中國濕地景觀生態(tài)健康研究進展

楊靜涵 楊 利

(湖南師范大學 旅游學院,湖南 長沙 410081)

濕地是陸地與水體的緩沖地帶,與森林、海洋共同被列為世界三大生態(tài)系統(tǒng),在提供物質(zhì)生產(chǎn)、調(diào)節(jié)氣候和水文、維持全球生態(tài)平衡、保護物種基因和地球生態(tài)環(huán)境方面發(fā)揮著極其重要的作用[1-3]。近年來,隨著經(jīng)濟的快速增長和人口的逐漸增多,地球生態(tài)環(huán)境問題日益加劇,濕地生態(tài)環(huán)境遭受了不同程度的破壞,這對區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)和生態(tài)健康造成了嚴重影響。隨著可持續(xù)發(fā)展理念的提出,國內(nèi)外學者對于濕地生態(tài)環(huán)境方面的研究與日俱增,2002年以后,我國學者開始高度重視生態(tài)系統(tǒng)健康方面的研究[4-5],濕地景觀生態(tài)健康也成為近年來關于濕地的研究熱點。本研究根據(jù)國內(nèi)相關文獻,對濕地景觀生態(tài)健康的概念、研究尺度和內(nèi)容及相關研究方法進行了梳理和對比,并對未來研究方向作出了展望,以期能夠?qū)ξ磥頋竦鼐坝^生態(tài)健康研究提供一定的參考。

1 相關概念

1.1 生態(tài)系統(tǒng)健康

生態(tài)系統(tǒng)健康源自于20世紀40年代Aldo leopold提出的“Land health”(土地健康)概念,認為沒有被人為侵占,且自身功能沒有受損的土地才是健康的土地[6],隨后,生態(tài)系統(tǒng)健康概念在此基礎上逐漸演化而來。由于生態(tài)系統(tǒng)自身的復雜性和研究視角的不同,國內(nèi)外學者對于生態(tài)系統(tǒng)健康具有不同的解釋,其概念的界定亦經(jīng)歷了由最初的從生態(tài)學視角出發(fā)[7]到加入人類健康因素[8-9]的發(fā)展過程。國內(nèi)學者對于生態(tài)系統(tǒng)健康的理解是在國外研究基礎上發(fā)展而來的,雖然對于生態(tài)系統(tǒng)健康的概念界定不一,但都著眼于生態(tài)系統(tǒng)的完整性、穩(wěn)定性和自身恢復力,任海等[10]認為生態(tài)系統(tǒng)健康是指生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定且可持續(xù)發(fā)展,能夠在維持自身組織及自主性的同時,在外界脅迫下容易恢復;崔保山等[11]更為強調(diào)生態(tài)系統(tǒng)需在外界擾動下保持其彈性和穩(wěn)定性,認為生態(tài)系統(tǒng)健康的發(fā)展終極是生態(tài)完整性;肖風勁等[12]在此基礎上指出生態(tài)系統(tǒng)健康具有綜合性,不僅包括生態(tài)學意義上的健康,還包括經(jīng)濟學意義上和人類學意義上的健康;李春暉等[13]則強調(diào)生態(tài)系統(tǒng)健康是生態(tài)系統(tǒng)在保持其完整性的同時,還應具備生態(tài)服務功能,為人類社會提供相應的服務,其中提到的生態(tài)系統(tǒng)健康的必備條件對生態(tài)健康評價指標體系的構(gòu)建具有一定的參考價值。

1.2 景觀健康

景觀健康的概念由Lepold提出的“土地健康”概念升華而來,認為景觀健康的標準即為“土地的自更新能力”[14],隨后國內(nèi)外學者對于景觀健康的研究深受生態(tài)系統(tǒng)健康研究的影響。國內(nèi)一些學者最先將生態(tài)系統(tǒng)健康科學引入到景觀健康的研究中,其中以袁興中等[15]為代表,并對景觀健康的概念和標準作出了解釋,提出在景觀評價中要將“健康”和“生態(tài)系統(tǒng)完整性”作為主要關注點;隨后,曹宇等[16]對景觀健康概念作出了界定:在人類的積極干預條件下,人類活動的影響不至于導致景觀在維持其自身穩(wěn)定結(jié)構(gòu)與正常功能時發(fā)生紊亂;景觀的演變不會隨著時間的發(fā)展而受到影響,亦不會損害鄰近景觀及人類社會-經(jīng)濟系統(tǒng)的有序、健康及持續(xù)發(fā)展,并指出景觀健康必備的兩個標準——穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)服務能力和自我調(diào)整能力,此概念得到眾多國內(nèi)學者的認同,因而具有極強的代表性。在前人研究的基礎上,李玉鳳[17]提出景觀健康不僅包括景觀內(nèi)部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和提供生態(tài)服務功能,還應包括景觀過程的可持續(xù)性。盡管各學者對于景觀健康的解釋不盡相同,但都強調(diào)了景觀生態(tài)系統(tǒng)自身結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和一定的生態(tài)服務功能。

