我國九省(區(qū))濕地生態(tài)系統(tǒng)健康狀況預(yù)警研究

蔣庭菲 楊雨微 江海清 王逸群 賈茜

（國家林業(yè)局西北林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計院，陜西 西安710048）

濕地生態(tài)系統(tǒng)健康為濕地生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)完整、功能健全，對周圍生態(tài)系統(tǒng)和人類健康不造成危害，且在長期或突發(fā)的自然或人為擾動下保持彈性和穩(wěn)定性（吳良冰等, 2009）。濕地生態(tài)系統(tǒng)健康狀況預(yù)警研究，是指建立濕地生態(tài)系統(tǒng)指標(biāo)體系，對濕地健康狀況進(jìn)行分析、評價、預(yù)測和警報。

近幾十年來，由于各種自然和人為原因，天然濕地大面積萎縮、退化、消亡，其健康狀況令人擔(dān)憂，目前我國有3億人口依靠濕地生存。國家林業(yè)局在《推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)規(guī)劃綱要》中劃定了濕地保護(hù)紅線，到2020年，中國濕地面積不少于5 333 hm2，在上世紀(jì)末，我國就開展了濕地保護(hù)、評價和預(yù)警研究工作。

近年來，有學(xué)者就濕地紅線的確定和管理、濕地生態(tài)預(yù)警指標(biāo)和響應(yīng)機(jī)制以及基于3S技術(shù)的濕地生態(tài)安全進(jìn)行了評價與預(yù)警研究（但新球等,2014;朱衛(wèi)紅等,2014），并取得了一些成果。由于濕地生態(tài)系統(tǒng)是自然-經(jīng)濟(jì)-社會復(fù)合系統(tǒng)，評價濕地系統(tǒng)健康狀況，診斷由自然因素和人類經(jīng)濟(jì)活動所造成的濕地生態(tài)系統(tǒng)破壞和退化程度，以此發(fā)出預(yù)警，可以量化濕地生態(tài)系統(tǒng)評價，為濕地保護(hù)和管理提供技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以保護(hù)濕地可持續(xù)發(fā)展。

2013-2014年，按照國家林業(yè)局濕地保護(hù)管理中心的統(tǒng)一部署，筆者在統(tǒng)一培訓(xùn)后參加了甘、滇、鄂、黑、藏等省（區(qū)）的部分濕地生態(tài)系統(tǒng)健康、功能和價值評價課題的野外考察工作，本文根據(jù)這次考察收集的資料撰寫而成。

1 濕地生態(tài)系統(tǒng)健康預(yù)警研究方法

生態(tài)系統(tǒng)健康預(yù)警研究有很多方法，本文選用加權(quán)重疊排序法。該方法的指導(dǎo)思想是通過對決定各濕地生態(tài)系統(tǒng)健康狀況惡化程度的綜合因素進(jìn)行動態(tài)排序，找出影響各樣本區(qū)濕地生態(tài)系統(tǒng)健康狀況惡化程度的主要問題，并進(jìn)行歸類分析和預(yù)警。動態(tài)排序的結(jié)果本身就是一種預(yù)警形式，通過排序可以進(jìn)行各濕地之間對比，找出問題，為濕地的合理利用和工農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

加權(quán)重疊排序法按下列步驟進(jìn)行：

第一步：以各獨(dú)立的濕地為樣本單元，對各排序因子進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

第二步：根據(jù)各排序因子的計算結(jié)果，按照從大到小或從小到大的要求，對單因子進(jìn)行排序。

第三步：按加權(quán)重疊法進(jìn)行綜合排序。重疊排序指數(shù)依下式計算:

式中：An為重疊排序指數(shù)；yi為參加排序的樣本數(shù)；xi為排序各分指數(shù)；n為重疊排序的項目數(shù)。

2 濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評價

2.1 濕地生態(tài)系統(tǒng)指標(biāo)體系的構(gòu)建

濕地生態(tài)系統(tǒng)健康狀況惡化，是濕地水環(huán)境、土壤、植被和人類經(jīng)濟(jì)活動等諸多因素耦合作用的結(jié)果。中國科學(xué)院遙感應(yīng)用研究所曹春香等從濕地及生態(tài)學(xué)的原理出發(fā)，以獲取評價指標(biāo)的科學(xué)性、邏輯性、可操作性、可測量性和可報告性為主要原則，以濕地水、土壤和植被三要素為主線，綜合考慮濕地景觀格局變化以及社會經(jīng)濟(jì)、人類活動的影響，提出利用濕地水環(huán)境、土壤污染狀況、生物棲息繁衍、濕地景觀變化和人類活動5個一級指標(biāo)和13個二級指標(biāo)來評價濕地生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況（馬廣仁等,2016）。本文應(yīng)用這13個二級指標(biāo)作為濕地生態(tài)系統(tǒng)健康狀況惡化預(yù)警分析的排序因子。

