专利名称：一种区域生态网络的分析方法
一种区域生态网络的分析方法所属领域本发明属于环境科学、系统生态学研究领域，是一种可以对不同尺度(国家、城 市、园区等)、不同系统(社会系统、经济系统、产业系统、城市系统等)进行系统分析和评价 的方法，尤其可以适用于定量分析区域各个部门之间物质能量的输入、输出过程，进而确定 区域生态网络中部门组成结构和功能关系，并对网络整体状态进行综合评价。
背景技术：
人类的经济发展是以巨大的生态环境破坏和资源消耗为代价的，从而给区域的可 持续发展带来了巨大的阻碍。随着经济和人口的快速增长，这些区域问题还将进一步加剧。 由于研究问题本身的复杂性，需要从系统论的角度出发，剖析区域发展受阻的内在原因，为 政府进行宏观调控、实现社会的可持续发展提供理论依据。目前广泛使用中的分析评价方法，如健康评价、承载力评价、可持续发展指数评 价、生态足迹核算、服务功能核算等，包括作为标准由国家颁布的评价指标体系，无一不是 将研究对象作为一个黑箱系统，各个分析与评价方法所涉及的内容和结论均是针对系统整 体的状态和属性，而并未涉及系统内部的运行规律以及组分间的互动机制，这导致评价结 果无法得出问题的症结所在，从而无法直接指导问题的解决。申请号为200510119029. 2的 名为区域农业可持续发展能力动态评价系统，公开号为CN1979540的发明专利，强调区位 差异，针对性强，但仍然采用了人为选取的离散指标来进行评价，仍不能避免评价的主观因 素干扰；申请号为200710130861. 1的名为一种利用地理信息系统与遥感技术进行生态功 能区划的方法，公开号为CN101114277的发明专利，采用了遥感和GIS技术来表达地理环境 的时空差异，减少了空间分异评价的主观干扰，但其只能表征以土地利用类型为基础的空 间表象特征，但却无法解释外在特征变化的内在机理。因此，从理论和机理的角度分析区域 生态系统的内在特征的专利比较少。随着人们对区域发展建设认识的逐步深入，把区域生态系统看作成一个网络成为 解决区域发展过程中生态环境问题的关键。生态网络理论起源于自然生态系统，是用于描 述生态系统中不同生态群落及其与环境之间物质、能量流动而交织的网络结构，而区域系 统是一个人工系统，相对于自然生态系统单纯的食物链(网)，加入了人为设计的生产链 (网)、分配链(网)、消费链(网)；相对于自然生态系统中物质能量流，增加了人口流、科 技信息流、废物流等等，这些都使得人工生态网络中的物质能量传递更加复杂，但相关的研 究却相对非常缺乏。如申请号为200710177066. 8的名为在大规模社会网络中基于路径评 分的个人关系发现方法，公开号为CN101149756的发明专利是基于路径评分在大规模社会 网络中个人关系发现方法，属于互联网中社会网络搜索技术领域，应用于节点数超过百万 的社会关系网络中，进行人与人之间的关系快速查找或使用于研究者的关系发现。申请号 为200710117719. 3的名为基于专家值传播算法的社会网络专家信息处理系统及方法，公 开号为CN101075942的发明专利则是基于专家值传播算法的社会网络专家信息处理系统 及方法，属于社会网络信息处理领域。其特征为用社会网络生成服务器构建社会关系网络图，该图用个人描述信息、人际关系、关系类别，及人际关系到关系类别等信息的映射函数 来描述。申请号为01141735. 8名为用于网络区域节点间安全通信的安全联盟(SA)产生方 法，公开号为CN1406005以及申请号为90107420. 9名为局部区域网络体系结构，公开号为 CN1049945的发明专利都是涉及一种用于区域网络节点的识别方法。综上所述，由于传统区域生态系统分析方法的不足，需要将系统作为一个生态网 络来处理，现有社会网络研究多是集中在网络信息传输及所反映的关系方面，分析区域生 态网络中物质、能量交换的相关专利几乎是空白。本发明将区域生态系统看作一个生态网 络，分析网络中各节点的物质、能量交换途径，以及反映出的功能关系，克服了传统技术方 法的主观性和离散性。
