基于可變模糊評價模型的東山灣生態系統健康評價

陸志強, 李吉鵬, 章耕耘, 馬 麗

1 集美大學水產學院, 廈門 361021 2 國家海洋局第三海洋研究所, 廈門 361005

基于可變模糊評價模型的東山灣生態系統健康評價

陸志強1, 李吉鵬1, 章耕耘1, 馬 麗2,*

1 集美大學水產學院, 廈門 361021 2 國家海洋局第三海洋研究所, 廈門 361005

根據東山灣海域環境污染現狀和生態系統的特點，從水質環境、沉積物環境、生物殘毒以及海洋生物方面構建了東山灣生態系統健康評價指標體系，提出了基于可變模糊評價模型的海灣生態系統健康評價方法，并利用該方法對東山灣生態系統健康狀況進行了評價。結果表明：東山灣春季生態系統健康指數為2.36，秋季為2.44，均處于“良與中之間，偏良”水平，春季略優于秋季。影響東山灣生態系統健康狀況的主要負面指標因子為魚卵及仔魚密度(春秋季健康指數均值為4.95)、營養水平(秋季健康指數為4.47)和底棲生物生物量(春季健康指數為3.59)。實例研究表明該方法通過準則參數α和距離參數p的不同組合變化，以線性與非線性相結合，能夠較客觀系統、標準量化地評價海灣生態系統健康狀況的優劣，。

生態系統健康; 指標體系; 可變模糊評價模型; 東山灣

海灣水域作為陸海相互作用較為劇烈的區域，其生態系統的可持續利用和健康發展受到了人為活動的嚴重影響。為合理利用海灣資源，科學保護海洋環境，人們需要對海灣生態系統健康狀況進行深入地了解和研究[1-3]。

現階段海灣生態系統健康的概念仍較為模糊、理解也不全面，還不足以清晰揭示海灣健康所應符合的標準、尺度和原則[4]。但隨著相關基礎和應用的研究，已初步形成了一些共識。比如：海灣的健康主要表現在海灣生態系統結構與功能的健康[5]；海灣生態系統健康狀況評價的方法主要有指示物種法和多指標體系法。與指示物種法相比，指標體系法通過從不同尺度和角度刻畫生態系統特征，反映生態系統的健康狀況，其評價技術結合了物理、化學、生物和毒理學方法[6]。然而，海灣生態系統健康評價存在著許多不確定因素，評價指標與標準之間的關系復雜，且多為非線性關系，對于評價的優劣也沒有絕對分明的界限[7]。采用精確數學方法來研究這一模糊問題存在較大困難，不能很好地表征海灣生態系統的真實狀況和屬性。可變模糊評價模型通過調整模型及其參數，合理地確定樣本指標對各級指標標準區間的相對隸屬度，有效地解決了評價中邊界模糊評價結果的影響問題，提高了對樣本等級評價的可信度[8]。該模型已經應用于水質質量狀況評價中[8]，而應用于海灣生態系統健康狀況的評價尚未見報道。

本文借鑒國內外相對成熟的近岸海域生態系統健康評價體系，結合東山灣的環境污染現狀和生態系統特點，從水質環境、沉積物環境、生物殘毒以及海洋生物方面構建了東山灣生態系統健康評價指標體系，并采用可變模糊評價模型對其生態系統健康狀況進行評價。將可變模糊評價模型應用于海灣生態系統健康評價中可有效地解決邊界模糊評價結果的影響問題，能夠較客觀系統、標準量化地評價海灣生態系統健康狀況的優劣，評價結果較為可信。同時，可作為一種合理而適用的海灣生態系統健康評價方法，為我國海灣生態系統健康預警體系的建立和海洋生態文明建設提供技術支持。

1 材料與方法1.1 研究區域

東山灣(117°24′—117°37′E、23°43′—23°57′N)位于福建省東南沿海的漳浦縣、云霄縣和東山縣之間。整個海灣呈不規則布袋狀伸入陸地，屬窄口型半封閉海灣，封閉性較強。灣內海域面積為247.89km2，海岸線約110.5km，灣頂有漳江入海[9]。海域主要功能為港口航運、農漁業、工業與城鎮用海。重點保護對象是漳江口紅樹林生態系統和東山珊瑚礁生態系統等[10]。

