生态质量的模糊评估

生态质量是指一定时间或空间范围内生态系统的总体或部分生态因子的组合对人类生存及社会经济持续发展的适宜程度[1],生态质量现状是由自然环境背景、人类开发活动和环境管理共同作用下形成的结果。区域生态质量评价是一个综合过程,也是一门综合技术,包括生态数据采集、生态质量评估、生态质量评价基本结论以及解决生态问题的相关建议与对策[1]。美国环境监测与评价项目(EMAP,EnvironmentalMonitoringandAssessmentProject)将生态质量评价定义为:评价是对EMAP获取数据的解释与评估,旨在回答关于生态资源健康状况的相关政策问题。生态质量评价是根据选定的指标体系和质量标准,运用恰当的方法评价某区域生态质量的优劣及其影响,通过评价准确反映某一时段内的生态质量状况[2]。而气象评价就是从气象角度所作的生态质量评价。生态质量的评价及其方法研究,国内外有关学者已经做了一些工作,但尚未形成统一的概念和原理。这些工作包括评价指标的确定、对生态质量优劣的评定、改善生态的对策与建议等,研究对象包括单个生态系统如森林生态系统、湿地生态系统等,也有综合性的生态系统如某个保护区,又或者对某个特定区域的生态质量的综合评价,一般以行政区划或景观布局为单位。尺度不同,研究方法也有所不同,常见的方法有综合评价法[3]、指数评价法[4]、模糊评价法[5]、人工神经网络评价法[6]、物元分析评价法[7]等,主要差别体现在评价指标的选择和量化上。吴秀芹等[8]以2000年的TM影像为数据源,在RS和GIS技术的支持下提取了土地利用程度及植被类型因子,对参评指标因子进行量化处理,结合地下水位对塔里木河下游典型区进行了景观生态质量综合评价。刘鲁君等[9]对县域尺度的生态质量评价方法进行了研究,石金莲等[10]选取自然性、代表性、多样性、稀有性、生态脆弱性、面积适宜性、人类威胁等指标对辽宁老秃顶子自然保护区进行了评价。这些研究所选的指标和对指标的权重都不一样,但研究思路具有相同点即经过指标选取-确定-权重-加权,最终得到综合评价值。本文根据福建具体的生态环境监测数据,遵循指标选择的代表性、全面性、综合性、简明性、方便性、适应性原则,选择湿润指数、植被覆盖指数、水体密度指数、土地退化指数、灾害指数5个因子对福建省生态质量进行气象方面的评价,旨在探讨生态质量气象评价方法,寻求生态质量评价的量化指标,同时提供各地生态质量的量值,以期为生态环境的保护提供参考。

1资料与方法

1•1自然概况

福建省位于东南沿海(115°50′-120°43′E,23°32′-28°19′N),东西宽约540km,南北长约550km,土地面积1•214×104km2,其中山地丘陵占80%以上。福建属亚热带海洋性季风气候,年平均气温15•2~21•8℃,各地年平均降雨量基本在1000mm以上,年日照时数1754~2482h,气候资源得天独厚。福建省背山临海,其陆域基本由海拔1000m以上的山地与浙江、广东隔开,因而地貌上和水系上成为相对独立的地理单元。相对独立的地貌、水系及相应的气候、土壤和植被使得生态环境也表现出很强的相对独立性。福建海域处于东海和南海的交界处,全区多为台湾海峡所占据,由于陆域丘陵山地与台湾山地的制约使海域本身的气候、地貌和生物生态环境特征都具有一定的独立性。由于缺乏金门县的相关数据,在进行生态评价时未将金门县考虑进去。

1•2资料及其来源

采用福建省2006年7-9月全省67个台站的地面气象观测资料计算各地湿润指数和灾害指数,数据包括月平均气温(℃)、月降水量(mm)、月平均10m风速(m/s)、月平均相对湿度(%)、月平均气压(mb)、饱和水汽压(mb)、灾害面积(hm2),由福建省气象台提供。水体密度指数、植被覆盖指数、土地退化指数各评价因子的面积、类别数据来源于福建省各地土地利用数据,由福建省农业资源综合数据库提供。

1•3评价模型的建立

采用模糊综合评价法,通过建立隶属函数,经模糊变换,给每个评价因子赋予一个非负实数,得到评价结果,再与评语集相对照,最终确定评价区域的优劣等级[11]。

1•3•1评价因子集遵循代表性、全面性、综合性、简明性、方便性、适应性原则,选择5个因子为评价因子,则评价因子集V={湿润指数,植被覆盖指数,水体密度指数,土地退化指数,灾害指数},然后采用文献[12]中的数据处理方法对各评价因子进行标准化。各评价因子定义如下:(1)湿润指数为降水量与潜在蒸散量的比值,是判断某一地区气候干、湿程度的指标。湿润指数K=R/ET,该指数能够客观地反映一地的水热平衡状况。按季度进行评价时,季度湿润指数K=Rs/(∑ETi),Rs为季度降水量,∑ETi为该季度三个月潜在蒸散量之和。根据文献[13],月平均潜在蒸散量ETi=22di(1•6+U1/2i)Woi(1-hi)P1/2i(273•2+ti)1/4其中,i是月份编号,Pi为月平均气压(mb),ti为月平均气温(℃),di是月天数,Ui是10m高度观测的月平均风速(m/s),Woi是温度为ti时的饱和水汽压(mb),hi是月平均相对湿度(%)。计算区域生态质量等级时,当K>1时,取K=1。(2)植被覆盖指数指被评价区域内林地、草地及农田三种土地类型面积占被评价区域面积的比重,用于反映被评价区域植被覆盖的程度。(3)水体密度指数指被评价区域内水域面积占被评价区域面积的比重,水域包括河流、湖泊、水库等。(4)土地退化指数指被评价区域内风蚀、水蚀、重力侵蚀、冻融侵蚀和工程侵蚀的面积占被评价区域面积的比重,是反映生态系统功能退化程度的一个重要指数。(5)灾害指数指单位面积上担负的灾害强度、频率等灾害总量,即评价区域内农田、森林等生态系统遭受气象灾害的面积占被评价区域面积的比重。

1•3•2评价因子权重由于不同的综合评价因子对农业资源可持续利用的影响是不一样的,因此需要对参评因子进行权重系数测定。各层次因子权重参照《生态质量气象评价规范(试行)》[13]、采用专家打分法取得,结果见表1。

1•3•3属性同一化根据不同属性因子对总体生态质量的影响方向不同,对全部因子属性进行正相化处理[14]。5项因子中有2项为负相因子(土地退化指数和灾害指数),其正相化指标=1-负相指标。

1•3•4生态综合评价指数根据权重集Q={0•25,0•3,0•2,0•15,0•1}和评价因子隶属函数值集合R={K,V,W,L,D},可计算得到生态综合评价指数其中,O为算子;i为各区域编号,本文i=1,2,3,…,67,Ai表示福建省各县(市)生态质量的综合评价值。