丹江口水庫生態(tài)系統(tǒng)健康評價體系研究

孫鵬 于魯冀

摘要

基于生態(tài)學和環(huán)境科學原理，運用壓力-狀態(tài)-響應（PSR）概念模型，從區(qū)域的壓力特征、物理化學特征、生物特征、生態(tài)景觀特征、生態(tài)功能特征及響應特征等方面，篩選能確切反映丹江口水庫生態(tài)系統(tǒng)健康狀況的評價指標，建立丹江口水庫生態(tài)系統(tǒng)健康評價體系，為湖泊生態(tài)環(huán)境建設(shè)和恢復提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞丹江口水庫；PSR模型；評價體系；生態(tài)系統(tǒng)

中圖分類號S181.6文獻標識碼A文章編號0517-6611（2015）24-373-03

目前，我國大多數(shù)湖泊都出現(xiàn)不同程度的退化，對湖泊生態(tài)系統(tǒng)進行健康評價已成為重要課題。生態(tài)系統(tǒng)健康（Ecosystem health）是指一個生態(tài)系統(tǒng)所具有的穩(wěn)定性以及維持其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、自身調(diào)節(jié)和對壓力的自我恢復能力。生態(tài)系統(tǒng)健康的提出雖然只有幾十年的歷史，卻受到國內(nèi)外學者廣泛的關(guān)注，曾多次舉辦相關(guān)的國際會議，成立專門的研討組織，并且出現(xiàn)了專門以生態(tài)系統(tǒng)健康命名的國際雜志[1]，對水生態(tài)系統(tǒng)——海岸、海洋、湖泊、河流和濕地，以及部分陸地生態(tài)系統(tǒng)——草原、森林等進行了相關(guān)研究。目前，國內(nèi)對湖泊生態(tài)系統(tǒng)健康評價的研究較多，如云南滇池、三峽庫區(qū)、杭州西湖等[2-5]，由于南水北調(diào)中線工程的建設(shè)，一些專家學者開始關(guān)注丹江口水庫的生態(tài)環(huán)境[6]，使其成為研究熱點區(qū)域。筆者基于生態(tài)學和環(huán)境科學原理，運用壓力-狀態(tài)-響應（PSR）概念模型，從區(qū)域的壓力特征、物理化學特征、生物特征、生態(tài)景觀特征、生態(tài)功能特征及響應特征等方面，篩選能確切反映丹江口水庫生態(tài)系統(tǒng)健康狀況的評價指標，建立丹江口水庫生態(tài)系統(tǒng)健康評價體系，以期為南水北調(diào)中線總干渠特別是丹江口水庫的生態(tài)環(huán)境及生物多樣性保護以及湖泊生態(tài)環(huán)境建設(shè)和恢復提供參考依據(jù)。

1研究區(qū)概況

丹江口水庫位于河南省淅川縣東南部，坐落于河南省與湖北省交界處。北鄰淅川縣馬蹬鎮(zhèn)，南臨湖北省丹江口市和老河口市，東至淅川縣厚坡鎮(zhèn)和九重鎮(zhèn)，西臨淅川縣倉房鎮(zhèn)。地理坐標為32°55′～33°23′ N，110°58′～111°53′ E。地處亞熱帶向暖溫帶過渡地區(qū)，年平均氣溫15.8 ℃，極端最高溫度42.6 ℃，極端最低溫度-13.2 ℃，≥0 ℃的積溫達5 600 ℃以上，≥10 ℃的年積溫平均為5 123.2 ℃，無霜期228 d；年平均降水量為804.3 mm。境內(nèi)河流有丹江和灌河，湖泊有丹陽湖，為人工淡水湖。由于其獨特的自然地理條件和區(qū)位優(yōu)勢，野生動植物資源豐富，可以稱得上是該地區(qū)的“生態(tài)寶庫”，具有較高的生產(chǎn)力和豐富的生物多樣性。

