基于PSR模型的东阳江流域生态安全评价

SPOT-5 卫星影像数据（空间分辨率 10m×10m）；数字高程模型 DEM 数据（空间
分辨率 30m×30m）、数字化土地利用数据库（2000 年、2010 年）
水质断面监测数据，降水量数据，河流径流量数据，点源、面源污染物排放数据 义乌市和东阳市环保局、气象局、水
务局、农业局
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2012 年东阳市、义乌市统计年鉴、东阳江流域调查问卷
义乌市和东阳市统计局、实地调研
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资源科学
第 36 卷 第 8 期
要性也不相同，因此本文通过
表 2 流域生态安全评价指标体系及权重
Delphi-AHP 法 [27，28]获得各项指
Table 2 Weight and evaluation index system of watershed ecological security
标的权重。Delphi- AHP 法主 准则层（权重） 因素层（权重）
压力（0.33）
要有以下步骤：①将笔者构建
环境压力（0.51）
的多层次指标体系制成表格，
非环境压力（0.49）
指标层
权重 数据来源
水生生境干扰指数 （0.49） 调查问卷、专家咨询
水资源开发利用强度 （0.51） 统计年鉴、水资源公报
关键词：生态安全；PSR 模型；评价；东阳江流域
1 引言
自 20 世纪 80 年代以来，随着生态恶化和环境 问题日益突出，生态安全问题研究引起了地学、资 源与环境科学及生态学等专业的科学家们的广泛 关注 。 [1] 迄今为止，国内外对生态安全尚无统一的 定义。一般比较普遍的认为生态安全的内涵存在 着广义和狭义两种理解，广义的生态安全包括自然 生态安全、经济生态安全和社会生态安全；狭义的 生态安全包括自然和半自然生态系统的安全 。 [1-3] 生态安全可以从生态风险和生态健康两方面来表 征，其中生态风险与生态安全互为反函数，生态健 康与生态安全互为正比关系，二者共同组成了生态 安全的核心 。 [4-9] 当前生态安全的评价主要集中在 从短期到长期的时间尺度和从地方到区域的空间 尺度上[10-13]，评价方法主要有生态模型法、数学模型 法、景观生态模型法和数字地面模型法[14-18]，评价指 标体系主要为多因子综合评价模型，如“压力-状
（1. 浙江师范大学地理与环境科学学院，金华 321004；2. 浙江省环境监测中心，杭州 310015； 3. 浙江师范大学化学与生命科学学院，金华 321004）
摘 要：以与乡镇结合的小流域为评价单元，将遥感影像数据、环境监测数据和社会经济数据相结合，利用“压 力-状态-响应”模型、生态安全度模型和 RS 与 GIS 技术，结合流域生态系统的结构和功能，选取 18 项评价指标，建 立流域生态安全评价指标体系，揭示流域生态安全的空间分布规律。研究结果表明：①东阳江流域生态安全状态 优秀区域面积占 8%，良好区域面积占 81%，一般区域面积占 11%，流域整体上处于良好状态；②流域上游部分评价 单元设有自然保护区(东阳江)，生态系统结构完整、功能完善，生态安全处于优秀状态；流域中游评价单元（马宅，画 水等）河流流经丘陵低山地带，主要流域环境处于自然-半自然状态，整体生态安全状态良好；流域下游评价单元， 河流干流流经东阳和义乌主城区地带，由于建设用地比例过大，人类干扰活动强烈，生态结构和功能遭受破坏，生 态安全状态一般；③东阳江流域的主要环境问题为城区人为干扰剧烈，非环境压力较大；干流水质状况较差，部分 流域单元生态组织和服务功能较差；湿地退化较快，消落带受损较重。
研究数据包括数字影像数据、环境监测数据和 社会经济数据，其中数字影像数据由浙江省环保厅
提供，环境监测数据和社会经济数据均由义乌市和 东阳市各相关职能单位提供，东阳江流域调查问卷 由课题组赴研究区各乡镇实地调研获取，详见表 1。
3 研究方法
3.1 评价单元 为便于流域生态安全的评价，本文采用 GIS 水
EPTr - F > 0.36， EPTr = 1.0 EPTr - F < 0.36，EPTr = 0.036e9.1382(EPT/total)
