潘廣臣, 邱盛堯, 張 華, 劉 欣

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基于層次分析法的萊州灣魚卵、仔稚魚評(píng)估

潘廣臣1, 邱盛堯1, 張 華2, 劉 欣2

(1. 煙臺(tái)大學(xué)海洋學(xué)院, 山東煙臺(tái) 264003; 2. 中國(guó)科學(xué)院煙臺(tái)海岸帶研究所, 山東煙臺(tái) 264003)

作者采用層次分析法對(duì)萊州灣魚卵、仔稚魚群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行評(píng)估, 旨在為漁業(yè)水域生態(tài)環(huán)境保護(hù)和漁業(yè)資源的合理利用提供參考和依據(jù)。根據(jù)2014年5月、6月和9月對(duì)萊州灣魚卵、仔稚魚的調(diào)查結(jié)果, 分別以生物、經(jīng)濟(jì)、化學(xué)3類評(píng)價(jià)指標(biāo)構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)模型, 最終計(jì)算得到各站位評(píng)分。結(jié)果表明: 2014年夏季到秋季的時(shí)間變化中, 萊州灣魚卵、仔稚魚群落結(jié)構(gòu)最優(yōu)區(qū)域的分布存在由近岸向中央?yún)^(qū)域轉(zhuǎn)移的明顯趨勢(shì)。同時(shí), 在評(píng)估結(jié)果方面, 針對(duì)評(píng)估體系中化學(xué)指標(biāo)的存在與否, 萊州灣近岸區(qū)域相對(duì)于中央?yún)^(qū)域反應(yīng)更加敏感。

層次分析法; 萊州灣; 魚卵; 仔稚魚

萊州灣位于山東半島西北部, 是中國(guó)唯一的半封閉性陸架海灣[1-2], 也是黃、渤海多種經(jīng)濟(jì)魚蝦類的產(chǎn)卵場(chǎng)[3]。萊州灣入海河流眾多, 構(gòu)成了極具代表性的海洋近岸生態(tài)系統(tǒng)[4]。沿岸工農(nóng)業(yè)及生活污水等攜帶的陸源污染物, 導(dǎo)致萊州灣營(yíng)養(yǎng)鹽與重金屬的分布總體呈現(xiàn)出西高東低的趨勢(shì)[5-11]。自20世紀(jì)50年代以來, 中國(guó)學(xué)者通過多次生態(tài)調(diào)查, 對(duì)包括萊州灣在內(nèi)的渤海水域中魚卵和仔稚魚的種類組成及數(shù)量分布進(jìn)行了一系列研究[12-15]。結(jié)果表明, 自1982年以來, 萊州灣魚卵、仔稚魚種類數(shù)以及個(gè)體資源量下降趨勢(shì)明顯。其中, 夏季作為大部分魚類的主要產(chǎn)卵期, 表現(xiàn)出其群落穩(wěn)定性較春、秋季高的特征。

然而, 僅僅通過單一指標(biāo)的數(shù)據(jù)說明, 難以全面評(píng)估海域的整體狀況。故作者首次運(yùn)用層次分析法, 綜合考慮生物因素、經(jīng)濟(jì)因素和化學(xué)因素, 通過建立適用于魚卵、仔稚魚的層次結(jié)構(gòu)模型, 對(duì)萊州灣夏、秋季魚卵、仔稚魚群落結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行綜合評(píng)估, 旨在為漁業(yè)水域生態(tài)環(huán)境保護(hù)和漁業(yè)資源的合理利用提供參考和依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

1.1.1 調(diào)查時(shí)間和地點(diǎn)

由于港口擴(kuò)建對(duì)生態(tài)造成一定影響, 故通過增設(shè)調(diào)查站位的方式, 降低評(píng)估誤差, 2014年在萊州灣設(shè)置19個(gè)站位(龍口外海區(qū)域), 于5月、6月和9月共3個(gè)航次對(duì)所有站位進(jìn)行魚卵、仔稚魚調(diào)查; 僅在其中的5月和9月進(jìn)行水質(zhì)調(diào)查(圖1)。

1.1.2 取樣方法

1.1.2.1 魚卵、仔稚魚樣品采集

樣品通過使用淺水I型浮游生物拖網(wǎng)(網(wǎng)長(zhǎng)145 cm, 網(wǎng)口內(nèi)徑50 cm, 網(wǎng)口面積0.2 m2)和大型浮游生物網(wǎng)(網(wǎng)長(zhǎng)280 cm, 網(wǎng)口內(nèi)徑80 cm, 網(wǎng)目面積0.5 m2)分別進(jìn)行垂直和水平拖曳采集。樣品裝標(biāo)本瓶以5%甲醛海水溶液固定保存, 帶回實(shí)驗(yàn)室鑒定分析。

