楊　陽，蔡怡敏，白艷瑩，陳衛(wèi)平，楊秀超

1 中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心　城市與區(qū)域生態(tài)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京　100085　　2 中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所, 北京　100101　　3 淮南市毛集區(qū)科技局，淮南　232181

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區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)健康動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)
——以毛集生態(tài)實(shí)驗(yàn)區(qū)為例

楊陽1，蔡怡敏1，白艷瑩2,*，陳衛(wèi)平1，楊秀超3

1 中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心城市與區(qū)域生態(tài)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京1000852 中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所, 北京1001013 淮南市毛集區(qū)科技局，淮南232181

區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)健康狀況對(duì)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。基于“系統(tǒng)和諧”理念，構(gòu)建區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)體系，對(duì)毛集生態(tài)試驗(yàn)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)及其4個(gè)子系統(tǒng)健康水平和演進(jìn)趨勢進(jìn)行量化分析。結(jié)果表明:5年尺度上社會(huì)系統(tǒng)得分受人口健康水平及民眾幸福感知強(qiáng)度制約而增幅不大；經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)得分提高迅速，增幅達(dá)到149.5%，但負(fù)外部效應(yīng)明顯；自然系統(tǒng)健康水平先降低再增加，主要受湖泊生物多樣性下降影響；風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)得分先降低再增加，自然-經(jīng)濟(jì)-社會(huì)耦合系統(tǒng)發(fā)展失衡是導(dǎo)致風(fēng)險(xiǎn)水平激增的主要原因。區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)健康各年評(píng)價(jià)結(jié)果均為亞健康隸屬，正向隸屬先增大后減小，環(huán)境負(fù)荷增大是造成區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)彈性減弱，敏感性增強(qiáng)，發(fā)展活力降低的主要原因。

區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)；風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)；整合模型；動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)；模糊數(shù)學(xué)

區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)健康是指其系統(tǒng)內(nèi)多樣性景觀和有機(jī)組分保存完整，物質(zhì)流與能量流循環(huán)有序，并對(duì)長期或突變的自然及人為擾動(dòng)造成的代謝耗散保持彈性和穩(wěn)定性[1-2]。通過對(duì)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)及其子系統(tǒng)健康水平的診斷，可以了解區(qū)域景觀功能的發(fā)揮情況，尋找系統(tǒng)發(fā)展的障礙因素，提出系統(tǒng)協(xié)調(diào)優(yōu)化對(duì)策，實(shí)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)合理性、經(jīng)濟(jì)有效性和社會(huì)接受性[3-5]。隨著生活水平的提高，人們對(duì)生態(tài)系統(tǒng)功能的需求趨于多元化，工業(yè)發(fā)展、生產(chǎn)養(yǎng)殖、生態(tài)旅游等逐步成為區(qū)域景觀服務(wù)于當(dāng)?shù)厣鐣?huì)及經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要內(nèi)容[6]。而頻繁的人為擾動(dòng)造成區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)補(bǔ)水不足，植被退化，景觀單調(diào)貧乏、異質(zhì)性變大，生態(tài)系統(tǒng)功能退化嚴(yán)重。作為社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要保障，區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)健康受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛重視[7-9]。目前，有關(guān)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)健康的研究主要集中在環(huán)境質(zhì)量、水文因素驅(qū)動(dòng)、景觀轉(zhuǎn)移風(fēng)險(xiǎn)、動(dòng)植物種群豐度等單一系統(tǒng)組分或生態(tài)單元[10-12]，忽略了引發(fā)系統(tǒng)劣質(zhì)化和無序化的風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)，這在對(duì)具有多重功能的區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行測評(píng)時(shí)方案代表性不強(qiáng)，易造成指標(biāo)信息量缺失、也使評(píng)價(jià)結(jié)果變得抽象、片面，缺少說服力[5]。本文以淮南市毛集生態(tài)實(shí)驗(yàn)區(qū)為研究對(duì)象，運(yùn)用層次分析、模糊數(shù)學(xué)、GIS空間分析及DEA效益分析等方法建立起一套區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)健康的多指標(biāo)動(dòng)態(tài)測評(píng)體系，對(duì)研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)及自然、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、風(fēng)險(xiǎn)4個(gè)子系統(tǒng)健康發(fā)展水平進(jìn)行定量分析，結(jié)果可為區(qū)域可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)參考，對(duì)其他生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)也具有借鑒作用。

