基于PSR模型的漁業用島生態狀況評價

摘要：菜坨子島位于大連市長海縣，為無居民海島，功能定位為漁業用島。依據無居民海島生態系統的特點和漁業用島功能定位，文章使用壓力-狀態-響應模型設置3層指標體系，對菜坨子島生態狀況進行評價。指標評價方法采用專家評價法及單因子環境質量指數法、綜合評價指數法等計算各級權重值和指標值。基于2015年現場調查數據，采用層次分析法對壓力-狀態-響應模型進行計算，得出菜坨子島年生態狀況分值及評價結果。結果表明，菜坨子島總體狀態為“優”（分值為0.8111）。此外，經過對評價指標進一步優化后，可將該評價方法推廣到對其他漁業用無居民海島的生態狀況評價，為其開發和保護提供依據。

關鍵詞：無居民海島;漁業用島;壓力-狀態-響應模型

中圖分類號：P74 文獻標志碼：A 文章編號：1005-9857（2023）03-0106-07

0 引言

海島及其周邊海域自然資源豐富，是我國海洋資源的重要組成部分。無居民海島具有很高的政治、經濟、社會和軍事價值，但海島生態環境較為脆弱，加之盲目開發造成的破壞導致其生態狀況問題日益突出。因此，為合理保護利用海島，亟須開展海島生態狀況評價。

海島生態評價是自20世紀60年代開始發展。Macrthur等[1]共同編撰的《島嶼生物地理學理論》中首次提出了海島生態系統研究，可視為海島生態系統研究的開端。Copson等[2]對Macquarie島的管理工作提出了構想，包括對動植物數量及分布變化的監測、對海島的生態修復以及管理措施等。我國學者也開展了關于海島生態評價的相關研究。陳秋明[3]建立了基于生態-經濟價值的無居民海島開發適宜性評價指標體系，并對廈門鱷魚嶼進行評價，得出鱷魚嶼適宜發展生態旅游的結論。林志蘭等[4]認為無居民海島開發適宜程度取決于其生態重要性和開發利用可行性，并建立開發適宜性評價指標體系，對廈門海域18個無居民海島的開發適宜性進行評價，并提出了無居民海島保護建議。葉祖超等[5]依據廣西壯族自治區無居民海島的特點，建立了無居民海島開發利用適宜性評價指標體系，以防城港市六墩島為例，從生態保護重要性和經濟開發可行性兩個方面評價其開發利用適宜性。汲生磊[6]運用壓力-狀態-響應模型（Pressure-State-Response，PSR），通過對無居民海島生態系統和開發活動的壓力特點選取評價指標，構建無居民海島評價指標體系。由以上研究成果可見，指標體系的構建是海島生態狀況評價的核心，應體現海島自然屬性、用途及開發利用狀況等要素。

本研究以大連市長海縣菜坨子島為研究對象，從海島自然屬性、功能定位及開發利用狀況出發，應用PSR模型構建能反映該海島生態狀況的評價指標體系，評價所使用的數據為2015年菜坨子島實測數據，運用層次分析法、專家評價法、單因子環境質量指數法等對菜坨子島生態狀況進行了評價，得出該海島2015年生態狀況的綜合評價結果。

1 材料與方法

1.1 調查區域

菜坨子島又名財坨子島，位于烏蟒島北側，地理坐標39°16.3'N，123°00.1'E，為無居民基巖類海島。該海島距離大長山島28km、小長山島22.3km。海島呈梭形，東西走向，岸線長度1.77 km，陸域面積0.1345km2，最高點高程76.8m，海蝕地貌發育。根據2015年秋季調查結果，菜坨子島植被主要以天然植被為主，珍稀植物為野大豆，國家二級保護植物（圖1）。

菜坨子島周邊海域潮流為往復流，正規半日潮，年平均浪高0.3～0.7m。海水水溫季節性變化明顯，表層水溫8月最高，平均23.3℃，2月最低，平均1.5℃。海島周邊海域已開展底播養殖和浮筏養殖。2015年調查結果表明，該海域漁業資源密度較高，種間分布較均勻。

