基于PSR模型的烏梁素海生態(tài)系統(tǒng)健康分區(qū)評(píng)價(jià)*

毛旭鋒，崔麗娟，張曼胤

(1:中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院濕地研究所，北京100091)

(2:青海師范大學(xué)生命與地理科學(xué)學(xué)院，西寧810006)

中國(guó)湖泊眾多，面積在1 km2以上的天然湖泊就有2800多個(gè).湖泊不僅提供了涵養(yǎng)水源、抵御洪水、調(diào)節(jié)氣候、凈化污染、野生動(dòng)植物棲息地等生態(tài)功能，而且提供了豐富的產(chǎn)品資源、歷史跡地和休閑觀光場(chǎng)所等社會(huì)服務(wù)功能，對(duì)于地區(qū)生態(tài)環(huán)境維持具有不可替代的作用［1］.

在自然和人類擾動(dòng)日益加劇、湖泊生態(tài)環(huán)境日益退化的背景下，定量分析湖泊生態(tài)健康特征，評(píng)價(jià)湖泊生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)，對(duì)合理利用有限的湖泊資源、實(shí)現(xiàn)湖泊生態(tài)系統(tǒng)的科學(xué)管理和有效恢復(fù)具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義，生態(tài)系統(tǒng)健康已經(jīng)成為環(huán)境管理的新目標(biāo)［2］.早在1980s，Rapport等就提出用生態(tài)系統(tǒng)壓力指標(biāo)評(píng)估湖泊生態(tài)系統(tǒng)健康程度［3］，而不同壓力狀態(tài)下湖泊的生產(chǎn)力和生物網(wǎng)絡(luò)的完整性也可以用來(lái)判斷湖泊的健康狀態(tài)［4-5］.Constanza等提出的生態(tài)系統(tǒng)健康概念得到廣泛認(rèn)可［2］，共涵蓋6個(gè)方面:自我平衡、沒有病征、多樣性、有恢復(fù)力、有活力和能夠保持系統(tǒng)組分間的平衡，不同學(xué)者提出的指標(biāo)多涵蓋于其中.Ul-anowicz從食物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)流角度評(píng)價(jià)了湖泊生態(tài)系統(tǒng)健康［2］.熱力學(xué)指標(biāo)也因簡(jiǎn)單快速的特點(diǎn)被廣泛和深入地應(yīng)用到湖泊生態(tài)健康評(píng)價(jià)［6］，研究案例區(qū)包括巢湖等國(guó)內(nèi)外不同類型湖泊［7-10］.隨著研究的深入，除生態(tài)系統(tǒng)以外的包括社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和人口健康等方面的指標(biāo)也逐漸被關(guān)注［11］.生態(tài)系統(tǒng)不同功能組的狀態(tài)也被用來(lái)指示湖泊生態(tài)系統(tǒng)的健康［12］.在借鑒國(guó)外研究的基礎(chǔ)上，劉永等［13］從生態(tài)系統(tǒng)完整性和湖泊內(nèi)物質(zhì)循環(huán)等角度研究了湖泊生態(tài)系統(tǒng)的健康.胡志新等［14］用系統(tǒng)能、系統(tǒng)能結(jié)構(gòu)、生態(tài)緩沖容量和湖泊營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)表征湖泊生態(tài)系統(tǒng)健康.由于指標(biāo)眾多，對(duì)現(xiàn)有的評(píng)價(jià)指標(biāo)的總結(jié)和分析研究也開展起來(lái)［15］.

