哈尼梯田濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

舒遠(yuǎn)琴,宋維峰,馬建剛

西南林業(yè)大學(xué),生態(tài)與環(huán)境學(xué)院, 昆明 650224

濕地是維持生物多樣性,提供動植物資源生長的重要場所,是重要的遺傳基因庫[1]。按照《濕地公約》對濕地類型的劃分，我國幾乎擁有所有類型的濕地,是世界上濕地資源最豐富的國家之一,濕地面積位列世界第四[2]。由于城市化、工業(yè)化進(jìn)程加劇和生態(tài)污染等問題導(dǎo)致我國濕地面積持續(xù)降低,濕地生態(tài)功遭受能破壞[3]。為保護(hù)濕地生態(tài)環(huán)境,自2017年《全國濕地保護(hù)“十三五”實(shí)施規(guī)劃》提出以后,開展了一系列與濕地生態(tài)環(huán)境有關(guān)的保護(hù)與修復(fù)工作[4]。

我國的人工濕地主要包括城市濕地和水稻田濕地[5],其中西南山地梯田是特殊的人工稻田濕地。以云南紅河哈尼梯田濕地為例,哈尼梯田是傳承上千年的典型稻田人工濕地的代表,其作為生態(tài)農(nóng)業(yè)不僅具有農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、民族文化價(jià)值還具有重要的濕地生態(tài)功能價(jià)值。然而,長期以來人們并未將其當(dāng)做特殊的人工濕地進(jìn)行管理研究,僅僅視其為一種農(nóng)業(yè)耕地。如今,由于人口迅速增長,哈尼梯田濕地的開發(fā)需求越來越大。一方面濕地不合理開發(fā)利用,濕地景觀格局破壞;另一方面,農(nóng)業(yè)人口流失導(dǎo)致大量梯田棄耕,水田變旱地濕地面積銳減,區(qū)域生態(tài)環(huán)境面臨的威脅增大[6]。在這樣的背景下,評價(jià)哈尼梯田濕地生態(tài)系統(tǒng)健康現(xiàn)狀,對保護(hù)哈尼梯田濕地的具有重要的意義。

目前,圍繞哈尼梯田濕地生態(tài)系統(tǒng)開展的研究主要涉及了梯田文化、生態(tài)安全及景觀旅游等方面[7],而對濕地系統(tǒng)健康評價(jià)的研究處于空白階段。認(rèn)識哈尼梯田濕地生態(tài)平衡的維持機(jī)制,構(gòu)建科學(xué)的健康評價(jià)體系對濕地的可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。

1 哈尼梯田濕地概況

1.1 分布

哈尼梯田濕地位于云南省紅河哈尼族彝族自治州南部(22°33′—23°08′N,101°48′0—103°38′E),行政區(qū)劃包括紅河州的紅河、元陽、綠春、金平四個(gè)縣,規(guī)模宏大,面積達(dá)到7×104hm2[8]。該區(qū)域地處北回歸線以南,屬于亞熱帶山地季風(fēng)氣候,干濕季分明,多霧多雨,年降水量800—1800mm,全年日照達(dá)2000h以上,具有良好的水熱資源[9]。2007年被列入國家公園濕地名錄,2013年被聯(lián)合國教科文組織批準(zhǔn)為世界文化遺產(chǎn)[10]。

1.2 維持機(jī)制

梯田濕地是指在水資源豐富的山區(qū),由人工開墾修筑而成的梯級水平稻田,一般采用高山來水自流灌溉,是人工濕地中的重要類型。哈尼梯田濕地是由哈尼族為主在長期的耕作過程中構(gòu)建的以種水稻為主的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng),包括水源、溝渠、魚塘、蓄肥池、梯田和河流組成部分。哈尼梯田濕地生態(tài)系統(tǒng)為高山峽谷地貌所控制,溝渠和河流均呈狹長帶狀延伸,由“森林-村莊-梯田-河流”四位一體結(jié)合而成。其中,梯田濕地廣泛分布于中下山,是梯田濕地生態(tài)系統(tǒng)的主要組成部分[11]。