1.2 數據來源

圖1 東山灣生態調查站位圖

本文研究數據來源于2012年對東山灣的綜合調查，其中水質監測時間為4月和10月，主要包括有機污染物、營養鹽、重金屬和石油類；沉積物和生物殘毒監測時間為10月，主要包括有機污染物(生物殘毒不監測)、重金屬和石油類，生物殘毒僅在一處站位采集樣品進行分析；海洋生物調查時間為春季(4月)和秋季(10月)，主要包括浮游植物、浮游動物和底棲生物生物量、多樣性指數、魚卵及仔魚密度和初級生產力。調查范圍和站位設置如圖1所示。樣品采集和分析均按照《海洋監測規范》(GB17378—2007)[11]和《海洋調查規范》(GB/T12763—2007)[12]中規定方法進行。

1.3 研究方法

1.3.1 東山灣生態系統健康評價指標體系的構建

本文以美國環境保護署發布的《全國近岸狀況報告Ⅳ》中提出的美國近岸海域狀況評價體系[13]、歐盟水框架指令提出的歐盟近岸海域生態質量狀況評價體系[14]和《近岸海洋生態健康評價指南》(HY/T087—2005)[15]為參考，綜合考慮海灣生態系統易受近岸人類活動和陸源污染影響、是許多海洋生物物種最重要的養育場以及具有復雜多樣的理化因子和更高的生態系統多樣性等特點；根據東山灣海域環境污染現狀和生態系統特點收集數據資料，從水質環境、沉積物環境、生物殘毒以及海洋生物方面選取17個狀態指標構建了東山灣生態系統健康評價指標體系(表1)。

表1 東山灣生態系統健康評價指標體系

(1) 有機污染指數[16]

(2) 營養水平指數[16]

式中,E為營養水平指數；CCOD(mg/L)、CIN(μg /L)、CIP(μg /L)分別為化學耗氧量、溶解態無機氮、活性磷酸鹽的實際測量值。

(3) 重金屬指數[17]

式中,Ai為第i種重金屬的相對污染指數；P為重金屬的綜合污染指數；Ci為第i種重金屬的實測濃度值；Co為第i種重金屬的評價標準值。

(4) 生物多樣性指數選用Shannon-Weaver 多樣性指數[11]。

式中，S為樣品中的種類總數，Pi為第i種的個體數與樣品中的總個體數的比值。

(5) 初級生產力 采用葉綠素a濃度估算，按照Cadee和Hegeman提出的簡化公式計算[18]。

式中，P為初級生產力(mg C /m2d)，Ca為葉綠素a濃度(mg /m3)，D為光照時間(h)，Q為同化系數(mg C mg-1Chl h-1)。根據以往調查結果，東山灣春季和秋季同化系數取值為4.85和3.92。

1.3.2 東山灣生態系統健康評價指標體系指標權重值的確定

由于不同的評價指標對海灣生態系統健康綜合評價指數的貢獻是不一樣的，因此指標體系中權重值設置的合理性是決定評價結果可靠性的一個重要因素[8]。本文采用考慮權重折衷系數的權重確定方法，即將主觀權重與客觀權重相結合，公式如下：

式中，w為海灣生態系統健康評價指標體系指標權重，α為權重折衷系數，0≤α≤1；P=(p1,p2,…,pn)為主觀權重，由層次分析法確定；Q=(q1,q2,…,qn)為客觀權重，采用改進熵值法[19]確定。層次分析法和熵值法均屬于確定指標權重的常用方法[20-21]。本文權重折衷系數采用α=0.5[22-23]。

主觀權重值的確定主要是對準則層和指標層進行指標相對重要性的專家打分、經驗明確、判斷矩陣的構建及軟件YAAHP V7.5 計算得到，判斷矩陣一致性比例小于0.1?？陀^權重值的確定主要是對指標層數據進行標準化處理、坐標平移、指標熵值和差異系數的計算得到。東山灣生態系統健康評價指標體系權重如表2所示。

