基于PSR模型的鄱陽(yáng)湖漁業(yè)生境健康綜合評(píng)價(jià)

梁濤,徐小雪,李帥,蔡燕芳,歐陽(yáng)珊,吳小平*

(1.南昌大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,江西 南昌 330031; 2.浙江省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心 浙江省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)警及質(zhì)控研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,浙江 杭州 310012;3.南昌大學(xué)數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)學(xué)院,江西 南昌 330031)

漁業(yè)生境是魚類賴以棲息、生存、繁衍和其他重要生命過(guò)程中所涉及到的各種水域環(huán)境及物理、化學(xué)、生物學(xué)過(guò)程的生命活動(dòng)區(qū)域,包括水體的性質(zhì)、各種結(jié)構(gòu)物及相關(guān)生物群落[1,2]。良好的漁業(yè)生境對(duì)漁業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展起著決定性作用,影響著漁業(yè)生物的生存、發(fā)育、繁殖及資源的分布,但是在過(guò)去的數(shù)十年里,我國(guó)許多大型湖泊由于人為活動(dòng)干擾強(qiáng)度增大、水體富營(yíng)養(yǎng)化、挖沙等導(dǎo)致江湖阻隔[3],生態(tài)系統(tǒng)遭受破壞,漁業(yè)生境發(fā)生退化,導(dǎo)致魚類群落結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化,魚類多樣性下降等問題[4]。為保證漁業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,需了解湖泊漁業(yè)生境的組成及健康狀態(tài),識(shí)別造成其退化的驅(qū)動(dòng)因素,從而為生境修復(fù)和水生生態(tài)系統(tǒng)的科學(xué)管理提供重要理論支撐。

有關(guān)漁業(yè)生境的研究,最早可追溯到20世紀(jì)初前蘇聯(lián)科學(xué)家Vernadcky對(duì)全球河、湖水質(zhì)成分的研究[5]。20世紀(jì)50年代,美國(guó)簽署的“河流與湖泊化學(xué)組成”專項(xiàng)報(bào)告中正式提出濕地生境指標(biāo)評(píng)價(jià)體系與相關(guān)監(jiān)測(cè)技術(shù)。1990年之后,全球?qū)τ跐O業(yè)生境的研究更多地關(guān)注于水體污染離子與營(yíng)養(yǎng)元素含量等化學(xué)指標(biāo)的變化趨勢(shì)[6]。目前常用的生態(tài)系統(tǒng)評(píng)價(jià)模型有壓力-狀態(tài)-響應(yīng)(pressure-state-response,PSR)模型、模糊綜合評(píng)價(jià)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和生物指標(biāo)評(píng)價(jià)等。Friend和Rapport于1979年首次創(chuàng)建PSR模型[7],而后世界經(jīng)濟(jì)合作發(fā)展組織(OECD)與聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署(UNEP)將PSR模型進(jìn)一步發(fā)展,用于解決環(huán)境問題[8]。1998年OECD對(duì)模型進(jìn)行進(jìn)一步修正,加入驅(qū)動(dòng)力(driving force)與影響(impact)兩因素,形成了DPSIR模型,現(xiàn)PSR與DPSIR模型已在較多領(lǐng)域得到應(yīng)用[9],如謝華晶等用DPSIR模型評(píng)價(jià)了云南省滇池水生態(tài)安全[10],Subhasis等基于PSR模型評(píng)價(jià)了穆爾西達(dá)巴德地區(qū)濕地生態(tài)系統(tǒng)[11]。當(dāng)前評(píng)價(jià)模型的主要問題在于模型類型及指標(biāo)的選擇,針對(duì)不同地區(qū)及其生態(tài)系統(tǒng)的特點(diǎn)常需要選擇合適模型和生態(tài)指標(biāo)。選取更加全面的指標(biāo)可有效提升對(duì)生態(tài)系統(tǒng)評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性,不當(dāng)?shù)哪Ｐ蜁?huì)使評(píng)價(jià)結(jié)果偏離現(xiàn)實(shí)情況,干擾評(píng)價(jià)的客觀性。我國(guó)的漁業(yè)生境研究存在區(qū)域不均衡的問題,研究多集中于淮河、黃河和遼河流域等地區(qū),西部高原與山地地區(qū)相關(guān)研究較少;漁業(yè)生境研究方法也相對(duì)落后,表現(xiàn)為指標(biāo)體系的適用范圍局限、評(píng)價(jià)角度單一等。