（3）
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解雪峰等：基于 PSR 模型的东阳江流域生态安全评价
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表 3 流域生态安全评价指标量化标准
之间，见表 3。部分指标含义及计算方法如下： （1）水生生境干扰指数（E1）：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
动物分类单元数（S）、大型底栖动物 EPT 科级分类 单元比（EPTr-F）、大型底栖动物 BMWP 指数和大型 底栖动物 Berger-Parker 优势度指数（D）的算术平均
统计年鉴
重计算，最后进行层次总排序
社会经济响应（0.79） 污水处理率
（0.29） 统计年鉴
权重计算并做一致性检验。本
人口受教育程度
（0.19） 统计年鉴
文 将 Delphi 法 与 AHP 法 计 算 出的权数加和平均值作为评价 指标综合权数，具体计算过程
流域管理水平
（0.28） 统计年鉴、调查问卷
Table 3 Quantitative criterion of ecological security evaluation index for watershed
东阳江流域是一个集湿地、森林、草地于一体 的复杂生态系统，为东阳、义乌两市的社会经济发 展提供了有力支撑。随着近年来流域内的人类干 扰活动日益强烈，流域水质污染严重，流域服务功 能遭到严重破坏[26]。本文从生态安全的狭义内涵出
收稿日期：2013-12-23；修订日期：2014-05-20 基金项目：浙江省科技厅公益性项目（编号：2013C33029）；浙江省教育厅资助项目（编号：Y201226102）；浙江省大学生科技创新活动计 划项目（编号：2013R404053；2014R404058）。 作者简介：解雪峰，男，安徽合肥市人，硕士生，主要从事生态环境遥感应用评价研究。E-mail：xiexuefeng2008@126.com 通讯作者：蒋国俊，E-mail：jgj@zjnu.cn
由于生态安全评价中各项指标类型复杂，其重
数据类型 数字影像数据
环境监测数据 社会经济数据
图 1 研究区域
图 2 流域评价单元
Fig.1 Study area
Fig.2 Evaluation unit of watershed
表 1 数据来源
详细数据
Table 1 Data sources
来源
Landsat 卫星 ETM+影像数据（成像时间 2013 年 7 月 19 日，空间分辨率 30m×30m） 浙江省环保厅
文模型和空间叠加的方法，综合考虑流域的集水盆 地和流域最小行政单元空间叠置的一致性，确定基 本以乡镇和集水盆地拟合后的小流域作为最小评 价单元（图 2），分析各小流域评价单元生态安全的 空间特征，并综合评价整个流域的生态安全状况。 3.2 指标体系的构建及权重的确定
综合考虑流域生态系统的复杂性和多元性特 征，结合东阳江流域存在水土流失、水质污染严重 等环境现状，选取水质状况指数、土壤保持功能指 数、污染阻滞功能指数和污水处理率等 18 项评价指 标，建立多层次评价模型，综合评价东阳江流域的 生态安全，详见表 2。
大型底栖动物多样性 （0.22） 水生生物调查 指数
重要生境保持率
（0.19） 遥感解译、调查统计
森林覆盖率
（0.17） 遥感解译、地面调查
景观破碎度
（0.18） 遥感解译、斑块统计
第二轮咨询，最终对专家的赋
功能（0.53）
水源涵养功能指数 （0.26） 遥感解译、环保数据
分值加以平均，并归一化处理，
建设用地比例
（0.51） 遥感解译
匿名发放给多位专家征求意
人口密度
（0.49） 统计年鉴
见，根据影响流域生态安全的 状态（0.43） 组织（0.47）
水质状况指数
（0.24） 站点水质监测数据
重要程度对各准则层、因素层 和 指 标 层 进 行 赋 分（总 分 为 100 分）。通过回收表格归纳 分析，将结果反馈给专家进行
第 36 卷 第 8 期 2014 年 8 月
2014，36（8）：1702-1711