发明内容
本发明针对现有技术方法无法对区域生态网络内部的结构和功能进行有效分析 评价的问题，整合了复合生态系统理论、物质流核算、投入产出分析、生态网络理论、数理统 计模拟分析及阶层理论等现有技术，设计了一种对区域生态网络进行模拟、评价、分析的方 法，包括系统界定、生态网络模型构建以及对系统结构和功能关系综合评价等几项内容。本发明的特征首先在于从生态网络的角度出发，构建区域生态网络模型，从而明 确区域生态网络系统中各组分之于系统的结构属性以及各组分之间的功能关系。本发明将 研究对象视为一个区域生态网络系统，通过重新界定系统边界，基于对网络系统各组分间 的物质、能量交换过程的分析，将系统划分为不同的组分，打破原来投入产出的黑箱分析模 式，将黑箱彻底白化，核算各个组分之间的物质能量，进而可以量化分析各个组分之间的相 互作用机制。本发明的特征还在于借鉴自然生态系统中食物链(网)的营养级关系和层级理 论，借助评价指数对生态网络模型中的各个组分在系统中的角色(生产者、消费者和分解 者)进行分析，而系统中各个组分之间更加复杂的相互作用和错综复杂的关系决定了其角 色的多样性和交互性，通过本发明提出的评价方法更加能够对生态网络系统中的各个组分 之间的结构属性和功能特征深入分析，从而为客观准确的评价系统提供了坚实的基础。本发明的目的在于提供一套方法，客观、系统地对区域生态网络内部特征进行分 析和评价，以解决现有研究手段的不足。与现有研究方法相比，本发明具有如下优点(1)客观性。本发明在计算过程中完全依据实际存在的物质能量流动关系和网络 系统本身的固有特性，不涉及主观因素。(2)可操作性。本发明用于分析区域生态网络的内在特征，不仅能清晰分析区域生 态网络的基本结构，还能分析各组分间的制衡关系以及各组分对网络总体的贡献或影响， 为区域的宏观管理决策提供依据。(3)普适性。本发明所提供的方法不仅适用于各种尺度研究(国家、城市、其他微 观尺度等)，同样也适用于不同的系统分析，如社会系统、城市系统、产业系统、消费系统，能 源、水等单要素系统等。
下面结合附图和实施案例对进一步阐述本发明。
图1是区域生态网络模型图。
(注1-内部环境，2-农业部门，3-采掘业部门，4-加工制造部门，5-建筑部门，6-生 活消费部门(家庭消费)，7_回收循环部门，8-外部环境
f21 可再生资源，农业隐藏流和提供给牲畜的氧气；f31 不可再生物质(包括隐流)； f41 化学燃料消耗的氧气；f61 人消耗的氧气；f12 农业间接流和农业隐流；f42 农业副加 工产品；f62 人消耗的农业产品和农业能源；f82 农业产品的输出和农业进口隐流；f13 采 矿隐流和污染物(未经处理)；f43 采掘量；f73 进入处理系统的采掘业污染物；f83 采掘 业输出和进口隐流 ’f14 燃烧的气体排放和未经处理的污染物；f24 供农业生产的物质、设 备和能量 ’f34 供采掘的设备和能量 ’f54 建筑物质和能量消耗量 ’f64 食物、生活物品和能 量消费量；f74 工业污染物和供给的能量；f84 工业产品输出和进口隐流；f15 建筑污染物； f16 气体排放和污染物排放；f76 进入回收处理的生活污染物；f86 生活进口隐流；f17 经过 处理之后的污染物排放量；f47 工业污染物的循环回收量；f28 农业用品进口和进口隐流； f38 矿业产品进口和进口隐流；f48 工业产品进口和进口隐流；f68 生活用品和食物进口和 进口隐流)图2是网络贡献率指数分析图。图3是网络发展压力指数分析图。
