生态监测与生态规划ppt课件.ppt

,9-1 生态监测的概念和理论依据,生态监测的概念 生态监测就是利用生命系统及其相互关系的变化反应做“仪器”来监测环境质量状况及其变化。生态监测的特点能综合地反映环境质量状况 具有连续监测的功能 具有多功能性 监测灵敏度高 生态监测的基本要求,一、生态监测的概念、特点和基本要求,9-1 生态监测的概念和理论依据,生态监测的基础生命与环境的统一性和协同进化 生态监测的可能性生物适应的相对性 污染生态监测的依据生物的富集能力 生态监测结果的可比性生命具有共同特征,二、生态监测的理论依据,9-2 野外生态监测的基本方法,1.指示生物及其基本特征指示生物 指示生物即对环境中某些物质，包括污染物的作用或环境条件的改变能较敏感和快速地产生明显反应的生物，通过其所作的反应可了解环境的现状和变化。基本特征对干扰作用反应敏感且健康 具有代表性 对干扰作用的反应个体间的差异小、重现性高 要具有多功能,一、指示生物法,9-2 野外生态监测的基本方法,2.指示生物的选择方法生物敏感性的划分指示生物选择方法 现场比较评比法 栽培或饲养比较试验法 人工熏气法 浸蘸法,一、指示生物法,9-2 野外生态监测的基本方法,3.指示生物的指示方式和指标 症状指示指标 指示生物的这类指标主要是通过肉眼或其它宏观方式可观察到的 形态变化。生长势和产量评价指标 对于植物而言，各类器官的生长状况观测值都可用来作指示指标。生理生化指标 它比症状指标和生长指标更敏感和迅速，常在生物未出现可见症状之前就已有了生理生化方面的明显改变。行为学指标 在污染水域的监测中，水生生物和鱼类的回避反应（avoidance reaction）也是监测水质的一种比较灵敏、简 便的方法。,一、指示生物法,9-2 野外生态监测的基本方法,4.指示植物在大气污染监测中的应用 大气污染植物监测方法 调查法 植物群落监测法 污染量指数法,一、指示生物法,9-2 野外生态监测的基本方法,污水生物系统 污水生物系统是1909年由科尔科威茨和马森提出，后又经许多学者不断完善的一种用于河流污染、尤其是有机污染的一种监测方法。这种方法的理论基础是，当河流受到污染后，在污染源下游的一段流程里会发生自净过程，即随着河水污染程度的逐渐减轻，生物的种类组成也随之发生变化，在不同河段将出现不同的物种。,二、野外生态监测的基本方法,9-2 野外生态监测的基本方法,PFU（polyurethane foam unit）法 PFU法是指用聚氨酯泡沫塑料块采集水域中微型生物和测定其群集速度来监测和评价环境质量状况的一种方法。生物指数法 生物指数（biotic index）是指运用数学公式反映生物种群或群落结构的变化以评价环境质量的数值。,二、野外生态监测的基本方法,9-2 野外生态监测的基本方法,群落和生态系统层次的其它监测指标以测定有生命成分的结构信息为基础的指数；以功能信息为基础的指数。这类指数主要是些生态效率指标，如P/R比率、PN/PG比率等；以结构与功能联合的信息为基础的指标。如转换率（turnover ration），像群落的生产速率与群落生物量的比值，即 P/B比率等。,二、野外生态监测的基本方法,9-2 野外生态监测的基本方法,水污染的生态监测 监测方法：细菌在水污染生态监测中的作用 浮游生物的指示作用 大型底栖无脊椎动物在监测中的应用,二、野外生态监测的基本方法,9-3 生物测试,生物测试（bioassay）生物测试又称生物测定或生物检试，是利用生物受到污染物质 的毒害所产生的生理机能等变化测试污染状况的方法。生物测试方法 静水式生物测试（static bioassay）流水式生物测试,一、生物测试及基本方法,9-3 生物测试,毒物和毒性试验的一般概念毒性试验（toxic test）：指人为地设置某种致毒方式使受试生物中毒，根据试验生物中毒反应确定毒物毒性的试验方法。毒物：指由某种方式进入生物体的化学物质，在其达到一定数量时，能扰乱或破坏生物的正常生理功能，引起暂时或持久的病症，甚至使生物死亡的物质。毒性试验中对生物的致毒方式主要采用的方法：一是接触致毒；二是口服致毒；三是人工直接感染法。急性毒物试验 急性毒性试验是指在较短的时间内，通常为96小时或更短的时间，能引起试验动物死亡或剧烈损伤的一种试验方法。