程飛陽(yáng)，張 咪，袁宏俊

(安徽財(cái)經(jīng)大學(xué)1.金融學(xué)院;2.統(tǒng)計(jì)與應(yīng)用數(shù)學(xué)學(xué)院，安徽 蚌埠233030)

0 引 言

近年來(lái)人為干擾的不斷加重，使得荒漠區(qū)生態(tài)退化程度日益嚴(yán)重，依賴于植物生存的動(dòng)物種群和群落格局隨之受到了明顯的影響［1］.首先，為了分析生態(tài)退化的影響程度，對(duì)動(dòng)植物關(guān)系進(jìn)行了研究.然后，對(duì)生態(tài)退化的主要評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行分類，一類是植被退化，另一類是動(dòng)物退化.植被退化主要反映在植物因子的退化上，有植物的高度、密度和生物量，而動(dòng)物退化主要反映在動(dòng)物的多樣性和穩(wěn)定性上，綜合各項(xiàng)指標(biāo)并建立評(píng)價(jià)體系對(duì)生態(tài)退化程度進(jìn)行分類.最后，再針對(duì)生態(tài)恢復(fù)［2］提供量化改進(jìn)措施.［3］

1 群落穩(wěn)定性定量分析

1.1 建模分析

整理三種嚙齒動(dòng)物的數(shù)量以及總量的原始數(shù)據(jù)，計(jì)算不同月份和放牧方式下動(dòng)物數(shù)量的離差，通過(guò)其大小來(lái)反映穩(wěn)定性，離差越大，穩(wěn)定性越弱.基于穩(wěn)定性的分析，分別針對(duì)過(guò)牧區(qū)的小毛足鼠與輪牧區(qū)的子午沙鼠，通過(guò)離差的關(guān)聯(lián)度分析法研究生態(tài)退化對(duì)群落穩(wěn)定性的影響.

1.2 模型的建立與求解

1.2.1 離差分析

求出離差的平方和，其中σq為標(biāo)準(zhǔn)差，n－1 為自由度，在EVIEWS 的描述統(tǒng)計(jì)中，可以很快查找到相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì)算得到結(jié)果.

通過(guò)計(jì)算可以將結(jié)果整理為表1:

表1 7 月，10 月過(guò)牧區(qū)、輪牧區(qū)、開(kāi)墾區(qū)動(dòng)物量離差值

表1 7 月，10 月過(guò)牧區(qū)、輪牧區(qū)、開(kāi)墾區(qū)動(dòng)物量離差值

三趾跳鼠 子午沙鼠 小毛足鼠 嚙齒總動(dòng)量物過(guò)牧 7 月 45.90 78.34 120.02 211.57 10 月 40.91 42.77 38.40 92.40輪牧 7 月 52.93 143.59 66.04 201.57 10 月 20.43 126.23 9.05 123.30開(kāi)墾 7 月 39.32 69.57 52.57 143.67 10 月 4.87 33.87 8.90 37.44

如表1 所示，嚙齒動(dòng)物的穩(wěn)定性受月份的影響要大些，受放牧方式的影響稍微顯得弱些.而從三種主要的鼠類來(lái)看，三趾跳鼠在不同人為干擾方式下較穩(wěn)定，而在過(guò)牧區(qū)，小毛足鼠的量最不穩(wěn)定;在輪牧區(qū)，子午沙鼠的量最不穩(wěn)定;三趾跳鼠動(dòng)物量的離差值相對(duì)于子午沙鼠和小毛足鼠在三個(gè)地區(qū)的動(dòng)物量離差值來(lái)看數(shù)值較小且三個(gè)地區(qū)的離差值相差不大，可認(rèn)為三趾跳鼠的量在三個(gè)地區(qū)都較為穩(wěn)定.

1.2.2 關(guān)聯(lián)分析［4］

在離差分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，選取對(duì)不同小鼠生物量變化影響最大的植物因子量.由于在離差分析中三趾跳鼠在不同地區(qū)生物量都較為穩(wěn)定，故只選取對(duì)小毛足鼠、子午沙鼠影響較強(qiáng)的過(guò)牧區(qū)和輪牧區(qū)兩個(gè)參考數(shù)列x小毛足鼠={4.97，1.35}，x子午沙鼠={6.58，4.06}.分別在過(guò)牧區(qū)和輪牧區(qū)，研究7，10月份兩種小鼠與八種植物因子量的離差關(guān)聯(lián)度系數(shù)，整理結(jié)果如表2.

