全 文 ：第22卷第3期
2010年6月
生态
Ecological
科学
S ience
29(3)：234·241
Jun．2010
王玉图，王友绍，李楠，林立，宋晖，孙翠慈，吴梅林，崔海平．基于PSR模型的红树林生态系统健康评价体系——以
广东省为例【J】．生态科学，2010，29(3)：234．241．
WANGYu电WANGYou-shao，I．INan,I．INLi,SONGHui,SUNCui-ei,WUMei-Lin,CUIHai-ping．Thehealthassessingystemof
mangroveecosystemsapplyingwitht ePSRmodel：acasetudyofGuangdongProvince叨．EcologicalScience,2010,29(3)：234-241．
基于PSR模型的红树林生态系统健康评价体系
以广东省为例
王玉图L酗，王友绍1’扩，李楠坭，林立蛇，宋晖啦，孙翠慈蟛，吴梅林堙，崔海平1’2
1．中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境动力学重点实验室，广州510301
2．中国科学院大亚湾海洋生物综合试验站，深圳518121
3．中国科学院研究生院，北京100039
【摘要】主要阐述了PSR(pressure．sate—response)模型的概念及内容，基于PSR模型并结合层次分析法(AHP法，analytical
hierarchyprocess)，建立了红树林生态系统健康评价体系，依据综合健康指数(CHI)值将各红树林湿地健康状况划分为很健康、
健康以及亚健康三个等级；基于VB实现了评价体系的可视化，结合实际调查，对可视化评价体系进行验证。结果表明，广东
省廉江市高桥镇红树林为80．54(O-II)，广东省珠海市淇澳岛红树林为60．35(CHI)，广东省湛江市特呈岛红树林为53．87(CHI)，
所得结果与实际调查情况一致；该可视化体系科学、快速、实用，可满足红树林生态系统健康评价的工作需要。
关键词：PSR模型；红树林生态系统；健康评价；AHP法；可视化
doi：10．3969／j．issn．1008-8873．2010．03．007中图分类号：Q145 文献标识码：A 文章编号：1008-8873(2010)03-234-08
TheassessmentsystemofangroveecosystemhealthapplyingthePSRmodel：a
casestudyofGuangdongProvince
WANGYu．tul，乙3，WANGYou．sha01，2·，LINanl，2，LINLil，2，SONGHuil·2，SUNCui．eil，2，WUMei．1inl·2，CUIHai．pin91，2
J．KeyLaboratoryofT opicalMarineEnvironmentalDy amics,SouthChhtaSeaInstituteofOceanology,ChineseAcademyofSci nces,
Guangzhou510301，China
2．MarineBiologyResearchStationatDayaB y,ChineseAcad myofSciences,Shenzhen518121，China
iGraduateSchoolftheChineseAcademyofScience,Beifing100039,China
Abstract：Inthispapertheconceptandcontentofthepressure‘sate。response伊SR)modelwerediscusse ．ThePSRmodelcombined
withanalyticalhierarchyprocess(AHP)isemployedtoestablishaassessmentsystemformangroveecosystemhealth．Basedona
comprehensivehealthndex(CHI)value，thehealthofmangroveecosystemscanbedividedintothreestates：excellent，healthyand
sub-healthy．TheassessingystemachievesvisualizationbyM crosoftVisualBasic(vB)．Combinedwiththeactualfindingsofthe
mangrove，thevisualassessingystemisverified．TheCHIofthemangroveofGaoqiaoTowni ZhanjiangCityofGuangdongProvince