慢性毒物试验,二、毒性试验,9-3 生物测试,微核技术 微核技术是利用花粉母细胞减数分裂时四分体时期出现的微核率来指示环境污染的方法，其基本原理是：植物细胞分裂时染色体要进行复制，在复制过程中如果受到外界诱变因子的作用，就会产生一些游离染色体片断，形成包膜，变成大小不等的小球体，这就是微核（micronucleus，MCN）。染色单体交换测定技术 鱼类细胞姊妹染色单体交换（SCE）测定技术是70年代发展的一种新技术。艾姆斯试验技术 艾姆斯试验技术是利用经人工诱变了的微生物作为指示微生物的一监测方法。,三、致突变和致癌物质的监测,9-4 生态规划,一、生态规划的概念二、生态规划的原则三、生态规划的内容四、生态规划的步骤五、生态规划的思想与发展六、生态规划的程序与方法七、实例分析,9-4 生态规划,环境规划 环境规划也称环境保护规划，强调规划区域内大气水体、噪声及固废等环境质量的监测、评价和调控管理。生态规划 强调运用生态系统整体优化观点，对规划区域内城乡生态系统的人工生态因子（如土地利用状况、产业布局状况、环境污染状况、人口密度和分布以及建筑、桥梁、道路、城市管线基础设施分布等）和自然生态因子（气候、水系、地形地貌、生物多样性、资源状况等）的动态变化过程和相互作用特征都应给予相当的重视，研究物质循环和能量流动的途径，进而提出资源合理开发利用，环境保护和生态建设的规划对策。其目的在于区域与城市生态系统的良性循环，保持人与自然、人与环境关系的持续共生，协调发展，追求社会的文明、经济的高效和生态环境的和谐。,一、生态规划的概念,9-4 生态规划,二、生态规划的原则,整体优化原则趋适开拓原则协调共生原则区域分异原则生态平衡原则高效和谐原则可待续发展原则,9-4 生态规划,三、生态规划的内容,生态要素的调查与评价环境容量和生态适宜度分析评价指标体系的建立及规划目标的研究生态功能区划与土地利用布局环境保护规划人口适宜容量规划产业结构与布局调整规划园林绿地系统规划资源利用与保护规划生态规划管理对策,9-4 生态规划,国外生态规划的技术路线 资源管理生态规划(F.Steiner,1960s)：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。McHarg生态规划法（I.L.McHarg,1969）：确定规划范围和规划目标 广泛搜集规划区域的自然与人文资料（包括地理、地质、气候、土壤、野生动物、自然景观、土地利用、人口、交通、文化、人的价值观调查），并分别描绘在地图上 根据规划目标综合分析，提取在第二步所收集的资料 对各主要因素及各种资源开发（利用）方式进行适宜度分析，确定适应性等级 综合适应性图的建立。,四、生态规划的步骤,9-4 生态规划,国内生态规划的技术路线,四、生态规划的步骤,规划、环保业务部门,规划设计、筹备阶段,政府决策部门,气象水文,地形地貌,土地利用,人口分布,资源利用,环境污染,园林绿化,生态要素调查、评价、预测,规划设计阶段,规划目标(社会、经济、生态),规划对策(生态功能区划、环保规划工程措施、绿地系统规划、生态与环境管理措施),评审阶段实施阶段,9-4 生态规划,五、生态规划的思想与发展六、生态规划的程序与方法七、实例分析,1.生态规划与设计思想的产生,生态规划的先驱Marsh,Gedde与Powell分别从生态规划的指导思想、方法以及规划的实施途径的开创性工作，为后来生态规划的理论和实践的发展奠定了基础。正是他们的工作，标志着生态规划的产生和形成。,在其1864年出版的Man and Nature Physical Geography as Modified by Human Action著作中，首次提出合理地规划人类活动，使之与自然协调，而不是破坏自然，并呼吁Design with nature rather than against the environment.Marsh的这个规划原则，直至仍是生态规划的一个重要思想基础。,Powell(1879)在他的(Report on the Lands of the Arid Region of the United States)中指出:“恢复这些土地(指不适当耕作而导致的沙化地与废弃地)需要广泛而且综合的规划”，规划“不仅要考虑工程问题及方法，还应考虑土地自身的特征”。