基于改進PSR和灰色預測的湛江紅樹林生態系統健康評價

楊綺雯 許順源 林瑤純 聶緒康 葛余峰 江如

摘? ?要? ?研究改進了傳統的PSR模型，在壓力因素中加入生態環境對人的影響這一指標，用ISM和層次分析法計算指標的權重，分別得出特呈島和高橋的生態健康評價指數。通過建立灰色預測模型，運用MATLAB軟件預測3年后這兩個紅樹林地區生態健康狀況的大致走向，從而分析擬定防治的方案。

關鍵詞? ?改進PSR;灰色預測;層次分析法;CHI;紅樹林;生態系統

中圖分類號：S718.55+7? ? 文獻標志碼：A? ? DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.34.028

由于圍海造田、圍墾養殖、城鎮發展、當地環保意識差以及對紅樹林生態系統的重要性缺乏認識等原因，我國紅樹林面積正在日益減少，紅樹林濕地保護問題刻不容緩。國內外已有多項關于紅樹林防護的研究，可是并不是適合每個地域，此外，占有重要面積的廣東省湛江市紅樹林的保護方案還有欠缺的地方。根據此背景，在已有研究者的經驗的啟發下，收集關于湛江紅樹林的重要數據，選用并且改進傳統的紅樹林生態系統健康等一系列模型來分析湛江紅樹林生態系統的現狀及預測未來三年趨向。最后，通過對湛江紅樹林附近的海岸進行調查，并詢問附近居民，了解當地政府紅樹林保護政策，旨在研究一套適合湛江的紅樹林防護方案。在推動紅樹林自然資源保護的同時，促進保護區及周邊社區社會經濟的改善，并與當地政府商量并整治環境，完善紅樹林保護管理法規制度，加強當地居民對紅樹林的認識。

1 研究區概況

特呈島坐落在廣東省湛江市湛江灣，位于E110°25′～110°27′，N21°09′～21°10′，離市區霞山碼頭2.8 km，全島南北寬1.4 km，東西長2.7 km，海岸線長7.44 km，面積約3.6 km2，擁有極其珍稀的白骨壤古樹群資源，但是這些古樹群正處于退化狀態[1]。特呈島的紅樹林群落是雷州半島紅樹林中生長最好的，也是全國海岸最為漂亮的紅樹林群落之一[2]。

高橋紅樹林位于廣東與廣西交界的北部灣的英羅港，面積1.9萬公頃，物種繁多，1990年經廣東省人民政府批準建立，是我國大陸地區連片面積最大的紅樹林生長區和湛江紅樹林國家級自然保護區的核心區域。核心保護區高橋紅樹林保護區為中國最大的紅樹林連片生長基地，主要保護對象為紅樹林生態系統[3-4]。

2 紅樹林生態健康評價

2.1 改進PSR模型

PSR（Pressure-State-Response），即壓力、狀態、響應，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，由加拿大統計學家David J.Rapport和Tony Friend提出，20世紀80—90年代發展為用于研究環境問題的框架體系[5]。

傳統的PSR模型中，壓力一般指環境內部和人為壓力，狀態指生態環境現狀，響應指人為采取行動去改善或預防被破壞的環境（見圖1）。但是，壓力指標中很少考慮環境對人的影響，即使生態環境得到改善或者處于健康狀態，卻可能因為影響居民生活而導致人與自然失衡，從而造成其他惡性循環。所以，我們在傳統PSR模型的基礎上，加入生態環境對人的壓力（見圖2）。

2.2 評價指標體系的建立

在已有研究的基礎上[6]，結合實際情況考慮，選取合適的生態系統健康評價指標，并分別收集特呈島紅樹林和高橋紅樹林的數據，對特呈島紅樹林和高橋紅樹林進行研究比較（見表1）。

2.3 生態系統健康評價標準（見表2）

2.4 計算指標權重的步驟

2.4.1 ISM、層次分析法AHP計算權重

2.4.1.1解析結構模型（ISM）[7]

解析結構模型是一種通過基本假設、圖、矩陣的相關運算得到可達性矩陣，然后分解可達性矩陣，使復雜的系統分解成多級遞階結構形式的系統解析方法。

有向圖是解析結構模型的一種方便的構建形式，用m×m方形矩陣來代表，其中m代表影響因子的個數，元素? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?。通過ISM，能清晰地確定各層因子或各層指標的關系，削弱了層次分析法中給權重賦值時過于主觀的問題。