1.2 研究方法

1.2.1 PSR模型指標體系的構建

本研究應用PSR模型為框架，建立能夠客觀反映菜坨子島生態狀況的評價指標體系，具體包括：以可能導致海島生態狀況退化的原因作為壓力，包括自然因素和人為因素;以島體和周邊海域的現狀作為狀態，包括非生物環境和生物環境;人類為保護海島生態而采取的相應措施作為響應，包括污染控制、生態管理、生態保護與建設。通過壓力、狀態和響應的相互作用，海島生態狀況可得到維護甚至提高。指標選取是評價的基礎，也是關鍵，許多學者對此進行過討論[3，5-7]。綜合多位學者的研究及菜坨子島的實際情況，指標選取重點考慮以下幾個方面。

（1）指標選取能夠體現海島自然屬性。菜坨子島為無居民海島，兼具海洋、陸地雙重屬性，評價指標在空間上應涵蓋海島的島陸、潮間帶及周邊海域。

（2）指標選取應符合海島功能定位。按照《遼寧省海島保護規劃（2012—2020年）》的相關內容，菜坨子島為適度利用類海島，功能為農林牧漁業用島。

（3）指標選取能夠反映海島所在區域的產業規劃和現狀。菜坨子島已納入遼寧沿海經濟帶重點支持的漁業養殖區。依據長海縣2021年5月《長海縣情簡介》[8]的產業狀況介紹：長山群島的主導產業依海展開，主要有海水增養殖業、海洋捕撈業、水產品加工業和海島旅游業。

此外，指標選取還應充分考慮其可獲得性、穩定性、可操作性及層次性等因素。

綜上，壓力指標選取了菜坨子島自然狀況和人類活動的要素指標。養殖活動會對海島周邊海域水質和原有生物群落結構產生影響，為突出菜坨子島漁業用島的功能定位，狀態指標選取時重點關注潮間帶生物及海島周邊海域水質和生物狀況。響應指標選取了污染治理、生態保護和管理。最終形成如表1所示的壓力、狀態、框架下的三級指標體系，其中，第三級指標值為2015 年實測數據。

1.2.2 調查內容及站位的布置

菜坨子島的調查包括島陸、潮間帶和周邊海域。其中：島陸調查包括淡水環境、土壤環境、植被覆蓋及島陸珍稀物種;潮間帶開展了藻類種數和底棲動物密度的調查;周邊海域開展了海水環境質量、葉綠素a含量、浮游生物及游泳動物的調查。菜坨子島周邊海域調查站位布置見圖1（a）。

1.2.3 二級指標值計算方法

由表1所示的指標體系可見，壓力和響應框架下各設置2層指標，分別為一級指標和二級指標，二級指標值采用專家評價法賦值，一級指標值由二級指標值和權重值合成。狀態框架下設置3層指標，其中第三級指標為實測數據。本研究以國家環境質量標準、地方環境質量標準、國家專項調查結果及當地歷史值作為評價第三級指標的基準，評價方法采用單因子評價指數法、綜合評價指數法和當地歷史值為標準的區間賦分等方法進行評價，得出狀態框架下各二級指標值，再與權重值共同合成一級指標值。狀態框架下各二級指標值計算方法如下。

1.2.3.1 狀態框架下“非生物環境”中二級指標值計算方法

狀態框架下“非生物環境”二級指標包括“淡水環境質量”“海水環境質量”及“土壤環境質量”，評價標準為《地下水質量標準》（GB/T14848-93）[9]中Ⅲ類標準、《海水水質標準》（GB3097-1997）[10]中I類標準和《土壤環境質量標準》（GB15618-1995）[11]中I類標準，評價方法包括單因子評價指數法和綜合評價指數法[12]，對三級指標值進行評價后得到二級指標值。具體方法如下：