is80．54．TheCHIofthemangroveofQiaoIslandofZhuhaiCityinGuangdongProvinceis60．35．TheCHIofthemangroveofTecheng
IslandofZhanjiangcityinGuangdongProvinceis53．87．Theresultsareconsistentwiththeinvestigation．Thevisualizationsystemwill
beusedscientifically,rapidlyandp cticallywithehealtha叠sessingforthemangroveecosystem．
Keywords：ThePSRmodel；mangroveecosystera；healthassessment；AHP；visualization．
收稿日期：2010-03—24收稿，2010-04．20接受
基金项目：中国科学院知识创新工程重要方向性项目(No．KZSX2一SW-132；No．KZCX2-YW-Q07-02；No．KSCX2．YW-Z-1024)、国家和广东省
908红树林调查与评价专项(No．908-02-04-04，No．GD908-01-03，GD908．02．11)、广东省科技计划项目(2008A030203007)和“十
一五”国家科技支撑计划重点项目(2009BADB280606)
作者简介：王玉图(1983一)，研究方向：海洋生物学，E．mail：wangyum@gmail．com
’通讯作者，王友绍(1963一)男，教授(二级)，E．marl：yswang@scsio．ac．饥
万方数据
3期 王玉图，等：基于PSR模型的红树林生态系统健康评价体系：以广东省为例 235
1引言(Introduction)
红树林生态系统是蕴藏着丰富的生物资源和物
种多样性的热带亚热带滨海湿地生态系统，同时也是
自然界中生产力最高的生态系统之一。由于其在全球
海洋的过程和生物资源方面具有非常重要的地位，己
引起国内外有关学者韵极大关注。目前红树林生态系
统正受到生态退化的严重威胁，因此对红树林生态系
统的健康状况的评价逐渐成为学者们关注的焦点。许
多学者已在红树林经济利用【11、生物多样性12J、生态
恢复13】、药物利用14J等方面做了大量的研究。但在红
树林生态系统健康评价方面的研究却未见报道。本文
首次以PSR模型为基础建立一个红树林生态系统健
康评价体系，对红树林生态系统健康评价作一个初步
探索，并以期能为今后红树林生态系统健康评价体系
的确立提供一定的借鉴。
2 PSR的概念及分析(Conceptionandanalysisof
thePSRmodel)
Pressure(压力)--State(状态)--Response(响应)模
型最初由TonyFriend和DavidR ppotr提出，用于分
析环境压力、现状与响应之间的关系。20世纪70年
代，国际经济合作与发展组织(Organizationfor
EconomicCooperationndDevelopment，OECD)对其
进行了修改并用于环境报告；80年代末90年代初，
OECD在进行环境指标研究时对模型进行了适用性和
有效性评价；目前许多政府和组织都把PSR模犁作为
用于环境指标组织和环境现状汇报最有效的框架p-71。
同时PSR模型目前也被广泛地应用于生态系统健康评
价、资源可持续利用等资源环境评价中的各个领域，
成为资源环境评价中一种最常用，最有效的模型。
这一框架模型具有非常清晰的因果关系，即人类
活动对环境施加了一定的压力：由于这个缘故，环境
状态发生了一定的变化；而人类社会应当对环境的变
化做出反应，以恢复环境质量或防止环境退化。而这
三个环节正是决策和制定对策及措施的全过程18,9J。
该模型分为三大类指标，即压力指标、状态指标和响
应指标，其结构如图1所示。其中，压力指标表征人
类活动对环境的影响，比如资源利用、物质消费以及
生产活动对环境造成的破坏和扰动；状态指标表征特
定时间阶段的环境状态和环境变化情况，包括生态系
统环境的现状和变化等方面的指标；响应指标表征了
人类活动对环境破坏所做出的响应，比如社会和个人
减轻、阻止、恢复和预防人类活动对环境所造成的负
面影响所采取的一系列行动和措施16,7,101。
3评价体系的构建(Constructionoftheassessing
system)
3．1指标体系的构建原则
要建立红树林生态系统评价指标体系，全面真
人类活动及影响
Humnactivitiesand
