生态环境动态监测与评价指标体系探讨

1、生态环境动态监测与评价指标体系探讨李爱军1,朱 翔2,赵碧云2,段昌群1,杨 良3(11 云南大学生命科学学院,云南 昆明 650091 ; 21 云南环境信息中心,云南 昆明 650034; 31 云南省环境监测中心站,云南 昆明 650034)摘 要:分析了生态环境和生态环境质量的内涵,明确了生态环境监测与评价指标体系所涵盖的内容。认为生态环境的显著地域性特点决定了不同类型地区需建立相应的指标体系,并详细探讨了如何建立特定区域生态环境动态监测与质量评价指标体系。关键词:生态环境;动态监测;综合评价;指标体系中图分类号:x826文献标识码:a文章编号:100226002(2004)04200

2、35204preliminarystudy on constructionof indicatorsystem of dynamic monitoringand assessmentof eco - environmentsli ai-jun1, zhu xiang2, zhao bi-yun2, duan chang - qun1, yang liang3(1. school of life sciences, yunnan university , kun2ming 650091 , china ; 2.yunnan environmental information center , k

3、unming 650034 , china ; 3. yunnan environmental monitoringcenter, kunming 650034 , china)abstract :the concept of ecological environment and eco-environmental quality were discussed, and the content of eco-environmentalmonitoring was defined. it was suggestedthat corresponding indicator systemshould

4、 be different am ong areaswith different geographicalcharacteristics. theway to construct the indicator systemof dynamic monitoring and assessmentof eco-environments was introduced.key words : ecological environment; dynamic monitoring ; comprehensive assessment ; indicator system收稿日期:2003212230作者简介

5、:李爱军(1974 - ) ,男,山西长治人,硕士研究生.生态环境监测作为一种收集自然环境资源信息方法 ,在二十世纪六十年代后期开始形成1 。作为一种综合技术,需要生态环境监测能够相对容易地收集大范围内生命支持能力的数据。这些数据涉及到人、 动物 、 植物和地球上其它一切非生命的环境因素。当前 ,在国内还没有开展真正意义上的生态环境监测,其中一个很重要的原因就是没有一个客观完善并且具有可操作性的指标体系 。相关研究较多的是围绕生态环境质量评价指标体系的建立。鉴于这两类指标体系在内容上的相近和相关性,本文基于生态环境质量评价指标体系的研究,就如何建立生态环境动态监测与评价指标体系作初步探讨。1

6、生态环境与生态环境质量的概念由于生态环境监测与评价的目的是说清生态环境质量现状、 区域差异以及变化趋势,所以有必要首先明确什么是生态环境及所涵盖的内容。近年来 ,各类文章中频繁地出现“生态环境”一词 ,但这个概念至今没有一个十分明确的定义。为此 ,有必要从生态学的角度来界定这一概念。在环境科学中,环境是指人类环境,即是以人类为主体,其它的生命和非生命物质都被视为环境要素 ,环境要素中对生物起作用的部分称为生态因子 ,所有生态因子构成生物的生态环境2 。因此 , “生态环境”是支撑人类生命系统的整个自然系统的统称3 。生态环境质量反映的是这一自然系统对人类生存的适宜程度,而适宜程度取决于这一系统

7、对于人类生存所需各种条件的满足程度 ,包括充裕的粮食等生活必须物资,洁净的空气 、“青山绿水” 以及良好的景观等对于人类持续健康生存的必要条件,这些都属于生态系统服务的范畴46,因此 ,区域生态环境质量最终取决于其所提供的生态系统服务水平。2 生态环境动态监测与质量评价的内容随着人口的增长、 科技进步以及经济发展,人类对于原有生态环境的影响已不单单是环境污染的问题 。过去大量开展的仅侧重于污染、 灾害等方面的环境质量评价不能全面地反映生态环境质第20卷 第4期2004年8月中 国 环 境 监 测environmentalmonitoring in chinavol.20no. 4aug. 20

8、04量状况 ,需增加生态破坏方面的内容。但是 ,也不能将生态环境监测与评价等同于对自然- 社会 -经济复合生态系统状况的综合评价7 ,自然 - 社会 - 经济复合生态系统的评价是基于可持续发展理论 ,对这一复合生态系统的综合状况和水平进行的评价 。而生态环境质量评价是以人类的可持续发展为目标,对于人类生存所依托的综合自然条件进行的评价,也就是说 ,后者是只是前者的一个方面 。基于上述认识,生态环境质量评价的内容应该包括对于人类的生存和发展具有直接和间接影响的自然条件的所有生态因子,这也就是生态环境动态监测和评价指标体系所应涵盖的内容。3 生态区域的划分生态环境的显著地域性特点决定了反映不同区域