二級指標值=H1 ×0.5+H2 ×0.5

式中：H1 ，H2 分別為單因子評價指數分值、綜合評價指數分值。以下為H1 ，H2 計算方法：

（1）單因子評價指數H1 采用平均濃度指數A和單項指標超標率B 兩個指標綜合打分。H1=A +B 。A 和B 計算方法如下：

①A 的計算方法：計算各三級指標單項指標污染指數：第i 個評價因子環境質量指數的計算采用式（1）：

Pi =Ci/Si （1）

式中：Ci 為第i 個因子的實測值;Si 為該因子的標準值。

如 三級指標的標準值為區間值，例如pH 值，可采用式（2）或式（3）計算：

Pi=（7.0-pHi）/（7.0-pHsd） （pH ≤7.0）（2）

Pi=（pHi-7.0）/（pHsu-7.0） （pH gt;7.0）（3）

式中：pHsd 為pH 標準值下限，pHsu 為pH 標準值上限。

計 算各三級指標的Pi 后，則計算平均指數P ，計算見式（4）：

若平均指數P ≤1，則A =0.5，若平均指數P gt;1，則A =0。

②B 的計算方法：B =0.5× （1-a） ，其中a=超標因子數總因子數。

（2）綜合評價指數H2 的計算方法。計算指數：

Wi 為第i 個評價因子權重，Pi 計算見式1。本研究權重均取相同，即Wi =1/n 。

若T lt;0.75，則H2=1;若0.75≤T ≤1.25，則H2 =（2.5-2×T）;若T gt;0.75，則H2 =0

1.2.3.2 狀態框架下“生物環境”各二級指標評價方法

狀態框架下“生物環境”二級指標包括“植被覆蓋”“珍稀物種”“潮間帶生物”及“近海海域生物”。以當地歷史值或專項調查結果作為參考對評價指標進行分段、賦值（賦值在0～1之間），進而得到實測結果對應的分值。具體為：

（1）植被覆蓋。植被覆蓋按照覆蓋率進行評分，即植被覆蓋率大于85%，二級指標賦分1;植被覆蓋率在50%和85%之間，二級指標賦分0.6;植被覆蓋率小于50%，二級指標賦分0.3。

（2）珍稀物種。珍稀物種按照是否存在作為評價依據，珍稀物種數量大于等于1種，二級指標賦分1;珍稀物種數量0種，二級指標賦分0。

（3）潮間帶生物。潮間帶生物指標包括2個三級指標，為“潮間帶藻類”（記為α1 ）和“潮間帶底棲密度”（記為α2 ）。以《中國海島志》（遼寧卷第一冊遼寧長山群島）[13]中記錄的歷史調查結果作為參考，對評價指標進行分段、賦值，具體如下：

潮間帶藻類種數小于60種，α1=0.7;潮間帶藻類種數在60～90種之間，二級指標值為α1 =1;潮間帶藻類種數大于90種，α1 =0.4。

潮間帶底棲動物密度小于30個/m2，α2 =0.7;潮間帶底棲動物密度在30～940個/m2之間，α2= 1;潮間帶底棲動物密度大于940個/m2，α2 =0.4。

本研究取2個三級指標權重相同，因此二級指標值計算如式（6）。

潮間帶生物二級指標值=0.5×α1 +0.5×α2（6）

（4）近海海域生物。近海海域生物包括5個三級指標，分別為：“葉綠素a含量”（指標值記為α3 ）、“浮游植物細胞總量”（指標值記為α4 ）、“浮游動物生物量”（指標值記為α5 ）、“游泳動物資源平均尾數密度”（指標值記為α6 ）及“游泳動物資源平均密度”（指標值記為α7 ）。評價指標進行分段、賦值依據“908專項”調查[13]中的游泳動物值;葉綠素a 、浮游生物引用書中記載的2007—2008年的調查結果。三級指標賦分情況如下：

