基于神经网络的福田红树林生态系统健康评估

深圳市福田国家级红树林自然保护区的红树林生态系统健康评价毕忠野;党二莎;包吉明;宫云飞;兰冬东;鲍晨光【摘要】为切实保护珍贵的红树林资源,保持红树林生态系统健康,文章构建相应的评价指标体系,采用科学的评价方法,对深圳市福田国家级红树林自然保护区的红树林生态系统健康进行评价.研究结果表明:根据红树林生态系统健康的影响因素,评价指标体系包括环境和生态2个一级指标,海水质量、生物栖息地质量和生物质量3个二级指标以及海水pH值和盐度等15个三级指标;根据各评价指标的监测数据、量化分级和赋值,计算深圳市福田国家级红树林自然保护区4个季节的红树林生态系统健康综合评价值;红树林生态系统健康随季节变化不明显,其中春季、夏季和冬季为亚健康,秋季为健康,主要原因是秋季的海水盐度较低.【期刊名称】《海洋开发与管理》【年(卷),期】2019(036)006【总页数】5页(P28-32)【关键词】生态评价;生态环境;红树植物;生物海岸;生物多样性【作者】毕忠野;党二莎;包吉明;宫云飞;兰冬东;鲍晨光【作者单位】国家海洋环境监测中心大连 116023;深圳市源清环境技术服务有限公司深圳 518057;国家海洋环境监测中心大连 116023;国家海洋环境监测中心大连 116023;国家海洋环境监测中心大连 116023;国家海洋环境监测中心大连116023【正文语种】中文【中图分类】P76;X8260 引言红树林被称为“海底森林”,是可再生的海洋生物资源,具有生产率高、分解率高和归还率高的特性,是生物海岸的基本类型之一[1-3]。

红树林也是重要的滨海湿地资源,是陆地生态系统向海洋生态系统过渡的生态屏障,在净化海水、抵抗风浪、保护海岸、改善生态环境和保持生物多样性等方面具有巨大价值以及陆地森林不可替代的作用。

生态系统健康一词最先由加拿大学者Schaeffer[4]于20世纪80年代后期提出,即生态系统健康为生态系统缺乏疾病(未受损害),但未明确其定义。

第43卷第12期2007年12月林业科学SCIE NTI ASI LVAESI NIC AEV ol 143,N o 112Dec.,2007基于BP 神经网络确立森林健康快速评价指标3甘　敬1,2　朱建刚1　张国祯2　余新晓1(11北京林业大学　北京100083;　21北京市园林绿化局　北京100029)摘　要:　拟定森林健康快速评价(RAFH )指标,通过对训练样本的模式识别来构建一个BP 神经网络,观察其能否收敛,并以测试样本为新的输入项进行模拟,采用误差百分比法、线性回归检验法和Nash 2Sutcliffe 效率法对模拟值与期望值的吻合程度进行检验,以此验证拟定指标的合理性。

结果表明:在隐含层神经元n ≥16时,网络能较好地收敛,说明该网络输入项———林分层次结构、病虫害程度和土壤厚度3个指标的训练样本值与目标输出项———森林健康精准评价(PAFH )结果的非线性相关程度高;模拟值与期望值的相对误差均值为-611409%,回归方程斜率为019683,截距为010490,Nash 2Sutcliffe 效率为019054,均表明二者之间吻合较好。

因此,林分层次结构、病虫害程度和土壤厚度可以作为森林健康快速评价(RAFH )的指标。

关键词:　森林健康快速评价;指标;BP 神经网络;合理性检验中图分类号:S75818 文献标识码:A 文章编号:1001-7488(2007)12-0001-07收稿日期:2007-10-22。

