白洋淀濕地生態(tài)系統(tǒng)演變及健康狀態(tài)評(píng)價(jià)

劉園園，程伍群，薄秋宇，鄭笑天，龐立軍，孫 童

（河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 城鄉(xiāng)建設(shè)學(xué)院，河北 保定071001）

關(guān)鍵字：白洋淀濕地；演變；健康評(píng)價(jià)

由于自然因素和人類(lèi)活動(dòng)的影響，白洋淀濕地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)生較大變化，生態(tài)功能逐漸減弱［1-2］。雄安新區(qū)水城共融生態(tài)城市的建設(shè)需要白洋淀為其提供良好的生態(tài)系統(tǒng)，故急需在了解白洋淀濕地生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，明確其演變的過(guò)程及影響因素。在此前提下，對(duì)白洋淀濕地進(jìn)行健康評(píng)價(jià)，可為進(jìn)一步的生態(tài)修復(fù)提供理論支持。

白洋淀濕地生態(tài)系統(tǒng)處于動(dòng)態(tài)變化之中，生態(tài)環(huán)境的惡化導(dǎo)致生態(tài)結(jié)構(gòu)變化，進(jìn)而影響濕地的生態(tài)過(guò)程和生態(tài)功能。針對(duì)白洋淀濕地出現(xiàn)的各種生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，各位學(xué)者進(jìn)行了大量的研究。對(duì)于白洋淀濕地生態(tài)系統(tǒng)的影響因素，李英華［3］認(rèn)為入淀水量、淀區(qū)水位和蒸發(fā)量等水文特征的變化使淀內(nèi)生物資源減少、濕地功能減弱。董娜［4］認(rèn)為氣候因素和人類(lèi)活動(dòng)的雙重影響導(dǎo)致入淀水量減少，加快了濕地生態(tài)系統(tǒng)的退化的進(jìn)程。對(duì)于白洋淀濕地的健康評(píng)價(jià)，鄧睿清［5］從水資源、生態(tài)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)3 方面建立白洋淀濕地健康評(píng)價(jià)體系，認(rèn)為生態(tài)系統(tǒng)處于不健康狀態(tài)。張彪等［6］從濕地功能方面構(gòu)建白洋淀評(píng)價(jià)體系，認(rèn)為白洋淀濕地生態(tài)環(huán)境質(zhì)量一般。筆者參加了河北省保定水文水資源勘測(cè)局組織的2018 年白洋淀水生態(tài)環(huán)境調(diào)查，本文結(jié)合較多單位的歷史生態(tài)資料［7-12］，應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，分析白洋淀生態(tài)系統(tǒng)演變的影響因素，綜合評(píng)價(jià)白洋淀濕地健康狀態(tài)，為打造雄安新區(qū)優(yōu)美自然生態(tài)環(huán)境提供理論依據(jù)。

1 白洋淀濕地生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)狀及演變分析

1.1 白洋淀濕地生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

白洋淀濕地生態(tài)系統(tǒng)中水生生物群落包括大型水生植物、浮游生物、底棲生物及魚(yú)類(lèi)等，它們與外界無(wú)機(jī)環(huán)境相互影響共同組成了白洋淀濕地復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)。筆者在參加2018 年白洋淀水生態(tài)環(huán)境調(diào)查的基礎(chǔ)上，對(duì)白洋淀濕地生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)狀進(jìn) 行分析。

白洋淀多數(shù)水域大型水生植物覆蓋度為60%左右，主要為一些耐污性較強(qiáng)的植物。蘆葦作為白洋淀的主要水生植被，能夠反映淀內(nèi)生態(tài)環(huán)境狀況，在燒車(chē)淀等水環(huán)境較好的水域生長(zhǎng)旺盛，而營(yíng)養(yǎng)鹽含量較高的南劉莊等地，蘆葦相對(duì)較少。馬來(lái)眼子菜多小面積分布于道路兩側(cè)，芡實(shí)和菱角僅在小楊家淀發(fā)現(xiàn)人工種植的群落。

