成都市環(huán)城生態(tài)區(qū)人工濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)價(jià)

周天慶 王 玲

(成都市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，四川 成都 610041)

近年來(lái)，城市人工濕地受到越來(lái)越多的社會(huì)關(guān)注，同時(shí)呈現(xiàn)出多樣化的功能特征，特別是人工濕地的人文科教功能和休閑游憩功能(田毓龍, 2014)。人工濕地所提供的一系列“環(huán)境服務(wù)”，如生態(tài)調(diào)節(jié)、水量控制、污染處理、休閑娛樂(lè)以及文化科教等統(tǒng)稱(chēng)為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)(金辛, 2015)。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是自然生態(tài)系統(tǒng)及其物種維持和滿足人類(lèi)生存，維持生物多樣性和生產(chǎn)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)品的條件和過(guò)程(王偉等, 2005)，其大小能直接反映人工濕地的規(guī)劃成效和建設(shè)價(jià)值，人工濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)價(jià)工作具有重要意義。本研究參考生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)價(jià)工作的研究進(jìn)展，結(jié)合成都市環(huán)城生態(tài)區(qū)的規(guī)劃導(dǎo)向和現(xiàn)狀建設(shè)情況，通過(guò)分析人工濕地物質(zhì)生產(chǎn)、氣候調(diào)節(jié)和文化科普3個(gè)功能，對(duì)人工濕地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行評(píng)價(jià)(袁軍, 2004)。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

《成都市環(huán)城生態(tài)區(qū)總體規(guī)劃》中指出，成都市環(huán)城生態(tài)區(qū)為原成都市“198地區(qū)”，即沿中心城區(qū)繞城高速公路兩側(cè)各500 m范圍及周邊七大楔形地塊內(nèi)的生態(tài)用地和建設(shè)用地所構(gòu)成的控制區(qū)。其中環(huán)城生態(tài)區(qū)生態(tài)用地由農(nóng)用地和園林綠地構(gòu)成，總面積為133.11 km2(謝魯?shù)? 2013)。

環(huán)城生態(tài)區(qū)緊鄰成都市主城區(qū)，地貌屬于成都沖擊扇平原(周舒, 2008)。整體上東半環(huán)以淺丘地形為主，西半環(huán)相對(duì)平緩。區(qū)域內(nèi)最高海拔高度約為596 m，相對(duì)高度102 m。區(qū)域?qū)賮啛釒駶?rùn)氣候區(qū)，極端最高氣溫35.4 ℃，最低氣溫-4.7 ℃，多年平均氣溫16.1 ℃。多年平均降雨量894.4 mm，降雨主要集中在7—9月，約占全年總量的60%～80%。區(qū)域內(nèi)水系屬于都江堰灌溉工程的分支，主要為岷江水系的府南河水系(張雪梅, 2005)。成都市環(huán)城生態(tài)區(qū)在建設(shè)過(guò)程中依托現(xiàn)有河道、湖泊規(guī)劃形成“6湖8濕地”的生態(tài)湖泊水系，主要由湖泊、水生作物區(qū)、河流及其他水體等構(gòu)成，總面積約28 km2，占整個(gè)環(huán)城生態(tài)區(qū)的21%。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源和研究方法

1.2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)主要來(lái)源于《成都統(tǒng)計(jì)年鑒2018》《成都市環(huán)城生態(tài)區(qū)總體規(guī)劃》《2001—2018成都市水資源公報(bào)》、中央氣象臺(tái)、成都市氣象局監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及相關(guān)文獻(xiàn)中的統(tǒng)計(jì)調(diào)查數(shù)據(jù)等(李煒, 2008; 喻來(lái)等, 2016; 廖家惠, 2016)。

1.2.2 評(píng)級(jí)指標(biāo)體系及評(píng)價(jià)方法從物質(zhì)生產(chǎn)服務(wù)、生態(tài)調(diào)節(jié)服務(wù)和文化科研服務(wù)3個(gè)方面構(gòu)建人工濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)綜合評(píng)價(jià)體系。結(jié)合成都市環(huán)城生態(tài)區(qū)的實(shí)際情況，通過(guò)利用層次分析法(Analytic Hierarchy Process, AHP)和模糊隸屬度函數(shù)法(Fuzzy membership Function, FmF)，并借助matlab數(shù)學(xué)軟件對(duì)模糊隸屬度函數(shù)(smf函數(shù))進(jìn)行計(jì)算，得到人工濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)，形成最終的評(píng)價(jià)結(jié)果(趙麗霞, 2013)。

