P-S-R 模型在海河流域濕地生態安全評價中的應用

戶 超,王洪翠,羅 陽

(1.河海大學水利水電學院,江蘇南京 210098;2.海河水利委員會, 天津 300170)

近年來,隨著海河流域社會經濟的發展,其生態環境問題,尤其是濕地環境不斷惡化,嚴重威脅著流域社會經濟的健康和可持續發展,而人們在濕地環境安全意識方面還相當薄弱。因此,科學度量海河流域內濕地的生態安全現狀,建立和完善生態環境安全預警及其機制,成為當前流域健康全面發展的一項緊迫任務。

海河流域濕地資源豐富,遍布于流域內各處,類型多樣,包括濱海、河流、湖泊、沼澤、庫塘等5 類16型,具有重要的保護和科研價值。經調查,全流域濕地面積為87.97 萬hm2,占流域面積的2.77%[1-2]。

生態安全的概念自提出以來,已經應用到區域土地、農業、自然保護區、城市、旅游風景區等方面,研究主要集中在生態安全的評述與評價等方面[3-9]。目前,關于濕地生態安全的研究相對較少,還沒有提出完整的濕地生態安全評價指標體系和評價模型。我國僅扎龍濕地、洪湖濕地等開展過生態安全評價研究[10-14]。筆者在海河流域濕地普查和重點濕地調查的基礎上,以白洋淀、七里海等海河流域10 個重要濕地為研究對象,應用P-S-R 模型對海河流域重要濕地進行生態安全評價,為合理配置流域內濕地資源,維持濕地生態功能,確定濕地水質狀況提供科學數據,并為今后濕地資源的保護、管理和可持續開發利用提供科學依據。

1 研究區域概況

隨著工農業生產的發展和城市建設的擴大,大量未經處理的“三廢”、生活污水和化肥、農藥等有害物質直接向濕地水體排放,嚴重污染河湖水體,對濕地生物多樣性造成嚴重破壞。海河流域濕地安全狀況堪憂。選取海河流域10 個重要濕地進行評價,參加評價的重要濕地的自然狀況見表1。

表1 海河流域重點濕地自然狀況

2 生態安全的概念

生態安全是指一個區域生存和發展所需的生態環境處于不受或少受破壞的狀態,即自然生態環境既能夠滿足人類的持續生存和發展的需要,又不損害自然生態環境的潛力[15]。它包括兩方面的含義：①在外界不利因素的作用下,人與自然不受損傷、侵害或威脅,人類社會的生存發展能夠持續,自然生態系統能夠保持健康和完整;②生態安全的實現是一個動態過程,需要通過脆弱性的不斷改善,實現人與自然處于健康和有活力的客觀保障條件[16]。

所謂濕地生態安全是指維持濕地生態過程的連續性、濕地生態系統結構的穩定性和濕地生態系統功能的完整性[17]。足夠的濕地面積、多樣化的濕地類型、豐富的物種、較少的人類干擾和完善的法律制度等是濕地安全的基礎和濕地功能得以發揮的條件。生態安全評價是對生態系統完整性以及各種風險下維持其健康的可持續能力的識別與判斷研究[18]。

3 評價指標體系

3.1 評價指標選擇的原則

為了客觀、全面、科學地衡量濕地生態安全狀況,在研究和確定濕地生態安全評價指標體系及其評價方法時,要遵循科學性、全面性、獨立性、可行性、可操作性和可比性等原則[10]。

3.2 評價指標的選取

根據P-S-R 模型,結合目前國內外有關生態安全評價的各種方法[6-7,19],按照層次分析法,將海河流域濕地生態安全評價指標體系歸納為以下3 個層次指標結構體系：①目標層,以海河流域濕地生態安全指數I 作為目標層,以綜合表征海河流域重要濕地生態安全狀況。②準則層,為實現安全評價所涉及的項目。以壓力層(A1)、狀態層(A2)、響應層(A3)作為準則層。③指標層,由可直接度量的指標構成,包括：壓力層中的人類干擾指數、區域開發指數等4 個指標;狀態層中降水量、生物多樣性指數等5 個指標,響應層中水量調度、濕地保護意識等4 個指標。這13 個指標構成海河流域重要濕地生態安全評價指標體系。

