深圳灣福田紅樹林保護區生態系統健康評價

胡濤丑慶川徐華林史秀華

（1 深圳大學生命科學學院，深圳 518060；2 廣東內伶仃福田國家級自然保護區，深圳 518048；3深圳大學高爾夫學院，深圳 518060）

深圳灣福田紅樹林保護區生態系統健康評價

胡濤1丑慶川1徐華林2史秀華3

（1 深圳大學生命科學學院，深圳 518060；2 廣東內伶仃福田國家級自然保護區，深圳 518048；3深圳大學高爾夫學院，深圳 518060）

生態系統健康是指生態系統是穩定、具有活力且可持續的，在一段時間內能保持自主狀態，對外來壓力具有恢復的能力（Costanza?et?al，1993)。隨著人類社會發展對生態系統造成的傷害越來越大，生態系統健康評價成為學者們研究的熱點。其中有關濕地生態系統的研究很多（崔保山等，2002；趙旭陽等，2008；Montefalcone，2009)，但針對紅樹林濕地生態系統健康狀況的研究較少。深圳灣福田紅樹林保護區，與香港米埔紅樹林保護區相鄰、地處城市腹地，每年有10萬多只候鳥在此停歇。保護區的存在對深圳市具有重要的生態、科普和旅游等價值。保護區面臨著水體污染、物種入侵和病蟲害等諸多壓力。因此，對其健康狀況進行研究是非常有必要的。本研究利用Pressure(壓力)-State(狀態)-Response(響應)模型（PSR模型）和層次分析法對深圳灣紅樹林保護區生態系統健康狀況進行評價，為保護區紅樹林的保護和恢復提供理論支持。PSR?模型由Tony?Friend?和D?avid??Rapport最早提出，用于分析環境壓力、現狀與響應間的關系。聯合國經濟合作開發署(OECD?)對其進行修改完善，并進行了適用性和有效性評價。PSR模型具有非常清晰的因果關系，得到許多政府和組織在環境研究中的認可，所以此模型在生態系統健康中被廣泛承認和使用（麥少芝等，2005；方慶等，2013)。

1 研究區概況

福田紅樹林保護區位于深圳灣東北岸（113°45′E、 22°32′N)。東起深圳河口，西至車公廟，呈帶狀分布。保護區于1984年創建，1988年晉升為國家級自然保護區，1993年加入我國人與生物圈保護區網絡，總面積為367.64?hm2，紅樹林、水域、陸地植被、基圍魚塘和建筑裸地的面積分別為90.82?hm2、181.55?hm2、4 7.3 0?h m2、4 4.0 4?h m2、3.93?hm2(Chou?Qingchuan?et?al,2014），其中紅樹林大多呈帶狀分布于近海岸，群落結構比較簡單，為灌木或小喬木林，林冠較為整齊，一般高4～6?m。

保護區內植物共有140種（王伯蓀等，2002），紅樹主要有秋茄、桐花樹、白骨壤、海桑和無瓣海桑等，其生物量分別為433.1?t/km2、300.1?t/km2、345.4?t/ km2、638.2?t/km2（丑慶川等，2014）。浮游生物集中在基圍魚塘，浮游植物中硅藻門和綠藻門的藻類占比例較高，浮游動物以原生動物、輪蟲、枝角類和橈足類為主（劉搖玉等，2006）。底棲動物主要為生活在紅樹林下碎屑和灘涂中的甲殼動物、軟體動物和彈涂魚類（吳振斌等，2002）。作為眾多鳥類的主要棲息地，深圳市觀鳥協會在保護區內監測到的鳥類約有112種，其中卷羽鵜鶘、白肩雕、黑臉琵鷺等23種為國家重點保護的珍稀瀕危物種(劉莉娜等，2013)。

2 研究方法

本研究在大量實地調查的基礎之上，結合福田紅樹林保護區自身的特點，參考相關學者的研究，應用模型分析方法針對壓力、狀態與響應間的關系，進行保護區生態系統的健康評價。

2.1 指標體系的建立

紅樹林生態系統健康評價指標體系的建立應遵循整體性、可操作性、層次性和動態性等原則。首先，考慮紅樹林群落的組成、結構、生態功能及生態學指標；其次，結合紅樹林群落的外在壓力及保護區管理的影響（王麗榮等，2011)。將指標體系分為4層（肖佳媚等，2007）：第一層是目標層，即紅樹林生態系統健康綜合指數；第二層是項目層，包括壓力、狀態、響應3個方面；第三層是要素層，由構成壓力、狀態、響應的要素組成；第四層是指標層，由可直接度量的指標要素構成，見表2。

2.2 評價指標權重確定

指標權重是指該指標在整體評價中的相對重要程度，反映指標在整個體系中影響程度的大小。生態系統健康評價指標權重的合理確定直接影響到生態系統綜合健康指數的準確性，本研究主要依據福田紅樹林保護區生態系統的特點，采用層次分析法（Analytic?Hierarchy?Process，AHP）（俞小明等，2006），并結合專家經驗調查結果，確定指標體系中項目層、要素層和指標層的權重。

