頤和園濕地生態系統健康評價研究

胡振園 許蕊 叢一蓬

(1 北京市頤和園管理處，北京 100091；2 北京市園林科學研究院，北京100106)

由于濕地在社會經濟發展中發揮著重要的生態功能，濕地退化、修復及濕地生態系統環境演化的議題逐漸受到國內外的廣泛關注，開展濕地生態系統健康評價，用定性或定量表征濕地環境演化狀態已成為研究濕地過程及保護管理措施的重要手段(朱衛紅等, 2012; 徐珊楠等, 2016; 張艷會等,2014; 張志明等, 2013)。以昆明湖為主體的頤和園湖泊濕地在調節區域小氣候、維持生物多樣性、提供休閑旅游等方面有著不可替代的作用(苗李莉等,2013)。上世紀80年代初，北京進入了城市化的快速發展期，城市建設向“郊區化”蔓延給頤和園濕地生態系統帶來威脅，地表固化改變了頤和園濕地生態系統的水分循環(王喜全等, 2008; 張文茂等,2009)。其次，作為藝術文化價值極高的皇家園林，頤和園也面臨由高負荷的旅游服務產生的一系列生態環境問題(陳萍, 2010)。因此，提升頤和園的管理水平，實現世界文化遺產地及其生態環境的科學保護與管理，開展頤和園濕地生態系統監測和健康評價具有十分重要的意義，對于我國歷史文化古跡所在地的生態保護起到重要的引領和示范作用，同時為頤和園世界文化遺產地生態環境的保護和管理提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

頤和園位于北京市海淀區，園內有大小水體10多個，主要的水體有昆明湖、藻鑒堂湖、耕織圖水體、耕織圖東北湖、團城湖及后溪河。根據2015年的生態調查數據，頤和園有維管束植物305種，隸屬于86科231屬，其中，以禾本科、菊科植物最多；昆蟲119種隸屬于11目62科；濕地植物109種，隸屬于49科94屬，其中，水生植物33種，濕生植物76種。

1.2 樣品采集與分析

2015年7月對頤和園濕地生態系統展開調查，樣點布設如圖1所示。其中昆明湖31個樣點，耕織圖東北湖5個樣點，耕織圖水體及后溪河各3個樣點，藻鑒堂湖、排云殿院內水池及揚仁風院內水池各1個樣點，合計45個采樣點。本次調查采集了樣點的水樣、底泥、濕地植物、浮游動植物和底棲動物樣品，樣品的采集、運輸、保存和分析均參照《濕地生態系統觀測方法》和《生物多樣性觀測技術導則淡水底棲大型無脊椎動物》等所規定的方法進行。

生物多樣性指數D參照陳清潮等(1994)：

式中：H＇為Shannon-Wiener多樣性指數，j為均勻度，S為種類總數，Pi為第i種的個體數量(Ni)與總個體數(N)的比值。

圖1 頤和園濕地生態系統調查監測樣點示意圖Fig.1 Sampling sites for ecological survey of the wetland ecosystem in the Summer Palace

表1 頤和園濕地生態系統健康評價指標體系及權重值Table 1 The system and weighted value of wetland ecosystem health assessment in the Summer Palace

1.3 層次分析法

1.3.1 評價指標體系的構建參考已有的生態系統健康評價模型(徐珊楠等, 2016; 李春華等,2012; 趙臻彥等, 2005)，結合頤和園濕地生態系統的特點，構建頤和園濕地生態系統健康評價體系。該體系由目標層、準則層和指標層組成，目標層為頤和園濕地生態系統健康狀況，準則層分為水質環境、底泥環境、生態系統功能與生物群落結構4個層次，指標層包含pH等26項指標(表1)。

1.3.2 評價指標權重的確定將前述頤和園濕地生態系統健康評價體系做成調查表，通過咨詢有關專家，對選取的評價指標按照相對重要性進行評分，按照層次分析法構建判斷矩陣后求解矩陣的特征值和特征向量，按照C.R.＜0.1的標準對矩陣進行一致性檢驗。將特征向量歸一化處理后就可以得到權重值(表1)。

