張 鑫，杜朝陽，蔡煥杰

（西北農(nóng)林科技大學(xué) 水利與建筑工程學(xué)院，陜西 楊陵712100）

20世紀(jì)80年代以來，隨著生態(tài)學(xué)的發(fā)展，特別是景觀生態(tài)學(xué)的興起。脆弱生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域的研究日趨活躍［1－3］。研究生態(tài)脆弱性的方法主要包括：模糊綜合評判法［4－6］、EFI（Ecological Frangibility Index）法［7］、層次分析（AHP）法［8］、主成分分析法［9］、基于RS與GIS的評價方法［10］、物元模型［11］等。生態(tài)脆弱性是指生態(tài)環(huán)境受到外界干擾作用超出自身調(diào)節(jié)范圍而表現(xiàn)出對干擾的敏感程度，其脆弱性由自然的系統(tǒng)內(nèi)部演變和人類活動所引起的，也就是它是自然系統(tǒng)和人文系統(tǒng)共同作用的結(jié)果。但是目前針對人文系統(tǒng)的脆弱性研究還不夠深入，如脆弱性的因果結(jié)構(gòu)、貧困與人文脆弱性的關(guān)系等也還需要深入探討［12］。生態(tài)脆弱性研究具有很強(qiáng)的地域性和綜合性，本文在構(gòu)建流域包含人文因素的生態(tài)脆弱性評價指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上，利用基于集對分析方法對生態(tài)脆弱性進(jìn)行評價，探討流域生態(tài)脆弱性評價的新思路。

1 研究區(qū)概況

選擇黃河的一級支流佳蘆河流域作為研究區(qū)。該流域地處毛烏素沙漠南緣，陜北黃土高原北端，發(fā)源于陜西榆林市榆陽區(qū)雙山鄉(xiāng)斷橋村，由西北向東南，至佳縣佳蘆鎮(zhèn)木廠灣村注入黃河，地理坐標(biāo)為東經(jīng)109°59′10″－110°30′00″，北緯37°59′18″－38°28′25″，流域面積1 134km2，水土流失面積高達(dá)1 125 km2。流域西北部屬片沙丘陵區(qū)，東南部為土石丘陵區(qū)，中南部為黃土丘陵區(qū)。流域多年平均氣溫10℃，多年平均降雨量395mm，年際變化大，年內(nèi)分布不均勻且多暴雨，主要集中在7－9月，汛期降雨量占到年降雨量的63.8%。佳蘆河多年平均流量2.85m3／s，平均含沙量168.5kg／m3，年輸沙量1 410萬t，其中7－9月輸沙量1 238萬t，占年總輸沙量的87.8%，輸沙量中大于0.05mm的粗沙占57.2%。流域自然植被很少，主要為人工林草，生態(tài)環(huán)境比較脆弱。佳蘆河流域包括榆林市榆陽區(qū)和佳縣的11個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，206個行政村，14.8萬人，人口密度為131人／km2，其中農(nóng)業(yè)人口13.3萬人。2005年流域共完成國內(nèi)生產(chǎn)總值4.72億元，人均GDP 3 185元，第一、第二、第三產(chǎn)業(yè)增加值分別為：3.03億元、0.17萬元、1.52億元，一、二、三產(chǎn)業(yè)增加值之比為：64∶4∶32。

2 生態(tài)脆弱性指標(biāo)體系

依據(jù)目的性、代表性、整體性、科學(xué)性和可操作性的原則，結(jié)合佳蘆河流域的現(xiàn)狀，構(gòu)建佳蘆河流域生態(tài)脆弱性的評價指標(biāo)體系。以自然環(huán)境因素為主，綜合考慮人類活動因素，兼顧指標(biāo)的可操作性和可比性，最終選取了14項(xiàng)指標(biāo)作為該流域本次生態(tài)脆弱性評價指標(biāo)體系，對該流域生態(tài)脆弱性進(jìn)行分析和綜合評價（見表1）。

表1 佳蘆河流域生態(tài)脆弱性評價指標(biāo)

由于國內(nèi)外均無統(tǒng)一的生態(tài)脆弱性及其相關(guān)指標(biāo)的評價標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)全國、陜西省、榆林市等各類指標(biāo)的取值范圍，參照該流域規(guī)劃以及咨詢專家意見后形成如下評價指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)取值范圍，并進(jìn)行灰類劃分，分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類，其類別級數(shù)越小，表示脆弱性的程度越大：Ⅰ表示高度脆弱、Ⅱ表示中度脆弱、Ⅲ表示低度脆弱。

3 評價方法

由趙克勤于1989年提出的集對分析法［14］（Set Pair Analysis，SPA）的核心思想是對不確定性系統(tǒng)中的兩個有關(guān)聯(lián)的集合構(gòu)造為集對，對集對的某特性做同一性、差異性、對立性分析，然后建立集對的同異反聯(lián)系度。