哈尼梯田濕地具有明顯的空間垂直結(jié)構(gòu)特征,從山頂?shù)胶拥?由森林生態(tài)、村寨生態(tài)、濕地生態(tài)和溪流(河流)生態(tài)四個(gè)生態(tài)子系統(tǒng)構(gòu)成(圖1)并各自發(fā)揮著重要作用。山頂?shù)纳稚鷳B(tài)子系統(tǒng)作為天然的綠色水庫涵養(yǎng)水源、積累養(yǎng)分,形成了“山有多高,水有多高”的自流灌溉水源體系,為其它子系統(tǒng)提供水分和營養(yǎng)元素;居民在地勢平緩、氣候適宜的山腰地帶修建村寨,對其它子系統(tǒng)進(jìn)行經(jīng)營管理活動;村寨的下方開墾梯田,既方便引水灌溉,又便于村寨的人畜糞便運(yùn)輸。梯田濕地生態(tài)子系統(tǒng)提供了穩(wěn)定的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基礎(chǔ),并發(fā)揮著梯田人工濕地的生態(tài)功能。

圖1 哈尼梯田系統(tǒng)空間結(jié)構(gòu)[11]Fig.1 The spatial structure of Hani terrace system

1.2.1森林生態(tài)子系統(tǒng)

哈尼梯田順山勢而建,主要分布在海拔144—2000m的群山中,海拔落差較大,河谷深切,山間河流難以用于梯田濕地的灌溉用水,頂部森林通過對水資源的分配調(diào)節(jié)作用,對梯田和人類生產(chǎn)生活用水進(jìn)行補(bǔ)給。研究顯示哈尼梯田濕地森林子系統(tǒng)的水源涵養(yǎng)能力高于其他地區(qū),對該濕地適應(yīng)極端干旱氣候提供保障[12],森林儲蓄量的不足會導(dǎo)致濕地水資源的欠缺。同時(shí),森林子系統(tǒng)也是自然生物生存繁殖的場所,森林物種多樣性與森林生態(tài)服務(wù)功能呈正相關(guān)性,能增加森林系統(tǒng)的穩(wěn)定[13]。豐富的物種多樣性通過森林生產(chǎn)力傳導(dǎo)機(jī)制實(shí)現(xiàn)森林水源涵養(yǎng)、保育土壤、固氮釋氧、積累營養(yǎng)物質(zhì)等服務(wù)功能能力的提高[14]。

1.2.2濕地(梯田)生態(tài)子系統(tǒng)

空間結(jié)構(gòu)上處于村寨下部的梯田濕地生態(tài)子系統(tǒng)除了凈化水質(zhì)等生態(tài)功能還兼具物質(zhì)生產(chǎn)等經(jīng)濟(jì)功能。梯田的主要污染來自生活污水及農(nóng)業(yè)面源污染。梯田濕地能夠改變自然條件下水資源的空間分布格局、遷移速率和循環(huán)等過程通過氨化、反硝化作用等活動,截留水體中的氮磷物質(zhì),凈化水質(zhì)[15- 16],是整個(gè)系統(tǒng)健康的動力。有研究表示,哈尼梯田濕地在空間結(jié)構(gòu)上對氮磷截留作用表現(xiàn)出“匯”的景觀,輸出為“虧”狀態(tài),梯田截留作用明顯[17]。流經(jīng)梯田濕地內(nèi)部的污水被接納,維持了山腳河流的河流生態(tài)子系統(tǒng)健康,對下游生活區(qū)用水安全具有重要的作用。田塊間的引水渠是水流、營養(yǎng)元素、沉積物以及污染物質(zhì)等的空間轉(zhuǎn)移通道。引水渠系的連通性決定田間水分的運(yùn)移量和均勻度,合理的渠系結(jié)構(gòu)能滿足梯田濕地的灌溉需求。作為一種廊道網(wǎng)絡(luò),水渠表現(xiàn)出對濕地生態(tài)系統(tǒng)的隔離作用[18]。然而,哈尼梯田濕地天然渠系的良好發(fā)展在為水資源分配提供了基本保障的同時(shí)并未割裂梯田景觀,一定程度上減少了梯田濕地的破碎化。梯田連綿成片、自然災(zāi)害發(fā)生率低是保證景觀優(yōu)美、耕作安全便利的基礎(chǔ)。其美學(xué)價(jià)值以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)創(chuàng)造出來的旅游和物質(zhì)產(chǎn)出經(jīng)濟(jì)價(jià)值不可忽視。值得注意的是,不科學(xué)的旅游發(fā)展模式也能導(dǎo)致景觀格局的改變,破壞濕地自然生態(tài)環(huán)境,增加人地矛盾[19]。

1.2.3村寨生態(tài)子系統(tǒng)