海河流域重要濕地生態安全評價體系見表2。

表2 海河流域重點濕地生態安全評價指標體系及其權重

4 評價方法與步驟

4.1 指標權重的確定

采用特爾菲法與層次分析法相結合來確定權重,即專家小組對海河流域重要濕地生態安全評價指標體系相互間的相對重要性進行兩兩互判,構建判斷矩陣,計算出各評價指標的權重,若通過一致性檢驗,則該賦分權重相對合理, 若未通過一次性檢驗,則需重新兩兩互判。計算過程如下。

a.根據確定的指標體系及它們之間的相互關系,分別構造兩兩比較判斷矩陣。

矩陣1 O-A

矩陣2 A1-B

矩陣3 A2-B

矩陣4 A3-B

b.運用DPS v5.02 專業版計算所得的最大特征值λmax、層次單排序及一致性檢驗結果見表3。由表3 可知,計算所得的CR均小于0.10,通過一致性檢驗,計算得到的特征向量可作為權重。由此可得出指標層所有指標相對于目標層的權重(表2)。

4.2 指標閾值的選擇

由于目前我國環境標準體系不健全,筆者所采用的標準基本上都是從其他生態功能區借鑒來的,主要來源于國家、行業和地方規定的強制標準,背景或本底標準,類比標準,生態建設目標標準,專家經驗值,等等。

表3 矩陣單排序計算結果

4.3 濕地生態安全度的計算

按照計算得出海河流域重要濕地生態安全評價指標體系中各級指標權重,采用下列公式計算出海河流域濕地生態安全度的等級：

式中：Wi為第i 個指標在指標體系中的權重;Xi為單因子指標的得分;i 為濕地生態安全體系中指標數。

海河流域重要濕地生態安全狀況依據濕地生態安全得分劃分為極度預警(0 ≤I ≤2)、中度預警(2 ＜I ≤4)、預警(4 ＜I ≤6)、比較安全(6 ＜I ≤8)、安全(8＜I ≤10)等5 個等級。

5 海河流域重要濕地生態安全評價

運用上述的評價方法,首先對海河流域重要濕地生態安全評價指標進行兩兩互判,通過一致性檢驗后作為各指標權重,計算各濕地生態安全指數,確定濕地的生態安全狀況,結果見表4。

由表4 可見,海河流域重要濕地生態安全狀況不容樂觀,參加評價的10 個重點濕地有9 個處于預警狀態,1 個處于中度預警狀態(大浪淀的生態安全指數僅為3.8340)。參評的10 個濕地生態安全指數由大到小依次為：大黃堡洼、唐海、七里海、衡水湖、海興、野鴨湖、北大港、南大港、白洋淀、大浪淀。海河流域濕地整體生態安全狀況有向中度預警甚至極度預警狀態惡化的趨勢,亟須加強對濕地的保護和管理。

表4 海河流域重要濕地生態安全評價結果

表5 海河流域重要濕地不同準則層貢獻率 %

在海河流域10 個重要濕地中,壓力層、狀態層、響應層的指標貢獻率不盡相同(表5)。

由表5 可見,海河流域10 個重要濕地的3 個準則層中,以壓力層的貢獻率最高。以野鴨湖濕地為例,壓力層貢獻率高達65.5%;而各指標層中,壓力層的濕地受威脅狀況和區域開發指數指標、狀態層的水資源量與生物多樣性指數指標、響應層的濕地保護意識和政策法規的貫徹力度指標的貢獻率相對較高。這主要是因為由于此前對濕地的重要性認識不足,濕地保護意識極其淡薄, 又無正規的管理渠道,加之受經濟利益驅使,對濕地資源長期過度開發,普遍存在濕地生態系統退化,生物多樣性喪失,天然濕地面積急劇減少,濕地功能和效益不斷下降等現象。

近年來,海河水利委員會一直把水生態環境保護與修復作為流域治理的首要目標和工作主線,開展了白洋淀、衡水湖等重點濕地生態保護與修復工作,啟動“保護白洋淀行動計劃”;加強七里海、衡水湖、南大港等濕地的監測、保護和相機補水輸水工作;堅持力所能及地優化調度流域有限的水資源,通過補水、輸水、洪水資源化等措施,力爭讓平原主要干涸河道保持濕潤,改善部分污染嚴重河道的水質,努力打造“濕潤海河,清潔海河”,合理配置流域內濕地資源,減少人為脅迫造成的濕地生態脆弱性,減緩濕地的退化趨勢,重點加強對周邊經濟發展產生的污染的治理,提高資源的利用率,對海河流域濕地進行更有效的保護。

6 結 語

應用P-S-R 模型,從壓力、狀態、響應3 個方面構建海河流域重點濕地生態安全評價的指標體系。以生態安全理論為基礎,對海河流域內10 個重要濕地進行生態安全評價,得出海河流域重要濕地生態安全狀況不容樂觀的結論,10 個重點濕地中9 個處于預警狀態,1 個處于中度預警狀態。因此,為進一步促進海河流域濕地的健康、持續發展,必須重視海河流域濕地生態安全建設,改善在其開發利用過程中存在的不合理狀況,制止或控制建設性的破壞,增強生態安全意識,做好環境的生態監測和生態恢復,建立健全生態安全預警系統。

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