1、1封一答卷编号（参赛学校填写）：答卷编号（竞赛组委会填写）：论文题目： C 组 别：本科生 参赛队员信息(必填)： 姓 名 学 号 联系电话参赛队员 1 许海彪 2014521112 15702426435参赛队员 2 王丙铮 2014521113 15702426335参赛队员 3 曹崇东 2014520137参赛学校：沈阳工程学院 2封二答卷编号（参赛学校填写）：答卷编号（竞赛组委会填写）：评阅情况（学校评阅专家填写）：学校评阅 1.学校评阅 2.学校评阅 3.评阅情况（联赛评阅专家填写）：联赛评阅 1.联赛评阅 2.联赛评阅 3.3论文题目 : 福田红树林自然保护区湿地生态系统模型框架的
2、构建及应用实例研究一摘要 与国内外其他大规模湿地生态系统相比，福田红树林自然保护区因其面积小，湿地生态系统的生态健康更加脆弱，迫切需要构建湿地动态监测、生态健康评估及预警系统来支撑其保护、管理工作。但目前的生态健康评价主要采用基于抽样监测数据和专家经验的静态方法，仅仅围绕主要生物因子开展调查而没有覆盖到噪声、大气等环境因子，而且监测点信息的时间、空间离散度较大（时间间隔较长、测点密度过于稀疏） ，致使难以完全满足福田红树林自然保护区科学管理的实际需要。因此，保护区准备用三至五年的时间完成保护管理数字化支撑平台建设，其中构建新型的生态系统动态监测和健康评估及预警科学管理支撑体系是重要工作内容。深
3、圳经济高速发展的 30 多年时间里，福田红树林湿地生态系统受城市扩张和环境污染影响较为严重，红树林湿地面积不断缩减，滩涂淤积导致海床升高、高楼林立阻断鸟类迁飞通道、水环境污染导致鱼虾死亡、外来物种海桑疯狂扩散已然构成生物入侵、虫害频繁爆发导致红树植物白骨壤不能自然繁殖等生态问题日益突出，整个生态系统在空间结构与生态过程、自我调节与更新能力以及对外部胁迫的恢复能力等方面，均呈现出不稳定性和不可持续性征兆。福田红树林湿地水域中重金属监测结果表明，2012 年福田红树林湿地水域四个监测点铅、镍均未检出。铬除沙嘴码头低潮期含量属于类水质外，其余站位均属于类水质。镉除观鸟亭低潮期含量属于类水质外，其余站
4、位均属于类水质。2011 年和 2010 年福田红树林湿地水域各监测点重金属含量较低，数值大多低于检测限，符合地表水类水质标准，属于正常范围。从 2008 至 2012 年福田红树林区水体浮游植物群落的细胞密度比较，可以发现相对于 2009 年和 2012 年浮游植物细胞密度形成 2 个峰值，而 2010 和2011 年浮游植物细胞密度则较低，这从一定程度上说明了该红树林区水体富营养化程度具有反复变化的趋势。1993 年 10 月，国家“八五”攻关项目红树林课题组将海桑和无瓣海桑从4海南引种到深圳湾并取得成功。随着海桑和无瓣海桑对深圳湾生境的适应，至2006 年夏季以后，在保护区观鸟屋两侧均发
5、现大片幼苗的扩散和暴发，导致天然林和海桑林下的生物多样性有所降低。目前，海桑和无瓣海桑已经成为西乡、宝安等区域的优势种，对本地红树种的生长造成了一定的威胁。另外，红树林保护区内还受到五爪金龙、蟛蜞菊、银合欢等外来种的入侵。综上利用 MATLAB 构建生态模，线性回归方程 动态生态模型关键词：生态系统动态监测 健康评估及预警科学管理支撑体系城市扩张 高楼 面积不断缩减 海床升高 环境污染 生物入侵5问题提出在自然状态下，因为没有人类行为的干扰与破坏，红树林本身具有强大的恢复力与抵抗力，拥有几乎是世界上最为完善的生态系统，仅次于雨林生态系统。所以，既然要建立一个生态系统动态监测和健康评估及预警科学
