區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)健康動態(tài)評價
——以毛集生態(tài)實驗區(qū)為例

楊　陽，蔡怡敏，白艷瑩，陳衛(wèi)平，楊秀超

1 中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心　城市與區(qū)域生態(tài)國家重點實驗室，北京　100085　　2 中國科學院地理科學與資源研究所, 北京　100101　　3 淮南市毛集區(qū)科技局，淮南　232181

?

區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)健康動態(tài)評價
——以毛集生態(tài)實驗區(qū)為例

楊陽1，蔡怡敏1，白艷瑩2,*，陳衛(wèi)平1，楊秀超3

1 中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心城市與區(qū)域生態(tài)國家重點實驗室，北京1000852 中國科學院地理科學與資源研究所, 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)健康狀況對區(qū)域可持續(xù)發(fā)展具有重要意義?；凇跋到y(tǒng)和諧”理念，構(gòu)建區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)健康評價體系，對毛集生態(tài)試驗區(qū)生態(tài)系統(tǒng)及其4個子系統(tǒng)健康水平和演進趨勢進行量化分析。結(jié)果表明:5年尺度上社會系統(tǒng)得分受人口健康水平及民眾幸福感知強度制約而增幅不大；經(jīng)濟系統(tǒng)得分提高迅速，增幅達到149.5%，但負外部效應明顯；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；風險系統(tǒng)得分先降低再增加，自然-經(jīng)濟-社會耦合系統(tǒng)發(fā)展失衡是導致風險水平激增的主要原因。區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)健康各年評價結(jié)果均為亞健康隸屬，正向隸屬先增大后減小，環(huán)境負荷增大是造成區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)彈性減弱，敏感性增強，發(fā)展活力降低的主要原因。

區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)；風險系統(tǒng)；整合模型；動態(tài)評價；模糊數(shù)學

區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)健康是指其系統(tǒng)內(nèi)多樣性景觀和有機組分保存完整，物質(zhì)流與能量流循環(huán)有序，并對長期或突變的自然及人為擾動造成的代謝耗散保持彈性和穩(wěn)定性[1-2]。通過對區(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)化對策，實現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)合理性、經(jīng)濟有效性和社會接受性[3-5]。隨著生活水平的提高，人們對生態(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)域景觀服務于當?shù)厣鐣敖?jīng)濟發(fā)展的重要內(nèi)容[6]。而頻繁的人為擾動造成區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)補水不足，植被退化，景觀單調(diào)貧乏、異質(zhì)性變大，生態(tài)系統(tǒng)功能退化嚴重。作為社會可持續(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、景觀轉(zhuǎn)移風險、動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)化和無序化的風險系統(tǒng)，這在對具有多重功能的區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)進行測評時方案代表性不強，易造成指標信息量缺失、也使評價結(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)實驗區(qū)為研究對象，運用層次分析、模糊數(shù)學、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)健康的多指標動態(tài)測評體系，對研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)及自然、社會、經(jīng)濟、風險4個子系統(tǒng)健康發(fā)展水平進行定量分析，結(jié)果可為區(qū)域可持續(xù)發(fā)展提供科學參考，對其他生態(tài)系統(tǒng)健康評價也具有借鑒作用。

1　 評價模型

1.1區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)健康評價體系

引入社會物理學中“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，演進趨勢取決于自然、社會、經(jīng)濟3個非線性過程連續(xù)變化的強度、方向和組織性。當系統(tǒng)熵增達到可以躍遷的能量儲備，便會在不良代謝因子的點燃下，引發(fā)不同尺度的景觀無序和劣質(zhì)化。對系統(tǒng)無序性風險的度量和對約束變量的定量表達有助于對區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀和演進趨勢作出有效的判斷和預測[14]。傳統(tǒng)評價中常常忽略系統(tǒng)劣質(zhì)化因子，或只提及一部分，易造成指標信息量損失，使評價結(jié)果不夠客觀。因此本研究提取生態(tài)系統(tǒng)中自然、社會、經(jīng)濟3個子系統(tǒng)內(nèi)的劣質(zhì)化因子構(gòu)成風險系統(tǒng)，以識別因人類擾動而造成生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能損傷的不良代謝因子，風險系統(tǒng)得分值越高，對區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)健康脅迫越大。由此建立“自然系統(tǒng)-社會系統(tǒng)-經(jīng)濟系統(tǒng)-風險系統(tǒng)”4個維度的區(qū)域健康評價體系。根據(jù)Su等[5]及Horwitz等[6]提出的生態(tài)系統(tǒng)健康評價策略，結(jié)合指標的易得性及國內(nèi)外研究進展構(gòu)建區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)健康評價體系(圖1)，包括1個目標層，4個決策層，16個準則層及相應指標層。運用Delphi法[6]進行指標篩選和調(diào)整，并通過Pearson相關(guān)分析(P<0.05)對指標層重復指標進行剔除，所選具體指標見表1。

