生態(tài)系統(tǒng)健康評價

1、6 結(jié)論 10參考文獻 10致謝 11煙臺市生態(tài)系統(tǒng)健康評價摘要:從城市生態(tài)系統(tǒng)健康的內(nèi)涵出發(fā)，通過建立生態(tài)系統(tǒng)健康評價的壓力-狀態(tài) -響應(yīng)概念框架的指標體系及評價模型， 在進一步明確生態(tài)系統(tǒng)健康具體評價指標前 提下， 定量計算各指標值并對其進行無量綱化處理，從而確定壓力、狀態(tài)、響應(yīng)指 標分別對煙臺市芝罘區(qū)、 福山區(qū)、萊山區(qū)、牟平區(qū)、 開發(fā)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康的影響程 度，并綜合評價煙臺市各區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康的總體健康狀況。 其評價結(jié)果可為煙臺市 生態(tài)系統(tǒng)健康的良性運行以及促進煙臺市生態(tài)城市的建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)。 關(guān)鍵詞 :煙臺市 ; 生態(tài)系統(tǒng)健康評價；歸一化處理The ecosystem health

2、assessment oafnYtai city Abstract: This article from the connotation of urban ecosystem health and proceed through the establishment of ecosystem health assessment of the pressure - state - response to the conceptual framework of indicator system and assessment model, to further clarify the specific

3、 evaluation of ecosystem health context, calculating of the index value quantitatively and treating it for the non-dimensional, to determine the influence of pressure, state, response indices of Yantai City, Zhifu,Fushan District, Laishan, Muping District and Kaifa District, and comprehensive evalua

4、ting the overall health of various eco-systems of Yantai City. The evaluation results can provide a scientific basis for Yantai city to run a benign ecosystem health and the promotion of the construction of ecological city .Key word: the city of Yantai; the evaluation of ecosystem health; Normalized

5、引言 近年來城市化進程日益加快，在城市經(jīng)濟持續(xù)、快速發(fā)展的同時，不可 避免地會產(chǎn)生一系列的生態(tài)環(huán)境問題。如何有效地協(xié)調(diào)人口、資源、環(huán)境、經(jīng)濟(PRED),在資源約束條件下尋求最優(yōu)的生態(tài)、經(jīng)濟、社會三者的綜合效益，成 為人們普遍關(guān)注的問題。本文通過建立生態(tài)系統(tǒng)健康評價的壓力 -狀態(tài) -響應(yīng)概念 框架的指標體系及評價模型， 旨在確定各項指標值及其權(quán)重， 從而定量評估各項 指標對城市生態(tài)系統(tǒng)健康的影響程度， 并進一步繪制壓力、 狀態(tài)、 響應(yīng)指標分布 圖，形象的表明煙臺市生態(tài)系統(tǒng)健康程度等級。 為很好的協(xié)調(diào)城市化進程與生態(tài) 環(huán)境的關(guān)系問題提供了依據(jù)， 同時對于指導(dǎo)城市規(guī)劃、 監(jiān)控城市生態(tài)環(huán)境的可持 續(xù)

6、發(fā)展都具有一定的現(xiàn)實意義和實際價值。1 城市生態(tài)系統(tǒng)健康的內(nèi)涵當前對于生態(tài)系統(tǒng)健康的內(nèi)涵，比較認可的是由 Rapport 等總結(jié)為：“以符 合適宜的目標為標準來定義一個生態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)、條件或表現(xiàn) 1”。就目前對于 生態(tài)系統(tǒng)健康的理解而言， 其應(yīng)該包含兩方面的含義： 在滿足人類社會的合理要 求的同時又能滿足生態(tài)系統(tǒng)本身的自我恢復(fù)與維持。 對于城市生態(tài)系統(tǒng)健康的理 解，其不僅意味著為人類提供生態(tài)服務(wù)的由自然環(huán)境和人工環(huán)境組成的生態(tài)系統(tǒng) 的健康和完整， 也意味著城市居住著 （包括人群和其他生物） 的健康和社會健康 2，3。前者是后者的基礎(chǔ)，后者是前者的目標。在此基礎(chǔ)上對于生態(tài)系統(tǒng)健康概 念的理解應(yīng)包