葉綠素a含量小于0.4mg/m3，α3 =0.7;葉綠素a含量在0.4～3.3mg/m3 之間，α3=1;葉綠素含量大于3.3mg/m3，α3 =0.4。

浮游植物細胞總量小于17.04個/m3，α4=0.7;浮游植物細胞總量在17.04～110.69個/m3 之間，α4 =1;浮游植物細胞總量大于110.69個/m3，α4 =0.4。

浮游動物生物量小于573mg/m3，α5 =0.7;浮游動物生物量在573～972mg/m3 之間，α5 =1;浮游動物生物量大于972mg/m3，α5 =0.4。

游泳動物資源平均尾數密度小于1388.46個/km2，α6 =0.7;游泳動物資源平均尾數密度在1388.46～72737.07個/km2 之間，α6 =1;游泳動物資源平均尾數密度大于72737.07個/km2，α6 =0.4。

游泳動物資源平均密度小于0.04kg/km2，α7 =0.7;游泳動物資源平均密度在0.04～1157.05kg/km2之間，α7 = 1;游泳動物資源平均密度大于1157.05kg/km2，α7 =0.4。

由以上5個三級指標合成二級指標：近海海域生物二級指標值=1/4× [α3 +α4 +α5+1/2× （α6 +α7）]

其中：游泳動物資源平均尾數密度（α6）、游泳動物資源平均密度（α7）共同體現所調查海域游泳動物特征，因此合成二級指標時作為一個因素體現在二級指標值中。

按照以上方法計算得出狀態框架下各二級指標值計算結果，詳見表1。

1.2.3.3 壓力和響應框架下指標評價方法

壓力和響應框架下各二級指標采用專家評價法評價，即專家依據菜坨子島的狀況及個人經驗給予評分，由定性分析轉化為定量計算，分值在0～1之間。壓力框架下，一級指標包括自然因素和人為因素。自然因素下各二級指標值專家打分均為1;人為因素下由于海島周邊海域已開展養殖活動，且在島陸建設約15m2的臨時用房用于看護養殖的人使用，說明島陸及海島周邊海域有人為開發活動，因此人為因素下二級指標值專家打分為0.8。具體見表1中的二級指標值。

響應框架下二級指標包括“污染控制”“生態管理”及“生態保護與建設”。由于菜坨子島上人為活動和周邊海域存在養殖活動，因此會對島陸及周邊海域產生一定的污染。雖然人為活動產生的污染并沒有菜坨子島非生物環境產生嚴重影響，但是目前沒有對菜坨子島污染進行控制，因此專家對二級指標“污染控制”打分0.8。遼寧省發布了《遼寧省海島保護規劃》（2012—2020）[14]，給出了菜坨子島保護和利用現狀及海島保護措施和要求。但管理部門并未在此基礎上對菜坨子島制定具有針對性的保護措施，也并未進行生態修復建設，因此專家對二級指標“生態管理”“生態保護與建設”均給予0.8的分值。響應框架下各二級指標值見表1。

2 綜合評價結果

本級指標值需要低一層級指標值和其權重值共同合成，例如，計算一級指標值需要各二級指標值和其權重值計算合成。本研究使用層次分析法[15]（theAnalyticHierarchyProcess，AHP）計算權重，該方法將問題分解，體現為每一級指標，再將這些因素分組形成遞階層次結構。同一層中的因素，可通過兩兩比較的方法確定該層次中諸因素的相對重要性，給出重要性的比例標度，通過專家評價法確定各指標的比例標度后，應用“yaahp-層次分析法軟件”建立各要素間相對重要性的判斷矩陣并對矩陣進行一致性判斷，確認矩陣判斷結果可行，再計算各指標權重。得出權重后通過公式7計算本級的指標值，以此類推，最終得出菜坨子島生態狀況的綜合分值。本研究各指標層權重及指標值計算結果如表2所示。

