清河流域水生態(tài)系統(tǒng)功能評(píng)價(jià)及主要驅(qū)動(dòng)因子識(shí)別

趙璐璐　李艷紅　惠婷婷　苑芷茜　賈文娟

(遼寧省環(huán)境監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)中心，遼寧 沈陽(yáng)　110161)

清河流域水生態(tài)系統(tǒng)功能評(píng)價(jià)及主要驅(qū)動(dòng)因子識(shí)別

趙璐璐李艷紅惠婷婷苑芷茜賈文娟

(遼寧省環(huán)境監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)中心，遼寧 沈陽(yáng)110161)

【摘要】以遼寧省鐵嶺市清河流域?yàn)檠芯繀^(qū)，構(gòu)建了包括4大類16個(gè)因子的水生態(tài)系統(tǒng)功能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并結(jié)合2000-2007年研究區(qū)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，綜合運(yùn)用主成分分析法，熵權(quán)綜合指數(shù)法和相關(guān)性分析法對(duì)研究區(qū)水生態(tài)系統(tǒng)功能進(jìn)行評(píng)價(jià)并識(shí)別主要驅(qū)動(dòng)因子，結(jié)果表明：信息功能>生產(chǎn)功能>調(diào)節(jié)功能>生境功能，主要驅(qū)動(dòng)因子為：水質(zhì)綜合污染指數(shù)、底棲動(dòng)物多樣性指數(shù)、藻類多樣性指數(shù)、GDP、糧食總產(chǎn)量、水產(chǎn)品產(chǎn)量、綠化覆蓋率和旅游收入，評(píng)價(jià)結(jié)果為功能分區(qū)和水資源合理利用、地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了參考和依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】清河流域；水生態(tài)系統(tǒng)功能；驅(qū)動(dòng)因子

中圖分類號(hào)：X21

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：碼：A

文章編號(hào)：號(hào)：1673-288X(2015)05-0159-03

Abstract：A system of candidate indices，including 4 classes and 16 factors，was set based on the basic data collected from Qing River Basin in 2000-2007.Principal component analysis，entropy methods and correlation analysis were used to evaluate the function. The results showed that information function was stronger than production function，regulation function and habitat function，which would provide useful information and foundation for functional division，reasonable use of water and economic development.

Keywords：qing river basin；aquatic ecosystem function；driving factor

作者簡(jiǎn)介：黃玉源，教授，博士，主要從事城市生態(tài)、生態(tài)經(jīng)濟(jì)與植物生態(tài)研究

1引言

我國(guó)傳統(tǒng)的河流及流域管理是在行政單元?jiǎng)澐值幕A(chǔ)上實(shí)行按區(qū)管理，但從生態(tài)學(xué)角度來(lái)講這并不科學(xué)，故而近年來(lái)一些學(xué)者試圖從生態(tài)系統(tǒng)功能角度入手，將河流及流域進(jìn)行分區(qū)管理[1]，這就需要將生態(tài)系統(tǒng)功能進(jìn)行分類識(shí)別。本文以遼寧省鐵嶺市清河流域?yàn)檠芯繀^(qū)，對(duì)水生態(tài)系統(tǒng)功能進(jìn)行分類，并識(shí)別其強(qiáng)弱和主要驅(qū)動(dòng)因子，一方面為功能分區(qū)提供參考，另一方面為水資源的合理利用和地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供依據(jù)。

2研究區(qū)概況

清河流域位于我國(guó)遼寧省鐵嶺市東北部，鐵嶺市清河區(qū)、開(kāi)原市、西豐縣和撫順市清原縣轄區(qū)內(nèi)，流域面積5674.28km2，屬丘陵地區(qū)，大部分屬農(nóng)耕地[2]。

3評(píng)價(jià)指標(biāo)與方法

3.1　評(píng)價(jià)指標(biāo)體系與數(shù)據(jù)來(lái)源

水生態(tài)系統(tǒng)功能是指水生態(tài)系統(tǒng)及其生態(tài)過(guò)程所形成及所維持的人類賴以生存的自然環(huán)境條件與效用[3]。基于Groot 對(duì)生態(tài)系統(tǒng)功能的定義和4種基本類型劃分[4]，借鑒Costanza 等1997 年關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究成果[5-6]，結(jié)合研究區(qū)實(shí)際，依據(jù)主導(dǎo)性、科學(xué)性和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的可獲取性等原則篩選評(píng)價(jià)指標(biāo)，建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系見(jiàn)表1。分析所用數(shù)據(jù)來(lái)源于2000-2007 年《遼寧統(tǒng)計(jì)年鑒》、《遼寧經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)年鑒》、《遼寧省環(huán)境質(zhì)量報(bào)告書》。個(gè)別年份缺失數(shù)據(jù)依實(shí)際情況取均值替代或參照臨近年份賦值。