浮游植物主要為藍(lán)藻、綠藻和裸藻，而金藻和黃藻僅少數(shù)存在于水質(zhì)較為清潔的水域。浮游動(dòng)物空間分布的差異與環(huán)境條件有關(guān)，王家寨、圈頭等地養(yǎng)殖業(yè)發(fā)達(dá)，營(yíng)養(yǎng)鹽含量較高，龜甲輪蟲(chóng)和臂尾輪蟲(chóng)等富營(yíng)養(yǎng)化指示種分布較多，生物密度相對(duì)偏高。底棲動(dòng)物主要為螺類(lèi)，且存在少數(shù)耐污的水絲蚓和搖蚊幼蟲(chóng)，清污的蚌類(lèi)僅發(fā)現(xiàn)背角無(wú)齒蚌。污水入淀口等水質(zhì)較差的水域僅存少量耐污生物，污水經(jīng)過(guò)一段流程凈化后，部分清污種類(lèi)逐漸出現(xiàn)，生物多樣性增大，介于1 ～2 之間。

白洋淀魚(yú)類(lèi)作為生態(tài)系統(tǒng)的高級(jí)消費(fèi)者，影響著整個(gè)系統(tǒng)的生物量分布。調(diào)查發(fā)現(xiàn)魚(yú)類(lèi)33 種，與50 年代相比減少39%，且多為小型魚(yú)，其中鯽魚(yú)為絕對(duì)優(yōu)勢(shì)種，一些大型經(jīng)濟(jì)魚(yú)類(lèi)和溯河魚(yú)類(lèi)消失，導(dǎo)致魚(yú)類(lèi)品種單一。

白洋淀濕地各生物群落在系統(tǒng)的營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)中均具有重要作用，生物多樣性的降低導(dǎo)致食物鏈結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，進(jìn)而影響生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能。為使白洋淀濕地生態(tài)系統(tǒng)維持穩(wěn)定狀態(tài)以符合雄安新區(qū)生態(tài)建設(shè)的要求，應(yīng)為水生生物提供適宜的生境條件，從水量和水質(zhì)兩方面改善淀區(qū)的生態(tài)環(huán)境。

1.2 白洋淀濕地生態(tài)系統(tǒng)的演變及其影響因素分析

近幾十年，白洋淀大型水生植物結(jié)構(gòu)變化較為明顯（圖1），適宜在清潔水體中生長(zhǎng)的植物數(shù)量逐漸減少。蘆葦是白洋淀的優(yōu)勢(shì)挺水植物，水位波動(dòng)幅度較大將抑制其生長(zhǎng)。蘆葦正常生長(zhǎng)需要一定的管護(hù)過(guò)程，1995 年以后大量蘆葦產(chǎn)品商業(yè)價(jià)值喪失，因收割不及時(shí)導(dǎo)致次年生長(zhǎng)條件惡化，使淀區(qū)蘆葦退化明顯。同時(shí)淀內(nèi)淺水區(qū)圍墾現(xiàn)象增多，導(dǎo)致蘆葦出現(xiàn)較大面積的衰減。

圖1 白洋淀水生植物結(jié)構(gòu)Fig.1 The structure of aquatic plants in Baiyangdian

浮葉植物芡實(shí)和菱角均適宜生活在無(wú)污染水體中，20 世紀(jì)50 年代產(chǎn)量較多，沉水植物馬來(lái)眼子菜適宜中營(yíng)養(yǎng)水質(zhì)環(huán)境，2000 年前優(yōu)勢(shì)性顯著，后期由于水環(huán)境改變導(dǎo)致這3 種植物分布面積大量減少［13］。大型水生植物的生長(zhǎng)與水深、光照和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)密切相關(guān)，白洋淀重新蓄水后水環(huán)境得到一定恢復(fù)，使水生植物數(shù)量有所增加，但隨后又呈減少趨勢(shì)，污染嚴(yán)重的淀泊僅生長(zhǎng)少數(shù)耐污性強(qiáng)的植物，水生植物覆蓋度減少。

近幾十年，白洋淀浮游生物不僅種類(lèi)數(shù)逐漸減少，而且結(jié)構(gòu)組成變化較大。其中，浮游植物的變化尤為明顯，如圖2 所示，浮游植物中藍(lán)藻和綠藻比例逐年增多，黃藻和金藻比例呈減少趨勢(shì)。營(yíng)養(yǎng)鹽是影響浮游植物結(jié)構(gòu)和數(shù)量的主要因素［14］，藍(lán)藻、綠藻適宜在含氮量較高的堿性水體中生長(zhǎng)，而金藻和黃藻適宜低營(yíng)養(yǎng)水環(huán)境，白洋淀水體富營(yíng)養(yǎng)化程度的上升使藍(lán)綠藻大量繁殖，而不耐污的藻類(lèi)受到抑制，進(jìn)而導(dǎo)致浮游植物多樣性逐漸減小，生物數(shù)量呈增加趨勢(shì)。

