秋季不同茶树品种生长发育过程中β-葡萄糖苷酶活性变化
1、相关定义
1.1、植物酚类物质的概念
酚类化合物在植物中普遍存在(Hvarborne,1994),人们最初研究的 植物多酚是单宁,"单宁 " ( Tannin )一词来自皮革工业,是Segiumyu于1778 年提出,它指槲树树皮中使生皮成革的成分。按传统定义单宁是指分子量 在500-3000之间的多酚物质,因为它们具有鞣性,或称为拷胶和植物鞣质, 而分子量过高或过低均不具有鞣性。对植物多酚的认识几乎与拷胶生产同 步(石壁等,2000),但由于人们最初对多酚的性质和应用主要基于其与 蛋白质的反应特性,而单宁是体现这一特性的有效成分,故长期以来相关 科学,尤其是葡萄、苹果加工行业习惯于用"单宁"一词来代替"多酚", 并一直混用至今。二十世纪五十年代以后随着植物多酚与蛋白质、多糖、 生物碱、微生物、酶、金属离子反应活性及抗氧化、捕捉自由基、衍生化 反应等一系列化学行为被揭示,人们发现无论从化学、生物、药学等活性 看,还是从应用角度考虑,有效成分均不限于植物单宁,还包括其许多前 体化合物,因而人们逐渐淡化了单宁与非单宁的界限,而将植物中所含的 单宁及与单宁有生源关系的化合物作为研究对象,将其成为植物多酚 ( P Plant polyphenolics )。
1.2、测定方法及酶活定义
酶活定义及标准曲线的制备及具体测定方法见附录。 1.4.1 淀粉酶的测定1.4.1 淀粉酶的测定 依照 Bernfeld 的方法改进后完成。用移液管将 0.1ml 小肠液移入一试管,并在 水浴中调温至 38℃,加入 0.1ml 已同样预热至 38℃的底物溶液(1%淀粉磷酸缓冲 液,pH6.9),3 分钟后加入 0.2ml 显色剂溶液(含 3,5-二硝基水杨酸),终止反应, 置试管于沸水浴中 5 分钟,冷水流冷却后加 2ml 蒸馏水,用分光光度计于 540nm 处 以空白为参比测定吸光度。用 0.1ml 蒸馏水代替小肠液测定空白值。
1.3、VOCs的定义
挥发性有机化合物(VolatileO飞anie Compounds,VOCs)具有相对分子质量小、饱和蒸 汽压较高、沸点较低、亨利常数较大和辛烷值较小的特征。不同机构对VOCS的定义标 准有一定的差异:美国国家环保署(uSEPA)对VOCs的定义是:任何一种参加大气光化学 反应的含碳化合物,不包括一氧化碳、二氧化碳、碳酸、碳酸盐、金属碳化物、金属碳 酸盐以及碳酸按}’‘、!;世界卫生组织(WHo)对总挥发性有机化合物(T voC)的定义是:沸 点从50’C至260℃、室温下饱和蒸气压超过133.322Pa的易挥发性化合物!’‘}。
1.4、糖苷类化合物定义、分布和分类
糖苷(glycoside)亦称配糖体、苷或糖甙,由糖或糖的衍生物与另一非糖物质 通过其端基碳原子联接而成的化合物。非糖物质即为甙元,又称苷元(aglycone) 或者配基(genin),分子内连接糖和非糖部分的化学键即所谓的苷键,因为糖存在 α与β两类不同的差向异构体,因此存在α苷和β苷的区别。糖的部分是苷的共 性部分,但因苷元涵盖了基本各种类型的天然成分和(或)人工合成成分,因此 在结构类型上存在巨大的差别,性质也不相同[82]。不同种类的天然药物及植物中 的糖苷类物质差异非常大,即便在同种天然药物和植物里,也会由于配基相同但 相连的糖的种类、数量的不一样或者是糖的数量、种类相同但配基不一样使得糖 苷差别很大。 糖苷在生物体中存在广泛,在许多担负重要的生物学功能和具有独特良好生 物学活性的植物的根、花、叶、皮和籽中发挥了重要作用。很多植物糖苷味苦、 有毒,可避免动物对其侵食,以保护自身的生命安全。大多数的糖苷化合物被糖 苷酶分解后,可生成消毒剂(例如苯酚) 或者某些毒性物质(例如氢氰酸),如 果植物遭遇到破坏;可借以保护被破坏的部分, 以防病原体对其侵害。植物的籽 粒里存在有扁桃苷可分解成氢氰酸,树皮内存在有苯酚糖苷可分解成苯酚。糖苷 也具备储糖作用, 尤其籽粒内,生长到特定的时期可随着需要来释放[82]。很多植物 14 体花瓣以及果实显示的红、绿和紫色等,大都是因为其植物色素的花色苷作用的 结果[83]。在动物机体中也有糖苷的存在,比如脑组织中的脑苷、神经组织中的神 经苷脂、尿中的尿苷等。糖苷类化合物在糖和衍生物中占有不可替代的地位,并 且存在于众多中草药的生物活性成分中,因此对糖苷类化合物的研究越来越多 [84-86]。 糖苷根据糖的组成,可分为糖匀体和糖杂体。糖匀体是均由糖组成的物质: 如单糖、低聚糖、多糖等,可分为常见单糖、氨基糖、糖醇、去氧糖和糖醛酸。 糖杂体是由糖与非糖组成的化合物,按苷原子不同分为氧苷、氮苷、硫苷和碳苷; 按苷元不同分为黄酮苷、蒽苷、香豆素、强心苷和皂苷等;按苷键不同分为醇苷、 酚苷、酯苷和氰苷;按端基碳构型分α苷和β苷;按连接单糖个数分单糖苷、双 糖苷和三糖苷;按糖链个数分单糖链和双糖类;按生物体内存在分原级苷和次级 苷。
1.5、相关概念
1.4.1 代际关系1.4.1 代际关系 代际关系是一个复杂的概念,通过对代际关系相关研究和文献 资料的梳理,笔者认为,对代际关系的概念主要包括以下两种观点: 一是广义与狭义之分、二是宏观与微观之分。 广义上的代际关系是就宏观社会而言的,是指社会上因地缘、 业缘和其他关系产生的不同代际之间的交往关系;而狭义上的代际 关系是就家庭内部而言的,是指家庭内的因血缘和姻缘产生的交往 关系。[13] 8 济南大学硕士学位论文 从宏观角度上来讲,代际关系是社会财富和经济资源在代际之 间的分配、交换、转移和传递的形式,以及承担义务与分享权利等 方面。从微观角度上来讲,是家庭内成员之间的关系。它包括最基 本的亲子关系,以及与夫妻关系、亲子关系密切相关的婆媳关系、 或隔代的血缘关系——祖孙关系。[14] 国外学者 Morioka 还从生命进程的角度来考察代际关系。他认 为,年老的父母和他们的成年子女之间的关系通过三个连续阶段来 改变的:父母与转向成人期的子女,父母与处于家庭生命周期中早 期阶段的已婚子女,以及处于晚年阶段的父母。[15] 张永杰、程远忠在关于《第四代人》的论述中提出,代具有两 重属性,既有自然属性,又有其社会属性。"代"不只是一个年龄的 问题,不只具有自然的属性,也具有社会的属性;是指一定社会中, 由一定的年龄层的人构成的具有一定社会特质的人群。因此,张、 程学者将代际关系定义为"代际关系,简而言之就是共存于一定社 会中相邻几代人的关系"。
1.6、土地利用变化与生态环境的概念及相互关系
在土地管理学中,土地利用是土地的利用方式、利用程度和利用效果的总称。土 地利用不是一成不变的,它是一个动态的过程。土地的用途,土地资源的分配,土地 利用效益是随着社会经济因素和自然因素的变化而不断变化的[。4]本文探讨的生态环 境是指影响人类生存与发展的水资源、土地资源、生物资源以及气候资源数量与质量 的总称,是关系到社会和经济持续发展的复合生态系统。 土地利用变化对局地、区域、全球生态环境都产生广泛而深刻的影响,对土壤、 大气循环、水循环和自然灾害的触发机制都产生重要影响(李秀彬,1996; Benediktsson etal., 1997: Dale, 1997: Kenneth et al., 2001)? LUCC、驱动因素分析以及生态环 境效应的变化己经成为当前科技界关注[、研究的焦点。3] 1.2. 2 土地利用变化研究进展 土地利用与土地覆被变化状况的研究是LUCC研究幵展较早的领域,它在反映 时间变化序列的同时,与空间位置密不可分。土地利用/覆被变化涉及因素繁多,过 程错综复杂,因而以简化和抽象化为特征的各种模型在研宄中的作用越来越受重视。 罗湘华等(2000)在王秀兰等(1999)相关研宄的基础上归纳出了五种常用的描述土 地利用动态变化的模型,对土地利用变化模拟和解释模型进行了具体的区分。摆万齐 (2000)采用系统动力学的方法,对深圳市的土地利用进行了定量分析,确定了其动 态变化的趋势。 随着研宄的不断深入,LUCC研究逐步发展为从时间、空间立体角度对其进行研 究。郑海金认为对中国土地利用/土地覆盖的现状特点及时空分布规律进行分析,是 深入研究其变化机制及驱动因子的必要条件和前提。葛全胜等(2000)搜集、整理并 校准了民国及1949年以后的各种资料,定量揭示了20世纪以来在中国土地上发生的变 化史实。王思远等(2002)基于RS与GIS,对中国20世纪80年代末到90年代末的土地 利用格局进行了定量化研宄,并分析了其空间演变模式。于兴修(2002)在研究中指 -2 - 出,总的研宄中心应是数据的采集、分析,模型的构建以及基于数据、模型的结果分 析预测,研究框架应围绕时间域和空间域构建。刘湘南等(2001)通过对吉林省前郭 县的土地利用变化进行分析,得出结论:土地利用变化动态过程与自然地理单元要素 综合特征之间具有显著相关性。李天顺等(2003)对历史数据进行了信息化整理,构 建了西安所辖区县的土地利用类型数据库,并对西安市10年间的土地利用变化特征进 行了全面分析。万军等(2003)得出地物光谱线性混合模型的线性光谱分离技术非常 适合用于哈斯特地区的土地覆被变化的研究。高小红等(2004)基于GIS和RS资料, 分析了榆林地区1986年以来14年来的LUCC情况,并对该区域的沙地逆转恢复进行了 研宄。郑丙辉等(2004)在野外调查和资料收集的基础上,_利用RS和GIS技术对中国 西部地区12个省(直辖市)1995年和2000年的6种土地利用/覆盖类型的遥感数据进行 了制图及叠加分析,结果表明中国西部地区生态环境质量总体呈下降趋势。黎夏 (2004)以珠江三角洲发展走廊为研究区域,运用紧凑性指数和熵对其土地利用空间 格局及演变进行定量分析。张峰等(2006)、崔振洋等(2006)基于"3S"技术及相关 软件,分别对内蒙古和山西省森林草原交错带的LUCC进行了研究,并进行了区域差 异分析。张澄等(2006)则基于RS与GIS技术、马尔柯夫一CA模型对位于塔里木盆 地的于田县绿洲的土地利用状况进行了分析研究,模拟了土地利用的动态演变过程, 概括了其演变的特点并定量化预测其未来的演变趋势。杜自强等(2007)以甘肃省山 丹县为例,从时空变化、质量变化等方面入手,以1985年和2000年TM系列遥感数据 为主要数据源,再结合GIS技术定量分析了土地利用的时空变化状况;再利用Markov 模型预测了未来30年的演变趋势。我国当前LUCC研宄的一个重要特征就是将土地利 用变化模型与"3S"技术有机结合。 