表1　清河流域水生態(tài)系統(tǒng)功能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

3.2　評(píng)價(jià)方法

首先運(yùn)用主成分分析法對(duì)四組因子層指標(biāo)，即A11～A18、A21～A23、A31～A33、A41～A42分別進(jìn)行分析[7-9]，得到目標(biāo)層2四種功能的評(píng)價(jià)結(jié)果，然后應(yīng)用熵權(quán)綜合指數(shù)法[7]對(duì)其進(jìn)行客觀賦權(quán)，計(jì)算綜合得分，得到目標(biāo)層1清河流域水生態(tài)系統(tǒng)功能得分，進(jìn)而計(jì)算目標(biāo)層2與目標(biāo)層1的相關(guān)系數(shù)[10-12]，得到功能強(qiáng)弱排序，最后進(jìn)行目標(biāo)層1與因子層數(shù)據(jù)的相關(guān)性分析，得出清河流域水生態(tài)系統(tǒng)功能主要驅(qū)動(dòng)因子。

4結(jié)果與討論

4.1　主成分分析(以調(diào)節(jié)功能為例)

將數(shù)據(jù)進(jìn)行“正向化”、“標(biāo)準(zhǔn)化”處理，標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)記作ZA11-ZA18。對(duì)A11-A18進(jìn)行主成分分析可得到主成分的特征值和方差貢獻(xiàn)率，依據(jù)累積方差貢獻(xiàn)率≥85%的原則，確定主成分個(gè)數(shù)為4。計(jì)算初始因子載荷矩陣，得到主成分表達(dá)式為：

F1=0.490*ZA11+0.530*ZA12-0.100*ZA14-0.010*ZA15-0.320*ZA16-0.360*ZA17+0.480*ZA18

F2=0.210*ZA11+0.180*ZA12+0.530*ZA13+0.600*ZA14+0.310*ZA15+0.250*ZA16+0.330*ZA17+0.140*ZA18

F3=-0.100*ZA11-0.170*ZA12-0.360*ZA13-0.010*ZA14+0.650*ZA15-0.460*ZA16+0.360*ZA17+0.180*ZA18

F4=-0.170*ZA11-0.250*ZA12-0.380*ZA13+0.380*ZA14+0.070*ZA15+0.440*ZA16-0.440*ZA17+0.480*ZA18

以方差貢獻(xiàn)率為主成分權(quán)重則調(diào)節(jié)功能FA1表達(dá)式為：

FA1=0.34287*F1+0.28992*F2+0.21702*F3+0.08284*F4

以此類推，生境功能FA2、生產(chǎn)功能FA3、信息功能FA4計(jì)算得到評(píng)價(jià)結(jié)果

4.2　熵權(quán)綜合指數(shù)法分析

進(jìn)行數(shù)據(jù)“正向化”處理，計(jì)算各指標(biāo)對(duì)全部樣本的比重、熵值和熵權(quán)，見(jiàn)表2。

表2　各指標(biāo)熵值和熵權(quán)

則清河流域水生態(tài)系統(tǒng)功能綜合得分FA表達(dá)式為：

FA=0.19*FA1+0.25*FA2+0.32*FA3+0.25*FA4

4.3　相關(guān)性分析

進(jìn)行正態(tài)分布檢驗(yàn)得FA、FA1、FA2、FA3、FA4均符合正態(tài)分布，計(jì)算pearson相關(guān)系數(shù)，結(jié)果見(jiàn)表3，根據(jù)相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值大小得出功能強(qiáng)弱排序。

表3　FA與FA1、FA2、FA3、FA4的相關(guān)系數(shù)

清河流域水生態(tài)系統(tǒng)功能評(píng)價(jià)結(jié)果為：信息功能>生產(chǎn)功能>調(diào)節(jié)功能>生境功能。