1　 評(píng)價(jià)模型

1.1區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)體系

引入社會(huì)物理學(xué)中“系統(tǒng)和諧”理念[13]，即生態(tài)系統(tǒng)通過內(nèi)在基本能量燃燒的不斷積累朝著熵增的方向演進(jìn)，演進(jìn)趨勢取決于自然、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)3個(gè)非線性過程連續(xù)變化的強(qiáng)度、方向和組織性。當(dāng)系統(tǒng)熵增達(dá)到可以躍遷的能量儲(chǔ)備，便會(huì)在不良代謝因子的點(diǎn)燃下，引發(fā)不同尺度的景觀無序和劣質(zhì)化。對(duì)系統(tǒng)無序性風(fēng)險(xiǎn)的度量和對(duì)約束變量的定量表達(dá)有助于對(duì)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀和演進(jìn)趨勢作出有效的判斷和預(yù)測[14]。傳統(tǒng)評(píng)價(jià)中常常忽略系統(tǒng)劣質(zhì)化因子，或只提及一部分，易造成指標(biāo)信息量損失，使評(píng)價(jià)結(jié)果不夠客觀。因此本研究提取生態(tài)系統(tǒng)中自然、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)3個(gè)子系統(tǒng)內(nèi)的劣質(zhì)化因子構(gòu)成風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)，以識(shí)別因人類擾動(dòng)而造成生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能損傷的不良代謝因子，風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)得分值越高，對(duì)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)健康脅迫越大。由此建立“自然系統(tǒng)-社會(huì)系統(tǒng)-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)-風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)”4個(gè)維度的區(qū)域健康評(píng)價(jià)體系。根據(jù)Su等[5]及Horwitz等[6]提出的生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)策略，結(jié)合指標(biāo)的易得性及國內(nèi)外研究進(jìn)展構(gòu)建區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)體系(圖1)，包括1個(gè)目標(biāo)層，4個(gè)決策層，16個(gè)準(zhǔn)則層及相應(yīng)指標(biāo)層。運(yùn)用Delphi法[6]進(jìn)行指標(biāo)篩選和調(diào)整，并通過Pearson相關(guān)分析(P<0.05)對(duì)指標(biāo)層重復(fù)指標(biāo)進(jìn)行剔除，所選具體指標(biāo)見表1。

表1　區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

a: 休閑旅游價(jià)值計(jì)算中設(shè)游客逗留時(shí)間最少為1 d,生態(tài)容量為300 d，機(jī)會(huì)工資為一般工資成本工資1/3;b: 所用指標(biāo)為毛集實(shí)驗(yàn)區(qū)與相鄰區(qū)縣(八公山區(qū)、壽縣、潁上縣、鳳臺(tái)縣)的各年相應(yīng)數(shù)據(jù); c: Do為逆指標(biāo),代入模型時(shí)采用 (8-Si)/(8-Ci) 進(jìn)行轉(zhuǎn)換

自然系統(tǒng)(B1)健康通過水資源承載力，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力，環(huán)境調(diào)節(jié)能力和生態(tài)恢復(fù)能力4個(gè)特征進(jìn)行定義[1]。其中水資源承載力(C1)是度量區(qū)域水資源可利用總量支撐的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)模的重要指標(biāo)[15]，應(yīng)用模糊識(shí)別模型[15]進(jìn)行計(jì)算；生態(tài)服務(wù)能力可反映區(qū)域自然資源物質(zhì)生產(chǎn)水平[2]，考慮到濕地資源在研究區(qū)的重要地位，應(yīng)用濕地單位面積產(chǎn)值(C2)[16]來表示；環(huán)境調(diào)節(jié)能力(C3)反應(yīng)區(qū)域景觀應(yīng)對(duì)外界擾動(dòng)的自我調(diào)控能力[17]，通過選取相應(yīng)環(huán)境績效指標(biāo)進(jìn)行加權(quán)求和來表示(表1)；生物多樣性是維持自然資源生產(chǎn)力和可再生能力的基礎(chǔ)，應(yīng)用湖泊生物多樣性指數(shù)(C4)[12]來表示。

社會(huì)系統(tǒng)(B2)健康包括人口健康水平[7]，公共服務(wù)水平[9]，城鄉(xiāng)和諧發(fā)展水平[18]和民眾幸福感知水平[19]4個(gè)方面。其中人口健康水平(C5)、公共服務(wù)水平(C6)和城鄉(xiāng)和諧發(fā)展水平(C7)計(jì)算方法同C3，選取指標(biāo)見表1，民眾幸福感知水平通過幸福感知強(qiáng)度(C8)[19]來表示。

