基于PSR模型的甘州区生态系统健康评价

王璐薇　王平

摘要：基于“压力-状态-响应”（PSR）模型，采取客观赋权法中的熵值法来评估指标权重，通过加权累计得到生态系统健康评价综合值。结果表明，甘州区生态系统健康综合指数在2006 — 2015年期间呈现整体缓慢上升、平稳发展的趋势。生态系统健康压力指数整体呈现上升趋势，到2015年达到0.325 1；生态系统健康状态指数经历了波动阶段，2015年上升到0.136 1；响应指数经历了前期小幅度波动后稳定上升，2015年上升至0.235 2。甘州区生态系统健康状况虽然持续好转，却处于“一般病态”状态。

关键词：生态系统评价；PSR模型；健康综合指数；甘州区

中图分类号：X826 文献标志码：A 文章编号：1001-1463（2018）07-0063-04

doi：10.3969/j.issn.1001-1463.2018.07.020

Abstract：Based on the “pressure-state-response”（PSR） model， the entropy method in the objective weighting method was used to evaluate the index weights， and the integrated value of the ecosystem health assessment was obtained through weighted cumulation. The results indicate that the comprehensive index of ecosystem health in the Ganzhou district exhibited an overall slow increase and steady development trend during 2006 to 2015. The ecosystem health pressure index went in an overall uptrend， reaching 0.325 1 in 2015； the ecosystem health status index experienced a wave of fluctuations and rose to 0.136 1 in 2015； the response index experienced a steady increase after a slight fluctuation in the previous period， and it rose to 0.235 2 in 2015. Although the state of ecosystem health in Ganzhou continues to improve， it is still in a state of “normal sickness”.

Key words：Ecosystem assessment；PSR model；Health status；Ganzhou district

近年来，我国生态环境问题频发，归根结底是土地利用对人类干扰的影响增大。当前在我国的土地政策持续强化集约节约用地的前提下，强调自然与人类的和谐发展，国家也适时地出台了一系列稳定增长、调整结构的用地政策，促进经济、社会与生态文明统一协调发展。然而，土地利用变化逐渐成为诱发全球变化的主要驱动力，也带来了一系列生态环境问题，如土地退化、土地荒漠化、林地和草地面积锐减、温室效应和生物多样性逐渐消失等。因此，如何保持生态系统健康发展成为国内外学者研究的重点和热点[1 - 2 ]。如赵帅等[3 ]以构造特征映射神经网络（SOM）为算法实现手段，从复杂系统结构演化的角度提出新的城市生態系统健康评价模型，不但在评估方法上具有先进性，在预测生态系统健康状态变化趋势上也极具潜力；谢飞等[4 ]采用主成分分析（PCA）与熵权法相结合的方法，在解决了赋权重复的基础上，很好地保证了评价结果的准确性。甘州区位于河西走廊腹地、古“丝绸之路”南北两线和“居延古道”交汇点上，南枕祁连山，北依合黎、龙首二山，全国第二大内陆河（黑河）横穿全境，形成了闻名遐迩的张掖绿洲，被誉为“塞上江南”。该区具得天独厚的区位优势，土地广袤，环境优美，资源丰富。但随着当地经济的发展和对土地的不合理利用，甘州区生态系统所面临的问题逐渐凸显出来，需要引起多方面的重视。我们借助于“压力—动态—响应”（PSR）模型对甘州区生态系统健康进行了评价[5 - 7 ]，现报道如下。

1 研究区概况

甘州区属于我国内陆河流域干旱半干旱的脆弱区域，区域内生态系统复杂，该流域属干旱的大陆性内陆气候区域，具有降水量少、降水变率大、年内分配不均、蒸发量大和干旱时段明显等特点。主要地貌为类丹霞地貌，是典型的温带大陆性气候。落叶旱生和盐生植物群落及零星的荒漠植物群落是其主要的天然植被。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

