黃河三角洲蘆葦濕地生態修復效果評價研究

柏建坤臧震宇馮建祥林光輝

（1 清華大學地球系統科學研究中心地球系統數值模擬教育部重點實驗室，北京 100084；2 清華大學深圳研究生院海洋科學與技術學部，廣東 深圳 518055）

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黃河三角洲蘆葦濕地生態修復效果評價研究

柏建坤1，2臧震宇1馮建祥2林光輝1，2

（1 清華大學地球系統科學研究中心地球系統數值模擬教育部重點實驗室，北京 100084；2 清華大學深圳研究生院海洋科學與技術學部，廣東 深圳 518055）

基于黃河三角洲蘆葦濕地退化現狀及所實施的生態修復工程，以正負參照系選取了4塊不同修復年限的樣地，從濕地生態系統的環境質量、結構與功能的角度構建了濕地修復效果評價指標體系，利用層次分析法確定各指標權重，利用模糊綜合評價法對黃河三角洲鹽漬化蘆葦濕地的修復效果進行定量評價。結果表明：黃河三角洲蘆葦濕地4年修復期的樣地評價得分為4.01，2年修復期的樣地評價得分為3.16，對應評價結果分別為“優”和“良”的等級。相比負向對照，修復區的水體指標和土壤指標參數顯著改善，而植被生物量和密度與自然樣地還有較大差距，說明生物群落的建立需要更長的時間；同時，濕地水資源管理是該區蘆葦濕地生態修復工程的關鍵，應根據蘆葦不同生長期的需水量，制定合理的抽灌制度，達到洗堿脫鹽和植被建群的雙重目的。

濱海濕地；鹽漬化；層次分析；山東東營

濱海濕地位于海洋和陸地過渡地帶，是自然界生物多樣性最為豐富，生物量較高的生態系統之一（林鵬， 2006； Mitsch， 2000）。因其具備較高的生態、經濟效益（包括保護生物多樣性、固岸護堤、凈化海水和空氣、降解污染物、“藍碳”等），已逐漸成為環境科學、生態學、地理科學等學科的研究熱點（張曉龍等， 2005； Paul et al， 2010；林光輝， 2014）。黃河三角洲濕地，作為世界上暖溫帶保存最廣闊、最完善、最年輕的濕地生態系統，對三角洲腹地具有重要的生態效益、社會效益和經濟價值（穆從如等， 2000； 孫志高等， 2011）。黃河三角洲濕地于2002年后開展了一系列濕地生態修復工程和相關研究，但主要集中在對濱海濕地區域分異、生態修復技術與方法、濕地水文監測與生態風險評估等方面（崔保山等， 2001； 戴新等， 2007； 賀強等，2007； 白潔， 2011），對已修復濕地的結構與功能缺乏相應的跟蹤了解，更缺乏對修復效果的判斷與評估，以致無法了解濱海濕地修復工程的成效。本文從黃河三角洲濕地的環境質量、植物健康、濕地結構與功能特征等多方面，選取多種指標，對退化濕地生態修復效果進行綜合、科學、量化評估，對于實現該區域內濕地保護與可持續利用，具有重要的現實和理論意義，對于國內外其它濱海濕地生態修復效果評估具有一定的借鑒作用。

圖1 研究區位置和選區示意圖

1 數據與方法

1.1 研究區概況

該研究區位于山東東營市黃河三角洲濕地保護區內（N 37°48′59″～37°49′58″，E8°59′30″～119°01′03″），黃河三角洲濕地是我國最年輕的新生濱海濕地生態系統，植被以濱海鹽生植物為主，土壤以濱海鹽土和鹽化潮土為主。氣候屬于溫帶大陸性季風氣候，蒸降比為3.5∶1，地貌由于多次沉積和侵蝕，形成波浪起伏的微地貌，導致該區域濕地蒸發強烈，鹽分聚集。由于黃河三角洲濕地的地貌類型、氣候條件和土壤母質以及近年來濕地的不合理開發利用，導致區域內土壤鹽漬化現象地十分普遍，鹽漬化面積達33.34 hm2，約占整個三角洲面積的42.7%。由于土壤鹽漬化狀況惡化，山東省淡水漁業研究院于2002年左右，通過引水修復蘆葦濕地的方式，對該區域實施濕地生態修復工程。修復方式主要是利用人工抽灌的方式將黃河中的淡水引入濕地，然后種植蘆葦，以達到洗堿脫鹽和修復濕地植被的目的。