1.2.3生态环境效应研究进展 区域土地利用及其变化对生态环境的影响已成为土地利用/覆被变化研宄热点之 一,有关研宄主要集中在其对气候、水文的效应及对土壤养分和生物多样性等方面。 ⑴随着社会文明的发展,土地利用形式结构渐趋复杂,变化范围不断扩大,由此造成 的环境污染、环境破坏程度日益加深,逐渐引起生态系统结构和功能变化,深入研宄 土地利用及其格局变化对生态环境的影响,对合理开发利用土地资源,改进种植制度, 正确选择主导产业,维持环境与生态的动态平衡,促进生态安全建设以及可持续发展 等均具有重要意义。 -3 - 各国学者在这方面开展了较多的研宄工作,进行了LUCC的生态环境影响研宄, 例如植被、土壤、气候等方面的效应研究,同时也从整个生态系统来考虑其影响。 Carlson和Arthur (2000)基于RS相关数据及技术,对城市化进程中的土地利用变化会 对区域小气候和区域水文方面产生的影响进行了研究。Whitford等(2001)用四项简 单的生态效应指数:地表温度、生物多样性、碳源汇和水温,反映了英国默西塞德郡 四个城市的城市化效应,结果表明:城市化进程中,林地的生态环境效应变化最大。 Pauleit和Duhme (2000)对慕尼黑的遥感数据研宄后得出了与Whitford等一致的结论。 [6]王成等(1999)基于生态学、地貌学、水文学等学科的相关理论,研宄了河谷地带 土地利用与洪水的相关性,从河道整治、河岸带开发、河谷内人工构造体与河流属性 及洪水的关系出发,提出了要结合生态学原理来开展土地利用与洪水减灾等方面的研 宄。叶卓佳等(2000)选用中尺度生态气象模式与积云对流参数化方案相结合的研究 方法,分析了在不同地形、不同天气背景下,中讳度半干早地区陆面变化对中尺度大 气边界层结构和气候的影响。付在毅等(2001)基于生态风险评价所涉及的风险源以 及评价受体等都在区域内具有空间异质性与复杂性的理论,运用RS和GIS技术,对辽 河三角洲湿地(盘锦市)进行了区域生态风险综合评价,主要针对洪漠、干旱、风暴 潮灾害和油田污染事故的概率进行研宄。柳长顺等(2001)认为不合理的土地利用加 速了土壤侵性,文章中分别从土地利用的方式、数量、质量和空间结构等方面概述了 国内外关于土地利用变化与土壤侵烛关系的研宄进展,重点介绍了与土地利用和经营 有关的土壤侵她预报预测模型。高俊峰等(2002)根据土地详查和土地利用总体规划 资料,分析太湖流域近20年土地利用的现状特点和将来变化趋势,并以1991年降雨类 型分别计算了 和2010年土地利用状况下流域的产水量,研宄表明太湖流域 的土地利用变化对流域产水量影响较大。史培军等(2002)对在荷兰阿姆斯特丹召幵 的"全球变化开放科学会议"的主要学术成果进行了综述,在此基础上,阐明了我国在 LUCC及其生态环境安全效应的研宄方向;揭示了土地利用变化的驱动力、景观格局 变化的生态效应、及其对生态环境安全产生影响的机理;重构了我国生态环境安全条 件下的土地利用/覆盖的空间宏观格局。傅伯杰等(2002)在土壤侵蚀模型LSEM (Limbureg Soil Erosion Model)校正的基础上,以陕北黄土丘陵沟壑区大南沟小流域 5种土地利用方案为例,探讨了土地利用变化对流域出口水土流失的影响。崔海山, 刘湘南等(2002)利用吉林省松原市沙区1988年、2000年的遥感图像数据,得出土地 利用变化的时空特征及区域差异;在此基础上研宄得出:耕地向草地和林地的转移有 -4 - 利于沙化的逆转,林地向草地和耕地转移会使沙化进一步发展。罗为检等(2003)认 为人类土地利用活动在时间和空间上不断塑造与改变地表不同尺度格局的形态,土地 利用及其格局变化深刻影响环境各要素,进而阐述了人类土地利用及其格局变化对大 气环境、水环境、土壤环境、土地覆盖以及生物多样性的影响[。1]朱连奇等(2003) 以福建省山区为例,探讨了土地利用/土地覆被变化对土壤侵烛的影响规律:植被的 覆盖度的变化直接影响着径流系数和土壤侵烛模数。杨风亭,刘纪远等(2004)综述 了红壤丘陵区土地利用的生态环境效应研宄的成果和发展,并指出研宄中存在的不足 和今后的研究方向:研究重点从土地退化及其恢复转向土地利用对碳循环及全球变化 的影响;应选择合理的生态农业开发模式,釆用持续性的土地利用管理措施;应加强 退化土壤环境定量遥感技术和信息系统及土地利用变化以及对全球变化定量评价等 方面的研究。周启星等(2005)应用Simpson生物多样性指数法,对浙江省绍兴县某 镇进行研宄得出:城镇发展过程中局部生态环境遭到了破坏。张银辉等(2005)在内 蒙古河套灌区进行了研究,表明该区土地变化、景观格局变化导致了恶劣的景观生态 效应。莫宏伟(2005),冉圣宏(2006),史永亮(2006),闲捷(2006),黄青(2007), 张云红(2010)等都在对土地利用变化所引起的生态环境影响相关研究中使用了 Costanza等提出生态价值估算方法与模式,并结合中国国情或研宄区域具体状况进行 了估算参数修正,但在具体研宄中又各有不同。而蔡邦成等(2006)对比了分别采用 Costanza等提出的生态系统服务价值系数和刘纪元修正后的适用于中国的生态系统 服务价值系数的昆山生态服务价值,结果表明:采用不同价值系数评价的昆山生态服 务价值变化特征相似,但是绝对值相差巨大,由此提出新的研宄方向——生态系统服 务价值变化及其变化的驱动机制。岳文泽等(2006)以上海市的RS图像为数据源, 首先定量反演了每个像元内的陆地表面温度(LST)和植被指数(NDVI),然后利用 GIS技术将由于城市土地利用/覆被变化所形成的生态环境效应综合到土地利用的图 斑中来,对城市土地利用的生态环境效应进行研宄。郝慧梅等(2007)在3S技术支撑 下,利用生态经济学分析方法测算榆林市在消除了气候波动影响的生态资产时空分 布,构造了土地利用变化生态效应指数和生态效应度等指标,测评出不同土地利用/ 覆盖情景下的生态服务价值。 1. 2. 4文献评述 根据文献分析,我国在探讨生态环境对土地利用变化的响应方面,进行统计学上 -5 - 研宄的较少。本研究在总结前人经验和不足的基础上,在研宄案例的土地利用变化及 其生态效应的基础上,尝试从统计学上确定区域生态环境与土地利用的变化存在相互 关联性,进而具体的、有针对性的对不同的区域生态环境提出不同的土地利用方式, 使土地利用与生态环境保护相适应,促使经济发展与环境保护协同进步。 1. 3研究思路 本文选取攀枝花市东区、西区、部分仁和区作为研宄区域,基于" 3S"技术,运 用ERDAS8.6软件、ARCGIS9.2软件、SPSS13.0软件,采用生物量系数法、多元回 归分析,研宄土地利用状况与区域生态环境效应之间是否存在相互关联性。本文涉及 土地经济学、土壤学、土地管理学、生态学等多门学科知识,首先对研宄区域的土地 利用状况及其动态变化进行分析,总结出研宄区域的土地利用变化特征,其次对研宄 区域的土地利用变化的生态环境效应进行分析,再将其生态环境效应货币化进行计量 统计分析、研宄,最后通过多元回归模型论证土地利用变化与研宄区域生态环境效应 之间存在相互关联性,研宄区域的生态环境效应会随着土地利用状况的变化而发生改 变。 1.4研究方法 运用ERDAS8.6软件、ARCGIS9.2软件,采用的光谱特征分析、非监督分类与监 督分类等相结合信息提取模型与计算方法、地统计模块来获取不同时期土地利用数据 和转移矩阵,在此基础上应用数理统计方法与模型方法对研究区土地利用的时空演 变、土地利用变化转移与生态环境效应进行分析,最后将研宄区域土地利用变化的生 态环境效应货币化一一计算生态服务价值,并尝试构建了区域土地利用变化与生态环 境效应之间的关联性模型。具体采用的方法如下: (1)结合"3S"技术,定量化描述土地利用时空变化; (2)生物量系数法; (3)多元回归分析。 -6- 1. 5技术路线 i -7-7-7-1-7::1-7::7-7 ,1 i i问题提出及选取研宄案例丨 I I I 1 I I丨 i数据、资料准备丨 1 I j I I I影像纠正、配准i , , j I 丨 ? I I T卫星图片丨丨地形图、行政区划图!1丨相关统计数据丨I 丨 _ _ _ _ ‘ _ _ _ _ I I丨图像融合、增强丨 1 : I 1 I : ‘ : 1 j I i内业计算机解译!丨外业实地调查丨 I I I j i区域土地利用信息提取丨 丨 r 1 j s 0 i I 1 I 1 r 1 I ; ! ! I生I I生I I生丨 I时I i ! I态I I态I I态I I空I i ! I环I丨系I I环I演!丨 i 1 I 境 r"__I 统丨 I 境 变丨 ! II I效I I服I I效I I研I I I应I I务I I应I I究I I i I I与I丨价I丨I分I "_」i i i| 土丨|值I丨I析I ; i I 地 I I 测 I ! J j i 丨丨利I丨算I丨i ?I ~ ! i丨用丨丨 r"j i 生物量系数法 丨 ! I III 丨 丨 I —* ?— — J化J I丨 I!: ! 丨!的I ! ! i I 关I I I 丨 I 联 I : : I j I I性 1 i多元线性回归丨 ‘I 丨 I ;I 分 I I i 1 !_[] i ii.i = 图1-1 技术路线图 Fig.1-1 Technique course -7- 2研究区域概况及土地资源利用状况 2. 1研究区域概况 本文研宄的区域是攀枝花市行政管辖下完整的东、西两区以及部分仁和区。 2.1.1自然环境概况 攀枝花市位于北炜26°05'-27°21',东经101°08'-102°15',以山地地貌为主的横断 山脉区,金沙江和雅砻江在此交汇,具有山高谷深的特点,地貌以低中山和中山为主; 河流多,境内有大小河流95条,年过境径流量达1102亿立方米,分属金沙江水系、 雅江水系。 气候属南亚热带^~一北温带的多种气候类型,具有春季干热、夏秋凉爽、冬季温 暖、四季不分明的特点,年平均气温20.3r,是四川年热量值最高的地区,日照时数 是四川盆地的2-3倍,无霜期达300天以上,被誉为天然的"大温室",降雨量集中, 昼夜温差大,日照长,太阳福射强,蒸发量大,气候干燥,垂直差异显著。 全市己探明的各种自然资源极其丰富,是我国重要的钢铁、能源、饥铁基地;植 物和野生动物种类繁多,达2500多种,森林覆盖率达59%;水电资源开发潜力也很 大,发展条件优越。 