数据来源于甘州区2006 — 2015年相关统计年鉴和当地相关统计公报。

本文借鉴前人的研究成果并根据评价决策的实际需要，将生态系统健康综合指数从高到低排序反映健康状况从优到劣的变化，按照等问距分布将评价结果分为5个等级，分别为[0.8，1.0）处于很健康状态；[0.6，0.8）处于健康状态；[0.4，0.6）处于较健康状态；[0.2，0.4）处于一般病态状态；[0，0.2）处于病态状态[8 ]。

3 结果与分析

3.1 评价模型构建

本文采用“压力—状态—响应”（PSR）模型，在PSR框架内将生态问题表述为3个既有区别又相互联系的指标类型，压力指标从当前人口增长和经济发展压力出发，状态指标用以衡量人类行为导致生态系统的变化，响应指标是对这种压力和状态的回应，显示当前社会对减轻生态环境污染、破坏所做出的努力。考虑到甘州区的区位因素和经济因素，在独立性、可比性、科学性和实用性的原则下，特别选取能反映该地区生态系统状况的评价指标，如压力层的“人类干扰强度”、状态层的“灌溉指数”、响应层的“土地集约利用水平”。为了避免人为因素的影响，使指标权重确定更加具有科学性，采用客观赋权法中的熵值法来计算指标权重（表1）。

3.2 压力指数、状态指数及响应指数变化

根据上述生态系统健康评价指标体系和PSR模型，得出甘州区生态系统各分类指标的指数值和综合评价指数（表2、图1）。

3.2.1 压力指数 生态系统健康压力指数反映的是生态系统承受力理论值与实际值的对比，用以衡量研究区域的生态系统压力程度。由于生态系统处于不断地变化发展中，因此生态系统健康压力指数在不同区域或不同时期呈现多样的动态变化趋势。分析图1可得，生态系统健康压力指数的变化趋势分为3个阶段。第一阶段为缓慢上升阶段，生态系统健康压力指数从2006年的0上升到2012年的0.128 3。上升的原因是近年人口波动小，土地垦殖指数逐年缓慢增加，农民人均纯收入逐年缓慢增加，从事种植业的农户压力增加程度较小。例如，土地垦殖指数在2006年为0.107 9，在2012年上升到了0.135 7，上升幅度达到25.765%。第二阶段为波动阶段。2012 — 2013年，生态系统健康压力指数从0.128 3减速上升到0.147 2，上升幅度为14.731%。由于人口波动增大，人类干扰增强，土地垦殖率高，致使生态系统健康压力指数加速上升，2013 — 2014年生态系统健康压力指数从0.147 2加速上升到0.298 9。第三阶段为减速上升阶段。生态系统健康压力指数从2014年的0.298 9上升到2015年的0.325 1，主要原因是农业生产压力的增大，农民纯收入增加。

3.2.2 生态系统健康状态指数 健康状态指数指利用效率及与之相对的经济效益。从图1中可知，生态系统健康状态指数变化经历了3个发展阶段。第一阶段为缓慢上升阶段，生态系统健康状态指数由2006年的0.186 3到2009年的0.209 4，年均上升3.09%，表明人均耕地、人均GDP和灌溉指数都有所上升。其原因主要是2006年农业投入比例稍有下降，灌溉水资源富足，促进了生态系统健康的稳定。第二阶段为波动阶段，生态系统健康状态指数由2009年的0.209 4下降到2010年的0.205 8，年均下降1.67%。例如，灌溉指数和机械力投入比例分别从2009年的0.999 9和12.399 7下降到2010年的0.929 8和12.2131。2010 — 2013年，生态系统健康状态指数又由0.205 8上升到0.264 9，年均上升7.93%。该阶段上升的主要原因是灌溉指数和人均GDP都有所上升。第三阶段为剧烈波动阶段，生态系统健康状态指数从2013年的0.264 9下降到2014年的0.123 0，年均下降了54.63%。该阶段下降主要是因为灌溉指数下降，由2013年的1.000 0下降为2014年的0.666 7。2014 — 2015年生态健康指数又由0.123 0上升到0.136 1。主要表现在农药投入比例由2014年的6.334减少到2015年的6.268；人均GDP由2014年的2.925上升到2015年的3.085。同时，近年国家加大西部农业基础设施投入，增强防御自然灾害的能力，极大地提升了生态系统的健康状态。