在評(píng)價(jià)方法上，J?rgensen提出了一套初步評(píng)價(jià)方法［6］;而生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)法也被提出并被廣泛應(yīng)用［7-10，16］.此外，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法［17］、層次分析法［18］等也不斷應(yīng)用到湖泊生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)估中.隨著研究的深入，人們發(fā)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)健康并非反映在系統(tǒng)本身，湖泊系統(tǒng)的外在壓力下系統(tǒng)呈現(xiàn)的狀態(tài)以及人類對(duì)系統(tǒng)壓力的反應(yīng)，都是衡量湖泊生態(tài)系統(tǒng)健康的重要因子.因此，一些學(xué)者將PSR模型應(yīng)用到生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)估中［19-20］.然而，湖泊由于植被分布、地形變化、水文特征的差異，不同湖區(qū)健康狀態(tài)也會(huì)不同，尤其是面積較大的湖泊，區(qū)別更是明顯［21］.用一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)反映整個(gè)湖區(qū)健康狀態(tài)，并不能客觀、準(zhǔn)確地反映不同湖區(qū)的健康狀態(tài).因此，本研究在PSR模型的基礎(chǔ)上，以內(nèi)蒙古烏梁素海為例，開展湖泊生態(tài)系統(tǒng)健康分區(qū)評(píng)價(jià)研究，以期推動(dòng)湖泊生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)體系和方法的完善，為湖泊生態(tài)系統(tǒng)科學(xué)有效的管理提供有效信息.

1 研究區(qū)概況

烏梁素海(40°36'～41°03'N，108°43'～108°57'E)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)巴彥淖爾市烏拉特前旗境內(nèi)(圖1).烏梁素海現(xiàn)有水域面積292 km2，湖面高程海拔1018 m，湖水深度多數(shù)區(qū)域在0.5～2.5 m之間，多年平均水深為0.7 m.湖泊呈南北長(zhǎng)、東西窄的狹長(zhǎng)形態(tài)，其中南北長(zhǎng)35～40 km，東西寬5～10 km，蓄水2.5×108～3.0×108m3.它是我國(guó)第八大淡水湖，也是黃河流域同緯度最大的淡水湖，對(duì)改善周邊地區(qū)氣候、氣象條件、增加大氣降水、維持當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)平衡有著極為重要的作用.

近幾十年來(lái)，隨著上游工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和城鎮(zhèn)人口的增加，每年都有相當(dāng)數(shù)量的農(nóng)田退水、工業(yè)污水和城鎮(zhèn)生活污水通過(guò)總排干進(jìn)入湖中，使烏梁素海的水質(zhì)受到了嚴(yán)重污染、水體富營(yíng)養(yǎng)化嚴(yán)重、生態(tài)系統(tǒng)退化迅速，嚴(yán)重影響到當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)安全.由于湖泊主要的水源為排干排入的上游農(nóng)田退稅、工業(yè)廢水和生活污水，由湖區(qū)南部出口排出.所以湖區(qū)由北向南的水質(zhì)污染程度和富營(yíng)養(yǎng)化程度是逐漸降低的，不同湖區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康呈現(xiàn)不同的水平.根據(jù)烏梁素海環(huán)境污染的特征和消減規(guī)律［22］，將湖區(qū)劃分為Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ3個(gè)區(qū).Ⅰ區(qū)為湖區(qū)西北部入水口附近，Ⅱ區(qū)位于湖區(qū)中部，Ⅲ區(qū)為湖區(qū)西南部出水口附近區(qū)域.開展烏梁素海濕地生態(tài)健康分區(qū)評(píng)價(jià)研究，以期找出其湖泊健康退化的主要原因，并提出有效保護(hù)、恢復(fù)及合理利用烏梁素海濕地的措施.

2 評(píng)價(jià)指標(biāo)與方法

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

綜合考慮烏梁素海社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境現(xiàn)狀，從湖泊的壓力、狀態(tài)和響應(yīng)3個(gè)角度選取湖泊健康評(píng)價(jià)指標(biāo)，確定生態(tài)環(huán)境特征、生態(tài)功能和社會(huì)環(huán)境3類不同但又相互聯(lián)系的25項(xiàng)指標(biāo)及其量化標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建出適合該地區(qū)湖泊生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系.壓力指標(biāo)反映人類活動(dòng)給濕地生態(tài)系統(tǒng)所帶來(lái)的影響與脅迫，反映資源的利用強(qiáng)度和變化趨勢(shì);狀態(tài)指標(biāo)反映濕地生態(tài)環(huán)境要素的變化，體現(xiàn)環(huán)境保護(hù)政策的最終目標(biāo);響應(yīng)指標(biāo)反映了社會(huì)或個(gè)人為停止、減輕、預(yù)防或恢復(fù)不利于濕地生態(tài)系統(tǒng)變化采取的措施.該指標(biāo)體系由目標(biāo)層、子系統(tǒng)層和評(píng)價(jià)指標(biāo)層構(gòu)成.詳細(xì)的指標(biāo)如表1所示.