哈尼族是哈尼梯田濕地文化的主要創(chuàng)造者[20]。人類的干擾活動對生態(tài)環(huán)境健康和景觀結(jié)構(gòu)變化起著主導(dǎo)作用。濕地農(nóng)業(yè)人口流失造成梯田棄耕,農(nóng)業(yè)文化失去傳承[21]。引起農(nóng)村勞動力轉(zhuǎn)移現(xiàn)象的原因主要有兩種,一是人口密度過大,耕地壓力增加,人地矛盾突出。二是外界經(jīng)濟(jì)沖擊,當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)耕經(jīng)濟(jì)不能滿足人們的物質(zhì)生活質(zhì)量需求。梯田棄耕或者水田變旱地用以種植外來經(jīng)濟(jì)作物等人類活動都會導(dǎo)致水田面積縮減,加劇濕地生態(tài)子系統(tǒng)的退化。相反,耕作管理、環(huán)保工作的開展、濕地保護(hù)意識和人口素質(zhì)的提升、濕地相關(guān)保護(hù)政策法規(guī)制度的積極貫徹等積極的人類活動也能促進(jìn)對哈尼梯田濕地的保護(hù)。

整體上,森林、村寨、濕地與河流四個(gè)生態(tài)子系統(tǒng)相輔相成,制約平衡,是維持哈尼梯田濕地系統(tǒng)健康和永續(xù)利用的根本,只有保證“四位一體”的維持機(jī)制健康才能保證哈尼梯濕地系統(tǒng)的健康。

2 生態(tài)系統(tǒng)健康評價(jià)理論基礎(chǔ)

生態(tài)系統(tǒng)健康是生態(tài)系統(tǒng)一個(gè)重要的綜合特性,是把生態(tài)系統(tǒng)作為生命有機(jī)體的一種隱喻。生態(tài)系統(tǒng)健康這一概念產(chǎn)生于20世紀(jì)70—80年代[22],Rapport首次全面論述了生態(tài)系統(tǒng)健康的內(nèi)涵[23],將生態(tài)系統(tǒng)作為一個(gè)整體進(jìn)行評估,提出了生態(tài)系統(tǒng)醫(yī)學(xué)相當(dāng)于人類、生物有機(jī)體的生態(tài)系統(tǒng)健康診斷[24]。Costanza[25]從生態(tài)系統(tǒng)特點(diǎn)出發(fā),明確了生態(tài)系統(tǒng)健康是關(guān)于6個(gè)概念的綜合：(1)健康是一種穩(wěn)態(tài);(2)健康是沒有疾病的;(3)健康是系統(tǒng)多要素之間的平衡;(4)健康是多樣性或復(fù)雜性;(5)健康是有活力和可增長空間的;(6)健康是具有穩(wěn)定性或可恢復(fù)性的。生態(tài)系統(tǒng)健康的核心是生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能紊亂的辨識、診斷方案、健康的評價(jià)指標(biāo)、體系和評價(jià)方法[26]。生態(tài)系統(tǒng)健康主要包括動態(tài)性、層級性、創(chuàng)造性、有限性、多樣性以及人類是生態(tài)系統(tǒng)的組分等6個(gè)原理[27]。生態(tài)系統(tǒng)健康的評價(jià)主要包括生態(tài)系統(tǒng)本身和人類健康兩個(gè)方面和多個(gè)層次。

目前,濕地生態(tài)系統(tǒng)健康的評價(jià)方法主要是生物法和指標(biāo)體系法[28]。生態(tài)系統(tǒng)健康評價(jià)可以從生態(tài)系統(tǒng)的活力、組織結(jié)構(gòu)和恢復(fù)力3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)出發(fā)[29]。評價(jià)指標(biāo)主要有活力、恢復(fù)力、組織結(jié)構(gòu)、擴(kuò)散力、服務(wù)功能、管理措施選擇、對外部壓力的響應(yīng)以及人類健康影響等8個(gè)方面[30-31]。指標(biāo)需要遵循整體性、考慮空間尺度和指標(biāo)范疇、簡明可操作性以及可規(guī)范化等選取原則[32- 33]。

