生态系统健康程度评价范文

《中国农村水利水电杂志》2014年第六期

1研究方法

1.1指标权重的确定基于生态系统评价具有主观性和客观性两方面的特点，我们采用主观结合客观的层次分析法来确定各指标的权重。层次分析法（AnalyticHierarchyProcess，AHP）是由美国著名运筹学家，匹兹堡大学Saaty教授于20世纪80年代初期提出的一种简便、灵活而又实用的多准则决策方法，是对一些较为复杂、较为模糊的问题做出决策的简易方法，它特别适用于那些难于完全定量分析的问题。其主要特征是，它合理地将定性与定量的决策结合起来，按照思维、心理的规律把决策过程层次化、数量化。该方法以其定性与定量相结合地处理各种决策因素的特点，以及其系统灵活简洁的优点，迅速地在社会经济各个领域内，如能源系统分析、城市规划、经济管理、科研评价等，得到了广泛的重视和应用［6－9］。基于PSR模型建立的生态环境健康程度评价指标体系，使用层次分析法，选取唐山市2004－2012年的统计数据进行计算分析，经过数据预处理、构造判断矩阵、一致性检验、计算矩阵的层次单排序和权重确定，最终给出了唐山市的生态环境健康程度综合评价指数，并进行分析、预测。（1）数据预处理。在进行综合评价前，需要通过数学变消除原有数据量纲和数量级的影响，即通过对所获得的初始数据采用极差标准化方法进行标准化预处理。对于成本型指标，指标值越小越好，按公式（1）进行标准化处理；对于效益型指标，指标值越大越好，按公式（2）进行标准化处理。（2）构造判断矩阵（正互反矩阵）。构造比较判断矩阵是整个工作的数据基础和依据，采用“1～9”比较标度法进行比较，用数字1～9及其倒数作为标度。1～9标度的含义：“1”表示两个因素相比，具有相同重要性；“3”表示两个因素相比，前者比后者稍重要；“5”表示两个因素相比，前者比后者明显重要；“7”表示两个因素相比，前者比后者强烈重要；“9”表示两个因素相比，前者比后者极端重要；“2、4、6、8”表示上述相邻判断的中间值。倒数表示上述相邻判断的中间值。若因素i与因素j的重要性之比为aij，那么因素j与因素i重要性之比为。针对某一个标准，计算各备选指标的权重；针对各指标对上一层元素的重要性，两两指标进行比较得出aij的值，构建出正互反矩阵A。求出特征向量W作为各指标的权重以及最大特征值λmax。本文采用Matlab软件计算每个判断矩阵的特征值和对应的特征向量。（3）一致性检验。对判断矩阵的一致性检验的步骤如下：①计算一致性指标CI：②查找相应的平均随机一致性指标RI。对n＝1，2，…，9，随机一致性指标RI的值如表2所示。③计算一致性比例CR：CR＝CI／RI。当CR＜0．10时，认为判断矩阵的一致性是可以接受的，否则应对判断矩阵作适当修正。（4）权重确定。经过上述计算步骤，当各指标满足一致性要求通过一致检验时，各指标权重分配见表1。

1.2生态系统健康指数的计算生态环境健康程度综合评价指数是将压力因子P、状态因子S和响应因子R综合在一起，以表征区域环境系统抗压能力、生态环境健康程度改善状况以及生态建设投入力度的一个综合指数，见式（4）。式中：E是生态环境健康程度综合评价指数；n为评价指标的个数；X′i表示相对应的第i种指标的归一化值；Wi表示评价体系中各指标的权重。经计算，唐山市2004－2012年生态系统健康程度综合评价指数及PSR分项指数见表3。2．5综合评价标准对于生态系统健康等级的划定，大多使用相对评价方法，即将若干个待评事物的评价数量结果进行相互比较，最后对各待评事物的综合评价结果排出优劣次序。综观现有的研究，一般将区域生态系统健康分为5个等级：良好、较好、一般、较差、极差，以此反映从优到劣的变化。

