基于PSR模型的漳江口紅樹林自然保護(hù)區(qū)濕地生態(tài)系統(tǒng)動態(tài)評價模型

洪李玲 姜程 張春風(fēng)

【摘 要】本文基于PSR理論，根據(jù)漳江口紅樹林生態(tài)系統(tǒng)的基本情況，建立了該生態(tài)系統(tǒng)的基本框架。基于該框架，結(jié)合熵權(quán)法和層次分析法建立了漳江口紅樹林濕地動態(tài)評價模型，得出動態(tài)評價模型當(dāng)中各個因素的權(quán)值，模型當(dāng)中的權(quán)值降低了定權(quán)的主觀性，不至于使定權(quán)脫離實際情況，可滿足漳江口紅樹林生態(tài)系統(tǒng)科學(xué)管理的實時需要。

【關(guān)鍵詞】漳江口紅樹林；熵值取權(quán)法；層次分析；PSR模型

引言

漳江口紅樹林國家級自然保護(hù)區(qū)位于福建省漳州市云霄縣漳江入海口，是福建省最為重要的濕地生態(tài)系統(tǒng)。然而，目前全國各地的紅樹林濕地生態(tài)系統(tǒng)正在遭受不同程度的砍伐、污染、長期的洪水以及海平面變化等活動的威脅，縱觀全球，大約一半以上的紅樹林面積已經(jīng)消失，由此看出對漳江口紅樹林的生態(tài)健康評價是非常必要的，但是目前的生態(tài)健康評價主要采用基于抽樣監(jiān)測數(shù)據(jù)和專家經(jīng)驗的靜態(tài)方法，僅僅圍繞靜態(tài)生物因素而沒有覆蓋到大氣、噪聲等環(huán)境因素，而且靜態(tài)監(jiān)測時間、空間離散度較大，無法滿足漳江口紅樹林生態(tài)系統(tǒng)科學(xué)管理的實時需要，所以，建立針對該生態(tài)系統(tǒng)的動態(tài)評價模型具有重要意義。

一、漳江口紅樹林濕地生態(tài)系統(tǒng)框架的建立

（一）漳江口紅樹林自然保護(hù)區(qū)濕地生態(tài)系統(tǒng)分析

漳江口紅樹林國家級自然保護(hù)區(qū)是以瀕危動植物物種和東南沿海優(yōu)質(zhì)、水產(chǎn)種質(zhì)資源等為保護(hù)對象的濕地生態(tài)系統(tǒng)類型保護(hù)區(qū)。區(qū)內(nèi)有鳥類約 154 種，是國際候鳥遷徙途中的重要驛站。漳江口紅樹林區(qū)內(nèi)有高等植物約 224 種，其中紅樹植物5科6屬6種。區(qū)內(nèi)的浮游植物和浮游動物主要集中在基圍魚塘，浮游植物以硅藻門種類為主，浮游動物主要以原生動物、輪蟲、枝角類和橈足類為主。底棲動物主要生活在紅樹林下碎屑和灘涂中，主要為甲殼動物、軟體動物和彈涂魚類。

（二）影響評價對象因素集的選取

因素集是以影響評判對象的各種因素為元素所組成的一個普通集合。從群落結(jié)構(gòu)生物安全性、群落穩(wěn)定性生境理化指標(biāo)和社會反映三方面考慮，運用 yaahp 軟件，對在考慮范圍內(nèi)的指標(biāo)進(jìn)行分析，得到以下的框架模型：

二、PSR理論概述與動態(tài)評價系統(tǒng)的具體實現(xiàn)

（一）PSR理論概述與指標(biāo)選取

“壓力一狀態(tài)一響應(yīng)"（Pressure-State-Response，PSR）模型是目前廣泛應(yīng)用于包括濕地在內(nèi)的各種生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價中，PSR模型仍然是用于環(huán)境指標(biāo)組織和環(huán)境現(xiàn)狀回報最有效的框架。

由于受到人類干擾和管理，紅樹林濕地生態(tài)系統(tǒng)屬于社會經(jīng)濟自然的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)。根據(jù)紅樹林濕地生態(tài)系統(tǒng)健康的內(nèi)涵，在動態(tài)評價時除考慮自然指標(biāo)外，必需考慮社會經(jīng)濟指標(biāo)和反映其服務(wù)功能變化的指標(biāo)。同時，對于該生態(tài)系統(tǒng)動態(tài)評價的研究，極大程度上是為分析其受人類干擾的情況，找出主要干擾因子，實現(xiàn)更好地管理，故評價指標(biāo)中壓力一響應(yīng)指標(biāo)不可缺少。

因此，紅樹林濕地生態(tài)系統(tǒng)動態(tài)評價指標(biāo)體系的構(gòu)建，可引入PSR 模型，一般來講，紅樹林濕地生態(tài)系統(tǒng)評價指標(biāo)的選取應(yīng)該遵循下列原則：

（1）科學(xué)合理性原則.（2）完整性與層次性原則.（3）可操作性原則.（4）避免重復(fù)的原則.