表1　區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標體系

a: 休閑旅游價值計算中設游客逗留時間最少為1 d,生態(tài)容量為300 d，機會工資為一般工資成本工資1/3;b: 所用指標為毛集實驗區(qū)與相鄰區(qū)縣(八公山區(qū)、壽縣、潁上縣、鳳臺縣)的各年相應數(shù)據(jù); c: Do為逆指標,代入模型時采用 (8-Si)/(8-Ci) 進行轉(zhuǎn)換

自然系統(tǒng)(B1)健康通過水資源承載力，生態(tài)系統(tǒng)服務能力，環(huán)境調(diào)節(jié)能力和生態(tài)恢復能力4個特征進行定義[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經(jīng)濟發(fā)展規(guī)模的重要指標[15]，應用模糊識別模型[15]進行計算；生態(tài)服務能力可反映區(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)反應區(qū)域景觀應對外界擾動的自我調(diào)控能力[17]，通過選取相應環(huán)境績效指標進行加權(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，應用湖泊生物多樣性指數(shù)(C4)[12]來表示。

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

經(jīng)濟系統(tǒng)(B3)通過經(jīng)濟發(fā)展規(guī)模，經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展能力，經(jīng)濟發(fā)展?jié)摿涂萍紕?chuàng)新能力4個特征進行定義[18,20]。其中經(jīng)濟發(fā)展規(guī)模應用經(jīng)濟綜合發(fā)展指數(shù)(C9)[21]表示，經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展能力(C10)應用DEA效益模型[22]計算，經(jīng)濟發(fā)展?jié)摿?C11)應用潛力發(fā)展模型[23]計算，科技創(chuàng)新能力[20](C12)計算方法同C3。

風險系統(tǒng)(B4)包括土地利用壓力、景觀危機觸發(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用土地轉(zhuǎn)移程度綜合指數(shù)(C13)[24]表示；景觀危機觸發(fā)值(C14)用來度量區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)退化趨勢，危機觸發(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)化因子進行加權(quán)求和來表示(表1)，指標選取及權(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)健康多指標評價體系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計算方法

模糊數(shù)學被廣泛應用于降低生態(tài)系統(tǒng)不確定性的評價研究中[8]。在模糊集合設定的基礎上，根據(jù)各準則層運算結(jié)果，結(jié)合國內(nèi)外相關(guān)文獻的建議和規(guī)劃值將各指標評價等級標準劃分為疾病、一般病態(tài)、亞健康、健康、很健康5個層次(表2)。通過模糊數(shù)學隸屬函數(shù)建立各子系統(tǒng)評價矩陣Ri及復合系統(tǒng)評價矩陣Rt，評價結(jié)果為評價矩陣與相應權(quán)重的線性相乘。風險系統(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]。評價指標權(quán)重由Delphi法[6]結(jié)合層次分析模型獲取[10]。按不同模型要求計算準則層各指標得分，標準化后進行加權(quán)求和即為相應決策層及目標層得分。目標層計算和模糊評價時對風險系統(tǒng)得分進行逆向轉(zhuǎn)換。