2唐山市生态系统健康程度评价结果及预测

2.12004－2012年唐山市生态系统健康程度评价分析从PSR指标与综合评价指标的变化趋势来看（见图2），2004－2012年唐山市压力因子P出现较大波动，但总体呈上升趋势，资源方面的压力主要来自人口持续增长带来的人均水资源量的减少；环境方面的压力主要来自工业和生活污染物排放量的增加，人口密度大，受人类活动干扰严重；社会经济方面的压力主要来自耕地面积的减少，并且这也间接增加了资源方面的压力；状态因子S也有所波动，但总体呈上升趋势，说明生态健康状态在逐步好转，投入已见成效；响应因子R稳步提升，表明唐山市在生态环境方面的投入不断增大和环保意识的不断增强；生态环境质量综合评价指数呈现波动式增长，表明虽然评价年内的环境压力不断增加，但是在采取及时的手段后，有效地缓解了人们对生态环境质量要求的提高和经济高速发展之间的矛盾，证明唐山市在生态建设和环境保护方面采取的政策是切实、有效的。从2004－2012年的评价结果来看，2004－2009年唐山市的生态环境处于不健康或亚健康状态，在2010年以后才出现相对较好的健康状态。但从PSR分项指数和综合指数来看，唐山市的生态环境状况并不容乐观，综合指数处于健康状态的边缘，而且资源环境压力较大，如不采取更为有效的措施难免会使生态系统的健康状态继续恶化。唐山市作为河北省的经济中心，近年来经济迅速发展，人口持续增长，城镇化率相应较高，土地资源越来越紧张，人口密度大，受人类活动干扰严重等因素导致唐山市生态系统压力大。唐山市对自然资源消耗较多，相应的系统生态弹性度值相对较低，生态恢复力弱，区域的生态系统服务功能较低。因此，评价结果表明2004－2009年唐山市的生态环境处于不健康或亚健康状态，与唐山市现状较为吻合；同时由于唐山市在生态环境方面的投入不断加大和环保意识的不断增强，特别是在2008年以后的几年，生态治理力度不断加大，关停了众多排污企业，并于2009年出台一系列的保护规划和限制排污意见。随着各种保护规划的付诸实施，唐山市的生态健康程度正在不断好转。

2.22013－2020年唐山市生态系统健康程度预测分析以2004－2012年生态系统健康程度指数作为原始数据，构建了GM（1，1）灰色预测模型，对唐山市2013－2020年的生态系统健康程度进行预测。灰色模型的发展系数a分别为0．0842、0．0092、0．0342、0．0399，适用于中长期预测［11］。求解结果见表5及图3。在预测年内压力因子P趋势升高明显，主要原因依然是人均水资源量的减少、污染物总排放量的增加、人均绿地面积的减少所带来的资源、环境和社会经济等方面压力越来越大；响应因子R的上升趋势表明生态环境质量的稳步提升仍取决于生态环境建设的持续投入；状态因子S走势的升高，表明在测水平的投入下，环境质量会不断提高；生态系统健康程度综合指数在预测年内逐年上升，表明唐山市在采取切实、有效的投入后，生态系统抵抗各方面压力的能力不断增强，唐山市生态系统健康状况呈良性发展态势。但在保持预测水平的投入的情况下，由图3可以看出，状态因子S的上升趋势比较平缓，说明在预测水平上还需要采取加大环保投资和环境治理的力度，加强生态建设，增强环保意识，才能更为有效地缓解经济高速增长所带来的资源环境压力与生态环境之间的矛盾。

3结语

本文采用压力一状态一响应模型（PSR）建立了唐山市生态系统健康程度评价的指标体系，使用层次分析法确定了指标体系中各指标权重，并对唐山市生态系统健康程度作出评价，给出唐山市生态系统健康程度综合评价指数，结果表明2004－2009年唐山市的生态系统处于不健康或亚健康状态，2010年以后转为健康但仍在亚健康状态的边缘波动；对唐山市2013－2020年生态系统健康状况进行了分析、预测，预测结果表明唐山市2013－2020年生态系统健康程度会逐渐好转，但仍需要采取加大环保投资和环境治理的力度，加强生态建设，增强环保意识，才能形成生态环境与社会经济同步发展的局面，确保生态系统的安全。另外，由于采用PSR模型构建的生态系统健康指标体系目前尚未有统一的标准，又由于某些资料的不易获得性，可能影响到指标的选择而导致分析结果过于乐观；灰色系统模型基于静态发展的外推预测，尚未考虑各具体指标的动态变化以及某些人为因素的影响。因此，今后有必要对构建城市水安全评价模型做进一步研究。

作者：曹东卫单位：河北省唐山水文水资源勘测局