由上述分析，本文在熟悉該生態(tài)系統(tǒng)自身特點的基礎(chǔ)上，結(jié)合紅樹林生態(tài)系統(tǒng)影響因子的分析及濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標(biāo)研究，以 PSR 模型為線，構(gòu)建漳江口紅樹林濕地生態(tài)系統(tǒng)動態(tài)評價指標(biāo)體系。具體的評價指標(biāo)與圖一各因素相對應(yīng)。

根據(jù)上述分析，我們采用R型因子分析的方法，在評價體系涉及的 19 個具體的評價指標(biāo)中提取若干指標(biāo)，以便于后面的建模分析。我們選取十個指標(biāo)進(jìn)行最終評價。這十個指標(biāo)分別是：人口數(shù)量及密度、 噪音與車流量、鳥類、水資源、浮游植物、空氣、法律、外來物種、土壤和科普教育。

（二）基于層次分析分析法與熵值取權(quán)法的紅樹林評價模型構(gòu)建與求解

我們在上述分析中已經(jīng)建立模型選出了十項指標(biāo)用于該生態(tài)系統(tǒng)評價模型的構(gòu)建，評價模型構(gòu)建的核心是定權(quán)。由于層次分析法是最為常用的定權(quán)方法，但由于其主觀性太強，因此我們采用層次分析法與熵值取權(quán)法相結(jié)合的方式進(jìn)行模型的求解。

（1）熵值取權(quán)法

信息熵是系統(tǒng)無序程度的量度。它是通過判斷各個因素的變化劇烈程度來決定該因素在最終目標(biāo)中所占的權(quán)重。某項指標(biāo)的指 標(biāo)值變異程度越大，信息熵越小，該指標(biāo)的信息量越大，該指標(biāo)的權(quán)重越大；熵權(quán)法的評價矩陣與層次分析法類似，由于紅樹林濕地生態(tài)系統(tǒng)評價指標(biāo)體系中各指標(biāo)的量綱、數(shù)量級及指標(biāo)正逆方向的確定差異化程度不同，首先需要對原始指標(biāo)體系的指標(biāo)數(shù)據(jù)做標(biāo)準(zhǔn)化處理。紅樹林生態(tài)系統(tǒng)評價指標(biāo)體系中第i地區(qū)第j個指標(biāo)rij的信息熵是：

上式k=1nm為常數(shù)，m 是研究區(qū)域的總地塊數(shù)目；由上述分析可以看出紅樹林生態(tài)系統(tǒng)評價指標(biāo)體系中第i地區(qū)第j個指標(biāo)的信息熵值ej比較小。

表明這個指標(biāo)的指標(biāo)值表現(xiàn)差異性較大，提供的信息量相對較多其在指標(biāo) 體系中的其權(quán)重應(yīng)較大。在具體應(yīng)用時，根據(jù)紅樹林生態(tài)系統(tǒng)評價指標(biāo)體系中 各三級指標(biāo)的信息熵的大小進(jìn)行綜合加權(quán)來分析指標(biāo)的重要程度，具體公式為：

由此便建立了紅樹林生態(tài)系統(tǒng)評價體系的熵權(quán)法模型，將此種方法與層次 分析法結(jié)合，可以顯著降低定權(quán)的主觀性。

（2）模型求解

由于紅樹林生態(tài)系統(tǒng)評價指標(biāo)體系中各指標(biāo)的量綱、數(shù)量級的不同，需要在綜合評價前對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，由于體系指標(biāo)基本可以分為兩種：一種是指標(biāo) 數(shù)據(jù)越大代表紅樹林生態(tài)水平越好的為正向指標(biāo)；一種是指標(biāo)數(shù)據(jù)越小代表生態(tài)水平越差的為負(fù)向指標(biāo)。我們采用相對比較簡單、直觀的原數(shù)據(jù)處理方法，具體形式如下：

通過相關(guān)資料查詢與專家打分，我們得到人口數(shù)量及密度、噪音與車流 量、鳥類、水資源、浮游植物、空氣、法律、外來物種、土壤和科普教育等十項因素的比較矩陣：

由此確定了各項紅樹林生態(tài)系統(tǒng)評價指標(biāo)的權(quán)重。

結(jié)束語

本文綜合采用了主觀定權(quán)方法——層次分析法和客觀定權(quán)方法——熵值取權(quán)法，因此得出的權(quán)重具有較高的可信度，既降低了定權(quán)的主觀性，又不至于使所定權(quán)向量脫離實際情況。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔡立哲.大型底棲動物污染指數(shù)（MPI）[J].環(huán)境科學(xué)報，2003，23（5）.

[2]趙靜，但琦等.數(shù)學(xué)建模與數(shù)學(xué)實驗[D].高等教育出版社。