3.2.3 生态系统健康响应指数 生态系统健康响应指数的变化经历了3个阶段。第一阶段为波动阶段，生态系统健康响应指数值由2006年的0.166 8下降到2007年的0.074 6；从2007年的0.074 6上升到2008年的0.108 1；又由2008年的0.108 1下降到2009年的0.098 1；从2009年的0.098 1上升到2010年的0.153 1；最后由2010年的0.153 1下降到2011年的0.147 2。这个阶段响应指数的增大和减小都是短暂性的，其主要原因是生态环境的恶化虽引起了国家的重视，但是治理的持续性不够。第二阶段为上升阶段，响应指数由2011年的0.147 2上升到2013年的0.271 1，上升了84.17%，年均上升42.09%。其原因主要是由于林地覆盖率和土地集约利用水平提高，有效保护了生态平衡，使生态系统健康压力减小。第三阶段为波动阶段，先由2013年的0.271 1下降到2014年的0.227 3；又从2014年的0.227 3上升到2015年的0.235 2。由此看出，农户生活水平的提升与生态系统健康响应呈正相关，即农户生活越富裕，响应越积极，对缓解压力越有帮助。

3.3 生态系统健康评价综合分析

根据综合评价模型可以得出甘州区2006 — 2015年生态系统的健康值。通过图1可以看出，甘州区生态系统健康的综合指数2006年处于“病态”状态，从2006年的0.118 9下降到2007年的0.093 2，生态系统健康有所恶化。2007 — 2011年，生态健康综合指数由0.093 2上升到0.184 3，虽然这6 a中甘州区的生态系统健康指数依然处于“病态”状态，但生态系统健康有所好转。2012年生态系统健康的综合指数上升为0.228 8，根据生态系统健康分级判断标准，开始处于“一般病态”状态。2012 — 2015年，生态系统健康的综合指数由0.228 8上升到0.232 1，总体来看，生态系统健康虽然处于“一般病态”状态，但生态系统健康状况是持续好转的，这与甘州区近年来的实际生态环境状况是相吻合的。

4 结论与讨论

分析评价表明，甘州区生态系统健康综合指数在2006 — 2015年呈现整体缓慢上升，平稳发展的趋势。生态系统健康压力指数经历了平稳上升、加速上升、又减速上升三个阶段，整体呈现上升趋势。2006 — 2012年上升至0.128 3，2012 — 2013年从0.128 3减速上升到0.147 2，2013 — 2014年生态系统健康压力指数从0.147 2加速上升到0.298 9，到2015年达到0.325 1。生态系统健康状态指数由2006年的0.186 3上升到2009年的0.209 4，2010年下降到0.205 8，直至2013年指数为0.264 9，2014年加速下降到0.123 0，2015年上升到0.136 1。响应指数经历了2006 — 2011年小幅度的波动期，2011 — 2013年逐步上升，由0.147 2上升到0.271 1，2013 — 2014年由0.271 1下降到0.227 3，直至2015年上升至0.235 2。

综上所述，甘州区生态系统健康状况虽然在持续好转，但仍处于“一般病态”状况应加大整改力度。随着农地压力的增大，应加大土地投入、减少农药投入比例、提升土地集约利用水平，逐步贯彻落实集约用地政策，坚持可持续发展理念，在增加土地产出、大力发展经济的同时，政府应出台相应的整改政策，加大对污染治理的投入，同时完善监督反馈机制，从根本上防止生态系统进一步被破坏，保护生态多样性。

参考文献：

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[4] 谢 飞，顾继光，林彰文. 基于主成分分析和熵权的水库生态系统健康评价—以海南省万宁水库为例[J]. 应用生态学报，2014（6）：1773-1779.

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[7] 张秀娟，周立华. 基于DFSR模型的北方农牧交错区生态系统健康评价：以宁夏盐池县為例[J]. 中国环境科学，2012，32（6）：1134-1140.

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（本文责编：陈 伟）