我國(guó)九省(區(qū))濕地生態(tài)系統(tǒng)健康狀況預(yù)警研究

蔣庭菲 楊雨微 江海清 王逸群 賈茜

（國(guó)家林業(yè)局西北林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)院，陜西 西安710048）

濕地生態(tài)系統(tǒng)健康為濕地生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)完整、功能健全，對(duì)周?chē)鷳B(tài)系統(tǒng)和人類(lèi)健康不造成危害，且在長(zhǎng)期或突發(fā)的自然或人為擾動(dòng)下保持彈性和穩(wěn)定性（吳良冰等, 2009）。濕地生態(tài)系統(tǒng)健康狀況預(yù)警研究，是指建立濕地生態(tài)系統(tǒng)指標(biāo)體系，對(duì)濕地健康狀況進(jìn)行分析、評(píng)價(jià)、預(yù)測(cè)和警報(bào)。

近幾十年來(lái)，由于各種自然和人為原因，天然濕地大面積萎縮、退化、消亡，其健康狀況令人擔(dān)憂(yōu)，目前我國(guó)有3億人口依靠濕地生存。國(guó)家林業(yè)局在《推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)規(guī)劃綱要》中劃定了濕地保護(hù)紅線(xiàn)，到2020年，中國(guó)濕地面積不少于5 333 hm2，在上世紀(jì)末，我國(guó)就開(kāi)展了濕地保護(hù)、評(píng)價(jià)和預(yù)警研究工作。

近年來(lái)，有學(xué)者就濕地紅線(xiàn)的確定和管理、濕地生態(tài)預(yù)警指標(biāo)和響應(yīng)機(jī)制以及基于3S技術(shù)的濕地生態(tài)安全進(jìn)行了評(píng)價(jià)與預(yù)警研究（但新球等,2014;朱衛(wèi)紅等,2014），并取得了一些成果。由于濕地生態(tài)系統(tǒng)是自然-經(jīng)濟(jì)-社會(huì)復(fù)合系統(tǒng)，評(píng)價(jià)濕地系統(tǒng)健康狀況，診斷由自然因素和人類(lèi)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)所造成的濕地生態(tài)系統(tǒng)破壞和退化程度，以此發(fā)出預(yù)警，可以量化濕地生態(tài)系統(tǒng)評(píng)價(jià)，為濕地保護(hù)和管理提供技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以保護(hù)濕地可持續(xù)發(fā)展。

2013-2014年，按照國(guó)家林業(yè)局濕地保護(hù)管理中心的統(tǒng)一部署，筆者在統(tǒng)一培訓(xùn)后參加了甘、滇、鄂、黑、藏等?。▍^(qū)）的部分濕地生態(tài)系統(tǒng)健康、功能和價(jià)值評(píng)價(jià)課題的野外考察工作，本文根據(jù)這次考察收集的資料撰寫(xiě)而成。

1 濕地生態(tài)系統(tǒng)健康預(yù)警研究方法

生態(tài)系統(tǒng)健康預(yù)警研究有很多方法，本文選用加權(quán)重疊排序法。該方法的指導(dǎo)思想是通過(guò)對(duì)決定各濕地生態(tài)系統(tǒng)健康狀況惡化程度的綜合因素進(jìn)行動(dòng)態(tài)排序，找出影響各樣本區(qū)濕地生態(tài)系統(tǒng)健康狀況惡化程度的主要問(wèn)題，并進(jìn)行歸類(lèi)分析和預(yù)警。動(dòng)態(tài)排序的結(jié)果本身就是一種預(yù)警形式，通過(guò)排序可以進(jìn)行各濕地之間對(duì)比，找出問(wèn)題，為濕地的合理利用和工農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

加權(quán)重疊排序法按下列步驟進(jìn)行：

第一步：以各獨(dú)立的濕地為樣本單元，對(duì)各排序因子進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