6、管理支撑体系，首先我们需了解红树林的原生的生物在此生态系统中的作用和影响，以及有什么影响，系统对此影响做出了什么样的反应。进一步将人为因素带入假设的系统中，结合实际，进行分析判断，从而精确的得到了人为因素对生态系统的影响。所以设原生物的影响为函数 F(X),人的影响为函数 Y(i).从福建红树林的近几年的生物多样性变化分析得出人为的影响使系统偏离了正常的发展方向，所以提出问题，如何建立一个提高生态系统抵抗外来人为影响的能力的科学监测和管理及预警体系。问题分析在当今的自然环境不可能完全脱离人类的影响，除非在无人区。所以我提出的问题便是建立一个提高抵抗外来影响的体系，而不是仅仅的建立一个监测体系。
7、首先从附件材料中可看到整个生态系统已经完全被人类社会所包围，所以建立一个包含人类活动影响 Y(i)的模型，从而更加准确的进行动态监测和生态预警，进行科学的管理。另外我们也可以知道人类的正确活动也是可以将环境进行优势改善的了解它的位置，深圳福田红树林自然保护区位于深圳湾北岸，区域范围在北纬 2230 - 2232，东经 11356 - 1143之间，总面积 3.68 平方公里，是我国面积最小的红树林保护区，也是我国唯一处于城市腹地的国家级自然保护区。我们可知此保护区极其适合建立一个由人类进行部分控制的生态管理区。6我们完全可以再设立多个监测点，以满足有足够的数据进行分析。从这个表中我们可进一步分
8、析人类行为的影响模型假设1从上表中，我们可知模型需考虑多种因素，例如物种丰富度 F(x),PH,土壤性质，各种无机盐的浓度 C。7从森林生态系统服务功能评估规范 ，即上表，一个生态系统是否健康，可从其服务功能表现而出。所以我们建立一个线性回归的方程模型，以此动态观察管理红树林生态系统。M(x,y) 生态系统的服务功能的强弱；X 为各种影响因素，Y 为各种影响因素的结果。而人类因素的影响现在主要为对水质的污染 F(I)；影响结果的作用于生物多样性，与部分生物的种群密度：Y(a).公式为：Y(a).= F(I)+M然后我们假设一个生态系数为 K1 设定值为 M/F(I),检测函数便可以设为 N=K
9、1*Y(a)8模型建立与分析利用简单的数学分析我们可以大致估计出 Y（a）大致是一条动态的曲线表 2-1 20082012 年浮游植物的种类组成2008 2009 2010 2011 2012门类 6 6 5 6 6属 66 49 54 45 42种类数 127 135 140 90 92表 1-1 黑脸琵鹭环志记录信息环号 足旗组合 发现时间 发现地点 环志时间 环志地点E46 黄-绿-黄 2012.11.12 凤塘河口 2011.07.04 南韩K88 白-红-白 2012.11.12 凤塘河口 2009.08.07 南韩E34 红-白-黄 2012.12.28 4 号鱼塘 2011.07
10、.01 南韩K49 黄-白-红 2012.12.28 4 号鱼塘 2005.05.31 南韩表 2-2 2008 年至 2012 年优势种（百分比）的变化图2008 年 2009 年 2010 年 2011 年 2012 年中肋骨条藻 17.2 15.3 39.4 - -威氏海链藻 28.4 23.2 - 49.6 2.1硅藻门微小小环藻 - 44.9 - - 57.3蓝藻门 细小平裂藻 12.8 - 12.4 - -裸藻门 裸藻 - - - 17.3 -“-”为不占优势，未列出。表 3-1 2012 年度深圳福田潮间带各取样站莫顿长尾虾的密度（ind/m 2）和生物量（g/m 2）92012