基金项目:北京市科委重大项目(D0706001000091)和国家“十一五”科技支撑计划项目(2006BAD03A0201)资助。

3朱建刚为通讯作者。

Establishing I ndices for R apid Assessment of Forest H ealthB ased on BP N eural N etw orksG an Jing 1,2　Zhu Jiangang 1　Zhang G uozhen 2　Y u X inxiao 1(11Beijing Forestry Univer sity Beijing 100083;　21Beijing Municipal Bureau o f Parks and Afforestation Beijing 100029)Abstract :　The indices of rapid assessment of forest health (RAFH )were given and their rationalities were tested based on BP neural netw orks in terms of convergence effects of BP netw orks established according to pattern recognition of training data and the consistency tests between simulation outputs and expected outputs w ith three methods including percent error ,linear regression and Nash 2Sutcliffe efficiency.The results of convergence effects showed that the netw orks could converge properly w ith 16or m ore neurons in hidden layer ,which indicated that there was a significant ,nonlinear correlation between the inputs derived from training data values of 3indices consisting of stand structure ,severity of pest and disease and soil thickness and the target outputs resulting from precision assessment of forest health (PAFH ).The reults of consistency tests dem onstrated w ith mean relative error (-611409%),the Nash 2Sutcliffe efficiency (019054)as well as the slope (α=019683)and the intercept (b =010490)of the regression equation indicated high consistency between simulation outputs and excepted outputs.Therefore ,stand structure ,severity of pest and disease and soil thickness could be considered as indices of rapid assessment of forest health (RAFH ).K ey w ords :　rapid assessment of forest health ;indices ;BP neural netw orks ;rationality test“森林健康”是西方国家针对人工林林分结构单一、病虫害抵抗力差、水土保持功能薄弱等问题提出的理念(K olb et al .,1994;朱建华等,2003;王彦辉等,2007)。

中国红树林生态系统生态价值评估一、本文概述《中国红树林生态系统生态价值评估》一文旨在全面、深入地探讨中国红树林生态系统的生态价值，以及其在全球和区域生态环境中的重要地位。

红树林是一种独特的湿地生态系统，因其特殊的生态环境和生物多样性，被誉为“海洋的森林”和“海岸卫士”。

在中国，红树林分布广泛，覆盖了多个沿海地区，对维护海洋生态平衡、抵御海平面上升、保护海岸线等方面发挥着不可替代的作用。

本文首先介绍了红树林生态系统的基本概念、特点及其在中国沿海地区的分布情况。

随后，文章从多个角度对红树林的生态价值进行了深入评估，包括其在维护生物多样性、净化水质、减缓气候变化、保护海岸线等方面的功能。

文章还分析了红树林生态系统面临的威胁和挑战，如环境污染、生态破坏、人类活动等因素对其造成的影响。

文章提出了保护和发展中国红树林生态系统的策略和建议。

包括加强法律法规建设、推动科研创新、提高公众环保意识、开展生态修复工程等，以期为中国红树林生态系统的可持续发展提供有力支撑。

通过本文的研究，旨在提高公众对红树林生态价值的认识和保护意识，促进中国红树林生态系统的健康、稳定和可持续发展。

二、红树林生态系统的结构与功能红树林生态系统是一种独特的滨海湿地生态系统，主要由红树植物、微生物、动物以及其所处的环境构成。

这些要素相互关联，共同维系着这一生态系统的稳定与健康。

红树植物：红树植物是红树林生态系统的基石，它们能够在盐分高、淹水频繁的环境中生长。

这些植物具有特殊的根系结构和生理机制，如“呼吸根”和“胎生”现象，使它们能在恶劣的环境中生存和繁衍。

红树植物不仅为生态系统提供物质生产，还是许多生物的栖息地。

微生物：微生物在红树林生态系统中发挥着重要作用，包括分解有机物质、促进营养循环、固定碳等。

微生物的多样性和活性对红树林生态系统的健康至关重要。

动物：红树林生态系统为众多动物提供了栖息和繁殖的场所。

从底栖生物到鸟类、哺乳动物，红树林生态系统是许多物种的生命线。

福田红树林自然保护区湿地生态系统应用实例研究摘要以福田红树林湿地生态系统为研究对象,将其生物组成分为红树植物、底栖动物、浮游植物、浮游动物、鸟类和碎屑等15个功能组,运用Ecopath with Ecosim(EWE)软件,构建了福田红树林湿地生态系统的EWE模型,探讨了红树林湿地生态系统的状态、特征及不同物种之间的营养关系,并评价红树林湿地生态系统当前的健康状况。

福田保护区内有陆鸟5目19科55种。

其中，数量较多的优势种有16种，占总种数的30.0%;珍稀保护鸟类有8种，占总种数的14.0%;国家I级保护鸟类有1种(白肩雕);II级保护鸟类有7种，分别为赤腹鹰、莺、鹜、白头鸦、游集、红集和褐翅鸦鹃，除了褐翅鸦鹃属杜鹃科外，其余的都属鹰科。