在现代冰川发育作用、重力作用、不合理的矿产开发以及不科学的城市建设共同 作用下,攀枝花地区山洪、滑坡、泥石流灾害频发;根据2001年中国地震局公布的 数据来看,攀枝花地区是地震重点监视防御区。 2. 1.2社会经济环境概况 攀枝花市是一座始建于1965年的新兴工业城市,现己发展成为中国西部重要的 钢铁、祝钦、能源基地和新兴工业城市,同时也是有名的旅游城市下辖东区、 西区、仁和区、盐边县、米易县,居住着以汉族为主的42个民族,是典型的资源开 发型城市、工业城市、移民城市、山地城市。它是四川省重点打造的四座大城市之一, 虽然是全省人口最少的地级市,全市城镇人口却多于农村人口,城镇化率60.1%,在 省内范围仅次于成都。工业经济一直处于城市经济的主导地位,以冶金、电力、 煤炭、炼焦、化工机械、建材等行业为主;农业经济以发展具南亚热带特色的效益 农业为主;除此,旅游资源丰富、类型多样,工业旅游资源、生态旅游资源、 人文旅游资源等应有尽有。 -8- 近年来攀枝花市的整体发展势头很猛,发展潜力巨大。 2. 2研究区域土地资源及其利用状况 研宄区域的土地利用总面积为hm,用地结构具体见图2-1,其包含的 仁和区部分面积为 h2m。研宄区域内各土地利用类型按面积大小依次排列 为:林地面积 hm,占研究区域土地总面积58.32%;牧草地面积m,占研究区域土地总面积17.82%;建设用地面积m,占研宄区域土地 总面积92.54%;耕地面积15150.38hm,占研究区域土地总面积8.87%;水域面积 m,占研宄区域土地总面积2.20%;未利用地面积m,占研宄区 域土地总面积1.78%;其他地类面积m,占研宄区域土地总面积1.47%。 1.78%1 1.47% 遞_4 咖 17:.820/oJ 1P 辦 1:_I n,草地 建设用地 \ 水域 illi_ ‘ ■",: iR ‘ r一賢 □未利用地 二:丨’‘□其他地:类 ,、58.32% 图2-1研究区域各土地利用类型占总面积比例 Fig.2-1 The proportion of the total area of different land use types in study area ⑴耕地 研宄区域地形地貌以中、低山为主,地势起伏较大,不利于耕种,故耕地面积仅 占研宄总面积的8.87%,主要分布在仁和区,该区地势相对较平坦,配合攀枝花市独 特的水、热气候资源,以发展亚热带立体农业,早熟蔬果等为主。东区作为攀枝花市 的政治、经济、文化中心,耕地面积最小,仅占该区土地总面积的2.07%;西区则以 发展钢铁等重工业为主,耕地面积也较小,仅为7972.69 hm。 (2)林地 研宄区域位于长江上游的金沙江段,是自1999年以来开展的长江防护林工程的重 点施工地段,各种退耕还林、封山育林工程持续开展,并取得良好成效,截止2007 年该区域森林覆盖率、绿地率、城市绿化覆盖率均己达到并超过了国家森林城市评定 -9- 标准。因此林地面积是所有土地利用类型中最大的,占研究总面积的比例为58.32%, 而且在三个区县级分区中,林地面积也排名第一,所占比例都大于50%。 (3)牧草地 牧草地面积也较大,仅次于林地,但是在东区、西区的分布较少,集中在仁和区, 因为东区、西区的牧草地一直在转化为建设用地、水域等地类,而且由于近年来攀钢 集团公司停止了继续供养园艺队,许多零星分布的小块牧草地最终消失,或者被改造 成了各种人工景观供居民休闲娱乐,如:在居民区将零星牧草地平整为的水泥地块, 用以安装各种健身器材或作为集会广场。 (4)建设用地 研宄区域的建设用地集中分布在东区、西区,前者作为攀枝花市的政治、经济、 文化中心,建设用地面积占该区的比例排名第二,仅次于林地,远远大于其他土地利 用类型;而后者则是受工业化、城市化进程以及社会经济发展的影响。 (5)水域 水域面积占研宄区域总面积的2.20%,主要由金沙江水系以及雅砻江水系构成, 其次是各种水库水面、养殖水面等。 (6)未利用地 研宄区域的未利用地面积较小,储备量少,而且多为质地坚硬的裸岩石碌地,地 势起伏也较大,利用、开发难度大。 表2-1研宄区域2008年土地利用分类表 单位:h2 mTab2-1 proportion of land use classification in 2008 in study area 牧草建"地 S 未禾I」水域 其他 耕地林地总面积 用地 地类 ^ 东区 355.04 .68 .28 183.11 138.64 16158.20 西区 797.69 .65 .44 175.45 126.44 12546.27 仁和区 44.20 6.25 5.32 077.16 合计 93.94 00.56 3.88 781.63 数据来源:攀枝花市攀钢集团研究设计院2008年初土地详査报告 3研究区域的土地利用变化研究 利用多张同地区不同时段的遥感资料,运用ERDAS9.0以及ArcGIS9.2对研究区 域的土地利用状况进行动态监测,通过分析比较得出研宄时段内土地利用动态变化的 特征_。 -10- 3.1数据来源及土地利用数据处理 遥感信息源为LandsatTM、ETM +和ASTER三期遥感图像,成像时间分别为1989 年1月11日、日和日,空间分辨率分别为: 28.50mx28.50m、28.50mx28.50ni、17.0mxl7.0m,图像质量良好,并已作过辐射校正 和几何校正[92]。 攀枝花市1: 10000的地形图,攀枝花市行政区划矢量数据以及各种相关研究报 告,攀枝花市攀钢集团研宄设计院2008年初土地详查数据,四川省统计年鉴及参考 文献资料[92]。 运用ERDAS8.6软件、ARCGIS9.2软件对图像数据进行处理、分析、研究,构建 出研究区域的土地利用现状图并取得各种需要的基础数据,主要采用的光谱特征分 析、非监督分类与监督分类等相结合信息提取模型与计算方法,并应用地统计模块获 取不同时期土地利用数据和转移矩阵,对研宄区域土地利用时空演变进行分析。 研宄区域只选取了部分仁和区是因为2005年卫片只购买到一幅,这幅卫星图片没 能覆盖完整的仁和区,所以本文的研究区域为攀枝花市完整的东区、西区以及部分仁 和区。 同时受到资金、人际等条件的限制,研宄区域2008年的卫星图像也没能购买到, 故只搜集到了攀枝花市攀钢集团研宄设计院2008年初土地详查数据用于时序变化特 征以及土地利用程度变化的分析研究,缺乏对2008年土地利用空间变化特征的分析研 究,希望各位老师、同学能够理解。 3. 2研究区域土地利用变化的时序特征 土地利用类型的变化率与土地利用动态度可定量描述区域土地利用变化的时序 特征。土地利用类型变化率的计算:假设一较短时段内,土地利用年变化为线性变化, 则土地利用类型变化率可表达区域内一定时间范围内某种土地利用类型的数量变化 情况,公式为[92] ^K='~^''x-xJOO% (3-1) Ua T 式中,K为研究区域某一种土地利用类型的年变化率;Ua、Ub分别为研宄初期 与研宄末期某一种土地利用类型的数量;T为研究时段长。 -11 ? 综合土地利用动态度的计算公式表示为[92] ^ALUt-j LC= x-xIOO%^ (3-2) 2LU T _ i=l _ 式中,LC为研究区域所有土地利用类型的综合年变化率;LUi为监测起始时间第 i类土地利用类型面积;ALUi.j为监测时段第i类土地利用类型转为非i类土地利用 类型面积的绝对值;T为监测时段长度。 通过非监督分类,得出研宄区域三个时相的土地利用分类图(图3-1),从分类 结果图来看,研宄区域15年来土地利用状况发生了明显变化,建设用地不断扩张, 主要分布在金沙江及其支流两岸河谷地带的耕地[、未利用地减少921,。 N \ ; ? f a. 1989 年 b. 1999 年 c. 2005 年 耕地 林地 牧里地■■建设用地IB水域 来利用地—S它地类 0 5 10 ~r2:0 k, m 图3-1研究区土地利用分类图 Fig.3-1 Land use classification of study area 根据和2005三期土地利用信息提取的结果,再结合研究区域2008 年初土地详查国控数据,得出研究区土地利用变化分类示意图(图3-2)。 -12 - 100000 r ^ 90000 - pnJ 80000 - 70000 - □ 1989年 S 1999年■ 2005年□ 2008年 60000 - 丨丨■ 50000 - 40000 - 丨丨:發 30000 - 20000 -丨丨■ 10000 - Kv k^ I rJ 0v^B I 1I I 11 ■ Mv I , 11 一 ■■ I I 耕地 林地 牧草地 建设用地 水域 未利用地其他地类 图3-2研究区土地利用变化分类面积示意图 单位:h2 mFig.3-2 The change of land use classification in study area (1)近18年研究区土地利用都不同程度的发生了变化,其中耕地、牧草地和未利 用地呈递减趋势;水域和建设用地呈递增趋势;林地则呈现出先减少后增加的趋势,
年减少面积共 479.48 h2m,
年增加面积共 m[。92] (2)18年间牧草地、林地变化面积最大,但是变化趋势不同,牧草地在 年间共减少hm,而林地在年间共增加m。一是受到政 府的行政决策行为的影响,导致了区域土地利用方式的变化,例如:1998年国家开 始重视长江源头生态环境的建设治理,开展了大量的天然林保护工程和退耕还林工程 等,于是研宄区域的林地变化扭转了减少的趋势,在1999年后林地面积逐年增加; 二是在政府的干预和政策导向的作用下,促使农民对农业产业结构进行了调整,主动 向高效益高集约的方向发展,例如:部分坡耕地改种果树等经济作物导致了林地面积 的增加;三是在城市化、工业化进程中,牧草地不断转变为建设用地,造成面积急剧 减少。 (3)年间建设用地面积增加显著,原因主要有以下两点:一是随着改 革开放的深化,农村人口大量进城务工经商和"农转非"指标投放,以及区域城市化进 程加快,导致居民点用地不断增加;二是在城市经济发展的同时,居民个人收入水平 的有所提高,迫切要求改善研宄区域的居住条件以及生活环境,城乡人均居住面积增 力口,城市配套设施建设,又导致不少其它土地利用方式向建设用地转变。 根据土地利用动态度公式计算出研究区域的土地利用类型变化速度的相关数据, 得到研宄区域单一土地利用类型变化率示意图(图3-3)。 -13- 8「 g ~6— 年 2 : f、 一 9^-