第二步：根據(jù)各排序因子的計(jì)算結(jié)果，按照從大到小或從小到大的要求，對(duì)單因子進(jìn)行排序。

第三步：按加權(quán)重疊法進(jìn)行綜合排序。重疊排序指數(shù)依下式計(jì)算:

式中：An為重疊排序指數(shù)；yi為參加排序的樣本數(shù)；xi為排序各分指數(shù)；n為重疊排序的項(xiàng)目數(shù)。

2 濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)

2.1 濕地生態(tài)系統(tǒng)指標(biāo)體系的構(gòu)建

濕地生態(tài)系統(tǒng)健康狀況惡化，是濕地水環(huán)境、土壤、植被和人類(lèi)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)等諸多因素耦合作用的結(jié)果。中國(guó)科學(xué)院遙感應(yīng)用研究所曹春香等從濕地及生態(tài)學(xué)的原理出發(fā)，以獲取評(píng)價(jià)指標(biāo)的科學(xué)性、邏輯性、可操作性、可測(cè)量性和可報(bào)告性為主要原則，以濕地水、土壤和植被三要素為主線(xiàn)，綜合考慮濕地景觀格局變化以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)、人類(lèi)活動(dòng)的影響，提出利用濕地水環(huán)境、土壤污染狀況、生物棲息繁衍、濕地景觀變化和人類(lèi)活動(dòng)5個(gè)一級(jí)指標(biāo)和13個(gè)二級(jí)指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)濕地生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況（馬廣仁等,2016）。本文應(yīng)用這13個(gè)二級(jí)指標(biāo)作為濕地生態(tài)系統(tǒng)健康狀況惡化預(yù)警分析的排序因子。

2.2 濕地生態(tài)系統(tǒng)指標(biāo)體系的量化

為了清除量綱和數(shù)據(jù)級(jí)差太大的影響，各因子的數(shù)據(jù)以極差正規(guī)法進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，各數(shù)據(jù)分布在0～1之間。表1數(shù)據(jù)均來(lái)源《中國(guó)國(guó)際重要濕地生態(tài)系統(tǒng)評(píng)價(jià)》公布的數(shù)據(jù)。

2.2.1 地表水水質(zhì) 地表水水質(zhì)（Wq）表征水環(huán)境質(zhì)量，直接反應(yīng)濕地水體受污染狀況，間接反映濕地的凈化能力。地表水質(zhì)描述執(zhí)行《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002），將其中的I、Ⅱ、III、IV、V五級(jí)水質(zhì)為分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。五級(jí)水質(zhì)的取值范圍為：I類(lèi)為10分，Ⅱ類(lèi)為8分，III類(lèi)為6分，IV類(lèi)為4分，V類(lèi)為2分。若V類(lèi)水質(zhì)已受到嚴(yán)重污染，無(wú)利用價(jià)值，取值為0分。數(shù)值進(jìn)行歸一化處理。

2.2.2 水源保證率 水源保證率（Psy）是濕地最重要的水文指標(biāo)。適量的來(lái)水是維持濕地生態(tài)基本功能的保證。水源保證率用濕地生態(tài)系統(tǒng)當(dāng)年蓄水量（W）與濕地生態(tài)系統(tǒng)多年平均需水量的比值（Psy）來(lái)表示。濕地生態(tài)需水量是指濕地生態(tài)系統(tǒng)發(fā)揮期望的生態(tài)功能所需要的水量。對(duì)于一個(gè)特定的濕地系統(tǒng)，其生態(tài)需水量有一個(gè)閾值范圍，具有上下限值，超過(guò)上下限值都會(huì)導(dǎo)致濕地生態(tài)系統(tǒng)的退化或破壞?；谶@一原則，濕地水源保證率（Psy）的分值依下式計(jì)算：

2.2.3 土壤重金屬含量 濕地作為重金屬污染物的有效匯集庫(kù)，積淀了許多重金屬污染物。因此，濕地周?chē)寥篮偷啄嘀械闹亟饘俸浚≒N），是評(píng)價(jià)濕地生態(tài)系統(tǒng)健康狀況及其潛在生態(tài)危害風(fēng)險(xiǎn)的重要指標(biāo)之一。

