全 文 ： 倡 国家社会科学基金项目 （０３B TJ００４）资助
收稿日期 ：２００５唱０２唱０２ 改回日期 ：２００５唱０５唱１２
脆弱生态环境的综合评判物元模型研究 倡
巫锡柱１ 晏路明２
（１畅福建省泉州市人民政府发展研究中心 泉州 ３６２０００ ；２畅福建师范大学地理科学学院 福州 ３５０００７）
摘 要 应用可拓工程方法和主成分分析方法 ，建立了福建省脆弱生态环境综合评判物元模型 ，模型的输出结果
表明福建省生态环境脆弱性的区域差异较大 ，各区域存在的主要问题和制约因素也不相同 。
关键词 生态环境 脆弱性 物元模型 可拓工程 主成分分析
A research of Matter唱element Model of comprehensive evaluation on fragile eco唱environment ．WU Xi唱Zhu１ ，YAN Lu唱
Ming２ （１畅Development and Research Center of Quanzhou Municipal Government of Fujian Province ，Quanzhou ３６２０００ ，China ；
２畅College of Geographical Science ，Fujian Normal University ，Fuzhou ３５０００７ ，China） ，CJEA ，２００７ ，１５（３） ：１３８ ～ １４１
Abstract By using the methods of Ex tension Engineering and Principle Component Analysis ，a Matter唱element Model
used for comprehensively evaluating the fragile ecological environment in Fujian Province was established ．The results from
the model shows great regional differences of ecological fragile propert ies of environment in Fujian Province ．And the prob唱
lems and the rest ricting facto rs for every region are quite differen t ．And the countermeasures are put forward ．
Key words Eco唱environment ，Fragilit y ，Matter唱element Model ，Ex tension Engineering ，Principle Component Analysis
（Received Feb ．２ ，２００５ ；revised May １２ ，２００５）
脆弱生态环境是当今世界环境与发展的焦点问题之一 。 生态环境脆弱性的评价实际上是评估人口 、生
产 、社会发展和环境整体生产能力及潜力的程度以及环境能否被持续 、稳定利用的综合性衡量标准［１］ 。 对生
态环境脆弱程度的定量研究不仅有助于对脆弱生态环境进行区域间的量化对比 ，也可为脆弱生态环境的综合
整治提供科学依据 。 黄淑芳（２００３）曾从坡度 ≥ ２５°面积占总面积比例 ＞ ３５ ％ 且年平均降水量 ＞ １６００mm 、≥ ２５°
坡耕地占总耕地面积比例 ＞ １５ ％ 、森林覆盖率 ≤ ３０ ％ 、干旱指数 ≥ １ 且多年平均风速 ≥ ２ ．５m／s ４ 个方面 ，将
福建省的 ２４ 个县市确定为生态环境脆弱区 ，本文以此为基础运用可拓工程方法［２ ，３］和主成分分析法［３ ，４］对
福建省这 ２４ 个县市生态环境的脆弱程度做出更为精确的评价 ，并为制定生态环境脆弱区整治的宏观决策提
供科学依据 。
1 物元模型的建立与应用
参考已有的研究［５ ，６］ ，结合福建省的实际情况 ，建立一个合适的脆弱生态环境评价指标体系 。 该体系由