2　研究案例

2.1區(qū)域概況

毛集生態(tài)實驗區(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，為亞熱帶季風氣候。轄區(qū)內(nèi)濕地、煤炭、生物資源豐富，有著被譽為淮河變遷“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)，有效的推動了當?shù)厣鷳B(tài)文明建設及經(jīng)濟發(fā)展的進程[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)境負荷增大，濕地面積萎縮，區(qū)域生態(tài)服務功能退化，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　Fig.2　The land-use pattern of ecosystem and monitoring points in the study area

根據(jù)《安徽省統(tǒng)計年鑒》、《淮河片水資源公報》、《淮南市統(tǒng)計年鑒》、《淮南水資源公報》、《毛集實驗區(qū)志》、《毛集區(qū)統(tǒng)計公報》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)來自中國科學院數(shù)據(jù)云(www.csdb.cn)；水質(zhì)數(shù)據(jù)來自當?shù)厮块T監(jiān)測(圖2)；民眾幸福感知強度數(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)計分析采用SPSS 17.0，DEA效益分析應用Deap 2.1，其余模型運算應用Matlab 7.0。

表 2　區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標分級標準

a: 水資源承載水平(C1)所用測度模型為模糊識別模型，級別劃分具體內(nèi)容參看文獻[15]；模糊評價時對風險系統(tǒng)指標得分進行逆向轉(zhuǎn)換

3　結(jié)果和討論

3.1指標體系評價結(jié)果

各準則層計算結(jié)果如圖3所示。5a尺度上各評價指標變化差異較大。引入物理學波峰和波谷概念，不同系統(tǒng)內(nèi)指標呈現(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)，其他指標變化相對平穩(wěn)，整體呈上升態(tài)勢；對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(社會系統(tǒng))中，C6增長幅度較大，C7變化相對平穩(wěn)，C8呈明顯的谷—峰模式(2009—2011年為谷，2011—2013年為峰)。對該系統(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)濟系統(tǒng))中，各指標均表現(xiàn)為上升趨勢，對該系統(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)資引進增加帶動)，影響次之的C11(權(quán)重為0.0454)增幅高達5439.5%(由產(chǎn)業(yè)梯度增加帶動)。B4(風險系統(tǒng))中， C15變化為谷-峰模式，2012年達到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項指標按比例調(diào)整到[0,1]區(qū)間

2009—2013年B2 (社會系統(tǒng))和B3 (經(jīng)濟系統(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 (風險系統(tǒng))表現(xiàn)出明顯的逆向協(xié)調(diào)性，前者先上升后下降，后者則由風險下降轉(zhuǎn)變?yōu)轱L險上升；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)社會和諧程度、環(huán)境績效和經(jīng)濟活力水平逐步上升，系統(tǒng)風險降低。2011年后，自然系統(tǒng)對社會系統(tǒng)和經(jīng)濟系統(tǒng)的支持力開始小于后者對其的壓力，區(qū)域資源供給能力下降，環(huán)境風險升高，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)健康模糊評價

模糊評價結(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(一般病態(tài))隸屬外，其它年份均為Ⅲ級(亞健康)隸屬，但各級隸屬度變化較大(圖4)。2011年B1健康水平最高，有52.5%為Ⅲ級，31.7%處于Ⅱ級，3.0%處于Ⅰ級(病態(tài))；2012年Ⅰ級隸屬增大為20.4%，Ⅱ級為23.5%，Ⅲ級隸屬降為40.0%；2013年Ⅲ級隸屬略有回升，但Ⅱ級隸屬增大到30.0%。可見區(qū)域景觀受人類擾動在逐年增強，目前可提供一定的生態(tài)服務功能，但系統(tǒng)彈性減弱，敏感性增強，有少量生態(tài)異?，F(xiàn)象出現(xiàn)。

B2(社會系統(tǒng))各年度健康水平均為Ⅲ級隸屬，無Ⅰ級和Ⅴ級(非常健康)隸屬。Ⅲ級和Ⅱ級隸屬均呈先增高再減小的趨勢，其中2013年Ⅳ級隸屬為5a中最高(21.1%)；雖然公共服務水平(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)的擴大、民眾幸福感知水平(C8)降低等問題也逐漸出現(xiàn)。當前，研究區(qū)社會系統(tǒng)基本穩(wěn)定，劣質(zhì)化程度較低，為確保其進一步的可持續(xù)發(fā)展，應在繼續(xù)完善公共服務水平的基礎上，整合社會有序能力，提高社會抗逆性，將社會系統(tǒng)應急管理關(guān)口前移至危機發(fā)生的萌芽狀態(tài)。