通過(guò)野外采集的土壤樣本，測(cè)定其銅（Cu）、鋅（Zn）、鉛（Pb）、鉻（Cr）、鎘（Cd）5種重金屬元素的含量。據(jù)此計(jì)算內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)（PN），并進(jìn)行排序。

2.2.4 土壤pH值 土壤pH值是濕地土壤重要的化學(xué)性質(zhì)之一，其變化直接影響土壤生態(tài)系統(tǒng)的物理化學(xué)和生物過(guò)程。在一定程度上決定了濕地區(qū)域內(nèi)植被的分布及其生物量，反映了該濕地生態(tài)系統(tǒng)對(duì)動(dòng)植物提供棲息地的適宜度。

由于土壤pH值過(guò)高或過(guò)低，都不適宜動(dòng)植物生存，因此土壤pH值依（3）式進(jìn)行賦分并進(jìn)行歸一化處理。

2.2.5 土壤含水量 土壤平均含水量（TRavg）是評(píng)價(jià)濕地健康的重要因素之一。其變化能夠直接影響土壤生態(tài)系統(tǒng)的物理化學(xué)和生物過(guò)程，是土壤養(yǎng)分和重金屬等污染物有效性和遷移性的重要限制因素。此外，土壤含水量還是濕地退化與否的直接表現(xiàn)因子。

2.2.6 生物多樣性 濕地是許多野生物種的全球重要繁殖地和覓食地，在保護(hù)生物多樣性方面有重要作用。生物多樣性（BI）是濕地生態(tài)系統(tǒng)健康的重要特征之一。

參照《中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)——生物多樣性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（征求意見(jiàn)稿）》，馬廣仁等（2016）提出用（6）式來(lái)量化濕地生物多樣性。

式中：BI為物種多樣性指數(shù)；Gm為野生高等動(dòng)物種類(lèi)數(shù)；Wm為野生維管束植物種類(lèi)數(shù)；Tm為物種特有性；Fm為受威脅物種的豐富度；Pin為歸一化外來(lái)物種入侵度。而：

（5）～（7）中：Gzm為評(píng)價(jià)濕地區(qū)內(nèi)中國(guó)特有的野生高等動(dòng)物種數(shù)；WZM為評(píng)價(jià)濕地區(qū)內(nèi)中國(guó)特有的野生維管束植物種類(lèi)數(shù)；FGm為受威脅的高等動(dòng)物種數(shù)；Fwm為受威脅的野生維管束植物種數(shù)；Wqm為外來(lái)入侵動(dòng)物、植物和微生物種數(shù)；Bym為本地野生高等動(dòng)物和野生維管束植物種類(lèi)之和。

2.2.7 外來(lái)物種入侵度 外來(lái)物種入侵度（Pin）表征濕地生態(tài)系統(tǒng)受到外來(lái)物種干擾的程度。濕地生態(tài)系統(tǒng)敏感而脆弱，極易被外來(lái)生物入侵，從而導(dǎo)致入侵濕地區(qū)內(nèi)生物多樣性減少，生物均勻化和生態(tài)系統(tǒng)及其功能的退化，導(dǎo)致濕地健康狀況惡化。該指標(biāo)依（7）式進(jìn)行量化。

2.2.8 野生動(dòng)物棲息地指數(shù) 野生動(dòng)物棲息地指數(shù)（SWAHI）從植被覆蓋度和景觀破碎化方面綜合表征濕地對(duì)野生動(dòng)物提供棲息場(chǎng)所的適宜度，反映濕地對(duì)野生動(dòng)植物的承載能力，是評(píng)價(jià)濕地生態(tài)系統(tǒng)健康狀況的重要指標(biāo)。