2 結(jié)果與分析

2.1 評(píng)價(jià)體系構(gòu)建

結(jié)合國(guó)內(nèi)外濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)價(jià)的相關(guān)研究，本研究共梳理出要素層指標(biāo)11項(xiàng)。并通過(guò)構(gòu)建判斷矩陣，以特征向量的方法對(duì)人工濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)價(jià)中的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行賦權(quán)。結(jié)合《成都市環(huán)城生態(tài)區(qū)總體規(guī)劃》對(duì)指標(biāo)進(jìn)行重要程度判斷，依據(jù)重要程度分為4級(jí)，依次賦值為1、3、5、7。其中，準(zhǔn)則層重要程度賦值分別為3、3、5，物質(zhì)生產(chǎn)中食品生產(chǎn)和原料生產(chǎn)重要程度賦值分別為5、5。生態(tài)調(diào)節(jié)服務(wù)中氣候調(diào)節(jié)、儲(chǔ)水作用、排水作用、植物多樣性和動(dòng)物多樣性的重要程度賦值為1、7、7、5、3，文化科研服務(wù)指標(biāo)中年游客人數(shù)、游客滿意度、直接科研成果和文化科普活動(dòng)的重要程度賦值為1、7、3、5。將各指標(biāo)賦值帶入權(quán)重屬性，得到人工濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)綜合評(píng)價(jià)體系(表1)。

表1 人工濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Table 1 Comprehensive evaluation index system of artificial wetland ecosystem services

2.2 模糊隸屬度計(jì)算

2.2.1 物質(zhì)生產(chǎn)服務(wù)模糊隸屬度成都市環(huán)城生態(tài)區(qū)內(nèi)食品生產(chǎn)面積為永久基本農(nóng)田總面積，總計(jì)35.51 km2；原料生產(chǎn)用地包括花卉苗木、中藥材、觀光農(nóng)業(yè)以及濕地觀光農(nóng)業(yè)，總面積為45.36 km2。

物質(zhì)生產(chǎn)服務(wù)的smf函數(shù)為：

式中：y1x為食品生產(chǎn)和原料生產(chǎn)模糊隸屬度；x對(duì)應(yīng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面積。

由公式(1)計(jì)算得出，食品生產(chǎn)模糊隸屬度y11=smf(20.73,[0,133.11])=0.1423，原料生產(chǎn)模糊隸屬度y12=smf(45.36,[0,133.11])=0.2322。

2.2.2 生態(tài)調(diào)節(jié)服務(wù)模糊隸屬度

(1)氣候調(diào)節(jié)。本研究將人工濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的氣候調(diào)節(jié)功能通過(guò)生態(tài)穩(wěn)定性原理轉(zhuǎn)化為濕地系統(tǒng)內(nèi)溫度和濕度的變化，通過(guò)對(duì)比溫濕差異性進(jìn)行氣候調(diào)節(jié)評(píng)價(jià)。

三圣鄉(xiāng)地區(qū)和成都市兩地氣溫差值越大，說(shuō)明三圣鄉(xiāng)地區(qū)溫度對(duì)于成都市月平均氣溫影響程度越大(表2)。

表2 成都市與三圣鄉(xiāng)月平均氣溫溫差統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)Table 2 Statistical data of average mean temperature difference between Chengdu and Sansheng village

生態(tài)調(diào)節(jié)服務(wù)的smf函數(shù)為：

表3 成都市與三圣鄉(xiāng)月平均相對(duì)濕度Table 3 Statistical data of average monthly relative humidity difference between Chengdu and Sansheng village

式中：y2h為最高溫溫差模糊隸屬度；y2l為最低溫溫差模糊隸屬度；x為最高溫或最低溫平均溫差值。

由公式(2)、(3)計(jì)算得出，月平均溫度模糊數(shù)學(xué)隸屬度為yT=smf(xh,[0,6])+smf(xl,[0,3])/2=(0.365+0.404)/2=0.3845。

同樣進(jìn)行成都市與三圣鄉(xiāng)兩地相對(duì)濕度的影響分析，其中兩地平均相對(duì)濕度差統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表3。三圣鄉(xiāng)地區(qū)和成都市兩地相對(duì)濕度差值越大，說(shuō)明三圣鄉(xiāng)地區(qū)相對(duì)濕度對(duì)成都市月平均相對(duì)濕度影響程度越大。

相對(duì)濕度的smf函數(shù)為：

式中：yH為濕度對(duì)氣候影響模糊隸屬度；x為月平均相對(duì)濕度差。

由公式(4)計(jì)算得出，相對(duì)濕度隸屬度yH=smf(x,[0,7])=0.560。將溫度影響和濕度影響相疊加，得到人工濕地對(duì)氣候調(diào)節(jié)影響的隸屬度y21=(yT+yH)/2=0.4723。

