基于P-S-R模型的剑湖湿地自然保护区生态安全评价

王亚丹，董 琼，李太珍，黄绍琨，杨 培

(1.剑川县水务局，云南 剑川 671300；2.西南林业大学，云南 昆明 650224；

3.双江自治县林业和草原局，云南 双江 677399；4.大理剑川剑湖湿地省级自然保护区管护局，云南 剑川 671300)

生态安全评价方法的选择、模型的选择有很多种，常见的有P-S-R概念模型评价法[1]、景观格局分析法、生态红线格局分析等方法，研究对象也分布在全国各地。林业措施对流域、湿地生态安全影响的相关研究主要采用运用3S技术对河流流域的生态安全评价，地理信息系统(GIS)结合P-S-R模型对河流流域生态安全评估，利用遥感技术和GIS对湖泊河流流域生态安全的评估等，有学者对林业生态安全评价理论进行研究，也有学者对林业生态安全评价模型进行了综述研究。研究的最终目的都是为江河湖泊的生态保护提供理论参考和可借鉴经验，借鉴遥感监测方法等技术手段来评价保护区生态安全的影响，是林业机构改革后值得深入研究和探讨的热点议题。

国内学者对剑湖流域、剑湖湿地、剑湖鱼类等多方面的研究较多，本研究课题的开展是在前人研究的基础上进行深度挖掘和分析，选择P-S-R模型对湿地保护区生态安全进行评价并展开研究。

1 研究区概况

剑湖湿地自然保护区位于云南省西北部、大理州北部，是以剑湖为中心，由剑湖湖面和湖滨带、玉华水库、以及前两者周边面山河流汇水区和面山森林所组成。作为内陆湿地和水域生态系统类型的自然保护区，其主要以剑湖湿地生态系统和珍稀濒危野生动植物为保护对象[2,3]。保护区南北向长12.3km，东西向宽6.2km，总面积4630.3hm2，地理位置介于东经99°55′～99°59.5′，北纬26°25′～26°31.5′之间，年平均气温13.5℃，海拔范围2188～2873m，属于典型的南温带高原型季风气候，日照、水分充足。

2 数据来源及研究方法

2.1 数据来源

1)DEM数据，2006年，2016年两期遥感影像数据，社会经济人口等统计数据。

2)社会数据、经济数据主要来源于《剑川县志》、《剑川年鉴》、《剑川县古树名木》、《云南省自然保护区》等相关文献资料。生态环境数据主要来源于云南省环境公报、大理白族自治州人民政府网站、大理州环境公报等发布的数据资料。

3)相关的文字资料，包括人文、地理、历史关于剑湖湿地自然保护区描述的部分。

2.2 评价模型确定及研究方法

2.2.1 评价模型选择

本研究以P(压力)-S(状态)-R(响应)模型为基础框架[1]，选择合适的指标来完成研究区生态安全评价，如图1所示。

图1 P(压力)-S(状态)-R(响应)框架结构Fig.1 P (pressure)-S (state)-R (response) Frame Structure Diagram

2.2.2 评价指标及标准值的确定

1)根据科学性和实用性、可操作性和可对比性、全面性和主导性、定量指标与定性指标相结合、可持续发展和动态性原则，同时依据地方、行业和国家规定的相关标准、背景及本底标准、类比标准、通过科学研究后所判定的生态效应、生态建设中的目标标准、专家经验值等相关标准，最终确定以目标层、准则层、因素层和指标层4个层面和选定的28项指标共同构成生态安全评价体系。

2)根据研究区剑湖湿地自然保护区的独特地理特点和数据的可获得情况，本研究所选用的是德尔菲法(Delphi)[4]来确定各项生态安全评价指标的权重值，研究共进行了多次专家意见征询，被征询专家来自林业、环保、水利、国土、高校科研机构等相关行业，共选取了12位对研究区或本行业了解较多的专家、学者、管理人员、教授的意见，根据不同行业专家的意见和建议，对最终确定的28个指标权重值进行数学公式处理，其中每项权重值在进行专家打分时候为简化运算，均采用10分制打分，结合公式1进行计算得到每位专家对每一项指标赋予的权重[5]。

(公式1)

其中：αi:某专家对该因素打分的权重；

Ci:某专家对该因素的打分；

m:为生态安全指标个数。

利用公式2、公式3计算各项指标所占的比重以及专家对其打分的差异程度：

(公式2)