1.2 評價指標選擇

評價指標選取原則，需做到客觀、全面，生態系統環境質量評價一般選取多種指標進行綜合評估（Sachs et al， 2009）。本文選取指標依據如下：首先，該研究區濕地退化的主要原因為缺少淡水補給導致土壤鹽堿化加重，所以選取水體常用指標以量化水質變化情況；其次，濕地修復方式為人工抽灌的方式引入淡水對土壤洗堿脫鹽，選取土壤指標能有效評價濕地修復效果（Rhoades et al， 1998）；第三，濕地植物主要以蘆葦為主，蘆葦的生長狀況基本可以反應濕地植被的總體情況（Cui et al，2009）。因此，我們構建了如下評價指標群（圖2）。1.3 評價標準與方法

圖2 濕地生態修復效果評估指標體系

本研究利用層次分析法建立生態系統修復效果評價體系，通過比對正、負對照樣地及參考國家環境質量標準，確定具體的修復效果評價標準，然后利用模糊綜合評價法構建評價模型，實現對濕地生態修復效果的評價。層次分析法是一種無結構的多準則決策方法，它將定性分析和定量分析相結合，逐級分解簡化問題，最后歸結為對兩個事物的相對重要性進行判斷 （宋新山， 2004； Zhang et al， 2013）。模糊綜合評價法是一種基于模糊數學的評價方法，它根據模糊數學的隸屬度將一些不易定量的因素量化，以達到對受多種因素制約的對象做出一個總體評價的目的（胡永宏等， 2000； Wang et al，2004）。基于上述方法，本文將黃河三角洲蘆葦濕地的最終修復效果分為優、良、中、差、劣 5個等級，其評價定量分級標準見表1。

表1 評價定量分級標準

表2 黃河三角洲蘆葦濕地植被參數指標

1.4 樣品采集及數據分析

本文中的研究對象為兩塊以蘆葦為主要植被的濕地，修復A區于2009年開始實施修復工程（圖 1 A點），修復B區于2011年開始實施修復（圖1 B點），因此修復工作距采樣評估時間分別為4年與2年。另外選取兩塊對照樣地，Z區作為正向對照樣地，為長時間未受人為活動干擾的自然濕地，G區作為負向對照樣地，為具有明顯退化特征的光灘。水體采樣是在每個樣地內均勻設置3個采樣點，每個樣點采集3個平行樣，現場測試水體pH值和電導率，水體總氮含量采用氣相分子吸收光譜法測定，水體總磷含量采用鉬酸銨分光光度法測定；土壤樣品采集是在各樣地中均勻布設 5個1 m×1 m的樣方，每個樣方內設定 5個采樣點，采集0～20 cm深度土壤樣品，混勻之后帶回實驗室自然風干并研磨，過1 mm篩后備用。土壤水溶性鹽分總量的測定采用質量法，有機質含量的測定采用重鉻酸鉀容量法，有效磷含量的測定采用碳酸氫鈉浸提—鉬銻抗比色法，速效鉀含量的測定采用醋酸銨浸提—原子吸收法（章家恩， 2007）；植被樣點在樣地內布設5個1 m×1 m樣方，現場調查并測算植被密度和植被蓋度，然后對樣地中的蘆葦進行收割，采用 Shannon-Wiener指數來表征蘆葦濕地植被的生物多樣性水平。

利用單因素方差分析（Oneway ANOVA）比較不同修復區與正負對照樣地之間各指標差異，數據分析和作圖采用SPSS 19.0和Origin 9完成。

2 結果與分析

2.1 水體、土壤及植被指標分析

2.1.1 濕地水體指標 濕地水體相關指標變化見圖3。單因素方差分析結果顯示，4塊樣地的水體pH值和電導率之間表現出顯著性差異，其中pH值和電導率為自然樣地最低，其次是修復4年的A區和修復2年的B區，光灘最高。這表明隨著修復工程的實施，水體中的鹽類濃度相應降低，鹽堿化程度有所好轉。在水樣總氮方面，除了修復B區的水體總氮含量較其他樣地稍高之外，其它樣地間未表現出顯著的差異。水樣總磷，修復A區和光灘的水樣中均未檢出，而自然樣地和修復 B 區水樣中所檢出的總磷含量均較低，處于國家地標水質標準規定的Ⅱ類水總磷含量要求范圍內，因此可以選擇國家地表水水質標準作為本研究中水樣總磷的評價標準。

