大遼河口水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性評(píng)價(jià)＊

陳 爽，馬安青，李正炎

（中國(guó)海洋大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，山東青島266100）

大遼河口水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性評(píng)價(jià)＊

陳 爽，馬安青＊＊，李正炎

（中國(guó)海洋大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，山東青島266100）

為了維護(hù)大遼河口水生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)功能，實(shí)現(xiàn)區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展，建立了大遼河口水生態(tài)系統(tǒng)功能重要性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。運(yùn)用指標(biāo)體系評(píng)價(jià)和專家打分的方法，將研究區(qū)劃分為低、較低、一般、較高、高5個(gè)功能等級(jí).首先對(duì)大遼河口的水生態(tài)系統(tǒng)單項(xiàng)功能進(jìn)行評(píng)價(jià)，然后采用權(quán)重加和的方法進(jìn)行功能重要性的綜合評(píng)價(jià)。最后應(yīng)用ArcGis軟件對(duì)結(jié)果進(jìn)行了空間分析。評(píng)價(jià)結(jié)果表明，整個(gè)研究區(qū)域的水生態(tài)系統(tǒng)功能重要性比較高，在空間分布上呈現(xiàn)顯著的差異性，其中較高和高級(jí)別的區(qū)域占據(jù)整個(gè)研究區(qū)域的44.9%。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)；指標(biāo)體系評(píng)價(jià)法；水生生物多樣性維持；野生生物棲息地功能；濱岸帶支持功能

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是指生態(tài)系統(tǒng)與生態(tài)過程所形成及所維持的人類賴以生存的自然環(huán)境條件與效用。它不僅給人類提供生存必需的食物、醫(yī)藥及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的原料，而且維持了人類賴以生存和發(fā)展的生命支持系統(tǒng)［1］。1980年代以來，很多學(xué)者針對(duì)不同的生態(tài)系統(tǒng)開展了研究并取得了一些成績(jī)［1－7］，目前對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的評(píng)價(jià)研究主要集中于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型劃分和價(jià)值評(píng)價(jià)，而對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性的評(píng)價(jià)則是根據(jù)典型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力和價(jià)值評(píng)估，評(píng)價(jià)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的綜合特征及其空間分布特征［8］。當(dāng)前國(guó)內(nèi)關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)重要性的綜合評(píng)價(jià)研究還處于起步階段，對(duì)于水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性評(píng)價(jià)在國(guó)內(nèi)外還不多見。因此，開展水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)價(jià)具有的科學(xué)意義。

水生態(tài)系統(tǒng)不僅提供了維持人類生活和生產(chǎn)活動(dòng)的基礎(chǔ)資源，還具有維持自然生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、生態(tài)過程與區(qū)域生態(tài)環(huán)境的功能。水生態(tài)功能評(píng)估是對(duì)功能各要素優(yōu)劣程度的定量描述。通過評(píng)估，可以明確功能狀況、功能演變的規(guī)律以及發(fā)展趨勢(shì)，為河流規(guī)劃與管理提供依據(jù)。當(dāng)前，由于氣候變化和人類活動(dòng)的影響，導(dǎo)致水資源短缺、生態(tài)系統(tǒng)退化及其服務(wù)功能降低，在世界的許多地區(qū)，水資源正在成為生態(tài)系統(tǒng)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的限制性因素，同時(shí)對(duì)水生生態(tài)系統(tǒng)的各種負(fù)面影響仍在不斷擴(kuò)大。另一方面，隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人口的急劇增加，人類對(duì)水資源的各種服務(wù)需求愈來愈高，而水資源量是有限的，不同的水資源利用往往相互沖突、相互競(jìng)爭(zhēng)。在中國(guó)，許多地區(qū)水資源過度開發(fā)，忽視生態(tài)系統(tǒng)的需水要求，以及水生態(tài)服務(wù)功能，導(dǎo)致河流斷流、濕地喪失、區(qū)域生態(tài)環(huán)境退化、生物多樣性受到威脅，如何協(xié)調(diào)水資源的直接利用和維持水的生態(tài)服務(wù)功能己成為水資源管理所面臨的挑戰(zhàn)。因此對(duì)水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的定量評(píng)價(jià)有助于全面地認(rèn)識(shí)水資源的價(jià)值，科學(xué)合理地利用水資源，達(dá)到水資源利用的生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)化，對(duì)水資源保護(hù)及其科學(xué)利用具有重要意義［9］。