主要成因指标子系统（降水量 x１ 、干旱指数 x２ 、森林覆盖率 x３ 、人均耕地面积 x４ 、水土侵蚀率 x５ ）和结果表
现指标子系统（人均 GDP x６ 、农民人均纯收入 x７ 、人均工业产值 x８ 、非文盲率 x９ 、恩格尔系数 x１０ ）组成 。 其
中除 x２ 、x５ 、x１０与脆弱程度成正相关外 ，其他 ６ 项指标均与脆弱程度成反相关 。 根据各特征指标对生态环
境脆弱性的响应程度 ，将其划分为若干等级 ，并确定如下经典域物元 ：
R０ j ＝ （ N０ j ，ci ，V０ j i） ＝
N０ j ，c１ ，V０ j１
c２ ，V ０ j２
… ，…
cn ，V０ j n
＝
N０ j ，c１ ， ＜ a０ j１ ，b０ j１ ＞
c２ ， ＜ a０ j２ ，b０ j２ ＞
… ， …
cn ， ＜ a０ j n ，b０ j n ＞
（１）
式中 ，N０ j（ j ＝ １ ，２ ，… ，m）表示第 j 个等级 ，ci（ i ＝ １ ，２ ，… ，n）表示第 i个特征指标 ，V０ j i为 N０ j关于特征 ci 所
规定的量值范围 ，a０ j i 、b０ j i分别为该量值范围的下 、上限 。 根据各特征指标所有等级的量值范围 ，可确定如
下节域物元 ：
第 １５卷第 ３ 期 中 国 生 态 农 业 学 报 Vol ．１５ No ．３
２ ０ ０ ７ 年 ５ 月 Chinese Journal of Eco唱Agriculture May ， ２００７
Rp ＝ （ P ，C ，Vp ） ＝
P ，c１ ，Vp １
c２ ，V p２
… ，…
cn ，Vp n
＝
P ，c１ ， ＜ ap １ ，bp １ ＞
c２ ， ＜ ap ２ ，bp ２ ＞
… ， …
cn ， ＜ apn ，bp n ＞
（２）
式中 ，P 表示生态环境脆弱程度等级的全体 ，V pi为 P关于 ci 所取量值的范围 ，ap i 、bp i分别为该量值范围的
下 、上限 。 本研究先根据野外调查和遥感影像分析 ，将区域生态环境的脆弱程度分为极轻度脆弱 、轻度脆
弱 、中度脆弱 、强度脆弱 ４ 个等级 ，再由所采集的数据计算出各指标的均值 、标准差 、最大值和最小值 ，最后结
合各特征指标变化的客观情况 ，确定出经典域物元和节域物元的有关参数（见表 １） 。
表 1 区域生态环境脆弱程度参评指标分级
Tab ．１ Classification of evaluation indexes for regional eco唱environmental fragility degree
参评指标
E valuation
inde xes
均值
Mean
标准差
Standard
deviatio n
V pi
General
rang e
极轻度脆弱
Slender fragilit y
V ０ i j
轻度脆弱 中度脆弱
Gentle fragilit y Moderate frag ilit y
强度脆弱
Serious fragili ty
x１ １５９６ ２２７ １０００ ～ ２１００ １８２３ ～ ２０３２ １５９６ ～ １８２３ １３６９ ～ １５９６ １１００ ～ １３６９
x２ ０ ．９５ ０ ．２０７ ０ ．４ ～ ２ ０ ．５６ ～ ０ ．７４３ ０ ．７４３ ～ ０ ．９５ ０ ．９５ ～ １ ．１５７ １ ．１５７ ～ １ ．８６
x３ ５６ ．２ ２１ ．９ ２ ～ ９０ ７８ ．１ ～ ８６ ．５ ５６ ．２ ～ ７８ ．１ ３４ ．３ ～ ５６ ．２ ４ ．０ ～ ３４ ．３
x４ ０ ．０５７５ ０ ．０３０４ ０ ～ ０ ．２ ０ ．０８７９ ～ ０ ．１１０２ ０ ．０５７５ ～ ０ ．０８７９ ０ ．０２７１ ～ ０ ．０５７５ ０ ．００８５ ～ ０ ．０２７１
x５ １０ ．２４ ５ ．７９ ２ ～ ３０ ２ ．３６ ～ ４ ．４５ ４ ．４５ ～ １０ ．２４ １０ ．２４ ～ １６ ．０３ １６ ．０３ ～ ２６ ．０６
