深圳灣福田紅樹(shù)林保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)

胡濤丑慶川徐華林史秀華

（1 深圳大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，深圳 518060；2 廣東內(nèi)伶仃福田國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)，深圳 518048；3深圳大學(xué)高爾夫?qū)W院，深圳 518060）

深圳灣福田紅樹(shù)林保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)

胡濤1丑慶川1徐華林2史秀華3

（1 深圳大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，深圳 518060；2 廣東內(nèi)伶仃福田國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)，深圳 518048；3深圳大學(xué)高爾夫?qū)W院，深圳 518060）

生態(tài)系統(tǒng)健康是指生態(tài)系統(tǒng)是穩(wěn)定、具有活力且可持續(xù)的，在一段時(shí)間內(nèi)能保持自主狀態(tài)，對(duì)外來(lái)壓力具有恢復(fù)的能力（Costanza?et?al，1993)。隨著人類社會(huì)發(fā)展對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成的傷害越來(lái)越大，生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)成為學(xué)者們研究的熱點(diǎn)。其中有關(guān)濕地生態(tài)系統(tǒng)的研究很多（崔保山等，2002；趙旭陽(yáng)等，2008；Montefalcone，2009)，但針對(duì)紅樹(shù)林濕地生態(tài)系統(tǒng)健康狀況的研究較少。深圳灣福田紅樹(shù)林保護(hù)區(qū)，與香港米埔紅樹(shù)林保護(hù)區(qū)相鄰、地處城市腹地，每年有10萬(wàn)多只候鳥(niǎo)在此停歇。保護(hù)區(qū)的存在對(duì)深圳市具有重要的生態(tài)、科普和旅游等價(jià)值。保護(hù)區(qū)面臨著水體污染、物種入侵和病蟲(chóng)害等諸多壓力。因此，對(duì)其健康狀況進(jìn)行研究是非常有必要的。本研究利用Pressure(壓力)-State(狀態(tài))-Response(響應(yīng))模型（PSR模型）和層次分析法對(duì)深圳灣紅樹(shù)林保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，為保護(hù)區(qū)紅樹(shù)林的保護(hù)和恢復(fù)提供理論支持。PSR?模型由Tony?Friend?和D?avid??Rapport最早提出，用于分析環(huán)境壓力、現(xiàn)狀與響應(yīng)間的關(guān)系。聯(lián)合國(guó)經(jīng)濟(jì)合作開(kāi)發(fā)署(OECD?)對(duì)其進(jìn)行修改完善，并進(jìn)行了適用性和有效性評(píng)價(jià)。PSR模型具有非常清晰的因果關(guān)系，得到許多政府和組織在環(huán)境研究中的認(rèn)可，所以此模型在生態(tài)系統(tǒng)健康中被廣泛承認(rèn)和使用（麥少芝等，2005；方慶等，2013)。

1 研究區(qū)概況

福田紅樹(shù)林保護(hù)區(qū)位于深圳灣東北岸（113°45′E、 22°32′N)。東起深圳河口，西至車公廟，呈帶狀分布。保護(hù)區(qū)于1984年創(chuàng)建，1988年晉升為國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)，1993年加入我國(guó)人與生物圈保護(hù)區(qū)網(wǎng)絡(luò)，總面積為367.64?hm2，紅樹(shù)林、水域、陸地植被、基圍魚(yú)塘和建筑裸地的面積分別為90.82?hm2、181.55?hm2、4 7.3 0?h m2、4 4.0 4?h m2、3.93?hm2(Chou?Qingchuan?et?al,2014），其中紅樹(shù)林大多呈帶狀分布于近海岸，群落結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，為灌木或小喬木林，林冠較為整齊，一般高4～6?m。