本文選擇以構(gòu)建指標(biāo)體系的方式評價(jià)哈尼梯田濕地系統(tǒng)的健康狀態(tài)。在構(gòu)建指標(biāo)體系過程中,經(jīng)濟(jì)學(xué)、生態(tài)學(xué)、復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)等學(xué)科的理論基礎(chǔ)都有具體體現(xiàn)。經(jīng)濟(jì)學(xué)理論中提到土地經(jīng)營集約度不能無限制地提高,要注重生產(chǎn)技術(shù)、科學(xué)管理和生產(chǎn)資料投入的應(yīng)用以提高土地經(jīng)營效益[34]。哈尼梯田濕地是山地農(nóng)田集約經(jīng)營的典范,在健康評價(jià)時(shí),需要考慮土地集約經(jīng)營的經(jīng)濟(jì)問題。研究區(qū)的人口素質(zhì)、濕地管理水平以及生產(chǎn)資料的投入,例如,農(nóng)林水等三個(gè)方面的投資等都與土地經(jīng)營效益相關(guān),是系統(tǒng)活力狀態(tài)和管理措施的反映。景觀生態(tài)學(xué)研究景觀格局與其生態(tài)學(xué)過程的相互作用[35],其中的穩(wěn)定性原則強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能之間長期演替發(fā)展的動態(tài)平衡[36]。根據(jù)維持機(jī)制的分析,哈尼梯田濕地的水文調(diào)節(jié)、物質(zhì)生產(chǎn)、旅游觀光等功能得以發(fā)揮都基于“四位一體”結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。在該濕地的健康評價(jià)時(shí),考慮了梯田破碎度、梯田退化率及森林面積等影響生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的指標(biāo)。哈尼梯田濕地系統(tǒng)作為一個(gè)復(fù)雜的人居整體環(huán)境,人類是整個(gè)環(huán)境最主要的創(chuàng)造者,區(qū)域內(nèi)的人類活動,尤其是耕作管理活動尤為重要,哈尼梯田濕地更好地發(fā)揮生態(tài)功能、物質(zhì)生產(chǎn)功能都離不開人類的管理活動。復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)理論強(qiáng)調(diào)整體觀,要把人類看做生態(tài)系統(tǒng)的一個(gè)有機(jī)組分,綜合考慮生態(tài)環(huán)境問題,才能達(dá)到人與自然的高度和諧[37]。

3 哈尼梯田濕地系統(tǒng)健康評價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

3.1 評價(jià)指標(biāo)選取

本研究基于對生態(tài)系統(tǒng)健康評價(jià)理論基礎(chǔ)和哈尼梯田濕地維持機(jī)制的分析,選取了20單項(xiàng)指標(biāo)構(gòu)建了關(guān)于生態(tài)特征、功能整合、社會與政治等3方面的健康評價(jià)指標(biāo)體系(表1)。

表1 哈尼梯田濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評價(jià)指標(biāo)體系

3.1.1生態(tài)特征指標(biāo)

根據(jù)崔保山[38]的研究,生態(tài)特征指標(biāo)主要涉及了水環(huán)境指標(biāo)和生物安全指標(biāo)等。哈尼梯田濕地作為人工型濕地,除了基本的指標(biāo),如水質(zhì)、生物多樣性指數(shù)和外來物種入侵度等指標(biāo)外,還應(yīng)該考慮濕地區(qū)域內(nèi)的渠系連通性、林田比指數(shù)、自然災(zāi)害率、梯田破碎度和梯田退化率等特征指標(biāo),這些指標(biāo)是根據(jù)哈尼梯田濕地的特殊性提出的指標(biāo),維持機(jī)制反映出濕地生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況與這一些指標(biāo)緊密相關(guān)。

(1)水質(zhì)

將國家《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)[39]的Ⅰ—Ⅱ類水、Ⅲ類水、Ⅳ類水、以及低于Ⅳ類水的類別將哈尼梯田濕地地表水質(zhì)量劃分為四大類,分別對應(yīng)水質(zhì)指標(biāo)的優(yōu)、良、中、差四個(gè)健康閾值。

(2)渠系連通性

合理的渠系結(jié)構(gòu)布置是哈尼梯田灌溉農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的保障。渠系連通性指標(biāo)對哈尼梯田濕地系統(tǒng)的健康有重要意義。根據(jù)張兆豪[40]和王梅[41]等研究,哈尼梯田渠系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)可通過野外實(shí)地調(diào)查和快鳥影像圖等方法獲得。本文的渠系連通性可從以下幾個(gè)方面評價(jià)：

水面率WP是水面積占區(qū)域總面積的比例,即：

WP=(AW/A)×100%

(1)