2.2 評(píng)價(jià)方法

2.2.1 指標(biāo)權(quán)重確定方法 采用層次分析法(AHP)定性、定量結(jié)合，借助專家經(jīng)驗(yàn)判斷定量化各指標(biāo)權(quán)重.層次分析法權(quán)重確定過(guò)程如下，首先請(qǐng)專家們?cè)u(píng)價(jià)指標(biāo)的相對(duì)重要性.將初步結(jié)果經(jīng)數(shù)學(xué)驗(yàn)證和處理后的結(jié)果反饋給數(shù)位專家，請(qǐng)專家確認(rèn)，經(jīng)多次征求意見形成判斷矩陣.例如，子系統(tǒng)B1、B2和B3的最終相對(duì)重要性判斷矩陣為A.如B2相對(duì)B1的重要性均值為3，則B1相對(duì)B2的重要性均值為1/3;B2相對(duì)B3的重要性均值為5，則B3相對(duì)B2的重要性均值為1/5.

表1 烏梁素海湖泊健康診斷指標(biāo)Tab.1 Health diagnosis indices of the Lake Wuliangsuhai

將對(duì)矩陣A進(jìn)行歸一化(矩陣元素除以每一列元素之和)，得到歸一化的矩陣B.

將矩陣B各行相加結(jié)果分別為3/13+5/23+3/9=0.774、9/13+15/23+5/9=1.911、1/13+3/23+1/9=0.315.矩陣 B 中，λmax=3;CI=0;RI=0.58;CR=0 ＜0.10.其中，CR 為判斷矩陣的隨機(jī)一致性比率，CI為判斷矩陣一致性指標(biāo)，RI為判斷矩陣的平均隨機(jī)一致性指標(biāo).子系統(tǒng)的權(quán)重為B中行元素之和與λmax的比值，即0.774/3=0.258、1.911/3=0.637 和0.315/3=0.105，即權(quán)重矩陣為 W=(0.258 0.637 0.105)T.其他指標(biāo)的權(quán)重同樣采用上述方法，剔除無(wú)效結(jié)果后經(jīng)多次驗(yàn)證確定.

2.2.2 湖泊綜合評(píng)價(jià)方法 本研究采用基于PSR模型的綜合評(píng)價(jià)方法［23］.該模型最初由加拿大統(tǒng)計(jì)學(xué)家Rapport和Friend提出，后由經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織(OECD)和聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署(UNEP)于20世紀(jì)八九十年代共同發(fā)展起來(lái)的用于研究環(huán)境問(wèn)題的框架體系.該方法從社會(huì)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境有機(jī)統(tǒng)一的觀點(diǎn)出發(fā)，精確地反映了生態(tài)系統(tǒng)健康的自然、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)因素間的關(guān)系，綜合考慮了環(huán)境受到的壓力和環(huán)境退化之間的因果關(guān)系，壓力、狀態(tài)、響應(yīng)3個(gè)環(huán)節(jié)相互制約、相互影響，以及環(huán)境決策和制定對(duì)策措施的全過(guò)程.湖泊生態(tài)系統(tǒng)的健康狀態(tài)，采用綜合健康指數(shù)(Comprehensive Health Index，CHI)定量評(píng)價(jià):

式中，CHI為湖泊生態(tài)系統(tǒng)綜合健康指數(shù);Wi為各指標(biāo)的綜合權(quán)重;Xi為各指標(biāo)得分.按照綜合指數(shù)由高到低將湖泊生態(tài)系統(tǒng)健康分為5 個(gè)等級(jí):①［0.8，1.0］，良好狀態(tài);②［0.6，0.8］，較好狀態(tài);③［0.4，0.6］，警戒狀態(tài);④［0.2，0.4］，較差狀態(tài);⑤［0，0.2］，極差狀態(tài).