1.1.2.2 水質(zhì)測(cè)定

主要對(duì)各站位表層海水中銨態(tài)氮、砷和銻的含量進(jìn)行測(cè)定。

1.1.3 魚卵、仔稚魚種類鑒定與經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

魚卵、仔稚魚種類鑒定主要采用傳統(tǒng)方法, 根據(jù)魚卵、仔稚魚的形態(tài)特征、產(chǎn)卵時(shí)間以及分布范圍等進(jìn)行鑒定, 所有種類鑒定到最小分類單元; 魚卵、仔稚魚經(jīng)濟(jì)指標(biāo)數(shù)據(jù)主要來自實(shí)際走訪調(diào)查統(tǒng)計(jì)。

1.2 層次分析法

層次分析法(Analytic Hierarchy Process, AHP)是由美國(guó)運(yùn)籌學(xué)家、匹茲堡大學(xué)運(yùn)籌學(xué)家Saaty T.L. 教授于20世紀(jì)70年代初期提出的, 是一種適合于復(fù)雜問題的定性與定量相結(jié)合的系統(tǒng)分析與決策方法。它可以將人們的主觀判斷用數(shù)量形式來表達(dá)和處理, 通過把復(fù)雜問題分解成各個(gè)組成因素, 又將這些因素按支配關(guān)系分組形成遞階層次結(jié)構(gòu), 進(jìn)而兩兩比較各個(gè)因素以確定相對(duì)重要性, 然后綜合決策者的判斷, 最終確定決策方案相對(duì)重要性的總排序[16-19]。層次分析法由于具有易操作性、實(shí)用性和系統(tǒng)性等優(yōu)點(diǎn), 已經(jīng)廣泛應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)和環(huán)境系統(tǒng)分析、評(píng)價(jià)與決策過程[20-22]。

1.2.1 構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)模型

根據(jù)層次分析法模型構(gòu)建的基本方法構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)模型[23-24](圖2、圖3)。

1.2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)含義與計(jì)算方法

物種豐富度: Margalef豐富度指數(shù):

其中,為物種豐富度,為種類數(shù),為數(shù)量。

物種多樣性: Shannon-Winener多樣性指數(shù):

其中,′為物種多樣性,為種類數(shù),P為第種數(shù)量占總數(shù)量的比例。

物種均勻度: Pielou均勻度指數(shù):

其中,′為物種均勻度,′為物種多樣性,為種類數(shù)。

總價(jià): 魚卵或仔稚魚經(jīng)濟(jì)價(jià)值總和。

最貴單尾價(jià)值: 經(jīng)濟(jì)價(jià)值最高魚類的仔稚魚單尾價(jià)值。

銨態(tài)氮、砷、銻: 水質(zhì)指標(biāo)。

評(píng)價(jià)指標(biāo)歸一化處理

=100/(4)

其中,為歸一化后的評(píng)價(jià)指標(biāo)值,為歸一化前的評(píng)價(jià)指標(biāo)值,為某指標(biāo)歸一化處理前的最大值。

1.2.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重值計(jì)算方法

通過調(diào)查問卷的形式得到各評(píng)價(jià)指標(biāo)值, 統(tǒng)計(jì)后通過Yaahp進(jìn)行計(jì)算得到各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重值。

1.2.4 評(píng)分計(jì)算方法

為魚卵、仔稚魚結(jié)構(gòu)特征評(píng)分(無量綱), 即8個(gè)(魚卵為7個(gè))評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)分之和, 其分別為物種豐富度、物種多樣性、物種均勻度、總價(jià)、最貴單尾價(jià)值(由于魚卵不同種類的單粒經(jīng)濟(jì)價(jià)值差別很小, 對(duì)結(jié)果貢獻(xiàn)較小, 故只用作仔稚魚。魚卵、仔稚魚經(jīng)濟(jì)相關(guān)數(shù)據(jù)均是通過走訪相關(guān)生產(chǎn)單位調(diào)查統(tǒng)計(jì)得到)、銨態(tài)氮、砷和銻。

其中, 銨態(tài)氮、砷和銻為成本型指標(biāo), 即指標(biāo)的屬性值越小越好, 故對(duì)其做相應(yīng)轉(zhuǎn)換。

其中,為魚卵、仔稚魚結(jié)構(gòu)特征評(píng)分,N為指標(biāo)的歸一化結(jié)果,W為指標(biāo)的權(quán)重值,N為指標(biāo)的歸一化結(jié)果,W為指標(biāo)的權(quán)重值。指標(biāo)包括物種豐富度、物種多樣性、物種均勻度、總價(jià)和最貴單尾價(jià)值,指標(biāo)包括銨態(tài)氮、砷和銻。為指標(biāo)的數(shù)量,為指標(biāo)的數(shù)量。