生物殘毒指標只有一個站位的監測值，故客觀權重以零計；沉積物環境指標春秋季采用同一期監測值；魚卵及仔魚密度為魚類主要產卵季節的密度。

1.3.3 東山灣生態系統健康評價指標標準值確定

東山灣生態系統健康評價指標標準值的確定，主要參考我國現行的《海水水質標準》(GB3097—1997)[24]、《海洋沉積物質量標準》(GB18668—2002)[25]、《海洋生物質量標準》(GB18421—2001)[26]和《近岸海洋生態健康評價指南》(HY/T087—2005)[15]。由于我國海洋水質標準分為4級，沉積物和生物標準分為3級，所以評價標準參考國內外的研究成果做了一定調整。對于標準中不包含的指標，則根據文獻[27-28]報道中關于自然海區相關歷史研究結果和專家咨詢建議來設定指標標準值，東山灣生態系統健康評價指標標準值見表3。

表2 東山灣生態系統健康評價指標體系權重

表3 東山灣生態系統健康評價指標標準值

1.3.4 基于可變模糊評價模型的海灣生態系統健康評價

海灣生態系統健康評價存在著許多不確定因素，評價指標與標準之間的關系復雜，且許多現象呈非線性關系，對于評價的優劣沒有絕對分明的界限。模糊評價法可以將一些邊界不清、不易定量的因素定量化，直觀反映評價指標與各級標準相對應的隸屬程度，并以最大隸屬度所對應的級別作為評價系統所處類別，從而更加客觀、準確地反映評價系統狀況與標準間的關系[7]。然而模糊綜合評價法在評價過程中存在一定的不確定性，且模型難以自我調整與驗證，評價結果不能表征同一等級內的優劣狀況[29]。

陳守煜在札德模糊集合的基礎上提出相對隸屬度概念，建立了工程模糊集，并在可變模糊集理論基礎上，提出了可變模糊評價模型[30]。該模型能通過變化模型參數，合理地確定樣本指標對各級指標標準區間的相對隸屬度，有效地解決評價中邊界模糊評價結果的影響問題，提高對樣本等級評價的可信度[8]。海灣生態系統健康可變模糊評價模型構建如下：

(1)指標數據規格化處理

設有待識別的n個海灣生態系統健康評價樣本集，每個樣本按m個指標、5個級別進行識別，其指標特征值與指標標準特征值矩陣分別為：

通常指標分為遞增型和遞減型兩類，遞增型和遞減型指標與指標標準特征值的規格化公式分別為：

式中，rij為海灣生態系統健康評價樣本j對指標i特征值的規格化數；yi1、yih、yi5分別為指標i的1級、h級、5級標準特征值；sih為級別h指標i標準特征值yih的規格化數。

(2)綜合相對隸屬度的確定

可變模糊評價模型的一般形式為[30]：

αj≤h≤bj

1≤h<αj或bj

式中，uhj為樣本j對級別h的相對隸屬度；wi為指標權重；bj、αj分別為樣本j的級別上限值與級別下限值，將樣本j的m個指標相對隸屬度分別與矩陣S中相應指標的各類標準值進行比較，可得樣本j的級別上限值bj和級別下限值αj。

α為模型優化準則參數，p為距離參數。兩者可組成模型的4種組合：1)α=1，p=1；2)α=1，p=2；3)α=2，p=1；4)α=2，p=2。

在實際評價時應根據評價對象的復雜性來確定采用弱、一般、強非線性模型，當評價對象為弱非線性時采用模型參數α=1，p=1；一般非線性時采用α=1，p=2或α=2，p=1；強非線性時采用α=2，p=2。考慮到海灣生態系統健康評價是一個非線性問題，且難以確定其非線性程度，故采用四種組合參數結果的均值作為評價結果。

(3)結果的定量化評定

基于前文計算的綜合相對隸屬度，按最大 隸屬度對應的等級作為評價結果的準則來判定海灣生態系統健康等級。為避免采用最大隸屬度造成評價結果失真，本文采用級別特征值來判定評價級別。

式中，H為待評價樣本海灣生態系統健康等級的特征值。

海灣生態系統健康狀況級別的判斷準則大致分為優、良、中、差、劣，可進一步細化為13個等級。等級優代表生態系統的生物多樣性及結構穩定，各項服務功能正常發揮，沒有表現出退化或者表現出極小退化跡象。等級良代表生態系統的生物多樣性及結構基本穩定，主要服務功能正常發揮，表現出較小的退化。等級中代表生態系統的生物多樣性及結構發生一定程度變化，主要服務功能尚能發揮，表現出中等程度的退化。等級差代表生態系統的生物多樣性及結構發生較大程度變化，各項服務功能嚴重退化。等級劣代表生態系統的生物多樣性及結構發生本質的變化，各項服務功能喪失。結合有關研究確定本文海灣生態系統健康級別判斷準則如表4所示。