从食性方面来看，食鱼兼食虫的鸟类有47种，占总种数的85.0%;食鼠的鸟类有6种，占总种数的11.0%。

从觅食和栖息习性方面来看，喜欢空中盘旋和飞翔捕食的鸟类有12种;经常出现在乔灌林地的鸟类有20种;多在基围草灌丛活动的鸟类有12种;适应各种环境的鸟类有11种。

从物候方面来看，冬候鸟有21种，夏候鸟有6种，迁徙鸟有4种，留鸟有24种。

3.底栖动物深圳湾福田红树林外泥滩常见底栖动物是羽须鳃沙蚕、奇异稚齿虫(Paraprionospio pin-nata)、德氏狭口螺(Stenot彻ra divalis)、尖刺樱虫(Potamilla acuminata)、寡鳃齿吻沙蚕<Nephthys oligobranchia、莫顿长尾虾(Apseudes mortoni)、沼蚓(Limnodriloides sp.)和小头虫(Capitella capitata)。

几种大型底栖生物在3种深度的平均栖息密度及其t检验值注:上一中表示某生物在上层与中层间平均栖急密度的r检验值，上一下表示某生物在上层与下层间平均栖急密度的r检验值，中一下表示某生物在中层与下层间平均栖急密度的r检验值.我们可以将福田红树林湿地生态系统划分为15个功能组，分别为：桐花树、秋茄(6年)、秋茄(20年)、海榄雌、无瓣海桑、海桑、甲壳动物、软体动物、弹涂鱼类、多毛类、其他底栖动物、浮游动物、浮游植物、鸟类和碎屑。

深圳湾福田保护区红树林生态系统服务功能价值评估一、本文概述《深圳湾福田保护区红树林生态系统服务功能价值评估》一文旨在全面、深入地探讨深圳湾福田保护区内红树林生态系统的服务功能及其价值。

红树林作为一种独特的湿地生态系统，在维护生物多样性、防止海岸侵蚀、净化水质、调节气候等方面发挥着不可替代的作用。

深圳湾福田保护区的红树林生态系统，更是这一地区生态平衡和可持续发展的关键。

本文首先将对红树林生态系统的基本概念、特点及其在全球生态系统中的重要地位进行简要介绍。

随后，文章将重点分析深圳湾福田保护区红树林生态系统的服务功能，包括其生物多样性保护、生态屏障构建、资源供给、休闲旅游等多方面的功能。

在此基础上，文章将采用科学的方法对红树林生态系统的服务功能价值进行评估，以量化其价值，为相关部门提供决策参考。

本文还将对深圳湾福田保护区红树林生态系统当前面临的挑战和威胁进行剖析，如污染、人为干扰、气候变化等。

通过对这些问题的深入分析，文章将提出针对性的保护和管理建议，以期为该地区红树林生态系统的可持续发展提供有力支持。

《深圳湾福田保护区红树林生态系统服务功能价值评估》一文旨在通过全面、深入的分析和评估，揭示深圳湾福田保护区红树林生态系统的多重服务功能及其价值，为相关决策和管理提供科学依据，促进该地区生态系统的健康和可持续发展。

二、红树林生态系统服务功能概述红树林作为一种独特的湿地生态系统，拥有多重且重要的服务功能。

它们不仅为众多生物提供了栖息地，而且在维持生态平衡、保护海岸线、减缓气候变化等方面发挥着不可替代的作用。

深圳湾福田保护区的红树林生态系统，作为珠江口乃至我国东南沿海红树林的重要组成部分，其服务功能尤为突出。

红树林是众多物种的栖息地，具有很高的生物多样性价值。

它们为鱼类、贝类、鸟类等生物提供了丰富的食物来源和繁殖场所，是海洋生态系统中的重要一环。

同时，红树林还能够净化水质，吸收和分解污染物，对维护海洋环境的健康发挥着重要作用。

福田红树林自然保护区湿地生态系统模型框架的构建及应用实例研究文章标题：福田红树林自然保护区湿地生态系统模型框架的构建及应用实例研究摘要:福田红树林自然保护区是中国南方珠江三角洲城市群中唯一保存完好的红树林自然保护区，其湿地生态系统对于生物多样性和生态平衡的维护具有重要意义。

