤0.6、0.2<SJ≤0.4、SJ≤0.2。
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2019
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