以往涉及鄱陽(yáng)湖生態(tài)系統(tǒng)健康狀況的評(píng)價(jià)和研究多關(guān)注于某一生態(tài)因子或某一類生物類群,如孫芳蒂等對(duì)于鄱陽(yáng)湖水文狀況的研究[12],胡振鵬等對(duì)多年水生植被演變的研究[13],錢奎梅等對(duì)鄱陽(yáng)湖浮游植物功能群長(zhǎng)期特征的研究[14],以及游清徽等、Li等和Liu等分別從底棲動(dòng)物和魚類等類群評(píng)估鄱陽(yáng)湖生態(tài)系統(tǒng)健康或多樣性的變化及威脅因素[15-17]。有關(guān)漁業(yè)生境退化程度和影響的驅(qū)動(dòng)因素并不十分明確。為系統(tǒng)評(píng)價(jià)鄱陽(yáng)湖漁業(yè)生境,需設(shè)計(jì)一套針對(duì)鄱陽(yáng)湖生態(tài)系統(tǒng)實(shí)際情況并兼具科學(xué)性、先進(jìn)性與多維度的健康評(píng)價(jià)綜合指標(biāo)體系。本研究基于PSR模型選取評(píng)價(jià)指標(biāo),構(gòu)建共包含五維度的鄱陽(yáng)湖漁業(yè)生境的健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,并結(jié)合層次分析法和熵權(quán)法構(gòu)建權(quán)重模型,通過(guò)文獻(xiàn)查閱、實(shí)驗(yàn)室測(cè)量和實(shí)地調(diào)查等方法收集數(shù)據(jù),利用均值替換法、牛頓插值法和三次樣條插值填補(bǔ)缺失值,最后根據(jù)國(guó)家環(huán)保行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)研究成果對(duì)鄱陽(yáng)湖漁業(yè)生境的各維度及總體分別依權(quán)賦分,分析影響漁業(yè)生境的主要因素和各時(shí)間段生境的健康狀況,為鄱陽(yáng)湖漁業(yè)生境保護(hù)和科學(xué)管理提供依據(jù),為推動(dòng)鄱陽(yáng)湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)生態(tài)文明建設(shè),促進(jìn)綠色中國(guó)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

1 研究區(qū)域與研究方法

1.1 研究區(qū)域

鄱陽(yáng)湖位于江西省北部,是中國(guó)第一大的淡水湖,流域面積約1.62×105km2,承納贛江、撫河、修水、信江、饒河五大江河以及博陽(yáng)河、漳田河、漳津河等區(qū)間來(lái)水,為典型過(guò)水性吞吐型湖泊[18]。鄱陽(yáng)湖季風(fēng)氣候明顯,屬典型的溫暖濕潤(rùn)亞熱帶季風(fēng)氣候,年均氣溫16～20 ℃,多年年均降雨量1 387～1 975 mm,具有雨熱同期、四季分明的氣候特點(diǎn)[19]。鄱陽(yáng)湖擁有豐富的漁業(yè)資源,也是江西重要的商品糧、農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)基地,其對(duì)保護(hù)長(zhǎng)江流域漁業(yè)資源、生物多樣性以及促進(jìn)國(guó)民生產(chǎn)生活等具有重要作用。近年來(lái),由于人為活動(dòng)干擾和全球氣候變化顯著加強(qiáng),并且人們對(duì)于漁業(yè)需求增加、捕撈加劇,以及漁業(yè)生境污染,使得鄱陽(yáng)湖魚類三場(chǎng)面積不斷縮減,漁業(yè)生境退化嚴(yán)重[20]。

1.2 研究方法

本研究應(yīng)用PSR模型構(gòu)建鄱陽(yáng)湖漁業(yè)生境評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,以鄱陽(yáng)湖濕地環(huán)境和漁業(yè)發(fā)展情況為研究對(duì)象,采用熵權(quán)法和AHP法確定各指標(biāo)的權(quán)重,對(duì)其進(jìn)行漁業(yè)生境健康的綜合評(píng)價(jià)。

鄱陽(yáng)湖漁業(yè)生境健康評(píng)價(jià)體系是一個(gè)復(fù)雜的多維度指標(biāo)體系,包含的評(píng)價(jià)指標(biāo)多種多樣。PSR模型經(jīng)OECD改進(jìn)后成為可明確反映人與自然關(guān)系的模型,其包含壓力、狀態(tài)及響應(yīng)3個(gè)層次,各層包含相應(yīng)的基本結(jié)構(gòu)元素,3個(gè)層次之間關(guān)系見圖1。在生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)中,壓力主要反映人類活動(dòng)帶來(lái)的環(huán)境污染壓力,狀態(tài)則表示生態(tài)系統(tǒng)在壓力作用下呈現(xiàn)出來(lái)的現(xiàn)狀,響應(yīng)則是人類為保護(hù)生態(tài)而做出的行為,如相應(yīng)政策頒布等。PSR模型可較好地反映出生態(tài)系統(tǒng)中的變化及造成改變的因素,尋找自然環(huán)境與人類活動(dòng)的交互關(guān)系。因此本研究基于PSR模型選取指標(biāo)以期得到較為全面的科學(xué)綜合評(píng)價(jià)體系。

