基于模糊综合评判法的名山县农田生态系统环境安全评价

2015-08-15峥徐航张靖杨

科技视界 2015年7期

杨峥徐航张靖杨洋

（四川农业大学水利水电学院，四川雅安625014）

农田生态系统是人类活动干预最强烈的生态系统，而农田生态系统环境评价是农田生态系统环境保护的一个十分重要的技术保障手段，能够为农田生态系统环境管理与决策，提供科学理论依据[1-2]。本研究利用一系列监测实验仪器与方法在雅安名山县周边建立农田生态系统环境监测站，监测水文指标、水化指标、生物结构指标[2]建立数据库，应用模糊综合评判等模型对农田生态环境安全情况进行详细分析和评价[3-4]。

1 材料与方法

1.1 研究区域

研究区域位于四川省雅安市名山县，是四川盆地西南边缘(102°58′~103°23′E29°58′~30°16′N)，海拔 548~1456m，属于亚热带季风性湿润气候，年均气温15.4℃，年均降雨量在1200~1700mm。

1.2 研究方法与数据来源

本研究采用的方法主要有模糊综合评价法[4]、层次分析法[5]和ArcGIS空间分析技术[6]，采用MATLAB、SPSS软件对测试点的数据进行相应分析。

2 农田生态系统环境安全评价模型建立

2.1 层次分析法确定评价指标权重

1）将“名山县农田生态环境安全”设为目标层，水文指标、水化指标、生物结构指标建立为准则层，土壤含水率、大气质量、土壤退化度、水体质量、土壤肥力、农药残留量、重金属含量、植物多样性、无脊椎动物9个影响因素设为准则层[7]。2）按Saaty等建议[7]，引用数字1-9及其倒数作为标度，对重要性进行程度赋值。3）进行一致性的检验,一致性比例为C.R，当C.R＜0.1时认为判断矩阵一致性接受，否则不能接受，应对其作适当的修改，且其值越小，一致性越好。根据MATLAB编程计算出 C.R=0.0186＜0.1，符合一致性较好的条件，并且得各因素权重W=[0.095,0.057,0.1519,0.133,0.1519,0.095,0.01709,0.0693,0.076]。

2.2 模糊综合评判确定安全等级

农田生态系统环境安全模糊综合评判模型的建立步骤如下：

1）确定模糊评判因素集，设模糊评判因素集为U，则U={土壤含水率+大气质量+土壤退化度+水体质量+土壤肥力+农药残留量+重金属含量+植物多样性+无脊椎动物}，字母表示为 U={u1+u2···+u9}；2）确定因素集的权重向量，评判因素集的权重向量W，由2.1得知；3）确定每个因素的评语集，对各因素集中的每个元素按风险度划分成5个等级，安全、良好、敏感、风险、恶劣。则评语集为V={安全、良好、敏感、风险、恶劣}；4）获得各个地区模糊矩阵，列出监测点模糊矩阵数据，同理可得其它模糊关系矩阵Ri（i=1,2…20）。5）经过MATLAB编程计算，获得归一化后的20个监测地点的农田生态系统环境安全模糊评判集Yi=W.Ri，利用等级赋值法解模糊[7]，即为对该的等级加权求平均值。等级赋值如下：环境安全赋值5、良好赋值4、敏感赋值3、风险赋值2、恶劣赋值1，值赋值矩阵为A=(5,4,3,2,1)。经过计算雅安名山县各地区的农田生态系统环境安全等级值为Si=YiAT，得知等级值Si越大则该地区农田生态系统环境越安全，反之则越差。

2.3 农田生态系统环境安全风险

规定风险度为Mi，按式Mi=5-Si（i=1,2…20）得到各个地区的农田生态环境的风险度值，农田生态环境越好则风险度越小。根据研究地区用GPS定位仪测定的地理坐标，可在ArcGIS9.0上生成农田生态系统风险分布图，以例为据，从而判定总体安全风险完成度，根据ArcGIS9.0所得分析结果，农田生态环境系统安全风险度达到风险级需要预警的耕地面积占总耕地面积的16.55%，风险度为敏感级或敏感级以下的面积占总耕地面的83.45%。得出结论为，名山县农田生态系统环境总体较好，人类活动干预不明显，但是局部地区农田生态系统环境较差。