表4 海灣生態系統健康級別判斷準則

2 結果與分析

2.1 東山灣生態系統各指標健康水平分析

如果指標健康指數平均數低于1.5，則它對海灣生態系統的健康會造成直接的正面影響，即正面指標因子；指標健康指數平均數高于3.5，則它對海灣生態系統的健康會造成直接的負面影響，即負面指標因子。東山灣生態系統各指標健康指數平均值，如圖2所示。

由圖2可見，春季健康指數高于3.5的指標為底棲生物生物量(C14)和魚卵及仔魚密度(C16)，這2項指標是影響春季東山灣生態系統健康狀況的主要負面指標因子，即對東山灣生態系統產生不利影響，會降低東山灣生態系統健康狀況的整體水平；春季健康指數低于1.5的指標為有機污染指數(C1)、營養水平指數(C2)、海水重金屬指數(C3)、海水石油類(C4)、沉積物重金屬指數(C6)、沉積物石油類(C7)、生物體重金屬指數(C8 )、浮游植物細胞密度(C10)、浮游植物多樣性指數(C11)、浮游動物生物量(C12)和底棲生物多樣性指數(C15)，這11項指標是影響春季東山灣生態系統健康狀況的主要正面指標因子，會提升東山灣生態系統健康狀況的整體水平。

圖2 東山灣生態系統各指標健康指數

秋季健康指數高于3.5的指標為營養水平指數(C2)和魚卵及仔魚密度(C16)，這2項指標是影響秋季東山灣生態系統健康狀況的主要負面指標因子；秋季健康指數低于1.5的指標為海水重金屬指數(C3)、海水石油類(C4)、沉積物重金屬指數(C6)、沉積物石油類(C7)、生物體重金屬指數(C8)、浮游植物細胞密度(C10)、浮游植物多樣性指數(C11)、浮游動物生物量(C12)和底棲生物多樣性指數(C15)，這9項指標是影響秋季東山灣生態系統健康狀況的主要正面指標因子。

有機污染指數(C1)和營養水平指數(C2)是春秋季差別最顯著的2項指標，春季健康指數均較低，秋季有明顯的增加，營養水平指數(C2)增加尤為顯著(由0.39升至4.47)，這可能是秋季在東北季風影響下，受高營養鹽、低鹽度的浙閩沿岸流南下影響調查海域。

魚卵及仔魚密度(C16)采用魚類主要產卵季節的密度，但指標的健康指數仍高達4.95，是影響東山灣生態系統健康的首要負面指標因子。同時，底棲生物生物量(C14)和初級生產力(C17)也對東山灣生態系統健康有負面影響。本次調查東山灣初級生產力均值為206.7 mg C m-2d-1，與1988年的385.11 mg C m-2d-1[31]相比較下降了46.33%。

2.2 東山灣各站位生態系統健康水平分析

2.2.1 基于可變模糊評價模型評價結果驗證

為了分析基于可變模糊評價模型的東山灣生態系統健康評價結果的可信度，本文采用模糊綜合評價法對評價結果進行驗證分析。具體評價結果見表5。

表5 東山灣生態系統健康水平綜合評價結果

由表5可見，隨著準則參數a和距離參數p的4種不同組合，各站位評價等級基本穩定在一個較小的范圍，出現最大差異值的春季D6站位(最大差異值為0.49<0.5)也在一個等級范圍內，最后將4種組合參數結果的均值作為評價等級。同時，基于可變模糊評價模型的東山灣生態系統健康評價結果與模糊綜合評價法基本一致。僅秋季D3、D5、D6、D7、D8、D10和D12站位評價等級與模糊綜合評價法略有出入。