x６ ９４９３ ４３６１ ６００ ～ ２００００ １３８５４ ～ １８９３０ ９４９３ ～ １３８５４ ５１３２ ～ ９４９３ ８０５ ～ ５１３２
x７ ３４４６ ８８３ ２０００ ～ ７０００ ４３２９ ～ ６３６６ ３４４６ ～ ４３２９ ２５６３ ～ ３４４６ １６８０ ～ ２５６３
x８ ３９０６ ２８６１ ２００ ～ １１０００ ６７６７ ～ １０４０３ ３９０６ ～ ６７６７ １０４５ ～ ３９０６ ２６７ ～ １０４５
x９ ９２ ．２ １ ．２ ８０ ～ １００ ９３ ．４ ～ ９４ ９２ ．４ ～ ９３ ．４ ９１ ．４ ～ ９２ ．４ ８６ ～ ９１ ．４
x１ ０ ０ ．５２４ ０ ．０４９ ０ ．１ ～ １ ０ ．３６ ～ ０ ．４７５ ０ ．４７５ ～ ０ ．５２４ ０ ．５２４ ～ ０ ．５７３ ０ ．５７３ ～ ０ ．６５
针对某样本所采集的各个指标特征值 ，可构成如下待判物元 ：
Rx ＝
p ，c１ ，v１
c２ ，v２
… ，…
cn ，vn
（３）
式中 ，p表示待判样本 ， v i（ i ＝ １ ，２ ，… ，n）表示特征指标 ci 的量值 ，即待判样本关于特征指标 ci 的具体数
据 。 为保持行政区的完整性 ，本研究以福建省生态脆弱的 ２４ 个县市为单元构造了 ２４ 个待判物元 。
采用下式计算待判样本 p 与各评价等级 N０ j的单指标关联函数 K j（ v i） ：
K j（ v i） ＝
－ ρ（ v i ，V０ j i）v ０ j i （ v i ∈ V ０ j i）
ρ（ v i ，V０ j i）
ρ（ v i ，V pi） － ρ（ v i ，V０ j i） （ v i 臭 V０ j i ）
（４）
式中 ，ρ（ v i ，V０ j i） ＝ v i － （ a０ j i ＋ b０ j i）／２ － （ b０ j i － a０ j i）／２ ，ρ（ vi ，V pi） ＝ vi － （ ap i ＋ bpi）／２ － （ bpi － api ）／２ ，
（ j ＝ １ ，２ ，３ ，４ ；i ＝ １ ，２ ，… ，１０） 。
确定各指标的权系数 ai 。 采用主成分分析方法［３ ，４］ ，依托 STA TIST ICA 软件对 １０ 个指标进行主
成分分析以确定各指标的权重系数 。 首先提取出前 ４ 个主成分 ，它们的累积方差已代表了全部原始信
息的 ８７ ．４５ ％ ；然后分别提取各指标在前 ４ 个主成分上的载荷 L ji及公因子方差 H２i （ j ＝ １ ，２ ，３ ，４ ；i ＝
１ ，２ ，… ，１０） ，最后将各指标的公因子方差 H２i 进行归一化处理 ，即得出指标的权系数集 ： A ＝ ［ ai ］ ＝
［０ ．１００４ ，０ ．０８５８ ，０ ．０９６５ ，０ ．０９５４ ，０ ．０９１８ ，０ ．１０４０ ，０ ．１０３４ ，０ ．１０２８ ，０ ．１０８７ ，０ ．１１１３］ 。
采用下式计算待判样本 p 与各评价等级 N０ j的多指标综合关联度 K j（ p） ：
Kj（ p） ＝ ∑
１０
i ＝ １
ai Kj（ v i） （５）
第 ３期 巫锡柱等 ：脆弱生态环境的综合评判物元模型研究 １３９
式中 ，K j（ p）表示 p属于 N０ j的程度 。 若 Kj０（ p） ＝ max
１ ≤ j ≤ ４ kj（ p） ，则判定 p 属于类型 j０ 。 将各待判样本的原始
指标值分别输入模型 ，即可输出相应的评价结果 。 例如 ，根据武夷山市的原始指标 ，可确定其待判物元为 ：
R x ＝
p ，
c１ ， c２ ， c３ ， c４ ， c５ ， c６ ， c７ ， c８ ， c９ ， c１０
１９０９ ， ０ ．７１ ， ７８ ．０ ， ０ ．１０５２ ， ２ ．６３ ， ８１８５ ， ２９５０ ， ２１３０ ， ９１ ， ０ ．６０
T
（６）
进而可算得该样本与各评价等级的单指标关联度 、多指标综合关联度 ，以及相应的评判结果（见表 ２） 。
表 2 武夷山市脆弱程度评判结果
Tab ．２ The results of f ragilit y degree in Wuyishan Cit y