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

政策引導企業(yè)走科技含量高，能源消耗低，經(jīng)濟效益好的“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。

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

區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)健康(A)各年綜合評價均為亞健康隸屬(Ⅲ級)，正向隸屬呈上升趨勢(圖4)。說明研究區(qū)5年來“因地制宜，減災消貧，綠色發(fā)展，提升觀念”的舉措[26]在自然、社會、經(jīng)濟3方面均取得了一定的進展。2009年各系統(tǒng)健康水平較低， Ⅰ級隸屬和Ⅱ級隸屬所占組分較高(13.7%和21.2%)，此時，毛集生態(tài)實驗區(qū)正處于社會發(fā)展轉(zhuǎn)型后期(2000年—2009年)，當?shù)厣鷳B(tài)文明系統(tǒng)建設很不穩(wěn)定，環(huán)境建設、市政基礎、人口健康水平較低，區(qū)域生態(tài)風險較高。2010年開始，隨著環(huán)境質(zhì)量提升，公共設施改善，經(jīng)濟的快速發(fā)展，生態(tài)建設開始略有成效，區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)有序性增強，失控風險隸屬下降明顯。到2011年，生態(tài)文明建設的加強，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，風險水平持續(xù)降低。2011年后，“毛集速度[26]”的負外部效應增加，自然-經(jīng)濟-社會3個子系統(tǒng)協(xié)調(diào)度出現(xiàn)震蕩，系統(tǒng)風險水平激增，劣質(zhì)化速度提升。目前，系統(tǒng)對外界干擾及其內(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)境負荷和生態(tài)風險水平的攀升應引起決策者足夠重視。

4　結(jié)論

本研究在“系統(tǒng)和諧”的理念基礎上，借助多個評價指標量化區(qū)域景觀發(fā)展水平和趨勢，從自然系統(tǒng)-社會系統(tǒng)-經(jīng)濟系統(tǒng)-風險系統(tǒng)4個維度構(gòu)建一個系統(tǒng)的、完整的、連續(xù)的識別區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)健康的時空譜，反映區(qū)域生態(tài)功能現(xiàn)狀，對其他生態(tài)系統(tǒng)健康評價也有決策指導意義。

案例分析說明研究區(qū)2009—2011年在環(huán)境績效、社會和諧、經(jīng)濟活力等三方面取得了一定進展，2011年后自然-社會-經(jīng)濟耦合系統(tǒng)發(fā)展失調(diào)造成區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，運轉(zhuǎn)風險升高，可持續(xù)發(fā)展活力受阻。培育生態(tài)資源稟賦，提高社會系統(tǒng)抗逆性，轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展模式應作為保護與提升研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康的主要措施。

[1]Costanza R. Ecosystem health and ecological engineering. Ecological Engineering, 2012, 45: 24-29.

[2]Helfenstein J, Kienast F. Ecosystem service state and trends at the regional to national level: A rapid assessment. Ecological Indicators, 2014, 36: 11-18.

[3]Vo Q T, Kuenzer C, Vo Q M, Moder F, Oppelt N. Review of valuation methods for mangrove ecosystem services. Ecological Indicators, 2012, 23: 431-446.

[4]Sims A, Zhang Y Y, Gajaraj S, Brown PB, Hu Z Q. Toward the development of microbial indicators for wetland assessment. Water Research, 2013, 47(5): 1711-1725.

[5]Su M R, Fath B D, Yang Z F. Urban ecosystem health assessment: A review. Science of the Total Environment, 2010, 408(12): 2425-2434.

[6]Horwitz P, Finlayson C M. Wetlands as settings for human health: incorporating ecosystem services and health impact assessment into water resource management. BioScience, 2011, 61(9): 678-688.