經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)(B3)通過經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)模，經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展能力，經(jīng)濟(jì)發(fā)展?jié)摿涂萍紕?chuàng)新能力4個(gè)特征進(jìn)行定義[18,20]。其中經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)模應(yīng)用經(jīng)濟(jì)綜合發(fā)展指數(shù)(C9)[21]表示，經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展能力(C10)應(yīng)用DEA效益模型[22]計(jì)算，經(jīng)濟(jì)發(fā)展?jié)摿?C11)應(yīng)用潛力發(fā)展模型[23]計(jì)算，科技創(chuàng)新能力[20](C12)計(jì)算方法同C3。

風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)(B4)包括土地利用壓力、景觀危機(jī)觸發(fā)值、水質(zhì)污染水平和湖泊富營養(yǎng)化水平4方面[5-6]。其中土地利用壓力應(yīng)用土地轉(zhuǎn)移程度綜合指數(shù)(C13)[24]表示；景觀危機(jī)觸發(fā)值(C14)用來度量區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)退化趨勢，危機(jī)觸發(fā)值越高，系統(tǒng)無序化和劣質(zhì)化水平越高，可通過選取不同系統(tǒng)劣質(zhì)化因子進(jìn)行加權(quán)求和來表示(表1)，指標(biāo)選取及權(quán)重大小通過專家打分獲得；水質(zhì)污染水平采用水體污染指數(shù)(Nemerow指數(shù))(C15)[25]表示；湖泊富營養(yǎng)化水平采用富營養(yǎng)化指數(shù)(C16)[25]來表示。

圖1　區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)健康多指標(biāo)評(píng)價(jià)體系Fig.1　System structure of evaluation index of regional ecosystem health方框里的數(shù)值為各子系統(tǒng)權(quán)重

1.2計(jì)算方法

模糊數(shù)學(xué)被廣泛應(yīng)用于降低生態(tài)系統(tǒng)不確定性的評(píng)價(jià)研究中[8]。在模糊集合設(shè)定的基礎(chǔ)上，根據(jù)各準(zhǔn)則層運(yùn)算結(jié)果，結(jié)合國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)的建議和規(guī)劃值將各指標(biāo)評(píng)價(jià)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)劃分為疾病、一般病態(tài)、亞健康、健康、很健康5個(gè)層次(表2)。通過模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)建立各子系統(tǒng)評(píng)價(jià)矩陣Ri及復(fù)合系統(tǒng)評(píng)價(jià)矩陣Rt，評(píng)價(jià)結(jié)果為評(píng)價(jià)矩陣與相應(yīng)權(quán)重的線性相乘。風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)隸屬函數(shù)采用升半梯形公式，其余子系統(tǒng)隸屬函數(shù)采用降半梯形公式[8]。評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重由Delphi法[6]結(jié)合層次分析模型獲取[10]。按不同模型要求計(jì)算準(zhǔn)則層各指標(biāo)得分，標(biāo)準(zhǔn)化后進(jìn)行加權(quán)求和即為相應(yīng)決策層及目標(biāo)層得分。目標(biāo)層計(jì)算和模糊評(píng)價(jià)時(shí)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)得分進(jìn)行逆向轉(zhuǎn)換。

2　研究案例

2.1區(qū)域概況

毛集生態(tài)實(shí)驗(yàn)區(qū)位于安徽省北部，淮河與西淝河交匯處(圖2)，年均降水量905.2 mm，為亞熱帶季風(fēng)氣候。轄區(qū)內(nèi)濕地、煤炭、生物資源豐富，有著被譽(yù)為淮河變遷“活化石”之稱的皖北第一淡水湖——焦崗湖[26]。近年來，以區(qū)域生態(tài)資源為依托，研究區(qū)建成“國家區(qū)域公園”，“可持續(xù)發(fā)展示范區(qū)”，“生態(tài)旅游觀光區(qū)”等綠色產(chǎn)業(yè)，有效的推動(dòng)了當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)文明建設(shè)及經(jīng)濟(jì)發(fā)展的進(jìn)程[26]。然而隨著人口增長，旅游開發(fā)及部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)工業(yè)的發(fā)展，該地環(huán)境負(fù)荷增大，濕地面積萎縮，區(qū)域生態(tài)服務(wù)功能退化，其生態(tài)系統(tǒng)健康受到政府和民眾的廣泛關(guān)注。

