基于PSR模型的黄河陕西段鱼类增殖放流生态安全评价

2017-10-18王益昌李瑞娇问思恩张军燕陈媛媛

淡水渔业 2017年5期

关键词：鱼类黄河状态

王益昌,李瑞娇,问思恩,张军燕,陈媛媛,余斌

(陕西省水产研究所，西安 710086)

基于PSR模型的黄河陕西段鱼类增殖放流生态安全评价

王益昌,李瑞娇,问思恩,张军燕,陈媛媛,余斌

(陕西省水产研究所，西安 710086)

基于压力、状态、响应模型(PSR)和层次分析法(AHP)，确定17项指标通过数据的标准化处理，指标权重赋值、权重一致性检验、评价等级确定以及评价模型的构建，用生态安全评价黄河陕西段鱼类增殖放流效果，分析生态安全所面临的主要问题。结果表明：黄河陕西段2013年增殖放流生态安全度(ESI)评价等级为II级，为良好状态；2014年评价等级为III级，处于一般状态；2015年评价等级为IV级，处于较差状态，属于临界不安全状态以下水平。生态安全形势呈现出逐年下降局势。不安全状态受到影响较大的前3个指标是：黄河径流量变化影响、重要生境保持率和公众资源环境保护意识的影响，3个指标下降值占到下降ESI值的64.93%。其次还受到污水排放达标率、鱼类增殖放流量、政策和管理水平、鱼类生物多样性指数、保护区建设、水质综合污染指数、群落结构等诸多因素影响。研究显示，现阶段增殖放流对黄河生态安全有一定影响，还存在一定提升空间。

PSR模型；层次分析法；生态安全；黄河陕西段；增殖放流；评价

Abstract：An ecological safety system including 17 indices for the enhancement and releasing in shaanxi section of the Yellow River was built up following the principles of the pressure-state-response (P-S-R)model and Analytic Hierarchy Process(AHP) method.The ecological safety problems were analyzed through standardizing the primary data,estimating values of weight,inspecting weight consistency,determining assessment level and constructing models for ecological safety evaluation.The results showed that the ecological safety index (ESI) evaluation class of enhancement and releasing in shaanxi section of the Yellow River was II in 2013,with keeping a very good state;III in 2014 with keeping a general state;IV in 2015 with keeping in a poor state,belong to the critical unsafe leveal.Ecological security situation presented the declining situation year by year.The first 3 indictors affecting significantly the Unsafe state are: the change of the Yellow River runoff,The conservation rate of important habitats and the environmental protection consciousness of public resources.The decreased value of three indicators occupied 64.93% of the ESI decrease value .In addition,The other influent factors included the control rate of wastewater discharge,the number of fish enhancement and releasing,the policy and management level,the fish biodiversity index,the reserve construction,the water quality comprehensive pollution index,the biological community structure,and so on.The research showed that the current breeding flow had some effect on the ecological safety of the Yellow River,and there was some possibility for improvement.Keywords： PSR model;AHP method;ecological security;Shaanxi section of the Yellow River;enhancement and releasing;assessment

增殖放流是恢复自然水域渔业资源普遍采用的方法，对放流效果进行评估，涉及到放流区域生态系统的各个方面，包括自然、生态、人为影响等因素。目前国内在放流效果评价方面采用的方法主要为两种：一种是指示物种法，是指根据对环境中有机污染或某种特定污染物质敏感的或有较高耐受性的生物种类的存在或缺失，来指示其所在水体污染状况，利用对指示物种的捕捞，依据渔业资源评估原理来估算增殖放流种类的合理放流数量，是一种比较简单的，单一的评价方法。另一种就是指标体系法，是基于河流生态系统完整性，多指标综合的，能够全面的，系统的，多角度，多要素，并且易于将人类的影响纳入评价中，反映生态状态的一种综合评价方法。是目前河流生态系统健康评价的主要方法。PSR模型是环境质量评价学科中生态系统健康评价子学科中常用的一种评价模型，广泛地应用于区域环境可持续发展指标体系研究、水资源、土地资源指标体系研究，农业可持续发展评价指标体系研究以及环境保护投资分析等领域。本研究探讨近几年黄河陕西段增殖放流以来生态安全指标体系构建和评价方法，分析黄河生态安全面临的形势，改善生态安全状况，指导增殖放流活动。

1 研究区域、方法及模型

1.1 研究区域

黄河陕西段全长714 km，自府谷墙头乡入陕，渐入秦晋峡谷。坡道窄，坡降大，水流湍急。至龙门582 km，海拔由1 000 m，降至383 m，河宽约200～600 m。壶口瀑布是黄河最大瀑布，此处约5 000 m河道，河宽由200～300 m缩为40～50 m，水位落差在10～20 m之间，水流直下，破涛汹涌，非常壮观。从龙门出山谷进入关中平原至潼关港口132 km，泥沙大量沉积，河道宽阔，渔业资源较丰富。