其他評(píng)價(jià)方法包括湖泊富營(yíng)養(yǎng)化程度評(píng)價(jià)，主要采用綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)(Trophic Level Index，TLI)表示［25］:

式中，TLI(∑)為綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù);Wj為第j種參數(shù)的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的相關(guān)權(quán)重;TLI(j)代表第j種參數(shù)的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù).依照TLI(∑)指數(shù)大小，可將營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)劃分為貧營(yíng)養(yǎng)(TLI(∑)＜30)、中營(yíng)養(yǎng)(30≤TLI(∑)＜50)、輕度富營(yíng)養(yǎng)(50≤TLI(∑)＜60)、中度富營(yíng)養(yǎng)(60≤TLI(∑)≤70)和重度富營(yíng)養(yǎng)(TLI(∑)＞70).參考相關(guān)資料，Chl.a、TP、TN、SD 和 CODMn等指標(biāo)權(quán)重分別為 0.2663、0.2237、0.2183、0.2210 和 0.2210［24］.

2.3 數(shù)據(jù)來(lái)源

水質(zhì)類別、富營(yíng)養(yǎng)化程度、湖泊淤積程度、土壤有機(jī)質(zhì)、濕地植物、初級(jí)生產(chǎn)力、水質(zhì)凈化功能等數(shù)據(jù)來(lái)自于課題組2011-2012年監(jiān)測(cè)和調(diào)查數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)遍布全湖20個(gè)地區(qū).水質(zhì)類別參照《中國(guó)人民共和國(guó)地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 3838-2002)要求，對(duì)不同水體指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)評(píng)估，水質(zhì)分類數(shù)據(jù)主要來(lái)自烏拉特后旗環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站的定期監(jiān)測(cè)結(jié)果.烏拉特后旗濕地管理水平和公共環(huán)境意識(shí)等數(shù)據(jù)來(lái)自2011年對(duì)游客、當(dāng)?shù)鼐用竦某闃诱{(diào)查以及網(wǎng)絡(luò)調(diào)查數(shù)據(jù)，共計(jì)456份.魚類豐富度、優(yōu)勢(shì)種覆蓋度、補(bǔ)水保證率、珍稀鳥類種類、棲息地維持功能、物質(zhì)生產(chǎn)功能、水文調(diào)節(jié)功能數(shù)據(jù)主要來(lái)自烏梁素海漁場(chǎng)和烏梁素海鳥類管理站，其他數(shù)據(jù)主要來(lái)源于內(nèi)蒙古河套灌區(qū)管理總局［25］和《巴彥淖爾統(tǒng)計(jì)年鑒》等.

3 結(jié)果與討論

3.1 各指標(biāo)權(quán)重結(jié)果

基于專家打分法構(gòu)建判斷矩陣，在層次分析法的基礎(chǔ)上，分析不同子系統(tǒng)中各指標(biāo)的權(quán)重.其中，壓力指標(biāo)、狀態(tài)指標(biāo)和響應(yīng)指標(biāo)的權(quán)重分別為0.258、0.637和0.105，其中狀態(tài)指標(biāo)中生態(tài)狀態(tài)、環(huán)境狀態(tài)和功能狀態(tài)具有同等重要性，權(quán)重均為0.333，其他指標(biāo)層指標(biāo)的權(quán)重和綜合權(quán)重如表2所示.