年 5 - 7 ?A 一"^ 年 4 -
年 i - ‘ -5 - V —6
& 106元, 表示西区18年来的生态服务系统总体呈下降趋势,因为弄弄坪、河门口两个片区是两 个重工业集中区,集中了大量的基础性产业,导致耕地、牧草地、未利用地都不断向 建设用地转变,建设用地面积增加速度快,虽然林地在1999年后有大面积增加,对西 区生态服务系统起到了积极的作用,但是林地的变化速度赶不上建设用地,所以在研 宄时段内该区的生态服务价值还是在下降。东区的生态服务总价值在年间 降低了 18.55X106元,主要是随着城市、经济发展,建设用地大面积增加,林地、耕 地面积减少造成的;在年间却不断增长,2008年的生态服务总价值较1989 年提高了 156.32X10元,主要得益于国家政策的号召,1999年后林地面积25692.75 hm, 对东区生态服务总价值的提高起到了至关重要的作用,此外2005年全面幵展的城市环 境、卫生整治工程等带来的生态环境效益提高也是显而易见的。仁和区的生态服务总 价值变化呈三段式,年间逐年下降,年间则明显提高,但是 年间又有所回落,最终18年间该区的生态服务总价值变化很小,综合年变 化率为0,因为年间仁和区的土地利用变化很慢,数量上保持了稳定。 总体来说,郊区(仁和区)生态服务总价值的稳定对整个研宄区域生态服务总价 值保持稳定意义重大,因此郊区生态环境的保护、改善对保持整个研究区域生态环境 效应的均衡起到重要的作用。在城区(东区、西区)内,应在保持城市经济可持续发 -32- 展的同时,对土地利用结构进行调整,确保生态系统服务系统的可持续;在郊区,则 应该在保证当前生态环境效益的基础上,进一步加强郊区土地利用规划的科学性。 表4-5 年分区土地利用生态价值变化表 单位:xio6元 Tab.4-5 The change of ecosystem services value in different partitions of study area froml 989-2008 _ 东区 西区 仁和区 1989 年 205.2 202.85 9 年 186.65 178,63 5 年 201.59 183.05 8 年 220.52 186.8 9-1999 年变化量 -18.55 -24.22 -11.84 综合年变化率/% 0.45 0.60 0.02
年变化量. 14.94 4.42 51.95 综合年变化率/% 0.80 0.25 0.18
年变化量 18.93 3.75 -40.58 综合年变化率/% 1.57 0.34 0.23
年变化量 15.32 -16.05 -0.47 综合年变化率/%10.220 0.2 .00 通过年分区土地利用生态价值总表(表4-5),可以看出东区、西区 以及仁和区的各土地利用类型的生态服务价值: 年间,仁和区各生态服务系统价值对总生态服务价值按贡献作用大小 的排序一直保持不变,依次排列为:林地、牧草地、水域、耕地、建设用地、未利用 地,因为该区的土地利用变化较小,而东区、西区的排序则各有变化。 东区在1989年与1999年各生态服务系统价值对总生态服务价值贡献作用大小的 排序不变,为林地、牧草地、建设用地、水域、耕地、未利用地,西区在1989年的排 序为林地、牧草地、水域、耕地、建设用地、未利用地,1999年的排序为林地、牧草 地、水域、建设用地、耕地、未利用地,由此可见在这两年,不论是在东区、西区还 是仁和区范围内,对总生态服务价值影响最大的两种生态服务系统都是林地、牧草地, 但是东区接下来的排序与西区、仁和区不同,建设用地排在了水域、耕地之前,主要 是因为在1989年、1999年东区的建设用地面积占到该区总面积的20%以上,其提供的 生态服务价值高于水域、耕地,而西区以及仁和区的建设用地面积比例偏小,其提供 的生态服务价值低于水域。 2005年东区建设用地的排位升上至第二位,牧草地下降到第三位,因为15年来东 区的建设用地面积不断扩张,在2005年占该区总面积的比例上升到了34.54%,而牧草 ?33- 地占总面积的比例从1989年的35.82%下降到了 13.40%,牧草地对东区生态服务价值 的贡献率也随着下降,居民建设用地的排位也相应的上升。西区在2005年发生的排序 变化与东区的一致,也是建设用地的排位上升至第二位,排在了牧草地、水域的前面, 主要也是由建设用地面积增加、牧草地面积减少造成的。 2008年东区、西区的排序则相同,依次为:林地、建设用地、水域、牧草地、耕 地、未利用地,其顺序与将东区、西区各土地利用类型占各分区总面积的比例按大小 来排序是完全一样的。 因此可以得出结论,随着研究区域各分区的土地利用状况的改变,各区的生态服 务价值也随之发生了相对应的改变。 表4-6 年分区土地利用生态价值总表 单位:6xio元 Tab.4-6 The value of ecosystem services in different partitions of study area froml989-2008 建设 未禾 牧草地 =二 ll 耕地体i也zKiS 合i-卜 1989 年 7.28 142.57 65.16 -34.5 24.38 0.31 205.20 贡献率/% 3.55 69.48 31.75 -16.81 11.88 0.15 100.00 1999 年 5.49 135.11 63.12 -42.62 25.35 0.19 186.65 贡献率/% 2,94 72.39 33.82 -22.83 13.58 0.10 100.00 T々Jf、: 2005 年 3.04 206.85 24.37 -55.48 22.68 0.12 201.59 贡献率/% 1,51 102.61 12.09 -27.52 11.25 0.06 100.00 2008 年 3.44 237.25 11.15 -55,85 24.42 0.11 220.52 贡献率/% 1.56 107.59 5.06 -25.33 11.07 0.05 100.00 1989 年 10.91 119.85 55.96 -10.73 26.54 0.32 202.85 贡献率/% 5.38 59.08 27.59 -5.29 13.08 0.16 100.00 1999 年 9.52 113.9 53.98 -19.68 20.76 0.16 178.63 贡献率/% 5.33 63.75 30.22 -11.02 11.62 0.09 100.00 西区 2005 年 7.39 160.22 23.83 -32.32 23.83 0.11 183.05 贡献率/% 4.04 87.52 13.02 -17.66 13.02 0.06 100.00 2008 年 7.72 180.15 10.07 -36.85 25.6 0.1 186.8 贡献率/o/o 4.13 96.45 5.39 -19.73 13.70 0.05 100.00 1989 年 142.83 .8 -24.07 173.74 2.21 2947.82 贡献率/% 4.85 76.41 13.60 -0.82 5.89 0.07 100.00 1999 年 132 .36 -40.29 193.52 2.04 2935.98 /.50 , 贡献率% 4.50 76.72 13-1.37 6.59 0.07 100.00 仁和区 2005 年— 135.56 .23 -54.28 195.28 1.77 2987.93 贡献率/% 4.54 79.73 10.95 -1.82 6.54 0.06 100.00 2008 年 135.52 .35 -69.35 194.95 1.59 2947.35 贡献率/% 4.60 80.18 10.90 -2.35 6.61 0.05 100.00 -34- 通过计算东区、西区、仁和区不同生态系统服务系统价值的变化,绘出各区在观 测时段内不同生态服务系统变化对总生态系统变化的影响趋势(图4-3、4-4、4-5、4-6)。 100「 0 遍,I j:lJ1 ,。■、鄉、爆‘、 .00 - I ■ 年变化量对总生态价值变化的贡献率/% -150 L H 年变化量对总生态价值变化的贡献率/% 口 年变化量对总生态价值变化的贡献率/% H 年变化量对总生态价值变化的贡献率/% 图4-3东区年各生态服务价值变化对总生态价值变化的贡献率示意图 Fig.4-3 The contribution rate of sole ecosystem services value change to the general in Dong Qu froml989-2008 由图4-3看出,年间对东区生态服务变化贡献率最大的生态服务系统是 水分保持系统,年间贡献率最大的水分保持系统、原材料供给系统, 年间贡献率最大的是原材料供给系统,年间贡献率最大的生态服 务系统是水分保持系统。因此18年来,水分保持系统、原材料供系统服务价值的变化 给对东区生态服务总价值的变化起着决定性的作用,它们是对该区土地利用变化响应 最强烈的两种生态服务系统。 200「 15° _ 画 S 100 - II S$ ^ In 0 , I 1,^^, f J ,J 矿 -50 - 、%% % 1? %% %\ %、 I I .00 八 - % 寸-150 ^ 么. S -200 - ^ ■ 年变化量对总生态价值变化的贡献率/% -250 L eg 年变化量对总生态价值变化的贡献率/% 口 年变化量对总生态价值变化的贡献率/% H 年变化量对总生态价值变化的贡献率/% 图4_4西区年各生态服务价值变化对总生态价值变化的贡献率示意图 Fig.4-4 The contribution rate of sole ecosystem services value change to the general in Xi Qu rfoml989-2008 -35- 由图4-4看出,年间对西区生态服务变化贡献率最大的生态服务系统是 水分保持系统,年间贡献率最大的还是水分保持系统、娱乐文化服务系统, 年间贡献率最大的仍是是娱乐文化服务系统、水分保持系统,年 间贡献率最大的生态服务系统是水分保持系统。因此18年来,水分保持系统以及娱乐 文化服务系统服务价值的变化给对西区生态服务总价值的变化起着决定性的作用,它 们是对该区土地利用变化响应最强烈的生态服务系统。 100「 80丨 I 6。 40「 ■ 2 二 , tan , I , IvH , , pi . . . —In .見. -20 - % % \ %\ %务 % % .、-4。 % 4 % -60 - ■ _80 L ■ 年变化量对总生态价值变化的贡献率/% ￡3 年变化tf对总生态价值变化的贡献率/% 口 年变化量对总生态价值变化的贡献率/% 图4-5仁和区1989年至2008年各生态服务价值变化对总生态价值变化的贡献率示意图 Fig.4-5 The contribution rate of sole ecosystem services value change to the general in Renhe Qu from! 989-「 6000 - ^ 4000 ? ^ 2000 _ I圓 I 0 ■?巡 — ■?國■■'■'■'■I '-4000 - % 令 1 -6000 L s 年变化量对总生态价值变化的贡献率/% 图4-6仁和区年各生态服务价值变化对总生态价值变化的贡献率示意图 Fig.4-6 The contribution rate of sole ecosystem services value change to the general in Dong Qu rfom