11、年4月 2012年7月 2012年10月 2013年1月密度 生物量 密度 生物量 密度 生物量 密度 生物量池塘 11388 101.96 250.00 1.17 5625.0 1275.0 0 0A1 0 0 0 0 0 0A2 0 0 0 0 0 0A3 0 0 0 0 0 0H1 0 0 0 0 0 0 0 0H2 25.48 0.03 0 0 0 0 0 0H3 0 0 0 0 0 0 0 0F1 0 0 0 0 0 0 0 0F2 0 0 0 0 25.00 0.03 0 0F3 0 0 0 0 0 0 0 0表 3-2 2011 年度深圳福田潮间带各取样站莫顿长尾虾的密度（ind
12、/m 2）和生物量（g/m 2）2011 年 4 月 2011 年 7 月 2011 年 10 月 2012 年 1 月密度 生物量 密度 生物量 密度 生物量 密度 生物量池塘 0 0 0 0 0 0 22624 161.17 A1 0 0 0 0 0 0 0 0A2 0 0 0 0 0 0 0 0A3 0 0 0 0 0 0 0 0H1 25 3.94 0 0 0 0 0 0H2 0 0 0 0 0 0 0 0H3 0 0 0 0 0 0 0 0F1 0 0 0 0 0 0 0 0F2 0 0 0 0 0 0 0 0F3 0 0 0 0 0 0 0 0以上为 Y(a)近几年的数据沙嘴码头高
13、潮沙嘴码头低潮3号岗亭高潮3号岗亭低潮凤塘河口高潮凤塘河口低潮观鸟亭 高潮观鸟亭 低潮基围鱼塘2012.046.21055.71032.81053.51052.41058.71052.71043.61057.51042012.071.71043.31042.81053.51051.31043.51051.71053.41051.9105大肠菌群2012.10 9103 9.41042.81059.21052.71041.4105 5103 7103 未检出10表 5-1 福田红树林湿地水域的肠道细菌数量(个/L)五日生化需氧量（BOD 5）数据显示，2012 年沙嘴码头和凤塘河口 BOD5略低
14、于 2010 年和 2011 年，而 3 号岗亭、观鸟亭和基围鱼塘则高于 2010 年和 2011年。表明 3 号岗亭、观鸟亭和基围鱼塘有机物污染较为严重。化学需氧量（COD）数据显示，2012 年各点 COD 值较 2010 年和 2011 年低，说明有机物污染得到了一定的控制。2012 年各点电导率高于 2010 年和 2011 年，而溶解氧则低于 2010 年和2011 年。盐度结果显示，高潮时 2012 年沙嘴码头和 3 号岗亭较 2010 年和 2011年低，而凤塘河口、观鸟亭和基围鱼塘则较高；低潮时各站点的盐度均低于2010 年和 2012 年。_摘自附件 2,3,6通过对比分析我
15、们可以看出 Y(a)与 F(I)为负相关当 Y(a)达到一定程度，M(I)将会达到负值，即生态系统的服务功能将会大幅度下降，严重时将会是整个生态系统崩溃，这其中还必须在引入一个因素，即外来物种的影响 R，将 R 与 Y(a)进行整合，然后进行数学推算，就可以得到一定时间内此生态系统的健康状况，及时进行预警。2013.01 7105 4104 2.21061.11071.71061.4107 9105 1.2105 61052012.042.31043.61037.91045.11038.21045.71033.41045.31031.91042012.071.01034.61031.91046
16、.91041.91042.71043.61031.81021.21042012.10 8.51041.31058.21051.91062.01041.01057.41037.71039.4103细菌总数2013.011.31065.81062.81072.71071.31072.21075.71061.41061.9106项目 单位检出限沙嘴码头高潮沙嘴码头低潮3号岗亭高潮3号岗亭低潮凤塘河口高潮凤塘河口低潮观鸟亭 高潮观鸟亭 低潮基围鱼塘镉 ug/L 0.3 0.3L 0.3L 0.3L 0.3L 0.3L 0.4 0.8 1.1 0.7铬 ug/L 0.4 46 52 34 33 31 7