表2 過(guò)牧區(qū)小毛足鼠、輪牧區(qū)子午沙鼠與植物因子量關(guān)聯(lián)度系數(shù)表

從表2 得出結(jié)論:過(guò)牧區(qū)，小毛足鼠量與草本的密度變化的相關(guān)性強(qiáng);在輪牧區(qū)，子午沙鼠量與草本的蓋度變化的相關(guān)性強(qiáng).

2 生態(tài)退化程度模糊綜合評(píng)價(jià)

2.1 建模準(zhǔn)備

對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)退化程度的評(píng)估，采用模糊綜合評(píng)價(jià)模型［5］.從已有數(shù)據(jù)表信息中，可以分析出生態(tài)退化的指標(biāo)，從而建立指標(biāo)評(píng)價(jià)體系.該指標(biāo)評(píng)價(jià)體系由10 個(gè)指標(biāo)構(gòu)成，分別為草本高度、草本蓋度、草本密度、草本生物量、灌木高度、灌木蓋度、灌木密度、灌木生物量、動(dòng)物穩(wěn)定性、動(dòng)物多樣性.首先建立相對(duì)偏差模糊矩陣，然后通過(guò)變異系數(shù)法計(jì)算出各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重，從而建立模糊綜合評(píng)價(jià)模型.最后，通過(guò)構(gòu)建隸屬度函數(shù)將生態(tài)退化等級(jí)劃分為輕度退化、半退化和退化，將綜合評(píng)價(jià)值代入函數(shù)，通過(guò)最大隸屬度原則，對(duì)不同地區(qū)進(jìn)行生態(tài)退化程度的劃分［6］.

2.2 模型的建立與求解

2.2.1 建立相對(duì)偏差模糊矩陣［7］

1)設(shè)Φ={φ1，φ2，…，φn}是待評(píng)價(jià)的n 種干擾方式，V={v1，v2，…，vm}是評(píng)價(jià)指標(biāo)因素集合，將Φ 中的每一種干擾方式用V 中的每個(gè)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià).草本高度、草本蓋度、草本密度、草本生物量、灌木高度、灌木蓋度、灌木密度、灌木生物量分別用其平均值來(lái)衡量，動(dòng)物多樣性用小鼠的種數(shù)來(lái)表示，動(dòng)物穩(wěn)定性用三種小鼠數(shù)量的變化量的絕對(duì)值來(lái)表示.通過(guò)對(duì)原始數(shù)據(jù)的處理，得到一個(gè)觀測(cè)值矩陣A.

i=1，2，…，10;j=1，2，3

3)建立相對(duì)偏差模糊矩陣:

其中，

2.2.2 變異系數(shù)法計(jì)算權(quán)重

各指標(biāo)權(quán)重為

2.2.3 建立模糊綜合評(píng)價(jià)模型

分別計(jì)算出F 值，得

由于相對(duì)偏差模糊矩陣是成本型矩陣，若Ft＜Fs，則表明t 方案在s 方案之前，由此可得生態(tài)退化程度的排名:過(guò)牧輪牧開(kāi)墾.

2.2.4 基于值的隸屬度函數(shù)的構(gòu)建

由F 的范圍可以劃分為如表1 所示的三個(gè)等級(jí):

表3 生態(tài)退化等級(jí)主觀劃分表

建立以下隸屬度函數(shù):

將計(jì)算出的值代入隸屬度函數(shù)得出如表4 所示結(jié)果，根據(jù)最大隸屬度原則對(duì)各地區(qū)生態(tài)退化程度進(jìn)行歸類:

表4 生態(tài)退化程度隸屬情況表

過(guò)牧區(qū) 0 0.332 0.668 0.668退化輪牧區(qū) 0.096 0.904 0 0.904 半退化開(kāi)墾區(qū) 0.196 0.804 0 0.804半退化

可得出結(jié)論，開(kāi)墾區(qū)和輪牧區(qū)處于生態(tài)半退化狀態(tài)，過(guò)牧區(qū)處于生態(tài)退化狀態(tài).