表2 各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重Tab.2 Weights of various assessment indices

根據(jù)專家打分的結(jié)果，狀態(tài)指標(biāo)是反映湖泊健康的最重要的指標(biāo)，壓力指標(biāo)次之，響應(yīng)指標(biāo)最低.壓力指標(biāo)中農(nóng)藥使用強(qiáng)度(C3)和化肥使用強(qiáng)度(C4)具有最高的權(quán)重，反映了湖泊高污染和高營(yíng)養(yǎng)狀態(tài).相應(yīng)指標(biāo)中污水處理指數(shù)(C21)的權(quán)重最大.狀態(tài)層又進(jìn)步細(xì)化劃分為生態(tài)狀態(tài)、環(huán)境狀態(tài)和功能狀態(tài)，根據(jù)專家打分結(jié)果，三者具有相同的權(quán)重.而凈初級(jí)生產(chǎn)力(C8)、富營(yíng)養(yǎng)化程度(C12)和水質(zhì)凈化功能(C18)分別是3類狀態(tài)指標(biāo)中權(quán)重最大的評(píng)價(jià)指標(biāo).

3.2 各評(píng)價(jià)指標(biāo)綜合得分

由于指標(biāo)體系中的各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的類型復(fù)雜，各系數(shù)之間的量綱不統(tǒng)一，各指標(biāo)之間缺乏可比性.為了便于比較和計(jì)算，依據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)、社會(huì)和自然環(huán)境特點(diǎn)，并參考其他研究結(jié)果［26-27］，按指標(biāo)實(shí)際數(shù)值等級(jí)劃分為5級(jí)，標(biāo)準(zhǔn)化分值設(shè)定在0～1.0之間(0～0.2代表極差，0.2 ～0.4代表較差，0.4～0.6 代表警戒，0.6 ～0.8代表較好，0.8～1.0代表良好，主要參考其他數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)確定)，每項(xiàng)指標(biāo)得分見表3.

表3 各評(píng)價(jià)指標(biāo)得分及綜合得分Tab.3 Scores of different assessment indices

從子系統(tǒng)層來(lái)看，壓力指標(biāo)層中得分最高和最低的分別為C5(萬(wàn)元GDP COD排放強(qiáng)度)和C2(水資源開發(fā)利用率)指標(biāo)，但綜合得分最高和最低的分別為C4(化肥使用強(qiáng)度)和C2，說(shuō)明指標(biāo)得分與綜合得分趨勢(shì)并不一致.狀態(tài)指標(biāo)中綜合得分較高的指標(biāo)包括C8(初級(jí)生產(chǎn)力)、C12(富營(yíng)養(yǎng)化程度)、C18(水質(zhì)凈化功能)和C19(棲息地維持功能)，而綜合得分較低的指標(biāo)包括C9(魚類豐富度)、C13(土壤有機(jī)質(zhì))、C14(補(bǔ)水保證率)、C17(水文調(diào)節(jié)功能)和C20(科考旅游功能).值得一提的是，雖然烏梁素海湖區(qū)為富營(yíng)養(yǎng)化湖泊，但富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)獲得較高的得分，說(shuō)明不能僅通過(guò)分析富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)判斷湖泊的健康狀況.與壓力指標(biāo)層得分類似，指標(biāo)得分和綜合得分情況并不完全一致.響應(yīng)指標(biāo)中綜合得分最高和最低的指標(biāo)分別為C21(廢水處理指數(shù))和C22(公共環(huán)境意識(shí)).對(duì)第Ⅲ區(qū)不同指標(biāo)進(jìn)行聚類分析，劃分為2～4類群集結(jié)果(表4).