2.2數(shù)據(jù)獲取與分析

圖2　研究區(qū)土地利用格局及水質(zhì)觀測點(diǎn)　Fig.2　The land-use pattern of ecosystem and monitoring points in the study area

根據(jù)《安徽省統(tǒng)計(jì)年鑒》、《淮河片水資源公報(bào)》、《淮南市統(tǒng)計(jì)年鑒》、《淮南水資源公報(bào)》、《毛集實(shí)驗(yàn)區(qū)志》、《毛集區(qū)統(tǒng)計(jì)公報(bào)》獲取2009—2013年研究區(qū)75組數(shù)據(jù)樣本(表1)；土地利用數(shù)據(jù)來自中國科學(xué)院數(shù)據(jù)云(www.csdb.cn)；水質(zhì)數(shù)據(jù)來自當(dāng)?shù)厮块T監(jiān)測(圖2)；民眾幸福感知強(qiáng)度數(shù)據(jù)由調(diào)查問卷獲得(采用李克特5分制量表[19]，共發(fā)放問卷550份，回收492份，核查得有效問卷448份，有效率81.4%，各維度一致性信度系數(shù)均在0.736—0.847之間[19])。

原數(shù)據(jù)根據(jù)各模型要求進(jìn)行不同量化處理，影像數(shù)據(jù)處理采用ENVI 4.8和ArcGIS 10.0，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS 17.0，DEA效益分析應(yīng)用Deap 2.1，其余模型運(yùn)算應(yīng)用Matlab 7.0。

表 2　區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

a: 水資源承載水平(C1)所用測度模型為模糊識(shí)別模型，級(jí)別劃分具體內(nèi)容參看文獻(xiàn)[15]；模糊評(píng)價(jià)時(shí)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)指標(biāo)得分進(jìn)行逆向轉(zhuǎn)換

3　結(jié)果和討論

3.1指標(biāo)體系評(píng)價(jià)結(jié)果

各準(zhǔn)則層計(jì)算結(jié)果如圖3所示。5a尺度上各評(píng)價(jià)指標(biāo)變化差異較大。引入物理學(xué)波峰和波谷概念，不同系統(tǒng)內(nèi)指標(biāo)呈現(xiàn)不同組合模式。B1(自然系統(tǒng))中，除C4變化為明顯的峰-谷模式外(2009—2011年為峰，2011—2013年為谷)，其他指標(biāo)變化相對(duì)平穩(wěn)，整體呈上升態(tài)勢；對(duì)B1影響較大的C1(權(quán)重為0.1359)在2011年前增長緩慢，2011—2012年增幅明顯加大(主要表現(xiàn)在灌溉率下降和生態(tài)用水率增加兩方面)，之后略有下降，整體增幅24.9%。B2(社會(huì)系統(tǒng))中，C6增長幅度較大，C7變化相對(duì)平穩(wěn)，C8呈明顯的谷—峰模式(2009—2011年為谷，2011—2013年為峰)。對(duì)該系統(tǒng)影響最大的C5(權(quán)重為0.1174)呈現(xiàn)峰-谷-峰模式，2011年C5為5年來最低(受新生兒死亡率和人口老齡化制約)，此后開始回升，較2009年整體增幅不大(1.7%)。B3(經(jīng)濟(jì)系統(tǒng))中，各指標(biāo)均表現(xiàn)為上升趨勢，對(duì)該系統(tǒng)影響最大的C9(權(quán)重為0.0496)整體增幅為92.4%(由工業(yè)總產(chǎn)值和內(nèi)資引進(jìn)增加帶動(dòng))，影響次之的C11(權(quán)重為0.0454)增幅高達(dá)5439.5%(由產(chǎn)業(yè)梯度增加帶動(dòng))。B4(風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng))中， C15變化為谷-峰模式，2012年達(dá)到5年來最差水平(3

圖3　5年尺度上各系統(tǒng)健康水平動(dòng)態(tài)變化Fig.3　The dynamic changes in multi-indicators assessment of regional ecosystem at 5 years scale 為統(tǒng)一分析,C2,C4,C8,C11,C15,C16等6項(xiàng)指標(biāo)按比例調(diào)整到[0,1]區(qū)間