2研究方法

2.1指標體系法

湖泊生態(tài)系統(tǒng)健康評價需要結(jié)合生物學、湖泊學、環(huán)境科學、水文學和化學的研究方法和手段，主要包括以下幾個方面：①選擇不同生態(tài)系統(tǒng)的物種類型；②考慮不同尺度下的湖泊生態(tài)特征；③湖泊生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)應考慮到不同物種間的相互作用以及物種在不同尺度下的監(jiān)測特征。因此，湖泊生態(tài)系統(tǒng)健康評價必須建立一套指標體系，對大量復雜的指標信息進行篩選，在對應的指標體系中進行系統(tǒng)的評價[7]。

采用指標評價體系對湖泊生態(tài)系統(tǒng)健康狀況進行評價，可以通過湖泊生態(tài)系統(tǒng)的不同屬性指標反映湖泊生態(tài)系統(tǒng)的變化特征；從湖泊生態(tài)系統(tǒng)的物理化學指標、生物指標、景觀指標及功能指標等方面，來衡量生態(tài)系統(tǒng)健康狀況，使自然生態(tài)系統(tǒng)與人類社會相互協(xié)調(diào)、和諧共生，為湖泊生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境建設(shè)和恢復提供依據(jù)。

2.2壓力-狀態(tài)-響應（PSR）評價模型

PSR（Pressure-State-Response）為壓力-狀態(tài)-響應評價模型。PSR模型是生態(tài)系統(tǒng)健康評價中常用的評價模型，該模型最初由加拿大統(tǒng)計學家David J.Rapport和Tony Friend于1979年提出，之后由經(jīng)濟合作與發(fā)展組織（OECD）和聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署（UNEP）于20世紀八九十年代發(fā)展起來的用于研究環(huán)境問題的評價體系。其中，壓力指標表示人類的社會經(jīng)濟活動對自然生態(tài)環(huán)境的影響，如人類對自然資源的掠取、人類活動所排放的污染物對環(huán)境的影響；狀態(tài)指標表示某個生態(tài)環(huán)境和自然環(huán)境在某一時間段的環(huán)境變化情況；響應指標是指社會和個人采取措施來預防、減輕及恢復人類活動對自然生態(tài)環(huán)境的破壞。該研究運用PSR評價模型來構(gòu)建丹江口水庫生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標體系[8]。

3生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標體系的構(gòu)建

3.1評價指標體系框架

結(jié)合研究區(qū)評價指標的選取原則，建立指標體系框架，可分為3個層次。第1層是目標層，即生態(tài)系統(tǒng)健康綜合評價；第2層是評價準則層，即評價目標具體由哪些方面決定，由壓力指標、狀態(tài)指標、響應指標構(gòu)成；第3層是要素層，即每一個評價方面都由哪些因素或指標構(gòu)成。

3.2評價指標選取原則

指標體系的構(gòu)建是生態(tài)系統(tǒng)健康評價的關(guān)鍵。丹江口水庫生態(tài)系統(tǒng)是一個比較復雜的系統(tǒng)，土地類型多樣，涉及丹江濕地國家自然保護區(qū)、飲用水水源保護區(qū)。丹江口水庫生態(tài)系統(tǒng)健康評價研究所用的指標較多，但在實際工作中，采用的評價指標過多會給湖泊生態(tài)系統(tǒng)健康評價增加不必要的負擔。因此，需要在較多的評價指標中進一步梳理出具有代表性、能確切反映丹江口水庫生態(tài)系統(tǒng)健康狀況的評價指標。在篩選指標時主要考慮目的性、科學性、生態(tài)功能兼顧性等原則[9]。

3.2.1

目的性原則。

湖泊生態(tài)系統(tǒng)健康是保證湖泊生態(tài)系統(tǒng)維持其自身生態(tài)功能及服務功能的前提，從湖泊的結(jié)構(gòu)、功能、水質(zhì)特征、環(huán)境管理等不同方面進行評價，引導區(qū)域社會進行合理的開發(fā)利用活動，為湖泊生態(tài)系統(tǒng)的健康提供前提和基礎(chǔ)，使湖泊生態(tài)健康水平不斷提高。