對(duì)指標(biāo)的聚類分析結(jié)果顯示，按照指標(biāo)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)健康的貢獻(xiàn)值不同，可將指標(biāo)劃分為4類.從分析結(jié)果來(lái)看，C8、C12和C18是反映該湖泊Ⅲ區(qū)健康的第4類指標(biāo)，而在Ⅰ區(qū)中的第4類指標(biāo)為C12，Ⅲ區(qū)中則為C12和C18.從不同湖區(qū)得分來(lái)看，3個(gè)湖區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康指標(biāo)在壓力層和響應(yīng)層的得分上沒有區(qū)分，差異主要體現(xiàn)在狀態(tài)層的指標(biāo)上，包括優(yōu)勢(shì)種覆蓋度(C10)、水質(zhì)類別(C11)、富營(yíng)養(yǎng)化程度(C12)、湖泊淤積程度(C15)、物質(zhì)生產(chǎn)功能(C16)和水質(zhì)凈化功能(C18).造成這些指標(biāo)得分差異的主要原因是湖區(qū)地形、水文特征等差異引起水質(zhì)、水生植被種類和分布、水生動(dòng)物分布的差異，進(jìn)而使得不同湖區(qū)在物質(zhì)生產(chǎn)功能、泥沙淤積程度、富營(yíng)養(yǎng)化程度呈現(xiàn)不同的狀態(tài).同一指標(biāo)Ⅰ區(qū)和Ⅲ區(qū)的差異最大達(dá)到5倍.指標(biāo)呈現(xiàn)的基本規(guī)律是，隨著水體由北向南流動(dòng)，污染物濃度逐漸減小，湖泊泥沙的淤積程度和富營(yíng)養(yǎng)化程度均逐漸降低，物質(zhì)生產(chǎn)功能逐漸升高，優(yōu)勢(shì)種的覆蓋度也逐漸增大，湖泊的水質(zhì)由入口處的Ⅴ類甚至劣Ⅴ類水升至出口處Ⅲ類水，水質(zhì)凈化功能逐漸提升.因此，3個(gè)湖區(qū)的健康綜合指數(shù)基本上呈現(xiàn)遞增的趨勢(shì).

表4 聚類分析結(jié)果Tab.4 Results of cluster analysis

3.3 烏梁素海綜合健康指數(shù)

3個(gè)湖區(qū)的綜合健康指數(shù)分別為0.3395、0.3866和0.4494(圖1a)，均處于警戒狀態(tài)或者較差狀態(tài).這說(shuō)明烏梁素海生態(tài)系統(tǒng)健康已經(jīng)出現(xiàn)嚴(yán)重的問(wèn)題，亟需采取相關(guān)的措施改善湖區(qū)的生態(tài)環(huán)境，恢復(fù)烏梁素海的生態(tài)功能.從分區(qū)來(lái)看，健康指數(shù)分別是Ⅲ區(qū)＞Ⅱ區(qū)＞Ⅰ區(qū)(圖1a)，說(shuō)明隨著湖泊對(duì)污染物的消減和凈化過(guò)程，湖泊生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)逐漸增加，同時(shí)，這也說(shuō)明不同湖區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)健康狀況不盡相同，對(duì)不同地區(qū)應(yīng)實(shí)施不同的湖泊恢復(fù)措施.

3個(gè)區(qū)域各指標(biāo)對(duì)綜合健康指數(shù)的貢獻(xiàn)率都是狀態(tài)指標(biāo)＞壓力指標(biāo)＞響應(yīng)指標(biāo)(圖1b、c、d).從不同湖區(qū)來(lái)看，生態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)指標(biāo)的得分逐漸升高，對(duì)健康指數(shù)的貢獻(xiàn)率由67%上升到70%、最后升至74%;而壓力指標(biāo)和響應(yīng)指標(biāo)對(duì)健康指數(shù)的貢獻(xiàn)率是逐漸降的，二者在Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ區(qū)的貢獻(xiàn)率分別表現(xiàn)為30%和12%、26%和10%、22%和9%.由上文可知，3類指標(biāo)的權(quán)重分別為0.2578、0.6359和0.3081，狀態(tài)指標(biāo)的權(quán)重明顯大于其他兩類指標(biāo)，這也是造成上述結(jié)果的主要原因.然而，從3類指標(biāo)得分占各自權(quán)重的比例(得分率)來(lái)看，Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ區(qū)的壓力指標(biāo)和響應(yīng)指標(biāo)得分率均為39%，而狀態(tài)指標(biāo)在3個(gè)區(qū)域的得分率分別為31%、37%和47%.