2.1.2 濕地土壤指標 土壤相關指標見圖4。單因素方差分析結果顯示，自然樣地與光灘的多種土壤指標值均表現出了顯著性差異，而修復A區和修復B區的各項指標值均介于自然樣地與光灘之間。其中，堿解氮、速效鉀和水溶鹽分均表現出相似的變化特征，均為自然樣地最低，光灘最高，并隨著修復時間的延長濃度相應降低，而有機質的含量表現出與之相反的變化特征，即隨著修復時間的延長有機質含量相應上升，說明隨著修復工程的實施，該地植被逐漸生長，生物量在不斷增加。根據以上變化特征，也可以直接觀察到，該區域濕地修復工程有一定的成效，并隨著時間的延長，修復效果逐漸趨于自然樣地，達到濕地退化前的狀態。

2.1.3 濕地植被指標數據 在生長有植被的自然樣地、修復A區及修復B區，現場測算植被密度、生物量以及蘆葦的株高、基徑，其中植被密度通過蘆葦的生長密度反映。同時根據調查結果計算出各研究樣地的Shannon-Wiener指數。

圖3 黃河三角洲修復濕地水體指標特征

由濕地植被參數指標（表2）可以看出，修復A區（深水區）的蘆葦基徑明顯大于其他兩個樣地，而其植被密度則明顯小于另外兩塊樣地。主要原因為相比淺水區的蘆葦，生長在深水區的蘆葦莖稈生物量分配增加，莖稈增高，但種群密度降低，這樣可以獲得更多的 CO2和光照以進行光合作用，并且有助于空氣和地下部分的有效氣體交換。研究表明，深水中生長的蘆葦相比淺水中生長的蘆葦高大，而濕潤生境中生長的蘆葦也同樣要高于干旱生境中生長的蘆葦（Vretare et al， 2001； 崔保山等， 2006）。蘆葦的平均株高和平均基徑與平均水深呈顯著正相關，而平均密度和平均蓋度值與平均水深擬合曲線的變化呈非線性變化趨勢（唐娜等，2006）。蘆葦生物量和植被蓋度方面顯現出相似的變化特征，依次由自然樣地、修復A區、修復B區降低，說明隨著修復效果的提升，植被的生物量和面積在不斷增加。修復樣地多樣性Shannon Wiener 指數高低與修復效果的好壞成負相關，說明實際修復過程中，蘆葦濕地修復效果越好，植被種類越少，生物多樣性越低，蘆葦所占比重逐漸增加。

圖4 黃河三角洲蘆葦濕地土壤理化指標特征

2.2 修復效果評價權重與標準確定

在獲取了所有評價指標的測定數據之后，根據前文構建的評價指標體系，通過發放專家問卷，利用層次分析法對各指標權重進行計算并確定各指標評價標準（表3）（郭金玉等， 2008）。其中，4塊樣地的水樣 pH值和電導率存在顯著性差異，由此根據自然樣地和光灘間的pH值和電導率差值確定其修復效果的評價標準；水體總氮結合國家地表水水質標準來制定水樣總氮的評價標準（國家標準化管理委員會2002）；水樣總磷選擇國家地表水水質標準作為本研究中水樣總磷的評價標準。土壤指標中，由于多種土壤指標值均表現出了顯著性差異，由此根據自然樣地和光灘間各土壤指標的差值確定修復效果的評價標準。植被指標標準的確定，由于缺乏相關既定標準，因此通過正向對照樣地標準化賦分方式來確定分級標準。

在各具體因子權重結果（表3）得出后，需要對判斷矩陣進行一致性檢驗（吳澤寧等，2002）。首先，計算出判斷矩陣的最大特征值 λmax，然后用 λmax和矩陣的階數 n 來構造一致性指標 CI。其中，CR為隨機性指標，CI為一致性指標，RI為平均隨機一致性指標。