圖1 鄱陽(yáng)湖壓力-狀態(tài)-響應(yīng)(PSR)模型框架

1.3 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究數(shù)據(jù)主要來(lái)源于《江西統(tǒng)計(jì)年鑒(1983-2019)》《中國(guó)漁業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒2000-2019》《鄱陽(yáng)湖資源與環(huán)境研究》[21]《鄱陽(yáng)湖研究》[22]《鄱陽(yáng)湖:水文·生物·沉積·濕地.開發(fā)整治》[23]和國(guó)家氣象科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http://data.cma.cn)、中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站(http://www.cnemc.cn/)、中華人民共和國(guó)生態(tài)環(huán)境部生態(tài)環(huán)境統(tǒng)計(jì)年報(bào)(http://www.mee.gov.cn/)、江西省水利廳(http://slt.jiangxi.gov.cn/)等已發(fā)表的相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)(集)、文獻(xiàn)資料[24-27]以及本實(shí)驗(yàn)室資料。收集到1980-2019年水位數(shù)據(jù)、鄱陽(yáng)湖浮游植物、浮游動(dòng)物、魚類、人口密度、養(yǎng)殖水體面積、自然保護(hù)區(qū)建設(shè)等相關(guān)數(shù)據(jù)。

1.4 數(shù)據(jù)預(yù)處理

收集到的各指標(biāo)數(shù)據(jù)存在缺失,采用以若干年份均值代替所在時(shí)間段均值、利用牛頓插值和三次樣條填補(bǔ)空缺值后再取均值的方法進(jìn)行計(jì)算,然后依據(jù)指標(biāo)類型將其歸一化處理得到去量綱的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)(保留兩位小數(shù))。

2 評(píng)價(jià)模型

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建

基于PSR模型,并參考過(guò)往研究中常用的指標(biāo)體系,本研究結(jié)合常見湖泊漁業(yè)生境要素及其對(duì)生境結(jié)構(gòu)功能的影響大小等,從壓力、狀態(tài)、響應(yīng)三方面將搜集的指標(biāo)與數(shù)據(jù)進(jìn)行分類與匯總,依據(jù)指標(biāo)篩選原則(表1),進(jìn)一步將體系分為5個(gè)維度,人類活動(dòng)、物理、化學(xué)、生物及生態(tài)建設(shè),建立多維度指標(biāo)體系。

表1 指標(biāo)篩選原則

2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)及權(quán)重

用若干個(gè)指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)需要對(duì)每個(gè)指標(biāo)設(shè)置權(quán)重。本研究采用組合賦權(quán)法,將層次分析法與熵權(quán)法相結(jié)合,以彌補(bǔ)單一賦權(quán)帶來(lái)的不足。組合賦權(quán)公式為

Wj=λβj+(1-λ)αj

(1)

式中:αj為熵權(quán)值;Wj為組合權(quán)重;βj為層次分析法得到的權(quán)重;λ為偏好系數(shù),控制主客觀權(quán)重的比例,本研究中取0.5。

2.3 層次分析法得到權(quán)重

本研究采用層次分析法(AHP)獲得各指標(biāo)權(quán)重[28]。共邀請(qǐng)10位專家為評(píng)價(jià)模型的指標(biāo)權(quán)重的確定做出評(píng)價(jià),將重要關(guān)系分為7個(gè)層次,分別為強(qiáng)烈重要、明顯重要、稍不重要、同等重要等。依據(jù)專家判斷的重要性等級(jí)構(gòu)造判斷矩陣,完成各指標(biāo)權(quán)重的判斷。

2.3.1 建立層次結(jié)構(gòu)模型

構(gòu)建鄱陽(yáng)湖漁業(yè)生境健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,包含目標(biāo)層,準(zhǔn)則層和方案層。使用Santy 1-9標(biāo)度法對(duì)構(gòu)造矩陣賦值,得到特征向量并將其歸一化得到權(quán)重矩陣W、計(jì)算最大特征值λmax、一致性指標(biāo)IC值、隨機(jī)一致性指標(biāo)IR值和一致性比率RC值,通過(guò)一致性檢驗(yàn),利用得到的權(quán)重矩陣W計(jì)算出D層每一個(gè)指標(biāo)的權(quán)重;得到經(jīng)過(guò)處理的數(shù)據(jù)后,編程求解得到各指標(biāo)的熵權(quán)值。將利用層次分析法得到的權(quán)重和熵權(quán)值代入式(1)得到組合權(quán)重(表3)。令目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層分別為M層、P層和D層,得到如圖2所示層次結(jié)構(gòu)模型。其中準(zhǔn)則層P2和P3下只有一個(gè)衡量指標(biāo),權(quán)重為1。

圖2 層次結(jié)構(gòu)模型

圖3 1980-2019年鄱陽(yáng)湖漁業(yè)生境綜合評(píng)價(jià)得分

2.3.2 構(gòu)建判斷矩陣

從層次結(jié)構(gòu)模型的第2層開始,對(duì)于從屬于上一層每個(gè)因素的同一層諸因素,構(gòu)建判斷矩陣,直到最下層。判斷矩陣是AHP工作的出發(fā)點(diǎn),表示本層次所有因素針對(duì)上一層某一個(gè)因素的相對(duì)重要性給出判斷和比較,本研究使用Santy1-9標(biāo)度法確定判斷矩陣的元素。

2.3.3 計(jì)算單層權(quán)向量并做一致性檢驗(yàn)