3.2.2

科學性原則。保持自然生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)環(huán)境功能，滿足區(qū)域可持續(xù)發(fā)展對生態(tài)環(huán)境的要求，是湖泊生態(tài)健康評價的主要目的和根本任務。因此，湖泊生態(tài)系統(tǒng)健康評價應遵循湖泊生態(tài)學和生態(tài)環(huán)境保護的基本原理，從自然與社會和諧發(fā)展角度出發(fā)，使選取的評價指標具有湖泊生態(tài)學依據(jù)，遵循生態(tài)系統(tǒng)基本規(guī)律，按照湖泊生態(tài)環(huán)境的客觀實際、湖泊生態(tài)系統(tǒng)特征進行相應的評價研究和保護工作。

3.2.3

生態(tài)功能兼顧性原則。湖泊生態(tài)系統(tǒng)有凈化水質(zhì)、調(diào)節(jié)水文、物質(zhì)生產(chǎn)、美化景觀等多種功能，評價時應兼顧各種功能之間的共性和各自特殊性。湖泊生態(tài)系統(tǒng)健康評價需要統(tǒng)籌考慮湖泊生態(tài)系統(tǒng)的復雜化、生態(tài)系統(tǒng)功能的多樣化、社會對湖泊生態(tài)系統(tǒng)直接或間接的影響等多方面因素。

3.2.4

定量與定性相結(jié)合原則。確定湖泊生態(tài)系統(tǒng)健康評價的部分指標很難做到完全定量評價，而部分指標采用定性評價則更具有其合理性。因此，要充分考慮湖泊生態(tài)系統(tǒng)相關(guān)資料的掌握情況，采用定量與定性評價相結(jié)合的原則更為適合。

3.2.5

系統(tǒng)整體性原則。湖泊生態(tài)系統(tǒng)健康評價選擇的指標需要構(gòu)成一個完整的評價指標體系，該體系應包含反映湖泊生態(tài)系統(tǒng)健康的主要指標，避免評價體系中的指標過于繁多和復雜。

3.2.6

可操作性原則。選擇湖泊生態(tài)系統(tǒng)健康評價的指標必須實用，便于操作，既方便科學研究人員操作使用，又便于林業(yè)部門、水利部門及環(huán)境管理部門的工作人員實施和管理。

3.3評價體系的建立

影響丹江口水庫生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)的因素包括自然和人為因素兩部分，每一部分都包含多個影響因素，故建立指標體系時需要選擇最具代表性、對湖泊生態(tài)環(huán)境敏感的因子，使評價指標既客觀、科學，又體現(xiàn)其生態(tài)地域特征。該研究以上述原則為指導，搜集了研究區(qū)相關(guān)的多方面資料，充分考慮研究區(qū)的地域特征及實際調(diào)查情況，從區(qū)域的壓力特征、物理化學特征、生物特征、生態(tài)景觀特征、生態(tài)功能特征及響應特征等方面，篩選出31個指標，構(gòu)成了丹江口水庫生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標體系[10]。由表1可知，該指標體系分為3個層次，分別為目標層、準則層、要素層。

43卷24期孫 鵬等丹江口水庫生態(tài)系統(tǒng)健康評價體系研究

3.4評價指標的意義

3.4.1

壓力特征指標。人口自然增長率C1：反映丹江口水庫周圍的人口壓力指標，通過研究區(qū)域所維持的人口數(shù)量變化，反映丹江口水庫區(qū)域所受的外部環(huán)境壓力。

土地利用強度C2：反映研究區(qū)的人類活動壓力指標，通過人類活動對丹江口水庫的干擾程度來表示，反映研究區(qū)所受的外部壓力。人類干擾指數(shù)=（旱地面積+建設(shè)用地面積+人工濕地面積）/研究區(qū)域總面積。