7、括以下幾個方面： 其一， 城市生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理， 城市生態(tài)系統(tǒng)內(nèi) 生產(chǎn)生活和周圍環(huán)境之間的物質(zhì)和能量交換形成良性循環(huán)。 其二，系統(tǒng)內(nèi)功能高 效，物質(zhì)、能量、信息高效利用。其三，人與自然和諧，人類社會和自然環(huán)境高 度和諧，自然、技術(shù)、人文充分融合。其四，廢水、廢氣、廢棄物被嚴格控制在 相應(yīng)的環(huán)境承載力范圍內(nèi)，城市生物的健康和成長不受不良影響 4。2 研究區(qū)域概況煙臺市地處山東半島中部，位于東經(jīng)119° 3/121° 57北緯36° 1238° 23' 煙臺依山傍海，氣候宜人，冬無嚴寒，夏無酷暑，東連威海，西接濰坊，西南與 青島毗鄰，北瀕渤海、黃海，

8、與遼東半島對峙，并與大連隔海相望，共同形成拱 衛(wèi)首都北京的海上門戶' 全市土地面積 13745.95平方公里，其中市區(qū)面積 2643.60 平方公里'煙臺市轄芝罘、福山、牟平、萊山區(qū)、經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)及長島縣，代 管龍口、萊陽、萊州、蓬萊、招遠、棲霞、海陽 7 個縣級市'3 研究方法3.1 數(shù)據(jù)來源及處理3.1.1 影像數(shù)據(jù)遙感影像數(shù)據(jù)主要是選擇美國IandsatTM影像，分辨率28.5mx 28.5m,時 相為 1986年、1995年和 2000年三個時段的影像，成像時間主要是選取植被信 息比較好的 7、8、9 三個月'3.1.2 其他數(shù)據(jù)主要包括煙臺地區(qū)高程、

9、水系、居民點、水土流失、道路等 1：5 萬矢量數(shù) 據(jù)'煙臺統(tǒng)計年鑒以及經(jīng)濟、社會方面的其它文字資料和圖件資料'3.2 評價單元的確定在確定評價單元方面本文采用面狀矢量單元作為評價單元， 即以行政單元作 為計算單元'針對煙臺具體情況，文章主要是對芝罘區(qū)、福山區(qū)、萊山區(qū)、牟平 區(qū)、開發(fā)區(qū)五區(qū)作為評價單元，并分別計算各個單元的評價指標值及其權(quán)重'3.3評價指標體系的建立以及評價指標處理本文以“壓力-狀態(tài)-響應(yīng)”（PSR）為評價模型，在綜合考慮自然、經(jīng)濟、社 會的情況下，從壓力、狀態(tài)、響應(yīng)這三個層次共選取了人口密度、耕地與建設(shè)用 地面積比、NDVI、綜合彈性值、多樣性指

10、數(shù)、均勻度指數(shù)、土壤侵蝕、人均GDP 8個單項指標5作為生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標，各指標如下圖1所示。以下簡單介紹其中幾個指標的計算公式。指數(shù)圖1生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標圖r3yjtutu 圖圖圖圖圖 圖3.3.1 NDVI的計算公式借用美國Landsat5 TM影像3波段和4波段數(shù)據(jù)，在ERDAS中可計算出NDVI值。NDVI計算公式如下：NDVI" 4-TM3，對計算出的所有NDVI值,TM 4 +TM 3取其均值作為評價指標。3.3.2綜合彈性值的計算公式綜合彈性值是通過生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)力來體現(xiàn)的，依據(jù)不同土地利用類型對生態(tài)恢復(fù)的貢獻度，分別賦以不同的恢復(fù)力值 （表1所示）。表1不同土地