分析表5中基于可變模糊評價模型與模糊綜合評價法評價結果出現偏差的原因，可能在于模糊綜合評價法依據最大隸屬度原則進行生態系統健康等級的判定，這樣在過渡生態系統健康級別歸屬問題上會造成大量有用信息的丟失(如秋季D5、D7、D8、D10和D12站)，直接影響評價的客觀性，導致結果出現偏差。另外，模糊綜合評價法按照各分級標準進行隸屬度的確定，小于某一閾值的被定為一個級別，這樣會導致同一級別范圍內優劣差異難以體現。而基于可變模糊評價模型以級別特征值評價結果反映東山灣生態系統健康狀況評價結果較為可信。級別特征值是對各站位生態系統健康等級的精確描述，能夠區分生態系統健康狀況的優劣。

2.2.2 東山灣各站位生態系統健康水平分析

東山灣各站位生態系統健康指數平均值如圖3所示。

圖3 東山灣各站位生態系統健康指數

由圖3可見，春季東山灣各站位生態系統健康指數在2.31—2.47之間，所有站位生態系統健康均處于良與中間，偏良水平。高值區主要為D1(2.46)、D3(2.47)、D4(2.41)和D10(2.42)站位，其中D1和D3位于《福建省海洋功能區劃(2011—2020年)》[10](后文簡稱 “區劃”)中劃定的東山灣農漁業區，D4位于區劃劃定的古雷工業與城鎮建設區，D10位于區劃劃定的東山灣港口航運區。

秋季東山灣各站位生態系統健康指數在2.29—2.74之間，其中D11、D13和D14站位生態系統健康處于良與中間、偏良水平，剩余站位生態系統健康處于良與中間、偏中水平。高值區主要為D1(2.59)、D3(2.62)、D4(2.74)和D6(2.66)站位，其中D1和D3位于區劃劃定的東山灣農漁業區，D4和D6位于區劃劃定的古雷工業與城鎮建設區。

綜合春秋季評價結果， D1(2.53)、D3(2.55)和D4(2.57)站位生態系統健康處于良與中間、偏中水平，剩余站位生態系統健康處于良與中間、偏良水平。高值區主要集中于區劃劃定的東山灣農漁業區和古雷工業與城鎮建設區。處于灣口的4個低值區站位(D11、D12、D13和D14)臨近東山珊瑚保護區，生態系統健康狀況較好。除D13站位外，其余站位生態系統健康狀況春季優于秋季。

2.2.3 東山灣生態系統健康綜合評價結果

東山灣生態系統健康綜合評價結果如圖4所示。

圖4 東山灣生態系統健康綜合評價結果

由圖4可直觀的看出，春秋季東山灣生態系統健康狀況均處于良與中間、偏良水平，春季略優于秋季。影響春季東山灣生態系統健康狀況的主要負面指標因子為魚卵及仔魚密度(健康指數為4.95)和底棲生物生物量(健康指數為3.59)；影響秋季東山灣生態系統健康狀況的主要負面指標因子為魚卵及仔魚密度(健康指數為4.95)和營養水平指數(健康指數為4.47)。

底棲生物生物量(C14)過低站位主要集中在航道周邊和底質類型為砂和礫石，航道周邊由于流急，不利于底棲生物棲息。秋季D1、D2、D3和D5站位營養水平指數(C2)明顯高于其他站位，主要原因是其處于東山灣農漁業區，養殖餌料引起營養過剩。魚卵及仔魚密度(C16)是影響東山灣生態系統健康狀況的首要負面指標因子，造成魚卵及仔魚密度下降的原因有很多，比如過度捕撈、港口活動、生境損失和環境污染等。現階段將魚類指標用于海灣生態系統健康評價的研究較少，但魚類確實是表征海灣生態系統健康狀況的重要指標[32]，本文將魚卵及仔魚密度納入評價指標體系中較合理。

3 討論與結論

正確地確定評價因子及其指標體系，是構建海灣生態系統健康評價模型的關鍵[4]。因此有必要從眾多復雜的信息中篩選出與海灣生態系統內涵和評價目標相一致的指標，構建一個能全面反映海灣生態系統實際狀態及生態系統內部聯系的指標體系[33-34]。本文指標體系的構建借鑒國內外相對成熟的近岸海域生態系統健康評價體系[13-15]，評價指標主要從生態系統結構與功能水平上進行選取，包括生物指標和非生物指標[35]，體現了指標選取應遵循的完整性和代表性原則。同時，根據東山灣海域的環境污染現狀對評價指標體系進行適當調整，多數指標為常規監測指標，體現了指標選取應遵循的可取性和可比性原則。