參考馬廣仁等（2016）濕地生態(tài)系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)，分別對(duì)有效濕地斑塊面積（Vsize）、單位面積濕地斑塊數(shù)量（Vnum）和植被覆蓋度（Vcover）進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，形成Ssize（有效濕地斑塊面積標(biāo)準(zhǔn)化分值），Snum（每km2單位面積內(nèi)濕地斑塊數(shù)量標(biāo)準(zhǔn)分值），Scover（植被覆蓋度指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化分值）3個(gè)指標(biāo)來(lái)綜合反映濕地野生動(dòng)物棲息地的功能。野生動(dòng)物棲息地指數(shù)（SWAHI）依（8）式計(jì)算。

2.2.9 濕地面積變化率 濕地面積變化率（Ab）是濕地生態(tài)環(huán)境變化的直接結(jié)果，是濕地健康狀況的具體表現(xiàn)。該指標(biāo)用現(xiàn)有濕地面積與前一年同時(shí)期濕地面積的百分比來(lái)表示。

2.2.10 土地利用強(qiáng)度 土地利用強(qiáng)度（PL）反映人類(lèi)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)和自然界的各種干擾變化對(duì)濕地生態(tài)系統(tǒng)的壓力，是導(dǎo)致濕地健康狀況惡化的重要原因之一。土地利用強(qiáng)度用待評(píng)價(jià)濕地所在最小行政單元內(nèi)農(nóng)業(yè)、建設(shè)用地、沙地、畜牧業(yè)用地等土地面積與評(píng)價(jià)區(qū)域土地總面積的百分比來(lái)表示。

2.2.11 人口密度 人口密度（Rd）是一個(gè)綜合社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。它表征濕地系統(tǒng)所承受的人口壓力，間接反映人類(lèi)活動(dòng)強(qiáng)度，是濕地生態(tài)系統(tǒng)健康狀況的脅迫指標(biāo)。該指標(biāo)用人口總數(shù)與待評(píng)價(jià)濕地保護(hù)區(qū)內(nèi)所在最小行政單元面積的比值來(lái)表示，單位為人/km2。

2.2.12 物質(zhì)生活指數(shù) 物質(zhì)生活指數(shù)(Yincome)反映該濕地保護(hù)區(qū)內(nèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的程度，表征人類(lèi)社會(huì)對(duì)濕地生態(tài)系統(tǒng)健康狀況惡化的潛在壓力。它用研究區(qū)內(nèi)的人均收入（元/人·a）來(lái)描述，并用（9）來(lái)計(jì)算指標(biāo)的分值，而后進(jìn)行數(shù)據(jù)正規(guī)化和排序。

2.2.13 濕地保護(hù)意識(shí) 濕地保護(hù)意識(shí)（Ny），表征濕地周?chē)鷧^(qū)域內(nèi)民眾對(duì)保護(hù)濕地重要性的認(rèn)知程度，以及當(dāng)?shù)刂鞴懿块T(mén)對(duì)保護(hù)濕地的宣傳程度，是濕地生態(tài)效益健康的響應(yīng)指標(biāo)。該指標(biāo)通過(guò)在當(dāng)?shù)剡M(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查獲取。

2.3 結(jié)果與分析

An值的計(jì)算結(jié)果如表1所示。按照以下規(guī)則排序：(1)統(tǒng)一排序因子中當(dāng)遇到有兩個(gè)或多個(gè)數(shù)值處于同量級(jí)數(shù)值時(shí)，則用同一排序號(hào)；（2）土壤重金屬含量因子，外來(lái)物種入侵度因子，土地利用強(qiáng)度因子和人口密度因子數(shù)據(jù)排序?yàn)閺拇蟮叫。渌蜃訑?shù)據(jù)排序?yàn)橛尚≈链?。根?jù)表中An值的大小，可將所研究的濕地各樣本按照其生態(tài)系統(tǒng)健康狀況劃分為4個(gè)等級(jí)：An≥49.00；45.00≤An＜49.00；40.00＜An≤45.00及An＜40.00，重疊排序指數(shù)越大，說(shuō)明濕地生態(tài)系統(tǒng)健康狀況越差，或者潛在退化危險(xiǎn)性越大。