圖2 白洋淀浮游植物結(jié)構(gòu)Fig.2 The structure of phytoplankton in Baiyangdian

白洋淀底棲動(dòng)物結(jié)構(gòu)變化也較為明顯，如圖3所示，耐重污的寡毛類(lèi)、搖蚊類(lèi)和水蛭比例逐年增多，耐中污的螺類(lèi)一直為分布較廣的種類(lèi)，50 年代的優(yōu)勢(shì)種蚌類(lèi)逐年減少。1958 和1975 年，白洋淀昆蟲(chóng)幼蟲(chóng)中尚有較多清潔水域特有的色?？朴紫x(chóng)和蜉蝣幼蟲(chóng)，而在本次調(diào)查中均未發(fā)現(xiàn)。底棲動(dòng)物生活史的全部或大部分時(shí)間生活于水體底部，對(duì)環(huán)境變化反應(yīng)敏感［15］，因淀內(nèi)水位不穩(wěn)和水質(zhì)污染，導(dǎo)致底棲動(dòng)物生物多樣性降低。水環(huán)境直接影響水生生物的生長(zhǎng)狀況，且生物可指示淀區(qū)水體的污染程度，故應(yīng)加強(qiáng)淀區(qū)生態(tài)環(huán)境的監(jiān)督管理，及時(shí)監(jiān)測(cè)生物和水質(zhì)的變化并做出應(yīng)對(duì)措施，使水質(zhì)狀況達(dá)到Ⅲ類(lèi)水功能區(qū)劃水質(zhì)目標(biāo)，恢復(fù)生物群落結(jié)構(gòu)。

圖3 白洋淀底棲動(dòng)物結(jié)構(gòu)Fig.3 The structure of benthic animals in Baiyangdian

20 世紀(jì)50 年代白洋淀魚(yú)類(lèi)資源豐富，優(yōu)質(zhì)品種較多。60 年代以后，白洋淀魚(yú)類(lèi)不僅種類(lèi)與數(shù)量呈減少趨勢(shì)，而且組成上以鯉魚(yú)、鯽魚(yú)和黑魚(yú)等耐低氧種類(lèi)增多。對(duì)比白洋淀歷年魚(yú)類(lèi)年齡結(jié)構(gòu)（圖4），發(fā)現(xiàn)白洋淀魚(yú)類(lèi)以一、二齡為主，且魚(yú)齡為一的魚(yú)類(lèi)比例逐漸增大，說(shuō)明白洋淀魚(yú)類(lèi)具有小型化、低齡化趨勢(shì)。

圖4 白洋淀魚(yú)類(lèi)年齡Fig.4 The age of fishes in Baiyangdian

魚(yú)類(lèi)生長(zhǎng)繁殖狀況與淀區(qū)水質(zhì)、水位密切相關(guān)。魚(yú)類(lèi)生存要求水體溶解氧應(yīng)在4.0 mg/L 以上，水污染將使溶解氧降低而抑制魚(yú)類(lèi)生長(zhǎng)，導(dǎo)致耐低氧種類(lèi)比重增大。白洋淀魚(yú)蝦等正常繁殖適宜水位為7.3 ～8.0 m，淀區(qū)水位不穩(wěn)且呈日益下降之勢(shì)，直接影響魚(yú)類(lèi)的生長(zhǎng)繁殖。管理不善等原因也加劇了魚(yú)類(lèi)資源的破壞程度，人類(lèi)捕撈強(qiáng)度大，致使魚(yú)類(lèi)趨向于低齡化、小型化。淀區(qū)人民為了發(fā)展經(jīng)濟(jì)，通過(guò)圍埝大面積進(jìn)行人工水產(chǎn)養(yǎng)殖，甚至種植水稻等經(jīng)濟(jì)型作物，2017 年白洋淀圍埝占淀區(qū)總面積的17.65%，且用途較多（圖5），此現(xiàn)象不僅加重了淀區(qū)水污染程度，而且阻礙了淀區(qū)水體連通性，影響濕地的水文循環(huán)過(guò)程。