對(duì)于得到的判斷矩陣A,利用方根法通過(guò)式(2)和式(3)計(jì)算權(quán)重向量ωi:

(2)

求得m維向量,再將其標(biāo)準(zhǔn)化:

(3)

重復(fù)上述步驟得到權(quán)重矩陣W,計(jì)算最大特征值λmax:

(4)

式中:m、n為矩陣階數(shù);aij為矩陣A中的第i行j列的元素。由此可由式(2)～式(4)得IC、IR、RC值:

(5)

(6)

(7)

式中:r為判斷矩陣的個(gè)數(shù)。一般,當(dāng)一致性比率RC<0.1時(shí),認(rèn)為A的不一致程度在容許范圍內(nèi),有滿意的一致性,通過(guò)一致性檢驗(yàn)[29]。

2.3.4 計(jì)算層次總排序并做一致性檢驗(yàn)

層次總排序一致性比率為:

(8)

當(dāng)RC<0.1時(shí),認(rèn)為層次總排序通過(guò)一致性檢驗(yàn)。層次總排序具有滿意的一致性,否則需要重新調(diào)整那些一致性比率高的判斷矩陣的元素取值。

2.4 熵權(quán)法得到的權(quán)重

對(duì)于某項(xiàng)指標(biāo),可以用熵值來(lái)判斷某個(gè)指標(biāo)的離散程度,其信息熵值越小,指標(biāo)的離散程度越大,該指標(biāo)對(duì)綜合評(píng)價(jià)的影響(即權(quán)重)就越大,如果某項(xiàng)指標(biāo)的值全部相等,則該指標(biāo)在綜合評(píng)價(jià)中不起作用。因此,可利用信息熵這個(gè)工具,計(jì)算出各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重,為多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)提供依據(jù)。

2.4.1 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理

為了消除不同評(píng)價(jià)指標(biāo)之間存在的差異,便于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較等后續(xù)操作,需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。假設(shè)有m個(gè)指標(biāo)X,每個(gè)指標(biāo)有n組數(shù)據(jù),Xij為第i個(gè)指標(biāo)下的第j個(gè)數(shù)據(jù),利用下式得到Xij歸一化后的數(shù)據(jù)Yij:

(9)

式中:Xij=(Xi1,Xi2,…,Xin),i=1,2,…,m;j=1,2,…,n;Xi,min表示取Xi中的最小元素;Xi,max表示取Xi中的最大元素。

2.4.2 權(quán)重計(jì)算過(guò)程

1) 計(jì)算指標(biāo)信息熵。

計(jì)算各指標(biāo)在各個(gè)方案下的比重pij:

(10)

根據(jù)信息論中信息熵的定義,一組數(shù)據(jù)的信息熵Ei為:

(11)

2)計(jì)算信息冗余度。

一組數(shù)據(jù)的信息冗余度Rj為:

Rj=1-Ej

(12)

3)計(jì)算每個(gè)指標(biāo)的權(quán)重。

指標(biāo)的熵權(quán)值αj為:

(13)

2.5 組合權(quán)重

本研究邀請(qǐng)鄱陽(yáng)湖生態(tài)研究專家依據(jù)Santy 1-9標(biāo)度法對(duì)構(gòu)造矩陣賦值,得到特征向量并將其歸一化得到權(quán)重矩陣W、計(jì)算最大特征值λmax、IC值、IR值和RC值,結(jié)果表明通過(guò)一致性檢驗(yàn),故利用得到的權(quán)重矩陣W計(jì)算出D層每一個(gè)指標(biāo)的權(quán)重;得到經(jīng)過(guò)處理的數(shù)據(jù)后,帶入公式求解得到各指標(biāo)的熵權(quán)值。將利用層次分析法得到的權(quán)重和熵權(quán)值代入式(1)得到組合權(quán)重,漁業(yè)生境健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及權(quán)重見表2。

表2 鄱陽(yáng)湖漁業(yè)生境健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及權(quán)重

2.6 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

生境評(píng)價(jià)指標(biāo)一般包含定性、定量2個(gè)維度,對(duì)于不同的指標(biāo)也應(yīng)有相應(yīng)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)以確保評(píng)價(jià)結(jié)果的合理、準(zhǔn)確,為確保本次評(píng)價(jià)的科學(xué)性、代表性、有效性,評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)參照國(guó)家相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(如GB 11607-89《漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》、國(guó)家及地方相關(guān)文件(如《河湖健康評(píng)價(jià)指南(試行)》)以及已有的研究成果[30]三方面進(jìn)行制定,見表3。

表3 鄱陽(yáng)湖漁業(yè)生境健康評(píng)價(jià)指標(biāo)及其等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

2.6.1 人類活動(dòng)評(píng)價(jià)指標(biāo)

1)人口密度。

ρ=N/S

(14)

式中:ρ為人口密度;N為鄱陽(yáng)湖地區(qū)總?cè)丝跀?shù)(本研究使用鄱陽(yáng)湖4市共38個(gè)縣、區(qū)數(shù)據(jù));S為鄱陽(yáng)湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)總面積,單位為km2。