從表1、表2可以看出以下結(jié)果：

（1）An值大于49.00的濕地有扎陵湖濕地、鄂爾多斯遺鷗國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)濕地、鄂陵湖濕地、大山包濕地和若爾蓋濕地。上述5個(gè)濕地生態(tài)環(huán)境最為脆弱，生態(tài)系統(tǒng)健康狀況正日趨惡化或潛在危險(xiǎn)最大。這5個(gè)濕地的主要問(wèn)題一是人口密度大，以及隨之造成的環(huán)境壓力；二是由于水源保證率較低，水質(zhì)較差，不利于動(dòng)植物的生存繁衍；三是植被覆蓋度降低和景觀破碎化，不利于野生動(dòng)物棲息。這5個(gè)濕地應(yīng)列為生態(tài)系統(tǒng)狀況日趨惡化的警報(bào)區(qū)。

表 1 濕地生態(tài)系統(tǒng)健康狀況預(yù)警因子綜合排序Table 1 The comprehensive sequencing of early warning factors for wetland ecosystem health

表 2 濕地生態(tài)系統(tǒng)健康狀況惡化程度分級(jí)Table 2 Classif i cation of the deterioration of wetland ecosystem health

（2）An值在45.22～48.65之間的濕地有向海濕地、鳥(niǎo)島濕地、碧塔湖濕地、拉市海濕地、達(dá)賚湖濕地、莫莫格濕地。這6個(gè)濕地的生態(tài)也十分脆弱，其主要問(wèn)題是水質(zhì)較差，人類(lèi)干擾大，濕地保護(hù)意識(shí)不足。

（3）An值在41.32～44.36之間的有扎龍濕地、瑪旁雍錯(cuò)濕地、珍寶島濕地、大九湖濕地、尕海濕地。這5個(gè)濕地由于水質(zhì)優(yōu)良（II類(lèi)以上），水源保證率較高，加之濕地區(qū)內(nèi)人口密度較低，人為活動(dòng)干擾較小，以及人們對(duì)濕地保護(hù)的認(rèn)識(shí)度較高，濕地生態(tài)系統(tǒng)健康狀況較好。

（4）An值小于40.00的濕地有南甕河濕地、麥地卡濕地、興凱湖濕地、東方紅濕地。這4個(gè)濕地水質(zhì)優(yōu)良純凈，水源保證率高；區(qū)內(nèi)人類(lèi)活動(dòng)少，人口密度最低為零，最高為5.08人/km2；土壤重金屬污染輕微；沒(méi)有外來(lái)物種入侵；濕地面積年變化率小，比較穩(wěn)定；濕地內(nèi)植被覆蓋度較高，景觀較完整，適宜野生動(dòng)物棲息。這4個(gè)濕地生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況處于良好等級(jí)。

3 結(jié)語(yǔ)

采用加權(quán)重疊排序法來(lái)進(jìn)行濕地生態(tài)系統(tǒng)健康狀況預(yù)警研究，能比較真實(shí)地反映濕地健康狀況。預(yù)警研究是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，涉及因子多，而濕地基礎(chǔ)資料是預(yù)警研究的基礎(chǔ)，資料數(shù)據(jù)的數(shù)量和質(zhì)量與預(yù)警精度密切相關(guān)。國(guó)家應(yīng)建立全國(guó)各類(lèi)型濕地生態(tài)系統(tǒng)健康狀況監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，利用遙感技術(shù)和GIS信息系統(tǒng)，建立在時(shí)間序列基礎(chǔ)上的觀測(cè)資料數(shù)據(jù)庫(kù)，定期發(fā)布有關(guān)濕地生態(tài)系統(tǒng)健康狀況的動(dòng)態(tài)信息，確保濕地保護(hù)紅線(xiàn)得以落實(shí)。