旅游影響強度C3：以丹江口水庫的游客增長率來反映旅游影響強度的變化特征，旅游影響強度=（年游客流量增長人次/上一年游客流量）×100%。

農(nóng)藥化肥施用強度C4：反映研究區(qū)遭受人類污染的程度，是丹江口水庫生態(tài)系統(tǒng)健康的一項外部環(huán)境壓力反映指標，以丹江口水庫區(qū)域每年每公頃的農(nóng)藥化肥使用量來表示。自然災害C5：反映丹江口水庫生態(tài)系統(tǒng)受到外部自然災害影響狀況。

3.4.2

物理化學指標。水質(zhì)等級C6：反映研究區(qū)水質(zhì)狀況，從丹江口水庫水質(zhì)、飲用水水質(zhì)兩方面來衡量丹江口水庫的水質(zhì)特征。丹江口水庫作為南水北調(diào)中線總干渠的渠首水源地，負責供應河南、河北、天津、北京的飲用水，參照《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB 38382002）Ⅱ類標準對丹江口水庫水質(zhì)進行評價。

湖泊富營養(yǎng)化程度C7：以丹江口水庫中氮磷的含量反映其富營養(yǎng)化程度。

湖泊淤積度C8：反映丹江口水庫的穩(wěn)定狀況及泥沙的淤積程度。丹江口水庫作為南水北調(diào)中線水源所在地，泥沙淤積既會影響水源地水質(zhì)，又會影響下游漢江、長江的泄洪能力。土壤性狀C9：反映丹江口水庫非生物組分的特征，其土壤養(yǎng)分、有機質(zhì)含量可以影響丹江口水庫生態(tài)系統(tǒng)植被的生長狀況。

3.4.3

生物指標。生物多樣性C10：用丹江口水庫水生態(tài)系統(tǒng)的動物、植物、微生物種類占整個生物地理區(qū)生物種類的百分比來衡量。

初級生產(chǎn)力水平C11：反映丹江口水庫生態(tài)系統(tǒng)的活力，采用研究區(qū)域林地、灌叢、草地和水域濕地生態(tài)系統(tǒng)的生物量來衡量。

物種瀕危狀況C12：以丹江口水庫物種的珍稀程度、狀況來確定。丹江濕地自然保護區(qū)有黑鸛、丹頂鶴等國家一級保護野生動物3種，大鯢等國家二級保護動物36種，連香樹等國家二級保護野生植物12種。

湖邊植被覆蓋率C13：反映丹江口水庫的生態(tài)健康狀況，是丹江口水庫生物多樣性、水土保持、調(diào)節(jié)氣候等多項生態(tài)功能的綜合體現(xiàn)。湖泊受威脅狀況C14：反映丹江口水庫區(qū)域人類的各種擾動影響，主要包括過渡農(nóng)業(yè)抽水灌溉、過渡捕撈、植被破壞、過渡開墾等人類影響。

濕地生態(tài)保證率C15：反映丹江口水庫的水文條件，以丹江濕地生態(tài)補給可利用水量占水庫需水量的比例來衡量丹江濕地生態(tài)的保證水平，反映丹江口水庫生態(tài)系統(tǒng)健康水平。

3.4.4

生態(tài)景觀指標。斑塊個數(shù)C16：是衡量丹江口水庫生態(tài)景觀狀態(tài)最基本的指標。

平均斑塊面積C17：代表生態(tài)景觀類型的一種平均狀況，該指標能反饋較豐富的湖泊景觀的生態(tài)信息，是反映丹江口水庫生態(tài)景觀異質(zhì)性的關(guān)鍵指標。

景觀多樣性指數(shù)C18：指景觀要素或自然生態(tài)系統(tǒng)在功能、結(jié)構(gòu)以及隨時空變化的多樣性，該指標反映丹江口水庫生態(tài)景觀類型的復雜度和豐富度。