2.3 評價指標歸一化

鑒于深圳灣福田紅樹林保護區生態系統健康評價指標體系中各項指標間類型、單位及其趨向的差異，需對各項指標進行歸一化處理。計算方法如下：

其中，當指標數值越大，生態系統健康水平越高時用公式(1)，反之則用公式（2)，Ni為指標i的歸一化值，Xi為評價指標i的實測值，Xmax為該類指標中的極大值，i=1、2、3……27。

2.4 綜合評價模型

綜合健康指數（Comprehensive?Health?Ind?ex，CHI）是通過評價指標的歸一化權重和歸一化值反映生態系統健康狀況的綜合指數，保護區生態系統的綜合健康指數用以下公式進行計算：

式中，CHI為綜合健康指數；n為評價指標的個數；Ni為的第i個評價指標的歸一化值；Wi為指標i的歸一化權重，i=1、2、3……27。

保護區生態系統壓力、狀態、響應的健康指數則用以下公式計算：

其中，PHI、SHI、RHI分別代表壓力、狀態、響應的健康指數；n為評價指標的個數；Ni為的第i個評價指標的歸一化值；Wi為指標i的歸一化權重；WP、WS、WR分別代表壓力、狀態、響應指標的權重。

2.5 評價標準

將生態系統的綜合健康指數分5個等級，由高到低排序，不同指數區間反映不同的健康等級。具體劃分為5個評價等級，見表1。

3 結果與分析

根據研究確定的指標體系，進行指標間影響程度的專家調查，建立指標間判斷矩陣，對采集的數據進行處理，確定各項指標權重；人為干擾、環境狀態、土地覆被狀態和生物多樣性結構（鳥類除外）的各項指標為實測數據，利用公式進行歸一化處理；保護區管理水平、科研旅游情況、民眾認識及臺風災害為定性指標，通過實地考察調研、資料收集和專家咨詢來確定各項指標的歸一化值；病蟲害、薇甘菊入侵和鳥類生物的歸一化數值通過保護區相關文獻確定(劉莉娜等，2013)。各項指標的歸一化數值見表2。

3.1 保護區受到較大壓力

從表2可知，壓力在PSR模型體系中所占比例為53.89%。27項指標數據中，水污染、人工引種植物及病蟲害的歸一化權重排前3位，分別為0.239?2、0.097?6、0.084?0；以壓力為整體看，它們的比例分別為44.38%、18.10%和15.58%。表明目前保護區受到的壓力比較大，且以水污染、人工引種植物及病蟲害三項為主。實地調查表明：工業廢水和生活污水的大量排入導致保護區的生態環境污染非常嚴重（周福芳等，2012），近年來采取截污手段，污水來源減少，但實地考察發現，保護區河道中仍有污水排入；大運會期間，城市污水利用率從2005年的1%提升為30%（深圳市水務局，2011）。

本項目在對保護區水質重金屬含量的研究中發現：整治后，保護區的重金屬質量濃度明顯下降，水質和沉積物的污染狀況有所改觀，但樣地中Cd?、Cr、Pb的平均濃度仍分別達到0.04?mg/L、0.13?mg/ L和0.30?mg/L，導致海水重金屬污染嚴重，為劣Ⅳ類海水水質(李存煥等，2013)。在人工引種植物方面，實地考察發現，為恢復濕地生態引進的海桑和無瓣海桑生長帶主要在紅樹林群落的外緣，且已蔓延至本土紅樹群落區，表明其生長區域有擴張的趨勢，與本地物種爭奪養分和生長空間，限制了本地紅樹的生長和恢復。由于天敵昆蟲和食蟲鳥類的種類和數量大幅下降，紅樹林蟲害日趨嚴重（徐華林等，2013）。薇甘菊生長面積雖不大，但其入侵影響保護區植物的光合作用，嚴重的甚至會導致植物死亡（毛子龍等，2011）。

3.2 保護區狀態呈惡化趨勢

由表2可知，水質狀況、土壤及沉積物污染程度、紅樹林面積和植物多樣性的歸一化權重在27項指標中排在前10位，分別為0.061?1、0.061?1、0.038?7、0.032?8，它們在狀態中所占比例分別為20.56%、20.56%、13.01%和11.05%，合計達到65.18%，表明保護區的水質、土壤和植物是影響其狀態健康的重要指標，其質量的好壞直接關系到保護區狀態健康水平的高低。從壓力分析可知，保護區的水和土壤的污染比較嚴重，導致它們的質量較差；圍海造陸、魚塘養殖等使紅樹植物減少，禁止魚塘養殖、引種海桑與無瓣海桑后，近年紅樹林群落的面積增加了37.49?hm2（Chou?Qingchuan?et?al，2014），但紅樹群落結構呈單一物種的帶狀，整體質量下降；另外，保護區內修建邊防巡邏道和建筑影響天然紅樹群落的生長（梁素娟等，2009），同時巡邏道和建筑將保護區分割成較多的斑塊，一定程度上阻礙了生態系統內部的物質循環和能量流動，降低了生態系統本身的復雜性，導致其抵抗外界壓力的能力降低，狀態呈惡化趨勢。