9、的生态环境状况需要有与之相适应的指标体系 ,这就涉及到一个生态区域的划分问题。有人8 提出以流域来划分生态区域是较为合理的划分方法 。一方面 ,生态系统是自然界的基本组成单元,故此以自然界作为监测与评价对象的生态环境监测只有以生态系统为单元才具有完整性,而生态系统的边界一般是难以确定的9 ;流域的边界一般是由山脊或高的丘陵形成,是地理上的交错带10 ,相对而言,在这种具有明显地形特点的地方生态系统的边界是易于确定的。另一方面,经过几千年的开发和利用,流域已经成为人口的聚集地和农业 、 工业发展基地,流域系统已经发展成为一个复杂而且独立的自然社会复合系统;流域的明确地理边界使人类对自然环境的干扰

10、及治理效果主要体现在本流域范围内,因此以流域为界限进行区域划分是较为可取的。4生态环境动态监测与评价指标体系建立方法生态环境质量是多方面、 多层次因素决定的复杂巨系统,因此需要依据系统论11 的原理将评价总目标 (生态环境质量) 逐层分解 。411 初步指标体系的建立41111 指标体系的框架指标体系的可靠性取决于评价者对生态环境的全面认识和理解程度。由于评价者对于生态环境质量的构成理解有差别,所建立的指标体系也就不完全相同。许多研究者基于社会- 经济 - 自然复合生态系统理论,认为生态环境质量评价是对自然、 社会 、 经济总体状况的评价,指标体系涵盖了上述三方面内容12 ,13。叶亚平3 认

11、为生态环境现状是由自然条件背景 、 人类开发活动和环境管理共同作用下形成的结果 ,指标体系应由三部分组成:生态环境质量背景 ,人类对生态环境的影响程度,人类对生态环境的适宜度需求。周华荣14 认为 ,生态环境监测范围为生态学上所指的景观:由相互作用和相互影响的生态系统构成的 、 具有高度空间异质性的区域。指标体系包括反映评价区域不同生态系统及其相互关系的指标 。从上述几种主要观点来看,周华荣依据自然条件相对一致性原则将评价区域划分为不同的生态系统类型分别进行监测与评价,并在此基础上进行区域生态环境质量综合评价。这种以景观生态思想建立指标体系的方法是实现空中监测与地面监测相结合的理想途径,指标体

12、系客观地反映了评价区域所有生态系统的现状及其相互关系,指标内容体现了区域自然系统生态系统服务的水平 ,故这种方法较为可取。由此设想指标体系的框架由两部分组成:其一 ,不同生态系统类别各自的分指标体系;其二 ,反映各生态系统之间景观格局的分指标体系。综合这两方面内容,得出区域生态环境监测与评价指标体系。41112 指标的筛选生态环境动态监测与评价的对象是某一区域的复合生态系统,其指标应当属于生态系统指标类别 。依据综合性、 简洁性 、 可操作性、 数据可获取性等原则,可按以下步骤对指标进行筛选:(1)指标的收集收集在生态环境监测、 生态环境质量评价、 生态系统服务等相关研究中曾经使用过的指标,在

13、上文所确定的指标体系框架内予以归类,建立分层次的指标库。(2) 针对特定区域和指标筛选原则利用排除法将一些完全无关的指标剔除。(3) 依据历史资料以及近年的有关研究成果等在工作室内剔除一些影响不大的指标。(4)通过实地应用,结合因子分析法检验并筛选指标 。因子分析法是将原来多个指标化为少数几个36中 国 环 境 监 测第20卷 第4期 2004年8月 综合指标的一种方法,可利用相关应用软件进行。一般取累计贡献率达到80 %以上的少数几个特征根对应的主成分作为指标筛选结果。通过以上步骤,即可初步建立区域生态环境动态监测与评价指标体系。412 指标体系的检验和优化初步指标体系经过实地应用的检验与修

14、正后才能够确定 。41211 基本评价单元的选择评价区域是由不同类型的生态系统以“斑块状” 镶嵌而成 ,指标的类别和各指标得分在评价区域内必然存在空间差异,致使区域评价只能是基于各相对均质的小区域评价基础上的综合,而 3s技术为实现这一目的提供了有效的手段,3s 技术是以遥感 (rs) 、 全球卫星定位系统( gps ) 和地理信息系统 (gis) 为基础 ,对地球进行空间观测、 空间定位及空间分析的完整的技术体系15 。由于这一技术以网格为空间分析单元,所以基本评价单元选择为网格。41212 基本评价单元生态环境质量的评价目前普遍使用综合指数法对生态环境质量进行综合评价,即将选定指标的数值进