景觀是由相互作用的生態(tài)系統(tǒng)共同組成的異質(zhì)性區(qū)域,相比生態(tài)系統(tǒng)健康,景觀健康具有更大的空間尺度,但景觀健康與生態(tài)系統(tǒng)健康亦存在諸多相似之處,因此,對于景觀健康的研究可以參考生態(tài)系統(tǒng)健康的研究方法。

2 研究尺度

景觀生態(tài)系統(tǒng)具有復雜性和多樣性,其范圍可大可小,不同尺度的景觀生態(tài)系統(tǒng)亦會呈現(xiàn)出瞬變或穩(wěn)定的特性,因此,選擇的研究尺度不一,對景觀生態(tài)格局和相互作用規(guī)律的掌控亦會存在差異,并進而影響研究結(jié)果的科學性和有效性[18]。

2.1 時間尺度

在時間尺度上,對于濕地景觀生態(tài)健康的研究可以分為時間“點”研究和時間“段”研究。前者是關于濕地某個時間點的景觀生態(tài)健康研究,例如付元祥等[19]、巫柳蘭[20]分別以云南洱源西湖國家濕地公園、桂林會仙濕地公園為研究區(qū)域,對其特定年份的景觀健康進行了評價。這類研究能快速掌握濕地當前的健康狀態(tài)及存在問題,及時提出相應對策,但該類研究難以尋找參照值進行對比分析,并且經(jīng)驗成分相對來說較多。后者是關于濕地特定時間段的景觀生態(tài)健康研究,時間相對較長,孫才志等[21]對鴨綠江口濱海濕地1995—2005年的景觀生態(tài)健康狀況和變化作了評價和分析;楊利等[22]以西洞庭湖青山湖城市濕地公園為研究區(qū)域,對其1993—2013年間的景觀健康進行了歷時性分析。該類研究具有系統(tǒng)性和全面性,但由于時間跨度較大,需要掌握大量的數(shù)據(jù),并且由于較早年份的數(shù)據(jù)可能缺失,因此,在數(shù)據(jù)獲取方面相對來說具有較大的困難。對于時間尺度的選擇,應該綜合考慮研究區(qū)域的實際情況和特點,以及濕地公園景觀健康的靜態(tài)特征和動態(tài)變化。

2.2 空間尺度

在空間尺度上,國內(nèi)對于濕地景觀健康的研究可分為宏觀尺度研究和微觀尺度研究。宏觀尺度的濕地景觀健康研究將區(qū)域濕地生態(tài)系統(tǒng)作為整體,如談娟娟等[23]對灤河流域的景觀生態(tài)健康狀況及演變進行了研究,并進一步分析了景觀生態(tài)健康的驅(qū)動力因素;王書可等[24]將三江平原濕地生態(tài)系統(tǒng)作為研究對象,綜合考慮健康指標的選取,在大尺度上研究景觀生態(tài)健康特征。該類型研究可以從宏觀尺度上掌握濕地景觀生態(tài)健康狀況,并及時提出相關建議。由于區(qū)域尺度較大,研究區(qū)域包含的濕地類型豐富多樣,因此在選取健康指標時應注重其綜合性和典型性。微觀尺度的濕地景觀健康研究以局部區(qū)域的濕地生態(tài)系統(tǒng)為研究對象,如對某一特定的濕地進行案例研究,更加注重研究區(qū)域與周圍環(huán)境間的聯(lián)系和相互作用,在指標的選取上會更加細化。朱穎等[25]從生態(tài)和景觀質(zhì)量兩個層面構(gòu)建濕地公園景觀健康評價指標體系,對蘇州太湖國家濕地公園進行景觀評價;李玉鳳等[26]則以西溪國家濕地公園為研究區(qū)域,不僅對其景觀健康作出了評價,還以該濕地公園為整體,具體分析其景觀健康的空間差異。該類型研究對于濕地景觀健康狀況的把控會更加具體詳細,但某些在宏觀研究尺度上作用不甚明顯的細化局部要素也可能會影響研究結(jié)論的科學性和真實性。在空間尺度的選擇上,應根據(jù)實際情況考慮二者的結(jié)合。