同理，先進(jìn)行正態(tài)分布檢驗(yàn)，再計(jì)算FA與ZA11-ZA42的相關(guān)系數(shù)，結(jié)果見(jiàn)表4。根據(jù)相關(guān)性分析結(jié)果，認(rèn)為相關(guān)系數(shù)值大于0.8為顯著相關(guān)，則清河流域水生態(tài)功能主要驅(qū)動(dòng)因子為：水質(zhì)綜合污染指數(shù)、底棲動(dòng)物多樣性指數(shù)、藻類多樣性指數(shù)、GDP、糧食總產(chǎn)量、水產(chǎn)品產(chǎn)量、綠化覆蓋率、旅游收入。

表4　FA與ZA11-ZA42的相關(guān)系數(shù)

5結(jié)論

(1)將遼寧省鐵嶺市清河流域水生態(tài)系統(tǒng)功能分為調(diào)節(jié)、生境、生產(chǎn)、信息4大類。其中調(diào)節(jié)功能選取空氣綜合污染指數(shù)、年均氣溫、年均降水量等8個(gè)因子；生境功能選取藻類多樣性指數(shù)和底棲動(dòng)物多樣性指數(shù)3個(gè)因子；生產(chǎn)功能選取GDP、水產(chǎn)品產(chǎn)量和糧食總產(chǎn)量3個(gè)因子；信息功能選取綠化覆蓋率和旅游收入2個(gè)因子作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。構(gòu)建出清河流域水生態(tài)系統(tǒng)功能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

(2)利用2000-2007年基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，綜合運(yùn)用主成分分析法、熵權(quán)綜合指數(shù)法和相關(guān)性分析法，識(shí)別出遼寧省遼河流域水生態(tài)系統(tǒng)功能強(qiáng)弱和主要驅(qū)動(dòng)因子，即信息功能>生產(chǎn)功能>調(diào)節(jié)功能>生境功能，主要驅(qū)動(dòng)因子為水質(zhì)綜合污染指數(shù)、底棲動(dòng)物多樣性指數(shù)、藻類多樣性指數(shù)、GDP、糧食總產(chǎn)量、水產(chǎn)品產(chǎn)量、綠化覆蓋率和旅游收入。

(3)功能強(qiáng)弱和主要驅(qū)動(dòng)因子的識(shí)別結(jié)果，為從生態(tài)系統(tǒng)功能角度進(jìn)行河流及流域分區(qū)管理提供了依據(jù)?？蓪⒀芯繀^(qū)按照生態(tài)系統(tǒng)4大類功能分區(qū)，依據(jù)地理空間上生態(tài)系統(tǒng)功能強(qiáng)弱制定不同的地方發(fā)展戰(zhàn)略，揚(yáng)長(zhǎng)避短，使管理更加科學(xué)，同時(shí)達(dá)到生態(tài)效益，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的最大化。

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Assessment of Aquatic Ecosystem Function of Qing River

Basin and the Main Factors

ZHAO LuluLI YanhongHUI TingtingYUAN ZhiqianJIA Wenjuan

(Environmental Monitoring Testing Center of Liaoning Province，Shenyang 110161，China)

《環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展》學(xué)術(shù)影響因子逼近2.000

位列環(huán)境保護(hù)部主管期刊第一名

在全國(guó)收錄環(huán)境科學(xué)類66種期刊中排位第六名

據(jù)知網(wǎng)2014年12月16日發(fā)布的《中國(guó)學(xué)術(shù)期刊影響因子年報(bào)(自然科學(xué)與工程技術(shù)(2014版)》，我刊學(xué)術(shù)影響因子顯著大幅度提高。由2011年0.831和2012年1.030，提高到2013年逼近2.000大關(guān)，為1.971，名列環(huán)境保護(hù)部主管期刊第一名。在全國(guó)收錄環(huán)境科學(xué)類66種期刊中排位第6名，其中2012年位列全國(guó)第18名，2011年第29名，2010年第33名。

項(xiàng)目資助：深圳市人居環(huán)境委員會(huì)項(xiàng)目(SZGX2012118F-SCZJ)；深圳市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站委托項(xiàng)目(D1141320)

引用文獻(xiàn)格式：黃玉源.以南寧市為例分析實(shí)施生態(tài)經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略的重大效益[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2015，40(5)：162-164.