11、利用類型的恢復(fù)值土地利用類型恢復(fù)力特征有林地、水面O.8 1 . O0.6 O.8指對維持生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力有決定意義的地物類型。和水域是在維持區(qū)域的穩(wěn)定性和保持區(qū)域的調(diào)節(jié)能方面有林地灘地、沼澤極其重要作用的生態(tài)類型。水田0.4 O. 6這種生態(tài)類型對維持生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力有重要作用，對人旱地O.2 O. 4類社會系統(tǒng)提供重要的物質(zhì)和活動場所，如果利用不建設(shè)用地OO. 2好，則容易導(dǎo)致生態(tài)恢復(fù)力下降。m計算綜合彈性值根據(jù)公式：ECQs = v Si XR，其中ECQ表示綜合彈性值，i=1Si表示土地利用類型i所占總面積的比值，Pi則表示不同土地利用類型恢復(fù)力的 分值，m表示土地利用類型的數(shù)目。333多

12、樣性指數(shù)的計算公式多樣性指數(shù)即指土地利用類型的多樣化程度，其計算公式如下所示：H二mZ Rlnp，其中H表示多樣性指數(shù)，Pi表示土地類型i所占總面積的比值，m表i壬示土地利用類型的數(shù)目。3.3.4均勻度指數(shù)的計算公式均勻度反映區(qū)域內(nèi)各土地利用類型在面積上分布的不均勻程度。表達式:E=H/Hmax,其中E表示均勻度指數(shù)，H表示多樣性指數(shù)，HmaX則表示最大多樣性指 數(shù)(Hmax=l nm)。3.3.5 土壤侵蝕度指數(shù)的計算公式表2土壤侵蝕程度分級表水蝕狀態(tài)分值輕度水蝕區(qū)0.4中度水蝕區(qū)0.8強烈度水蝕區(qū)1m依據(jù)公式MA A Bi，其中Ai表示不同強度水蝕區(qū)所占區(qū)域面積的比例， Bii =1表示對

13、應(yīng)侵蝕區(qū)的分值。3.4評價指標值的標準化處理依據(jù)上述公式在計算所有評價指標值時借鑒以下（表 3）數(shù)據(jù)（備注：面積 單位為平方公里，GDP單位為萬元）。表3數(shù)據(jù)表指標芝罘區(qū)福山區(qū)萊山區(qū)牟平區(qū)開發(fā)區(qū)人口總數(shù)687234257339205947472126174863土地總面積172. 02482. 83254.741588.45224.26GDP18396231317146123678817052645806401耕地與建設(shè)用地面積比例0.75722.30952.92832.28741.6566林地、水面所占面積比例0.08670.09000.02800.11310.0280水田所占面積比例0.0

14、0140.00030.00580.00470.0031灘地、沼澤所占面積比例0.00620.01420.04450.00990.0028旱地所占面積比例0.31610.44080.83850.54800.5182在借鑒以上數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，采用上述相應(yīng)指標計算公式，可得出以下指標值數(shù)據(jù)表4 （備注：人口密度單位為人/平方公里，人均指標值數(shù)據(jù)表GDP單位為元）。表4指標值芝罘區(qū)福山區(qū)萊山區(qū)牟平區(qū)開發(fā)區(qū)人口密度3995.082532.9806808.4596297.2243779.7333耕地與建設(shè)用地面積比0.75722.30952.92832.28741.6566NDVI0.4030.38700.

15、39980.40120.4676綜合彈性值0.21980.17420.31610.36860.2119多樣性指數(shù)0.98120.95690.57190.63300.8043均勻度指數(shù)1.64031.68202.81422.54262.0010土壤侵蝕0.30800.24720.32100.28260.2674人均GDP6105952076589663611236941由于各個參評指標數(shù)據(jù)性質(zhì)、量綱不同，需要對資料進行無量綱化處理，本 文通過極值歸一化處理形成無量綱數(shù)據(jù)。對于所獲取的各項指標值進行歸一化處 理，采用如下計算公式：P?=為-Xmin其中R表示歸一化處理后的各指標值。Xmax 一 X