2009—2013年B2 (社會(huì)系統(tǒng))和B3 (經(jīng)濟(jì)系統(tǒng))得分均呈穩(wěn)定上升趨勢，增幅分別為22.5%和149.5%；B1 (自然系統(tǒng))和B4 (風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng))表現(xiàn)出明顯的逆向協(xié)調(diào)性，前者先上升后下降，后者則由風(fēng)險(xiǎn)下降轉(zhuǎn)變?yōu)轱L(fēng)險(xiǎn)上升；區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)健康 (A)得分為0.47—0.63，整體表現(xiàn)為增長趨勢(增幅35.2%)。2009—2011年，研究區(qū)社會(huì)和諧程度、環(huán)境績效和經(jīng)濟(jì)活力水平逐步上升，系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)降低。2011年后，自然系統(tǒng)對(duì)社會(huì)系統(tǒng)和經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的支持力開始小于后者對(duì)其的壓力，區(qū)域資源供給能力下降，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)升高，生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展活力受到抑制。

3.2區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)健康模糊評(píng)價(jià)

模糊評(píng)價(jià)結(jié)果如圖4所示。5a尺度上，B1(自然系統(tǒng))健康水平除2009年為Ⅱ級(jí)(一般病態(tài))隸屬外，其它年份均為Ⅲ級(jí)(亞健康)隸屬，但各級(jí)隸屬度變化較大(圖4)。2011年B1健康水平最高，有52.5%為Ⅲ級(jí)，31.7%處于Ⅱ級(jí)，3.0%處于Ⅰ級(jí)(病態(tài))；2012年Ⅰ級(jí)隸屬增大為20.4%，Ⅱ級(jí)為23.5%，Ⅲ級(jí)隸屬降為40.0%；2013年Ⅲ級(jí)隸屬略有回升，但Ⅱ級(jí)隸屬增大到30.0%。可見區(qū)域景觀受人類擾動(dòng)在逐年增強(qiáng)，目前可提供一定的生態(tài)服務(wù)功能，但系統(tǒng)彈性減弱，敏感性增強(qiáng)，有少量生態(tài)異?，F(xiàn)象出現(xiàn)。

B2(社會(huì)系統(tǒng))各年度健康水平均為Ⅲ級(jí)隸屬，無Ⅰ級(jí)和Ⅴ級(jí)(非常健康)隸屬。Ⅲ級(jí)和Ⅱ級(jí)隸屬均呈先增高再減小的趨勢，其中2013年Ⅳ級(jí)隸屬為5a中最高(21.1%)；雖然公共服務(wù)水平(C6)有了大幅度提高，但人口壓力(C5)的增加、老齡化現(xiàn)象(C5)的日趨明顯、城鄉(xiāng)貧富差距(C7)的擴(kuò)大、民眾幸福感知水平(C8)降低等問題也逐漸出現(xiàn)。當(dāng)前，研究區(qū)社會(huì)系統(tǒng)基本穩(wěn)定，劣質(zhì)化程度較低，為確保其進(jìn)一步的可持續(xù)發(fā)展，應(yīng)在繼續(xù)完善公共服務(wù)水平的基礎(chǔ)上，整合社會(huì)有序能力，提高社會(huì)抗逆性，將社會(huì)系統(tǒng)應(yīng)急管理關(guān)口前移至危機(jī)發(fā)生的萌芽狀態(tài)。

B3(經(jīng)濟(jì)系統(tǒng))健康水平除2009年為Ⅰ級(jí)隸屬外，其它年份均為Ⅲ級(jí)隸屬，以2012年和2013年變化最為顯著，均無Ⅰ級(jí)隸屬，Ⅲ級(jí)隸屬度分別為2009年Ⅲ級(jí)隸屬的2.9和3.0倍。整體來看雖然Ⅲ級(jí)隸屬度逐漸增加，但資源能耗(C10)較大，綠色經(jīng)濟(jì)效益(C10)整體水平不高?？紤]到污染累積的放大效應(yīng)，決策者應(yīng)警惕“高增長、高污染”的趕超型經(jīng)濟(jì)帶來的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，科技創(chuàng)新能力(C12)與東部同等級(jí)區(qū)縣相比仍有很大的提升空間[23]。在目前經(jīng)濟(jì)增長形勢良好的情況下，當(dāng)?shù)卣畱?yīng)通過積極有效的經(jīng)濟(jì)