15、行标准化处理 ,赋以权重,再将标准化值与相应权重乘积求和 ,得综合指数,然后对综合指数进行分级16 。4121211指标数值的标准化评价指标确定之后,各指标量纲不统一,没有可比性 ,故必须对参评的指标进行标准化处理。为便于计算和比较,参考谢炳庚17 、 李英18 的方法 ,用如下公式进行标准化:ai=xi-xminxmax-xmin10式中 ,ai、xi、xmax、xmin分别为某一指标的标准化值 、 实际值和环境质量标准的上限值和下限值 。由于生态环境质量标准大多处于探索阶段,为此 ,应结合评价区域实际,参考国家 、 行业和地方规定的标准;背景或本底标准;类比标准以及公认的科学研究成果来制定

16、各指标的生态环境质量标准 。经标准化处理后指标数值变为010 之间的无量纲化值。4121212 指标权重赋值不同指标对生态环境的影响程度是不一样的 ,因此需要对各指标进行权重赋值。权重赋值方法有多种,主要分为主观赋权法和客观赋权法,比较有代表性的方法分别为层次分析法和主成分分析法 。两者均具有一定的优点和局限性,但迄今为止尚没有一个可将主观信息与客观信息综合集成 的 新 方 法 ,一 些 研 究 成 果 也 仅 仅 是 初 步的19 。有鉴于此,评价时可单独使用或综合使用两种方法赋权。(1)层次分析法是目前最为常用的一种方法,用法可参考相关文献20 。(2)主成分分析法,在用因子分析法筛选指标

17、时 ,各主成分特征根贡献率大小已说明各主成分对于生态环境质量的影响程度是不相同的,这里引用孙希华21 的公式计算权重:wi=ii式中 ,i为特征根贡献百分率。这种方法具有较强的数学理论依据。4121213 综合评价指数的计算ep=ni= 1wiai式中 ,ep为某基本评价单元生态环境质量指数 ;n为评价指标数;wi为第i项指标权重;ai为第i项指标标准化值。41213 区域生态环境质量综合评价在基本单元评价结果的基础上,参考张增祥22 的方法 ,用下式计算评价区域生态环境质量综合指数 。eqi=epspsp式中 ,eqi为评价区域生态环境质量综合指数 ;ep为每一基本评价单元生态环境质量指数值

18、;sp为该生态环境质量指数值对应的网格数。41214 综合评价结果分析与指标体系的完善和优化生态环境质量是多维体系,而综合评价指数是将多维度(一个维度代表一个项目)的评价压缩成了一个无维度的几何级数,单纯这一数值是不够的 ,应以此综合指数为基础,结合评价区域社会 、 经济发展取向,利用 gis技术的各种数据统计分析功能,找出影响评价区域社会、 经济可持续发展的关键因子,存在的问题及优势,对区域生态环境质量做出定性评价。并据此对指标的设置和权重赋值进行调整,从而完善指标体系,使指标体系可为区域社会经济发展决策提供正确的导向。具体技术路线如下:李爱军等:生态环境动态监测与评价指标体系探讨37 构建

19、生态环境监测与评价指标体系框架收集指标填充区域生态环境监测与评价指标体系初步筛选评价指标初步确定区域生态环境监测与评价指标体系各指标权重赋值各指标标准化赋值用综合指数法评价区域生态环境质量依据评价结果再次筛选指标指标体系的优化与确定参考文献 : 1 联合国环境规划署(姚守仁 、 房雪琦 、 白玲译)1 生态监测手册m1 北京:中国环境科学出版社,19941 2 苏智先,王仁卿 1 生态学概论m1 北京:高等教育出版社,19931 3 叶亚平,刘鲁君 1 中国省域生态环境质量评价指标体系研究j 1 环境科学研究,2000 ,13(3) :33 - 361 4 costanza r et al11

20、9971the value of the worlds ecosystemservicesand natural capital1nature , 387:253 - 260. 5 daily g. 19971what are ecosystemservices?in :daily ge2d1natures services:social dependence on natural ecosys2tems1washionton:island press1 6 harold a m , paul re119971ecosystemservices:a frag2mentary history1i

21、n :dailyg ed1natures services:social de2pendenceonnaturalecosystems1washington:islandpress111 - 28. 7 马世骏,王如松 1 社会-经济-自然复合生态系统j 1生态学报,1984 ,(1) :1 - 91 8 杨良 1 云南省生态环境监测方法探讨j 1 云南环境科学,2001 ,20(增刊) :86 - 881 9 p.迪维诺著(李耶波译)1 生态学概论m1 北京:科学出版社,1987110 邓红兵,王庆礼,蔡庆华1 流域生态学 新学科 、新思想 、 新途径j 1 应用生态学报,1998 ,9(4) :443 -449111 钱学森 1 论系统工程m1 长沙:湖南科学技术出版社,1982112 范常忠,姚