M =W1I1 +W2I2 + … +WiIi + … +WnIn（7）

其中：1≤i≤n，Ii 為第i 個上一層指標值;Wi 為第i 個上一層指標的權重值;M 為本級指標值。

依據層析分析法，得出菜坨子島各級指標值及生態狀況的綜合分值，指標值和綜合分值均在0～1區間內，詳見表2。為了更直觀地評價海島生態狀況，采用等間距法將海島生態狀況綜合指數平均劃分為5個等級[16]并對應5個數值化區間，分別為：

極差[0，0.2]，差（0.2，0.4]，中等（0.4，0.6]，良（0.6，0.8]和優（0.8，1.0]。根據表2計算結果，菜坨子島生態狀況綜合評分為0.8112，處于“優”的狀態。說明2015年菜坨子島整體生態狀況保持了較好水平。

此外，菜坨子島作為漁業用島，評價體系中二級指標“海水環境質量”和“近海海域生物”也是本研究關注的重點。“海水環境質量”下所有三級指標均未超標，說明菜坨子島周邊海水水質保持較好，并未因養殖活動產生水體富營養化現象。“近海海域生物”下的三級指標，“游泳動物資源平均尾數密度”及“游泳動物資源平均密度”，其實測值均高于標準范圍最高值，而“浮游植物細胞總量”“浮游動物生物量”則均低于標準值最低值。分析其原因，菜坨子島作為漁業用島，其周邊人類養殖活動擴張導致了食物鏈上端的掠食性動物數量增加，致使低端生物數量減少，生物群落分布發生了改變，從評價結果來看二級指標“近海海域生物”的評分已處于良（評分為0.625）。以上分析認為菜坨子島周邊海域的生物資源受到人為養殖活動的負面影響，建議管理部門給予重視。

3 結論與建議

本研究應用PSR模型，對位于大連市長海縣的無居民海島———菜坨子島建立了評價指標體系，并使用層次分析法對菜坨子島狀況進行綜合評價，結果為優。為保護海島生態健康，在沒有新增項目建設的情況下，建議在3～5年進行一次海島調查和評價，及時掌握菜坨子島生態狀況的動態變化。如發現有惡化趨勢，應采取保護措施對其生態系統進行修復。如有新增項目申請，建議審批前進行一次海島生態狀況調查和評價作為本底，對新增項目的建設和運營對海島生態狀況的影響進行預評估。

此外，本研究選取的評價指標基本能夠全面客觀地體現無居民海島生態系統特點及漁業用島的功能定位，經過進一步優化調整，可將本評價指標和方法推廣到其他漁業用無居民海島的生態狀況評價，為該類海島的保護和利用提供依據。

參考文獻（References）：

[1] MACRTHURRH，WILSONEO.Thetheoryofislandgeography[M].Princeton，NewJersey：PrincetonUniversityPress，1967.

[2]COPSON G，WHINAMJ.ReviewofecologicalrestorationprogrammeonsubantarcticMacquarieIsland：Pestmanagementprogressandfuturedirections[J].EcologicalManagementamp;Restoration，2001，2（2）：129-138.

[3] 陳秋明.基于生態-經濟的無居民海島開發適宜性研究[D].廈門：廈門大學，2009.

CHEN Qiuming.Researchonnon-residentislands’exploitationsuitabilitybasedonecologyandeconomy[D].Xiamen，XiamenUniversity，2009.

[4] 林志蘭，黃寧，陳秋明，等.無居民海島開發適宜性評價指標體系的構建和在廈門海域的應用[J].臺灣海峽，2012，31（1）：136-142.

LINZhilan，HUANGNing，CHENQiuming，etal.Indexsystemestablishmentforexploitationsuitabilityassessmentofuninhabitedislandandit'sapplicationinXiamenseaarea[J].JournalofOceanographyinTaiwanStrait，2012，31（1）：136-142.

[5] 葉祖超，孫燕，高勁松，等.無居民海島開發利用適宜性評價：以防城港市六墩島為例[J].海洋環境科學，2018，37（6）：843-848.

YEZuchao，SUNYan，GAOJinsong，etal.Suitabilityevaluationofexploitationandutilizationinuninhabitedislands：AcasestudyinLiudunislandofFangchenggangcity[J].MarineEnvironmantalScience，2018，37（6）：843-848.

