指標體系法在我國濕地生態系統健康評價研究中的應用進展

趙志江 崔麗娟 朱利 李偉

（1 北京市順義區漢石橋濕地自然保護區管理辦公室，北京 101309；2 中國林業科學研究院濕地研究所，北京 100091）

濕地生態系統兼具水陸特征，濕地功能的有效發揮直接關系到人類自身的持續發展（崔麗娟等,2006）。濕地生態系統健康評價已成為濕地研究的前沿與熱點問題之一。在我國研究初期，學者關注的重點主要集中在濕地生態系統健康的概念、診斷、恢復、尺度、預警等方面（楊波, 2004）。隨著時間推移和理論技術的進步，基于單因素和多因素的濕地生態系統健康評價研究不斷涌現，但評價指標體系主要基于生態系統的特征和功能指標，缺乏經濟、社會等綜合指標（吳良冰等, 2009）。近些年，隨著新技術的廣泛應用與評價方法的交叉融合，濕地生態系統健康評價體系日臻完善，應用領域不斷拓展（上官修敏等, 2013）。本文主要從濕地生態系統健康評價的指標體系構建、指標權重確定和標準化處理、健康等級劃分和綜合評價等方面進行系統梳理，為今后各類型濕地開展健康評價提供技術參考。

1 濕地生態系統健康評價概述

生態系統健康不僅關乎生物功能，還關乎經濟社會發展、人類與動物健康。生態系統健康評價一方面強調生態系統維持生物功能的能力，一方面強調實現合理和可持續的人類目標的能力(Stratford et al,2016)。生態系統健康的概念與人類健康緊密相連，強調“沒有疾病”(Schaeffer et al,1988)，且具有能為人類提供必要服務的生物完整性(Cairns et al,1995)。濕地生態系統健康主要強調濕地生態系統的長期穩定性，并在外界脅迫下容易恢復（李文華等,2004)。濕地生態系統健康評價屬于生態系統健康評價在濕地領域的應用實踐，力圖通過定量計算，研判在特定時空尺度上濕地生態系統的健康程度，并識別出限制因素，提出濕地保護與恢復技術措施或對策建議。指示物種法和指標體系法是當前開展濕地生態系統健康評價的主要方法，指示物種法在國外應用比較廣泛，我國研究應用主要集中在指標體系法（林波等,2009;上官修敏等,2013）。

2 評價指標體系構建

2.1 構建方法

基于PSR框架模型（Pressure-State-Response，壓力－狀態－響應）進行指標體系構建是目前應用最為廣泛的方法。PSR模型由國際經濟合作與發展組織（OECD）在上世紀90年代確立，主要用于對生態環境相關重要指標進行分析研究（麥少芝等,2005），該模型在進行濕地生態系統評價時得到了國內外學者的廣泛認同（徐浩田等, 2017），其基礎框架模型見圖1。也有學者在應用PSR模型時，進行了一定程度的優化和細分，例如喻立等（2014）運用DPSIR模型（Driving Forces-Pressure-State-Impact-Response，驅動力－壓力－狀態－影響－響應）對寧夏沙湖濕地健康進行了評價，Zhang等(2016)運用DPSIRM模型（Driving Pressure State Impact Response Management，驅動力－壓力－狀態－影響－響應－管理）對微山湖、昭陽湖、獨山湖和南陽湖的生態健康狀況進行了評價。另一類常用方法是基于濕地生態系統自身屬性的指標體系構建方法(崔保山等,2002)，該構建方法在相關研究中也得到了很好的應用（王薇等, 2012; 張茹松等,2013; 白祥等, 2014; 周林飛等, 2015; 馮倩等,2016; 錢逸凡等, 2016; 吳春瑩等, 2017）。

圖1 壓力-狀態-響應（PSR）框架模型（引自徐浩田等，2017）Fig. 1 Pressure-state-response (PSR) framework model (quoted from Xu Haotian et al (2017))