Powell给国会的报告中，“强调要求制定一种土地与水资源利用政策，并要求选择能适应干旱、半干旱地区的一种新的土地利用方式，新的管理机制及新的生活方式”。powell无疑是最早呼吁通过立法与政策促进与生态条件相适应的发展规划的人之一。,Geddes在Cities in Evolution一书中，从人与环境的关系出发，系统地研究了决定现代城市成长与变化的动力。他认为他的目标是将自然引入城市，强调在规划过程中，通过充分认识与了解自然环境条件，根据自然的潜力与制约，制定与自然和谐的规划方案。Patrick Geddes，不仅是一位著名的生物学家，而且还是人类生态学的奠基人，传统区域与城市规划的先驱思想家之一，他创立的城市与区域规划程序:调查一分析一规划方案的建立，一直为规划者视为经典程序。,五、思想与发展,2.20世纪初生态规划的发展,此时，生态学自身已完成其“独立”过程，生态学思想也更广泛地向社会学、城市与区域规划以及其它应用学科渗透。1.理论上 这个时期人们开始认识到动植物的美学价值与功能价值，以及保护自然景观对城市发展与城市生活的重要性。Howard的田园城市运动对城市与区域规划以 及McHarg等生态规划工作均产生了深远的影 响。美国区域规划协会于1923年成立，其主要成 员包括:Benton Mackaye,Lewis Mumford,Clarence Stein,Henry Wright及 CatherineBauer等，尤其Mackaye与Mumford强 烈支持以生态学为基础的区域规划。Aldo Leopold在他著名的有关土地利用的著作中，机智而深思熟虑地探讨了将生态学方法应用于规划 之中的问题。,Howard在其明日的田园城市中的图解是这样描述田园城市的“具有自然美、富于社会机遇，接近田野公园，有充裕的工作可做，高工资、低租金、低税收、低物价，没有繁重的劳动，企业有足够的发展场所，资金周转快，洁净的空气与水，明亮的住宅和花园，无烟尘，无贫民窟，自由协作，,Mackaye曾巧妙地将区域规划与生态学联系起来，他将区域规划定义为:“在一定区域范围内，为了优化人类活动，改善生活条件，而重新配置物质基础的过程，包括对区域的生产、生活设施、资源、人口以及其它可能的各种人类活动的综合安排与排序”。,他指出“生态学反应与条件规定与制约着所有依赖于土地的企事业，无论是经济的，还是文化的。在这里Leopold首先注意到自然生态过程对人类活动的相互关系。同时，还指出:运用生态学理论与方法意味追求“广泛与土地共生”，适当的规划意味着向“人与土地和谐相处的状态努力，通过土地与地球上所有的东西(生物)和谐共处，还警告“人与土地的相互作用是极其重要的，不可抱侥幸心理，而必须通过十分仔细地规划与管理”。,五、思想与发展,2.20世纪初生态规划的发展,2.在实践中 在生态规划的先驱思想家们从理论、方法上构筑生态规划的同时，生态规划的实践已悄然开展起来了，并在规划实践中丰富与发展了生态规划的理论与方法。规划师们开始有意识地协调处理自然景观、自然过程与人工环境的关系，如Olmsted与Voux 1878年设计的Boston Back Bay与Mutty River Cleveland,1888年设计的Minne apolis和St.Paul的公园，Eliot 1893年的Boston综合规划及Jensen在1920年对South Chicago的规划。田纳西流域的综合规划与实施将二次世界大战前的生态规划推向高潮。田纳西流域规划称为“国家级的规划”，这个方案充分地认识到作为基本资源的水，在恢复流域经济的重要性及潜力，方案的3个基本目标是防洪、发展航运及开发水电，后来扩大到植被恢复，水土保护，新社区建设，农田肥力恢复等多个目标。田纳西流域成为区域整体综合规划的成功的代表作，也是后来E.P.Odum称流域为生态规划最优单元的经典例证。在规划方法上，这个时期的显著贡献是创立了地图叠合技术及其在规划中的运用，为综合分析社会经济及自然环境信息提供了一个有效、便利的方法。地图叠合技术，今天已成为地理信息系统、空间分析技术以及生态规划的方法与技术基础。,五、思想与发展,灵敏度模型强调系统要素之间的相互作用关系及其对系统整体行为的影响，以及在规划过程中公众的广泛参与。