2.4.1.2層次分析法（AHP）[8]

構建判斷矩陣，假定在A層中，A與下層的B1，B2，…，Bn有聯系，則有下列判斷矩陣：

采用1～9標度值來評價指標之間的關系，進行打分。標度值為1時，Ai與Aj同一層次;標度值為2時，Ai比Aj高一層次，以此類推，從而判斷重要程度。然后進行層次單排序，用來計算有關的CR值以及特征向量。如果CR>0.1，則要調整判斷矩陣，計算具體過程如下。

3.1.4 計算

通過查閱《湛江統計年鑒》，收集到2010—2015年的生態健康評價指數（見表5）。

運用MATLAB軟件進行灰色預測，預測未來三年特呈島紅樹林和高橋紅樹林的生態健康評價指數的大致走向。

4 結果與分析

通過表4和表5中計算得出的權重，結合灰色預測和生態系統健康評價指數，可得出，特呈島紅樹林中權重最高的2個指標為林分空間結構健康指標和物種多樣性指數指標，說明這2個指標對特呈島紅樹林的健康狀況影響最大，由于游客比較多，實地環境中垃圾到處分布，總體上是處于亞健康狀態，若不加強管理，未來三年生態健康評價指數會持續下降。高橋紅樹林中，權重最高的兩個指標為物種多樣性指數指標和環境對人的影響指數指標，實地調研時，居民反映，紅樹林保護區保護得很完善，但生物繁殖環境良好，如鳥類過多導致糞便多影響附近居民居住環境，總體上處于健康狀態，未來三年生態健康評價指數波動不會太大。

5 防護對策

1）深化和改善保護區管理辦法和制度，由湛江市政府組織成立湛江市紅樹林保護局，妥善處理保護區與政府及周邊社區的關系，保持積極有效的管理方法。

2）加大宣傳力度，宣傳與保護區相關的《自然保護區條例》法律，提升公眾環保意識;加強居民對保護紅樹林的認同感，使其熱愛和保護紅樹林。

3）合理開發紅樹林，對紅樹林的開發利用要以開發為輔，保護為主。相關管理機構應當禁止隨意圍墾樹林和灘涂，并在相應的紅樹林自然保護區和適宜生長的潮汐灘涂地進一步開展造林活動，同時開展合理的紅樹林生態養殖。

4）加強紅樹林各個保護區的交流和聯系，并學習先進的管理經驗，認真做好湛江市紅樹林保護與經濟開發的協調工作。此外，也應積極的和國際有關機構和公益組織的保持聯系，獲取各種相關的財政幫助，從而加大對紅樹林的保護力度。

5）建立湛江紅樹林環境保護和監測體系，對有關的污染源要認真對待以及處理，同時需加強對工業污染源的治理和協調。

6）設立有關紅樹林的研究基金，增加對紅樹林的科研投入，推廣人工造林，提高紅樹林的恢復和發展速度。

參考文獻：

[1] 許會敏，葉蟬，張冰，等.湛江特呈島紅樹林植物群落的結構和動態特征[J].生態環境學報，2010，19（04）：864-869.

[2] 韓維棟，高秀梅.特呈島紅樹林資源保護與利用研究[J].林業資源管理，2007（2）：77-81.

[3] 朱耀軍，趙峰，郭菊蘭，等.湛江高橋紅樹林濕地有機碳分布及埋藏特征[J].生態學報，2016，36（23）：7841-7849.

[4] 林廣旋，盧偉志.湛江高橋紅樹林及周邊地區植物資源調查[J].廣東林業科技，2011，27（5）：38-43.

[5] 百度百科.PSR（環境評價）[EB/OL].https：//baike.baidu.com/item/PSR/16014155.

[6] 劉素青，黃劍堅.基于生態修復的紅樹林 健康評價研究[M].廣東：華南理工大學出版社，2016.

[7] 靖新.數學建模[M].上海：同濟大學出版社，2015.

[8] 王玉圖，王友紹，李楠，等.基于PSR模型的紅樹林生態系統健康評價體系——以廣東省為例[J].生態科學，2010（3）：234-241.

[9] 張偉科.福田紅樹林自然保護區一體化動態監測模型[J].沈陽理工大學學報，2016（3）：57-65.