黄河鲤、兰州鲇是黄河陕西段著名品种。从上世纪末到现在，由于经济的快速发展造成环境的改变，以及对资源的过度捕捞，使黄河资源损失严重。现在日捕捞量只能达到历史最好时期的三分之一。由于黄河生态的脆弱性，2012年以来，为了恢复渔业资源和修复环境，政府持续开展了鲤、鲫、鲶、黄颡鱼、乌鳢等渔业资源的增殖放流活动，用以渔业资源的生态修复工作。本研究旨在探讨近年开展增殖放流以来黄河陕西段的渔业生态安全状况，水环境、浮游生物及渔业资源调查监测数据来自2013-2015年府谷、吴堡、禹门口、汾河、洽川、港口、潼关7个断面，鱼类调查数据主要来自府谷和港口的渔获物，其他断面作为补充(见图1)。

图1 黄河陕西段渔业环境监测位置示意图Fig.1 Distribution graph of monitoring points in Shaaxisection of the Yellow River

1.2 评价方法

1.2.1 PSR模型

研究借鉴国内外的最新研究成果，基于“压力-状态-响应”PSR(pressure-state-response,PSR)[1]模型构建涵盖生物生态、环境质量、增殖放流、社会经济以及健康管理等方面黄河增殖放流综合评价体系。

评价模型涵盖三个子系统，即压力层、状态层、响应层。压力子系统是自然和人作用对生态环境系统造成的外部压力，是外在因素。包括自然环境、污染、捕捞、增殖放流等压力影响。状态子系统是系统在遭受外界干扰后呈现的状态改变，是生态系统的自身因素，表明了在压力子系统的影响下，生态系统发生的变化。变化包括系统的物理化学、群落结构、资源量、生物多样性等因素。响应子系统是在状态子系统的作用下，产生的结果而引起经济、文化、政策的转变，又影响压力子系统。如此三个子系统形成了一个自我修复，自我完善的良性互动过程。体现了人与自然生态系统中各种因素之间的因果关系(图2)。

图2 PSR(压力-状态-响应)关系图

1.2.2 AHP层次分析

在PSR模型分析中，压力层、状态层及响应层多次用到了层次分析方法(AHP)，是将复杂的决策系统层次化，通过逐层比较各种关联因素的重要性来为分析、决策提供定量的依据。是对定性问题进行定量分析的一种简便、灵活而又实用的多准则决策方法。

1.3 评价模型

1.3.1 指标体系的构建和权重系数确定

采用层次分析法AHP法，分析各因子之间的因果关系，基于PSR模型，对应分析“压力-状态-响应”等相关的各种影响因子，形成目标层，子系统层，准则层，指标层，构成多层黄河鱼类增殖放流评价指标体系，其指标层包含17个评价指标(表1)。

指标层权重系数的确定：由3位专家对层次模型中所列17项指标，每两个因子两两进行比较，一般采用的定量化标度是1～9这9个整数及其倒数。分别用1，3，5，7，9标度表示同等重要，稍微重要，明显重要，强烈重要，极端重要，而重要性介乎其间的2，4，6，8 标度，通过专家的比较得到判断矩阵，然后对矩阵进行一致性检验[2]，一致性检验根据邓文昌研究提供的Excel模型计算，检验过程仅仅需使用者懂得基本操作即可，结果为接受，即得到权重结果为合格，可以使用。权重系数用3位专家打分取其平均值的方法生成，由于专家自身的知识面和喜好不同，难免造成判断矩阵有一定主观因素。

表1 评价体系及指标权重Fig.1 PSR(pressure-state-response)diagram

1.3.2 数据来源及量化

(1)研究数据来源

研究数据来源主要有4方面，实地调查数据、监测数据，政府公报、网络数据(表2)。

表2 黄河陕西段增殖放流生态安全评价数据表

注：黄河流量变化：数据来自黄河网《黄河流域省界水体及重点河段水资源质量状况公报》2013-2015年的7-9月数据。

污水排放达标率：陕西省环境保护厅网全省环境质量状况：2013-2015年全省河流达标断面。

资源捕捞量：文献历史最好时期日捕获量16.2 kg。

鱼类增殖放流量：2011-2015年平均放流112万尾。

(2)数据的标准化处理

评价数据属性和单位各异，不能直接进行比较，必须进行标准化处理，根据各指标对生态安全的影响大小，先按照环保部《流域健康评估指南》将评价指标的实测值进行5级划分，百分比量化，再进行标准化计算，其数据介于0～1之间(见表3)。标准化计算方法如下：