1.4 生態系統健康狀況的模糊綜合評價

1.4.1 等級評分標準的建立生態系統健康評價是建立在實測值與參照標準對比的基礎上(李春華等, 2012)，本研究結合頤和園濕地生態系統的特征，參考有關學者的研究確定了頤和園濕地生態系統健康狀態的分級標準，從重度病態到非常健康共分5級(朱紅衛等, 2012; 徐珊楠等, 2016)(表2)。各指標的評價等級標準主要依據《地表水環境質量標準》（GB 3838-2002）、《土壤環境質量標準 》（GB 15618-19954）、《全國第二次土壤普查養分分級標準》等相關國家標準，沒有標準文本的則參考已有的研究成果(賈曉平等, 2003)，最后得出頤和園濕地生態系統健康評價等級標準(表2)。

表2 頤和園濕地生態系統健康評價等級標準Table 2 The grade standard of wetland ecosystem health assessment in the Summer Palace

1.4.2 生態系統健康綜合指數的計算選取評價指標體系的評價因子作為模糊綜合評價的因素集C={c1,c2,c3,…,cm}(表1)，確定相應的評價標準集合V={v1,v2, v3,…,vn｝，即V=｛非常健康，健康，亞健康，病態，重度病態｝(表2)。對因素集C中的ci(i=1, 2, 3,…, m)逐一進行單因素評判，得出ci對評價標準等級vj(j=1, 2, 3,…, n)的隸屬度rij，則ci的單因素評判模糊子集為ri=(ri1,ri2,…,rin）(i=1, 2,…,m)，將m個ri組合后構造出最終的模糊評判矩陣R：

評價因素的權重集W={w1, w2, w3,…,wm}(表1)，則頤和園濕地生態系統健康綜合評價的模型：A=W×R。

2 結果與分析

2.1 頤和園濕地生態系統健康狀況

根據2015年頤和園濕地生態系統野外調查數據，計算得出頤和園濕地生態系統健康綜合指數為0.41，依據分級標準確定頤和園濕地生態系統健康狀況為“亞健康”。45個調查樣點中，僅有4個樣點(樣點5、15、19、31)(圖1)的健康狀況為“健康”，其余41個為“亞健康”。分析結果表明，頤和園內主要水體的健康綜合指數排序為:耕織圖水體＞耕織圖東北湖＞昆明湖＞后溪河＞藻鑒堂湖＞排云殿院內水池＞揚仁風院內水池，健康綜合指數值均在0.4～0.6之間，健康狀況為“亞健康”。頤和園游客活動密集，客流量大，人為干擾程度相對較大，這是造成頤和園濕地生態系統健康綜合指數偏低的重要原因。

水質環境評價表明，頤和園的水體處于亞健康狀態，需要進一步進行治理改進。其中總磷和五日生化需氧量的平均值分別為0.17 mg/L和6.35 mg/L，達到《地表水環境質量標準》中景觀用水的V類標準，而其余指標均優于Ⅳ類水標準，表明頤和園的水體具有富營養化的潛在風險，影響到頤和園濕地生態系統。頤和園濕地生態系統的底泥環境總體處于健康水平，但個別指標的含量存在一定的超標。底泥的有機質含量偏高，該結果與水體的五日生化需氧量數值偏高具有一定的關聯性。雖然底泥重金屬含量均符合《土壤環境質量標準》中滿足植物生長的Ⅲ級標準，但Cd平均含量為0.92 mg/kg，而相關標準值為1.00 mg/kg，因此需要后期持續對底泥的Cd含量進行監測，避免該指標持續升高和超標。

表3 2015年頤和園濕地生態系統內各指標檢測結果及其健康狀況Table 3 Mean value of each ecological index in the Summer Palace and its health condition in 2015

通過對頤和園濕地植物生物量實測值的分析，可以看出頤和園濕地生態系統功能健康狀況較差，水體中濕地植物生物量為151.09 g/m2。除部分采樣點生長有馬尿花、菖蒲和睡蓮外，多數采樣點僅能采集到浮萍和藻類等濕地植物。這主要由于頤和園游船項目的開展，需要定期對水體中濕地植物進行清理，水體中主要以觀賞植物為主，缺乏其他大型濕地植物。濕地植物種類和數量偏少在一定程度上造成頤和園濕地生態系統的生物多樣性指數偏低。其中生物多樣性指數最低(0.32)，浮游植物次之(0.55)，浮游動物最高(1.38)，但健康狀況都表現為病態或者重度病態。這可能是由于水體中含有較多的氮磷，導致浮游植物(藻類)，尤其是藍藻門中的偽魚腥藻(Pseudanabaenasp.)、微囊藻(Microcystissp.)的生物量和密度過高，影響了其它種類的浮游植物、浮游動物和底棲生物的生長。