influence
人口Population
工业Industry
农业Agriculture
资源利用
Rl塔onrceutilization
环境破坏
Environmentaldamage
污染
PoIlution
利用
U辨
信息Information
自然和环境的状
态
Stateofthe
naturaland
environment
空气Air
土壤Soil
才c Water
生物living
社会响应Socialresponse
信息
Information
社会响应
Social
resoonSe
个人及社会的响应
Ptrsonalandsodal
responses
立法Legislation
保护Protect
科研Research
宣传Publicity
国际合作
International
cooperation
图1压力—状态一响应(PSR)框架模型“”
Fig．1TheframeworkofthePSRmodel
lnl
万方数据
表1红树林生态系统健康指标体系层次结构表
Table．1Thestructureofthhealthindicatorsystemofthemangroveecosystem
项目层 要素层 指标层
Projectlayer Elementslayer Indicatorslayer
压力 人口状况Humansituation 数量Population
Pressure 密度Populationdensity
经济发展水平Economic GDPGrossdomesticproduct
situation 人均GDPGDPpercapita
GDP增长速度GDPgrowthrate
工业产值Industrialoutputvalue
资源利用状况Resource 耕地面积Areaofarableland
usageconditions
环境污染程度Pollution 环境污染Environmentalpollutionlevel
状态 红树林状况 面积Areaofmangrove
State Mangrovessituation 覆盖度Mangrovec rager t
种类Typeofmangrove
平均胸径Averagediametera breastheight
ofmangroves
红树林其他生物状况 鱼类Typeoffishes
Otherspeciessituation 贝类Typeofbenthos
鸟类Typeofbirds
红树林环境状况 年均气温Averagennualtemperature
Environmentalsituation 年降水量Averagennualr infall
响应 大众意识 环保意识Awarenessofenvironmental
Response Publicconsciousness protection
宣传教育Environmentaleducation
保护区情况 级别Protectedareaslevel
Protectedar assituation 人员数量Numberofprotectedareastaff
年经费Annualbudget
面积Areaofprotectedar as
科研水平 国内外项目Cooperationprojects
Scientificresearchlevel 发表论文数Numberofpapers
科研考察Numberof eceptionresearch
studies
实衡量红树林生态系统的健康状况，评价指标的选取
必须具有相当的完备性和代表性，以便能够综合地反
映影响红树林生态系统健康的各种因素。针对红树林
生态系统的特点，评价指标体系的设置应当依据如下
的几个原则112,13J：
(1)整体性原则：红树林生态系统是由生物、
非生物的各种成分组成的不可分割的整体，指标体系
的建立不仅要考虑各个成分的特有要素，还应当包括
能体现生态系统整体特征的指标。
(2)可操作性原则：评价指标体系在设置上应
当结合当地的实际情况考虑指标的现实性和易获取
程度，尽量选取易获得的，能够反映系统某些关键性
特征并能预测系统发展趋势的指标。
(3)层次性原则：红树林生态系统是一个复合
的多元的生态系统，生态要素众多，指标体系应从简
单到复杂层层剖析，分清层次，以便能清晰条理地体
现出生态系统的状况。
(4)动态性原则：评价指标体系要能反映一定
时空尺度的生态系统状况，其选择要求充分考虑生态
系统动态变化的特点，以期更好地对生态系统的历
史、现状和未来变化趋势做准确的描述。
3．2指标体系的构建
根据上述原则，从压力、状态、响应3个方面选
万方数据