Resources Science
Vol.36，No.8 Aug.，2014
文章编号：1007-7588（2014）08-1702-10
基于 PSR 模型的东阳江流域生态安全评价
解雪峰 1，吴 涛 1，肖 翠 1，蒋国俊 1，边华菁 1，马 勇 2，陈建华 3
物质循环和能量流动产生较大阻碍。以建设用地
和进行综合评估，表征大型底栖动物的物种完整性
状况。各指标的标准化公式分别为：
①总物种数 S 的标准化公式：
S
=
measured 95%quantile
5%quantile - 5%quantile
（2）
②大型底栖动物 EPT 科级分类单元比（EPTr-
F）标准化公式：
环保投资占 GDP 比例 （0.24） 统计年鉴
注：部分数据来源于《义乌统计年鉴 2012》[30]和《东阳统计年鉴 2012》[31]。
参见文献[29]，所得权重值详见表 2。
面积占陆域面积百分比来表示。
3.3 评价指标标准化处理
（4）人口密度：以流域内评价单元总人口数除
由于评价指标类型繁多，单位各异，很难对它 以陆域面积来表示。
态-响应”模型（PSR，1994）、“驱动力-状态-响应” 模 型（DSR，1996）、“ 驱 动 力 - 压 力 - 状 态 - 暴 露 - 影 响-响应”模型（DPSEEA，1996）、“驱动力-压力-状 态-影响-响应”模型（DPSIR，1998）[19-22]。
流域生态安全是指流域能够维持其服务功能， 保持其完整性，并对外在压力存在一定的自我调节 和修复能力[23，24]。流域作为一个完整的自然地理单 元，是水文循环的基本单元和主要形式[25]，也是一个 小型的复合生态系统，针对流域生态安全做出评价 能更精确地反映生态安全自然、经济和社会因子之 间的关系，为流域的保护和综合治理提出一个新的 思路。
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解雪峰等：基于 PSR 模型的东阳江流域生态安全评价
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发，基于 PSR 模型和 ESI 综合评价模型，借助于 RS/ GIS 手段，对东阳江流域生态安全进行初步评价，为 流域生态环境的治理和恢复提供可靠依据。
2 研究区域与数据来源。
2.1 研究区域 东 阳 江 流 域 位 于 28° 59′ N-29° 33′ N，119° 49′
响状况。
E1 =(挖沙 × 0.4 + 航运 × 0.4 + 生物入侵 ×0.2) × 100%
（1）
（2）水资源开发利用强度：反映流域水资源的
开发利用程度，根据区域工业、农业、生活、环境等
用水量占评估区域的水资源总量比值进行评估。
（3）建设用地比例：反映陆域的人为景观空间
组成及格局状况，对陆域以及流域的自然生态系统
E-120°44′E，发源于磐安县大盘山龙葱坞尖与岩坞 尖之间的谷地，流经东阳、义乌两市，终于金华市金 东区，河长 165.5km，流域面积 3 378.5km2，属钱塘江 水 系 ，为 钱 塘 江 南 源 二 级 支 流 金 华 江 的 干 流（图 1）。流域内以丘陵地形为主，约占总面积的 60%以 上 ，该 区 属 亚 热 带 季 风 气 候 ，四 季 分 明 ，年 均 温 17.2℃，年均降水量 1 419.9mm，植被以亚热带常绿 阔叶林为主。 2.2 数据来源
们的实测值进行直接对比，因此参考环保部《流域
（5）水质状况指数：以流域内 III 类及以上等级
健康评估指南》[32]将评价指标的实测值进行五级划 水质监测断面数占流域全部监测断面数的比例来
分，再根据各指标对流域生态健康的影响的大小及 表示。
相关关系，对评价指标赋予标准化分值，分值在 0~1
（6）大型底栖动物多样性指数：选取大型底栖
土壤保持功能指数 （0.27） 遥感与 GIS 分析、水保资料
得到权数；②邀请专家就各层 指标进行两两比较，然后构建 评判矩阵，进行层次单排序权
响应（0.24）
自然响应（0.21）
洪水调蓄功能指数 污染阻滞功能指数 湿地退化率
（0.23） 遥感解译、环保数据 （0.24） 遥感解译、环保数据 （1.00） 遥感解译