本文针对福田红树林自然保护区的湿地生态系统，提出了一个模型框架，并通过实例研究分析其应用效果，以期为保护区的生态环境管理提供科学依据。

一、介绍1.1 福田红树林自然保护区的背景和重要性福田红树林自然保护区位于广东省深圳市，是珠江三角洲最后一片保存完好的湿地生态系统，拥有丰富的生物资源和独特的地理环境，对于维护珠江三角洲地区的生态平衡和生物多样性至关重要。

1.2 研究主题的意义和价值构建福田红树林自然保护区湿地生态系统模型框架，可以帮助管理者更好地了解和把握保护区的生态环境变化规律，为相关决策提供科学依据和技术支持，有利于保护区的可持续发展和生态环境的长期稳定。

二、模型框架的构建2.1 数据收集和整理我们需要收集和整理福田红树林自然保护区的地理、生态和气候数据，包括植被分布、水文特征、气候变化等方面的数据，构建数据库，为后续模型的建立奠定基础。

2.2 湿地生态系统的要素分析基于收集的数据，我们可以对湿地生态系统的各要素进行分析，包括植被类型、鸟类和鱼类的种群分布、水质和土壤特征等，以全面了解生态系统的组成和特征。

2.3 模型构建在数据分析的基础上，我们可以借助生态学、地理信息系统和数学建模等相关知识，构建福田红树林自然保护区湿地生态系统的模型框架，考虑生物多样性、物种相互作用、环境影响因素等方面的因素，建立生态系统的数学模型。

三、应用实例研究3.1 模型验证我们可以通过实地调查和实验观测，验证模型的准确性和适用性，检验模型对于福田红树林自然保护区湿地生态系统的描述和预测能力，确保模型的科学性和可靠性。

3.2 生态系统管理决策支持基于模型框架，我们可以对福田红树林自然保护区的生态环境进行模拟和预测，为相关管理部门和决策者提供科学依据，指导保护区的生态环境管理工作，促进生态效益的最大化。

承诺书我们仔细阅读了2015东北三省数学建模联赛的竞赛规则。

我们完全明白，在竞赛开始后参赛队员不能以任何方式（包括电话、电子邮件、网上咨询等）与本队以外的任何人（包括指导教师）研究、讨论与赛题有关的问题。

我们知道，抄袭别人的成果是违反竞赛规则的,如果引用别人的成果或其他公开的资料（包括网上查到的资料），必须按照规定的参考文献的表述方式在正文引用处和参考文献中明确列出。

我们郑重承诺，严格遵守竞赛规则，以保证竞赛的公正、公平性。

如有违反竞赛规则的行为，我们愿意承担由此引起的一切后果。

承诺人（签名）：————————————____________选做题号：参赛报名号：论文题目：福田红树林湿地生态系统监测与预警模型指导教师：参赛组员：组长：组员：组员：1.摘要福田红树林湿地生态系统因其脆弱性一直广受人们关注，鉴于其重要性，监测与预警保护就显得极为重要。

本文以整体系统为出发点，考虑主要因素，将总系统细化为自然与人为两大子系统，并列出子系统中各指标，提出RA综合法来判断系统状况。

将RA综合法所得结果划分为五个等级：Ⅰ（优）、Ⅱ（良）、Ⅲ（中）、Ⅳ（差）、Ⅴ（劣）。

并以-100—100量化系统整体状况，其中>=60为Ⅰ级，20 — 60为Ⅱ级，-20 — 20为Ⅲ级，-60 — -20为Ⅳ级，<=-60为Ⅴ级。

RA综合值为正值时表示系统越来越好，RA综合值为负值时表示系统趋向毁灭。

模型建立过程中，假设红树林生态系统的主要因素可代表整体，且以生态图表示各种影响关系，并假设量化影响的过程中人为误差可忽略。

本文所得RA综合值=-17.855，介于-20 —— 20，红树林湿地生态系统整体处于Ⅲ（中）级，此结果表示红树林湿地生态系统受到一定程度破坏，尚可维持其基本功能和结构，系统抵抗力和恢复力明显下降，并且系统发展趋势不良，受干扰后恶化明显。