根據(jù)所討論問題需要對集合A（x1，x2，…，xN）和集合B（y1，y2，…，yN）所組成的集對 H＝（A，B）展開分析。共得到N個特性，其中有S個特性為A、B所共有，P個特性相對立，其余F＝N－S－P個相異，一般稱：S／N為集合A與集合B在所論問題下的同一度，簡記為a；F／N為集合A與集合B在所論問題下的差異度，簡記為b；P／N為集合A與集合B在所論問題下的對立度，簡記為c。為全面刻畫兩個集合A、B總的聯(lián)系狀況，用聯(lián)系度μ（A，B）表示如式（1）。

式中：i——差異度系數(shù)；j——對立系數(shù)。

表2 佳蘆河流域生態(tài)脆弱性評價標(biāo)準(zhǔn)

將集對分析方法應(yīng)用于生態(tài)脆弱性綜合評價。將評價流域各項(xiàng)定量指標(biāo)組成一個集合；將佳蘆河流域生態(tài)環(huán)境脆弱性標(biāo)準(zhǔn)相應(yīng)指標(biāo)組成另外一個集合。這兩個集合構(gòu)成一個集對。設(shè)相應(yīng)Ⅰ級標(biāo)準(zhǔn)的集合為BⅠ，相應(yīng)Ⅱ級標(biāo)準(zhǔn)的集合為BⅡ，相應(yīng)Ⅲ級標(biāo)準(zhǔn)的集合為BⅢ；同時設(shè)評價地區(qū)的集合為A，這樣在流域生態(tài)脆弱性評價指標(biāo)特性上以聯(lián)系度μ（A，BⅠ）表示評價地區(qū)和Ⅰ級標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系；以聯(lián)系度μ（A，BⅡ）表示評價地區(qū)和Ⅱ級標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系；以聯(lián)系度μ（A，BⅢ）表示評價地區(qū)和Ⅲ級標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系；在評價過程中，如要比較集合A是接近集合BⅠ或BⅡ或BⅢ，只要比較聯(lián)系度μ（A，BⅠ）、μ（A，BⅡ）和μ（A，BⅢ）三者的大小便可確定。若μ（A，BⅠ）＞μ（A，BⅡ），則A就評價為接近BⅠ集合。

4 結(jié)果分析

確定的聯(lián)系度實(shí)際運(yùn)算中要考慮同異反的判別標(biāo)準(zhǔn)。本文采取的判別標(biāo)準(zhǔn)是：當(dāng)評價因子處于級別范圍內(nèi)時認(rèn)為是同一（S）；當(dāng)評價因子處于相隔的標(biāo)準(zhǔn)級別中，認(rèn)為是對立（P）；當(dāng)評價因子處于相鄰的標(biāo)準(zhǔn)級別中，則認(rèn)為是異（F）［15］。

2005年佳蘆河流域生態(tài)脆弱性評價指標(biāo)的具體值見表3。

表3 2005年佳蘆河流域生態(tài)脆弱性評價指標(biāo)值

根據(jù)佳蘆河流域各指標(biāo)2005年的具體數(shù)據(jù)與指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值，根據(jù)公式（1）可以得到：

①在μ（A，BⅠ）中S＝8，F(xiàn)＝5，P＝1

②在μ（A，BⅡ）中S＝5，F(xiàn)＝9，P＝0

③在μ（A，BⅢ）中S＝1，F(xiàn)＝5，P＝8

據(jù)集對分析原理，j＝－1，因此μ的計算關(guān)鍵是i如何取值。理論上i在［－1，1］，實(shí)際上，不同角度、不同性質(zhì)問題和不同觀點(diǎn)均影響i取值。目前有幾種取值方法［1］。另外還有一種比例法，結(jié)合本文所研究的問題，選i＝0和i＝（a－c）／（a＋c）兩種情況，第一種情況是在計算μ值時不考慮相異部分，主要計及起關(guān)鍵作用的“同”和“反”部分。第二種情況是考慮將相異部分按同與反所占的比例分配到同和異的部分。根據(jù)這些原則計算不同評價指標(biāo)因子對佳蘆河流域生態(tài)脆弱性綜合評價標(biāo)準(zhǔn)集合的聯(lián)系度。見表4。

表4 聯(lián)系度μ的計算

由集對分析計算得到聯(lián)系度

①i＝0時，μ（A，BⅠ）＝0.5，μ（A，BⅡ）＝0.357，μ（A，BⅢ）＝－0.5

得μ（A，BⅠ）＞μ（A，BⅡ）＞μ（A，BⅢ）

得出μ（A，BⅠ）為最大表明佳蘆河流域的生態(tài)指標(biāo)特征值與Ⅰ級評價標(biāo)準(zhǔn)接近，即該流域的生態(tài)脆弱性處于高度脆弱狀態(tài)。

得μ（A，BⅡ）＞μ（A，BⅠ）＞μ（A，BⅢ）

由于i這樣取值時，無論a、c取何值μ（A，BⅡ）恒為1，所以采用級間比較進(jìn)行評價。因?yàn)棣蹋ˋ，BⅠ）比μ（A，BⅢ）更為接近μ（A，BⅡ），表明佳蘆河流域生態(tài)處于Ⅰ～Ⅱ之間，該流域生態(tài)處于比較高的脆弱區(qū)。