3期 王玉图，等：基于PSR模型的红树林牛态系统健康评价体系——以广东省为例 237
取能切实反应红树林生态系统健康状况的指标，评价
指标体系归纳为【12,13】：
(1)标层：以红树林生态系统健康综合指数
作为总目标层；
(2)项目层：包括压力，状态，响应：
(3)要素层：由构成压力，状态，响应项目
层的要素组成；
(4)指标层：是由可直接度量的指标构成。
各层次问的结构、指标数据来源和代表涵义见表1。
3．3指标权重的确定
基于生态系统评价具有主观性和客观性两方面
的特点，我们采用主观结合客观的层次分析法来确定
各指标的权重。层次分析法(AnalyticHierarchy
Process，AHP)是由美国著名运筹学家，匹兹堡大
学Saaty教授于80年代初期提出的一种简便、灵活
而又实用的多准则决策方法。是对一些较为复杂、较
为模糊的问题做出决策的简易方法，它特别适用于那
些难于完全定量分析的问题。其主要特征是，它合理
地将定性与定量的决策结合起来，按照思维、心理的
规律把决策过程层次化、数量化。该方法以其定性与
定量相结合地处理各种决策因素的特点，以及其系统
灵活简洁的优点，迅速地在社会经济各个领域内，如
能源系统分析、城市规划、经济管理、科研评价等，
得到了广泛的重视和应用114,15J。
运用AHP法进行决策时，需要经历以下5个步
骤【16‘20】：
1．建立系统的递阶层次结构；建立的系统递阶
层次结构与PSR模型所构建的指标体系结构相同。
2．构造两两比较判断矩阵(正互反矩阵)；层次
结构反映了因素之间的关系，但准则层中的各准则在
目标衡量中所占的比重并不一定相同，在决策者的心
目中，它们各占有一定的比例。比较刀个因子
X={而，⋯，x。>对某因素z的影响大小。Saaty等人
建议可以采取对因子进行两两比较建立成对比较矩
阵的办法。即每次取两个因子X，和X，，以a。表示t
和X；对Z的影响大小之比，全部比较结果用矩阵
A=(口，，)～表示，称A为Z—X之间的成对比较判
断矩阵(简称判断矩阵)。容易看出，若X，与X，对Z
的影响之比为a∥则X，与x，对Z的影响之比应为
口；；：—L。关于如何确定a口的值，Saaty等建议引
∥
aii
‘
用数字1-9及其倒数作为标度。1-9标度的含义：“1”
表示两个因素相比，具有相|_J重要性。“3”表示两个
因素相比，前者比后者稍重要。“5”表示两个冈素相
比，前者比后者明显重要。“7”表示两个冈素相比，
前者比后者强烈重要。“9”表示两个因素相比，前者
比后者极端重要。“2,4，6，8”表示上述相邻判断的中
间值倒数表示上述相邻判断的中间值。若因素z与因
素．，的重要性之比为％，那么因素-，与因素f重要性
1
口ji2■
之比为 “{『。
从心理学观点来看，分级太多会超越人们的判
断能力，既增加了作判断的难度，又容易因此而提供
虚假数据。Saaty等人还用实验方法比较了在各种不
同标度下人们判断结果的正确性，实验结果也表明，
采用1-9标度最为合适。
3．针对某一个标准，计算各备选指标的权重；
针对各指标对上一层元素的重要性，两两指标进行比
较得出ai，的值，构建出正互反矩阵A。求出特征向
量形作为各指标的权重以及最大特征值k。
4．进行一致性检验；对判断矩阵的一致性检验
的步骤如下：
。(i)计算一致性指标a
CI：生![!
n一1
(ii)查找相应的平均随机一致性指标彤。对
刀=1，⋯，9，Saaty给出了脚的值，如表2所示：
表2冗，值对照表
Table．3ComparisonsofR／
彤的值是这样得到的，用随机方法构造500个
样本矩阵：随机地从1-9及其倒数中抽取数字构造正
互反矩阵，求得最大特征根的平均值允’一，并定义
R／：堑
n一1。
(iii)计算一致性比例CR
万方数据
CR：垡
砒
当CR<0．10时，认为判断矩阵的。致性是可以
接受的，否则应对判断矩阵作适当修正。
5．计算当前一层元素关于总目标的权重并做层
次总排序的一致性检验。同样方法求出上一层元素的
权重，然后通过各个层次的权重相乘求出单个指标相
对于总目标层的权重。对层次总排序也需作一致性检
验，检验仍象层次总排序那样由高层到低层逐层进
行。这是因为虽然各层次均已经过层次单排序的一致
性检验，各成对比较判断矩阵都已具有较为满意的一
致性。但当综合考察时，各层次的非一致性仍有可能
积累起来，引起最终分析结果较严重的非一致性。
设B层中与彳j相关的因素的成对比较判断矩阵
在单排序中经一致性检验，求得单排序一致性指标为
CI(j)，(J=1’⋯，m)，相应的平均随机一致性指
标为R／(j)(CI(j)、R／(j)已在层次单排序时求
得)，则B层总排序随机一致性比例为：
?乙
>。cz(j)a；
CR：!：!