灵敏度模型重点关心的是系统结构与功能的时间动态，对空间关系与空间格局的动态过程则难以反映出来。,60年代以后的生态规划更多地从生态学理论和方法中吸取营养，使用的语言也开始生态学化，尤其强调生态规划应是以生态学为基础的规划。许多具有远见卓识的生态学家都曾致力于将生态学理论与方法应用于规划之中。McHarg的Design With Nature 及其规划实践起到重要的作用。德国科学家F.Vester及A.von Hesler将系统规划与生物控制论相 结合，建立城市与区域规划的灵敏 度模型(Sensitivity Model)。(以系统论思想为基础提出的区域 生态系统发展战略)。景观生态规划。如Forman等提出的 格局优化为核心的景观格局规划。,3.20世纪60年代后生态规划的发展,在Design With Nature中，指出，“生态规划是在通盘考虑了全部或多数因素，并在无任何有害或多数无害条件下，对土地的某种可能用途进行规划和设计，确定其最适宜的利用”。另外，McHarg建立了一个城市与区域规划的生态学框架，并通过案例研究，如海岸带管理、城市开阔地的设计、农田保护、高速公路的选线，及流域综合开发规划等的分析，对生态规划的工作流程及应用方法作了较全面的探讨。McHarg的生态规划框架对后来的生态规划影响很大，成为70年代以来的生态规划的一个基本思路，以后许多工作大多遵循这一思路展开的，并将这个框架称之为McHarg方法。,五、思想与发展,E:建立资源评价与分级准则;F:资源不同利用方式的相容性;G:综合发展(或资源利用)的适宜 性分区。,McHarg千层饼式的生态调查,1.生态规划的程序,60年代以来，尽管不同作者及规划工作者乃至政府部门在其生态规划研究与实践中，其方法有各自的特点，但总的来说是以McHarg方法作基础的。1.确立规划范围与规划目标;(A)2.生态调查；(B)3.根据规划目标进行综合分析；(C)4.对各主要因素及各种资源开发(利用)方式进行适宜性分析，确定适应性等 级;(D)5.综合适宜性图的建立。(E、F、G)McHarg方法的核心是：根据区域自然环境与自然资源性能，对其进行生态适宜性分析，以确定利用方式与发展规划，从而使自然的利用与开发及人类其它活动与自然特征、自然过程协调统一起。,六、程序与方法,2.生态适宜性分析,适宜性分析是生态规划的核心，其目标是根据区域自然资源与环境性能，根据发展要求与资源利用要求，划分资源与环境的适宜性等级。归纳起来可以分为：整体法 因子叠合法 数学组合法 因子分析法 逻辑组合法 其中因子叠合法是由McHarg首先在生态规划中应用并系统化。,叠置法,分区,各因素适宜性评估,土地利用方式适宜性分析,土地适宜性分析,生态适宜性方法比较,六、程序与方法,McHarg土地适宜性分析步骤,2.生态适宜性分析,六、程序与方法,桃江县位于湖南省中北部，面积2063km，是一个以种植业为主的山区农业县。在这里，以桃江土地利用适宜性评价为例，根据该县农作物布局，柑桔、楠竹等农业发展的资深要求，运用生态位适宜度模型，分析评价各土地单元对不同土地利用要求适宜性等级，为桃江农业发展与农业布局提供基础。在本研究中，以该县1：10万地形图为底图，运用地理信息系统EPPL7作空间模拟的工具。,发展对资源环境的要求通常可以分为3类：第1类必须满足其最低要求，而且越丰富越好;,式中，Xi为i种资源的生态位适宜度指数，Si为i资源现状的测度,Di为对i资源要求测度，Dimin为i资源要求的低限，Diopt为i资源的理想要求值，Ri为i资源的风险性测定，常用保证率来测度。,1.生态位适宜度模型,七、实例分析,第2类是在资源可供给的范围内存在一个适宜区间，即既不能低于一定值.也不能高于某个值，资源供给过少及过多均将成为限制因素，如农作物对温度环境的要求即属于这一类;,第3类即现状值愈低愈好。如区域灾害频率越低越好、即属于这一类。,式中，Dimax为i资源要求的高限限,式中，Xi为J发展措施或途径的生态位适宜度指数，Xij为i资源因素对j发展措施或途径的生态位适宜度指数。,1.生态位适宜度模型,七、实例分析,农业主要是指以水稻等农作物为主的农业生产,2.农业土地利用生态适宜性分析,七、实例分析,3.土地的林业适宜性分析,七、实例分析,