表3 評估體系評價標準和指標權重

2.3 模糊綜合評價得分

通過層次分析法確定了各指標在指標群中的權重和評價標準（表3）后，將利用模糊綜合評價的方法來計算黃河三角洲蘆葦濕地修復效果評價得分。

2.3.1 水體指標得分 確定評價對象因素集 U 和評價標準集 V。評價對象因素集 U = （u1，u2，u3，u4） = （水體 pH，水體電導率，水體總氮，水體總磷）。在此基礎上確定評價因素的權重集A，由表3可 知 A = （0.33， 0.45，0.16，0.06）。而評價標準集V = （v1，v2，v3，v4，v5）= （優，良，中，差，劣）= （5， 4， 3， 2， 1）。修復A區和修復B區的水體指標評價集BwA、BwB見圖5。

由 Bw·Vw（Bw為水體指標評價集， Vw為水體指標評價標準集）計算得出水體指標值的評分Rw，修復A區的評分 RwA=4.53，修復B區的評分 RwB= 3.77。

2.3.2 土壤指標得分 與水體指標類似，構建修復A區和修復B區的土壤指標綜合評價矩陣集BsA·BsB見圖5。

由Bs·Vs（Bs為土壤指標評價集， Vs為土壤指標評價標準集）計算得出土壤指標值的評分Rs，修復A區的評分RsA=3.24，修復B區的評分RsB=2.04。

2.3.3 植被指標得分 與水體指標類似，構建修復A區和修復B區的植被指標綜合評價集BpA·BpB見圖5。

由Bp·Vp（Bp為植被指標評價集， Vp為植被指標評價標準集）計算得出植被指標值的評分Rp，修復A區的評分RpA=3.08，修復B區的評分RpB=2.59。

2.3.4 綜合評價得分 綜合三類指標，對照表2可以得出最終的評價結果，黃河三角洲蘆葦濕地修復期達4年的修復A區評分RA=4.01，修復效果為“優”，修復期為2年的修復B區評分RB=3.16，修復效果為“良”。

3 結論

（1） 根據設定的評價定量分級標準，經過4年修復期的修復A區的評價得分為4.01，經過2年修復期的修復B區的評價得分為3.16，它們的評價結果分別為“優”和“良”。經過人工抽水漫灌，隨著時間的推移，各項指標逐漸下降，蘆葦蓋度增加，并逐漸趨向于自然濕地，說明該地生態修復工程起到了一定的修復效果。但濕地生態修復工程是個長時間尺度的工作，尤其是生物群落需要更長的修復時間。因此，濕地生態工程需要長時間的監測和評估，并及時反饋生態修復后出現的問題。

（2） 濕地生態修復評估的關鍵在于針對不同濕地類型和環境現狀選取合適的評價指標、評價方法以及評價標準的確定。因此，在后續評價工作中，評價指標的選擇更要注意科學性和全面性。本文主要針對土壤鹽漬化較為嚴重的蘆葦濕地為研究對象，所以主要選取與土壤理化性質密切相關的土壤、水體和植被等16項指標，通過對比正、負參考指標值并參考國家相關環境質量標準，確定黃河三角洲退化蘆葦濕地修復效果的評價標準。其中，對于缺少負向參考系的水體指標，選擇國家地表水水質標準制定，植被指標通過正向參照系標準化賦分方式來確定分級標準。本文所選取的評價指標和方法以及評價標準可對其他相關評估工作起到一定的參照和借鑒作用。

圖5 水體、土壤和植被指標評價集

（3） 該濕地生態修復方式主要為人工引淡水漫灌，達到壓堿洗鹽的目的。因此，該區水資源管控是濕地生態修復工程的關鍵，在滿足鹽漬區水需求的條件下，根據蘆葦不同生長期的需水量，制定合理灌溉制度，一方面脫堿洗鹽，一方面促進植被建群。同時，應在濕地內布置較多溝渠，并與淡水河流緊密聯系，確保排水通暢，修復水力聯系，深溝壓堿洗鹽。本文中所選采樣時間主要在8月份，期間為蘆葦生長成熟期，蘆葦生長情況良好，導致其評價結果相對較好，在后續工作需加強跟蹤監測，針對不同時期不同樣地進行對比，更為全面地對生態修復效果進行科學評估。

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紅樹林管理方式影響其生態系統服務供給

印度尼西亞是世界上擁有紅樹林面積最多的國家，由于城市擴張、水產養殖、棕櫚種植和木材采伐，紅樹林面積已從20世紀80年代的450萬hm2下降至目前的300萬hm2。其中，水產養殖是導致紅樹林面積下降的主要原因。