政策引導(dǎo)企業(yè)走科技含量高，能源消耗低，經(jīng)濟(jì)效益好的“生態(tài)工業(yè)”道路，充分發(fā)揮區(qū)位資源優(yōu)勢，為區(qū)域可持續(xù)發(fā)展打好微觀基礎(chǔ)。

B4(風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng))各年均無失控風(fēng)險(xiǎn)(I級(jí))和萌芽段風(fēng)險(xiǎn)(Ⅴ級(jí))隸屬。2009年系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)值較高(Ⅱ級(jí)隸屬13.9%，Ⅲ級(jí)隸屬61.5%)，2010—2011年風(fēng)險(xiǎn)水平持續(xù)降低， 2011年為低風(fēng)險(xiǎn)(Ⅳ級(jí))隸屬(41.8%)。2012年風(fēng)險(xiǎn)激增至高風(fēng)險(xiǎn)隸屬(37.5%處于Ⅱ級(jí)，31.4%處于Ⅲ級(jí))，環(huán)境負(fù)荷增大是區(qū)域系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)增加的主要原因。同時(shí)，風(fēng)險(xiǎn)水平的多變(圖3)也說明了研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)敏感性較強(qiáng)，增長活力易受到抑制。2013年風(fēng)險(xiǎn)水平略有下降，但仍為中高等風(fēng)險(xiǎn)。為降低區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)水平，在今后社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展同時(shí)，研究區(qū)應(yīng)加強(qiáng)生態(tài)建設(shè)和環(huán)境保護(hù)，明確區(qū)域主體功能分區(qū)，提高環(huán)境資源利用效益，達(dá)到自然-社會(huì)-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的高水平耦合。

區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)健康(A)各年綜合評(píng)價(jià)均為亞健康隸屬(Ⅲ級(jí))，正向隸屬呈上升趨勢(圖4)。說明研究區(qū)5年來“因地制宜，減災(zāi)消貧，綠色發(fā)展，提升觀念”的舉措[26]在自然、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)3方面均取得了一定的進(jìn)展。2009年各系統(tǒng)健康水平較低， Ⅰ級(jí)隸屬和Ⅱ級(jí)隸屬所占組分較高(13.7%和21.2%)，此時(shí)，毛集生態(tài)實(shí)驗(yàn)區(qū)正處于社會(huì)發(fā)展轉(zhuǎn)型后期(2000年—2009年)，當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)文明系統(tǒng)建設(shè)很不穩(wěn)定，環(huán)境建設(shè)、市政基礎(chǔ)、人口健康水平較低，區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較高。2010年開始，隨著環(huán)境質(zhì)量提升，公共設(shè)施改善，經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，生態(tài)建設(shè)開始略有成效，區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)有序性增強(qiáng)，失控風(fēng)險(xiǎn)隸屬下降明顯。到2011年，生態(tài)文明建設(shè)的加強(qiáng)，有效改善了區(qū)域景觀片段化格局，系統(tǒng)彈性增大，景觀格局趨于合理，風(fēng)險(xiǎn)水平持續(xù)降低。2011年后，“毛集速度[26]”的負(fù)外部效應(yīng)增加，自然-經(jīng)濟(jì)-社會(huì)3個(gè)子系統(tǒng)協(xié)調(diào)度出現(xiàn)震蕩，系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)水平激增，劣質(zhì)化速度提升。目前，系統(tǒng)對(duì)外界干擾及其內(nèi)部的漲落較為穩(wěn)定，系統(tǒng)代謝與耗散水平在可控范圍內(nèi)，但較大的環(huán)境負(fù)荷和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平的攀升應(yīng)引起決策者足夠重視。

4　結(jié)論

本研究在“系統(tǒng)和諧”的理念基礎(chǔ)上，借助多個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)量化區(qū)域景觀發(fā)展水平和趨勢，從自然系統(tǒng)-社會(huì)系統(tǒng)-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)-風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)4個(gè)維度構(gòu)建一個(gè)系統(tǒng)的、完整的、連續(xù)的識(shí)別區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)健康的時(shí)空譜，反映區(qū)域生態(tài)功能現(xiàn)狀，對(duì)其他生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)也有決策指導(dǎo)意義。