17、 38 39 47铅 ug/L 0.9 0.9L 0.9L 0.9L 0.9L 0.9L 0.9L 0.9L 0.9L 0.9L镍 ug/ml 0.01 0.01L 0.01L 0.01L 0.01L 0.01L 0.01L 0.01L 0.01L 0.01L表 5-2 2013 年福田红树林湿地水域中重金属含量11Y(a)=F(I)*K+MH=（）/为一定时间内水质中各个有害元素的平均值，为外来物种一段时间的平均增长速率_摘自附件 6根据此图进一步得出外来物种对生态系统的影响综合上面的分析我们建立一个多种因素于一体的模型，它包括 PH，重金属浓度 C，外来物物种的种群密度 R，海床面积 S，
18、四种因素的平均值 J作用于 M（红树林的服务功能） ，既表现在物种的丰富度，而当水体受到污染的时候，作为水体的标志者肠道细菌的数量 N 将会增加，所以 M 与 N，J呈负相关，J 与人类活动相关M1/N,M1/J.a= x1 x2 x3xn ; y1 y2 y3 ， yn ; z;mean(a)ans=m n o12通过此程序求得每段时间内肠道细菌的平均值，因为每个地区的环境是不一样的，所以每个地区的细菌的密度是动态变化的，但犹如蝴蝶效应一般，每个地区之间是有着内在的联系，所以我们推测只要总体的细菌密度在一定范围内，就可以认为此情况是正常的，然后建立其他物种与肠道细菌平均密度的图像x=a b
19、c d e e;y=a1 b2 c3 d4.;bar(x,y)注（X 代表不同时期细菌的平均密度Y 代表对应 x 不同时期某一种生物的种群密度 ）同样应用 bar 函数画出外来物种与本地物种种群密度的柱形图;用 bar 函数求出重金属浓度与肠道细菌密度的关系；这样通过不同图像的分析，再结合最近一段时期的不同地区的重金属浓度便可以推算出近期的大致情况，从而做出大致的应对措施。如在此图中可得在四月份外来物种秋茄掉落物增加，此时必定会引起水中重金属浓度增加（本身所吸收，死后释放） ，又因为水中有机物的增加，肠道细菌密度增大，水污染进一步扩大，类似于正反馈调节，所以在监测到细菌密度增大后，必须人为进行
20、干扰。而把所有柱形图的中点连接之后便得到 n 条大致的曲线，即 n 条线性回归方程，而这 n 条回归方程的回归系数 b 的平均值就为监测函数 K。13模型的应用在福田红树林保护区建立多个可流动的数据定期采集点，建立多个数据分析点，定期在不同地方进行数据的采集，对 PH，肠道细菌密度进行检测，对外来物种进行不定期，不定点的调查，最后进行数据分析，建立 bar 函数。通过对柱形图的分析可得到此生态系统的发展趋势，然后进行人为的干预，从而使生态系统偏向正常的发展趋势。如发现在排除气候的原因下发现一些物种的密度在下降，首先要分析是否在正常的变动下，如果分析的结果比较相符，进行人为干预。如果不符合，采集新的数据，进行合理推测，进行科学的干预，从而使其恢复到同阶段正常水平。参考文献：2012.4-2013.4 福田红树林保护区生物多样性监测报告 、红树林湿地健康评价指标体系 、 广西近海生态系统健康评价 、福田红树林自然保护区及红树林知识简介 、 森林生态系统服务功能评估规范 、 深圳福田红树林自然保护区的生态问题及修复对策研究 、 深圳福田红树植物海桑种群生态学研究 、 深圳湾河床演变及其对湿地生态系统的影响 、福田红树林湿地生态系统 EWE 模型的构建 、 无瓣海桑的引种及生态影响