式中,WP為水面率;AW為灌區(qū)內(nèi)水體總面積(km2);A為灌區(qū)總面積(km2)

渠網(wǎng)密度Rd是單位灌區(qū)面積內(nèi)渠系長度,即：

Rd=L/A

(2)

式中,L為灌區(qū)內(nèi)渠系總長度(km);A為灌區(qū)總面積(km2)

連接度γ指的是渠系網(wǎng)絡(luò)的連接條數(shù)與最大可能連接條數(shù)之比,即：

(3)

式中,N代表渠網(wǎng)中渠系數(shù)量;V是渠系連接節(jié)點(diǎn)數(shù),V≥3;Nmax為最大可能連接數(shù)。γ取值在0—1之間,0表示節(jié)點(diǎn)沒有連線,1表示每個(gè)節(jié)點(diǎn)相互連通。對于渠系網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來說,γ取值多在1/3和1之間,當(dāng)γ接近1/3時(shí),網(wǎng)絡(luò)呈樹狀,γ指數(shù)越大,網(wǎng)絡(luò)連接度越好。

(3)自然災(zāi)害率

自然災(zāi)害率是濕地系統(tǒng)發(fā)生災(zāi)害的頻率。主要涉及到的自然災(zāi)害有滑坡、崩塌、干旱以及病蟲害等。通過統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)獲得自然災(zāi)害率,單位：次/a。

自然災(zāi)害率=災(zāi)害發(fā)生次數(shù)∕年

(4)

(4)林田比指數(shù)

在本文中,林田比指數(shù)指標(biāo)反映森林子系統(tǒng)與濕地子系統(tǒng)之間的水資源量的相關(guān)關(guān)系,用濕地核心區(qū)森林水源涵養(yǎng)量與梯田灌區(qū)需水量的比值來表示,根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料并利用宋維峰[42]、劉效東[43]和饒碧玉[44]等研究計(jì)算獲得該指標(biāo),具體計(jì)算公式如下：

(5)

式中,As為核心區(qū)森林總面積;Iw單位面積森林水源涵養(yǎng)量;Pt為梯田總需水量。

(5)梯田破碎度

梯田破碎度指的是梯田斑塊數(shù)量與梯田總面積的比值。梯田斑塊數(shù)據(jù)主要來源于劉宗濱[45]及王妍[46]的研究,在外業(yè)調(diào)查的基礎(chǔ)上,應(yīng)用Google Earth平臺,根據(jù)解譯標(biāo)志可對梯田斑塊目視解譯進(jìn)行數(shù)字化處理以評價(jià)該濕地系統(tǒng)內(nèi)梯田的斑塊破碎度。

(6)

式中,PD梯田斑塊破碎度,∑Ni為梯田斑塊數(shù)量,∑Ai為梯田斑塊總面積,單位：個(gè)/hm2。

(6)梯田退化率

在哈尼梯田濕地系統(tǒng)中,濕地的退化率主要指的是水梯田轉(zhuǎn)換為其它利用類型土地面積占原始水梯田面積的比例。計(jì)算公式如下：

梯田退化率=(梯田轉(zhuǎn)換面積∕原始梯田總面積)×100%

(7)

(7)生物多樣性指數(shù)

根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料并按照《區(qū)域生物多樣性評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》對哈尼梯田濕地生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性指數(shù)(Biodiversity Index,簡稱BI)進(jìn)行評價(jià)[47]。

(8)外來物種入侵度

外來入侵物種包括外來入侵動物和外來入侵植物。哈尼梯田濕地的外來物種入侵度數(shù)據(jù)來源于紅河州相關(guān)的生物資源監(jiān)測報(bào)告,實(shí)地監(jiān)測依據(jù)云南省地方標(biāo)準(zhǔn)《自然保護(hù)區(qū)與國家公園生物多樣性監(jiān)測技術(shù)規(guī)程》(DB53/T391—2012)執(zhí)行。計(jì)算公式如下：

(8)

式中,EI為外來物種入侵度;NI為外來物種入侵種數(shù);NV為評價(jià)區(qū)野生動物種數(shù);NP為評價(jià)區(qū)野生植物種數(shù)。

3.1.2功能整合指標(biāo)

哈尼梯田濕地系統(tǒng)在長期發(fā)展過程中已經(jīng)與當(dāng)?shù)厣鐣纬闪司o密相聯(lián)的關(guān)系,該濕地的功能整合指標(biāo)除了主要的生態(tài)功能指標(biāo),如水源保證率、水文調(diào)節(jié)指數(shù)等,還包括了土地生產(chǎn)力水平、旅游觀光和物質(zhì)經(jīng)濟(jì)指數(shù)等經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)功能指標(biāo)。