∑RI(j)a，
j=l
当CR<0．10时，认为层次总排序结果具有较满
．意的一致性并接受该分析结果。
3．4指标的归一化
红树林生态系统健康评价指标体系中指标数量
较多，包含生物指标，物理指标，化学指标以及经济
指标等，其中绝大多数指标可定量，少数指标不易定
量。对于定性指标可以采用文献分析、专家座谈和公
众参与的方式确定指标的评价等级或评价值纳入整
个指标体系的计算中【2¨。我们进行红树林生态系统
健康评价还要对各个不同指标的数据进行归一化处
理，以消除量纲的差异。我们采用的归一化方法分为
三种【221。
正向指标是指当指标值越高表明生态系统越健
康的一类指标，此时归一化值
N=n一刀疵)／协懈一，z疵)
逆向指标是指当指标值越低表明生态系统越健
康的一类指标，此时归一化值
Ⅳ=G一，z嗽)／0血一刀一)
适度指标是指存在一个临界阈值的一类指标，此
时归一化值
Ⅳ=G—n川耐)／0m；n—nm觚)
其中n代表原始值，咒lllin代表所有原始值中
的最小值，刀ma)【代表所有原始值中的最大值，
以mid代表I}毒界阈值。
歹◇ 可视化窗口Visualwindowp
』上
I逻誉块
数据归一化模块 权重计算模
Normalization块Weight
module calculation
愈．I按“＼
。l Kerneldatab撇旷
图2健康评价体系的可视化程序流程图
Fig．2Themapofthevisualizationassessingystem
3．5生态系统健康指数的计算
综合健康指数(comprehensiveHealthInd x，
CHI)计算整个湿地生态系统的总指数值，最后根据总
指数的分级数值范围确定湿地生态系统健康的等级。
湿地综合健康指数的确定可根据以下公式计算：
CHI=100(CSI一0．2CPl+0．2CR／I
式中：CSI为综合状态指数(ComprehensiveState
Index，csi)，CPI为综合压力指数(Comprehensive
PressureIndex，CPI)，CRI为综合响应指数
(ComprehensiveResponseInd x，CRI)
CSI=∑Wi·Ni
CPI；∑n所·NiCRl：∑n聊·Ni
式中： 刀为评价指标的个数：Ⅳf表示相对应的
第f种指标的归一化值，O≤朋≤1；Wi为指标i的权
万方数据
3期 王玉图，等：基于PSR模型的红树林生态系统健康评价体系——以广东省为例 239
重，可通过层次分析法求得∞1。
3．6红树林生态系统健康的综合评价
根据综合健康指数的数值结合红树林湿地的实
际情况，依据CHI值将各红树林湿地健康状况划分
为很健康、健康以及亚健康三个健康等级。其中
CHI≥80为很健康，80≥CHI≥60为健康，CHI≤60
为亚健康。针对红树林的各种健康相关指数在综合评
价报告中我们可以给出相应的评语与建议。
4评价体系的可视化系统(Visualizationofthe
assessingystem)
基于PSR模型的红树林生态系统健康评价体系
是以PSR模型为框架结合AHP法在VB(Microsoft
VisualBasic，VB)环境下编制的可视化程序。本程
序主要包括2个部分：①VB程序主体；②权重计
算程序。其中VB程序主体又包括四个功能模块：
VB可视化窗口，数据归一化模块，核心数据库，逻
辑评价模块。程序的总体框架和实现流程见图2。
可视化窗口是采用MicrosoftVisualBasic6．0中
文版为平台编制，界面友好的用户界面。主要将用户
输入的数据导入到归一化模块，并且将逻辑评价模块
的评价结果导出到可视化界面，从而实现程序与用户
之间的数据交互。
数据归一化模块是采用本文提到的指标归一化
方法，在VB环境下编制的数据处理模块。主要实现
将原始数值归一化后导入到核心数据库。
权重计算程序是以AHP层次分析法为原理建立
的数据处理程序，该程序以Excel为核心将评价者评
价结果通过矩阵转置，一致性检验等过程生成数字化
的评价指标系数，并将评价指标系数导入到核心数据
库。该程序独立于程序主体，对评价系数进行计算并
一次性导入到核心数据库用于构建核心方程m】。
核心数据库是以PSR模型的层次结构为基础架
构，结合评价指标系数构建出一个计算红树林生态系
统健康相关指数的核心方程。导入的归一化后的原始
数据通过核心方程计算得出各种综合评价指数，并将
计算结果导入到逻辑评价模块。
逻辑评价模块是利用预设的逻辑评价条件对计
算出的综合评价指数进行逻辑评价，得出红树林生态
系统的综合健康状况水平，针对红树林生态系统的健
康相关指数给出一定的评语与建议，并将上述结果反