總體而言，3類指標(biāo)的得分率均低于50%，說(shuō)明在湖泊健康的恢復(fù)上，還需要加大源頭治理的力度，進(jìn)一步減少農(nóng)藥化肥的使用強(qiáng)度;同時(shí)，應(yīng)提升入湖污水處理率，增加環(huán)保的投資.分區(qū)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)而言，壓力指標(biāo)和響應(yīng)指標(biāo)的得分率略大于狀態(tài)指標(biāo)得分率;而在Ⅲ區(qū)，壓力指標(biāo)和響應(yīng)指標(biāo)的得分率要小于狀態(tài)指標(biāo)的得分率.因此，針對(duì)不同湖區(qū)的不同情況，還應(yīng)采取不同的措施恢復(fù)湖泊的健康.例如，對(duì)于污染和富營(yíng)養(yǎng)化較重的Ⅰ區(qū)，應(yīng)注重提高生態(tài)狀態(tài)和環(huán)境狀態(tài)指標(biāo)的得分，如采用效果較快的物理和化學(xué)開展水質(zhì)恢復(fù);而對(duì)于Ⅱ區(qū)，應(yīng)注重提高其功能狀態(tài)指標(biāo)的得分，如科研旅游功能、物質(zhì)生產(chǎn)功能和棲息地維持功能等.

3.4 敏感性分析

PSR模型具有很強(qiáng)的因果關(guān)系，可作為濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)的指標(biāo)分類體系，但它未能對(duì)所有指標(biāo)進(jìn)行嚴(yán)格的分類，也不能判斷不同指標(biāo)之間的相互關(guān)系和影響，只是對(duì)相關(guān)狀態(tài)的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果.因此，對(duì)模型的不確定性進(jìn)行分析，測(cè)試模型結(jié)果對(duì)指標(biāo)變化的反映，分析不同指標(biāo)的敏感性，是分析檢驗(yàn)?zāi)Ｐ涂茖W(xué)性的重要途徑之一.通過(guò)調(diào)整系數(shù)K(－10%，+10%，－20%，+20%)，采用公式ΔK)核算敏感性，相關(guān)結(jié)果如圖2所示.

圖1 烏梁素海健康評(píng)價(jià)結(jié)果Fig.1 The CHI of the Lake Wuliangsuhai

壓力指標(biāo)變化 ±10%，綜合健康指數(shù)變化 ±2.7%;狀態(tài)指標(biāo)變化 ±10%，綜合健康指數(shù)變化約±6.2%;而響應(yīng)指標(biāo)變化±10%，綜合健康指數(shù)變化±1.0%左右.當(dāng)壓力指標(biāo)變化±20%，綜合健康指數(shù)變化±5.5%;狀態(tài)指標(biāo)變化±20%，綜合健康指數(shù)變化±12.4%左右;響應(yīng)指標(biāo)變化±20%，綜合健康指數(shù)變化±2.1%左右，模型敏感性排序?yàn)闋顟B(tài)指標(biāo)＞壓力指標(biāo)＞響應(yīng)指標(biāo)(圖2).總體而言，模型對(duì)指標(biāo)變化的反映較為敏感，說(shuō)明本模型具有較好的適用性.