(1)水源保證率

根據(jù)張齊立[48]對云南程海國家重要濕地的研究,本文選取了水源保證率指標(biāo)用于表征濕地年水資源量的穩(wěn)定性,具體計(jì)算公式如下：

水源保證率=(濕地年可供水資源量/濕地年需水量)×100%

(9)

(2)水文調(diào)節(jié)指數(shù)

水文調(diào)節(jié)即生態(tài)系統(tǒng)能對自然界水的運(yùn)動變化所發(fā)揮作用,改變水在空間、時(shí)間、數(shù)量等方面的現(xiàn)象與過程,如調(diào)蓄洪水、消減洪峰等作用[49]。本文水文調(diào)節(jié)指數(shù)用濕地區(qū)域內(nèi)能夠進(jìn)行水文調(diào)節(jié)的地類面積占濕地總面積的比例來表示[50]。

水文調(diào)節(jié)指數(shù)=(森林面積+梯田面積+河流面積∕研究區(qū)總面積)×100%

(10)

(3)土地生產(chǎn)力水平

從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)年收獲量的情況來衡量[51],單位：kg/km2。

(4)旅游觀光指數(shù)

旅游觀光指數(shù)即旅游強(qiáng)度,用于反映濕地的旅游發(fā)展?fàn)顩r。單位：萬人次/a。

(5)物質(zhì)經(jīng)濟(jì)指數(shù)

物質(zhì)經(jīng)濟(jì)指數(shù)用來評價(jià)濕地經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)功能水平及社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度[52],計(jì)算公式如下：

物質(zhì)經(jīng)濟(jì)指數(shù)=濕地區(qū)所在的最小行政單元年總收入∕總?cè)丝?/p>

(11)

3.1.3社會與政治指標(biāo)

社會與政治指標(biāo)對哈尼梯田濕地的健康發(fā)展有著重要的意義。人類決策對濕地的健康狀況具有極大的影響,參考崔保山[53]、朱錦[54]及高靜湉[55]等的研究,提出如下社會與政治的相關(guān)指標(biāo),如人口密度、濕地管理水平、農(nóng)藥、化肥使用強(qiáng)度等。此外,政治經(jīng)濟(jì)政策也是維持本地區(qū)濕地系統(tǒng)健康和有效保護(hù)濕地資源利用的關(guān)鍵,如環(huán)保投資指數(shù)、對濕地保護(hù)出臺的相關(guān)法律法規(guī)及貫徹度等指標(biāo)。

(1)人口密度

人口密度用單位土地面積人口數(shù)量來表示,單位：人/m2。人口密度的健康等級閾值通過土地承載力指數(shù)來反映,具體計(jì)算如下,等級劃分見表2：

表2 土地資源承載力分級標(biāo)準(zhǔn)

(12)

式中,LCC為土地承載力(人);P為糧食總產(chǎn)量(kg);GP為人均糧食消費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)(中國人均糧食消費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)為400kg/a);LCCI為土地承載力指數(shù);Pa為實(shí)際人口數(shù)量[56-57]。

(2)農(nóng)業(yè)人口流失率

農(nóng)業(yè)人口是哈尼梯田濕地管理隊(duì)伍最主要的構(gòu)成,農(nóng)業(yè)人口流失會造成濕地耕作管理活動缺失,引起濕地生態(tài)安全。因此本文選取農(nóng)業(yè)人口流失率作為濕地系統(tǒng)健康評價(jià)的指標(biāo)之一。用從事農(nóng)業(yè)耕作活動的人口流失數(shù)量所占的比例表示,計(jì)算公式如下：

農(nóng)業(yè)人口流失率=(流失的農(nóng)業(yè)人口數(shù)量∕農(nóng)業(yè)人口總數(shù)量)×100%

(13)

(3)農(nóng)藥、化肥使用強(qiáng)度

哈尼梯田濕地系統(tǒng)的主要污染來自于農(nóng)業(yè)面源,根據(jù)陳鳳[58]等選擇農(nóng)藥、化肥使用強(qiáng)度作為系統(tǒng)環(huán)境污染的評價(jià)指標(biāo),單位kg/hm2。

(4)濕地人口素質(zhì)

