基于模糊綜合評判法的名山縣農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境安全評價

楊 崢徐 航張 靖楊 洋

（四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水利水電學(xué)院，四川 雅安625014）

農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)是人類活動干預(yù)最強烈的生態(tài)系統(tǒng)，而農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境評價是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境保護的一個十分重要的技術(shù)保障手段，能夠為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境管理與決策，提供科學(xué)理論依據(jù)[1-2]。本研究利用一系列監(jiān)測實驗儀器與方法在雅安名山縣周邊建立農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測站，監(jiān)測水文指標(biāo)、水化指標(biāo)、生物結(jié)構(gòu)指標(biāo)[2]建立數(shù)據(jù)庫，應(yīng)用模糊綜合評判等模型對農(nóng)田生態(tài)環(huán)境安全情況進行詳細分析和評價[3-4]。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域

研究區(qū)域位于四川省雅安市名山縣，是四川盆地西南邊緣(102°58′~103°23′E29°58′~30°16′N)，海拔 548~1456m，屬于亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候，年均氣溫15.4℃，年均降雨量在1200~1700mm。

1.2 研究方法與數(shù)據(jù)來源

本研究采用的方法主要有模糊綜合評價法[4]、層次分析法[5]和ArcGIS空間分析技術(shù)[6]，采用MATLAB、SPSS軟件對測試點的數(shù)據(jù)進行相應(yīng)分析。

2 農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境安全評價模型建立

2.1 層次分析法確定評價指標(biāo)權(quán)重

1）將“名山縣農(nóng)田生態(tài)環(huán)境安全”設(shè)為目標(biāo)層，水文指標(biāo)、水化指標(biāo)、生物結(jié)構(gòu)指標(biāo)建立為準(zhǔn)則層，土壤含水率、大氣質(zhì)量、土壤退化度、水體質(zhì)量、土壤肥力、農(nóng)藥殘留量、重金屬含量、植物多樣性、無脊椎動物9個影響因素設(shè)為準(zhǔn)則層[7]。2）按Saaty等建議[7]，引用數(shù)字1-9及其倒數(shù)作為標(biāo)度，對重要性進行程度賦值。3）進行一致性的檢驗,一致性比例為C.R，當(dāng)C.R＜0.1時認(rèn)為判斷矩陣一致性接受，否則不能接受，應(yīng)對其作適當(dāng)?shù)男薷?，且其值越小，一致性越好。根?jù)MATLAB編程計算出 C.R=0.0186＜0.1，符合一致性較好的條件，并且得各因素權(quán)重W=[0.095,0.057,0.1519,0.133,0.1519,0.095,0.01709,0.0693,0.076]。

2.2 模糊綜合評判確定安全等級

農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境安全模糊綜合評判模型的建立步驟如下：

1）確定模糊評判因素集，設(shè)模糊評判因素集為U，則U={土壤含水率+大氣質(zhì)量+土壤退化度+水體質(zhì)量+土壤肥力+農(nóng)藥殘留量+重金屬含量+植物多樣性+無脊椎動物}， 字母表示為 U={u1+u2···+u9}；2）確定因素集的權(quán)重向量，評判因素集的權(quán)重向量W，由2.1得知；3）確定每個因素的評語集，對各因素集中的每個元素按風(fēng)險度劃分成5個等級，安全、良好、敏感、風(fēng)險、惡劣。則評語集為V={安全、良好、敏感、風(fēng)險、惡劣}；4）獲得各個地區(qū)模糊矩陣，列出監(jiān)測點模糊矩陣數(shù)據(jù)，同理可得其它模糊關(guān)系矩陣Ri（i=1,2…20）。5）經(jīng)過MATLAB編程計算，獲得歸一化后的20個監(jiān)測地點的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境安全模糊評判集Yi=W.Ri，利用等級賦值法解模糊[7]，即為對該的等級加權(quán)求平均值。等級賦值如下：環(huán)境安全賦值5、良好賦值4、敏感賦值3、風(fēng)險賦值2、惡劣賦值1，值賦值矩陣為A=(5,4,3,2,1)。經(jīng)過計算雅安名山縣各地區(qū)的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境安全等級值為Si=YiAT，得知等級值Si越大則該地區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境越安全，反之則越差。

2.3 農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境安全風(fēng)險

規(guī)定風(fēng)險度為Mi，按式Mi=5-Si（i=1,2…20）得到各個地區(qū)的農(nóng)田生態(tài)環(huán)境的風(fēng)險度值，農(nóng)田生態(tài)環(huán)境越好則風(fēng)險度越小。根據(jù)研究地區(qū)用GPS定位儀測定的地理坐標(biāo)，可在ArcGIS9.0上生成農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)風(fēng)險分布圖，以例為據(jù)，從而判定總體安全風(fēng)險完成度，根據(jù)ArcGIS9.0所得分析結(jié)果，農(nóng)田生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)安全風(fēng)險度達到風(fēng)險級需要預(yù)警的耕地面積占總耕地面積的16.55%，風(fēng)險度為敏感級或敏感級以下的面積占總耕地面的83.45%。得出結(jié)論為，名山縣農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境總體較好，人類活動干預(yù)不明顯，但是局部地區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境較差。

3 結(jié)語

應(yīng)用模糊綜合評判對農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境安全進行評價，克服了農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境安全影響因素中的水化指標(biāo)、水文指標(biāo)和生物結(jié)構(gòu)指標(biāo)相互之間復(fù)雜的影響和安全風(fēng)險評級具有模糊性概念的問題。

利用MATLAB、SPSS和ArcGIS等軟件強大的數(shù)據(jù)處理分析能力，對監(jiān)測到的數(shù)據(jù)進行多角度處理分析，可較為立體、直觀地反映各地區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境風(fēng)險狀況，為深入研究農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境預(yù)警、應(yīng)急技術(shù)的研究提供了參考依據(jù)。

［1］傅伯杰,劉世梁,馬克明.生態(tài)系統(tǒng)綜合評價的內(nèi)容與方法[J].生態(tài)學(xué)報,2001,21(11):1885-1892.

［2］楊曾平,張楊珠.農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標(biāo)研究進展[J].作物研究，2007,21(2):137-139.

［3］溫冰,康利滎,李建熹.沈陽縣區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價方法研究[C]//2013中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會學(xué)術(shù)年會論文集（第9卷），2013:3046-3050.

［4］方麗婷,張俊平,胡月明.基于模糊綜合評判法的封開縣土地生態(tài)安全評價[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué),2009,10:179.

［5］付愛紅,陳亞寧.基于層次分析法的塔里木河流域生態(tài)系統(tǒng)健康評價[J].資源科學(xué)，2009,31(9):11-15.

［6］田帥,劉國東,倪福全.BP與GIS耦合的地下水水質(zhì)綜合分析評價[J].水電能源科學(xué),2012,30(2):38-42.

［7］姜啟源.數(shù)學(xué)模型[M].3版.北京:高等教育出版社,2003.