16、min對各指標歸一化處理后其具體值如表 5所示。表5歸一化處理后的指標值綜合指標 單因子指芝罘區(qū)福山區(qū)萊山區(qū)牟平區(qū)開發(fā)區(qū)標人口密度耕地與建10.06380.138300.1305壓力指標設(shè)用地面00.102310.56230.0593積比NDVI100.83330.66670.7687綜合彈性0.234600.729910.1939值狀態(tài)指標多樣性指10.940600.14930.5678數(shù)均勻度指00.035510.76860.307數(shù)土壤侵蝕0.36110.91670.680601響應(yīng)指標人均GDP0.08290.05310.0760013.5評價指標權(quán)重的確定計算各項評價指標的權(quán)重，即各

17、因素因子的權(quán)重時采用德爾菲法（Delphi法）。由專家根據(jù)經(jīng)驗對各項因素的重要性進行打分；根據(jù)專家打分結(jié)果，計算 各因素的平均重要性和各專家對其重要性的偏離度，如果偏離度超出可以接受的范圍，則將結(jié)果反饋給專家重新打分，直至偏離度降到某一限值以下；根據(jù)最終 打分結(jié)果確定各因素權(quán)重。本文在參考專家打分結(jié)果的基礎(chǔ)上恰當?shù)倪x取各項評 價指標的權(quán)重。其具體指標權(quán)重值如表 6所示。表6指標值權(quán)重綜合指標權(quán)重單因子指標權(quán)重壓力指標0.2980人口密度0.4455耕地與建設(shè)用地面積比0.5545NDVI0.2885狀態(tài)指標0.5445綜合彈性值0.1873多樣性指數(shù)0.2255均勻度指數(shù)0.2987響應(yīng)指標0

18、.1575土壤侵蝕0.6428人均GDP0.35724生態(tài)系統(tǒng)健康綜合評價4.1生態(tài)系統(tǒng)健康壓力評價本文所采用壓力指標包括人口密度、 耕地與建設(shè)用地面積比，在計算壓力指2標值時采用如下公式：SiRCi ,其中Pi表示歸一化處理后的指標值，Ci表i #示對應(yīng)各指標的權(quán)重4.2生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)評價所采用狀態(tài)指標包括NDV、綜合彈性值、多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)，在計4算壓力指標值時，也采用如下公式：S2 =、 PCi，其中Pi表示歸一化處理后的i指標值，c表示對應(yīng)各指標的權(quán)重。4.3生態(tài)系統(tǒng)健康響應(yīng)評價響應(yīng)指標包括土壤侵蝕、人均GDP同理采用如上公示。在分別計算壓力、狀態(tài)、響應(yīng)指標值的基礎(chǔ)上可獲得表7

19、。表7各區(qū)指標值指標值芝罘區(qū)福山區(qū)萊山區(qū)牟平區(qū)開發(fā)區(qū)壓力指標0.44550.08510.04410.31180.0910狀態(tài)指標0.55790.22270.05100.64290.6606響應(yīng)指標0.26170.60820.38550.36870.45424.4生態(tài)系統(tǒng)健康評價等級確定根據(jù)壓力指標、狀態(tài)指標、響應(yīng)指標及其各自的權(quán)重進行求和， 可分別求得 芝罘區(qū)、福山區(qū)、萊山區(qū)、牟平區(qū)、開發(fā)區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)健康分值，如下表 &表8總體健康分值芝罘區(qū)福山區(qū)萊山區(qū)牟平區(qū)開發(fā)區(qū)0.47780.24240.10160.50390.4584在確定各區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康等級時有以下依據(jù)：按照分值高低0.8、0

20、.6、0.4、0.2、0.1依次分為五級，即一級很健康、二級健康、三級亞健康、四級不健康、 五級病態(tài)。生態(tài)系統(tǒng)健康分級及健康狀態(tài)的含義如表9所示。表9生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)分級健康分級健康狀態(tài)生態(tài)系統(tǒng)特征一級很健康二級健康三級亞健康四級不健康五級病態(tài)生態(tài)結(jié)構(gòu)非常合理、系統(tǒng)活力十分強，受外界壓力較小，無生態(tài)異常出現(xiàn)，生態(tài) 系統(tǒng)的生態(tài)功能很完善，系統(tǒng)極穩(wěn)定，處于可持續(xù)狀態(tài)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理、格局比較完整，受外界壓力較小，基本無生態(tài)異常出現(xiàn)，生 態(tài)系統(tǒng)生態(tài)功能較完善，系統(tǒng)尚穩(wěn)定，生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)生態(tài)結(jié)構(gòu)比較合理，系統(tǒng)尚穩(wěn)定，受外界壓力比較大，基本上已經(jīng)接近生態(tài)閾值， 且敏感地帶較多，已有少量的生態(tài)異常出現(xiàn)，可