圖5 白洋淀內(nèi)圍埝用途分布Fig.5 Application distribution of cofferdams in Baiyangdian

白洋淀濕地對(duì)隨水流進(jìn)入淀內(nèi)的污染物有較強(qiáng)的凈化功能，水質(zhì)惡化和水體連通程度差將降低濕地的自凈能力，從而影響水生生物的生境條件。府河入淀口安新橋?yàn)樗|(zhì)較差的水域，其在淀內(nèi)沿水體流向（安新橋─光淀張莊─棗林莊）可形成水體凈化帶［16］。磷是白洋淀富營(yíng)養(yǎng)化的主要因素，若水體經(jīng)濕地凈化，磷含量可由Ⅴ類(lèi)變?yōu)棰蝾?lèi)，認(rèn)為濕地對(duì)污染物的去除效果較好，自凈能力較強(qiáng)。

白洋淀入淀水量逐年減少，豐-平-枯的變化趨勢(shì)顯著（圖6），水量變化導(dǎo)致水位波動(dòng)幅度增大，進(jìn)而抑制水生生物的生長(zhǎng)。調(diào)查發(fā)現(xiàn)白洋淀蘆葦、蓮、漁類(lèi)生長(zhǎng)適宜的水位波動(dòng)幅度一般低于0.5～0.7m，為保障淀內(nèi)生態(tài)需水量，通過(guò)上游水庫(kù)及外流域調(diào)水工程聯(lián)合補(bǔ)水，建立完善的白洋淀水資源保障體系，有利于促進(jìn)白洋淀濕地生態(tài)系統(tǒng)的健康循環(huán)。

圖6 入淀水量累積距平圖Fig.6 The accumulated variance of water flow

2 白洋淀生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)

2.1 構(gòu)建白洋淀濕地健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2.1.1 評(píng)價(jià)體系的建立 雄安新區(qū)對(duì)白洋淀濕地生態(tài)環(huán)境提出了較高的要求，為評(píng)價(jià)白洋淀濕地生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況，本文以生態(tài)環(huán)境為理論基礎(chǔ)，建立含生物、生境和社會(huì)環(huán)境指標(biāo)的白洋淀濕地健康評(píng)價(jià)3 級(jí)指標(biāo)體系，見(jiàn)圖7，各評(píng)價(jià)指標(biāo)以雄安新區(qū)生態(tài)建設(shè)的目標(biāo)為依據(jù)。

2.1.2 評(píng)價(jià)等級(jí)及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 本評(píng)價(jià)將白洋淀濕地生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)分為健康、亞健康、不健康和病態(tài)4 個(gè)等級(jí)，各健康狀態(tài)分級(jí)特征見(jiàn)圖8。

本文制定的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)主要參考以下幾點(diǎn)：地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB3838—2002）等國(guó)家制定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；雄安新區(qū)生態(tài)建設(shè)目標(biāo)；各學(xué)者成熟的科研成果［17-18］。各指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

圖7 白洋淀濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)體系Fig.7 Assessment system of wetland ecosystem health in Baiyangdian

圖8 白洋淀濕地生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)等級(jí)特征Fig.8 Characteristics of health status of wetland ecosystem in Baiyangdian

表1 白洋淀濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Classification standard of wetland ecosystem health evaluation index in Baiyangdian

2.1.3 評(píng)價(jià)模型 多級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)具有結(jié)構(gòu)清晰，系統(tǒng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，可以將定性與定量指標(biāo)有效結(jié)合，并且可以將多個(gè)因素聯(lián)系起來(lái)進(jìn)行綜合評(píng)定［19］，構(gòu)建模糊綜合評(píng)價(jià)模型可使評(píng)價(jià)結(jié)果與白洋淀濕地生態(tài)系統(tǒng)的實(shí)際情況更為接近。

權(quán)重的確定采用層次分析法，根據(jù)評(píng)價(jià)體系的層次結(jié)構(gòu)模型以及各層次評(píng)價(jià)指標(biāo)之間的相互關(guān)系，利用T L Saaty 的1 ～9 標(biāo)度法，對(duì)各層次評(píng)價(jià)指標(biāo)分別進(jìn)行比較分析，構(gòu)造判斷矩陣，并檢驗(yàn)其是否具有一致性［20］。

2.2 綜合健康評(píng)價(jià)