保護(hù)區(qū)內(nèi)植物共有140種（王伯蓀等，2002），紅樹(shù)主要有秋茄、桐花樹(shù)、白骨壤、海桑和無(wú)瓣海桑等，其生物量分別為433.1?t/km2、300.1?t/km2、345.4?t/ km2、638.2?t/km2（丑慶川等，2014）。浮游生物集中在基圍魚(yú)塘，浮游植物中硅藻門(mén)和綠藻門(mén)的藻類占比例較高，浮游動(dòng)物以原生動(dòng)物、輪蟲(chóng)、枝角類和橈足類為主（劉搖玉等，2006）。底棲動(dòng)物主要為生活在紅樹(shù)林下碎屑和灘涂中的甲殼動(dòng)物、軟體動(dòng)物和彈涂魚(yú)類（吳振斌等，2002）。作為眾多鳥(niǎo)類的主要棲息地，深圳市觀鳥(niǎo)協(xié)會(huì)在保護(hù)區(qū)內(nèi)監(jiān)測(cè)到的鳥(niǎo)類約有112種，其中卷羽鵜鶘、白肩雕、黑臉琵鷺等23種為國(guó)家重點(diǎn)保護(hù)的珍稀瀕危物種(劉莉娜等，2013)。

2 研究方法

本研究在大量實(shí)地調(diào)查的基礎(chǔ)之上，結(jié)合福田紅樹(shù)林保護(hù)區(qū)自身的特點(diǎn)，參考相關(guān)學(xué)者的研究，應(yīng)用模型分析方法針對(duì)壓力、狀態(tài)與響應(yīng)間的關(guān)系，進(jìn)行保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的健康評(píng)價(jià)。

2.1 指標(biāo)體系的建立

紅樹(shù)林生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立應(yīng)遵循整體性、可操作性、層次性和動(dòng)態(tài)性等原則。首先，考慮紅樹(shù)林群落的組成、結(jié)構(gòu)、生態(tài)功能及生態(tài)學(xué)指標(biāo)；其次，結(jié)合紅樹(shù)林群落的外在壓力及保護(hù)區(qū)管理的影響（王麗榮等，2011)。將指標(biāo)體系分為4層（肖佳媚等，2007）：第一層是目標(biāo)層，即紅樹(shù)林生態(tài)系統(tǒng)健康綜合指數(shù)；第二層是項(xiàng)目層，包括壓力、狀態(tài)、響應(yīng)3個(gè)方面；第三層是要素層，由構(gòu)成壓力、狀態(tài)、響應(yīng)的要素組成；第四層是指標(biāo)層，由可直接度量的指標(biāo)要素構(gòu)成，見(jiàn)表2。

2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重確定

指標(biāo)權(quán)重是指該指標(biāo)在整體評(píng)價(jià)中的相對(duì)重要程度，反映指標(biāo)在整個(gè)體系中影響程度的大小。生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的合理確定直接影響到生態(tài)系統(tǒng)綜合健康指數(shù)的準(zhǔn)確性，本研究主要依據(jù)福田紅樹(shù)林保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的特點(diǎn)，采用層次分析法（Analytic?Hierarchy?Process，AHP）（俞小明等，2006），并結(jié)合專家經(jīng)驗(yàn)調(diào)查結(jié)果，確定指標(biāo)體系中項(xiàng)目層、要素層和指標(biāo)層的權(quán)重。

2.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)歸一化

鑒于深圳灣福田紅樹(shù)林保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中各項(xiàng)指標(biāo)間類型、單位及其趨向的差異，需對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理。計(jì)算方法如下：

其中，當(dāng)指標(biāo)數(shù)值越大，生態(tài)系統(tǒng)健康水平越高時(shí)用公式(1)，反之則用公式（2)，Ni為指標(biāo)i的歸一化值，Xi為評(píng)價(jià)指標(biāo)i的實(shí)測(cè)值，Xmax為該類指標(biāo)中的極大值，i=1、2、3……27。

2.4 綜合評(píng)價(jià)模型

綜合健康指數(shù)（Comprehensive?Health?Ind?ex，CHI）是通過(guò)評(píng)價(jià)指標(biāo)的歸一化權(quán)重和歸一化值反映生態(tài)系統(tǒng)健康狀況的綜合指數(shù)，保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的綜合健康指數(shù)用以下公式進(jìn)行計(jì)算：

式中，CHI為綜合健康指數(shù)；n為評(píng)價(jià)指標(biāo)的個(gè)數(shù)；Ni為的第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的歸一化值；Wi為指標(biāo)i的歸一化權(quán)重，i=1、2、3……27。

保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)壓力、狀態(tài)、響應(yīng)的健康指數(shù)則用以下公式計(jì)算：