具体实施例方式首先，通过网络边界界定和网络组分剖析，构建生态网络模型。为了分析网络中各 个经济生产消费部门之间的相互作用关系，可以按照生产消费过程确定网络节点，如采掘 业部门、加工制造部门、建筑部门、农业部门、生活消费部门、回收循环部门和环境等，从而 构建区域生态网络模型。其次，借鉴自然生态系统的食物链(网)的营养级关系，开展生态层级金字塔分 析，初步划定区域生态网络中各个节点的角色。最后通过计算区域生态网络节点间的流量， 构建两个分析指数贡献率指数和发展压力指数，进一步确定各节点在整个生态网络中所 担任的角色和地位，从而揭示各个节点的相互结构属性和功能关系。利用本发明提出的贡 献率指数，可获得网络节点对网络总体的贡献大小，以及节点在网络内的层级关系；利用本 发明提出的发展压力指数，得到网络节点对于网络整体的影响程度，从而可以辨识出网络 的瓶颈节点、调控节点，为实施管理工作提供可操作性强的建议和措施。实施案例以中国为具体实施案例，针对区域生态网络开展具体研究，可以得出以下结论将中国这一区域生态网络划分为1-内部环境，2-农业部门，3-采掘业部门，4-加 工制造部门，5-建筑部门，6-生活消费部门(家庭消费)，7-回收循环部门，8-外部环境等 节点，从而构建区域生态网络模型(图1)。基于自然生态系统的食物链(网)的营养级关 系，初步划定内部环境和外部环境为生产者，农业部门、采掘业部门、加工制造部门、建筑部 门、生活消费部门为消费者，回收循环部门为还原者。贡献率指数分析结果如图2所示，内部环境是网络中主要的生产者，而外部环境 提供给网络产品和原材料，也相当于生产者，但投入产出比值小于1，说明中国是一个出口 大国。农业部门、采掘业部门、加工制造业部门效率普遍较低，建筑业部门的投入除了建筑
5垃圾都变成了建筑存量，所以没有输出，指数为0，所以建筑业是产业系统中的消费者—— 我们称为生产消费者。生活部门，由于没有考虑人力资源，故只有资源的投入和污染物的排 放，没有有效产出，满足消费者的定义，而处理回收部门对于污染物的排放起到了很好的抑 制作用，并且投入资源量较小，所以其贡献值较高，其在系统中担任还原者的作用。
发展压力指数分析结果如图3所示，对于环境来说，没有所谓的污染物，所以主 要考察投入量大小，内部环境的投入量比较大，为了可持续发展，应该考虑增加进口，减少 系统内部的资源压力。农业部门、采掘业部门的压力指数较大，应该减少初级生产者的规 模；加工制造部门，由于投入量大大高于污染物的排放量使得指数较小，所以应该提高其资 源利用量和减少污染物的排放量；建筑业部门应该减少建筑的资源投入量，增加建筑材料 的回收利用量；生活消费部门其污染物的排放量占到消费量的一半以上；处理回收部门由 于污染物回收处理能力还没有满足现有生产和生活水平的要求，应该加强其回收利用的能 力，满足日益提高的生产规模和生活要求，使得中国区域生态系统朝着可持续的方向发展。
权利要求
一种区域生态网络的分析方法，其特征是整合了复合生态系统理论、物质流核算、投入产出分析、生态网络理论、数理统计模拟分析及阶层理论等现有技术，构建区域生态网络模型，开展模拟核算，并利用阶层理论和提出的评价指数对其结构和功能进行综合评价，不仅适用于各种尺度研究(国家、城市、其他微观尺度等)，同样也适用于不同的系统分析，如社会系统、城市系统、产业系统、消费系统，能源、水等单要素系统等。
全文摘要
本发明涉及一种可以系统分析和评价区域生态系统的方法。其技术方案是对区域生态网络进行边界界定，依据具体研究目的划分网络节点，以节点间的物质、能量交换关系为网络路径，基于投入产出模型建立网络模型；采用物质流核算方法获得各个节点间的物质流量，之后利用核算结果以及提出的评价指数(贡献率指数和发展压力指数)量化分析各个节点间的相互作用关系。本发明的有益效果是建立起一套全面、系统的区域生态网络分析方法，更可以推广至各个尺度和应用于各个系统，具有代表性和普适性。
文档编号G06Q10/00GK101853431SQ20101010714
公开日2010年10月6日 申请日期2010年2月9日 优先权日2010年2月9日
发明者张妍, 李娅婷, 李盛盛, 章晋赟 申请人:北京师范大学