21、發(fā)揮基本的生態(tài)功能，生態(tài)系統(tǒng) 基本可維持生態(tài)結(jié)構(gòu)開始出現(xiàn)缺陷，系統(tǒng)活力比較低，此時受外界壓力大，生態(tài)異常較多， 生態(tài)功能已不能滿足維持濕地生態(tài)系統(tǒng)的需要，生態(tài)系統(tǒng)己開始退化 生態(tài)結(jié)構(gòu)極不合理，自然植被斑塊破碎化嚴重，系統(tǒng)活力極低，出現(xiàn)大面積的生態(tài)異常區(qū)，此時生態(tài)系統(tǒng)已經(jīng)受到嚴重惡化5煙臺市生態(tài)系統(tǒng)健康狀況通過以上的計算分析，可分別繪制得壓力、狀態(tài)、響應(yīng)指標分布圖，并最后 求得各區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康狀況的總體健康等級，并進一步繪制煙臺市生態(tài)系統(tǒng)健康 綜合分布圖。通過分析也可知，屬于二級健康的有 3個，即芝罘區(qū)、牟平區(qū)和開 發(fā)區(qū)；屬于三級健康的有1個，即福山區(qū)；屬于四級健康有1個，即萊山區(qū)。以 下圖2、

22、3、4、5詳細表明各指標分布圖及總體健康狀態(tài)分布圖。健康分級健康狀態(tài)生態(tài)系統(tǒng)特征健康分級健康狀態(tài)生態(tài)系統(tǒng)特征圖2煙臺市壓力指標分布圖4 4JM I6M右洌中圖3煙臺市狀態(tài)指標分布圖芝眾區(qū)菜山氏.牟平區(qū)Q J.WI也0二1科圖4煙臺市響應(yīng)指標分布圖牟平區(qū)1 n mmE«KI77 HN2S 題IM443圖5煙臺市生態(tài)系統(tǒng)健康綜合分布圖6結(jié)論通過對煙臺市生態(tài)系統(tǒng)健康進行評價，可以得出以下結(jié)論：本文在明確生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標的前提下， 分別建立了壓力、狀態(tài)、響應(yīng) 加權(quán)模型以及三者共同作用下的的生態(tài)系統(tǒng)健康總體健康加權(quán)模型，應(yīng)用層次分析法分別確定壓力、狀態(tài)、響應(yīng)綜合指標權(quán)重。以煙臺市為案例，將

23、生態(tài)系統(tǒng)健康綜合評價結(jié)果與實際情況進行對比，其評價結(jié)果與實際情況吻合度比較較高，驗證了模型的正確性及模型實現(xiàn)技術(shù)方法的 可操作性。評價結(jié)果為很好的協(xié)調(diào)城市化進程與生態(tài)環(huán)境的關(guān)系問題提供了依 據(jù)，同時對于指導(dǎo)城市規(guī)劃、監(jiān)控城市生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展都具有一定的現(xiàn)實 意義和實際價值。參考文獻1 Repport D J . Evaluation and monitoring t he healt h of large- scale eco s ystemsM . Heidelberg : Spring-Verlag ,1995.2 Colin McMulltan.1977.1 ndicators of Urban Ecosystems Health.Internation De velopment Research Centre (IDRC),oltawa.http : / www.idrc.ca/ecohealth/indi cators.html.3 Han cock T.Urba n Ecosystem and Huma n Health.A paper prepared for the Seminaron CIID-IDRC and urbandevelopment in Latin America Montevideo Ur uguay