將水質與海洋生物指標用于近岸海域生態系統健康評價有較多案例，如：美國切薩皮克灣[36]、澳大利亞沿岸及大堡礁海域[37]以及墨西哥東南部的沿海區域[38]。由于近岸海域狀況和監測資料的差異，評價指標應根據實際情況進行相應的調整?？紤]到東山灣受陸源污染、漁業養殖和港口航運的影響，本文水質環境指標主要選取有機污染物、營養鹽、重金屬和石油類綜合性的評價指標。有研究表明魚類是表征海灣生態系統健康狀況評價的重要指標[39]。因此，本文海洋生物指標除了選取浮游植物、浮游動物、底棲生物和初級生產力等常規指標還增加了魚類指標。

美國近岸海域狀況評價體系[13]和歐盟近岸海域生態質量狀況評價體系[14]中均包含沉積物環境和生物殘毒指標。東山灣部分海域屬于農漁業用海區域，為了保證水產養殖業健康發展，有必要將生物殘毒指標列入東山灣生態系統健康評價指標體系中。結合東山灣海域環境污染特征，生物殘毒指標主要包括重金屬和石油類。沉積環境指標包括總有機碳、重金屬和石油類。

對于海灣生態系統健康評價，指標權重值設置的合理性是決定評價結果可靠性的一個重要因素，本文采用考慮權重折衷系數的權重確定方法，將主觀權重與客觀權重相結合，使各種賦權方法的優點融為一體。本文東山灣生態系統健康評價指標體系中生物指標的權重值約為0.6，符合國際上對近岸海域生態系統健康狀況評價指標選取以生物指標為主的要求[35]。在實際評價過程中，不同的海灣生態系統由于自然和人為活動影響的特殊性，產生的生態影響性質和程度也有所不同。因此有必要將主觀權重與客觀權重相結合，這樣既可以反映一般海灣生態系統的共性，又可以反映不同評價海域的具體情況，以便得到更合理的評價結果[40]。未來在海灣生態系統健康評價中如何更合理的確定評價指標權重折衷系數還需要根據實際情況進一步完善和調整。

本文評價指標標準值的確定，主要參考我國現行的質量標準與技術指南、國內外的研究成果中關于自然海區相關歷史研究結果和專家咨詢建議來設定。目前統一的評價標準可能忽略了不同研究區域背景的差異，導致評價結果的廣泛適用性較差，尤其以海洋生物指標差異較顯著。但不同區域標準值的確定是一個非常復雜的過程，我國海灣研究起步相對較晚，缺少詳細的未受人為活動影響區域的歷史監測數據，難以建立不同區域準確的參考標準值。故針對不同區域確定相應的參考標準值也是保證海灣生態系統健康評價結果合理性的重要部分[41]。同時，本文研究結果為決策者提供了一個直觀的標準量化依據，可為海洋生態文明建設提供技術支撐。通過海灣生態系統健康評估可找出海灣生態系統存在的環境問題，出臺遏制近岸海域環境惡化的規劃和行動計劃，強化海洋污染防治與監管。有序推進受損海洋生態系統修復與恢復，探索開展提升海洋生態彈性和恢復力的生態建設工作；促進沿海地區經濟發展方式轉變。通過對海灣生態系統健康狀況的了解，制定基于海洋資源環境承載力、符合海洋生態平衡要求的產業目錄和發展指南。

本文將可變模糊評價模型應用于海灣生態系統健康評價中，同時采用模糊綜合評價法對評價結果可信度進行驗證分析。驗證分析表明兩種方法評價結果基本一致，僅秋季部分站位略有出入。分析其出現偏差的原因主要為模糊綜合評價法采用最大隸屬度原則進行等級的判定，導致在過渡生態系統健康級別歸屬問題上造成大量有用信息的丟失和同一級別范圍內優劣差異難以體現。而基于可變模糊評價模型通過準則參數a和距離參數p的4種不同組合，將線性與非線性相結合，以級別特征值評價結果反映東山灣生態系統健康狀況，該方法能夠較客觀精確地評價海灣生態系統健康狀況的優劣，評價結果較為可信。此外，本文評價結果也與《2012年福建省海洋環境狀況公報》中“東山灣海洋環境質量整體良好”這一結論相吻合。