案例分析說明研究區(qū)2009—2011年在環(huán)境績效、社會(huì)和諧、經(jīng)濟(jì)活力等三方面取得了一定進(jìn)展，2011年后自然-社會(huì)-經(jīng)濟(jì)耦合系統(tǒng)發(fā)展失調(diào)造成區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，運(yùn)轉(zhuǎn)風(fēng)險(xiǎn)升高，可持續(xù)發(fā)展活力受阻。培育生態(tài)資源稟賦，提高社會(huì)系統(tǒng)抗逆性，轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式應(yīng)作為保護(hù)與提升研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康的主要措施。

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A dynamic evaluation of regional ecosystem health using a multiple index system: a case study of Maoji Biosphere Reserve

YANG Yang1, CAI Yimin1, BAI Yanying2,*, CHEN Weiping1, YANG Xiuchao3

1StateKeyLaboratoryofUrbanandRegionalEcology,ResearchCenterforEco-EnvironmentalSciences,ChineseAcademyofSciences,Beijing100085,China2InstituteofGeographicSciencesandNaturalResourcesResearch,ChineseAcademyofSciences,Beijing100101,China3Science&TechnologyBureauofMaojiDistrict,Huainan232181,China

The health of regional ecosystem is the key element for sustainable socio-economic development and the base for friendly environment. With rapid urbanization, intensification of agriculture, and industrial production, the influence of human activities on regional ecosystems is increasingly apparent. The anthropogenic disturbances of regional ecosystems cause a series of problems: resource destruction, environmental pollution, ecological deterioration, soil and water losses, and frequent disasters. The evaluation of regional ecosystem health has been the hotspot of the present research in ecology. Several indicators have been employed to measure the changes in ecosystem functions, but most of the studies are focusing only on environmental pollutants and economical conditionals, neglecting the nonlinear process involving the comprehensive natural and socio-economic systems at different scales. Based on the theoretical foundation of system science, landscape ecology, and management science, we built a dynamic evaluation system, comprising one object layer, four decision layers, and 16 criterion layers. The key indicators involving the natural, social, and economic data were employed to assess the fitness level of the ecosystem and other four subsystems (social system, environmental system, economical system, and risk system) quantitatively. In the case study, the ecosystem health of the Maoji Biosphere Reserve was evaluated by using the proposed method. Results carried out on a 5-year scale indicated that the health condition of the social system increases but at a modest rate and it is limited by the population health level and the happiness perception intensity. The health condition of economic system soared to 149.5% in just 5 years, but with a significantly negative effect. Two key factors in this subsystem, the comprehensive economic development index (with a weight of 0.0496) and the potential economic development index (with a weight of 0.0454), experienced a 92.4% and 5439.5% expansion, respectively. The health condition of the nature fluctuated 15% in a peak-to-trough pattern, and it was inversely correlated with the risk system. The biodiversity decreased, resulting in the less resilient nature subsystem. Shaking of the comprehensive socio-economic and natural system led to the surge of the risk index in 2011.The health condition of the regional ecosystem belonged to class III (ordinary level) each year; positive membership degree first increased and then decreased. These results showed that the study area progressed greatly toward achieving a harmonious society and vigorous economy in the past 5 years. Nevertheless, the stress effect of strong human disturbance on regional ecosystem enhanced the system′s sensitivity and landscape fragmentation mainly by the pressure from environmental contamination. The management of the Maoji Biosphere Reserve will focus on the strategies in cultivating the natural endowment of ecology, improving the resistance of the social system, and optimizing the economic structure. Proposed model yields satisfactory results in evaluation of fitness conditions of the regional ecosystem in the study area. This approach plots a time spectrum of regional system change systemically, integrally, and insistently, and it can be applied to assess other similar ecosystems.

regional ecosystem; risk system; integrated model; dynamic assessment; fuzzy model

安徽省科技攻關(guān)項(xiàng)目(1301042120)

2014-12-11; 網(wǎng)絡(luò)出版日期:2015-10-30

Corresponding author.E-mail: baiyy@igsnrr.ac.cn

10.5846/stxb201412112455

楊陽，蔡怡敏，白艷瑩，陳衛(wèi)平，楊秀超.區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)健康動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)——以毛集生態(tài)實(shí)驗(yàn)區(qū)為例.生態(tài)學(xué)報(bào),2016,36(14):4279-4287.

Yang Y, Cai Y M, Bai Y Y, Chen W P, Yang X C.A dynamic evaluation of regional ecosystem health using a multiple index system: a case study of Maoji Biosphere Reserve.Acta Ecologica Sinica,2016,36(14):4279-4287.