本研究將研究區(qū)域劃分成27個(gè)小流域，建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，運(yùn)用指標(biāo)體系評(píng)價(jià)和專家打分的方法，將研究區(qū)劃分為低、較低、一般、較高、高5個(gè)功能等級(jí)，首先對(duì)大遼河口的水生態(tài)系統(tǒng)單項(xiàng)功能進(jìn)行評(píng)價(jià)，然后采用權(quán)重加和的方法進(jìn)行服務(wù)功能重要性的綜合評(píng)價(jià)。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于：40°40′N～41°10′N，121°50′E～122°40′E。渾河和太子河在海城三岔河匯合后，稱為大遼河，自營(yíng)口入渤海遼東灣，大遼河流經(jīng)海城、盤山、大石橋、大洼、營(yíng)口等縣市，穿行于遼河中下游區(qū)的近海地帶，沿岸屬于濱海與堆積平原。本研究主要以渾河和太子河匯合后在三岔河口以下的大遼河及其周邊地區(qū)作為研究區(qū)域。

1.2 數(shù)據(jù)來源及其處理

采用大遼河地區(qū)2007年的空間分辨率為30 m的Landsat－TM影像，利用ArcGis和ERDAS對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何糾正，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和增強(qiáng)處理，基于監(jiān)督分類方法進(jìn)行土地覆蓋信息的提取。其他非空間數(shù)據(jù)來源于《遼寧省統(tǒng)計(jì)年鑒2008》、《中國(guó)旅游統(tǒng)計(jì)年鑒2008》、遼寧省生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查、1∶1 000 000的遼寧省自然地圖集、1∶100 000的盤錦市河流及水利設(shè)施分布圖。

根據(jù)大遼河河口生態(tài)系統(tǒng)的特征，將大遼河口流域劃分為27個(gè)小流域單元（見圖1）。本次研究是以小流域單元為基礎(chǔ)，建立小流域單元指標(biāo)庫(kù)，以此進(jìn)行評(píng)價(jià)。

圖1 大遼河口小流域單元圖Fig.1 Watershed unit in Liaohe River

2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及評(píng)價(jià)方法

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系建立

水生態(tài)功能評(píng)估是對(duì)功能各要素優(yōu)劣程度的定量描述。通過評(píng)估，可以明確功能狀況、功能演變的規(guī)律以及發(fā)展趨勢(shì)，為河流規(guī)劃與管理提供依據(jù)。功能評(píng)估可以采用預(yù)測(cè)模型法、多指標(biāo)評(píng)價(jià)法和生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值計(jì)算3種方法。其中，指標(biāo)體系評(píng)價(jià)法是較為常用的方法。

本研究采用指標(biāo)體系評(píng)價(jià)的方法進(jìn)行水生態(tài)功能重要性評(píng)估。在取指標(biāo)時(shí)，遵循主導(dǎo)性、差異性、綜合性和實(shí)用性，以及所需指標(biāo)的可獲取性等基本原則，建立水生態(tài)功能重要性評(píng)估指標(biāo)體系［10］（見表1）。建立如下評(píng)價(jià)指標(biāo)體系后，在對(duì)各單項(xiàng)生態(tài)功能進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，廣泛征詢專家意見并且對(duì)大遼河口區(qū)域進(jìn)行調(diào)查分析。根據(jù)各個(gè)指標(biāo)在評(píng)價(jià)中的影響力差異以及該地區(qū)的實(shí)際情況，主要分3類人員進(jìn)行賦值，第一類為科研專家，第二類為研究區(qū)內(nèi)的管理人員，第三類為調(diào)查人員，最后用加權(quán)平均法計(jì)算各評(píng)價(jià)指標(biāo)的分值。

表1 大遼河口水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Table 1 Evaluation index system of the importance of water ecosystem service functions in Liaohe

2.2 評(píng)價(jià)方法及過程

2.2.1 水生生物多樣性維持功能 采用大型底棲動(dòng)物、浮游動(dòng)物和浮游植物的香農(nóng)多樣性指數(shù)，來反映水生態(tài)系統(tǒng)中其它生物的多樣性保護(hù)水平。計(jì)算公式為：