由層次分析法，計(jì)算出白洋淀濕地健康評(píng)價(jià)體系生物、生境、社會(huì)環(huán)境指標(biāo)的權(quán)重向量為：

W1=（0.423 6，0.122 4，0.227 0，0.227 0）；

W2=（0.085 5，0.320 5，0.454 7，0.139 3）；

W3=（0.2，0.2，0.6）。

白洋淀濕地生態(tài)系統(tǒng)評(píng)價(jià)體系準(zhǔn)則層對(duì)目標(biāo)層的權(quán)重向量為：

W=（0.539 6，0.297 0，0.163 4）。

應(yīng)用隸屬度理論對(duì)濕地生態(tài)系統(tǒng)健康綜合評(píng)價(jià)的多指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)一度量，參考相關(guān)文獻(xiàn)［21］評(píng)價(jià)指標(biāo)隸屬度的確定方法，對(duì)各指標(biāo)2018 年現(xiàn)狀值進(jìn)行計(jì)算，得到生物指標(biāo)、生境指標(biāo)和社會(huì)環(huán)境指標(biāo)的隸屬度矩陣分別為R1、R2、R3。

將上述隸屬度矩陣及權(quán)重帶入模糊綜合評(píng)價(jià)模型，得到1 級(jí)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果為：

B1=W*R=(0，0.668 2，0.331 8，0)；

B2=W*R=(0.027 3，0.501 3，0.247 1，0.224 3）；

B3=W*R=（0.150 0，0.400 0，0.350 0，0.100 0）。

2 級(jí)綜合評(píng)價(jià)計(jì)算結(jié)果為：B=W*R=（0.032 6，0.574 8，0.309 6，0.083 0）。

2.3 綜合評(píng)價(jià)結(jié)果分析

白洋淀濕地亞健康狀態(tài)的隸屬度最大，為0.574 8，隨后依次為不健康、病態(tài)和健康狀態(tài)，如圖9。由最大隸屬度原則，得2018 年白洋淀濕地的健康狀態(tài)為亞健康。從子系統(tǒng)層面分析，生物指標(biāo)在0.668 2 水平上為亞健康、生境指標(biāo)在0.501 3 水平上為亞健康、社會(huì)環(huán)境指標(biāo)在0.4 水平上為亞健康；生境指標(biāo)病態(tài)的隸屬度較大，健康水平處于較差狀態(tài)。

圖9 白洋淀濕地生態(tài)系統(tǒng)評(píng)價(jià)結(jié)果Fig.9 Assessment results of Baiyangdianwetland ecosystem

目前影響白洋淀濕地生態(tài)系統(tǒng)健康發(fā)展的關(guān)鍵是淀區(qū)的生態(tài)環(huán)境狀況，為水生生物營(yíng)造良好的生存環(huán)境，促進(jìn)系統(tǒng)內(nèi)部的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)，使生物群落結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定，是恢復(fù)白洋淀濕地生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)的根本途徑。具體措施為：建立多水源補(bǔ)水機(jī)制，保證生態(tài)需水量；從源頭減少入淀污染物，充分發(fā)揮淀內(nèi)水體的自凈功能；拆除圍埝，減少破壞生態(tài)平衡的人為干擾，實(shí)現(xiàn)淀區(qū)的生態(tài)效益［22］。

3 結(jié)論

本文在2018 年白洋淀水生態(tài)調(diào)查的基礎(chǔ)上，分析了白洋淀生態(tài)系統(tǒng)的演變及其影響因素，發(fā)現(xiàn)白洋淀生態(tài)系統(tǒng)的生物群落結(jié)構(gòu)變化顯著，水量不足、水質(zhì)污染和人類(lèi)活動(dòng)的干擾是其演變的主要因素。

通過(guò)構(gòu)建白洋淀濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)3 級(jí)指標(biāo)體系，得出2018 年白洋淀濕地生態(tài)系統(tǒng)為亞健康，其中生物、生境和社會(huì)環(huán)境指標(biāo)中生境指標(biāo)的健康水平較差。修復(fù)濕地生態(tài)環(huán)境是維持白洋淀健康狀態(tài)的重要途徑，不僅要保障濕地生態(tài)需水量和改善水質(zhì)狀況，還應(yīng)對(duì)淀內(nèi)人類(lèi)活動(dòng)進(jìn)行科學(xué)管理。