-36- 由图4-5、4-6看出,年间对仁和区生态服务变化贡献率最大的生态服务 系统是水分保持系统、娱乐文化服务系统,年间贡献率最大的原材料供给 系统、娱乐文化服务系统,年间贡献率最大的是水分保持系统, 年间贡献率最大的生态服务系统是水分保持服务系统、娱乐文化服务系统。因此18 年来,对仁和区生态服务总价值的变化起着决定性的作用的是水分保持服务系统、娱 乐文化服务系统以及原材料供给系统,它们是对该区土地利用变化响应最强烈的几种 生态服务系统。 因此,水分保持服务价值的变化给对整个研究区域的生态服务总价值变化起着决 定性的作用,娱乐文化服务系统、原材料供给系统则分别对不同区域的生态服务总价 值变化起着决定性的作用。娱乐文化服务系统是西区、仁和区响应最强烈的生态服务 系统,对西区、仁和区的生态服务总价值变化起决定性作用;而原材料供给系统是东 区以及仁和区响应最强烈的生态服务系统,对东区、仁和区的生态服务总价值变化起 决定性作用。 4. 3土地利用变化与区域生态环境效应的关联性分析 本文为了验证土地利用变化与区域生态环境效益之间存在的相互关联性,选用 SPSS13.0软件构件多元回归模型,以土地变化数据为自变量,生态服务价值数据为因 变量,观察、分析区域生态服务价值是否随土地利用变化而变动。设Xi=各土地利用 类型变化量=,X2各土地利用类型年变化率,Yi=各生态系统服务价值变化量,Y2=各 生态系统服务价值年变化率,选择强行进入法(Enetr)做多元回归分析,给定的判 定系数为0.04,即11^).04,显著性水平为0.05, gpsig.&0.05。 用Xi、X2、做多元回归线性分析,结果能够通过检验,基于回归系数建立回 归模型: Yi=9.218+0.015 Xr20.116 X2 从模型概要、方差分析表(表4-6)中得知:R2为0.452,拟合效果一般,显著性 可以接受;F统计量为8.664,系统自动检验的显著性水平为0.002,回归显著;两个回 归系数B的显著性水平Sig.均小于0.05,可以认为自变量和X2对因变量Yi均有显著 影响。表明各土地利用类型变化量、各土地利用类型年变化率与各生态系统服务价值 变化量之间存在相互关联性。 -37- 表4-7方差分析表 Tab. 4-7 Anova Model Sum of Squares df Mean Square F Sig. 1 Regression
.664 .002(a) Residual
ToM2QQ670.393 ^ a自变量(常数):X2,Xi b应变量:Yi 表4-8回归系数表 Tab.4-8 Coefficient of regression Unstandardized Coefifcients Standardized Coefficients Model t Sig. B Std. Error Beta 1 (Constant) 9.218 14.894 .619 .543 XI .015 .004 .870 4.096 .001 - -3.226 .004 ^20. .用Xi、X2、Y2做多元回归线性分析,结果能够通过检验,基于回归系数建立回 归模型: ￥2=0.093+0.702 Xi+0.787 X2 从模型概要、方差分析表(表4-7)中得知:R2为0.602,拟合效果一般,显著性 可以接受;F统计量为15.852,系统自动检验的显著性水平为0.000,回归极显著;两 个回归系数B的显著性水平Sig.均等于0.00,自变量Xi和X2对因变量Y2均有显著影响。 表明各土地利用类型变化量、各土地利用类型年变化率与各生态系统服务价值年变化 率之间也存在相互关联性。 表4-9方差分析表 Tab.4-9 Anova Model Sum of Squares Df Mean Square F Sig. 1 Regression 116.979 2 58.490 15.852 .000(a) Residual 77.482 21 3.690 To4.461 ^19 ^ a自变量(常数):X2,Xi b应变量:Y2 表4-10回归系数表 Tab .4-10 Coefficient of regression Unstandardized Coefficients Standardized Coefficients Model t Sig. B Std, Error Beta 1 (Constant) .093 .395 .235 .817 XI .702 .125 .768 5.623 .000 861 4.751 .000 ^ ￡87 ^. ?38- 综上:Xi和X2对因变量Yi和Y2均有显著影响,相互间确实存在较为显著的关 联性。因此,研宄区域的生态系统服务价值量确实与区域内土地利用变化密切相关的, 它随着土地利用类型的变化而改变着。 4. 4小结 (1)通过对区域土地利用变化的生态环境效应分析发现,土地利用变化能够通过 改变地表状况直接影响区域生态环境。在研究区域内,耕地的变化对土壤的形成过程 以及土壤侵烛、水分保持都产生了不同程度的影响;建设用地面积的增加导致了"城 市热岛"效应产生,并且对区域大气质量、饮用水源的质量都有消极影响;林地、牧 草地在1999年后所发生的变化对与保护区域生态环境,减少地质灾害功不可没。 (2)本文基于Costanza、谢高地等确立的生态系统价值评估方法与适度调整后的计 算参数,对研宄区域由土地利用变化而引发的生态环境效益变化进行了研宄,得出: ①18年来的土地利用生态服务总价值是呈阶段性变化的,年间减少了 -546.63x106元, 年间增加了 71.32x10元, 年间减少了 176.9xI0 元,但是总的来说年间研宄区域的生态服务总价值变化较小,仅减少了 1.21X106元。主要因为林地、水域面积增加所带来的的生态服务价值增加,对区域生 态服务价值的保持起到了良好的效果。水分保持系统、娱乐文化服务系统、原材料供 给系统以及废物处理系统对研究区域土地利用变化响应最强烈,它们对研究区域生态 服务总价值的变化起着决定性的作用。 通过对生态系统服务总价值结构的变化研宄得知:18年来虽然研究区域的生态 环境效益得以基本保值,但是其水分保持、废物处理以及食物生产系统的价值在逐步 降低,需要研宄区域在保证城市扩张、工业发展、经济增长的同时,继续落实各项生 态保护工程,注意建设用地少占林地、牧草地、水域,尽量对现有的建设用地进行内 部挖潜,还要保护耕地面积,确保粮食安全。 ②通过生态服务价值区域差异分析发现,从空间分布来看,研宄区域的生态服务 价值分布规律是城区生态服务总价值最低,郊区的生态服务总价值最高,单位面积生 态服务价值由研宄区域的郊区向城区递减。水分保持服务价值的变化给对东区、西区 以及仁和区的生态服务总价值变化都起着决定性的作用,娱乐文化服务系统、原材料 供给系统则分别对不同区域的生态服务总价值变化起着决定性旳作用。 . -39- 从时间序列上来,东区、西区以及仁和区的生态服务总价值都呈阶段性变化,但 是西区的生态服务总价值18年来有明显下降,东区的生态服务总价值18年来提高了 156.32X10元,而仁和区的生态服务总价值则保持稳定,变化极小。总体来说,郊区 (仁和区)生态服务总价值的稳定对整个研宄区域生态服务总价值的稳定意义重大, 因此,郊区生态环境的保护、改善对保持整个研究区域生态环境效应的均衡起到重要 的作用。在城区内,应在保持城市经济可持续发展的同时,对土地利用结构进行调整, 确保生态系统服务系统的可持续;在郊区,则应该在保证当前生态环境效益的基础上, 进一步加强郊区土地利用规划的科学性。 (3)选用SPSS13.0软件的多元回归分析模块对土地利用变化与区域生态环境效应 的关联性进行验证,得出:土地利用类型变化量,土地利用类型年变化率与各生态系 统服务价值变化量,各生态系统服务价值年变化率之间确实存在显著的关联性。因此, 研究区域的生态系统服务价值量是与区域内土地利用变化密切相关的,它随着土地利 用类型的变化而改变着。 5结论与建议 5. 1研究结论 研究区域是川西南山地区内一个非常独特的典型区域,因矿产资源而兴,以钢铁、 能源、建材、化工为主的重型产业结构注定了它会出现较严重的生态环境问题。结合 "3S"技术,对研究区域的土地利用变化及其生态环境效应进行研宄,为土地利用的可 持续发展、城市的科学合理建设提供依据。 (1)区域土地利用变化的研究表明,在年间四个研宄时段内,研宄区域 的土地利用状况在时序和空间两方面都发生了较大的改变。土地利用变化的显著特点 是其他土地利用类型不断向建设用地转移,造成建设用地面积不断增加,土地利用程 度随之加深,反应了研宄区域城市化、工业化进程较快,城市扩展幅度大;同时受政 策导向影响,研宄区域的林地面积变化增加,但是变化趋势呈现特别的先减少后增加。 (2)通过对研究区域土地利用变化的生态环境效应进行分析得出,研宄区域的土 地利用时空变化导致了区域土壤环境、气候条件、大气环境、水环境都发生了改变; 进一步将生态环境效应货币化成生态服务价值测算后发现,区域生态环境效应与土地 利用的变化相互关联;再运用多元回归分析构建研宄区域土地利用变化与生态环境效 -40- 应变化间的关联性分析模型证明了研究区域土地利用变化与生态环境效应之间确实 存在关联性。 ①研宄区域土地利用变化的生态服务价值研究表明,18年来研究区域的土地利用 生态服务总价值是呈阶段性变化的,但是总的来说年间研宄区域的生态服 务总价值变化较小,仅减少了 1.21x106元,起主要支撑作用的陆地生态系统是林地、 水域;水分保持系统、娱乐文化服务系统、原材料供给系统以及废物处理系统对研宄 区域土地利用变化响应最强烈,因为这四种生态服务系统的价值变化都是由于研究区 域建设用地不断扩张,且变化速度较快,对以上四种生态服务系统的影响也较明显, 故水分保持系统、娱乐文化服务系统、原材料供给系统以及废物处理系统对研究区域 土地利用变化响应最强烈。 同时,通过计算各生态服务系统价值变化量对研究区域生态服务总价值变化量的 贡献率可以得出,水分保持系统、娱乐文化服务系统、原材料供给系统以及废物处理 系统对研宄区域生态服务总价值的变化起着决定性的作用。 ②郊区(仁和区)的生态环境效益稳定对区域生态服务价值的保持也起到了良好 的效果,城区(东区、西区)与郊区(仁和区)的生态服务价值差异明显,而且单位 面积生态服务价值由郊区向城区递减。 (3)综上,研究区域的土地利用状况在年间发生了较明显的变化,对区 域生态环境也造成多方面的影响。研究结果表明,郊区生态环境的保护、改善对保持 整个研究区域生态环境效应的均衡起到了重要的作用,应该在保证目前良好的生态环 境效益的基础上,进一步加强郊区土地利用规划的科学性;而城区的土地利用结构亟 待调整,以减弱对区域生态环境效益的负作用。 5. 2研究区域的土地利用问题 受到人口增加、政策导向、工业化以及城市全面发展等因素的影响,研宄区域 18年来土地利用状况发生了较大的变化,区域生态环境效益也随之发生了改变,表 现出不同的特征。总体来说,在区域土地利用变化的生态效益研究中,该区表现出以 下几点问题: 5. 2. 1 土地利用的结构变化趋向不合理 研宄区域的土地利用变化主要发生在研宄区域的城市中心区,位于区域的西北部 和东南部;变化的整体特征表现为林地呈现阶段性变化,建设用地大面积扩张,占据 -41 - 了部分原有的耕地、牧草地面积,未利用地也不断向建设用地、林地转化;东区、西 区则是所有土地利用类型的变化热点区域,仁和区则是建设用地以及水域变化的热点 区域。建设用地在整个研宄区域内的比重不断增大,增加速度也最快,而牧草地减少 的速度仅次于建设用地增加的速度。按照这个变化趋势继续发展,研宄区域的土地利 用必然会出现问题,用地结构的不合理程度进一步加深。 5. 2. 2研究区域生态效益的发展趋势不容乐观 在研宄区域内,耕地面积的逐步萎缩,建设面积的增加,对区域生态环境造成了 不良的影响,导致水土流失程度加深、城市气候恶化、饮用水源质量下降。 18年来,研宄区域的生态环境效益在林地、水域两大陆地生态系统的支持下基 本保值,但是其水分保持、废物处理以及食物生产系统的价值在逐步降低,需要研宄 区域在保证区域经济社会发展不衰退的同时,继续落实各项生态保护措施,对现有的 己经开发出来的土地面积进行内部挖潜,注重土地的二次幵发利用。 在城区内,建设用地面积所占比例过大,各种散乱分布的小型企业亟待整合,绿 地面积减少,厂区环境效益差;在郊区,建设用地也逐步成为了变化的热点,如果不 对其进行合理规划,会导致郊区生态环境效益的大幅度下降,对整个区域的生态环境 产生不利影响,故一定要注重在开发前的科学评估,合理规划。 5. 2. 3 土地后备资源不足 研究区域土地总面积为h2m,截止2008年已经幵发利用的土地面积是
hm,占土地总面积的96.76%,土地利用程度高,未利用土地后备资源数 量少,质量差,多分布在丘陵、山凹、小湖泊地带,利用开发难度大。因此在土地的 开发利用过程中,只能在固有的利用面积上保持用地结构合理,节约集约用地,以维 持土地生态系统的平衡与稳定,防止区域土地退化、生态失衡以及环境恶化,力争实 现土地资源的可持续开发利用。 5. 3对策建议 5.3.1合理调整产业结构,促使资源型城市实现成功转型 研宄区域的第二产业比重偏大,第三产业比重偏小,经济结构呈现畸形局面。要 促使资源型城市实现成功转型,就要扭转经济结构单一的局面,调整研宄区域的产业 结构,推动矿产资源向矿产资本转变,主导产业结构由单一型向多元型转变,经济增 -42- 长方式由粗放型向集约型转变,经济发展思维由资源导向型向市场导向型转变。大力 发展具有攀枝花特色的生态农业,以特色水果、早春蔬菜、优质烤烟、畜牧水产、林 业生物等为主,并与旅游业相结合,形成特色生态观光农业。 此外,在区域土地供给指标上,把产业结构调整用地放在首位,为产业结构调整 "铺好路"。 5. 3. 2提高资源综合开发利用率,推进资源型城市可持续发展 研宄区域作为典型的资源型城市,经济发展大多依赖于对自然资源的开采,但是 煤炭、铁矿等都是不可再生资源,数量有限,在开发利用过程中要制定可持续的发展 战略。第一,要加强对资源数量、质量的调查,建立相应的数据库,为制定科学合理 的开发利用计划提供数据支持;第二,从构建良好的区域发展与生态环境关系出发, 打破各部门之间、地方企业与国有企业之间的分割与限制,进行综合研宂,构建新的 和谐的可持续发展总体框架;第三,在对资源的开采数量进行控制的同时,加大科技 投入,努力提高资源利用效率,对相关产业进行优化升级;第四,促进自然资源的资 本化,把自然资源作为一种资产,将市场化运作与政府宏观调控相结合,使其增值并 得到保护。 研究区域各种可再生资源也非常丰富,但是同样需要进行科学合理的开发,以水 资源、风力资源、太阳能资源、生物资源为依托,积极发展水能、风能、太阳能、生 物工程等新兴产业。此外,注重各种旅游资源的开发,在推动经济发展的同时,推动 对生态环境的保护,力争实现资源型城市可持续发展。 5. 3. 3调整城区用地结构,提高城区土地的立体化水平 城市规划是研究城市的未来发展、城市的合理布局和管理各项资源、安排城市各 项工程建设的综合部署,是一定时期内城市发展的蓝图,是城市管理的重要组成部分, 是城市建设和管理的依据,也是城市规划、城市建设、城市运行三个阶段管理的龙头, 做好城市规划工作有利于合理开发、利用土地,实现生态效益最佳[] 。6研宄表明城区的土地利用生态效益较低,需要调整土地利用结构。首先要对现有 建设用地进行充分、合理挖潜,整合散乱分布的小型企业,发挥现有建设用地旳最大 效益,控制其他土地利用类型向建设用地转移的数量;其次要重视城市绿化建设工作, 切实改善人民的居住环境,扩大厂区的绿化范围,力图构建园林式厂区;同时调整城 区的土地供给指标上,把产业结构调整用地放在首位,城市发展放在其次,控制居民 -43- 建设用地的无序扩张。 5. 3. 4科学控制人口增长,构建和谐人地系统 从社会经济因素来看,人类活动是造成土地利用变化的根本原因[。6]通过对研宄 区域18年来土地利用时空变化进行分析后得出,人口因素对土地利用的变化起到了 主要的推动作用,具体表现为两方面。一方面体现在人口增长方面,虽然研宄时段内 研宄区域的人口数量呈缓速增长趋势,区域内越来越多的耕地、牧草地等转变为居民 点用地;另一方面体现在人民生活水平提高方面,随着人们收入、居住水平的提高以 及对自身生存环境关心程度的提升,城乡人均居住面积增加,交通、公共基础设施、 旅游设施、自然保护区等用地的需求增加,占用了越来越多的耕地、牧草地以及未利 用地。 研宄区域需要从人地系统和谐、可持续发展的角度出发,在控制人口数量增长的 同时,提高对土地资源的利用效率,从而缓解人地矛盾,减弱对生态环境的负效应, 使得区域人地系统能够达到最优,力争实现人口-资源-经济-环境协调发展。同时重视 教育事业的发展,广泛利用各种宣传、教育手段来提高人口质量,优化人口结构。 5. 3. 5全面发展循环经济,促进区域土地利用生态环境效应良性发展 加大环境保护工作力度,制定科学合理的节能减排目标并严格执行,依靠科技创 新,从废弃物的生产环节、废弃物的处理环节以及污染物的排放环节着手,全面提高 对生活、生产固体废弃物、危险废弃物收集、利用以及处置的能力。首先,在生产、 生活环节中,减少so2、废水、固体废弃物的生产量;其次,加大科技创新的力度, 提高对各种废弃物的循环再利用率,减少"三废"的排放量;最后,对无法再利用的废 弃物进行处理,达标后按要求排放,减少污染物的生成。 研宄区域的工矿业非常发达,每年的工业废弃物数量惊人,其中不乏可再开发利 用的资源,例如:尾矿,但是受到技术的限制无法实现再利用,这就要求扩大科技投 入,推动循环经济的进一步发展。政府应出台各种鼓鼓循环经济发展的法规,明确对 循环经济的各项优惠、表彰、奖励等政策,对高耗能、高污染企业的各项惩治、罚款 等政策,做到赏罚分明;同时加大财政、税收等经济政策对循环经济的支持力度,例 如:设立对循环经济项目进行奖励的基金;政府还应牵头促进循环经济的科学技术改 革、创新,并搭建共享平台,保证循环经济技术的推广,以实现区域土地利用生态环 境效应良性循为目标。 -44- 6讨论与不足 本文以部分攀枝花市为研宄区,研宄了土地利用格局的时空演变以及地区差异, 对区域土地利用变化的生态环境效应进行了分析。由于自身能力和客观条件的有限, 本研宄尚有诸多问题,还有许多方面值得深入研宄。 (1)基础资料问题。首先,遥感数据只有1989年、1999年、2005年三期,没有 搜集到2008年的遥感图像,且因为图像格式以及卫星分辨率的差异,有波段不齐、 人机交互解译不够精确等问题,使很多有关遥感的分析不够深入,例如对研宄区域土 地利用类型的分类不够准确,产生了本文各土地利用类型表格中的"其他地类",其他 地类包括了被云雾遮盖的地面,以及无法具体分辨土地利用状况的地面。其次,文中 统计和分析量较大,尤其是对图形数据的分析,经多次处理后,数据的误差有所增强。 (2)研宄方法问题。在整个研宂过程中,笔者本着学习探讨的态度,做出了部分 创新,但是受到自身水平的限制,其合理性有待进一步验证。例如:区域生态服务价 值评价中,在参考前人研宄的基础上对各生态系统价值参数进行了调整,但是受到自 身能力的限制,需要在实践中继续检验。其次,在构建回归模的过程中,数据选取可 能不够严谨,有待进一步研宄。 ?45- [1]赵小敏,陈文波等.土地利用变化及其生态环境效应研究[M].北京,地质出版社, [2]谢跟踪,邱彭华等.区域土地利用与生态环境建设研究[M].北京,中国环境科学出版社, [3]刘权,张柏等.辽河中上游流域土地利用/覆被变化、环境效应及优化调控研究[M].