基于PSR模型的黃河陜西段魚類增殖放流生態安全評價

王益昌,李瑞嬌,問思恩,張軍燕,陳媛媛,余 斌

(陜西省水產研究所，西安 710086)

基于PSR模型的黃河陜西段魚類增殖放流生態安全評價

王益昌,李瑞嬌,問思恩,張軍燕,陳媛媛,余 斌

(陜西省水產研究所，西安 710086)

基于壓力、狀態、響應模型(PSR)和層次分析法(AHP)，確定17項指標通過數據的標準化處理，指標權重賦值、權重一致性檢驗、評價等級確定以及評價模型的構建，用生態安全評價黃河陜西段魚類增殖放流效果，分析生態安全所面臨的主要問題。結果表明：黃河陜西段2013年增殖放流生態安全度(ESI)評價等級為II級，為良好狀態；2014年評價等級為III級，處于一般狀態；2015年評價等級為IV級，處于較差狀態，屬于臨界不安全狀態以下水平。生態安全形勢呈現出逐年下降局勢。不安全狀態受到影響較大的前3個指標是：黃河徑流量變化影響、重要生境保持率和公眾資源環境保護意識的影響，3個指標下降值占到下降ESI值的64.93%。其次還受到污水排放達標率、魚類增殖放流量、政策和管理水平、魚類生物多樣性指數、保護區建設、水質綜合污染指數、群落結構等諸多因素影響。研究顯示，現階段增殖放流對黃河生態安全有一定影響，還存在一定提升空間。

PSR模型；層次分析法；生態安全；黃河陜西段；增殖放流；評價

Abstract：An ecological safety system including 17 indices for the enhancement and releasing in shaanxi section of the Yellow River was built up following the principles of the pressure-state-response (P-S-R)model and Analytic Hierarchy Process(AHP) method.The ecological safety problems were analyzed through standardizing the primary data,estimating values of weight,inspecting weight consistency,determining assessment level and constructing models for ecological safety evaluation.The results showed that the ecological safety index (ESI) evaluation class of enhancement and releasing in shaanxi section of the Yellow River was II in 2013,with keeping a very good state;III in 2014 with keeping a general state;IV in 2015 with keeping in a poor state,belong to the critical unsafe leveal.Ecological security situation presented the declining situation year by year.The first 3 indictors affecting significantly the Unsafe state are: the change of the Yellow River runoff,The conservation rate of important habitats and the environmental protection consciousness of public resources.The decreased value of three indicators occupied 64.93% of the ESI decrease value .In addition,The other influent factors included the control rate of wastewater discharge,the number of fish enhancement and releasing,the policy and management level,the fish biodiversity index,the reserve construction,the water quality comprehensive pollution index,the biological community structure,and so on.The research showed that the current breeding flow had some effect on the ecological safety of the Yellow River,and there was some possibility for improvement.Keywords： PSR model;AHP method;ecological security;Shaanxi section of the Yellow River;enhancement and releasing;assessment

增殖放流是恢復自然水域漁業資源普遍采用的方法，對放流效果進行評估，涉及到放流區域生態系統的各個方面，包括自然、生態、人為影響等因素。目前國內在放流效果評價方面采用的方法主要為兩種：一種是指示物種法，是指根據對環境中有機污染或某種特定污染物質敏感的或有較高耐受性的生物種類的存在或缺失，來指示其所在水體污染狀況，利用對指示物種的捕撈，依據漁業資源評估原理來估算增殖放流種類的合理放流數量，是一種比較簡單的，單一的評價方法。另一種就是指標體系法，是基于河流生態系統完整性，多指標綜合的，能夠全面的，系統的，多角度，多要素，并且易于將人類的影響納入評價中，反映生態狀態的一種綜合評價方法。是目前河流生態系統健康評價的主要方法。PSR模型是環境質量評價學科中生態系統健康評價子學科中常用的一種評價模型，廣泛地應用于區域環境可持續發展指標體系研究、水資源、土地資源指標體系研究，農業可持續發展評價指標體系研究以及環境保護投資分析等領域。本研究探討近幾年黃河陜西段增殖放流以來生態安全指標體系構建和評價方法，分析黃河生態安全面臨的形勢，改善生態安全狀況，指導增殖放流活動。

1 研究區域、方法及模型

1.1 研究區域

黃河陜西段全長714 km，自府谷墻頭鄉入陜，漸入秦晉峽谷。坡道窄，坡降大，水流湍急。至龍門582 km，海拔由1 000 m，降至383 m，河寬約200～600 m。壺口瀑布是黃河最大瀑布，此處約5 000 m河道，河寬由200～300 m縮為40～50 m，水位落差在10～20 m之間，水流直下，破濤洶涌，非常壯觀。從龍門出山谷進入關中平原至潼關港口132 km，泥沙大量沉積，河道寬闊，漁業資源較豐富。