模型计算结果与实际情况相符，模型拟合较好。

针对模型指标及其指标权重和总结果RA综合值可以看出红树林生态系统中人为因素对总系统影响较大，而且目前负影响远大于正影响；红树林湿地生态系统生物链过于简单，生物相互关系较少。

基于PSR模型的深圳红树林生态系统健康状态评估摘要本文针对福田红树林自然保护区湿地生态系统，建立了对其的评估及预测模型，为生态系统动态监测提供大数据管理支撑平台。

我们采用PSR模型对福田红树林自然保护区湿地生态系统进行描述，并选取了压力、状态以及响应三个准则下辖的17个描述湿地生态系统的重要指标。

根据不同要素的重要程度对其权重进行赋值，采用层次分析法(AHP)，把目标分解成目标层、准则层、要素层、指标层，逐层确定判断矩阵，计算各层指标权重。

对数据进行归一化无量纲处理，最终确定一个综合指标并以此为根据对湿地生态系统的健康状况进行评估。

根据计算，我们得到圳福田红树林生态系统当下综合评价指标为0.428（不考虑河湾底部淤泥堆积），即福田红树林自然保护区湿地生态系统处于亚健康状态。

针对预测，我们将淤泥导致的海床高度抬升视作为影响生态系统关键因素，因此将这一因素加入到模型中，同时根据资料数据，运用灰色预测，对海床抬升的高度进行预测从而对整个生态系统进行预测，得出生态系统的状态，并以此为依据提出进行合理的调整的方案。

预测结果，该生态系统在未来一定时间内的综合指标为0.376（考虑河湾底部淤泥在一段时间内的堆积），即处于不健康状态。

若对淤泥增加的问题不加以人为干涉，福田红树林自然保护区湿地生态系统环境的恶化速度将会极大的加快，甚至短时内就会消亡。

该红树林湿地生态系统，是典型的自然-经济-社会复合系统，因此本文综合考虑其自然、社会及功能因素，能够描述在自然和人共同作用下的生态系统的发展趋势。

同时本模型也能够对湿地实现动态监测，只需要对指标层所有指标进行动态监测，就能够得到其随之的响应状态。

这也是本模型的亮点。

关键词PSR模型层次分析法灰色预测动态响应一、问题重述自然生态系统提供了人类赖以生存和发展的物质基础与生态服务，维持健康的生态系统是实现人类社会经济可持续发展的根本保证，所以构建湿地动态监测、生态健康评估及预警系统刻不容缓。

深圳湾福田红树林保护区生态系统健康评价胡涛;丑庆川;徐华林;史秀华【摘要】An ecosystem health assessment system of Futian Mangrove Nature Reserve in Shenzhen Bay was developed based on PSR model and the AHP method was used to assess health state of the reserve. The results showed that the proportion of pressure, state, and response of the ecosystem in the system were 53.89%, 29.73% and 16.38% respectively, and their health index were 0.4080, 0.5891, and 0.6037 separately. The comprehensive health index of the whole ecosystem was 0.4939, indicating a health level of III (sub-healthy state) of the reserve. The main causes for that include:1) urbanization in recent 30 year has resulted in losses of some ecological functions of the ecosystem and continual decline of ecosystem health. 2) Water pollution, artiifcial introduction of alien plants, and pests and diseases have imposed tremendous external pressures on the reserve. 3) Construction and human activities have partly inlfuenced the restoration of the ecosystem.%基于PSR模型建立了深圳湾福田红树林保护区生态系统健康评价体系，运用层次分析法对保护区健康状况进行评价。

红树林生态系统健康评价的方法及其优缺点评析报告人：曹瑞指导教师：谢跟踪（教授）报告时间：2014年9月红树林生态系统是以红树植物为建群种，分布在热带、亚热带海岸潮间带贪图上的湿地生态系统[1]。

我国的红树林分布于海南、广西、广东、福建、台湾、香港和澳门等地，浙江南部有人工引种[2]。

红树林湿地高生产力、高归还率和高分解率的特性使得红树林生态系统的能量流动和物质循环高速运转，在降解污染物、净化海水、维持生态多样性、维护河口海岸食物链、促进近海渔业、促淤和防浪护堤等方面发挥着重要作用[3]。