(公式3)

其中：n:参加打分的专家人数；

αi:某专家对该因素所打分的权重；

β:专家打分所得各项评价指标的权重；

δ:专家打分的差异程度。

δ越小，专家意见越集中，打分值越接近。

3)在对研究区开展生态安全评价中，每一项评价指标的安全或不安全都是通过其与标准值进行对比分析而得出的，而标准值的确定主要参考地方、行业和国家规定的相关标准、背景及本底标准、类比标准、通过科学研究后所判定的生态效应、生态建设中的目标标准、专家经验值等多方面的标准选取(表1)。

表1 剑湖湿地自然保护区生态安全评价的指标值及标准值Tab.1 Index Value and Standard Value of Ecological Security Evaluation of Jianhu Wetland Nature Reserve

2.2.3 生态安全评价各指标指数和综合指数的确定

1)各指标的生态安全值确定。本研究的生态安全评价指标要从不安全的角度来进行评价，以不安全指数的形式进行表示，采用如下数学模型进行研究分析[6]：

设Xi(i=1，2，3，…，n)为第i个评价指标的赋值，XSi为评价指标的标准值，即安全或不安全指数值；Pi(i=1，2，3，…，n)表示的是第i个生态安全评价指标的不安全指数，其中：0≤Pi≤1，则：

对于指标值越大越安全的指标：

①当Xi>0，XSi>0时，

如果Xi>XSi，则Pi=0；

如果Xi

②当Xi<0，XSi<0时，

如果∣Xi∣>∣XSi∣，则Pi=XSi；

如果Xi≤XSi，则Pi=0；

③当Xi>0>XSi时，则Pi=0；

④当Xi<0

对于指标值越小越安全的指标：

①当Xi>0，XSi>0时，

如果Xi≤XSi，则Pi=0；

如果Xi>XSi，则Pi=1-Xi/XSi；

②当Xi<0，XSi<0时，

如果∣Xi∣<∣XSi∣，则Pi=1-XSi/Xi；

如果∣Xi∣>∣XSi∣，则Pi=0；

③当Xi>0>XSi时，则Pi=1；

④当Xi<0

2)生态安全综合指数确定。本研究选取了28个指标进行生态安全评价，各个指标所反应的只是某一方面的生态安全状况，不能反应整个研究区域的全部或者大部分内容，所以要将各个指标进行综合运算，得到生态安全综合指数。

本研究采用综合指数计算公式[7]如(公式4)所示。

(公式4)

式中：

P:综合不安全度，取值范围为[0,1]；

n:指标的个数，本研究共选取28个指标；

βi:指标i的权重；

Pi:第i个指标的不安全指数值；

βi×Pi:指标i的不安全度。

2.2.4 生态安全评价等级的确定

本研究生态安全评价等级的确定是通过各个生态指标所反映的具体情况并征求专家意见，同时参考相关文献[1,8]，结合剑湖湿地自然保护区的实际情况，将生态安全评价等级划分为4个等级，即稍不安全(理想状态)、较不安全(良好状态)、很不安全(一般状态)、极不安全(较差状态)(表2)。

表2 生态安全等级划分标准Tab.2 Ecological Safety Classification Standard

3 结果与分析

3.1 各指标安全值计算结果

利用公式1-4计算可得到各指标的权重值(β值)，专家打分差异度(δ值)，不安全度值(Pi值)等各项参数值，可清晰反映2006年-2016年间生态安全指数的变化情况，从压力指标、状态指标、响应指标来的波动，都会引起生态安全等级的波动(表3、表4)。

表3 各评价指标安全值计算Tab.3 Calculation of Safety Value of each Evaluation Index

表4 各评价指标安全值计算Tab.4 Calculation of Safety Value of each Evaluation Index

3.2 生态安全综合指数值计算结果

通过计算分析可得到剑湖湿地自然保护区2006-2016年压力、状态、响应以及生态安全综合指数值(表5)。

表5 剑湖湿地自然保护区生态安全综合评价Tab.5 Comprehensive Evaluation of Ecological Security in Jianhu Wetland Nature Reserve