有關紅樹林價值評估的研究大多是在特定的紅樹林管理方式下進行的，評估結果千差萬別，難以進行相互比較。制定合理的紅樹林管理策略需要了解不同管理方式對紅樹林生態系統服務供給的影響。然而，現有的紅樹林生態系統服務評估的研究很少與紅樹林的管理方式直接聯系起來。受濕地國際的委托，荷蘭瓦赫寧根大學在印度尼西亞的爪哇島開展了紅樹林管理方式對其生態系統服務供給影響的研究，填補了學術界在此方面的空白。

研究人員將紅樹林管理方式分為5大類11小類，評估了每種管理類型對生態系統服務供給的影響，選取了7種主要的生態系統服務：食物、原材料、沿海防護、固碳、凈化水、魚類繁育場所和生態游憩。紅樹林管理方式分類如下：①天然紅樹林：用于保護生物物理功能和生物多樣性的紅樹林；用于保存生物多樣性和地方文化的紅樹林；②低強度利用的紅樹林：用于生產林產品；未受保護的紅樹林，通常因位置偏遠而無人問津；③高強度利用的紅樹林：人工紅樹林，主要用于生產非木林產品；混漁紅樹林（Silvo-fishery）；④紅樹林轉為水產養殖地：生態認證水產養殖；粗放水產養殖；半集約水產養殖；集約水產養殖；⑤廢棄的水產養殖地：由于資源枯竭而放棄管理的水產養殖地。

研究結果顯示：就提供的生態系統服務種類而言，保留部分紅樹林的管理方式均優于完全轉為水產養殖地的管理方式；水產養殖只提供單一類型的服務（食物供給），并危及其它服務的供給（碳儲存、海岸保護、水凈化）；雖然水產養殖（幾乎完全人工化的）和紅樹林系統（天然的）很難比較價值大小，但在越接近天然的紅樹林系統中漁業產量越高（每年每公頃的產量），且魚類種類豐富，同時還能提供其他類型的生態服務；紅樹林的年齡以及相關的樹高、直徑、根長、物種豐富度和林分結構的復雜度等對于7種生態系統服務的供給至關重要；生態認證的水產養殖具有巨大的潛力，但如果管理不當對其他類型生態服務仍帶來負面影響（轉自國際濕地動態2015年第6期）。

Assessment of Effectiveness of Ecological Restoration of Reed Wetlands in the Yellow River Delta

BAI Jian-Kun1，2ZANG Zhen-Yu1FENG Jian-Xiang2LIN Guang-Hui1，2
（1 Key Laboratory for Earth System Modeling of the Ministry of Education， Center for Earth System Science， Tsinghua University， Beijing 100084；2 Division of Ocean Science and Technology， Graduate School at Shenzhen， Tsinghua University， Shenzhen 518055，Guangdong）

Based on an analysis of current status of degradation and the implemented ecological restoration project of Reed wetlands in the Yellow River Delta， a system of indicators was developed for assessing the effectiveness of ecological restoration projects implemented in Dongying， Shandong Province. The indicators were referred to water quality， soil indicators and community structure. AHP model was used to calculate the weight of each indicator and integrated evaluation was used to assess the effectiveness of restoration. Results showed that the score of four year restoration site was “4.01”， corresponding to the level of“very good”. The performance of the two years restoration site reached the level of “good” with a score of 3.16. The quality of water and soil has been improved significantly. However， the vegetation coverage and biomass for the two restoration sites were remain significantly lower compared to those of natural wetland， suggesting that the restoration of plant community will take a longer time than other indicators. Furthermore， fresh water resources are critical for the restoration objects in this area. Therefore， the optimum irrigation scheme according to water demand at different growing period should be considered to remove the salinization.

Coastal wetlands； Salinization； Analytic hierarchy process；Dongying

10.3969/j.issn.1673-3290.2016.03.04

2016-05-21

國家海洋局海洋公益性行業科研專項（201305021）

柏建坤 （1989-），男，博士研究生，主要研究方向為濕地生態學。E-mail：baijiankun2012@163.com

馮建祥（1985-），男，博士，研究方向為濕地生態學，E-mail：feng.jianxiang@sz.tsinghua.edu.cn