2.2 頤和園昆明湖入水口至出水口的水質環境

密云水庫是昆明湖的水源地，京密引水渠將庫區水體經懷柔水庫引入北京市區，最終匯入昆明湖。因此，本研究選取昆明湖從入水口(頤和閘)到出水口(繡漪閘)12個樣點的水質環境進行分析，探討沿入水口至出水口方向水質的變化趨勢(圖1)。從水質結果看(圖2)，入水口的水質環境略好于出水口，但入水口和出水口的水質環境都處在“亞健康”狀態，說明供水水質環境較差是頤和園濕地生態系統健康綜合指數較低的一個原因。其中出水口附近4個樣點(樣點11、14、23、28)總磷含量超過Ⅴ類水標準0.2 mg/L，反映出頤和園人為活動的高頻干擾對水質的影響。

3 討論

針對頤和園濕地生態系統的亞健康狀態必須采取相應的措施，避免進一步惡化。例如增加昆明湖水體的流動性，對于一些有機質含量和Cd含量明顯偏高的采樣點的底泥需要進行清淤，避免對水體的持續污染。張娟等(2012)研究發現頤和園的土壤重金屬污染嚴重，需做好園內水土保持工作，防止土壤重金屬伴隨地表徑流進入水體。針對頤和園濕地生態系統初級生產力較低，濕地植物種類較少的現狀，需適當增加沉水植物的種類和數量，與公園現有的挺水和浮水植物構成具有相對復雜結構層次的濕地植物群落。劉慧蘭(2005)測定昆明湖3 500年沉積物中孢粉，結果表明昆明湖歷史上水生植物非常豐富。昆明湖的生態環境適合濕地植物生長，可利用濕地植物凈化水體中的氮磷等營養成分，降低水體富營養化的風險。因此，在不影響游船游覽線路的水域，可適當種植濕地植物，提高頤和園濕地生態系統的初級生產力，提升生態系統的功能。

荊紅衛等(2008)和李海燕等(2007)一致認為來水水質是影響昆明湖水體呈富營養化趨勢的主要原因之一。因此，在昆明湖濕地生態系統的整治提升過程中，需采取相應的措施提升外來水源的水質和減少人為因素對昆明湖水質的影響。研究發現從進水口到出水口重金屬Cu濃度增加，可能與頤和園園林養護的噴藥施肥有關。因此，在公園園林養護中農藥和化肥施用也需進一步規范，盡可能減少對水體的污染。

目前，濕地生態系統健康狀況的評價研究多從宏觀角度結合GIS技術開展，本研究基于較全面的指標設計和樣品采集分析，從微觀尺度評價了濕地的健康狀況，研究結果具有一定的客觀性和全面性。另一方面，由于缺乏針對濕地的評價指標標準，借鑒了其他專業領域的評價標準，評價結果可能具有一定的局限性，因此需進一步對相關指標及其標準進行研究改進。

4 結論

(1)構建了頤和園濕地生態系統健康評價指標體系，從水質環境、底泥環境、生態系統功能及生物群落結構4個方面選取26個指標對頤和園內45個濕地樣點進行評價分析，頤和園濕地生態系統健康綜合指數的平均值為0.41，處于“亞健康”狀態。

(2)分析了頤和園昆明湖從入水口至出水口的水質環境狀況，結果表明：入水口的水質略好于出水口，但二者均處于“亞健康”水平；頤和園入水水質狀況和頤和園內高強度的人類干擾是造成昆明湖健康綜合指數值較低的主要原因。入湖水質決定了水體中高氮磷負荷，而人類活動加重了水質有機污染和富營養程度。

(3)建議從改善入水水質、降低水體氮磷濃度、對各小水體進行凈化清淤整治、優化濕地植物配置及提高水生生物多樣性等方面加強頤和園濕地生態系統的保護與管理。