3 生態(tài)改進(jìn)措施的可行性分析［8］

3.1 建模準(zhǔn)備

基于定性分析，在過(guò)牧區(qū)，草本植被的多少是影響荒漠地區(qū)生態(tài)退化的主要因素，改變草本植被的數(shù)量來(lái)研究生態(tài)恢復(fù);在輪牧區(qū)，數(shù)據(jù)表中的相關(guān)指標(biāo)中沒(méi)有突出的變化，改變?nèi)斯ぶ脖坏臄?shù)量來(lái)研究生態(tài)恢復(fù)［9］;在開(kāi)墾區(qū)，人為的改變土地生物種類使開(kāi)墾地區(qū)生物多樣性嚴(yán)重減少，人為干擾對(duì)生物多樣性影響研究生態(tài)恢復(fù)［10］.在分析對(duì)指標(biāo)因素進(jìn)行改進(jìn)后是否可以得到預(yù)期效果的問(wèn)題上，可以引入可行性分析模型.該模型基于指標(biāo)的分析，得出措施的途徑，將改進(jìn)措施的實(shí)施方式具體量化為在原有數(shù)據(jù)上進(jìn)行直接的變化，變化量為標(biāo)準(zhǔn)差及標(biāo)準(zhǔn)差的倍數(shù)，從而得出新的數(shù)據(jù).然后對(duì)新數(shù)據(jù)進(jìn)行同樣分析，比較不同增加量下值的變化趨勢(shì)，再通過(guò)比較，判斷可行性.

圖1 不同地區(qū)采取改進(jìn)措施后的F 值變化趨勢(shì)圖

3.2 模型的建立與求解

假設(shè)原始數(shù)據(jù)矩陣為:

針對(duì)方案t(1 ≤t ≤m)進(jìn)行改進(jìn)后，得到變化后的數(shù)據(jù)矩陣:

其中i 為由變化后數(shù)據(jù)組成的向量的個(gè)數(shù)，σ為各項(xiàng)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)差，m 代表方案，n 代表各項(xiàng)指標(biāo)，v 代表發(fā)生變化的指標(biāo)個(gè)數(shù)(其他n－v 個(gè)指標(biāo)不發(fā)生變化).

選擇遞增變化，變化量選為i=0，1，2，3，4，5，從而得到含原始數(shù)據(jù)在內(nèi)的6 組數(shù)據(jù)，計(jì)算出F值，并繪制出過(guò)牧區(qū)、輪牧區(qū)、開(kāi)墾區(qū)的值變化趨勢(shì)如圖1.

通過(guò)圖1 可以看出，不論是過(guò)牧區(qū)、輪牧區(qū)，還是開(kāi)墾區(qū)，只要通過(guò)相應(yīng)的措施，值都呈下降趨勢(shì)，表示生態(tài)退化程度在降低.因此，得出通過(guò)減少人為干擾，或者采用補(bǔ)充人工植被的方法可以促使生態(tài)環(huán)境恢復(fù)正常的結(jié)論.但是，雖然三條趨勢(shì)圖都呈下降趨勢(shì)，但明顯可以看出下降的越來(lái)越慢，也就是說(shuō)存在邊際效用遞減的現(xiàn)象.因此，在針對(duì)過(guò)牧、輪牧和開(kāi)墾三個(gè)地區(qū)實(shí)施量化措施時(shí)，需要選擇一定的合理區(qū)間.過(guò)牧區(qū)增加草本植被的數(shù)量的范圍大致位于(2δ，3δ)之間，可以使得過(guò)牧區(qū)的生態(tài)退化程度由退化轉(zhuǎn)化為輕度退化;輪牧區(qū)增加的植被數(shù)量大致在之間，可以使得輪牧區(qū)的生態(tài)退化程度由半退化轉(zhuǎn)化為輕度退化;開(kāi)墾區(qū)增加動(dòng)物多樣性數(shù)量的范圍大致在(4δ，5δ)之間，可以使得開(kāi)墾區(qū)的生態(tài)退化程度由半退化轉(zhuǎn)化為輕度退化.

4 總 結(jié)

本文通過(guò)研究荒漠區(qū)生態(tài)環(huán)境退化與恢復(fù)，首先分析生態(tài)退化對(duì)生物群落穩(wěn)定性的影響，然后建立模糊綜合評(píng)價(jià)模型對(duì)不同人為干擾下的荒漠區(qū)生態(tài)退化程度進(jìn)行劃分.最后，針對(duì)不同的地區(qū)，提出改進(jìn)措施，采用可行性分析模型研究改進(jìn)措施的效果以及顯著的區(qū)間.在定量分析生物群落穩(wěn)定性時(shí)，利用離差分析與關(guān)聯(lián)度分析，兩者相得益彰.但是，在可行性分析時(shí)，變化量的選取主觀性較強(qiáng)，這也是模型的一點(diǎn)不足.

此外，模型的建立對(duì)荒漠區(qū)的生態(tài)恢復(fù)提供了一種方法，在荒漠區(qū)生態(tài)文明建設(shè)上有積極的意義.

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