景觀破碎度指數(shù)C19：決定了丹江口水庫生態(tài)景觀分析和研究的最大程度，在丹江濕地自然保護區(qū)和湖泊景觀生態(tài)建設(shè)中，對于維護丹江口水庫物種的數(shù)量，維持區(qū)域自然稀有物種、瀕危物種以及自然生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定具有重要的作用。

景觀均勻度指數(shù)C20：反映湖泊生態(tài)景觀中各斑塊在區(qū)域面積上分布的不均勻程度，其值越大，表明丹江口水庫生態(tài)景觀各組成成分越均勻。

3.4.5

生態(tài)功能指標。文化教育功能C21：反映丹江口水庫的科研價值和教育意義。丹江口水庫生態(tài)類型多樣，物種豐富，作為南水北調(diào)中線總干渠水源保護地，有非常大的文化教育意義和巨大的科研價值。

物質(zhì)生產(chǎn)功能C22：丹江口水庫最為主要的一項物質(zhì)生產(chǎn)功能是水產(chǎn)品生產(chǎn)，采用水庫年捕撈收獲量來表示。

調(diào)控水文功能C23：通過丹江口水庫筑堤、建設(shè)滯洪區(qū)等，為人類提供飲用水，為工業(yè)、農(nóng)業(yè)提供用水，以供水變化率來表示。

觀光旅游功能C24：以丹江口水庫景觀美學價值的高低、旅游活動以及生態(tài)旅游日的增減情況來表示。

水土流失控制C25：以區(qū)域水土流失面積來衡量，主要是防止丹江口水庫周圍土壤被水侵蝕，以維持湖泊生態(tài)系統(tǒng)的健康。

3.4.6

響應指標。

政策法規(guī)貫徹力度C26：考慮到丹江口水庫對南水北調(diào)中線沿線區(qū)域的重要性，以接受國家地方政策法規(guī)的人口占總區(qū)域人口的比例表示。

水源保護意識C27：主要反映丹江口水庫周圍居民對水源地保護的意識，在日常生活、工作中禁止污染水源地的不文明行為。

環(huán)保投資指數(shù)C28：是研究區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)社會經(jīng)濟恢復力的一項重要指標，通過丹江口水庫的環(huán)境保護治理效果，來反映丹江口水庫生態(tài)環(huán)境保護和改善情況，以水利建設(shè)、環(huán)保投入占GDP的比重來表示。

污水處理指數(shù)C29：也是反映生態(tài)系統(tǒng)社會經(jīng)濟恢復力的一項指標，以丹江口水庫區(qū)域工業(yè)、生活用水的污水處理率來表示。

湖泊管理水平C30：反映人類的生態(tài)保護意識及管理政策的科學性，采用定性方法，以丹江口水庫管理人員的整體水平來衡量。

周邊人口素質(zhì)C31：以丹江口水庫周圍文盲人數(shù)占區(qū)域人口的百分比來表征。

4結(jié)語

根據(jù)丹江口水庫的區(qū)域和生態(tài)特點，從湖泊和陸地兩方面考慮整個區(qū)域的生態(tài)環(huán)境健康，從區(qū)域的壓力特征、物理化學特征、生物特征、生態(tài)景觀特征、生態(tài)功能特征及響應特征等方面篩選評價指標，建立丹江口水庫生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標體系，為湖泊生態(tài)環(huán)境建設(shè)和恢復提供依據(jù)。

目前，地方相關(guān)管理人員和群眾對丹江口水庫的生態(tài)環(huán)境管理和丹江濕地國家級自然保護區(qū)的生態(tài)保護做了大量工作，較好地維持了丹江口水庫的自然環(huán)境和生態(tài)功能。為提高丹江口水庫生態(tài)系統(tǒng)的健康水平，有待于繼續(xù)加強保護和管理，這取決于管理人員對威脅丹江口水庫的壓力影響因素的控制，并對丹江口水庫實施更好的保護及管理。

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