从表5可以看到，2006年压力指标不安全指数为1.328087，状态指标不安全指数为1.667384，响应指标不安全指数5.125099，综合不安全指数为0.294957，安全等级为Ⅱ级，生态安全状况良好；2016年压力指标不安全指数为0.935450，状态指标不安全指数为0.550000，响应指标不安全指数2.698115，综合不安全指数为0.154633，安全等级为Ⅰ级，生态安全状况理想。

3.3 小结

1)总体上看，运用利用德尔菲法(Delphi)确定指标权重和综合指数分析法对相应指标进行生态安全综合指数计算所得到的数值从2006年到2016年有所下降，而压力指数准则层2006年至2016年有所上升，主要表现在人口密度增加，人均林地面积、人均水资源量、人均耕地面积等指标下降；状态指数准则层2006年至2016年有所下降，主要表现在年降雨量、平均气温、蓄水量、森林蓄积量、土壤侵蚀模数等指标上升；响应指数准则层2006年至2016年有所下降，主要表现在森林覆盖率、保护区有效管理水平、社区居民保护意识、人均纯收入等指标上升。

2)虽然生态安全综合指数朝着好的方向转变，但相应指标的波动变化，也说明剑湖湿地自然保护区还存在着或多或少的问题，如社区矛盾突出、居民环保意识不够全面、保护区法律法规不够完善和突发的自然灾害等因素，这将在下一步的工作和研究中不断提高和完善。

4 结论与讨论

4.1 主要结论

1)在土地利用的基础上，结合人口密度、土地利用率，人均林地面积等选定的28个生态安全评价指标，以P(压力)-S(状态)-R(响应)分析法为基础框架，利用德尔菲法(Delphi)和综合指数分析法对剑湖湿地保护区进行生态安全评价，根据生态安全评价安全等级区间值，并结合剑湖湿地自然保护区实际情况，将生态安全等级划分为4个等级：稍不安全(理想状态)、较不安全(良好状态)、很不安全(一般状态)、极不安全(较差状态)，通过计算分析得到剑湖湿地自然保护区综合不安全指数值2006年为0.294957，2016年为0.154633，2006年到2016年剑湖湿地自然保护区综合不安全指数有所降低，剑湖湿地自然保护区安全等级从2006年的Ⅱ级上升到2016年的Ⅰ级，生态安全状况有所提升，但随时空性的转移安全等级有所转变并不代表剑湖湿地保护区的保护治理工作取得了成效，资源的保护和合理的开发利用仍然是今后研究的难点和重点问题。

2)在剑湖湿地保护区2006-2016年11a间生态安全分析的前提下，分析剑湖湿地自然保护区综合保护与利用所面临的困难，主要困难是：剑湖湿地自然保护区离县城较近，人类活动频繁，资源环境压力较大；保护区内村庄密集，违章建筑较多，管控难度较大；保护区现有管理水平有待提高，社区矛盾较多，社区共管制度不够完善；保护区内规章制度和法律法规不够完善，应进一步加大出台相关规章制度及法规，有效遏制违法违规行为的发生；社区居民保护意识不够，时有违规行为发生。

4.2 讨论

1)本研究选取28个生态安全评价指标，邀请林业专家、水利专家、高校师生等对研究区情况掌握较全面的专家12人，以P(压力)-S(状态)-R(响应)分析法为基础框架，利用德尔菲法(Delphi)和综合指数分析法对剑湖湿地保护区进行生态安全评价，而生态安全评价周期为2006-2016年，该周期内研究数据及指标收集也存在有不全面的可能，研究区生态安全等级虽然从2006年的Ⅱ级(较不安全)上升到2016年的Ⅰ级(稍不安全)，评价标准I级(稍不安全)为理想状态，针对近年的保护治理实效来看，剑湖湿地自然保护区生态环境一直变好，但也存在资源不合理利用等现象，而生态安全等级是否达到理想状态，在生态安全等级的划分级别是否过粗有待进一步商榷，而另一方面，在如何选择恰当的生态安全评价指标来进行准确的评价方面仍是本研究以后继续开展的难点问题。

2)在生态安全指标权重的确定上，由于相关指标无法获取或者无法量化，本研究采用了德尔菲法(Delphi)进行权重指标分析，在标准值确定方面不是很充分，或是指标选取不够充分，可能也有所偏差，在之后的研究中将尝试采用更多的量化指标来对研究区进行分析和研究，以及指标的选取，样本的设置上争取更加完善和准确，更为准确、客观的反应各项指标的变化情况。