稀有性指數(shù)（C）的計(jì)算公式［12］如下：

式中：n和Ni表示分析單元中稀有物種數(shù)和第i種稀有物種的數(shù)量；m和Nj表示保護(hù)區(qū)中稀有物種總數(shù)和第j物種在保護(hù)區(qū)的總數(shù)量。

表2 水生生物多樣性維持功能單項(xiàng)指標(biāo)評(píng)分分級(jí)賦值表Table 2 Grade assignment of the aquatic biodiversity protection single index

根據(jù)表2的賦值，采用加權(quán)求和的方式［13］計(jì)算水生生物多樣性維持功能綜合指數(shù)，計(jì)算公式為：

式中：I生物多樣性為水生生物多樣性維持功能指數(shù)；Ai分別為浮游動(dòng)物多樣性指數(shù)、浮游植物多樣性指數(shù)、底棲動(dòng)物多樣性指數(shù)和稀有性指數(shù)的評(píng)分賦值；Wi為第i個(gè)指標(biāo)的權(quán)重，其中浮游動(dòng)物多樣性指數(shù)0.2、浮游植物多樣性指數(shù)0.2、底棲動(dòng)物多樣性指數(shù)0.2，稀有性指數(shù)權(quán)重為0.4。

2.2.2 野生生物棲息地維持功能 野生生物棲息地維持功能狀況主要取決于其生境的自然性、多樣性狀況以及其對(duì)珍稀物種生存的支持重要性。

表3 野生生物棲息地功能單項(xiàng)指標(biāo)評(píng)分分級(jí)賦值表Table 3 Grade assignment of the wildlife habitat features single index

生境自然性和生境多樣性是根據(jù)表3中的其所包含的各項(xiàng)評(píng)價(jià)結(jié)果，取其平均值作為最終賦值。

其中，河岸帶景觀多樣性指數(shù)根據(jù)如下式［11］計(jì)算。

式中：H″為河岸帶景觀多樣性指數(shù)；m為景觀類型總數(shù)；pi為第i類景觀類型所占的面積比例。

野生生物棲息地維持功能（I水生生境）采用加權(quán)求和的方式計(jì)算，計(jì)算公式為：

式中：I水生生境為野生生物棲息地維持功能指數(shù)；Ai分別為水生生境自然型指數(shù)、多樣性和重要性指數(shù)的評(píng)分賦值（表4～7）；Wi為第i個(gè)指標(biāo)的權(quán)重，其中生境自然性指標(biāo)權(quán)重0.3，多樣性指數(shù)權(quán)重0.2，代表性指數(shù)權(quán)重為0.5。

2.2.3 濱岸帶支持功能 濱岸帶發(fā)揮著提供生境以及為河道水生生物提供緩沖區(qū)域的作用，從而減緩流域內(nèi)人類活動(dòng)對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)的直接干擾作用。其支持功能的發(fā)揮主要取決于植被覆蓋狀況以及河岸帶的穩(wěn)定程度。

表4 濱岸帶支持功能單項(xiàng)指標(biāo)評(píng)分分級(jí)賦值表Table 4 Grade assignment of the littoral zone support function single index

濱岸帶支持功能（I河岸帶）采用加權(quán)求和的方式計(jì)算，計(jì)算公式為：

式中：I河岸帶為濱岸帶支持功能指數(shù)；Ai分別為河岸帶穩(wěn)定性、植被覆蓋狀況的評(píng)分賦值；Wi為第i個(gè)指標(biāo)的權(quán)重，其中植被覆蓋狀況權(quán)重為0.6，河岸帶穩(wěn)定性權(quán)重建議為0.4。

2.2.4 水環(huán)境支持功能 水環(huán)境支持功能是河流為水生生物提供良好生境質(zhì)量的基本功能。其可以用單元的水質(zhì)總體狀況來進(jìn)行評(píng)估。

根據(jù)總磷、氨氮、PH、CODmn、BOD5、溶解氧、大腸菌群等水化學(xué)進(jìn)行水質(zhì)評(píng)估，根據(jù)水質(zhì)級(jí)別進(jìn)行賦值，見表5。

表5 水質(zhì)分級(jí)賦值表Table 5 Grade assignment of the water quality

將水質(zhì)狀況的得分乘以2.5，使得水環(huán)境支持功能指數(shù)（I水環(huán)境）成為一個(gè)介于0～10之間的值，其值越大，表明緩沖功能越大。