從敏感性分析結(jié)果來(lái)看，烏梁素海綜合健康指數(shù)受狀態(tài)指標(biāo)的影響最大，這也與烏梁素海當(dāng)前富營(yíng)養(yǎng)化嚴(yán)重、湖泊生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)環(huán)境受到破壞、生態(tài)系統(tǒng)功能退化有關(guān)［22，28］.狀態(tài)指標(biāo)與生態(tài)系統(tǒng)初級(jí)生產(chǎn)、水質(zhì)類別、富營(yíng)養(yǎng)化程度、水文調(diào)節(jié)、水質(zhì)凈化等狀態(tài)密切相關(guān)，這與其他研究成果一致，即強(qiáng)調(diào)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)水質(zhì)、生態(tài)和水文的修復(fù)，恢復(fù)湖泊調(diào)節(jié)、供給和支撐功能.因此，首先需改善水質(zhì)、保證水量充足并提高湖泊整體聯(lián)通性和流動(dòng)性［28］.此外，水華暴發(fā)對(duì)湖泊狀態(tài)指標(biāo)的影響巨大，其與營(yíng)養(yǎng)鹽的空間分布具有很強(qiáng)的相關(guān)性［29］.由于營(yíng)養(yǎng)鹽呈現(xiàn)北高南低、西高東低的規(guī)律，加上該區(qū)域湖體較為封閉，水動(dòng)力條件較為穩(wěn)定，導(dǎo)致烏梁素海黃苔集中在湖區(qū)北部和西岸排干口附近區(qū)域暴發(fā)［30］，這也導(dǎo)致第Ⅰ湖區(qū)的綜合健康指數(shù)最低.隨著水流由北向南的流動(dòng)過(guò)程，營(yíng)養(yǎng)鹽濃度逐漸降低，富營(yíng)養(yǎng)化導(dǎo)致的水華現(xiàn)象減少，湖泊健康指數(shù)在第Ⅱ區(qū)有所升高，但仍應(yīng)加強(qiáng)該區(qū)域底泥疏浚和水體疏通，保持湖泊連通性是提高該區(qū)域湖泊健康指數(shù)的重要措施［31］.在水質(zhì)相對(duì)改善的第Ⅲ區(qū)域，應(yīng)注重其生態(tài)狀態(tài)和功能狀態(tài)指標(biāo)的恢復(fù).提高水生態(tài)系統(tǒng)中的生物多樣性，如采用投放魚苗等方式恢復(fù)魚類多樣性.同時(shí)，應(yīng)盡量減少人為影響和破壞，尤其應(yīng)控制游船數(shù)量和旅游范圍，減少對(duì)動(dòng)物棲息地干擾，提高棲息地維持功能的得分.

4 結(jié)論

烏梁素海作為干旱區(qū)典型的湖泊濕地，其生態(tài)系統(tǒng)具有敏感性和脆弱性的特點(diǎn)，基于PSR模型的生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)，能客觀描述湖泊生態(tài)生態(tài)系統(tǒng)退化的原因和程度，為科學(xué)有效地恢復(fù)湖泊提供依據(jù).尤其是對(duì)湖泊健康的分區(qū)評(píng)價(jià)，能根據(jù)湖泊不同區(qū)域理化特征和生態(tài)差異評(píng)價(jià)湖泊健康，更具針對(duì)性和準(zhǔn)確性.通過(guò)本次研究，初步得到以下幾點(diǎn)結(jié)論:

1)烏梁素海的綜合健康指數(shù)得分較低，濕地整體正處于警戒狀態(tài)或者較差狀態(tài)，說(shuō)明該湖泊正受到較大的外界壓力，湖泊生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能正處于較差的狀態(tài).

圖2 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區(qū)敏感性分析結(jié)果Fig.2 Results of sensitive analysis of three regions in the Lake Wuliangsuhai

2)烏梁素海不同湖區(qū)的綜合健康指數(shù)存在較為明顯的區(qū)別，總體表現(xiàn)為Ⅲ區(qū)＞Ⅱ區(qū)＞Ⅰ區(qū)，而各區(qū)域中不同指標(biāo)的得分情況依次為狀態(tài)指標(biāo)＞壓力指標(biāo)＞響應(yīng)指標(biāo).

3)對(duì)Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)而言，壓力指標(biāo)和響應(yīng)指標(biāo)的得分率略大于狀態(tài)指標(biāo)得分率;而在Ⅲ區(qū)，壓力指標(biāo)和響應(yīng)指標(biāo)的得分率要小于狀態(tài)指標(biāo)的得分率.針對(duì)不同湖區(qū)的不同情況，應(yīng)關(guān)注不同的指標(biāo)得分，采取不同的措施恢復(fù)湖泊的健康.

致謝:感謝內(nèi)蒙古烏拉特梭梭林—蒙古野驢國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理局、烏梁素海保護(hù)區(qū)管理站在野外監(jiān)測(cè)、資料共享等方面提供的幫助.

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