清河流域水生態系統功能評價及主要驅動因子識別

趙璐璐　李艷紅　惠婷婷　苑芷茜　賈文娟

(遼寧省環境監測實驗中心，遼寧 沈陽　110161)

清河流域水生態系統功能評價及主要驅動因子識別

趙璐璐李艷紅惠婷婷苑芷茜賈文娟

(遼寧省環境監測實驗中心，遼寧 沈陽110161)

【摘要】以遼寧省鐵嶺市清河流域為研究區，構建了包括4大類16個因子的水生態系統功能評價指標體系，并結合2000-2007年研究區基礎數據，綜合運用主成分分析法，熵權綜合指數法和相關性分析法對研究區水生態系統功能進行評價并識別主要驅動因子，結果表明：信息功能>生產功能>調節功能>生境功能，主要驅動因子為：水質綜合污染指數、底棲動物多樣性指數、藻類多樣性指數、GDP、糧食總產量、水產品產量、綠化覆蓋率和旅游收入，評價結果為功能分區和水資源合理利用、地方經濟發展提供了參考和依據。

【關鍵詞】清河流域；水生態系統功能；驅動因子

中圖分類號：X21

文獻標識碼：碼：A

文章編號：號：1673-288X(2015)05-0159-03

Abstract：A system of candidate indices，including 4 classes and 16 factors，was set based on the basic data collected from Qing River Basin in 2000-2007.Principal component analysis，entropy methods and correlation analysis were used to evaluate the function. The results showed that information function was stronger than production function，regulation function and habitat function，which would provide useful information and foundation for functional division，reasonable use of water and economic development.

Keywords：qing river basin；aquatic ecosystem function；driving factor

作者簡介：黃玉源，教授，博士，主要從事城市生態、生態經濟與植物生態研究

1引言

我國傳統的河流及流域管理是在行政單元劃分的基礎上實行按區管理，但從生態學角度來講這并不科學，故而近年來一些學者試圖從生態系統功能角度入手，將河流及流域進行分區管理[1]，這就需要將生態系統功能進行分類識別。本文以遼寧省鐵嶺市清河流域為研究區，對水生態系統功能進行分類，并識別其強弱和主要驅動因子，一方面為功能分區提供參考，另一方面為水資源的合理利用和地方經濟發展提供依據。

2研究區概況

清河流域位于我國遼寧省鐵嶺市東北部，鐵嶺市清河區、開原市、西豐縣和撫順市清原縣轄區內，流域面積5674.28km2，屬丘陵地區，大部分屬農耕地[2]。

3評價指標與方法

3.1　評價指標體系與數據來源

水生態系統功能是指水生態系統及其生態過程所形成及所維持的人類賴以生存的自然環境條件與效用[3]。基于Groot 對生態系統功能的定義和4種基本類型劃分[4]，借鑒Costanza 等1997 年關于生態系統服務研究成果[5-6]，結合研究區實際，依據主導性、科學性和基礎數據的可獲取性等原則篩選評價指標，建立評價指標體系見表1。分析所用數據來源于2000-2007 年《遼寧統計年鑒》、《遼寧經濟統計年鑒》、《遼寧省環境質量報告書》。個別年份缺失數據依實際情況取均值替代或參照臨近年份賦值。

表1　清河流域水生態系統功能評價指標體系

3.2　評價方法

首先運用主成分分析法對四組因子層指標，即A11～A18、A21～A23、A31～A33、A41～A42分別進行分析[7-9]，得到目標層2四種功能的評價結果，然后應用熵權綜合指數法[7]對其進行客觀賦權，計算綜合得分，得到目標層1清河流域水生態系統功能得分，進而計算目標層2與目標層1的相關系數[10-12]，得到功能強弱排序，最后進行目標層1與因子層數據的相關性分析，得出清河流域水生態系統功能主要驅動因子。

4結果與討論

4.1　主成分分析(以調節功能為例)

將數據進行“正向化”、“標準化”處理，標準化后的數據記作ZA11-ZA18。對A11-A18進行主成分分析可得到主成分的特征值和方差貢獻率，依據累積方差貢獻率≥85%的原則，確定主成分個數為4。計算初始因子載荷矩陣，得到主成分表達式為：