除上述兩種方法外，部分學者還針對特定濕地生態系統，運用其他指標體系構建方法進行了研究。陳展等（2012）利用IBI參數法構建了適用于白洋淀濕地健康評價的參數體系。李蕊等（2016）利用主成分分析法篩選出了茅尾海濕地生態系統健康評價體系。王書可等（2015）構建了基于人類、自然擾動與濕地免疫力、服務功能等的評價體系。宋創業等（2016）從土壤、水環境、蘆葦群落及酶活性的角度構建了蘆葦濕地生態系統的評價體系。尹藝潔等（2017）結合行業規范構建了包括水環境、生物殘毒、棲息地以及生物狀況等因素在內的針對特定濕地生態系統的評價指標體系。

2.2 指標體系構成

基于PSR框架模型的評價指標體系基本由目標層、準則層、因素層、指標層組成。目標層即為總體評價，由壓力、狀態、響應三個準則層構成。因素層為準則層的進一步劃分，各因素層的具體指標歸類詳見表1（朱衛紅等, 2012; 任晶等, 2012;Dai et al, 2013; 郝文淵等, 2013; 毛旭鋒等,2013; 李暉等, 2013; 彭濤等, 2014; Jia et al,2015; 羅遵蘭, 2015; 張永利等, 2015; 劉培等,2016; 陳子月等, 2016; 王賀年等, 2016; 徐浩田等, 2017; 趙嵩穎等, 2017）。可以看出，不同學者在應用PSR框架模型時，對模型的理解和運用上存在一定差異，導致相同的指標被劃歸在不同的準則層。

基于濕地生態系統自身屬性的評價指標體系可分為總目標層、亞類目標層、具體指標層。總目標層即為生態系統健康評價，亞類目標層分為生態特征（自然環境）健康目標、整體功能健康目標、社會環境健康目標，具體指標歸類詳見表2（崔保山等, 2002; Zhang et al,2008; 王薇等, 2012; 張茹松等,2013; 白祥等, 2014; 周林飛等,2015; 錢逸凡等, 2016; 吳春瑩等,2017）。

表1 基于PSR框架模型的濕地生態系統健康評價指標體系Table 1 The index system of wetland ecosystem health assessment based on the PSR model

表2 基于濕地生態系統自身屬性的健康評價指標體系Table 2 The index system of health assessment based on the properties of wetland ecosystem

由表1和表2可以看出，雖然兩種指標體系的構建方法不盡相同，但各單項指標具有很高的一致性，例如表1中的人類壓力指標與社會響應指標同表2中的社會環境指標基本一致，表2中的生態特征指標與表1中的環境狀態、生物狀態、景觀狀態指標接近相同，兩表中的功能指標高度類似。

由其他方法構成的指標體系，因為研究對象和研究目的的特殊性，其指標體系存在較大的差異性，在此不再贅述。

3 指標權重確定與標準化處理

3.1 指標權重確定

層次分析法（AHP）是目前應用最廣的指標權重確定方法，該方法根據指標評價的實際情況和專家意見，用定量的形式判斷各元素兩兩之間的相對重要性，用特征向量作為對應權重（劉子剛等, 2009;Zhang et al, 2016）。除層次分析法外，部分學者采用變異系數法（朱爽等, 2016）、主成分分析法（李蕊等, 2016）、熵權法（陳子月等, 2016）、熵權法與層次分析法相結合（Dai et al, 2013）、結構方程模型與因子載荷歸一化（王書可等, 2015）、等值權重法（羅遵蘭等, 2015）、因子分析法（郝文淵等, 2013）、專家法（任晶等, 2012）等確定指標權重。

3.2 指標標準化處理

隸屬度法（郭艷麗, 2011; 朱衛紅等, 2012;張茹松等, 2013; 喻立等, 2014; 王賀年等,2016; 趙嵩穎等, 2017）是目前較為通用的標準化處理方法之一，該方法通過構建隸屬度向量實現指標的標準化。除此方法外，標準分級賦分法應用也較為廣泛（陳展等, 2012; 王薇等, 2012; 張永利等, 2015; 劉培等, 2016），該方法將各指標實際值與評價標準分級進行類比，確定各指標的得分值。除上述兩種主要標準化方法外，還有單因子評價法（徐浩田等, 2017）、規范公式法（錢逸凡等, 2016）、極值法（Dai et al, 2013; 宋創業等, 2016）、極差法（白祥等, 2014）、相對距離法（Zhang et al, 2016）、邏輯斯蒂增長模型法（李暉等, 2014）等。