其中，PHI、SHI、RHI分別代表壓力、狀態(tài)、響應(yīng)的健康指數(shù)；n為評(píng)價(jià)指標(biāo)的個(gè)數(shù)；Ni為的第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的歸一化值；Wi為指標(biāo)i的歸一化權(quán)重；WP、WS、WR分別代表壓力、狀態(tài)、響應(yīng)指標(biāo)的權(quán)重。

2.5 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

將生態(tài)系統(tǒng)的綜合健康指數(shù)分5個(gè)等級(jí)，由高到低排序，不同指數(shù)區(qū)間反映不同的健康等級(jí)。具體劃分為5個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)，見(jiàn)表1。

3 結(jié)果與分析

根據(jù)研究確定的指標(biāo)體系，進(jìn)行指標(biāo)間影響程度的專家調(diào)查，建立指標(biāo)間判斷矩陣，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，確定各項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重；人為干擾、環(huán)境狀態(tài)、土地覆被狀態(tài)和生物多樣性結(jié)構(gòu)（鳥(niǎo)類除外）的各項(xiàng)指標(biāo)為實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，利用公式進(jìn)行歸一化處理；保護(hù)區(qū)管理水平、科研旅游情況、民眾認(rèn)識(shí)及臺(tái)風(fēng)災(zāi)害為定性指標(biāo)，通過(guò)實(shí)地考察調(diào)研、資料收集和專家咨詢來(lái)確定各項(xiàng)指標(biāo)的歸一化值；病蟲(chóng)害、薇甘菊入侵和鳥(niǎo)類生物的歸一化數(shù)值通過(guò)保護(hù)區(qū)相關(guān)文獻(xiàn)確定(劉莉娜等，2013)。各項(xiàng)指標(biāo)的歸一化數(shù)值見(jiàn)表2。

3.1 保護(hù)區(qū)受到較大壓力

從表2可知，壓力在PSR模型體系中所占比例為53.89%。27項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)中，水污染、人工引種植物及病蟲(chóng)害的歸一化權(quán)重排前3位，分別為0.239?2、0.097?6、0.084?0；以壓力為整體看，它們的比例分別為44.38%、18.10%和15.58%。表明目前保護(hù)區(qū)受到的壓力比較大，且以水污染、人工引種植物及病蟲(chóng)害三項(xiàng)為主。實(shí)地調(diào)查表明：工業(yè)廢水和生活污水的大量排入導(dǎo)致保護(hù)區(qū)的生態(tài)環(huán)境污染非常嚴(yán)重（周福芳等，2012），近年來(lái)采取截污手段，污水來(lái)源減少，但實(shí)地考察發(fā)現(xiàn)，保護(hù)區(qū)河道中仍有污水排入；大運(yùn)會(huì)期間，城市污水利用率從2005年的1%提升為30%（深圳市水務(wù)局，2011）。

本項(xiàng)目在對(duì)保護(hù)區(qū)水質(zhì)重金屬含量的研究中發(fā)現(xiàn)：整治后，保護(hù)區(qū)的重金屬質(zhì)量濃度明顯下降，水質(zhì)和沉積物的污染狀況有所改觀，但樣地中Cd?、Cr、Pb的平均濃度仍分別達(dá)到0.04?mg/L、0.13?mg/ L和0.30?mg/L，導(dǎo)致海水重金屬污染嚴(yán)重，為劣Ⅳ類海水水質(zhì)(李存煥等，2013)。在人工引種植物方面，實(shí)地考察發(fā)現(xiàn)，為恢復(fù)濕地生態(tài)引進(jìn)的海桑和無(wú)瓣海桑生長(zhǎng)帶主要在紅樹(shù)林群落的外緣，且已蔓延至本土紅樹(shù)群落區(qū)，表明其生長(zhǎng)區(qū)域有擴(kuò)張的趨勢(shì)，與本地物種爭(zhēng)奪養(yǎng)分和生長(zhǎng)空間，限制了本地紅樹(shù)的生長(zhǎng)和恢復(fù)。由于天敵昆蟲(chóng)和食蟲(chóng)鳥(niǎo)類的種類和數(shù)量大幅下降，紅樹(shù)林蟲(chóng)害日趨嚴(yán)重（徐華林等，2013）。薇甘菊生長(zhǎng)面積雖不大，但其入侵影響保護(hù)區(qū)植物的光合作用，嚴(yán)重的甚至?xí)?dǎo)致植物死亡（毛子龍等，2011）。