3 研究內(nèi)容

3.1 景觀生態(tài)健康評價研究

對于濕地景觀生態(tài)健康的研究側(cè)重點已從概念的界定轉(zhuǎn)移到實踐中的定量評價分析,目前對于濕地景觀健康的研究多集中在景觀健康評價上。濕地景觀健康評價旨在通過研究濕地生態(tài)系統(tǒng)在當前環(huán)境壓力和人為干擾下的表現(xiàn)特征,對濕地景觀生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)狀進行診斷[27]。目前對于濕地景觀健康評價的研究已取得了一定的成果,其評價方法在國內(nèi)外學者的探索中不斷完善,3S技術的發(fā)展也為評價方法的發(fā)展和革新提供了幫助。當前常用的評價方法主要有生物法和指標體系法。

3.1.1 生物法

生物法主要包括指示物種法和生物完整性指數(shù)法(IBI)。由于我國濕地生物監(jiān)測的發(fā)展還處在初級階段,因此生物法在國內(nèi)的應用相對較少。

指示物種法選取特定物種或類群作為研究對象,通過其研究結(jié)果來評價濕地景觀生態(tài)系統(tǒng)健康水平[28],通常會選用對環(huán)境變化較為敏感的浮游生物、底棲無脊椎動物和各種魚類作為指示物種,該方法測度容易,成本低,能夠簡單快速地評價景觀生態(tài)健康狀況,但也存在一定的不足:不明確的篩選標準和不合適的監(jiān)測參數(shù)會使生態(tài)系統(tǒng)健康評價結(jié)果出現(xiàn)誤差。胡會峰等[29]采用指示物種法,通過對浮游動植物的生物量計算,綜合分析得出青海湖濕地生態(tài)系統(tǒng)健康水平;鄭耀輝等[30]認為可以通過海蛙的環(huán)境指示功能和監(jiān)測功能研究來評價紅樹林濕地生態(tài)系統(tǒng)健康狀況。

生物完整性指數(shù)法(IBI)最初是將魚類作為指示物種構(gòu)建參數(shù)體系來評價河流的生態(tài)健康水平[31],因其專業(yè)性強,評價結(jié)果精確、直觀而被廣泛應用于濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評價中,其完整性指數(shù)也由最初的魚類完整性指數(shù)(F-IBI)[32]發(fā)展為無脊椎動物完整性指數(shù)(M-IBI)[33]、植被完整性指數(shù)(V-IBI)[34]、鳥類完整性指數(shù)(B-IBI)[35]、藻類完整性指數(shù)(P-IBI)[36]等多種參數(shù)體系。國內(nèi)學者采用IBI方法對我國不同類型的濕地進行了生態(tài)健康評價,并且在IBI構(gòu)建方法的完善上做出了一定的嘗試。陳展等[37]認為將植物作為指示生物便于實地調(diào)查,并且對于該物種可進行分類鑒定,因此將V-IBI用于白洋淀濕地生態(tài)系統(tǒng)健康的研究。劉曼紅[38]根據(jù)呼蘭河口濕地的實際情況,同時采用B-IBI和F-IBI對其水生態(tài)系統(tǒng)健康進行了研究。陸健剛等[39]則在采用B-IBI進行鄱陽湖水生態(tài)系統(tǒng)健康的同時,將GIS技術應用于IBI研究結(jié)果中,以提高評價結(jié)果的精度。但由于IBI法需要進行野外數(shù)據(jù)采集,工作量相對較大,因此目前僅適用于小尺度濕地景觀生態(tài)健康的研究。