然而，随着经济的发展人为活动的侵占和众多因素的干扰，红树林资源出现日益严重的面积萎缩、环境恶化、结构简单等退化现象[4]，红树林生态系统的评价和保护也日益成为政府和学者们关注的焦点。

国内外学者在红树林湿地干扰状况( 自然干扰［5-6］、人为干扰［7］ ) 、生态系统环境质量( 沉积物环境[8]、水体环境[9]) 、生态系统健康( 湿地健康［10-11］、群落健康［12-13］、景观格局［14]及病虫害［15-17］) 方面开展了大量研究工作，依据各自评价目标不同构建不同的指标体系，取得了较好的评价效果，同时也运用到了一些评价方法。

一、指示物种法指示物种法主要是依据生态系统的关键物种、特有物种、指示物种、濒危物种、长寿物种和环境敏感物种等的数量、生物量、生产力、结构指示、功能指标及一些生理生态指标来描述生态系统的健康状况，包括单物种生态系统健康评价和多物种生态系统健康评价[18]。

1.优点：指示物种评价法简便易行，利用一些物种的数量和指标即可反映该红树林生态系统的健康程度，从而作出评价，同时，所得的结论有助于从纵向和横向上比较不同级别的红树林生态系统健康状况。

2.缺点：指示物种法只从红树林生态系统的物种出发反映其健康状况，涉及的面单一，因此结论也不够准确，缺乏饱满度。

二、结构功能指标法结构功能指标法是考虑物种类群的组织水平、尺度、指示物种间的相互作用，并借鉴一些常规的化学、湖沼学、生理学、生态学和毒理学手段[19] 的一种方法。

应用线性规划模型研究湿地生态系统健康问题—以福田红树林湿地为例王崇奂【期刊名称】《佳木斯大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(036)003【摘要】深圳福田红树林湿地生态系统受城市发展影响,生态系统不稳定问题日渐显露.为此,从健康预警的角度对福田红树林湿地生态系统进行健康评价势在必行.为了研究该生态系统的健康状况,利用拟合函数建立线性规划模型,对红树林湿地当地的物种和入侵物种的数量进行了定性分析,并用MATLAB软件进行编程,拟合出鸟类数量、浮游植物、昆虫、害虫等[1]的函数,计算出当地物种的数量趋势.本地植物数量严重减少;昆虫、害虫数量增长迅速,不利于生态系统的健康.此外,对红树林生态系统的稳定性进行了定性分析,发现该生态系统不满足稳定性条件,即不稳定.计算结果具有较强实际意义,为该保护区的科学管理、适当修复提供了一定的科学根据.%Shenzhen Futian mangrove wetland ecosystem affected by urban development,the instability of the ecosystem is increasinglyexposed.Therefore,it is imperative to evaluate the health of Futian mangrove wet－land ecosystem.In this paper,a linear programming model is established by using the fitting function to qualita－tively analyze the number of native species and invasive species in mangrove wetlands and to use MATLAB to program the function of the number ofbirds,phytoplanktons,insects and pests,calculate the trend of the num－ber of local species.The number of native plants has been severely reduced;the number of insects and pests has increased rapidly,which is detrimental to the health of ecosystems.In addition,the qualitative analysis of the stability found that the ecosystem does not meet the stability conditions,namely unstable.The results of the arti－cle is significant and provide some scientific basis for the scientific management and proper restoration of the na－ture reserve.【总页数】3页(P423-425)【作者】王崇奂【作者单位】吉林师范大学,吉林长春 130012【正文语种】中文【中图分类】O27;G89;P94【相关文献】1.不同景观格局的红树林湿地生态系统质量比较研究--以广西北部湾地区为例 [J], 陈永林;孙永光;谢炳庚;康婧;李晓青2.福田红树林湿地生态系统模型框架的构建及研究 [J], 游克勤;杨欢逸;朱敏3.福田红树林自然保护区湿地生态系统的数学模型与应用实例研究 [J], 刘洪池4.广西北海红树林湿地生态系统定位研究站建设设计 [J], 陈新军5.浅谈湿地生态系统破环对区域气候影响相关生态气象问题——以湛江湾红树林湿地为例 [J], 黄哲帆;唐若莹因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。