黃河鯉、蘭州鲇是黃河陜西段著名品種。從上世紀末到現在，由于經濟的快速發展造成環境的改變，以及對資源的過度捕撈，使黃河資源損失嚴重。現在日捕撈量只能達到歷史最好時期的三分之一。由于黃河生態的脆弱性，2012年以來，為了恢復漁業資源和修復環境，政府持續開展了鯉、鯽、鯰、黃顙魚、烏鱧等漁業資源的增殖放流活動，用以漁業資源的生態修復工作。本研究旨在探討近年開展增殖放流以來黃河陜西段的漁業生態安全狀況，水環境、浮游生物及漁業資源調查監測數據來自2013-2015年府谷、吳堡、禹門口、汾河、洽川、港口、潼關7個斷面，魚類調查數據主要來自府谷和港口的漁獲物，其他斷面作為補充(見圖1)。

圖1 黃河陜西段漁業環境監測位置示意圖Fig.1 Distribution graph of monitoring points in Shaaxisection of the Yellow River

1.2 評價方法

1.2.1 PSR模型

研究借鑒國內外的最新研究成果，基于“壓力-狀態-響應”PSR(pressure-state-response,PSR)[1]模型構建涵蓋生物生態、環境質量、增殖放流、社會經濟以及健康管理等方面黃河增殖放流綜合評價體系。

評價模型涵蓋三個子系統，即壓力層、狀態層、響應層。壓力子系統是自然和人作用對生態環境系統造成的外部壓力，是外在因素。包括自然環境、污染、捕撈、增殖放流等壓力影響。狀態子系統是系統在遭受外界干擾后呈現的狀態改變，是生態系統的自身因素，表明了在壓力子系統的影響下，生態系統發生的變化。變化包括系統的物理化學、群落結構、資源量、生物多樣性等因素。響應子系統是在狀態子系統的作用下，產生的結果而引起經濟、文化、政策的轉變，又影響壓力子系統。如此三個子系統形成了一個自我修復，自我完善的良性互動過程。體現了人與自然生態系統中各種因素之間的因果關系(圖2)。

圖2 PSR(壓力-狀態-響應)關系圖

1.2.2 AHP層次分析

在PSR模型分析中，壓力層、狀態層及響應層多次用到了層次分析方法(AHP)，是將復雜的決策系統層次化，通過逐層比較各種關聯因素的重要性來為分析、決策提供定量的依據。是對定性問題進行定量分析的一種簡便、靈活而又實用的多準則決策方法。

1.3 評價模型

1.3.1 指標體系的構建和權重系數確定

采用層次分析法AHP法，分析各因子之間的因果關系，基于PSR模型，對應分析“壓力-狀態-響應”等相關的各種影響因子，形成目標層，子系統層，準則層，指標層，構成多層黃河魚類增殖放流評價指標體系，其指標層包含17個評價指標(表1)。

指標層權重系數的確定：由3位專家對層次模型中所列17項指標，每兩個因子兩兩進行比較，一般采用的定量化標度是1～9這9個整數及其倒數。分別用1，3，5，7，9標度表示同等重要，稍微重要，明顯重要，強烈重要，極端重要，而重要性介乎其間的2，4，6，8 標度，通過專家的比較得到判斷矩陣，然后對矩陣進行一致性檢驗[2]，一致性檢驗根據鄧文昌研究提供的Excel模型計算，檢驗過程僅僅需使用者懂得基本操作即可，結果為接受，即得到權重結果為合格，可以使用。權重系數用3位專家打分取其平均值的方法生成，由于專家自身的知識面和喜好不同，難免造成判斷矩陣有一定主觀因素。

表1 評價體系及指標權重Fig.1 PSR(pressure-state-response)diagram

1.3.2 數據來源及量化

(1)研究數據來源

研究數據來源主要有4方面，實地調查數據、監測數據，政府公報、網絡數據(表2)。

表2 黃河陜西段增殖放流生態安全評價數據表

注：黃河流量變化：數據來自黃河網《黃河流域省界水體及重點河段水資源質量狀況公報》2013-2015年的7-9月數據。

污水排放達標率：陜西省環境保護廳網全省環境質量狀況：2013-2015年全省河流達標斷面。

資源捕撈量：文獻歷史最好時期日捕獲量16.2 kg。

魚類增殖放流量：2011-2015年平均放流112萬尾。

(2)數據的標準化處理

評價數據屬性和單位各異，不能直接進行比較，必須進行標準化處理，根據各指標對生態安全的影響大小，先按照環保部《流域健康評估指南》將評價指標的實測值進行5級劃分，百分比量化，再進行標準化計算，其數據介于0～1之間(見表3)。標準化計算方法如下：