(2)儲(chǔ)水作用。成都市環(huán)城生態(tài)區(qū)共規(guī)劃建設(shè)蓄水湖泊6片，分別為安靖湖、北湖、錦城湖、江安湖、金沙湖和青龍湖，蓄水湖泊設(shè)計(jì)庫(kù)容及關(guān)系河道如表4所示。湖泊蓄水能力以府河為例進(jìn)行評(píng)價(jià)，府河高橋段近10年月平均流量如表5所示(李煒, 2008)。

府河月平均變化總量約為2 700萬(wàn)m3，豐水期河道水量調(diào)蓄主要用于河道枯水期水量補(bǔ)充，因此實(shí)際水量調(diào)蓄量為月平均變化量的一半，最終河道調(diào)蓄量為1 350萬(wàn)m3。成都市周邊府河流域內(nèi)小型水庫(kù)蓄水總量為324萬(wàn)m3，剩余河道調(diào)蓄量為1 026萬(wàn)m3。

儲(chǔ)水作用的smf函數(shù)為：

表4 成都市環(huán)城生態(tài)區(qū)蓄水湖泊及主河道關(guān)系Table 4 Relationship between lakes and rivers in ecological zone around the city in Chengdu

式中：y為儲(chǔ)水作用模糊隸屬度；x為環(huán)城生態(tài)區(qū)人工濕地儲(chǔ)水量。

由公式(5)計(jì)算得出，成都市環(huán)城生態(tài)區(qū)人工濕地儲(chǔ)水作用模糊隸屬度y22=smf(x,[0,1026])=0.1710

(3)排水功能。以青龍湖為例，青龍湖水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為30 a一遇(P為3.3%)。根據(jù)《城市防洪規(guī)劃規(guī)范》(GB 50201-2014)城市一般地區(qū)為防洪IV類(lèi)保護(hù)區(qū)，防洪設(shè)計(jì)重現(xiàn)期要求為50 a，水庫(kù)洪水設(shè)計(jì)重現(xiàn)期越大則表示水庫(kù)抗洪能力越強(qiáng)。

排水功能的smf函數(shù)為：

式中：y為排水功能模糊隸屬度；x為人工濕地設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)。

由公式(6)計(jì)算得出，青龍湖水庫(kù)排水功能模糊隸屬度y23=smf(x,[0,50])=0.6800。

(4)生物多樣性。植物豐富度和動(dòng)物豐富度均采用Gleason指數(shù)進(jìn)行計(jì)算。

其計(jì)算公式為：

式中：dGl為Gleason指數(shù)(多樣性指數(shù))；S為物種數(shù)目；A為濕地面積,單位為hm2。

由《成都白鷺灣生態(tài)濕地公園水生植物應(yīng)用研究》可知成都市環(huán)城生態(tài)區(qū)內(nèi)共有水生植物26種，動(dòng)物503種(其中鳥(niǎo)類(lèi)211種，其他動(dòng)物類(lèi)292種)(喻來(lái)等, 2016)。成都市環(huán)城生態(tài)區(qū)水生植物多樣性為dGl=S/lnA=26/ln66.6=6.19。動(dòng)物種類(lèi)數(shù)據(jù)以青龍湖為例，計(jì)算得到動(dòng)物多樣性為dGl=S/lnA=384 /ln480=58.87。以成都濕地生物多樣性研究背景作為植物豐富度、動(dòng)物豐富度的模糊隸屬函數(shù)的上限參數(shù)。其中，植物多樣性上限為22.18，動(dòng)物多樣性上限為59.24。

生態(tài)多樣性的smf函數(shù)分別為：

式中：y為動(dòng)植物多樣性模糊隸屬度；x為環(huán)城生態(tài)區(qū)人工濕地現(xiàn)狀動(dòng)植物多樣性。

由公式(8)、(9)計(jì)算得出，成都市環(huán)城生態(tài)區(qū)植物多樣性模糊隸屬度y24=smf(6.19,[0,22.18])=0.1558，動(dòng)物多樣性模糊隸屬度y25=smf(58.87,[0,59.24] )=0.9999。