2)捕撈占比。

(15)

式中:ω為捕撈占比;M為該時(shí)間段平均捕撈量;M0為歷史最高年份捕撈量。

3)生境質(zhì)量指數(shù)。

對(duì)區(qū)域土地的生境適宜性和生境退化程度狀況進(jìn)行評(píng)價(jià),利用單位面積上不同生態(tài)系統(tǒng)類型在生物物種數(shù)量上的差異表示。

Sh=Awatn×(0.18×SF+0.23×SG+0.40×SW+0.08×SC+0.01×SB+0.10×SU)/ST

式中:Sh為生境質(zhì)量指數(shù);Awatn為水域濕地生態(tài)系統(tǒng)類型自然保護(hù)區(qū)生境質(zhì)量指數(shù)的歸一化系數(shù),參考值為785.60;SF為林地面積;SG為草地面積;SW為水域面積;SC為耕地面積;SB為建設(shè)用地面積;SU為未利用地面積;ST為保護(hù)區(qū)總面積。

2.6.2 物理評(píng)價(jià)指標(biāo)

湖泊萎縮率。選取湖泊萎縮率作為鄱陽(yáng)湖漁業(yè)生境健康評(píng)價(jià)指標(biāo),并參考DB36/T 1404-2021《河湖(水庫(kù))健康評(píng)價(jià)導(dǎo)則》(以下簡(jiǎn)稱《導(dǎo)則》)確定評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)并賦分。計(jì)算公式如下:

RA=1-Scur/Shis

式中:RA為湖泊萎縮率;Scur為當(dāng)前湖泊面積;Shis為歷史湖泊面積。

2.6.3 水質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)

本研究將耗氧有機(jī)物、氮磷、溶解氧等指標(biāo)根據(jù)GB 3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》與GB 11607-89《漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》整合為水質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo),分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四級(jí),再根據(jù)各種水質(zhì)其所占比例進(jìn)行賦分,再分類為劣、較差、一般、良、優(yōu)5個(gè)等級(jí)。

2.6.4 生物評(píng)價(jià)指標(biāo)

1)大型水生植物覆蓋度。

有研究表明,天然未受干擾的水體中水生植物覆蓋度可達(dá)60%～80%,以此為依據(jù),確定大型水生植物評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

2)魚類保有指數(shù)。

本研究擬以鄱陽(yáng)湖已有的134種魚類隸屬20科78屬為研究對(duì)象,通過(guò)以134種魚類為歷史基點(diǎn),計(jì)算魚類保有指數(shù)。

(16)

式中:FR為魚類保有指數(shù);FO為現(xiàn)有魚類種數(shù);FE為歷史累計(jì)魚類種群。

2.6.5 生態(tài)建設(shè)評(píng)價(jià)指標(biāo)

卵場(chǎng)保有指數(shù)。本研究選取魚類產(chǎn)卵場(chǎng)面積保有指數(shù)來(lái)評(píng)價(jià),通過(guò)調(diào)查面積與歷史調(diào)查面積比值來(lái)確定,參考《導(dǎo)則》確定評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

(17)

式中:w為魚類產(chǎn)卵場(chǎng)保有指數(shù);S為本次調(diào)查產(chǎn)卵場(chǎng)面積,單位為km2;S0為歷史調(diào)查面積,單位為km2。

2.7 評(píng)價(jià)模型

將收集到的數(shù)據(jù)依據(jù)表3標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行處理,得到指標(biāo)D1～Dm在時(shí)間段t1～tn的值D,依據(jù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)賦分,得到指標(biāo)Di在tj上的分?jǐn)?shù)值gi,j,i=1,…,m,j=1,…,n,m∈(1,15),n∈(1,4)。

代入以下公式,計(jì)算得到最終的評(píng)價(jià)模型得分,即鄱陽(yáng)湖漁業(yè)生境健康在tj上的綜合評(píng)分:

(18)

式中:Gj為鄱陽(yáng)湖漁業(yè)生境健康綜合評(píng)分。

時(shí)間段劃分上按照每十年為一段,分為1980-1989、1990-1999、2000-2009及2010-2019年4個(gè)時(shí)間段。

2.8 鄱陽(yáng)湖漁業(yè)生境健康綜合評(píng)價(jià)

健康評(píng)價(jià)等級(jí)參考《導(dǎo)則》將評(píng)價(jià)等級(jí)分為健康、良好、一般、較差、極差5個(gè)等級(jí),標(biāo)準(zhǔn)劃分如表4所示。

表4 鄱陽(yáng)湖漁業(yè)生境評(píng)價(jià)等級(jí)劃分

3 評(píng)價(jià)結(jié)果與分析

由表5、圖4可以看出1980-2019年40年期間鄱陽(yáng)湖漁業(yè)生境健康狀況隨時(shí)間呈先下降后上升的趨勢(shì)。鄱陽(yáng)湖的漁業(yè)生境健康綜合得分為:1980-1989年(75.35)>1990-1999年(72.08)>2010-2010年(68.83)>2000-2009年(58.57)?？梢钥闯?980-1999年及2010-2019年鄱陽(yáng)湖漁業(yè)生境處于良好狀態(tài),2000-2009年為一般狀態(tài)。