[6] 汲生磊.PSR模型在無居民海島開發及評價中的應用：以跳尾島為例[D].上海：上海海洋大學，2018.

JIShenglei.ApplicationofthePSR Modelontheassessmentofnon-residentislandecosystemafterdevelopment：TiaoweiIslandasanexample[D].Shanghai：ShanghaiOceanUniversity，2018.

[7] 王芳，唐偉，于灝.無居民海島開發利用現狀評價體系構建的研究[J].科技創新導報，2011（15）：2.

WANG Fang， TANG Wei， YU Hao.Study on theconstructionofevaluationsystemfordevelopmentandutilizationstatusofuninhabitedislands[J].ScienceandTechnologyInnovationHerald，2011（15）：2.

[8] 長海縣政府辦秘書科.長海縣情簡介[EB/OL].（2021-05-04）https：//www.dlch.gov.cn/details/index/tid/517193.html.SecretarysectionofgovernmentofficeinChanghaiCountry.BriefintroductiontoChanghaiCounty[EB/OL].（2021-05-04）https：//www.dlch.gov.cn/details/index/tid/517193.html.

[9] 中華人民共和國國家技術監督局.GB/T14848-93地下水質量標準[S].北京：中國標準出版社，1994.TheStateBureauofQualityandTechnicalSupervisionofthePeople'sRepublicofChina.GB/T14848-93Qualitystandardforgroundwater[S].Beijing：StandardPressofChina，1994.

[10] 中華人民共和國國家環境保護局，國家海洋局.GB3097-1997海水水質標準[S].北京：中國標準出版社，1997.StateEnvironmentalProtectionBureauofthePeople'sRepublicofChina，State Oceanic Administration.GB3097-1997Sea waterqualitystandard[S].Beijing：StandardPressofChina，1997.

[11] 中華人民共和國國家環境保護局，國家技術監督局.GB15618-1995土壤環境質量標準[S].北京：中國標準出版社，1995.StateEnvironmentalProtectionBureauofthePeople'sRepublicofChina，TheStateBureauofQualityandTechnicalSupervisionofthePeople'sRepublicofChina.GB15618-1995Environmentalqualitystandardforsoil[S].Beijing：StandardPressofChina，1995.

[12] 肖佳媚.基于PSR 模型的南麂島生態系統評價研究[D].廈門：廈門大學，2007.

XIAOJiamei.EcosystemassessmentofNanjiIslandbasedonPSRmodel[D].Xiamen：XiamenUniversity，2007.

[13] 《中國海島志》編纂委員會.《中國海島志》（遼寧卷第一冊遼寧長山群島）[M].北京：海洋出版社，2013.CompilationcommitteeofChinaIslandAnnals.ChinaIslandAnnals（LiaoningVolume1，ChangshanIslands，LiaoningProvince）[M].Beijing：ChinaOceanPress，2013.

[14] 遼寧省海洋與漁業廳.遼寧省海島保護規劃（2012-2020）[EB/OL].（2014-04-25）http：//zrzy.ln.gov.cn/zwgk/ghjh/hygh/201912/t20191223_3711209.htmlDepartmentofOceansandFisheriesofLiaoningProvince.IslandprotectionPlanofLiaoningProvince（2012-2020）[EB/OL].（2014-04-25）http：//zrzy.ln.gov.cn/zwgk/ghjh/hygh/201912/t20191223_3711209.html

[15] 王蓮芬，許樹柏.層次分析法引論[M].北京：中國人民大學出版社，1990.

WANG Lianfen，XUShubo.Introductiontoanalytichierarchyprocess[M].Beijing：ChinaRenminUnniversityPress，1990.

[16] 胡燈進.福建典型海島生態系統評價[M].北京：科學出版社，2014.

HUDengjin.TypicalislandsecosystemassessmentofFujianProvince[M].Beijing：ChinaSciencePress，2014.