濕地人口素質(zhì)包括了濕地周邊人口和濕地旅游人口對濕地的保護(hù)意識以及文化程度。通過統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)了解濕地周邊人口的文化程度占比以及發(fā)放問卷調(diào)查的形式了解濕地區(qū)有濕地保護(hù)意識的人口占比來表示濕地人口素質(zhì)的高低程度。

(5)濕地管理水平

濕地管理水平對哈尼梯田濕地的生態(tài)系統(tǒng)健康發(fā)揮著比較重要的作用,體現(xiàn)在管理隊(duì)伍(即從事耕作的農(nóng)民、濕地管理的決策人員等)的整體水平上。

(6)環(huán)保投資指數(shù)

環(huán)保投資指數(shù)為當(dāng)?shù)卣?cái)政支出中環(huán)保類財(cái)政支出的占比。該指標(biāo)側(cè)面反映了濕地生態(tài)環(huán)境得到當(dāng)?shù)卣闹匾暢潭?包括污水處理設(shè)施建設(shè)投資、水利設(shè)施建設(shè)投資、農(nóng)民耕地補(bǔ)貼等。徐國榮[59]等利用該指標(biāo)評價(jià)了甘南尕海濕地的生態(tài)系統(tǒng)健康,計(jì)算方式如下：

環(huán)保投資指數(shù)=(環(huán)保投資方面的財(cái)政支出∕濕地區(qū)生產(chǎn)總值)×100%

(14)

(7)政策法規(guī)貫徹

以當(dāng)?shù)卣雠_的與濕地保護(hù)相關(guān)的政策法規(guī)條例數(shù)量及與濕地保護(hù)管理相關(guān)的政府部門數(shù)量來表示政策法規(guī)的貫徹力度。

在所構(gòu)建的哈尼梯田濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評價(jià)指標(biāo)體系中,渠系連通性、林田比指數(shù)、梯田破碎度、農(nóng)業(yè)人口流失率等指標(biāo)是根據(jù)梯田濕地的特殊性提出的特征評價(jià)指標(biāo)。

3.2 哈尼梯田濕地指標(biāo)健康閾值劃分

參考國內(nèi)濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評價(jià)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[60- 61]和部分指標(biāo)現(xiàn)有的國家標(biāo)準(zhǔn)等,根據(jù)哈尼梯田濕地現(xiàn)狀的實(shí)際情況,結(jié)合相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料的分析對篩選出來的指標(biāo)進(jìn)行健康閾值標(biāo)準(zhǔn)分級計(jì)算(表3—5)。

表3 生態(tài)特征指標(biāo)健康閾值分級

表4 功能整合指標(biāo)健康閾值分級

表5 社會與政治指標(biāo)健康閾值分級

3.3 哈尼梯田濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評價(jià)

3.3.1指標(biāo)權(quán)重的確定

本文利用層次分析法(Analytic Hierarchy Process,簡稱AHP)確定指標(biāo)的權(quán)重。其中,各個(gè)指標(biāo)的相對重要性通過發(fā)放問卷調(diào)查的方式,咨詢20位專家意見獲得。此20位專家由國家高原濕地研究中心、西南林業(yè)大學(xué)生態(tài)與環(huán)境學(xué)院、濕地學(xué)院、林學(xué)院的相關(guān)教授、副教授組成,涉及了生態(tài)學(xué)、環(huán)境科學(xué)、林學(xué)和水土保持學(xué)等學(xué)科。將同一層指標(biāo)兩兩比較可判斷指標(biāo)相對重要性并用數(shù)值形式表現(xiàn)出來(表6)。利用軟件YAAHP 10.3構(gòu)建判斷矩陣(表7—10),確定各指標(biāo)的權(quán)重(表11)[62-65]。

表6 判斷矩陣標(biāo)度及含義

表7 準(zhǔn)則層B對目標(biāo)層A的判斷矩陣

表8 指標(biāo)層C準(zhǔn)則層B1的判斷矩陣

表9 指標(biāo)層C準(zhǔn)則層B2的判斷矩陣

表10 指標(biāo)層C準(zhǔn)則層B3的判斷矩陣

表11 哈尼梯田濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重

3.3.2指標(biāo)健康等級劃分及閾值賦分

在查閱相關(guān)文獻(xiàn)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)并結(jié)合實(shí)際情況的基礎(chǔ)上,將哈尼梯田濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分為4個(gè)等級,對每個(gè)等級區(qū)間賦分,每個(gè)指標(biāo)總分值滿分為5分,分別為優(yōu)(4.25—5)、良(3.50—4.25)、中(3.00—3.50)、差(0.00—3.00),能根據(jù)算術(shù)平均法在各區(qū)間內(nèi)依據(jù)指標(biāo)現(xiàn)狀進(jìn)行評分[66]。