2.2.5 水文支持功能 水文支持功能是保持河流生態(tài)系統(tǒng)健康的重要前提條件。采用水流狀況現(xiàn)場(chǎng)判斷法結(jié)果，來確定水文支持功能。

表6 水流狀況指標(biāo)評(píng)分分級(jí)賦值表Table 6 Grade assignment of the flow condition

將水流狀況得分乘以2.5，使得水文支持功能指數(shù)（I水文）成為1個(gè)介于0～10之間的值，其值越大，表明支持功能越大。

3 水生態(tài)系統(tǒng)功能重要性綜合評(píng)價(jià)

上述5種功能指數(shù)都是介于0～10之間的值，各單項(xiàng)功能的評(píng)價(jià)結(jié)果如表7所示。

在它們的基礎(chǔ)之上，采用求和的方法，計(jì)算水生態(tài)系統(tǒng)綜合指數(shù)，根據(jù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，確定水生態(tài)系統(tǒng)綜合功能等級(jí)。計(jì)算公式如下。

式中：I為水生態(tài)系統(tǒng)功能綜合指數(shù)；Ii為單項(xiàng)功能指數(shù)。

表7 水生態(tài)系統(tǒng)單項(xiàng)功能評(píng)價(jià)結(jié)果Table 7 The evaluation results of single water ecosystem function

水生態(tài)系統(tǒng)綜合指數(shù)將為介于0～50之間的值，為了能夠更好地對(duì)大遼河口水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性進(jìn)行評(píng)價(jià)與分析，以及更好地反應(yīng)當(dāng)?shù)氐乃鷳B(tài)系統(tǒng)功能狀況，并且能為大遼河口的不同地區(qū)提出適合當(dāng)?shù)匕l(fā)展的科學(xué)合理的管理對(duì)策，根據(jù)大遼河口整個(gè)區(qū)域的實(shí)際生態(tài)特點(diǎn)，經(jīng)過多次試驗(yàn)，最終制定了如下的等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)（見表8）。

表8 水生態(tài)系統(tǒng)功能綜合評(píng)估分級(jí)表Table 8 Grade assignment of the comprehensive evaluation of water ecosystem functions

4 功能重要性綜合評(píng)價(jià)結(jié)果與分析

利用ArcGis軟件將各項(xiàng)指標(biāo)賦予屬性，利用軟件中的空間疊加分析功能，綜合疊加各單項(xiàng)功能矢量圖，得到大遼河口水生態(tài)系統(tǒng)功能重要性評(píng)價(jià)圖（見圖2）。

圖2 大遼河口水生態(tài)系統(tǒng)功能評(píng)價(jià)圖Fig.2 Evaluation of water ecosystem functions in Liaohe

由圖2可以看出：大遼河口水生態(tài)系統(tǒng)功能重要性評(píng)價(jià)結(jié)果分為較低、一般、較高和高4個(gè)級(jí)別，其分別所占的面積比例如表9所示。

由表9可以清晰地看到：功能等級(jí)為較高級(jí)別的區(qū)域占據(jù)的面積比重最大，而高級(jí)別的區(qū)域占據(jù)的面積比重最小。

表9 水生態(tài)系統(tǒng)功能重要性評(píng)價(jià)結(jié)果Table 9 The results of the importance－evaluation of water ecosystem function

其中較低的區(qū)域主要分布在大遼河上游的西北部沙嶺、壩墻子等地以及盤錦的西部和營(yíng)口東部的感王鎮(zhèn)、虎莊鎮(zhèn)等地，這些地區(qū)旱地較多，土地利用類型較為簡(jiǎn)單；功能等級(jí)為一般的區(qū)域主要分布在大遼河上游盤錦北部的新開鎮(zhèn)等地、中游地段的大洼縣的西部地區(qū)以及營(yíng)口市老邊區(qū)的北部和營(yíng)口市東部西柳鎮(zhèn)等地；較高的區(qū)域主要分布在大遼河上游的牛莊鎮(zhèn)地區(qū)，中游的大洼縣、溝沿鎮(zhèn)及水源鎮(zhèn)，老邊區(qū)和大石橋市，這些地區(qū)的養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展較好，城鎮(zhèn)建筑用地較多，灌溉渠網(wǎng)密度較大也可以看出這些地區(qū)的農(nóng)業(yè)開發(fā)程度比較高；功能等級(jí)最高的區(qū)域分布在大遼河的上游和下游入?？诘貐^(qū)，這些地區(qū)分布有蘆葦，灘涂和沼澤等濕地類型，入?？诘貐^(qū)更是分布有大量的養(yǎng)殖區(qū)并且靠近城市建筑區(qū)，多樣性維持功能、水環(huán)境及水文支持功能等都比較高。