其運算公式為:Yi=(xi-xmin)/(xmax-xmin)式中:xi為原始數值;xmin為原始數據集中的最小值;xmax為原始數據集中的最大值;Yi為轉化后數值。

部分指標層含義及計算方法如下：

水生生境干擾指數(E1)[10]：反映水域生境遭到人為挖砂、航運或旅游、生物入侵等活動破壞的影響狀況。

E1=(挖沙×0.4+航運×0.4+生物入侵×0.2)×100%。

黃河流量變化：當年流量/平均流量×100%。

污水排放達標率：以流域內污水處理量占污水排放量的百分比來表示。

資源捕撈量：當年捕撈量占歷史最好時期捕撈量的百分比。

魚類增殖放流量：當年魚類增殖放流量/平均放流量。

表3 增殖放流生態安全評價指標量化標準(%)

重要生境保持率=(自然植被結構完整性指數×0.7+自然堤岸比例分值×0.3)×100%。

綜合污染指數小于0.5為80分以上，0.5～1.0為60～80分，1.0～5.0為40～60分，5.0～10.0分為20～40分，大于10.0為20以下。

溶解氧：以溶解氧平均數值的大小表示。大于7為80分以上，6～7為60～80分，5～6為40～60分，3～5為20～40，小于3為20以下。

群落結構變化%=雜食性魚類數量/總魚類數量× 100%。

魚類生物多樣性指數%、浮游植物多樣性指數%、浮游動物多樣性指數%、底棲動物多樣性指數%：均根據實地調查數據，利用Shannon -wiener指數[12]進行計算獲得，公式如下：H′=-∑PilnPi其中Pi=Ni/N,式中:Ni為種i的個體數;N為所有物種的個體數之和。H′大于3為80分以上，2～3為60～80分，1～2為40～60分，0～1為20～40分，H′為0小于20分。

漁民收入=漁民當年實際收入/職工當年平均收入×100%。

政策管理水平：根據區域內相關政策法規的實施狀況進行定性評價。

公眾資源環境保護意識：根據群眾對政策法規的了解和對環境、資源保護的意識定性評價。

保護區建設：根據保護區現狀定性評價。

1.3.3 評價等級

評價標準是評價的基礎[13，14]，目前對增殖放流評價，還沒有統一的標準。本文參照劉瑜[13]的方法。將增殖放流生態安全評價結果分為優秀(0.8～1.0)、良好(0.6～0.8)、一般(0.4～0.6)、較差(0.2～0.4)和差(0～0.2)五個等級(見表4)。

表4 增殖放流生態安全綜合評價等級劃分標準

1.3.4 評價模型

增殖放流評價是一個衡量生態安全程度的指標，其數值介于0～1之間。根據生態安全評估指標數據，可以判斷研究區的增殖放流生態安全。

(1)各子系統生態安全度計算模型[15]

式中:ESIi表示各子系統的生態安全度；Yij表示該指標的標準化值；Wj表示指標層j的權重。

(2) 系統生態安全度計算模型

式中:ESI表示總系統的生態安全度，Wi表示準則層各子系統的權重。

2 結果和分析

2.1 黃河陜西段增殖放流生態安全評價的時間變化特征

黃河陜西段2013年增殖放流生態安全度ESI值為0.603 8，評價等級為II級，為良好狀態，表明生態系統組織結構較合理，功能比較完善，生態壓力較小，無生態異常，生態系統處于較穩定狀態；2014年生態安全度ESI值為0.435 2，評價等級為III級，處于一般狀態。表明生態系統結構尚完整，生態功能及響應一般，生態壓力較大，接近其閾值，已有生態異常，生態系統尚穩定，可以發揮基本的流域生態功能。為一般狀態。2015年生態安全度ESI值為0.393 3，評價等級為IV級，處于較差狀態。表明生態系統結構已出現缺陷，生態功能較弱，生態壓力大，生態異常較多，流域生態功能已經開始退化，生態系統已經處于不穩定狀態(見表5)。

黃河陜西段生態安全呈現出逐年下降局勢，壓力層下降了0.092 9，對照2013年，數值占到下降總數的44.14%，其次是狀態層下降了0.081 7，占下降總數38.82%，再次是響應層下降了0.035 9，占下降總數的17.04%。

表5 黃河陜西段增殖放流生態安全分級結果Tab.5 Evaluation results of the classification of theecological security for enhancement and releasing inShaanxi section of the Yellow River

2.2 影響生態安全度下降的限制性因素分析

2.2.1 持續下降影響的限制性因素

持續下降影響的限制性因素，包括重要黃河流量變化、重要生境保持率、水質綜合污染指數、群落結構、魚類生物多樣性指數、底棲動物多樣性指數、保護區建設(表6)。

環境壓力，主要受到黃河徑流量的減小影響，是影響評價結果的主要因素。《黃河流域省界水體及重點河段水資源質量狀況公報》2013-2015年的7-9月數據，年度數據依次為1 110、866、292m2/s。從單項指標評價來說2013年和2014年，屬于I級優秀水平，2015年屬于IV級，處于生態安全臨界狀態以下，屬于較差水平。ESI的貢獻依次為0.104 5、0.068 5、0.015 8，減小了0.088 7，幾乎占到ESI下降值總數的一半，達到42.17%。