3.1.2 指標體系法

生物法在景觀生態(tài)健康評價中側(cè)重于對自然環(huán)境和生物因素研究,而指標體系法則涉及多個學科領域,在考慮生態(tài)因素的同時,還納入了景觀、人類活動、社會經(jīng)濟等因素,因此其景觀生態(tài)健康評價結(jié)果更加綜合全面,是國內(nèi)景觀生態(tài)健康研究的常用方法。構(gòu)建科學合理的評價指標體系是進行濕地景觀生態(tài)健康評價的基礎,由于各個研究區(qū)域的實際情況不一,且不同研究者的研究角度和出發(fā)點存在差異,因此所構(gòu)建的指標體系亦是多種多樣。Costanza等[40-41]提出VOR模型,通過活力(Vigor)、組織力(Organization)、恢復力(Resilience)指數(shù)的乘積來評價生態(tài)健康,該概念模型對當前生態(tài)健康理論起著廣泛的影響;邊得會[42]對當前VOR模型進行了改進,并擴展了模型維度,通過改進后的模型對伊通河干流濕地生態(tài)健康進行了評價;Friend和Rapport則綜合壓力、狀態(tài)、響應三個層面考慮提出PSR模型,該模型是目前應用最為廣泛的景觀生態(tài)健康評價模型[43],秦趣[44]、徐國榮[45]、王建良[46]等都曾采用PSR模型構(gòu)建濕地景觀生態(tài)健康評價指標體系,對各自研究區(qū)域進行了景觀生態(tài)健康評價。出于自身研究和指標體系完善的需要,學者們在原有PSR模型中加入了驅(qū)動力因素和影響因素,構(gòu)建了DPSIR(驅(qū)動力-壓力-狀態(tài)-影響-響應)模型,并將其應用到實踐研究中[47],該模型為景觀生態(tài)健康評價提供了更為合適的時空尺度,使研究對象的特征表現(xiàn)得更加直觀。此外,隨著景觀生態(tài)學的發(fā)展和3S技術的進步,景觀指標被應用到指標體系的研究中,眾多學者基于景觀格局演變分析,通過數(shù)學模型和統(tǒng)計軟件對濕地景觀生態(tài)系統(tǒng)健康進行評價[48]。如李春濤等[49]從景觀結(jié)構(gòu)、生態(tài)環(huán)境、社會經(jīng)濟三個方面構(gòu)建了景觀健康評價指標體系,對塘西河濕地公園景觀健康進行了研究;李玉鳳等[50]則采用景觀結(jié)構(gòu)和水環(huán)境健康評價模型來評價西溪濕地公園景觀健康水平,并對濕地公園景觀健康的空間差異進行了分析。

指標體系法的景觀健康評價結(jié)果雖然更加綜合全面,但各指標層之間沒有清晰的界限,同時在選取指標和確定指標權(quán)重時會帶有較強的主觀性,在今后的研究中,可考慮根據(jù)實際情況,將生物監(jiān)測法和指標體系法相結(jié)合綜合評價濕地景觀生態(tài)健康,以提高評價結(jié)果的科學性與準確性。

3.2 景觀生態(tài)健康預警研究

預警是指對在時空中將要出現(xiàn)的異常情況進行預測,并提出相應的預防措施、建議。隨著環(huán)境污染問題的加劇和可持續(xù)發(fā)展概念的提出,生態(tài)健康預警研究在全球得到了廣泛而迅速的發(fā)展。濕地景觀生態(tài)健康預警就是通過對濕地景觀生態(tài)系統(tǒng)健康現(xiàn)狀的分析,識別其健康危機程度,對未來濕地景觀生態(tài)系統(tǒng)健康程度作出預測,針對當前存在的問題提出改善措施,以實現(xiàn)濕地景觀生態(tài)系統(tǒng)的健康可持續(xù)發(fā)展[51]。國內(nèi)學者在生態(tài)健康預警方面的研究時間較短,傅伯杰[52]最先對生態(tài)系統(tǒng)預警的基本理論和研究方法作出探討,提出可將可持續(xù)發(fā)展程度納入生態(tài)預警評價指標體系中,隨后,國內(nèi)對于生態(tài)健康預警的研究不斷發(fā)展,在指標體系構(gòu)建、研究方法方面取得了一定的成果,并將其應用于實證研究中。謝瑩等[53]出于簡易且高效率的考慮,從水量與水質(zhì)、濕地面積、生物多樣性三個層面選取6個反映濕地生態(tài)特征的指標構(gòu)建了濕地生態(tài)預警指標體系;而朱智洺等[54]在考慮濕地系統(tǒng)內(nèi)在因素的同時,也重視人類活動的外在影響,基于PSR模型選取29個指標設計出沿海濕地生態(tài)系統(tǒng)健康預警指標體系,為今后濕地景觀生態(tài)健康預警指標體系構(gòu)建方面的研究提供了一定的參考。對于研究方法的使用目前也處于探索階段,主要通過BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡[55]、灰色預測GM(1,1)模型[56]、加權(quán)重疊排序法[57]對濕地生態(tài)系統(tǒng)健康進行預警預測研究。此外,隨著3S技術的發(fā)展,生態(tài)監(jiān)測被逐漸應用于生態(tài)預警的實證研究中[58],在提供實時監(jiān)測數(shù)據(jù)、進行空間分析和掌握濕地景觀生態(tài)健康動態(tài)方面發(fā)揮著重要的作用[59]。