3.2 保護(hù)區(qū)狀態(tài)呈惡化趨勢(shì)

由表2可知，水質(zhì)狀況、土壤及沉積物污染程度、紅樹(shù)林面積和植物多樣性的歸一化權(quán)重在27項(xiàng)指標(biāo)中排在前10位，分別為0.061?1、0.061?1、0.038?7、0.032?8，它們?cè)跔顟B(tài)中所占比例分別為20.56%、20.56%、13.01%和11.05%，合計(jì)達(dá)到65.18%，表明保護(hù)區(qū)的水質(zhì)、土壤和植物是影響其狀態(tài)健康的重要指標(biāo)，其質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到保護(hù)區(qū)狀態(tài)健康水平的高低。從壓力分析可知，保護(hù)區(qū)的水和土壤的污染比較嚴(yán)重，導(dǎo)致它們的質(zhì)量較差；圍海造陸、魚(yú)塘養(yǎng)殖等使紅樹(shù)植物減少，禁止魚(yú)塘養(yǎng)殖、引種海桑與無(wú)瓣海桑后，近年紅樹(shù)林群落的面積增加了37.49?hm2（Chou?Qingchuan?et?al，2014），但紅樹(shù)群落結(jié)構(gòu)呈單一物種的帶狀，整體質(zhì)量下降；另外，保護(hù)區(qū)內(nèi)修建邊防巡邏道和建筑影響天然紅樹(shù)群落的生長(zhǎng)（梁素娟等，2009），同時(shí)巡邏道和建筑將保護(hù)區(qū)分割成較多的斑塊，一定程度上阻礙了生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)，降低了生態(tài)系統(tǒng)本身的復(fù)雜性，導(dǎo)致其抵抗外界壓力的能力降低，狀態(tài)呈惡化趨勢(shì)。

表1 健康評(píng)價(jià)等級(jí)及其含義

表2 保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重及數(shù)據(jù)歸一化值

3.3 保護(hù)區(qū)響應(yīng)積極

從表2可知，本研究主要體現(xiàn)在人為對(duì)保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的響應(yīng)，27項(xiàng)指標(biāo)中，管理人員配置、研究項(xiàng)目、實(shí)地考察、宣傳教育和環(huán)保意識(shí)的歸一化權(quán)重分別為0.019?6、0.016?4、0.016?4、0.020?5和0.020?5，表明保護(hù)區(qū)各方面的響應(yīng)較均衡。由于保護(hù)區(qū)處于封閉狀態(tài)，法律法規(guī)的執(zhí)行效果較好，近年來(lái)保護(hù)區(qū)受到越來(lái)越多的關(guān)注和重視，社會(huì)各界對(duì)保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的退化作出了積極的響應(yīng)，政府投入經(jīng)費(fèi)比較充足、管理人員配置比較合理、科研考察逐漸增多，保護(hù)區(qū)的管理、科研水平在逐漸加強(qiáng)。

3.4 保護(hù)區(qū)綜合健康狀況較差

利用健康指數(shù)公式，計(jì)算得到保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的壓力、狀態(tài)、響應(yīng)的健康指數(shù)和綜合健康指數(shù)，參照表1得出其相應(yīng)的健康等級(jí)，結(jié)果見(jiàn)表3。

從表3可知，保護(hù)區(qū)綜合健康指數(shù)處于亞健康狀態(tài)。結(jié)合表2中三者所占比例，認(rèn)為保護(hù)區(qū)目前受到較大的外界壓力，導(dǎo)致其水體污染嚴(yán)重、紅樹(shù)林群落結(jié)構(gòu)破壞、生物多樣性明顯下降，雖然人為響應(yīng)較積極，但其綜合健康狀況仍不樂(lè)觀。主要是因?yàn)楸Ｗo(hù)區(qū)自然狀態(tài)遭到的破壞還未得到良好的恢復(fù)，其抵抗外界干擾的能力及恢復(fù)能力逐漸減弱，生態(tài)功能的發(fā)揮受到一定程度的影響。