物理化學狀態，主要受到生境保持率和水質綜合污染指數的影響，相比2013年，ESI分別下降0.024 4、0.006 0，分別占ESI下降值總數的11.58%、2.84%；

群落結構狀態，相比2013年，ESI下降到0.019 5，占ESI下降值總數的9.27%；

生物多樣性狀態，主要受到魚類生物多樣性指數和底棲動物多樣性指數影響、ESI分別下降0.008 3、0.012 1、分別占ESI下降值總數的3.96%和5.76%；

政策響應，受到保護區建設影響，ESI下降0.012 1，占ESI下降值總數的5.73%；

表6 黃河陜西段增殖放流生態安全評價

2.2.2 非持續性下降的影響限制性因素

非持續性下降影響的限制性因素，包括公眾資源環境保護意識、溶解氧、污水排放達標率、魚類增殖放流量、政策和管理水平，這些因素總體上呈現出下降局勢，但在2015年略有提升，2015年相比2013年，ESI分別下降了0.023 5、0.020 3、0.013 1、0.011 1、0.006 9分別占到ESI下降值總數的11.18%、9.63%、6.21%、5.26%、3.30%。

2.3 增殖放流對生態安全評價的影響

2013-2015年陜西省向黃河放流鯉魚、鯽魚等，分別為72、159、77萬尾，放流水平2014年為I級，屬于優秀等級，2013年和2015年為II 級，屬于良好等級。ESI值分別為0.036 9、0.066 6、0.025 8。

2.4 權重系數對生態安全評價的影響

從表1可以看出，壓力、狀態和響應3方面對增殖放流安全影響程度，根據權重可得，狀態指標對結果影響最大(0.425 2)，其次是壓力指標(0.348 0)，再次是響應指標(0.226 9)，從指標層來說，影響最大的前三個指標為政策和管理水平(0.105 1)，黃河流量變化(0.104 5)，污水排放達標率(0.094 9)，而魚類增殖放流量對ESI的貢獻為0.066 6。影響最小的是水生生境干擾指數(0.026 9)。

3 討論

目前，運用PSR模型對內陸河流進行生態安全度綜合評價還不是很多，本研究篩算17項指標對黃河陜西段增殖放流效果進行評價，運用層次分析方法，通過專家對指標賦權重，賦值通過一致性檢驗，視為賦值有效，使指標權重的評價更為科學、合理。17項指標得到的原始數據，由于量綱不同，需通過數據的標準化轉化成統一的評價數據，經過PSR模型計算，得出黃河陜西段增殖放流生態安全評價。實踐證明，該方法能夠客觀、科學地評價黃河生態安全現狀，并能夠反映出影響評價的客觀因素，具有很好的生態保護和指導作用。

PSR模型分析顯示：黃河陜西段增殖放流生態安全評價呈現出逐年下降趨勢，已從2013年的II級良好狀態進展到2015年的較差狀態，已處于生態安全臨界狀態以下。不安全狀態主要受到影響較大的前三位是：黃河徑流量變化影響、重要生境保持率和公眾資源環境保護意識，3個指標下降值占到下降ESI值的64.93%。其次還受到污水排放達標率、魚類增殖放流量、政策和管理水平、魚類生物多樣性指數、保護區建設、水質綜合污染指數、群落結構等諸多因素影響。

增殖放流對生態安全的影響，2013-2015年ESI平均貢獻值為0.043 1，作為生態安全為1的系統評價而言，僅占到整個系統分值的4.31%，距離增殖放流ESI權重0.066，還有一定的增值空間，仍處于一個低的水平。作為系統生態安全改善、漁業資源恢復的一個主要因素，增殖放流壓力依然存在，還存在較大增殖空間。

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EcologicalsafetyevaluationoffisheriesresourceenhancementandreleasinginShaanxisectionoftheYellowriverwiththepressure-state-responsemodel

WANG Yi-chang,LI rui-jiao,WEN Si-en,ZHANG Jun-yan,CHEN Yuan-yuan,YU Bin

(FisheriesResearchInstituteofShaanxi,Xi′an710086)

2017-04-12；

2017-05-24

公益性行業(農業)科研專項《黃河及其河口漁業資源評價和增殖養護技術研究與示范》(201303050-06)；水利科技計劃(2014slkj-36)

王益昌(1965- )，男，高級工程師，主要從事漁業環境資源研究。E-mail:wyc1112@qq.com

李瑞嬌。E-mail: 1508667740@qq.com

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