目前,我國對于景觀生態(tài)健康預警的研究還處于初級階段,無論是在理論基礎還是研究方法上,都存在很大的不足,也尚未確立一個得到廣泛認同的預警指標體系,對于定量方法的研究和數(shù)學模型的確定亦需要進行進一步的探索。

4 結(jié)論與展望

總體來講,國內(nèi)對于濕地景觀生態(tài)健康的理論探討和實證研究仍存在一系列的問題:在概念界定上,目前尚未對濕地景觀健康和濕地生態(tài)健康的概念作出準確的界定,雖然二者存在諸多相似之處,但仍需對二者內(nèi)涵作出嚴格的區(qū)分;在評價指標上,由于目前尚未形成統(tǒng)一的標準規(guī)范,因此研究者選用的指標存在一定的差異性,導致研究結(jié)果不一;在研究尺度上,現(xiàn)有研究多集中在濕地本身生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況,對于以濕地資源為依托的濕地公園景觀生態(tài)健康研究仍需要進一步發(fā)展。在今后的研究中,應著重關注以下幾點:

4.1 評價方法和指標體系

生物法和指標體系法都有其各自的優(yōu)缺點,在今后研究中應根據(jù)自身需要選擇合適的研究方法,同時,也可基于其他領域的研究成果,遵循科學性與適用性的原則,借鑒其研究方法,聯(lián)合使用多種評價方法進行濕地景觀生態(tài)系統(tǒng)健康評價研究。此外,當前急需制定出評價指標的選取標準和規(guī)范,根據(jù)不同濕地的特征,劃分出其各自的基準和閾值,構(gòu)建出準確合理的評價指標體系,科學評價濕地景觀生態(tài)健康狀況。

4.2 優(yōu)化研究尺度

現(xiàn)有研究中,在時間尺度上多是對于濕地某一特定年份的景觀生態(tài)健康研究,其結(jié)果難以反映濕地健康動態(tài)變化及演變趨勢,因此,今后可擴大時間尺度,加大對于濕地景觀生態(tài)健康的動態(tài)變化研究,在實證研究中也可建立指標變化與濕地變化間的數(shù)學模型,以便更加精確地評判其健康狀況。同時,可以將空間尺度進行疊加,對不同空間尺度的濕地景觀生態(tài)健康進行研究,然后對比不同尺度的研究結(jié)果,從而使評價結(jié)果更加精確、具體。

4.3 多學科、多領域融合研究

3S技術的發(fā)展為濕地景觀生態(tài)系統(tǒng)健康研究在數(shù)據(jù)獲取方面提供了極大的便利,通過生態(tài)監(jiān)測迅速準確地提取濕地景觀生態(tài)系統(tǒng)相關數(shù)據(jù),并結(jié)合可視化空間信息技術對數(shù)據(jù)進行處理,對于濕地景觀生態(tài)健康研究具有非常重大的意義。同時,由于濕地生態(tài)系統(tǒng)是一個復雜多樣的系統(tǒng),且極易受到人類活動的影響,濕地景觀生態(tài)健康研究除了需要依托生態(tài)學、地理學、統(tǒng)計學等學科理論與方法外,還要引入社會科學研究理論方法,使?jié)竦鼐坝^生態(tài)研究結(jié)果更加全面、綜合。在現(xiàn)有研究的基礎上,不同學科背景、不同領域的專業(yè)人才通過交流合作所形成的研究思路和所構(gòu)建的指標體系,將會為濕地的生態(tài)保護與管理提供更加切實可行的指導建議。