[7]Wolf K L, Blahna D J, Brinkley W, Romolini, M. Environmental stewardship footprint research: linking human agency and ecosystem health in the Puget Sound region. Urban Ecosystems, 2013, 16(1): 13-32.

[8]Prato T. Assessing ecosystem sustainability and management using fuzzy logic. Ecological Economics, 2007, 61(1): 171-177.

[9]Li Y F, Li D. Assessment and forecast of Beijing and Shanghai′s urban ecosystem health. Science of the Total Environment, 2014, 487: 154-163.

[10]Herath G. Incorporating community objectives in improved wetland management: the use of the analytic hierarchy process. Journal of Environmental Management, 2004, 70(3): 263-273.

[11]Bradley B A. Assessing ecosystem threats from global and regional change: hierarchical modeling of risk to sagebrush ecosystems from climate change, land use and invasive species in Nevada, USA. Ecography, 2010, 33(1): 198-208.

[12]Salas F, Neto J M, Borja A, Marques J C. Evaluation of the applicability of a marine biotic index to characterize the status of estuarine ecosystems: the case of Mondego estuary (Portugal). Ecological Indicators, 2004, 4(3): 215-225.

[13]Glymour C. Social science and social physics. Behavioral Science, 1983, 28(2): 126-134.

[14]牛文元. 基于社會物理學的社會和諧方程. 中國科學院院刊, 2008, 23(4): 343-347.

[15]王海峰, 胡吉敏, 李春燕. 淮河流域水資源承載能力綜合評價. 人民長江, 2010, 41(6): 53-57, 60.

[16]王鳳珍, 周志翔, 鄭忠明. 城郊過渡帶湖泊濕地生態(tài)服務功能價值評估——以武漢市嚴東湖為例. 生態(tài)學報, 2011, 31(7): 1946-1954.

[17]Jasch C. Environmental performance evaluation and indicators. Journal of Cleaner Production, 2000, 8(1): 79-88.

[18]Kwan M P, Murray A T, O′Kelly M E, Tiefelsdorf M. Recent advances in accessibility research: Representation, methodology and applications. Journal of Geographical Systems, 2003, 5(1): 129-138.

[19]史興民, 劉戎. 煤礦區(qū)居民的環(huán)境污染感知——以陜西省韓城礦區(qū)為例. 地理研究, 2012, 31(4): 641-651.

[20]Singh R K, Murty H R, Gupta S K, Dikshit A K. An overview of sustainability assessment methodologies. Ecological Indicators, 2009, 9(2): 189-212.

[21]史亞琪, 朱曉東, 孫翔, 李揚帆, 魏婷. 區(qū)域經(jīng)濟-環(huán)境復合生態(tài)系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展動態(tài)評價——以連云港為例. 生態(tài)學報, 2010, 30(15): 4119-4128.

[22]Li X G, Yang J, Liu X J. Analysis of Beijing′s environmental efficiency and related factors using a DEA model that considers undesirable outputs. Mathematical and Computer Modelling, 2013, 58(5/6): 956-960.

[23]王嬌, 馬克明, 楊柳, 唐榮麗. 北京郊區(qū)縣經(jīng)濟發(fā)展?jié)摿捌鋵坝^格局與河流水質(zhì)的影響. 生態(tài)經(jīng)濟, 2010, (11): 39-43, 47-47.

[24]Liu J Y, Liu M L, Zhuang D F, Zhang Z X, Deng X Z. Study on spatial pattern of land-use change in China during 1995-2000. Science in China Series D: Earth Sciences, 2003, 46(4): 373-384.

[25]Yu S, Wang M Y. Comprehensive evaluation of scenario schemes for multi-objective decision-making in river ecological restoration by artificially recharging river. Water Resources Management, 2014, 28(15): 5555-5571.

[26]中國可持續(xù)發(fā)展研究會. 里約之新——國際可持續(xù)發(fā)展新格局、新問題、新對策. 北京: 人民郵電出版社, 2012: 128-137.

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)項目(1301042120)

2014-12-11; 網(wǎng)絡出版日期: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)健康動態(tài)評價——以毛集生態(tài)實驗區(qū)為例.生態(tài)學報,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.