北京,科学出版社,]陆红生等.土地管理学总论[M].北京,中国农业出版社,]傅伯杰等.环渤海地区土地利用变化及可持续利用研究[M].北京,科学出版社, [6]于开芹.泰安市区土地利用变化及生态效应研究[D].山东,山东农业大学,2009 [7]罗湘华,倪晋仁.土地利用/土地覆盖变化研究进展[J].应用基础与工程科学学报,):262-272 [8]摆万奇.深圳市土地利用动态趋势分析[J].自然资源学报,):112-116 [9]郑海金,华路,欧立业.中国土地利用/土地覆盖变化研究综述[J],首都师范大学学报(自然科学版),):89-94 [10]葛全胜,赵名茶,郑景云.20世纪中国土地利用变化研究[J].地理学报,):698-706 [11]于兴修,杨桂山.中国土地利用/覆被变化研究的现状与问题[J].地理科学进展,):51-57 [12]刘湘南,许红梅,曹文.吉林省前郭县土地利用变化空间差异的机制分析[J].地理科学进展,):60-66 [13]李天顺,焦彩霞,张红,等.西安市土地利用的时空变化分析[J].干早区资源与环境,):29-33 [14]万军等.应用线性光谱分离技术研究喀斯特山区土地覆被变化——以贵州省关岭县为例[J].地理研究,)439-446 [15]高小红,王一谋.遥感与GIS支持下的榆林地区土地利用动态变化研究[J].干旱地区地理,):106-111 [16]郑丙辉,田自强,王文杰,等.中国西部地区土地利用/土地覆盖近期动态分析[J].生态学报,): [17]黎夏.珠江三角洲发展走廊年土地利用变化特征的空间分析[J].自然资源学报,):307-315 [18]崔振洋,李晓亮.基于RS与GIS的山西省土地利用动态变化分析[J].中国农学通报,):418-420 [19]张峰,王桥,王文杰,等.内蒙古森林草原交错带土地利用变化的区域差异特征分析[J].资源科学,):52-58 [20]张滢,丁建丽.绿洲土地利用变化未来趋势预测及其调控研究[J].干旱区资源与环境,):29-35 [21]杜自强,王建,陈正华,等.基于RS和GIS的区域土地利用动态变化及演变趋势分析[J].干旱区资源与环境,):115-119 [22]曹隆坤,张加恭,王婉如.城市边缘区土地利用变化的研究——以广州市黄埔区为例[J].江西农业学报,):138-141[23]周广胜,王玉辉.土地利用/覆盖变化对气候的反馈作用[J].自然资源学报,):318-322 [24]叶卓佳,李克让,黄玫.土地覆被对气候影响的数值模拟实验[J].地理学报,2000,55(supplement):71-81 [25]付在毅,许学工,林辉平等.辽河三角洲湿地区域生态风险评价[J].生态学报,):365-373 [26]柳长顺,齐实,史明昌.土地利用变化与土壤侵蚀关系的研究进展[J].水土保持学报,):10-14 [27]高俊峰,闻余华.太湖流域土地利用变化对流域产水量的影响[J].地理学报,):194-200 [28]史培军,宋长青,景贵飞.加强我国土地利用/覆盖变化及其对生态环境安全影响的研究-从荷兰"全球变化开放科学会议"看人地系统动力学研究的发展趋势[J].地球科学进展,):161-168 [29]傅伯杰,邱扬,王军等.黄土丘陵小流域土地利用变化对水土流失的影响[J].地理学报,):717-722 [30]崔海山,张柏,刘湘南.松原市沙区土地利用变化及其对土地沙化的影响研究[J].水土保持学报,):66-69 [31]朱连奇,许叔明,陈沛云.山区土地利用/覆被变化对土壤侵蚀的影响[J].地理研究,):432-438 [32]杨风亭,刘纪远,庄大方等.中国东南红壤丘陵区土地利用变化的生态环境效应研究进展[J].地理科学进展,):43-55 [33]周启星,王美娥,张倩茹等.小城镇土地利用变化的生态效应分析[J].应用生态学报,):651-654 [34]张银辉,罗毅,刘纪远等.内蒙古河套灌区土地利用变化及其景观生态效应[J].资源科学,,):141-146 [35]莫宏伟,任志远,谢红霞.风沙过渡区土地利用动态与生态效应变化分析[J].生态学杂志,):619-622. 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1.7、新闻传媒业的定义及特性
新闻传媒业是从事新闻信息产品生产和传播,提供新闻信息服务为主的机构或部门,包 括新闻出版业、广播影视业及信息网络服务业,是文化产业和信息产业的重要组成部分,也 是本文所研究的新闻政策的规范对象所在。 新闻传媒具有双重属性,即意识形态属性和商品属性。意识形态属性是指新闻媒体属于 意识形态的范畴,具有通过传播的内容影响人们的思想、行为及社会舆论的特点。所以,在 大多数国家,新闻传媒被认为是社会公器的一种,富有特殊的社会责任。拉扎斯菲尔德认为, "大众媒介是一种可为善服务,也可谓恶服务的强大工具;而总的来说,如果不加以.适当控 制,它为恶服务的可能性更大。"[l"]而这也是新闻传媒业要在不同程度上受到国家政策和公共 道德的制约的一个重要原因。而商品属性是指在市场经济条件下,新闻传媒作为市场主体, 具有通过传播销售新闻信息产品、以广告的形式转售由新闻信息内容吸引的注意力、发展相 关产业的经营等多种方式实现一定经济利益的属性。新闻传媒的双重属性决定了中国新闻传 媒业的双重功能,即喉舌功能和经济功能。作为党和国家的喉舌,新闻传媒始终负有正确舆 论引导和政策宣传功能;同时,新闻传媒能够为经济发展提供信息服务、促进经济的发展, 自身也能够创造经济效益,两种功能相辅相承。 新闻传媒业的双重属性特别是新闻传媒业与政治之间密不可分的关系,决定了新闻传媒 业的特殊性,主要表现为以下几个方面: 1.不以营利为唯一目标。尤其是在我国,新闻传媒业不单纯是生产部分,而是党领导下 的社会主义精神文明建设的重要领域,意识形态领域的重要阵地和载体,需要加强管制。同 时新闻传媒业的经济功能和产业属性,又决定了其必须尊重市场经济规律,在经营中发展壮 大。中国新闻传媒的产业化经营,从某种意义上讲其根本目的是为了更好地加强党对新闻事 业的领导。在西方新闻传媒业与其他行业不能也等同,受到宪法的着重保护和政策约束,承 担相对更多的社会公共责任。 2.新闻传媒业是政府管制较多的行业。任何国家都对新闻传媒实行有别于一般产业的政 府管制和社会制约。尤其是在中国,长期以来政府对新闻传媒业实施严格的进入管制和专业 活动管制。从新闻传媒在中国社会政治生活中的作用来看,实施严格的管制确实有其明显的 现实理由,这不仅是因为市场机制自身存在一些先天不足,还有意识形态领域控制的需要和 计划经济管理体制的惯性等原因。
1.8、活性的概念
粉煤灰的活性是指粉煤灰在有水的条件下能否与石灰发生化学反应,生成具 有胶凝作用的物质的性质。 过去将粉煤灰用作混凝土的胶凝材料组分,那是因为人们一直认为粉煤灰的 活性效应是粉煤灰效应中最重要和最基本的行为和作用。实际上,也证实粉煤灰 中活性成分越多,其火山灰反应能力越好。对粉煤灰活性效应狭义的理解是指粉 煤灰中活性成分。对低钙粉煤灰(本课题采用低钙粉煤灰)来说,主要是玻璃体 中的活性氧化硅、氧化铝与氢氧化钙发生化学反应,生成具有胶凝性能的水化铝 硅酸钙,这样的化学反应就是石灰火山灰反应,或者叫做硅酸盐化学反应。其化 学反应式如下: Ca(OH)2+ SiO2+ H2O→XCaO YSiO2 ZH2O Ca(OH)2+ Al2O3+ H2O→XCaO YAl2O3 ZH2O Ca(OH)2+ Al2O3+ SiO2+ H2O→ XCaO YAl2O3 ZSiO2 WH2O Ca(OH)2+ SO3+Al2O3+ H2O→XCaO YAlO3 ZCaSO4 WH2O 此外还生成水石榴石(C4AH13),雪硅钙石等。根据重庆交通大学黄毅等人的研 究,石灰粉煤灰间的反应众多,反应产物少则树十种,多则上百种。根据 X-射线 衍射图谱的计算机检索分析,还发现一些复杂的络合物,如 Ca1.5SiO2. 5XH2O 和 CaAl2SiO8 4H2O 等,上述生成物都是石灰粉煤灰间化学反应的产物,也就是粉煤 灰活性的体现。
1.9、C-R路径及C-R图的定义
由定理24.3可知,SPR网中,每一个极小信标所含有的资源库所集合都是唯 一的(含有空闲库所的极小信标集合{P°dU{定一个S4pr网 iA}h_e/?}除外)。给N,可以根据各信标所包含的资源库所的数量对网中所有的极小信标进行分类, 共分为1+1类。记由网中全部的极小信标构成的集合为,其中, 代表包含/个资源库所的极小信标集合。任意的两个极小信标集合Q'和Q7, /,l门Q"_/e{0,,...|P=?|},如果/9^/,那么 0。 由S4PR网定义可知,无需另外计算,另外,子网 (尸厂)是一个强连通的状态机,中的极小信标包含了与空闲库所相 关的P-半流的支撑集,即中的极小信标不是严格的,不会导致S4PR网死锁 现象的发生。因此,本文只讨论如何求解含有资源库所的极小信标,继而从中求 取严格极小信标。下文如未特别说明,S4PR网极小信标集合均指集合三= 。 由定理2.3可知,S中的任意一个极小信标所含有的资源库所集都是唯一的,反 之,给定一个极小信标的资源库所集,可以唯一的确定一个极小信标。 定义3.1给定一个S4PR网A^ = (P,:r,F,『),Vrei^如果基本环 (1 ) A+:eNiL)t&2; (2 ) Xo = Xhi = (3) P{c)f]P=,{r}; (4) P(c)门P°=0. 13 浙江大学硕士学位论文第二章S4PR网的严格极小信标计算方法 则称该基本环为资源r的工作环,记作C = (r,xi,x2,...,x"r)。 定义3.2给定一个S4PR网7V = (P,r,F,『),Vre尸g。如果资源r的工作环 c = (r,Xi,X2,...,x"r)满足条件|r_n7Xcr)| = l,则称环c为资源的内工作环。网jV 中,资源??的所有内工作环用集合C,表示。 根据以上定义可知,在一个S4PR网iV中,对资源r来说,任意一个内工作 环 ceC;,都有 P(c)门 P=#{r},P(c)门 P°=0。图 2.1 所示 S^PR 网(A/,M=。)中,基本环 C,(r2,。P3,。P4,r=4,P5,、r2) , C2ir2J^,PsJiJ2)和 c, 都是资源 r:的工作环。由于 |r’2n:r(C|)| = |{/2,U| = 2〉l,因此C,不是资源r〗的内工作环。