表5 府河近10年月平均流量Table 5 Average flow of Fuhe river in recent ten years

2.2.3 文化科研服務(wù)模糊隸屬度

(1)年游客人數(shù)。由于環(huán)城生態(tài)區(qū)建設(shè)周期不同，本研究以建成周期最長(zhǎng)的三圣鄉(xiāng)公園作為研究對(duì)象。三圣鄉(xiāng)景區(qū)游覽面積共計(jì)12 km3，年接待游客1225.84萬(wàn)人次，單位面積年游客人數(shù)為1.021人/(m2·a)。根據(jù)旅游區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃，三圣鄉(xiāng)旅游區(qū)最大承載力為1.21人/(m2·a)。過(guò)多的游覽人數(shù)會(huì)影響游覽區(qū)的文化旅游功能，因此單位面積年游客人數(shù)對(duì)文化旅游功能的影響服從正態(tài)分布，當(dāng)單位面積年平均游覽人數(shù)達(dá)到旅游區(qū)最大承載力時(shí)文化旅游功能最佳。

年游客人數(shù)的smf函數(shù)為：

式中：y為年游客人數(shù)模糊隸屬度；μ為最大承載力，取值為1.21；σ為參數(shù)，取值為1。

由公式(10)計(jì)算得出，三圣鄉(xiāng)旅游區(qū)單位面積年游客人數(shù)模糊隸屬度y31=gaussmf(1.021,[1.21,1] )=0.998

(2)游客滿意度。游客滿意度數(shù)據(jù)結(jié)果來(lái)自于《成都市三圣鄉(xiāng)休閑農(nóng)業(yè)游客滿意度研究》問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果。此次調(diào)查共發(fā)放問(wèn)卷300份，其中有效問(wèn)卷為285份，有效問(wèn)卷率95%。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)按照不滿意到非常滿意，分為5級(jí)分別計(jì)1～5分，評(píng)價(jià)內(nèi)容包括旅游區(qū)交通、環(huán)境、聲譽(yù)、服務(wù)、活動(dòng)、消費(fèi)6個(gè)方面，最終游客滿意度為3.48分(廖家惠, 2016)?？傮w滿意度分值對(duì)游客滿意度的影響為效益型，符合模糊隸屬度函數(shù)“S”型分布。

游客滿意度的smf函數(shù)為：

式中：y為游客滿意度模糊隸屬度；x為游客滿意度評(píng)價(jià)結(jié)果。

由公式(11)計(jì)算得出，成都市三圣鄉(xiāng)休閑農(nóng)業(yè)游客滿意度模糊隸屬度y32=smf(3.476,[1,5] )=0.7097。

(3)直接科研成果。通過(guò)對(duì)成都市環(huán)城生態(tài)區(qū)相關(guān)的學(xué)術(shù)論文進(jìn)行科研成果判斷，結(jié)合信息檢索，共得到相關(guān)學(xué)術(shù)論文296篇。直接科研成果對(duì)于科研教育的影響為效益型，不具有封閉性。

直接科研成果的smf函數(shù)為：

式中：y為直接科研成果模糊隸屬度；x為直接科研成果數(shù)量。

由公式(12)計(jì)算得出，成都市環(huán)城生態(tài)區(qū)直接科研成果模糊隸屬度y33=1-(1/296)=0.9966。

(4)文化科普活動(dòng)。成都市環(huán)城生態(tài)區(qū)白鷺灣濕地公園文化科普宣傳活動(dòng)的主要形式為人工濕地保護(hù)網(wǎng)絡(luò)宣傳、現(xiàn)場(chǎng)展板科普和文化科普沙龍活動(dòng)。本研究根據(jù)實(shí)際宣傳效果和承辦難易度對(duì)不同活動(dòng)類(lèi)型進(jìn)行賦值，根據(jù)不同活動(dòng)次數(shù)，得到白鷺灣濕地生態(tài)公園的文化科普得分如表6。

表6 白鷺灣濕地生態(tài)公園的文化科普得分Table 6 Cultural popularization score of the Egrets Bay wetland ecological park

文化科普活動(dòng)的smf函數(shù)為：

式中：y為文化科普活動(dòng)模糊隸屬度；x為現(xiàn)狀文化科普活動(dòng)得分。

因此，由公式(13)計(jì)算得出：成都市環(huán)城生態(tài)區(qū)白鷺灣濕地公園文化科普活動(dòng)模糊隸屬度y34=smf(43,[0,75] )=0.6359。

2.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

將各指標(biāo)模糊隸屬進(jìn)行加權(quán)最后得到人工濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)(表7)。

表7 人工濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)Table 7 Statistical table of integrated evaluation index of artificial wetland ecosystem services