等级
Grade
K j（ v １） K j（ v２） K j（ v３） K j（ v ４） K j（ v５） K j（ v６） K j（ v ７） K j（ v８） K j（ v９） K j（ v １ ０） K j（ v p）
N ０ １ ０ ．４１１５ ０ ．１８０３ － ０ ．００４９ ０ ．２２４２ ０ ．１２９２ － ０ ．３０９３ － ０ ．３１５８ － ０ ．４５４５ － ０ ．２０００ － ０ ．２３８１ － ０ ．０７０２
N ０ ２ － ０ ．３１０５ － ０ ．０６００ ０ ．００４６ － ０ ．１５４３ － ０ ．１９７０ － ０ ．０９８７ － ０ ．２１３０ － ０ ．２７０４ － ０ ．１２２８ － ０ ．１５９７ － ０ ．１５９９
N ０ ３ － ０ ．６２１０ － ０ ．３１７０ － ０ ．６４５０ － ０ ．３３４７ － ０ ．５０６３ － ０ ．２９９９ ０ ．４３８３ ０ ．３９７２ － ０ ．０３８５ － ０ ．０６３２ － ０ ．１２５９
N ０ ４ － ０ ．７２８７ － ０ ．３０６２ － ０ ．７８４６ － ０ ．４５１７ － ０ ．５３４７ － ０ ．２８７０ － ０ ．２８９５ － ０ ．３５９９ ０ ．０７４１ ０ ．３５０６ － ０ ．３１７０
评判 极轻度 极轻度 轻度 极轻度 极轻度 中度 中度 中度 强度 强度 极轻度
结果 脆 弱 脆 弱 脆弱 脆 弱 脆 弱 脆弱 脆弱 脆弱 脆弱 脆弱 脆 弱
由表 ２ 可知 ，由武夷山市的降水量 、干旱指数 、人均耕地面积 、水土侵蚀率均可判其为极轻度脆弱 ，由森
林覆盖率可判其为轻度脆弱 ，由人均 GDP 、农民人均纯收入 、人均工业产值均可判其为中度脆弱 ，由非文盲
率 、恩格尔系数均可判其为强度脆弱 ，而模型最终判断其生态环境的总体脆弱程度为极轻度脆弱 。 类似地 ，
可根据其他各县市的有关数据得出两部分计算结果 ：即各县市单指标关联度和评判结果 、各县市多指标综
合关联度和评判结果 。
2 结果分析
对待评样本生态环境的脆弱性进行评判可从综合关联度和单指标关联度两个方面进行 ，其中综合关联
度可确定该样本所属的生态环境的总体脆弱等级 ，而单指标关联度则能进一步揭示其生态环境脆弱性的驱
动因素及存在的主要问题 。
2畅1 综合关联度评判
由各县市多指标综合关联度和评判结果可知 ，属于极轻度脆弱区的有武夷山 、石狮 、晋江 、福清 ，其综合
关联度分别为 － ０ ．０７０２ 、－ ０ ．２８６６ 、－ ０ ．２２３２ 、－ ０ ．０９６１ ；属于轻度脆弱区的有将乐 、浦城 、光泽 、罗源 、闽清 、
清流 、建阳 、长乐 ，其综合关联度分别为 － ０ ．０７９０ 、 － ０ ．０５１９ 、 － ０ ．０５２７ 、０ ．０１０１ 、０ ．０２６５ 、 － ０ ．０７３１ 、
－ ０畅０３３２ 、－ ０ ．０１９７ ；属于中度脆弱区的有周宁 、柘荣 、寿宁 、诏安 、平潭 、云宵 、漳浦 、龙海 ，其综合关联度分
别为 － ０ ．１０９６ 、０ ．０２５５ 、－ ０ ．０６７０ 、０ ．１１７９ 、－ ０ ．０２３６ 、－ ０ ．０５８９ 、０ ．１５４２ 、０ ．０７８３ ；属于强度脆弱区的有政和 、
宁化 、惠安 、东山 ，其综合关联度分别为 － ０ ．０７８８ 、－ ０ ．１２９４ 、－ ０ ．１６４９ 、－ ０ ．１２３８ 。
2畅2 单指标关联度评判分析
各县市多指标综合关联度和评判结果显示的只是一种宏观评判 ，只能勾画出研究区域生态环境脆弱性
分区的粗线条轮廓 。 进一步将这一结果与各县市单指标关联度和评判结果进行对比 ，可以发现不少县市的
单指标关联度所属的脆弱等级超过了综合关联度所属的脆弱等级 。 在这方面的深入分析 ，有助于为这些县
市综合整治脆弱生态环境的决策确定出主要方向和提出有针对性的具体措施 。
在由综合关联度评判确定为极轻度脆弱区的县市中 ，武夷山单由恩格尔系数却可判其为强度脆弱等