2.2 濕地生態(tài)系統(tǒng)指標(biāo)體系的量化

為了清除量綱和數(shù)據(jù)級差太大的影響，各因子的數(shù)據(jù)以極差正規(guī)法進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，各數(shù)據(jù)分布在0～1之間。表1數(shù)據(jù)均來源《中國國際重要濕地生態(tài)系統(tǒng)評價》公布的數(shù)據(jù)。

2.2.1 地表水水質(zhì) 地表水水質(zhì)（Wq）表征水環(huán)境質(zhì)量，直接反應(yīng)濕地水體受污染狀況，間接反映濕地的凈化能力。地表水質(zhì)描述執(zhí)行《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002），將其中的I、Ⅱ、III、IV、V五級水質(zhì)為分級標(biāo)準(zhǔn)。五級水質(zhì)的取值范圍為：I類為10分，Ⅱ類為8分，III類為6分，IV類為4分，V類為2分。若V類水質(zhì)已受到嚴(yán)重污染，無利用價值，取值為0分。數(shù)值進(jìn)行歸一化處理。

2.2.2 水源保證率 水源保證率（Psy）是濕地最重要的水文指標(biāo)。適量的來水是維持濕地生態(tài)基本功能的保證。水源保證率用濕地生態(tài)系統(tǒng)當(dāng)年蓄水量（W）與濕地生態(tài)系統(tǒng)多年平均需水量的比值（Psy）來表示。濕地生態(tài)需水量是指濕地生態(tài)系統(tǒng)發(fā)揮期望的生態(tài)功能所需要的水量。對于一個特定的濕地系統(tǒng)，其生態(tài)需水量有一個閾值范圍，具有上下限值，超過上下限值都會導(dǎo)致濕地生態(tài)系統(tǒng)的退化或破壞。基于這一原則，濕地水源保證率（Psy）的分值依下式計算：

2.2.3 土壤重金屬含量 濕地作為重金屬污染物的有效匯集庫，積淀了許多重金屬污染物。因此，濕地周圍土壤和底泥中的重金屬含量（PN），是評價濕地生態(tài)系統(tǒng)健康狀況及其潛在生態(tài)危害風(fēng)險的重要指標(biāo)之一。

通過野外采集的土壤樣本，測定其銅（Cu）、鋅（Zn）、鉛（Pb）、鉻（Cr）、鎘（Cd）5種重金屬元素的含量。據(jù)此計算內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)（PN），并進(jìn)行排序。

2.2.4 土壤pH值 土壤pH值是濕地土壤重要的化學(xué)性質(zhì)之一，其變化直接影響土壤生態(tài)系統(tǒng)的物理化學(xué)和生物過程。在一定程度上決定了濕地區(qū)域內(nèi)植被的分布及其生物量，反映了該濕地生態(tài)系統(tǒng)對動植物提供棲息地的適宜度。

由于土壤pH值過高或過低，都不適宜動植物生存，因此土壤pH值依（3）式進(jìn)行賦分并進(jìn)行歸一化處理。

2.2.5 土壤含水量 土壤平均含水量（TRavg）是評價濕地健康的重要因素之一。其變化能夠直接影響土壤生態(tài)系統(tǒng)的物理化學(xué)和生物過程，是土壤養(yǎng)分和重金屬等污染物有效性和遷移性的重要限制因素。此外，土壤含水量還是濕地退化與否的直接表現(xiàn)因子。

2.2.6 生物多樣性 濕地是許多野生物種的全球重要繁殖地和覓食地，在保護(hù)生物多樣性方面有重要作用。生物多樣性（BI）是濕地生態(tài)系統(tǒng)健康的重要特征之一。

參照《中華人民共和國環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)——生物多樣性評價標(biāo)準(zhǔn)（征求意見稿）》，馬廣仁等（2016）提出用（6）式來量化濕地生物多樣性。

