基于层次分析法的生态系统定量评价模型

雷牧晨 陶馨萍 蒲鑫桔

【摘  要】近年来，环境问题越来越突出，而生态系统是人们生存和发展的基础，在人类的日常生活中发挥着重要的作用。生态系统服务是指生态系统能够为人类提供的服务，主要包括四个方面。基于此，论文利用层次分析法建立了生态系统服务的定量评价模型。

【Abstract】In recent years， environmental problems have become more and more prominent， and ecosystem is the basis for people's survival and development， which plays an important role in the daily life of human beings. Ecosystem service refers to the service that ecosystem can provide for human beings， which mainly includes four aspects. Based on this， the paper uses the analytic hierarchy process to establish a quantitative evaluation model of ecosystem service.

【关键词】生态系统;服务;人类;层次分析法;环境

【Keywords】ecosystem; service; human beings; analytic hierarchy process; environment

【中圖分类号】X826                               【文献标志码】A                                   【文章编号】1673-1069（2020）10-0068-02

1 引言

生态系统服务是指生态系统与生态过程所形成及所维持的人类赖以生存的自然环境条件和效用，是人类直接或者间接从生态系统功能中获得的产品和服务。地球的生态环境看似坚不可摧，但实际上却很脆弱，一个突出的事实是人们在进行经济活动时，忽视了生态环境，而千里之堤毁于蚁穴，这种忽视可能最终危及人类在生物圈的可持续性，如果没有生命维持系统的服务，地球的经济将会陷入停顿状态，因此，从某种意义上说，生态系统对经济的总价值是无限的。

地球上的土地资源是有限的，但人类为了生活和发展又不得不开发土地化为己用，人们不仅要自己发展经济，提高生活质量，也要为人们的后代和未来的生活考虑。土地占用开发不合理会导致价值走低、不能发挥其潜在和长远的社会效益，甚至可能适得其反，而二次开发的成本更高。所以在首次开发时就将环境成本考虑进去，并且进行合理的开发利用是非常有必要的，这样才能实现可持续性发展，发展绿色经济。人们都应该明白一个道理：绿水青山是无价之宝。

基于此，本文通过应用层次分析法来建立生态系统服务模型，从而对生态服务评估系统进行探究，了解人类从生态服务系统中得到的真实效益，最后分析和评估模型的有效性，并阐述建立模型的现实意义。

2 模型设计

2.1 模型假设

首先，在生态服务评估模型中对水资源方面的分析中，本文假设地表水和地下水完全没有交互作用;其次，由于有机质、营养物循环实际包含众多元素，本文假设只有碳元素对模型有影响，并只对其进行分析。

2.2 建立指标评价体系

生态服务评估模型分为支撑服务、供给服务、调节服务、文化服务四个部分（Daily C，1997;谢高地，2008），在不同的要素层中，本文选取的具体指标如表1所示。

2.2.1 支撑服务

在支撑服务中，本文选取了栖息地、生物多样性、营养物循环三种指标。

栖息地是指包含多个物种种群生活生长的自然环境，影响栖息地的因素有很多，由于不同物种的生活方式不同，影响因素也各有不同，例如，海表水温会对竹筴鱼栖息地分布产生影响（徐红云等，2016），枯水期流量会对鱼类的栖息地分布产生影响（黄月群等，2018），降雨量以及经纬度会对栖息地中物种种类丰富度产生影响，越靠近赤道、降雨量越多、气候越暖和，物种种类会更加丰富，生态系统也会更加稳固。

生物多样性是指生物圈中的生物及其基因和生存环境，用于反映规定区域内生物生存环境影响的程度，生物多样性的量度方法常采用“Simson指数”，其计算公式如下：

x营养物循环是指自然界的循环系统，生态系统在食物网中利用生物多样性，循环利用矿物质、营养物质等天然物质，自然系统的循环行为是维持和促进人类社会发展的福祉。

在可得到的数据基础上，本文通过将生物多样性、栖息地、营养物循环加权，得出了支撑服务对生态服务系统的贡献指数，具体计算公式如下：SS=a1Sbio+a2Shab+a3Snut