2 結(jié)果與討論

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重值

調(diào)查問卷采用面對(duì)面的發(fā)放形式, 受訪者為中國(guó)科學(xué)院煙臺(tái)海岸帶研究所相關(guān)研究領(lǐng)域?qū)＜?。問卷全部回收? 將調(diào)查數(shù)據(jù)錄入Yaahp軟件, 計(jì)算得到各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重值如表1所示。

表1 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重值

2.2 評(píng)分結(jié)果

各調(diào)查站位魚卵、仔稚魚結(jié)構(gòu)特征評(píng)分均采用百分制, 評(píng)分越高表明魚卵、仔稚魚群落結(jié)構(gòu)特征越優(yōu)。

2.2.1 魚卵結(jié)構(gòu)特征評(píng)分結(jié)果

魚卵結(jié)構(gòu)特征評(píng)分分為5月、6月和9月3個(gè)時(shí)間段進(jìn)行, 評(píng)分結(jié)果顯示: 5月各站位評(píng)分相對(duì)于6月和9月整體較高, 其中, 13、17站位評(píng)分高于50; 6月評(píng)分結(jié)果中, 5、4、3、1站位評(píng)分高于50; 9月評(píng)分結(jié)果中, 6站位評(píng)分高于50, 10站位評(píng)分高達(dá)70.77(圖4)。

2.2.2 仔稚魚結(jié)構(gòu)特征評(píng)分結(jié)果

仔稚魚結(jié)構(gòu)特征評(píng)分亦分為5月、6月和9月3個(gè)時(shí)間段進(jìn)行, 其評(píng)分結(jié)果顯示: 5月各站位評(píng)分相對(duì)于6月和9月整體較高, 其中, 4站位評(píng)分高達(dá)78.63; 6月評(píng)分結(jié)果中, 只有12站位評(píng)分高于50; 9月評(píng)分結(jié)果中, 6站位評(píng)分高達(dá)88.84(圖5)。

2.2.3 5月、6月和9月評(píng)分最高站位地理分布

通過對(duì)5月、6月和9月評(píng)分最高值站位統(tǒng)計(jì)得出: 魚卵方面分別為5月13站位、6月3站位、9月10站位; 仔稚魚方面分別為5月4站位、6月12站位、9月6站位(圖6)。

2.3 層次分析法敏感性分析

為了檢驗(yàn)層次結(jié)構(gòu)模型的穩(wěn)定性, 故對(duì)其進(jìn)行敏感性分析。由于調(diào)查航次的原因, 6月沒有對(duì)各站位中銨態(tài)氮、砷和銻含量情況做調(diào)查, 致使6月評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)量較5月和9月少3個(gè)(銨態(tài)氮、砷和銻), 基于此做對(duì)比分析, 即由于評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)量的減少所導(dǎo)致的6月評(píng)分結(jié)果變化。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析, 6月各站位評(píng)分結(jié)果相對(duì)于5月和9月變化情況中, 降低(升高)的站位即由于6月評(píng)價(jià)指標(biāo)減少, 其評(píng)分結(jié)果均低于(高于)5月和9月, 并且降低(升高)的程度自左向右依次遞減; 變化不一致的站位即由于6月評(píng)價(jià)指標(biāo)的減少, 其評(píng)分結(jié)果相對(duì)于5月和9月的變化不具有一致性(表2、圖7、圖8)。

表2 各站位評(píng)分由于評(píng)價(jià)指標(biāo)減少引起的變化

經(jīng)對(duì)比分析, 13、2、10、8站位評(píng)分由于評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)量減少出現(xiàn)了較大程度降低, 表明該區(qū)域評(píng)分結(jié)果對(duì)銨態(tài)氮、砷和銻3個(gè)指標(biāo)的敏感度較高。故此, 針對(duì)該區(qū)域中銨態(tài)氮、砷和銻的實(shí)際調(diào)查應(yīng)更加嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué), 避免對(duì)最終結(jié)果造成隨機(jī)影響。

其他站位評(píng)分結(jié)果并沒有由于評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)量的減少表現(xiàn)出較為明顯的規(guī)律性變化, 原因有兩個(gè): (1)這些站位中的銨態(tài)氮、砷和銻含量較低, 對(duì)評(píng)分結(jié)果影響不大; (2)銨態(tài)氮、砷和銻的權(quán)重值較小, 指標(biāo)值輕微的變化對(duì)站位評(píng)分結(jié)果的影響不大。

2.4 層次分析法評(píng)估改進(jìn)