海灣生態系統健康評價方法正在不斷的研究和發展中，然而迄今為止，還未有任何一種評估方法可以獨立地承擔評估復雜生態系統(包括海灣生態系統)健康狀況的重任[42]。主要問題在于要做到因地而宜地選取指標和確定評價標準存在較大困難，這是目前相關研究的主要內容之一，也是海灣生態系統健康評價中值得關注的問題。同時，建立統一、長期的監測和預警體系也是我國海灣生態系統健康評價和管理的迫切需要。

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Ecosystem health assessment based on variable fuzzy evaluation model in Dongshan Bay, Fujian, China

LU Zhiqiang1, LI Jipeng1, ZHANG Gengyun1, MA Li2,*

1FisheriesCollegeofJimeiUniversity,Xiamen361021,China2TheThirdInstituteofOceanography,StateOceanicAdministration(SOA),Xiamen361005,China

Human activities such as overfishing, coastal development and pollution have altered bay ecosystems and eroded their capacity to provide benefits now and in the future. A systematic diagnosis of bay ecosystem health for sustainable ecological management is urgently needed. Sustainable management aims at maintaining the flow of a broad range of benefits from the bay and also requires a comprehensive and quantitative method to measure and monitor the health of bay at the level of ecosystem. A variable fuzzy evaluation model is introduced for the comprehensive evaluation of bay ecosystem health. According to the environmental pollution conditions and ecosystem characteristics in Dongshan Bay, Fujian, China, an integrated index system comprising water, sediment environment, residual toxicity in organisms and marine biota were created for evaluation of bay ecosystem health. The judgment criteria regarding the level of bay ecosystem health could be roughly classified as “excellent, good, moderate, poor, and bad”. The five levels could be further sub-classified into 13 ranks. Ecosystem health assessment of Dongshan Bay in spring and autumn based on variable fuzzy evaluation model was presented in this paper. The results showed that the score of ecosystem health index for Dongshan bay was 2.36 in spring and 2.44 in autumn, respectively. The status of Dongshan bay ecosystem health could be generally classified as “between good and moderate, mostly good”, with better level in spring than in autumn. In more detail, the scores of ecosystem health index ranged from 2.31 to 2.47 and all stations were classified as “between good and moderate, mostly good” in spring. In autumn, the scores of ecosystem health index ranged from 2.29 to 2.74. Only three stations (D11、D13 and D14) were classified as “between good and moderate, mostly good” and the other stations were classified as “between good and moderate, mostly moderate”. Several factors showed their positive effects on the ecosystem heath status, such as heavy metals in seawater, sediment and organism, oil in seawater and sediment, zooplankton biomass, phytoplankton cells density and diversity as well as benthos diversity. The scores of health index for these indicators were all lower than 1.5 in spring and autumn. However, the health status of the ecosystem was potentially made to change to “between good and moderate, mostly moderate” by the negative factors including fish eggs and larva density (average score of heath index in spring and autumn was 4.95), nutrition level (the score of heath index in autumn was 4.47), and benthos biomass (the score of heath index in spring was 3.59). The scores of health index for these three indicators were all higher than 3.5. Case study indicates that the ecosystem health assessment based on variable fuzzy evaluation model also provides a standardized and quantitative approach for measuring overall health condition of bay ecosystems, which can perform well and accurately evaluate the comprehensive status of the bay ecosystem heath through the change of variable model parameters (the criterion and distance parameter,αandp), combining the linear and nonlinear models. Therefore, the model result is more reliable than before.

ecosystem health; indicator system; variable fuzzy evaluation model; Dongshan Bay

中國海洋生物多樣性保護研究(海洋生態影響評價方法研究)HD130701-13(6)

2013-12-05;

2014-10-09

10.5846/stxb201312052899

*通訊作者Corresponding author.E-mail: mali@tio.org.cn

陸志強, 李吉鵬, 章耕耘, 馬麗.基于可變模糊評價模型的東山灣生態系統健康評價.生態學報,2015,35(14):4907-4919.

Lu Z Q, Li J P, Zhang G Y, Ma L.Ecosystem health assessment based on variable fuzzy evaluation model in Dongshan Bay, Fujian, China.Acta Ecologica Sinica,2015,35(14):4907-4919.