表5 1980-2019年鄱陽(yáng)湖漁業(yè)生境健康各準(zhǔn)則層評(píng)價(jià)得分

圖4 1980-2019年鄱陽(yáng)湖漁業(yè)生境各指標(biāo)評(píng)價(jià)得分

分析圖4可知,壓力要素層方面,最低生態(tài)水位在指標(biāo)體系中占比最高(10.32%),除2010-2019年(50分)外都處于良好水平(75分),表明40年間的水位基本處于穩(wěn)定狀態(tài),生境質(zhì)量指數(shù)權(quán)重次之(7.00%),整體處于穩(wěn)定狀態(tài),主要變化為環(huán)湖區(qū)的建設(shè)用地增加,草地面積減少;雖然捕撈占比與養(yǎng)殖水體面積在指標(biāo)體系中占比稍低,但是捕撈和水產(chǎn)品養(yǎng)殖仍為漁業(yè)生境壓力的重要來(lái)源,由于水產(chǎn)養(yǎng)殖的面積持續(xù)增長(zhǎng),該項(xiàng)評(píng)分逐漸下降,且在1990-2009年時(shí)間段內(nèi)面積上升幅度最大,這可能源于人們對(duì)水產(chǎn)品的需求增長(zhǎng)及限制湖區(qū)自然捕撈政策導(dǎo)致的人工養(yǎng)殖增加;40年間人口密度持續(xù)增長(zhǎng),但仍處于一般范圍內(nèi),評(píng)分較穩(wěn)定。

狀態(tài)要素層方面,共包含物理、水質(zhì)、生物3個(gè)維度的7個(gè)指標(biāo),其中水質(zhì)綜合指數(shù)和底棲動(dòng)物密度為權(quán)重最高的兩指標(biāo),權(quán)重分別為12.51%與8.30%。水質(zhì)綜合指數(shù)評(píng)分呈現(xiàn)一定下降,整體水質(zhì)下降,底棲動(dòng)物密度下降較明顯,說(shuō)明鄱陽(yáng)湖底棲生境存在一定退化,底棲動(dòng)物種群多樣性與密度減少。鄱陽(yáng)湖面積在2000-2009年平均值最小,1990-1999年最大;20世紀(jì)初期魚類保有指數(shù)開始降低,魚類的物種數(shù)量在逐漸減少,兩者均在2000-2009年的時(shí)間區(qū)段內(nèi)取得最低評(píng)分(50分),二者的低評(píng)分也在較大程度上導(dǎo)致了此時(shí)間段的綜合評(píng)分降低。大型植物覆蓋度、浮游植物密度是得分變化最大的2個(gè)指標(biāo),它們的得分在所選時(shí)間跨度內(nèi)分別表現(xiàn)為下降-后恢復(fù)、下降-持續(xù)波動(dòng)的變化情況,大型水生植物覆蓋度在1980-2009年區(qū)間內(nèi)持續(xù)下降,而在2010年后有一定恢復(fù);浮游植物密度在1990-1999年最低,2010-2019年最高。

響應(yīng)要素層方面,魚類產(chǎn)卵場(chǎng)的權(quán)重較高且在4個(gè)時(shí)間區(qū)段的得分穩(wěn)定,說(shuō)明產(chǎn)卵場(chǎng)的保護(hù)情況較好,廢污水處理情況持續(xù)改善、江豚、南磯濕地保護(hù)區(qū)等的建設(shè)使鄱陽(yáng)湖地區(qū)污水的排放得到規(guī)范控制、自然保護(hù)區(qū)面積增加,使得二者得分均穩(wěn)步上升,表明鄱陽(yáng)湖環(huán)境的保護(hù)政策執(zhí)行力及人類改善魚類生態(tài)環(huán)境的行動(dòng)力不斷增強(qiáng)。

分析表5中準(zhǔn)則層的5個(gè)維度數(shù)據(jù)可得出如下結(jié)論:人類活動(dòng)、生物因素、生態(tài)建設(shè)因素三者評(píng)價(jià)得分變動(dòng)最大,其中人類活動(dòng)與生物因素是2000-2009年綜合評(píng)分低的重要原因,說(shuō)明該段時(shí)間內(nèi)人類活動(dòng)影響明顯加劇,生物多樣性與漁業(yè)生境受到較大破壞,而生態(tài)建設(shè)的得分穩(wěn)步提升,使得鄱陽(yáng)湖漁業(yè)生境綜合得分在2010年后發(fā)生上升。1980-2019年鄱陽(yáng)湖漁業(yè)生境的生物多樣性表現(xiàn)為整體下降,水質(zhì)呈現(xiàn)惡化趨勢(shì),導(dǎo)致生境綜合評(píng)分表現(xiàn)為持續(xù)下降,但近年來(lái)政府與民眾對(duì)環(huán)境的要求提升,加大了對(duì)生態(tài)建設(shè)的投入,促進(jìn)了生態(tài)環(huán)保事業(yè)的發(fā)展對(duì)于改善漁業(yè)生境起到了一定積極作用。