F1=0.490*ZA11+0.530*ZA12-0.100*ZA14-0.010*ZA15-0.320*ZA16-0.360*ZA17+0.480*ZA18

F2=0.210*ZA11+0.180*ZA12+0.530*ZA13+0.600*ZA14+0.310*ZA15+0.250*ZA16+0.330*ZA17+0.140*ZA18

F3=-0.100*ZA11-0.170*ZA12-0.360*ZA13-0.010*ZA14+0.650*ZA15-0.460*ZA16+0.360*ZA17+0.180*ZA18

F4=-0.170*ZA11-0.250*ZA12-0.380*ZA13+0.380*ZA14+0.070*ZA15+0.440*ZA16-0.440*ZA17+0.480*ZA18

以方差貢獻率為主成分權重則調節功能FA1表達式為：

FA1=0.34287*F1+0.28992*F2+0.21702*F3+0.08284*F4

以此類推，生境功能FA2、生產功能FA3、信息功能FA4計算得到評價結果

4.2　熵權綜合指數法分析

進行數據“正向化”處理，計算各指標對全部樣本的比重、熵值和熵權，見表2。

表2　各指標熵值和熵權

則清河流域水生態系統功能綜合得分FA表達式為：

FA=0.19*FA1+0.25*FA2+0.32*FA3+0.25*FA4

4.3　相關性分析

進行正態分布檢驗得FA、FA1、FA2、FA3、FA4均符合正態分布，計算pearson相關系數，結果見表3，根據相關系數絕對值大小得出功能強弱排序。

表3　FA與FA1、FA2、FA3、FA4的相關系數

清河流域水生態系統功能評價結果為：信息功能>生產功能>調節功能>生境功能。

同理，先進行正態分布檢驗，再計算FA與ZA11-ZA42的相關系數，結果見表4。根據相關性分析結果，認為相關系數值大于0.8為顯著相關，則清河流域水生態功能主要驅動因子為：水質綜合污染指數、底棲動物多樣性指數、藻類多樣性指數、GDP、糧食總產量、水產品產量、綠化覆蓋率、旅游收入。

表4　FA與ZA11-ZA42的相關系數

5結論

(1)將遼寧省鐵嶺市清河流域水生態系統功能分為調節、生境、生產、信息4大類。其中調節功能選取空氣綜合污染指數、年均氣溫、年均降水量等8個因子；生境功能選取藻類多樣性指數和底棲動物多樣性指數3個因子；生產功能選取GDP、水產品產量和糧食總產量3個因子；信息功能選取綠化覆蓋率和旅游收入2個因子作為評價指標。構建出清河流域水生態系統功能評價指標體系。

(2)利用2000-2007年基礎數據，綜合運用主成分分析法、熵權綜合指數法和相關性分析法，識別出遼寧省遼河流域水生態系統功能強弱和主要驅動因子，即信息功能>生產功能>調節功能>生境功能，主要驅動因子為水質綜合污染指數、底棲動物多樣性指數、藻類多樣性指數、GDP、糧食總產量、水產品產量、綠化覆蓋率和旅游收入。

(3)功能強弱和主要驅動因子的識別結果，為從生態系統功能角度進行河流及流域分區管理提供了依據。可將研究區按照生態系統4大類功能分區，依據地理空間上生態系統功能強弱制定不同的地方發展戰略，揚長避短，使管理更加科學，同時達到生態效益，經濟效益和社會效益的最大化。

參考文獻：

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Assessment of Aquatic Ecosystem Function of Qing River

Basin and the Main Factors

ZHAO LuluLI YanhongHUI TingtingYUAN ZhiqianJIA Wenjuan

(Environmental Monitoring Testing Center of Liaoning Province，Shenyang 110161，China)

《環境與可持續發展》學術影響因子逼近2.000

位列環境保護部主管期刊第一名

在全國收錄環境科學類66種期刊中排位第六名

據知網2014年12月16日發布的《中國學術期刊影響因子年報(自然科學與工程技術(2014版)》，我刊學術影響因子顯著大幅度提高。由2011年0.831和2012年1.030，提高到2013年逼近2.000大關，為1.971，名列環境保護部主管期刊第一名。在全國收錄環境科學類66種期刊中排位第6名，其中2012年位列全國第18名，2011年第29名，2010年第33名。

項目資助：深圳市人居環境委員會項目(SZGX2012118F-SCZJ)；深圳市環境監測中心站委托項目(D1141320)

引用文獻格式：黃玉源.以南寧市為例分析實施生態經濟戰略的重大效益[J].環境與可持續發展，2015，40(5)：162-164.