對(duì)比相關(guān)的研究，本研究從保護(hù)區(qū)整體出發(fā)，將紅樹(shù)林群落與其他群落結(jié)合，有利于在整體上把握保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況，提供具有實(shí)踐意義的理論指導(dǎo)。

4 建議

（1）針對(duì)外界壓力，保護(hù)區(qū)需要進(jìn)行長(zhǎng)期有效的污染治理；加強(qiáng)對(duì)紅樹(shù)林內(nèi)部結(jié)構(gòu)的調(diào)整及外來(lái)物種蔓延的控制；以生物防治為主，化學(xué)物理方法為輔，加強(qiáng)病蟲(chóng)害的防治；逐漸減少建筑施工等人類活動(dòng)。

（2）福田紅樹(shù)林保護(hù)區(qū)的面積雖小，但依靠人員進(jìn)行濕地考察和研究（如紅樹(shù)林林帶結(jié)構(gòu)分析等）還是有一定難度的，所以在以后的研究中應(yīng)結(jié)合3S技術(shù)，在保護(hù)區(qū)內(nèi)建立合理、規(guī)范的監(jiān)測(cè)體系，進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，并整理、建立信息數(shù)據(jù)庫(kù)，準(zhǔn)確掌握保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況。

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An Assessment of Ecosystem Health of FutiaMangrove Nature Reserve in Shenzhen Bay

HU Tao1CHOU Qing-Chuan1XU Hua-Lin2SHI Xiu-Hua3
(1 College of Life Science, Shenzhen University, Shenzhen 518060; 2 Neilingding Futian National Nature Reserve, Shenzhen 518048; 3 Golf College, Shenzhen University, Shenzhen 518060)

基于PSR模型建立了深圳灣福田紅樹(shù)林保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)體系，運(yùn)用層次分析法對(duì)保護(hù)區(qū)健康狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的壓力、狀態(tài)、響應(yīng)在體系中的比例分別為53.89%、29.73%、16.38%，健康指數(shù)分別為0.4080、0.5891、0.6037；保護(hù)區(qū)綜合健康指數(shù)為0.4939，處于健康等級(jí)Ⅲ級(jí)(亞健康狀態(tài))。造成以上結(jié)果的主要原因?yàn)椋孩俳?0年來(lái)城市化發(fā)展導(dǎo)致保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)喪失部分生態(tài)功能，健康水平不斷下降；②水污染、人工引種植物和病蟲(chóng)害等對(duì)保護(hù)區(qū)造成巨大外界壓力；③建筑施工和人類活動(dòng)影響保護(hù)區(qū)自然狀態(tài)的恢復(fù)。

生態(tài)系統(tǒng)；健康評(píng)價(jià)；層次分析法；PSR；紅樹(shù)林

An ecosystem health assessment system of Futian Mangrove Nature Reserve in Shenzhen Bay was developed based on PSR model and the AHP method was used to assess health state of the reserve. The results showed that the proportion of pressure, state, and response of the ecosystem in the system were 53.89%, 29.73% and 16.38% respectively, and their health index were 0.4080, 0.5891, and 0.6037 separately. The comprehensive health index of the whole ecosystem was 0.4939, indicating a health level of III (sub-healthy state) of the reserve. The main causes for that include: 1) urbanization in recent 30 year has resulted in losses of some ecological functions of the ecosystem and continual decline of ecosystem health. 2) Water pollution, artificial introduction of alien plants, and pests and diseases have imposed tremendous external pressures on the reserve. 3) Construction and human activities have partly influenced the restoration of the ecosystem.

Ecosystem health; Health assessment; Analytic Hierarchy Process; PSR; Mangrove

表3 保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)及等級(jí)

10.3969/j.issn.1673-3290.2015.01.04

2014-09-10

深圳灣紅樹(shù)林結(jié)構(gòu)調(diào)控及修復(fù)技術(shù)研究與示范項(xiàng)目(2013KJCX011-04)資助

胡濤（1989-），男，碩士研究生，主要研究方向?yàn)榫坝^及濕地生態(tài)學(xué)。E-mail：376162279@ qq.com

史秀華，E-mail：shxh100 @163.com