將各個(gè)單項(xiàng)功能的指標(biāo)應(yīng)用SPSS軟件進(jìn)行了主成分分析，得到前3個(gè)單項(xiàng)功能指標(biāo)即：水生生物多樣性維持功能、野生生物棲息地維持功能、濱岸帶支持功能的解釋方差累積貢獻(xiàn)率大于85%，故以上3項(xiàng)功能的重要性對(duì)整個(gè)大遼河口水生態(tài)系統(tǒng)功能重要性的綜合評(píng)價(jià)的影響最大，使得整個(gè)研究區(qū)域的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果出現(xiàn)了比較明顯的差異。

5 結(jié)語(yǔ)

本研究對(duì)大遼河口地區(qū)進(jìn)行了水生態(tài)系統(tǒng)功能重要性評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)結(jié)果表明，整個(gè)研究區(qū)域的水生態(tài)系統(tǒng)功能重要性比較高，在空間分布上呈現(xiàn)顯著的差異性，造成這種差異的主要原因是水生生物多樣性、野生生物棲息地、濱岸帶支持功能的不同。其中較高和高級(jí)別的區(qū)域占據(jù)整個(gè)研究區(qū)域的44.9%，主要分布在大遼河的上游和下游入?？诘貐^(qū)以及牛莊鎮(zhèn)、中游的大洼縣、溝沿鎮(zhèn)及水源鎮(zhèn)，老邊區(qū)和大石橋市。這些地區(qū)要采用科學(xué)合理的發(fā)展模式，恢復(fù)與保護(hù)原生植被，提高生態(tài)系統(tǒng)的多樣性與穩(wěn)定性，建立生態(tài)良性循環(huán)，嚴(yán)格土地的使用和管理，實(shí)現(xiàn)科學(xué)發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展，將人為干擾對(duì)環(huán)境的影響降至最低限度。該區(qū)治理投入大，應(yīng)以減少人為干擾的自然恢復(fù)為主，輔以適當(dāng)?shù)臐竦厣鷳B(tài)修復(fù)，防止生態(tài)環(huán)境的進(jìn)一步退化。

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Evaluation of the Importance of Water Ecosystem Service Functions in Liaohe on ArcGIS

CHEN Shuang，MA An－Qing，LI Zheng－Yan
（College of Environmental Science and Engineerning，Ocean University of China，Qingdao 266100，China）

In order to maintain the ecological services of ecosystems in the Liaohe River and to achieve sustainable development in the region，the evaluation of water ecosystem service importance index system was established.Using the evaluation index system and expert scoring to divide the study area into lower，low，general，high，higher five functional levels.Firstly，we evaluated the single function of water ecosystem.Then we used the method of weight increase to evaluate the function importance comprehensively.Finally，spatial analysis of results was developed by ArcGIS.Evaluation results showed that the importance of aquatic ecosystem function was high in the entire study area；the spatial distribution of Liaohe area was significantly differently；high and higher region accounted for 44.9%.

ecosystem service；evaluation index system；aquatic biodiversity protection；wildlife habitat features；littoral zone support function

X87；X171.1

A

1672－5174（2012）09－084－06

國(guó)家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)（2008ZX07526－001－02）；遼河河口區(qū)大型濕地生態(tài)修復(fù)關(guān)鍵技術(shù)與示范研究項(xiàng)目（2008ZX07208－009）資助

2011－08－18；

2011－09－15

陳 爽（1986－），女，碩士生，研究方向?yàn)镚IS與RS在環(huán)境工程中的應(yīng)用。E－mail：chenshuang191＠126.com。

＊＊通訊作者：E－mail：anqing＠ouc.edu.cn

責(zé)任編輯 龐 旻