4 討論

漁業(yè)生境健康評(píng)價(jià)涉及水質(zhì)監(jiān)測(cè)、人類活動(dòng)影響、生物多樣性評(píng)估等多角度,本研究針對(duì)鄱陽(yáng)湖漁業(yè)生境的健康水平構(gòu)建了一套評(píng)價(jià)體系,該體系在PSR(壓力-狀態(tài)-響應(yīng))模型的基礎(chǔ)上加以改進(jìn),評(píng)價(jià)了40年間鄱陽(yáng)湖的漁業(yè)生境得分。這一評(píng)價(jià)體系結(jié)合漁業(yè)生活史特點(diǎn),以水體生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)為基礎(chǔ),對(duì)漁業(yè)生境相關(guān)要素作了篩選,篩選確定15個(gè)指標(biāo)層因素。

4.1 漁業(yè)生境健康PSR機(jī)理分析

2000-2009年間鄱陽(yáng)湖漁業(yè)生境健康程度較低,原因是人類活動(dòng)壓力較大,生物多樣性降低,說(shuō)明鄱陽(yáng)湖地區(qū)在人口增長(zhǎng)與進(jìn)行地區(qū)開發(fā)的同時(shí),環(huán)境的保護(hù)與治理進(jìn)程未能及時(shí)匹配,具有一定的滯后性,導(dǎo)致漁業(yè)生境發(fā)生一定程度惡化。其中,捕撈占比、生境質(zhì)量指數(shù)、最低生態(tài)水位、大型植被覆蓋率均在此時(shí)段內(nèi)取得最低評(píng)分,為一般或較差水平。2010年后,鄱陽(yáng)湖漁業(yè)生境健康狀況得到一定改善,這得益于對(duì)生態(tài)環(huán)境的監(jiān)管加強(qiáng)與相關(guān)法律法規(guī)的實(shí)行,鄱陽(yáng)湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)、自然保護(hù)區(qū)等的建立,長(zhǎng)江流域十年禁漁政策的實(shí)行,對(duì)流域面源污染的治理等推動(dòng)著鄱陽(yáng)湖經(jīng)濟(jì)模式的轉(zhuǎn)變,也為改善湖區(qū)漁業(yè)生境提供了支持。

4.2 漁業(yè)生境健康驅(qū)動(dòng)變化因素

導(dǎo)致鄱陽(yáng)湖漁業(yè)生境退化的因素很多。由鄱陽(yáng)湖地區(qū)人口增長(zhǎng)情況可知,40年來(lái)鄱陽(yáng)湖地區(qū)人口增長(zhǎng)迅速,人口密度從260 人·km-2達(dá)到370 人·km-2,雖未超過(guò)警戒線,但龐大的人口數(shù)量帶來(lái)了圍湖造田過(guò)度、漁業(yè)捕撈強(qiáng)度增大、污水排放嚴(yán)重等問題,對(duì)水產(chǎn)品的需求使捕撈強(qiáng)度增大并將更多水域用于養(yǎng)殖,放養(yǎng)的某些經(jīng)濟(jì)魚類,與生境原有的魚類產(chǎn)生了競(jìng)爭(zhēng),影響了鄱陽(yáng)湖漁業(yè)生境的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,使魚類物種多樣性降低、魚類種群繁育等功能減弱[31],給鄱陽(yáng)湖漁業(yè)生境帶來(lái)巨大壓力。

產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的工業(yè)化及城鎮(zhèn)化的發(fā)展也是影響地區(qū)發(fā)展水平及土地結(jié)構(gòu)的重要因素。為滿足工業(yè)化的發(fā)展需求,城區(qū)建設(shè)、工業(yè)用地增加,周邊大量濕地、自然水域轉(zhuǎn)化為耕地及養(yǎng)殖水域,土地利用結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,水體生態(tài)系統(tǒng)受到破壞。污水排放、無(wú)序采砂、捕撈過(guò)度等使鄱陽(yáng)湖漁業(yè)生境承載能力超出負(fù)荷。1990-2000年間鄱陽(yáng)湖地區(qū)漁業(yè)捕撈量、水產(chǎn)養(yǎng)殖面積不斷增加,導(dǎo)致魚類多樣性減少,過(guò)度的資源利用使?jié)O業(yè)生境系統(tǒng)壓力增大,生態(tài)系統(tǒng)物種多樣性下降。這反映出城市化進(jìn)程與人口需求是導(dǎo)致壓力系統(tǒng)狀態(tài)空間差異的重要驅(qū)動(dòng)因素。