式中：BI為物種多樣性指數(shù)；Gm為野生高等動物種類數(shù)；Wm為野生維管束植物種類數(shù)；Tm為物種特有性；Fm為受威脅物種的豐富度；Pin為歸一化外來物種入侵度。而：

（5）～（7）中：Gzm為評價濕地區(qū)內(nèi)中國特有的野生高等動物種數(shù)；WZM為評價濕地區(qū)內(nèi)中國特有的野生維管束植物種類數(shù)；FGm為受威脅的高等動物種數(shù)；Fwm為受威脅的野生維管束植物種數(shù)；Wqm為外來入侵動物、植物和微生物種數(shù)；Bym為本地野生高等動物和野生維管束植物種類之和。

2.2.7 外來物種入侵度 外來物種入侵度（Pin）表征濕地生態(tài)系統(tǒng)受到外來物種干擾的程度。濕地生態(tài)系統(tǒng)敏感而脆弱，極易被外來生物入侵，從而導(dǎo)致入侵濕地區(qū)內(nèi)生物多樣性減少，生物均勻化和生態(tài)系統(tǒng)及其功能的退化，導(dǎo)致濕地健康狀況惡化。該指標(biāo)依（7）式進(jìn)行量化。

2.2.8 野生動物棲息地指數(shù) 野生動物棲息地指數(shù)（SWAHI）從植被覆蓋度和景觀破碎化方面綜合表征濕地對野生動物提供棲息場所的適宜度，反映濕地對野生動植物的承載能力，是評價濕地生態(tài)系統(tǒng)健康狀況的重要指標(biāo)。

參考馬廣仁等（2016）濕地生態(tài)系統(tǒng)評價指標(biāo)，分別對有效濕地斑塊面積（Vsize）、單位面積濕地斑塊數(shù)量（Vnum）和植被覆蓋度（Vcover）進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，形成Ssize（有效濕地斑塊面積標(biāo)準(zhǔn)化分值），Snum（每km2單位面積內(nèi)濕地斑塊數(shù)量標(biāo)準(zhǔn)分值），Scover（植被覆蓋度指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化分值）3個指標(biāo)來綜合反映濕地野生動物棲息地的功能。野生動物棲息地指數(shù)（SWAHI）依（8）式計算。

2.2.9 濕地面積變化率 濕地面積變化率（Ab）是濕地生態(tài)環(huán)境變化的直接結(jié)果，是濕地健康狀況的具體表現(xiàn)。該指標(biāo)用現(xiàn)有濕地面積與前一年同時期濕地面積的百分比來表示。

2.2.10 土地利用強(qiáng)度 土地利用強(qiáng)度（PL）反映人類經(jīng)濟(jì)活動和自然界的各種干擾變化對濕地生態(tài)系統(tǒng)的壓力，是導(dǎo)致濕地健康狀況惡化的重要原因之一。土地利用強(qiáng)度用待評價濕地所在最小行政單元內(nèi)農(nóng)業(yè)、建設(shè)用地、沙地、畜牧業(yè)用地等土地面積與評價區(qū)域土地總面積的百分比來表示。

2.2.11 人口密度 人口密度（Rd）是一個綜合社會經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。它表征濕地系統(tǒng)所承受的人口壓力，間接反映人類活動強(qiáng)度，是濕地生態(tài)系統(tǒng)健康狀況的脅迫指標(biāo)。該指標(biāo)用人口總數(shù)與待評價濕地保護(hù)區(qū)內(nèi)所在最小行政單元面積的比值來表示，單位為人/km2。

2.2.12 物質(zhì)生活指數(shù) 物質(zhì)生活指數(shù)(Yincome)反映該濕地保護(hù)區(qū)內(nèi)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的程度，表征人類社會對濕地生態(tài)系統(tǒng)健康狀況惡化的潛在壓力。它用研究區(qū)內(nèi)的人均收入（元/人·a）來描述，并用（9）來計算指標(biāo)的分值，而后進(jìn)行數(shù)據(jù)正規(guī)化和排序。

2.2.13 濕地保護(hù)意識 濕地保護(hù)意識（Ny），表征濕地周圍區(qū)域內(nèi)民眾對保護(hù)濕地重要性的認(rèn)知程度，以及當(dāng)?shù)刂鞴懿块T對保護(hù)濕地的宣傳程度，是濕地生態(tài)效益健康的響應(yīng)指標(biāo)。該指標(biāo)通過在當(dāng)?shù)剡M(jìn)行問卷調(diào)查獲取。