级 ，这表明其主要问题是当地的生活水平较低 ，这个问题如解决不好 ，其综合生态脆弱等级很可能还会再提
高 ；石狮 、晋江 、福清单由降水量 、干旱指数 、森林覆盖率 、人均耕地面积均可判其为中度脆弱或强度脆弱等
级 ，表明其主要问题是雨量偏少 、森林覆盖率低 、蓄水保土能力差 、干旱危害严重 、人均耕地面积少 ，改善这
些县市的生态环境 ，应将注意力放在这些问题上 。
在由综合关联度评判确定为轻度脆弱区的县市中 ，其主要问题大多是经济发展相对落后 ，文盲率较高 。
将乐单按非文盲率和恩格尔系数可判其为强度脆弱等级 ；罗源 、清流 、建阳仅由非文盲率可判其为强度脆弱
等级 ；浦城单由人均 GDP可判其为强度脆弱等级 ；光泽单由农民人均纯收入可判其为强度脆弱等级 。 因此 ，
１４０ 中 国 生 态 农 业 学 报 第 １５ 卷
这些县市应努力提高当地的教育水平 ，加快经济发展 ，以保证生态环境能被持续 、稳定利用 。 此外 ，闽清单
由水土侵蚀率可判其为强度脆弱等级 ，长乐单由森林覆盖率可判其为强度脆弱等级 ，均应采取相应的整治
措施 。
在由综合关联度评判确定为中度脆弱区的县市中 ，漳浦单由干旱指数可判为强度脆弱等级 ，说明该县
降水量较少 ，蒸发量大 ；周宁单由水土侵蚀率可判为强度脆弱等级 ，表明该县水土流失严重 ，应采取措施保
持水土 ；寿宁由人均 GDP 、恩格尔系数均可判为强度脆弱等级 ，表明应合理开发利用资源 ，加速经济发展 ；诏
安单由森林覆盖率 、水土侵蚀率均可判为强度脆弱等级 ，说明该县森林覆盖率低 ，应注重植树造林 ，提高森
林覆盖率 ；平潭单由降水量 、人均耕地面积 、水土侵蚀率均可判其为强度脆弱等级 ，说明该县降水量较少 ，人
地关系紧张 ，应采取有效措施转移农村剩余劳动力 ；云宵单由人均工业产值可判为强度脆弱等级 ，说明该县
应改善投资环境 ，积极引进外来资金 ，提高工业化水平 。
在由综合关联度评判确定为强度脆弱区的县市中 ，政和 、宁化两县 ，单由人均 GDP 、农民人均纯收入 、非
文盲率也都可判其为强度脆弱等级 ，这种一致性从不同角度揭示出当地生态环境强度脆弱的驱动因素 ，表
明应加速发展经济 ，提高农民收入 ，提高人口素质 ；另外 ，宁化单由水土侵蚀率也可判其为强度脆弱等级 ，表
明还应加强水土保持 ；惠安 、东山两县 ，单由降水量 、干旱指数 、森林覆盖率 、人均耕地面积等指标也都可判
其为强度脆弱等级 ，表明其主要问题是耕地负荷过重 ，应采取有效措施 ，进行农村劳动力的合理转移 ，促进
当地经济的多元发展 ，以防止生态环境的继续恶化 。
3 小 结
生态脆弱性评判是一个非常复杂的过程 ，其评判方法也多种多样 。 本文在定性分析的基础上 ，运用可
拓工程方法 ，建立了福建省生态脆弱等级的经典域 、节域和待判物元 ，通过综合关联度将 ２４ 个生态脆弱县市
分别判为不同的生态脆弱等级 ，并通过单指标关联度进一步分析其主要问题和驱动因素 。 结果表明 ，与其
他评价方法相比 ，该方法计算简便 ，计算结果比较客观 ，能正确反映区域的生态脆弱等级 。 但由于可供选择
的关联函数比较少 ，该体系还不尽完善 ，有待于进一步深入研究 。
参 考 文 献
１ 姚 建 ，艾南山 ，丁 晶 ．中国生态环境脆弱性及其评价研究进展 ．兰州大学学报（自然科学版 ） ，２００３ ，３９ （３） ：７７ ～ ８０
２ 蔡 文 ，杨春燕 ，林伟初 ．可拓工程方法 ．北京 ：科学出版社 ，１９９７ ．２０２ ～ ２０９
３ 晏路明 ．农业气候资源的综合评判物元模型 ．农业系统科学与综合研究 ，２００２ ，１８ （４） ：２６０ ～ ２６３
４ 徐建华 ．现代地理学中的数学方法 ．北京 ：高等教育出版社 ，１９９６ ．３９ ～ ４３
５ 赵跃龙 ，张玲娟 ．脆弱生态环境定量评价方法的研究 ．地理科学进展 ，１９９８ ，１７ （１） ：６７ ～ ７２
６ 朱德明 ，周鸣歧 ．太湖生态脆弱性特征及评价指标体系研究 ．生态经济 ，１９９８ （６） ：１ ～ ４
第 ３期 巫锡柱等 ：脆弱生态环境的综合评判物元模型研究 １４１