3.3.3綜合評價(jià)

將20個(gè)指標(biāo)現(xiàn)狀所得分值乘以各指標(biāo)權(quán)重,所有項(xiàng)之和乘以20即是哈尼梯田濕地的健康評價(jià)綜合得分,具體計(jì)算公式如下：

(12)

式中,R表示評價(jià)的綜合得分;Wi表示第i項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重;Fi表示第i項(xiàng)指標(biāo)評分。依據(jù)R的得分將哈尼梯田濕地生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況分為健康、亞健康、一般、脆弱、病態(tài)五個(gè)等級(表12)。

表12 哈尼梯田濕地健康等級劃分標(biāo)準(zhǔn)

4 討論與結(jié)論

(1)濕地生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的非線性系統(tǒng)[67],不同類型濕地的健康評價(jià)在選取關(guān)鍵指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)時(shí)具有差異。哈尼梯田濕地作為一種特殊的人工稻田濕地,其獨(dú)特的立體空間結(jié)構(gòu)是它與平原稻田濕地區(qū)別的根本。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能相互依存,結(jié)構(gòu)是功能的基礎(chǔ),功能是結(jié)構(gòu)的表現(xiàn)。哈尼梯田濕地系統(tǒng)的健康是“四素同構(gòu)”整體結(jié)構(gòu)的健康表現(xiàn),四個(gè)子生態(tài)系統(tǒng)之間的相互作用關(guān)系復(fù)雜,各部分獨(dú)立但不可分割,具有整體性。此時(shí)的哈尼梯田濕地系統(tǒng)健康評價(jià)不僅僅是對梯田濕地生態(tài)子系統(tǒng)的健康評價(jià)而是對整個(gè)森林-村寨-梯田-河流的健康評價(jià),缺一不可。

(2)與其它濕地系統(tǒng)的健康評價(jià)[68- 70]研究相比較(表13),哈尼梯田濕地系統(tǒng)的健康是垂直空間結(jié)構(gòu)上四個(gè)生態(tài)子系統(tǒng)健康的反映,因此,該濕地系統(tǒng)的評價(jià)是二維立體的,需要從縱向與橫向開展研究?？v向考慮各子系統(tǒng)的相互影響聯(lián)系,例如,森林子系統(tǒng)水源涵養(yǎng)能力與濕地子系統(tǒng)水文的聯(lián)系,村寨子系統(tǒng)的耕作管理活動對濕地子系統(tǒng)的影響等。橫向則考慮各子系統(tǒng)健康的基本要素,例如,渠系連通性對于梯田灌區(qū)內(nèi)部水資源分布的影響等。只有結(jié)合縱橫兩個(gè)方向選取指標(biāo),構(gòu)建評價(jià)體系才能保證哈尼梯田濕地系統(tǒng)健康評價(jià)的科學(xué)完整。

表13 不同濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評價(jià)對比

(3)本研究計(jì)算出各個(gè)指標(biāo)的健康閾值,并將閾值分為優(yōu)、良、中、差4個(gè)等級,每個(gè)指標(biāo)賦分5分。各個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)的健康閾值為濕地系統(tǒng)的健康評價(jià)時(shí)對指標(biāo)現(xiàn)狀評價(jià)打分提供了依據(jù)。獲得了各個(gè)指標(biāo)的評分后可利用綜合評價(jià)法計(jì)算出哈尼梯田濕地系統(tǒng)健康的總體得分。依據(jù)總得分情況可以將哈尼梯田濕地生態(tài)系統(tǒng)健康分為健康、亞健康、一般、脆弱和病態(tài)5個(gè)等級,獲得濕地系統(tǒng)健康評價(jià)最終結(jié)果。

(4)哈尼梯田濕地生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及地理位置的特殊性,決定了該指標(biāo)體系的構(gòu)建具有針對性,適用于山地梯田濕地。因此,在實(shí)踐應(yīng)用中可根據(jù)評價(jià)對象適當(dāng)調(diào)整部分指標(biāo)及其健康閾值再加以運(yùn)用。