作者通過運(yùn)用層次分析法評(píng)估萊州灣魚卵、仔稚魚群落結(jié)構(gòu)特征, 分別以不同的標(biāo)準(zhǔn)將生物指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和化學(xué)指標(biāo)聚合在一起, 作為第一層。第二層中, 生物指標(biāo)選取物種豐富度、物種多樣性和物種均勻度; 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)選取價(jià)值和最貴單尾價(jià)值; 化學(xué)指標(biāo)選取銨態(tài)氮、砷和銻。最終評(píng)估結(jié)果具有一定的科研價(jià)值, 可為以后相關(guān)評(píng)估工作提供參考。同時(shí), 在以后的研究過程中仍有需要改進(jìn)的方面:

(1) 調(diào)查問卷涉及范圍增大, 即受訪者群體特征多元化, 可以得出更全面、客觀的評(píng)估結(jié)果。例如, 年齡方面, 可以涵蓋青年、中年、老年各個(gè)年齡段; 工作性質(zhì)方面, 可以涵蓋政府主管部門工作人員、從事與漁業(yè)相關(guān)活動(dòng)者、漁業(yè)相關(guān)專業(yè)學(xué)生、海洋旅游主管部門工作者、海洋相關(guān)專業(yè)科研人員和沿海地區(qū)當(dāng)?shù)鼐用竦阮I(lǐng)域。

(2) 評(píng)價(jià)指標(biāo)增多。生物指標(biāo)方面, 可以增加處于魚卵、仔稚魚食物鏈上下端生物指標(biāo)數(shù)據(jù); 人類活動(dòng)指標(biāo)方面, 可以增加捕撈努力量、增殖放流等相關(guān)指標(biāo)數(shù)據(jù); 化學(xué)指標(biāo)方面, 可以增加pH、溶解氧等指標(biāo)數(shù)據(jù)。

3 結(jié)論

基于層次分析法對(duì)萊州灣魚卵、仔稚魚進(jìn)行評(píng)估, 即對(duì)2014年5月、6月和9月萊州灣19個(gè)站位的魚卵、仔稚魚結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行評(píng)分, 可得出各月最優(yōu)站位如下, 魚卵方面分別為5月13站位(評(píng)分52.81)、6月3站位(評(píng)分66.42)、9月10站位(評(píng)分70.77); 仔稚魚方面分別為5月4站位(評(píng)分78.63)、6月12站位(評(píng)分62.51)、9月6站位(評(píng)分88.84)。在2014年5月至9月的時(shí)間序列上, 萊州灣最優(yōu)區(qū)域的分布存在由近岸向中央?yún)^(qū)域轉(zhuǎn)移的明顯趨勢(shì)。同時(shí), 在評(píng)估結(jié)果方面, 評(píng)估體系中化學(xué)指標(biāo)的存在與否, 萊州灣近岸區(qū)域相對(duì)于中央?yún)^(qū)域反應(yīng)更加敏感。

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Evaluating the fish eggs and juveniles in the Laizhou Bay using analytical hierarchy process

PAN Guang-chen1, QIU Sheng-yao1, ZHANG Hua2, LIU Xin2

(1. School of Ocean, Yantai University, Yantai 264003, China; 2. Yantai Institute of Coastal Zone Research, Chinese Academy of Sciences, Yantai 264003, China)

The community structure characteristics of fish eggs and juveniles were evaluated using analytical hierarchy process. This study aims to provide the reference and support for the protection of the ecological environment and the reasonable utilization of fishery resources in the Bohai Sea. The survey was conducted on the fish eggs and the juveniles in the Laizhou Bay in May, June, and September 2014. The hierarchy analysis model was composed of three types of indices such as biological index, economic index, and chemical index. The scores of all stations were calculated. Results demonstrated that the distribution of the optimal region showed an obvious trend from the inshore area to the central area in the Laizhou Bay from summer to autumn in 2014 and that the inshore area was more sensitive than the central area in the Laizhou Bay when the chemical indicator in the evaluation system was considered or not.

analytic hierarchy process; Laizhou Bay; fish eggs; juveniles

(本文編輯: 譚雪靜)

[Key Deployment Project of the Chinese Academy of Sciences, No. KZZD-EW-14; National Natural Science Fund , No. 41371483; National Program on Key Basic Research Project of China, 973 Program, No. 2015CB453300]

Aug. 28, 2016

S932

A

1000-3096(2017)05-0034-08

10.11759//hykx20160828001

2016-08-28;

2016-11-18

中國(guó)科學(xué)院重點(diǎn)部署項(xiàng)目(KZZD-EW-14); 國(guó)家自然科學(xué)基金(41371483); 國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973項(xiàng)目, 2015CB453300)

潘廣臣(1990-), 男, 山東煙臺(tái)人, 碩士研究生, 主要從事海洋生物資源研究, 電話: 15153515190, E-mail: 15153515190@ 163.com; 劉欣, 通信作者, 研究員, E-mail: xliu@yic.ac.cn