馈到可视化界面。
整个评价程序还有导入样地相关信息，打印评价
结果，自动生成文本的评价报告等功能。
5 评价体系的典型应用(Applicationof he
assessingystem)
运用该体系对典型的红树林样地进行评价，我
们选取了以下3块典型样地：
1．广东省湛江市廉江市高桥镇红树林，该区域
为湛江红树林国家级保护区的核心区，物种资源丰
富，红树林生长状况良好，并且地处乡镇人类活动影
响较小，同时此地保护站人员配置齐整，并且有十几
年的保护经验。我们将此区域定为红树林生态系统很
健康的典型样地I矧。
2．广东省珠海市香洲区淇澳岛红树林，该区域
为珠海淇澳一担杆岛省级保护区，红树林生长状况一
般，人工恢复的面积较多，虽然该地处于珠海特区人
类活动影响较大，但同时此保护区的保护力度也比较
大。我们将此区域定为红树林生态系统健康的典型样
地【261。
3．广东省湛江市霞山区特呈岛红树林，该区域
为湛江红树林国家级保护区的实验区，物种资源单
一，红树林生长状况一般，红树林周边污染相当严重，
而且此地人类活动影响也比较大，并且保护力度相对
较弱。我们将此区域定为红树林生态系统亚健康的典
犁样州27-291。
。
通过红树林生态系统健康评价体系对三个样地
进行了计算。可视化评价体系的计算结果如图3，4，
5所示：
广东省廉江市高桥镇红树林，CHI=80．54。广东
省珠海市香洲区淇澳岛红树林，CHI=60．35。广东省
湛江市霞山区特呈岛红树林，CHI=53．87。评价结果
与实际情况完全一致，由此可见该评价体系可以客观
的反映红树林的健康状况。广东省湛江市霞山区特呈
岛红树林位于繁荣的湛江港区附近，湛江港货物吞吐
量大，船舶往来频繁，人类活动影响大，并且实地调
查发现周匍海面有大量浮油等污染物存在。同时岛上
居民生活垃圾不集中，红树林内散落大量垃圾。该地
远离红树林保护区核心，同时处于孤岛之上，因此保
护区保护难度很大。建议加强环保宣传力度，提高大
众环保意识，同时加强保护力度，早日扭转该地红树
林的健康状况。
万方数据
图3高桥红树林评价结果
Fig．3Theassessingresultof hemangroveofGaoqiao
图4淇澳岛红树林评价结果
Fig．4Theassessingresultof hemangroveofQi’aoIsland
图5特呈岛红树林评价结果
Fig．5Theassessingresultof hemangroveofT chengIsland
6结语(summary)
我国对红树林生态系统健康评价的研究起步较
晚，目前研究成果不多，也没有统一的评价体系，加
强红树林生态系统健康评价指标及其体系研究是今
后红树林生态系统研究的一个重要方向。PSR概念模
型具有非常清晰的因果关系，利用PSR模型建立的
红树林生态系统健康评价体系科学实用，能够满足一
般的红树林生态系统健康评价的工作需要。同时该体
系在红树林生态系统健康评价中的应用还有待于在
实践中不断完善。
致谢(Acknowledgemen0
本研究野外调查中得到了湛江红树林国家级自
然保护区和珠海淇澳．担杆岛省级保护区工作人员的
建议和帮助，谨表谢意!
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万方数据
基于PSR模型的红树林生态系统健康评价体系——以广东省为
例
作者： 王玉图， 王友绍， 李楠， 林立， 宋晖， 孙翠慈， 吴梅林， 崔海平， WANG Yu-tu，
WANG You-shao， LI Nan， LIN Li， SONG Hui， SUN Cui-ci， WU Mei-lin， CUI Hai-
ping
作者单位： 王玉图,WANG Yu-tu(中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境动力学重点实验室,广州
,510301;中国科学院大亚湾海洋生物综合试验站,深圳,518121;中国科学院研究生院,北京
,100039)， 王友绍,李楠,林立,宋晖,孙翠慈,吴梅林,崔海平,WANG You-shao,LI Nan,LIN
Li,SONG Hui,SUN Cui-ci,WU Mei-lin,CUI Hai-ping(中国科学院南海海洋研究所热带海洋
环境动力学重点实验室,广州,510301;中国科学院大亚湾海洋生物综合试验站,深圳,518121)
刊名： 生态科学
英文刊名： ECOLOGICAL SCIENCE
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