4 健康等級劃分和綜合評價

4.1 健康等級標準劃分

評價指標等級一般劃分為5級，基本可以概括為很健康（0.8～1）、健康（0.6～0.8）、亞健康（0.4～0.6）、一般病態（0.2～0.4）、疾病（＜0.2）。因研究對象的差異性和學者對健康與否的理解不同，在具體表述時略有差異，包括健康、亞健康、脆弱、疾病、惡劣（崔保山等, 2002），或很健康、健康、較健康、一般病態、疾病（馮倩等, 2016），或優、良好、一般、較差、極差（向麗雄等,2015），或I級、II級、III級、IV級、V級（王書可等, 2015），或V1、V2、V3、V4、V5（王鐵良等, 2013），或良好、較好、警戒、較差、極差（毛旭鋒等, 2013），雖然表述方式不盡相同，但基本含義一致。也有學者將評價指標分為3個（Zhang et al, 2008）或4個等級（Dai et al, 2013）。

濕地生態系統總體健康評價的等級劃分與評價指標的等級劃分基本一致，與評價指標相對應，濕地健康等級一般劃分為很健康（0.8～1.0）、健康（0.6～0.8）、亞健康（0.4～0.6）、一般病態（0.2～0.4）、疾病（＜0.2）。各健康等級的基本特征為：①很健康：自然狀態良好，活力極強，結構合理，功能完善；②健康：自然狀態較好，活力較強，結構較合理，功能較完善；③亞健康：自然狀態改變，具備一定活力，結構發生變化，功能尚能發揮；④一般病態：自然狀態破壞，活力較低，結構出現缺陷，功能退化；⑤疾病：自然狀態嚴重破壞，活力極低，結構極不合理，功能嚴重退化。

4.2 綜合評價

綜合評價主要包括模糊綜合評價（郭艷麗,2011）與加權求和（蔣衛國等, 2005; 徐浩田等, 2017）兩種方法。模糊綜合評價方法是通過構建權重向量與模糊關系矩陣得到綜合評價向量，進而結合評判等級向量得到綜合評價值，確定健康評價等級。加權求和方法是將評價指標的標準化值或得分值加權求和后，得到綜合評價值，然后根據濕地健康評價等級劃分標準確定健康程度。除上述兩種方法外，部分學者還有利用物元可拓（朱爽等, 2016）、聯系度函數（王書可等, 2015）、級別特征值（周林飛等, 2015）、BP神經網絡（Mo et al, 2009）、集對分析與三角模糊數（彭濤等,2014）等方法進行探討。

5 總結與展望

（1）在應用PSR框架模型時，研究人員對相同指標的歸類不盡相同，例如有學者將人口指標歸到壓力準則層，也有學者將其歸到狀態準則層；有學者將景觀多樣性歸到狀態準則層，也有學者將其歸到響應準則層 ；有學者將自然災害歸到壓力準則層，也有學者將其歸到狀態準則層。在今后的研究中，應盡量將同一指標歸屬到同一準則層中。

（2）基于PSR框架模型與基于濕地生態系統自身屬性的構建方法，是構建評價指標體系的主要方法。二者構建原則和過程不同，但單項指標的重合度較高，在今后開展相關研究時，應綜合考慮兩種構建方法，使構建的指標體系更具普適性，為下一步建立統一的行業標準奠定基礎。

（3）隨著數學方法的不斷應用，不同的權重確定方法與綜合評價方法不斷涌現，為精確評判濕地生態系統的健康水平提供了有力支撐，今后應該充分探討不同的評價方法對評價結果產生的影響，為更加客觀公正的評價提供理論依據。