表1 健康評價等級及其含義

表2 保護區生態系統健康評價指標權重及數據歸一化值

3.3 保護區響應積極

從表2可知，本研究主要體現在人為對保護區生態系統的響應，27項指標中，管理人員配置、研究項目、實地考察、宣傳教育和環保意識的歸一化權重分別為0.019?6、0.016?4、0.016?4、0.020?5和0.020?5，表明保護區各方面的響應較均衡。由于保護區處于封閉狀態，法律法規的執行效果較好，近年來保護區受到越來越多的關注和重視，社會各界對保護區生態系統的退化作出了積極的響應，政府投入經費比較充足、管理人員配置比較合理、科研考察逐漸增多，保護區的管理、科研水平在逐漸加強。

3.4 保護區綜合健康狀況較差

利用健康指數公式，計算得到保護區生態系統的壓力、狀態、響應的健康指數和綜合健康指數，參照表1得出其相應的健康等級，結果見表3。

從表3可知，保護區綜合健康指數處于亞健康狀態。結合表2中三者所占比例，認為保護區目前受到較大的外界壓力，導致其水體污染嚴重、紅樹林群落結構破壞、生物多樣性明顯下降，雖然人為響應較積極，但其綜合健康狀況仍不樂觀。主要是因為保護區自然狀態遭到的破壞還未得到良好的恢復，其抵抗外界干擾的能力及恢復能力逐漸減弱，生態功能的發揮受到一定程度的影響。

對比相關的研究，本研究從保護區整體出發，將紅樹林群落與其他群落結合，有利于在整體上把握保護區生態系統的健康狀況，提供具有實踐意義的理論指導。

4 建議

（1）針對外界壓力，保護區需要進行長期有效的污染治理；加強對紅樹林內部結構的調整及外來物種蔓延的控制；以生物防治為主，化學物理方法為輔，加強病蟲害的防治；逐漸減少建筑施工等人類活動。

（2）福田紅樹林保護區的面積雖小，但依靠人員進行濕地考察和研究（如紅樹林林帶結構分析等）還是有一定難度的，所以在以后的研究中應結合3S技術，在保護區內建立合理、規范的監測體系，進行長期監測，并整理、建立信息數據庫，準確掌握保護區生態系統的健康狀況。

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An Assessment of Ecosystem Health of FutiaMangrove Nature Reserve in Shenzhen Bay

HU Tao1CHOU Qing-Chuan1XU Hua-Lin2SHI Xiu-Hua3
(1 College of Life Science, Shenzhen University, Shenzhen 518060; 2 Neilingding Futian National Nature Reserve, Shenzhen 518048; 3 Golf College, Shenzhen University, Shenzhen 518060)

基于PSR模型建立了深圳灣福田紅樹林保護區生態系統健康評價體系，運用層次分析法對保護區健康狀況進行評價。結果表明：保護區生態系統的壓力、狀態、響應在體系中的比例分別為53.89%、29.73%、16.38%，健康指數分別為0.4080、0.5891、0.6037；保護區綜合健康指數為0.4939，處于健康等級Ⅲ級(亞健康狀態)。造成以上結果的主要原因為：①近30年來城市化發展導致保護區生態系統喪失部分生態功能，健康水平不斷下降；②水污染、人工引種植物和病蟲害等對保護區造成巨大外界壓力；③建筑施工和人類活動影響保護區自然狀態的恢復。

生態系統；健康評價；層次分析法；PSR；紅樹林

An ecosystem health assessment system of Futian Mangrove Nature Reserve in Shenzhen Bay was developed based on PSR model and the AHP method was used to assess health state of the reserve. The results showed that the proportion of pressure, state, and response of the ecosystem in the system were 53.89%, 29.73% and 16.38% respectively, and their health index were 0.4080, 0.5891, and 0.6037 separately. The comprehensive health index of the whole ecosystem was 0.4939, indicating a health level of III (sub-healthy state) of the reserve. The main causes for that include: 1) urbanization in recent 30 year has resulted in losses of some ecological functions of the ecosystem and continual decline of ecosystem health. 2) Water pollution, artificial introduction of alien plants, and pests and diseases have imposed tremendous external pressures on the reserve. 3) Construction and human activities have partly influenced the restoration of the ecosystem.

Ecosystem health; Health assessment; Analytic Hierarchy Process; PSR; Mangrove

表3 保護區生態系統健康指數及等級

10.3969/j.issn.1673-3290.2015.01.04

2014-09-10

深圳灣紅樹林結構調控及修復技術研究與示范項目(2013KJCX011-04)資助

胡濤（1989-），男，碩士研究生，主要研究方向為景觀及濕地生態學。E-mail：376162279@ qq.com

史秀華，E-mail：shxh100 @163.com