生態質量是指一定時間或空間范圍內生態系統的總體或部分生態因子的組合對人類生存及社會經濟持續發展的適宜程度[1],生態質量現狀是由自然環境背景、人類開發活動和環境管理共同作用下形成的結果。區域生態質量評價是一個綜合過程,也是一門綜合技術,包括生態數據采集、生態質量評估、生態質量評價基本結論以及解決生態問題的相關建議與對策[1]。美國環境監測與評價項目(EMAP,EnvironmentalMonitoringandAssessmentProject)將生態質量評價定義為:評價是對EMAP獲取數據的解釋與評估,旨在回答關于生態資源健康狀況的相關政策問題。生態質量評價是根據選定的指標體系和質量標準,運用恰當的方法評價某區域生態質量的優劣及其影響,通過評價準確反映某一時段內的生態質量狀況[2]。而氣象評價就是從氣象角度所作的生態質量評價。生態質量的評價及其方法研究,國內外有關學者已經做了一些工作,但尚未形成統一的概念和原理。這些工作包括評價指標的確定、對生態質量優劣的評定、改善生態的對策與建議等,研究對象包括單個生態系統如森林生態系統、濕地生態系統等,也有綜合性的生態系統如某個保護區,又或者對某個特定區域的生態質量的綜合評價,一般以行政區劃或景觀布局為單位。尺度不同,研究方法也有所不同,常見的方法有綜合評價法[3]、指數評價法[4]、模糊評價法[5]、人工神經網絡評價法[6]、物元分析評價法[7]等,主要差別體現在評價指標的選擇和量化上。吳秀芹等[8]以2000年的TM影像為數據源,在RS和GIS技術的支持下提取了土地利用程度及植被類型因子,對參評指標因子進行量化處理,結合地下水位對塔里木河下游典型區進行了景觀生態質量綜合評價。劉魯君等[9]對縣域尺度的生態質量評價方法進行了研究,石金蓮等[10]選取自然性、代表性、多樣性、稀有性、生態脆弱性、面積適宜性、人類威脅等指標對遼寧老禿頂子自然保護區進行了評價。這些研究所選的指標和對指標的權重都不一樣,但研究思路具有相同點即經過指標選取-確定-權重-加權,最終得到綜合評價值。本文根據福建具體的生態環境監測數據,遵循指標選擇的代表性、全面性、綜合性、簡明性、方便性、適應性原則,選擇濕潤指數、植被覆蓋指數、水體密度指數、土地退化指數、災害指數5個因子對福建省生態質量進行氣象方面的評價,旨在探討生態質量氣象評價方法,尋求生態質量評價的量化指標,同時提供各地生態質量的量值,以期為生態環境的保護提供參考。

1資料與方法

1•1自然概況

福建省位于東南沿海(115°50′-120°43′E,23°32′-28°19′N),東西寬約540km,南北長約550km,土地面積1•214×104km2,其中山地丘陵占80%以上。福建屬亞熱帶海洋性季風氣候,年平均氣溫15•2~21•8℃,各地年平均降雨量基本在1000mm以上,年日照時數1754~2482h,氣候資源得天獨厚。福建省背山臨海,其陸域基本由海拔1000m以上的山地與浙江、廣東隔開,因而地貌上和水系上成為相對獨立的地理單元。相對獨立的地貌、水系及相應的氣候、土壤和植被使得生態環境也表現出很強的相對獨立性。福建海域處于東海和南海的交界處,全區多為臺灣海峽所占據,由于陸域丘陵山地與臺灣山地的制約使海域本身的氣候、地貌和生物生態環境特征都具有一定的獨立性。由于缺乏金門縣的相關數據,在進行生態評價時未將金門縣考慮進去。

1•2資料及其來源

采用福建省2006年7-9月全省67個臺站的地面氣象觀測資料計算各地濕潤指數和災害指數,數據包括月平均氣溫(℃)、月降水量(mm)、月平均10m風速(m/s)、月平均相對濕度(%)、月平均氣壓(mb)、飽和水汽壓(mb)、災害面積(hm2),由福建省氣象臺提供。水體密度指數、植被覆蓋指數、土地退化指數各評價因子的面積、類別數據來源于福建省各地土地利用數據,由福建省農業資源綜合數據庫提供。

1•3評價模型的建立

采用模糊綜合評價法,通過建立隸屬函數,經模糊變換,給每個評價因子賦予一個非負實數,得到評價結果,再與評語集相對照,最終確定評價區域的優劣等級[11]。

1•3•1評價因子集遵循代表性、全面性、綜合性、簡明性、方便性、適應性原則,選擇5個因子為評價因子,則評價因子集V={濕潤指數,植被覆蓋指數,水體密度指數,土地退化指數,災害指數},然后采用文獻[12]中的數據處理方法對各評價因子進行標準化。各評價因子定義如下:(1)濕潤指數為降水量與潛在蒸散量的比值,是判斷某一地區氣候干、濕程度的指標。濕潤指數K=R/ET,該指數能夠客觀地反映一地的水熱平衡狀況。按季度進行評價時,季度濕潤指數K=Rs/(∑ETi),Rs為季度降水量,∑ETi為該季度三個月潛在蒸散量之和。根據文獻[13],月平均潛在蒸散量ETi=22di(1•6+U1/2i)Woi(1-hi)P1/2i(273•2+ti)1/4其中,i是月份編號,Pi為月平均氣壓(mb),ti為月平均氣溫(℃),di是月天數,Ui是10m高度觀測的月平均風速(m/s),Woi是溫度為ti時的飽和水汽壓(mb),hi是月平均相對濕度(%)。計算區域生態質量等級時,當K>1時,取K=1。(2)植被覆蓋指數指被評價區域內林地、草地及農田三種土地類型面積占被評價區域面積的比重,用于反映被評價區域植被覆蓋的程度。(3)水體密度指數指被評價區域內水域面積占被評價區域面積的比重,水域包括河流、湖泊、水庫等。(4)土地退化指數指被評價區域內風蝕、水蝕、重力侵蝕、凍融侵蝕和工程侵蝕的面積占被評價區域面積的比重,是反映生態系統功能退化程度的一個重要指數。(5)災害指數指單位面積上擔負的災害強度、頻率等災害總量,即評價區域內農田、森林等生態系統遭受氣象災害的面積占被評價區域面積的比重。

1•3•2評價因子權重由于不同的綜合評價因子對農業資源可持續利用的影響是不一樣的,因此需要對參評因子進行權重系數測定。各層次因子權重參照《生態質量氣象評價規范(試行)》[13]、采用專家打分法取得,結果見表1。

1•3•3屬性同一化根據不同屬性因子對總體生態質量的影響方向不同,對全部因子屬性進行正相化處理[14]。5項因子中有2項為負相因子(土地退化指數和災害指數),其正相化指標=1-負相指標。

1•3•4生態綜合評價指數根據權重集Q={0•25,0•3,0•2,0•15,0•1}和評價因子隸屬函數值集合R={K,V,W,L,D},可計算得到生態綜合評價指數其中,O為算子;i為各區域編號,本文i=1,2,3,…,67,Ai表示福建省各縣(市)生態質量的綜合評價值。