其运算公式为:Yi=(xi-xmin)/(xmax-xmin)式中:xi为原始数值;xmin为原始数据集中的最小值;xmax为原始数据集中的最大值;Yi为转化后数值。

部分指标层含义及计算方法如下：

水生生境干扰指数(E1)[10]：反映水域生境遭到人为挖砂、航运或旅游、生物入侵等活动破坏的影响状况。

E1=(挖沙×0.4+航运×0.4+生物入侵×0.2)×100%。

黄河流量变化：当年流量/平均流量×100%。

污水排放达标率：以流域内污水处理量占污水排放量的百分比来表示。

资源捕捞量：当年捕捞量占历史最好时期捕捞量的百分比。

鱼类增殖放流量：当年鱼类增殖放流量/平均放流量。

表3 增殖放流生态安全评价指标量化标准(%)

重要生境保持率=(自然植被结构完整性指数×0.7+自然堤岸比例分值×0.3)×100%。

综合污染指数小于0.5为80分以上，0.5～1.0为60～80分，1.0～5.0为40～60分，5.0～10.0分为20～40分，大于10.0为20以下。

溶解氧：以溶解氧平均数值的大小表示。大于7为80分以上，6～7为60～80分，5～6为40～60分，3～5为20～40，小于3为20以下。

群落结构变化%=杂食性鱼类数量/总鱼类数量× 100%。

鱼类生物多样性指数%、浮游植物多样性指数%、浮游动物多样性指数%、底栖动物多样性指数%：均根据实地调查数据，利用Shannon -wiener指数[12]进行计算获得，公式如下：H′=-∑PilnPi其中Pi=Ni/N,式中:Ni为种i的个体数;N为所有物种的个体数之和。H′大于3为80分以上，2～3为60～80分，1～2为40～60分，0～1为20～40分，H′为0小于20分。

渔民收入=渔民当年实际收入/职工当年平均收入×100%。

政策管理水平：根据区域内相关政策法规的实施状况进行定性评价。

公众资源环境保护意识：根据群众对政策法规的了解和对环境、资源保护的意识定性评价。

保护区建设：根据保护区现状定性评价。

1.3.3 评价等级

评价标准是评价的基础[13，14]，目前对增殖放流评价，还没有统一的标准。本文参照刘瑜[13]的方法。将增殖放流生态安全评价结果分为优秀(0.8～1.0)、良好(0.6～0.8)、一般(0.4～0.6)、较差(0.2～0.4)和差(0～0.2)五个等级(见表4)。

表4 增殖放流生态安全综合评价等级划分标准

1.3.4 评价模型

增殖放流评价是一个衡量生态安全程度的指标，其数值介于0～1之间。根据生态安全评估指标数据，可以判断研究区的增殖放流生态安全。

(1)各子系统生态安全度计算模型[15]

式中:ESIi表示各子系统的生态安全度；Yij表示该指标的标准化值；Wj表示指标层j的权重。

(2) 系统生态安全度计算模型

式中:ESI表示总系统的生态安全度，Wi表示准则层各子系统的权重。

2 结果和分析

2.1 黄河陕西段增殖放流生态安全评价的时间变化特征

黄河陕西段2013年增殖放流生态安全度ESI值为0.603 8，评价等级为II级，为良好状态，表明生态系统组织结构较合理，功能比较完善，生态压力较小，无生态异常，生态系统处于较稳定状态；2014年生态安全度ESI值为0.435 2，评价等级为III级，处于一般状态。表明生态系统结构尚完整，生态功能及响应一般，生态压力较大，接近其阈值，已有生态异常，生态系统尚稳定，可以发挥基本的流域生态功能。为一般状态。2015年生态安全度ESI值为0.393 3，评价等级为IV级，处于较差状态。表明生态系统结构已出现缺陷，生态功能较弱，生态压力大，生态异常较多，流域生态功能已经开始退化，生态系统已经处于不稳定状态(见表5)。

黄河陕西段生态安全呈现出逐年下降局势，压力层下降了0.092 9，对照2013年，数值占到下降总数的44.14%，其次是状态层下降了0.081 7，占下降总数38.82%，再次是响应层下降了0.035 9，占下降总数的17.04%。

表5 黄河陕西段增殖放流生态安全分级结果Tab.5 Evaluation results of the classification of theecological security for enhancement and releasing inShaanxi section of the Yellow River