2.3 結(jié)果與分析

An值的計算結(jié)果如表1所示。按照以下規(guī)則排序：(1)統(tǒng)一排序因子中當(dāng)遇到有兩個或多個數(shù)值處于同量級數(shù)值時，則用同一排序號；（2）土壤重金屬含量因子，外來物種入侵度因子，土地利用強(qiáng)度因子和人口密度因子數(shù)據(jù)排序?yàn)閺拇蟮叫。渌蜃訑?shù)據(jù)排序?yàn)橛尚≈链蟆８鶕?jù)表中An值的大小，可將所研究的濕地各樣本按照其生態(tài)系統(tǒng)健康狀況劃分為4個等級：An≥49.00；45.00≤An＜49.00；40.00＜An≤45.00及An＜40.00，重疊排序指數(shù)越大，說明濕地生態(tài)系統(tǒng)健康狀況越差，或者潛在退化危險性越大。

從表1、表2可以看出以下結(jié)果：

（1）An值大于49.00的濕地有扎陵湖濕地、鄂爾多斯遺鷗國家級自然保護(hù)區(qū)濕地、鄂陵湖濕地、大山包濕地和若爾蓋濕地。上述5個濕地生態(tài)環(huán)境最為脆弱，生態(tài)系統(tǒng)健康狀況正日趨惡化或潛在危險最大。這5個濕地的主要問題一是人口密度大，以及隨之造成的環(huán)境壓力；二是由于水源保證率較低，水質(zhì)較差，不利于動植物的生存繁衍；三是植被覆蓋度降低和景觀破碎化，不利于野生動物棲息。這5個濕地應(yīng)列為生態(tài)系統(tǒng)狀況日趨惡化的警報區(qū)。

表 1 濕地生態(tài)系統(tǒng)健康狀況預(yù)警因子綜合排序Table 1 The comprehensive sequencing of early warning factors for wetland ecosystem health

表 2 濕地生態(tài)系統(tǒng)健康狀況惡化程度分級Table 2 Classif i cation of the deterioration of wetland ecosystem health

（2）An值在45.22～48.65之間的濕地有向海濕地、鳥島濕地、碧塔湖濕地、拉市海濕地、達(dá)賚湖濕地、莫莫格濕地。這6個濕地的生態(tài)也十分脆弱，其主要問題是水質(zhì)較差，人類干擾大，濕地保護(hù)意識不足。

（3）An值在41.32～44.36之間的有扎龍濕地、瑪旁雍錯濕地、珍寶島濕地、大九湖濕地、尕海濕地。這5個濕地由于水質(zhì)優(yōu)良（II類以上），水源保證率較高，加之濕地區(qū)內(nèi)人口密度較低，人為活動干擾較小，以及人們對濕地保護(hù)的認(rèn)識度較高，濕地生態(tài)系統(tǒng)健康狀況較好。

（4）An值小于40.00的濕地有南甕河濕地、麥地卡濕地、興凱湖濕地、東方紅濕地。這4個濕地水質(zhì)優(yōu)良純凈，水源保證率高；區(qū)內(nèi)人類活動少，人口密度最低為零，最高為5.08人/km2；土壤重金屬污染輕微；沒有外來物種入侵；濕地面積年變化率小，比較穩(wěn)定；濕地內(nèi)植被覆蓋度較高，景觀較完整，適宜野生動物棲息。這4個濕地生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況處于良好等級。

3 結(jié)語

采用加權(quán)重疊排序法來進(jìn)行濕地生態(tài)系統(tǒng)健康狀況預(yù)警研究，能比較真實(shí)地反映濕地健康狀況。預(yù)警研究是一項系統(tǒng)工程，涉及因子多，而濕地基礎(chǔ)資料是預(yù)警研究的基礎(chǔ)，資料數(shù)據(jù)的數(shù)量和質(zhì)量與預(yù)警精度密切相關(guān)。國家應(yīng)建立全國各類型濕地生態(tài)系統(tǒng)健康狀況監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，利用遙感技術(shù)和GIS信息系統(tǒng)，建立在時間序列基礎(chǔ)上的觀測資料數(shù)據(jù)庫，定期發(fā)布有關(guān)濕地生態(tài)系統(tǒng)健康狀況的動態(tài)信息，確保濕地保護(hù)紅線得以落實(shí)。