2.2.2 供给服务

生态系统在供给上可以为人类提供多种服务，但考虑到可操作性，参考庄惠钧等（2020）文献，本文在供给服务中选择的因素为有机质生产、水资源、能源。

有机质生产属于生物类概念，是一种碳基化合物，来自植物和动物等生物体的遗体及其在环境中的废物，通常在它们的生存环境中即自然和工程环境、陆地和水生环境中发现。

水资源包括地上和地下水，本文主要考虑地下水对供给服务的影响，参照以往文献，其度量公式如下：

EmGW=P×S×ρ×k×UEVGW

其中，EmGW为地下水补给所需的能值;P为森林生态系统降水;S为森林生态系统面积;ρ为水分密度;k为降水入渗补给系数;UEVGW为地下水的特殊能值。

能源则是包括人类在内的生物体赖以维持生命的来源，主要来自化石燃料、核燃料、可再生能源等。

在可得到的数据基础上，本文将三种因素加权，得出了供给服务对生态服务系统的贡献指数PS，具体计算公式如下：

PS=β1Ppom+β2Pwat+β3Pene

2.2.3 调节服务

调节服务主要考虑生物体生存的环境，包括气候、自然灾害、土壤、大气、水质四种因素。气候通俗地理解是“平均天气”，广义上的气候是指气候系统的状态。自然灾害是生态系统自身调节的一种主要方式，例如，洪水等。土壤是植物的扎根之处，是动物的活动场所，同时，也充当着生态系统大气层调节剂的角色。大气则包括烟尘、CO2、NO等。水质是对水状况的一种衡量，标准通常按照人类或者生物体的生存要求来确定。同样，本文根据可得数据，将五种因素加权，得到调节服务对生态服务系统的贡献指数RS，具体计算公式如下：

RS=γ1Rcli+γ2Rdis+γ3Rsiol+γ4Ratm+γ5Rwqu

2.2.4 文化服务

生态系统服务中文化服务包括精神、教育、娱乐、美学，在可得到的数据基础上通过加权，得出了文化服务对生态服务系统的贡献指数CS，具体计算公式如下：

3 建立模型

综上，本文搜索了大量关于以上因素的数据，并填制了成对比较矩阵。利用层次分析法对海量数据进行了加权计算，得出生态服务系统指数，并将其运用到评估土地使用项目的真实经济成本中。计算公式如下：

SPRCscore=SS+PS+RS+CS

用层次分析法获取每个变量的权重如表2所示。

基于此，本文得出了生态服务系统的评估模型，得到每个因素的权重评分，分别如下：

SS=64.83%Sbio+22.97%Shab+12.20%Snut

PS=7.51%Ppom+59.17%Pwat+33.32%Pene

RS=5.01%Rcli+8.26%Rdis+19.46%Rsiol33.64%Ratm+33.64%Rwqu

CS=25%Cspi+25%Cedu+25%Crec+25%Caes

从本文模型建立的权重可以发现，在支撑服务中，生物多样性与栖息地、营养物循环相比，对生態服务系统的影响更大，同理，在供给服务中，水资源对生态服务系统的影响更大，在调节和文化服务中，各个小因素则没有太大的区别。

4 结语

本文建立了SPRC模型来定量分析生态服务系统，从支撑、供给、调节、文化四个方面出发，采用不同的数据加权方法来量化个别指标，利用层次分析法来确定权重，最终计算出了权重公式。模型能够在一定程度上度量生态服务系统，得到准确的指数。同时，多个指标结合避免了单一指标的突变影响，让结果更加完整可靠。但由于数据有限，同时，考虑到一些主观的因素不便通过数据来度量，故而在模型中忽略了一些变量。此外，层次分析法度量问题时往往主观性太强，在进行实际问题分析时可能与现实情况存在一定的误差。

从结论来看，生物多样性、水资源较其他因素对于生态服务系统的影响更大，因此，在资源有限情况下，想要将生态服务系统的效用发挥到最大，人们应该更加着重地考虑生物多样性与水资源方面，制定一些政策和措施来针对性对其进行保护。

生态环境在人类经济社会发展中的重要作用已经越来越凸显，人们注重生态服务系统的维护，也能更好地反哺经济的发展。

【参考文献】

【1】Daily G C.Natures Services： Societal Dependence on Natural Ecosystems[M].Washington，DC：Island Press，1997.

【2】谢高地，甄霖，鲁春霞，等.一个基于专家知识的生态系统服务价值化方法[J].自然资源学报，2008（05）：911-919.