2.2 影响生态安全度下降的限制性因素分析

2.2.1 持续下降影响的限制性因素

持续下降影响的限制性因素，包括重要黄河流量变化、重要生境保持率、水质综合污染指数、群落结构、鱼类生物多样性指数、底栖动物多样性指数、保护区建设(表6)。

环境压力，主要受到黄河径流量的减小影响，是影响评价结果的主要因素。《黄河流域省界水体及重点河段水资源质量状况公报》2013-2015年的7-9月数据，年度数据依次为1 110、866、292m2/s。从单项指标评价来说2013年和2014年，属于I级优秀水平，2015年属于IV级，处于生态安全临界状态以下，属于较差水平。ESI的贡献依次为0.104 5、0.068 5、0.015 8，减小了0.088 7，几乎占到ESI下降值总数的一半，达到42.17%。

物理化学状态，主要受到生境保持率和水质综合污染指数的影响，相比2013年，ESI分别下降0.024 4、0.006 0，分别占ESI下降值总数的11.58%、2.84%；

群落结构状态，相比2013年，ESI下降到0.019 5，占ESI下降值总数的9.27%；

生物多样性状态，主要受到鱼类生物多样性指数和底栖动物多样性指数影响、ESI分别下降0.008 3、0.012 1、分别占ESI下降值总数的3.96%和5.76%；

政策响应，受到保护区建设影响，ESI下降0.012 1，占ESI下降值总数的5.73%；

表6 黄河陕西段增殖放流生态安全评价

2.2.2 非持续性下降的影响限制性因素

非持续性下降影响的限制性因素，包括公众资源环境保护意识、溶解氧、污水排放达标率、鱼类增殖放流量、政策和管理水平，这些因素总体上呈现出下降局势，但在2015年略有提升，2015年相比2013年，ESI分别下降了0.023 5、0.020 3、0.013 1、0.011 1、0.006 9分别占到ESI下降值总数的11.18%、9.63%、6.21%、5.26%、3.30%。

2.3 增殖放流对生态安全评价的影响

2013-2015年陕西省向黄河放流鲤鱼、鲫鱼等，分别为72、159、77万尾，放流水平2014年为I级，属于优秀等级，2013年和2015年为II 级，属于良好等级。ESI值分别为0.036 9、0.066 6、0.025 8。

2.4 权重系数对生态安全评价的影响

从表1可以看出，压力、状态和响应3方面对增殖放流安全影响程度，根据权重可得，状态指标对结果影响最大(0.425 2)，其次是压力指标(0.348 0)，再次是响应指标(0.226 9)，从指标层来说，影响最大的前三个指标为政策和管理水平(0.105 1)，黄河流量变化(0.104 5)，污水排放达标率(0.094 9)，而鱼类增殖放流量对ESI的贡献为0.066 6。影响最小的是水生生境干扰指数(0.026 9)。

3 讨论

目前，运用PSR模型对内陆河流进行生态安全度综合评价还不是很多，本研究筛算17项指标对黄河陕西段增殖放流效果进行评价，运用层次分析方法，通过专家对指标赋权重，赋值通过一致性检验，视为赋值有效，使指标权重的评价更为科学、合理。17项指标得到的原始数据，由于量纲不同，需通过数据的标准化转化成统一的评价数据，经过PSR模型计算，得出黄河陕西段增殖放流生态安全评价。实践证明，该方法能够客观、科学地评价黄河生态安全现状，并能够反映出影响评价的客观因素，具有很好的生态保护和指导作用。

PSR模型分析显示：黄河陕西段增殖放流生态安全评价呈现出逐年下降趋势，已从2013年的II级良好状态进展到2015年的较差状态，已处于生态安全临界状态以下。不安全状态主要受到影响较大的前三位是：黄河径流量变化影响、重要生境保持率和公众资源环境保护意识，3个指标下降值占到下降ESI值的64.93%。其次还受到污水排放达标率、鱼类增殖放流量、政策和管理水平、鱼类生物多样性指数、保护区建设、水质综合污染指数、群落结构等诸多因素影响。

增殖放流对生态安全的影响，2013-2015年ESI平均贡献值为0.043 1，作为生态安全为1的系统评价而言，仅占到整个系统分值的4.31%，距离增殖放流ESI权重0.066，还有一定的增值空间，仍处于一个低的水平。作为系统生态安全改善、渔业资源恢复的一个主要因素，增殖放流压力依然存在，还存在较大增殖空间。

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[8]陕西省环境保护厅.我省发布2014年陕西省环境状况公报[EB/OL].(2014-06-04).http://www.snepb.gov.cn/admin/pub_newschannel.asp?chid=1 002 72.

[9]陕西省环境保护厅.我省发布2015年陕西省环境状况公报[EB/OL].(2015-06-03).http://www.snepb.gov.cn/admin/pub_newschannel.asp?chid=1 002 72.

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