由以上結(jié)果看出不論差異度系數(shù)i取何值，各評價結(jié)果一致，佳蘆河流域生態(tài)處于脆弱狀態(tài)。

5 結(jié)論

黃土高原是黃河泥沙的主要來源。佳蘆河流域位于陜北黃土高原丘陵溝壑區(qū)，是多沙粗沙區(qū)，也是生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)。

（1）通過分析影響佳蘆河流域生態(tài)脆弱性的因素，從成因和表現(xiàn)結(jié)果兩個方面構(gòu)建了佳蘆河流域生態(tài)脆弱性評價指標(biāo)體系，并將人口素質(zhì)等人文信息納入生態(tài)脆弱性指標(biāo)體系。

（2）利用集對分析方法對佳蘆河流域生態(tài)脆弱性進(jìn)行了評價。結(jié)果表明：當(dāng)i＝0時，聯(lián)系度μ（A，BⅠ）最大，為0.5，說明該流域的生態(tài)脆弱性處于高度脆弱狀態(tài)；當(dāng)i＝（a－c）／（a＋c）時，無論a、c取何值μ（A，BⅡ）恒為1，采用級間比較進(jìn)行評價，因?yàn)棣蹋ˋ，BⅠ）比μ（A，BⅢ）更為接近μ（A，BⅡ），表明佳蘆河流域生態(tài)處于Ⅰ～Ⅱ之間，該流域生態(tài)處于比較高的脆弱狀態(tài)。

（3）將集對分析方法引入到流域生態(tài)脆弱性綜合評價中，豐富和改進(jìn)了流域生態(tài)脆弱性的評價理論和方法。集對分析法以聯(lián)系度為核心，在處理不確定性問題時，具有計算方便、方法簡單，評判結(jié)果客觀、合理等特點(diǎn)；不足之處在于“集對”的數(shù)學(xué)本質(zhì)、“聯(lián)系度”的確定等理論問題仍需要進(jìn)行更深入的研究，如差異度系數(shù)i和對立度系數(shù)j的取值問題等。

［1］ 牛文元.生態(tài)環(huán)境脆弱帶Ecotone的基礎(chǔ)判定［J］.生態(tài)學(xué)報，1989，9（2）：97－105.

［2］ 常學(xué)禮，趙愛芬，李勝功.生態(tài)脆弱帶的尺度與等級特征［J］.中國沙漠，1999，19（2）：115－119.

［3］ 王讓會，游先祥.西部干旱內(nèi)陸河流域脆弱生態(tài)環(huán)境研究進(jìn)展［J］.地球科學(xué)進(jìn)展，2000，16（1）：39－44.

［4］ 馮利華.生態(tài)環(huán)境脆弱度的模糊綜合評判［J］.國土開發(fā)與整治，1999（2）：59－63.

［5］ 王言榮，郝永紅，劉潔.山西省生態(tài)環(huán)境脆弱性分析［J］.中國水土保持，2004（12）：16－18.

［6］ 劉茹，張晶晶，雷蕾.岷江上游生態(tài)脆弱性的模糊評價［J］.資源開發(fā)與市場，2006，22（6）：500－501.

［7］ 王讓會，樊自會.塔里木河流域生態(tài)脆弱性評價研究［J］.干旱環(huán)境監(jiān)測，1998，12（4）：39－44.

［8］ 張祚，李江風(fēng)，黃琳，等.基于AHP對生態(tài)脆弱性的灰色綜合評價方法：以湖南省臨湘市為例［J］.資源開發(fā)與市場，2007，23（4）：305－307.

［9］ 馮利華，黃亦君.生態(tài)環(huán)境脆弱度的綜合評價［J］.熱帶地理，2003，23（2）：102－114.

［10］ 張紅梅，沙晉明.基于RS與GIS的福州市生態(tài)環(huán)境脆弱性研究［J］.自然災(zāi)害學(xué)報，2007，16（2）：133－137.

［11］ 張鑫，蔡煥杰，王化齊.民勤綠洲生態(tài)環(huán)境脆弱性模糊物元分析評價［J］.干旱區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2009，27（1）：195－199.

［12］ 王小丹，鐘祥浩.生態(tài)環(huán)境脆弱性概念的若干問題探討［J］.山地學(xué)報，2003，2（增刊）：21－25.

［13］ 張祚，李江風(fēng)，黃琳，等.基于AHP對生態(tài)脆弱性的灰色綜合評價方法研究：以湖南臨湘市為例［J］.資源環(huán)境與發(fā)展，2007（2）：13－17.

［14］ 趙克勤.集對分析及其初步應(yīng)用［M］.杭州：浙江科學(xué)技術(shù)出版社，2000.

［15］ 萬星，周建中.岷江上游生態(tài)脆弱性綜合評價的集對分析［J］.中國農(nóng)村水利水電，2006（12）：33－35.