綜上所述，通過(guò)構(gòu)建成都市環(huán)城生態(tài)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)綜合評(píng)價(jià)體系，結(jié)合模糊隸屬度函數(shù)，計(jì)算得到其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)為0.517，其中物質(zhì)生產(chǎn)服務(wù)、生態(tài)調(diào)節(jié)服務(wù)和文化科研服務(wù)分別是0.0511、0.1210和0.344 7，其貢獻(xiàn)率分別為10%、23.4%和66.6%。11項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能貢獻(xiàn)率的比較發(fā)現(xiàn)，游客滿意度最高(27%)，其次是文化科普活動(dòng)(17%)、直接科研成果（16%），儲(chǔ)水作用較小(3%)，氣候調(diào)節(jié)最小(3%)(圖1)。

圖1 成都市環(huán)城生態(tài)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)綜合評(píng)價(jià)統(tǒng)計(jì)Fig.1 Statistical chart of ecosystem service comprehensive evaluation of ecological zone around the city in Chengdu

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

(1)通過(guò)層次分析法和模糊隸屬度函數(shù)法對(duì)成都市環(huán)城生態(tài)區(qū)人工濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，最終得到人工濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)為0.517。說(shuō)明成都市環(huán)城生態(tài)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)整體良好，能夠在一定程度上發(fā)揮人工濕地的生態(tài)服務(wù)功能。

(2)環(huán)城生態(tài)區(qū)目前物質(zhì)生產(chǎn)服務(wù)較弱，僅占全部生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的10%，反映出人工濕地生態(tài)系統(tǒng)的自給能力不足。水量調(diào)節(jié)功能貢獻(xiàn)率占綜合評(píng)價(jià)指數(shù)的14%，表明成都市環(huán)城生態(tài)區(qū)人工濕地能夠發(fā)揮其儲(chǔ)水和排水調(diào)節(jié)的服務(wù)功能。動(dòng)植物多樣性功能貢獻(xiàn)率占綜合評(píng)價(jià)指數(shù)的9%，成都環(huán)城生態(tài)區(qū)為絕大多數(shù)濕地鳥(niǎo)類(lèi)和濕生植物提供了良好的棲息生存環(huán)境，有助于維持環(huán)城生態(tài)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。文化科研服務(wù)貢獻(xiàn)率占綜合評(píng)價(jià)指數(shù)的66.6%，表明成都市環(huán)城生態(tài)區(qū)從交通、環(huán)境、消費(fèi)、活動(dòng)和服務(wù)等多個(gè)方面都能滿足周邊市民的文化旅游需求。綜上所述，成都市環(huán)城生態(tài)區(qū)的文化科研服務(wù)發(fā)展良好，與周邊市民的聯(lián)系強(qiáng)、互動(dòng)高。

3.2 建議

(1)環(huán)城生態(tài)區(qū)范圍內(nèi)應(yīng)嚴(yán)格保護(hù)永久基本農(nóng)田，提升環(huán)城生態(tài)區(qū)的農(nóng)業(yè)物質(zhì)生產(chǎn)服務(wù)功能。禁止建房、挖沙等破壞活動(dòng)，禁止違規(guī)占用永久基本農(nóng)田建設(shè)休閑旅游、倉(cāng)儲(chǔ)廠房等設(shè)施。通過(guò)農(nóng)田規(guī)?；N植，構(gòu)建新型農(nóng)田形態(tài)，打造多元復(fù)合的都市農(nóng)業(yè)景觀。

(2)保證環(huán)城生態(tài)區(qū)繞城區(qū)域的水網(wǎng)格局，進(jìn)一步提升環(huán)城生態(tài)區(qū)人工濕地動(dòng)植物多樣性。借助原有濕地、水田等生態(tài)空間形成蓄水面，并通過(guò)恢復(fù)和增設(shè)支流溝渠構(gòu)筑內(nèi)聯(lián)外通的水網(wǎng)體系，逐步實(shí)現(xiàn)水系連通，增強(qiáng)區(qū)域整體的蓄水能力。實(shí)現(xiàn)環(huán)城生態(tài)區(qū)人工濕地與成都市周邊生態(tài)廊道的連通，形成生物生境空間網(wǎng)格，為成都市動(dòng)物生存棲息提供良好環(huán)境。

(3)環(huán)城生態(tài)區(qū)人工濕地較好地發(fā)揮了文化科研的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，在此基礎(chǔ)上依托生態(tài)本底，充分挖掘片區(qū)特征與消費(fèi)潛力。結(jié)合綠道實(shí)現(xiàn)濕地景觀串聯(lián)，培育多元個(gè)性的綠色消費(fèi)，增強(qiáng)綜合消費(fèi)吸引力。