國(guó)家政策與政府的生態(tài)保護(hù)措施也是影響鄱陽(yáng)湖生態(tài)系統(tǒng)健康響應(yīng)機(jī)制的重要因素。近十幾年,一系列環(huán)境保護(hù)措施,如十年禁漁、廢污水排放管理、自然保護(hù)區(qū)建設(shè)、環(huán)保監(jiān)測(cè)加強(qiáng)等。截至2010年,全省污水處理率已達(dá)80%,擁有120個(gè)以上環(huán)境監(jiān)測(cè)站,鄱陽(yáng)湖相關(guān)自然保護(hù)區(qū)面積超1 046 km2。政府生態(tài)建設(shè)措施的開展對(duì)漁業(yè)生境的保護(hù)起到重要作用,有效地提高了響應(yīng)指數(shù),對(duì)漁業(yè)生境的健康發(fā)展起到了積極作用。

4.3 評(píng)價(jià)模型選擇及數(shù)據(jù)規(guī)范化

基于不同的評(píng)價(jià)目標(biāo),往往采用不同的模型。盡管他們也能反映生態(tài)系統(tǒng)演變的一般趨勢(shì),但對(duì)不同評(píng)價(jià)目標(biāo)而言,獲得的評(píng)價(jià)結(jié)果也不盡相同,各自仍然有其片面性,特別是影響生境演變的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素及閾值的判定。因此,找到合適的評(píng)價(jià)模型以及構(gòu)建恰當(dāng)?shù)闹笜?biāo)體系仍然需要不斷實(shí)踐。我們首次針對(duì)湖泊漁業(yè)生境收集多項(xiàng)指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)生境狀況,基本反映鄱陽(yáng)湖漁業(yè)生境的特點(diǎn)。但人類活動(dòng)對(duì)鄱陽(yáng)湖漁業(yè)生境的影響體現(xiàn)在多個(gè)方面,既包括捕撈水產(chǎn)品、養(yǎng)殖水產(chǎn)、污水排放等活動(dòng),也包括對(duì)生境改變的潛在影響,如采砂,本研究未將其完全納入評(píng)價(jià)體系,選取的指標(biāo)也未考慮不同因素間的相互作用,未來(lái)需要進(jìn)一步完善。

對(duì)于大型湖泊而言,漁業(yè)小生境多樣,數(shù)據(jù)獲取方法需要不斷規(guī)范,現(xiàn)場(chǎng)采集樣點(diǎn)更需要有代表性并保證樣本量。從我們的評(píng)價(jià)實(shí)踐看,獲得高質(zhì)量的長(zhǎng)期觀察數(shù)據(jù)是評(píng)價(jià)結(jié)果精度的保證。過(guò)往對(duì)鄱陽(yáng)湖的生態(tài)系統(tǒng)評(píng)價(jià)多涉及湖泊生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)狀,本研究收集了過(guò)去40年間共15項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo),評(píng)估結(jié)果反映鄱陽(yáng)湖漁業(yè)生境的演變過(guò)程。但鄱陽(yáng)湖漁業(yè)生境是一個(gè)復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng),需要進(jìn)一步完善對(duì)數(shù)據(jù)采集的標(biāo)準(zhǔn)化,并增加對(duì)模型的驗(yàn)證。

4.4 治理建議

目前鄱陽(yáng)湖漁業(yè)生境面臨的主要問題有:1)人類活動(dòng)干擾強(qiáng)度增大;2)生物多樣性減少;3)水質(zhì)惡化與低枯水位的持續(xù)出現(xiàn);4)公眾管理保護(hù)意識(shí)薄弱?；谝陨显u(píng)價(jià)結(jié)果及問題,并結(jié)合國(guó)內(nèi)外管理經(jīng)驗(yàn)與啟示,提出以下幾條建議:1)制定鄱陽(yáng)湖綜合管理規(guī)劃,限制對(duì)自然區(qū)域的破壞性開發(fā)利用;2)健全鄱陽(yáng)湖環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)警機(jī)制,嚴(yán)格限制周邊工業(yè)、生活污水的排放,嚴(yán)格執(zhí)行十年禁漁策略;3)加強(qiáng)對(duì)魚類及其他生物的保護(hù),限制對(duì)生物資源的過(guò)度利用;4)改善鄱陽(yáng)湖水體水質(zhì),加快新興技術(shù)在生境治理、修復(fù)中的運(yùn)用;5)加強(qiáng)群眾的環(huán)保意識(shí)、吸引群眾參與環(huán)保事業(yè)。

5 結(jié)論

1)PSR模型表明,鄱陽(yáng)湖漁業(yè)生境健康狀況在1980-2019年發(fā)生退化,綜合得分為:1980-1989年(75.35)>1990-1999年(72.08)>2010-2019年(68.83)>2000-2009年(58.57),2000-2009年漁業(yè)生境質(zhì)量最差。

2)鄱陽(yáng)湖漁業(yè)生境健康變化的驅(qū)動(dòng)因素為人類活動(dòng)、生物、生態(tài)建設(shè),而水質(zhì)等指標(biāo)得分較穩(wěn)定,人類活動(dòng)的影響加劇,生物多樣性整體下降為主要影響因素。

3)政府近年的環(huán)境治理及加大生態(tài)建設(shè)投入對(duì)漁業(yè)生境恢復(fù)起到積極作用,在一定程度上緩解了人類活動(dòng)與生物多樣性減少帶來(lái)的壓力。