该图中,只有c,和c, 是资源厂2 的内工作环,即 C;: =人r"tb,p^t"p"t名,P名""r:、、。 性质 3.1 给定一个 S4PR 网 A^ = (八 r,F,灰),r&Pj,, ceC"如果/?eP(c), 那么 V/e'p,teT(Cr)。 证明:由定义3.2可知,VceC;, P(c)门P=?{r}且P⑷nP°=0。 (1 )证明当{p} = P(c)nPf{r}时,满足 V/e、,teTiC^).由于 V/e'/", t e T{c) , c是资源r的一个内工作环,即c: e C/,,因此er(C;)。 (2 )证明当/7 e P(c)n时,满足We*/?,t e T{C工^) ?已知p是内作环c 中的一个工序库所结点,当|&| = 1时,有唯一的变迁/e&,/也是环C中的一个 结点(否则C不是闭合路径),即/er(cOGr(C;)。当时,Vfe'p,f是资 源r的工作环中的结点(因为网中/r,() = 1即资源r的托肯数在网系统运行中守 恒)。设有向路径7 =(厂,1,,...,文,,0是内工作环0的一部分,由定义3.2可知, 厂nnj) = 0即|r*n7X7)| = 0。由于因此,对于v/e*;?,存在不通过 的有向路径/ ’ = J?,p),满足|r门7X广)I M且广中的结点各不相同, 14 浙江大学硕士学位论文第二章S4PR网的严格极小信标计算方法 八广)由此可知,一定存在包含有向路径(/,/?)的有向路径 广’ = (r,:c",, ,JC'V,/,/?)满足|r'n:r(广')| = 1 (广’中的结点都是X’中的结点)且 Pir")nP=,{r}.有向路径广和7通过结点P进行连接,得到的基本环 c’ = ("r,xi, 满足 = W , P(c ‘) fl /‘" = 0 且 |r'nr(ci)| = |r'n:roo|+|r_nro/)| = i,由定义 3.1 和 3. 2 可知,c'是资源r 的一 个内工作环,即c'eC;。由此可知,V/e’;?,/eTXCJ。■ 定理3.1给定一个S4PR网A^ = (P,:r,F,fn,Vre/V P(C;)是一个极小信 标且P((:;)门/&?={r},其中,P(CP,) = a《(c)。 证明:由定义3.2可知,=W。接下来,首先证明P(C;)是一个 信标,再证明它是极小的。 (1 )证明P(C:)是一个信标。由性质3.1可知,对于VpeP(cO,ceC,,满 足 V/e-,leT{CJ,即?ppqTXCT,),所以 (C;) g TXCJ ;又由定义 2.3 可知, V/elXCJ,t EUR P{Cy ,即 TXCJg 尸(C;)?,所以?/&((:;) g/&((:;)?,即 P(CJ是一 个信标。 (2)证明信标/XCJ是极小的。既然尸(CJ是一个信标,那么一定存在极小 信标&sgp((:;),?SfO。由p(c;)np°=0可知=0,根据定理 2.2 可知 Sf]P,^0 &又因为尸(C;)门P=?{r},所以。接下来证明对于 Vpe尸(cOnPj有,其中ceC;。对于{/=?,}/"门r(c),由定义2.15可知 |、nP」= l,因此必然存在工序库所{;7,}=、门/^),满足假设 根据信标??S?qS这一性质,必然存在一个资源库所’r,满足’re、且r’eS,由 jV是纯网可知,r'辛r,因此’reP/。{r}",这与5门P,, = {r}相矛盾,由此可见假 设不成立。因此,既是变迁/,的前集库所又要属于极小信标集合的库所只能是 工序库所;V接下来,对于{/2丨二 &,门7&)分两种情况讨论: 15 浙江大学硕士学位论文第二章S4PR网的严格极小信标计算方法 (2.1)当时。环c = 满足条件|^_门7-⑷| =〗,是资源r的内 工作环,并且,V/7eP(c),P & S。 (2.2 )当0广时。对的分析与相同,即必然存在工序库所 {pj=、n户(C), P2^s\ {t^} = 'p^ciTic),对/3的讨论与/2相同,以此类推, 经过有限的A:次迭代后,得到tk & r',并构成内工作环^: = (/,/&,;?。..,/1,广), 其中 A"eN+,环c 中,V;? e/?(&:),p e S。 由以上证明可知,V/7e尸(c),pes,其中,ceC,。即Vpe尸(CV),peS, 由此可得又已知因此即P(CJ是极小信标, 得证。■ 由定理3.1可知,要求得包含资源库所r的极小信标,可以先求得资源r的内 工作环集合C,,由C,中所有的库所元素组成的集合即是所求的极小信标。例如 图2.1中,若要求得包含资源库所r,的极小信标‘?、,使得tS,nP?={r,},首先求得 r,的内工作环集合 CV i。,因此S\ = P、C~、) 二P" P" P名,Pg)。同理,0广,2={0"2,。户5,,5,厂2),(厂2,、,凡"7,巧,/8,厂8,?,2)}, S广P、C= {r" P5,, P名、。网中任意的资源库所r ,都可以釆用定理3.1 的计算方法得到一个极小信标,从而得到含单个资源库所的极小信标集合, |n〗| = |P?|。接下来,将重点讨论如何求解所含资源库所个数大于1的极小信标的 集合,即集合 定义3.3给定一个s4pR网7V = (/^:^,f^f^,ceC,|。若 有向路径5/ = (/、,.._&^;^,_^,乂),/eN+满足下列条件(1) ~ (4),则称该路径 为资源的内工作环C与资源r,之间的C-R路後;若满足条件(1) ~ (5),则 称其为资源的内工作环C与资源之间的最大C-R路径,记作/(c,r2)。条件如 下: 16 浙江大学硕士学位论文第二章S4PR M的严格极小信标计算方法 (1 )少e" (P(c) \ {r,})u r(c), vy 6 {1,2,..; (2)/^ (3 ) te er/ 门八c); ⑷ (5) V/er/nr(c),/6 7(^). 备注3.1由条件(1)可知,最大C-R路径所包含的库所结点都是工序库所。 备注3.2记最大C-R路径的头结点为J/丨,尾结点为?&。对于资源r,的 内工作环C与之间的最大C-R路径'z(c,r^)来说,/丨6 rj,y[ e r且(是内工作 环C中唯一满足条件/ e r?,的变迁(若内工作环c表示为c = (r,xi,x"...,x々,r),那 么,?^5 = )。 备注3.3网中,资源r,的内工作环C与r〗之间的最大C-R路径至多只有一 条,若该路径不存在,则记/(c,r=2) NULL,那么P(7(c,r2)) = 0且r(Kf,r2)) = 0。 资源r,的内工作环集合与的最大C-R路径集记为r((:,.,|r,), =' ,/(r(C,,_r,)) = P{Y{c,r,)) ? Vr e D, ( D, c P,), 资源r的内工作环c与资源库所集Z),之间的最大C-R路径集记为r(c,D, \ {/■}), r(c,D,\{r}) = ucr'.,,,,,,,iri,)}, P{Yic,D, \{r})) = U吨、P(r(c,r'))。 备注3.4已知资源r e Z), ( Z), e尸,d的一个内工作环c,以及环c与资源库 所集D只之间的最大C-R路径集合r(c,Dr \ {r}),那么e r(c, D, \{r}), {?&.}=厂门?"⑷。}&).￡(/,\{厂})*门7?且&&9^}&。g|r(c,D,\{r})|&],表明环 c 与 资源库所集之间的最大C-R路径不止一条,这些路径开始于同一个变迁 终止于各自的尾结点。记7; ={/丨I reY{c,D?\{r})}为最大C-R路径集 r(c,A\w)的尾结点集合。那么一定存在一个变迁广丨eZ;,使得环t?中的有向 17 浙江大学硕士学位论文第三章S4PR网的严格极小信标计算方法 路径7_=0&,&&'1,&^2,...,广丨)中的结点都是环C中的结点),满足V/eT;, 将这个变迁广己为],则 由定义 3.3 可知,是环C与资源库所集D,;之间的最大C-R路後集合r(c,D, \ {r})中最长 的一条有向路径(包含结点最多的即是最长),那么V/e;r(r(c,A\{r})), 且VpeP(r(c,iV{r})), p^P(r^^).若要在内工作环c中去除最 大C-R路径集合r(c,Z),,\{r}),相当于在环C中去除有向路径}^■,那么剩余的 部分仍然是一条有向路径,且该有向路径起始于库所{/^} = }&_;nP(c),终止于 资源库所r。 已知图2.1所示S4PR网中,(:=02,?6,/&6,丨7,_?7,丨8,尸8,丨9,厂2)是资源^2的一个内 工作环,即ceC。。=(/6,A^&,M,/=2 (々,A), 巧,8)都是环c与厂1之间的C-R 路径:。但是,只有}是最大C-R路径,可记作}^(c,r|),即/(c,ri) = (y(^,P6,/7,P7,、)。 图2.1中,资源r,的内工作环集合C。与r,的最大C-R路径集 r(C,,合C_r,) = {(/,,,资源,-2的内工作环集,、与r,的最大C-R路径集 r(c,.yi) = {(/&&, ,尸 7,,8)}。 在图34.3所示的SpR网中,C = (W72,?,Pg,/, 所2)是资源州2的 一个内工作环,环(;与资源爪1之间的最大011路径:/(￡:,讲1) = (/1),/?8,/1。),环C与 资源r,之间的最大C-R路径八6,;",)= (/9,/^/,。,;79,/,,),对于资源库所集 D=r {r^,m^,mj},资源 的内工作环 c = 巧,/|。,;?9,^11,%)与资源库所集 A; 之间的最大 C-R 路径集r(c,i^\{w2}) = {y(c,r=〗),y(c,Wi)} {09,;?8,。,;W]i),(?,/Vi。)}。 对于路径集\{/772})来说,Y ts =g, = {/,0,^11}, Yemm ^ h\, /max ~ (^9'A'^IO'-Pg'^ll)"在环C中去除有向路径}^_后,剩余部分是单结点的有向 路径(/^2)。 18 浙江大学硕士学位论文第二章S^PR网的严格极小信标计算方法 定义3.4给定一个S4PR网;V =(八r,尸,『)。若图G = (F,￡)满足以下两个条 件,则称图G为网iV的C-R图: (1) v = p,\ (2) EaVxV, V'r',reP,, r^r, (r,0 e五当且仅当存在资源厂的内工 作环C与r?之间的最大C-R路径}/(c',r),即r')er(C?0 = 图2.1所示S4PR网(7\^对