吉林省莫莫格濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評價研究

王賀年 張曼胤 崔麗娟 盛連喜 何春光 肖紅葉 楊 思

（1中國林業(yè)科學(xué)研究院濕地研究所，北京 100091；2東北師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院，國家環(huán)境保護濕地生態(tài)與植被恢復(fù)重點實驗室，長春 130024）

吉林省莫莫格濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評價研究

王賀年1 張曼胤1 崔麗娟1 盛連喜2 何春光2 肖紅葉1 楊 思1

（1中國林業(yè)科學(xué)研究院濕地研究所，北京 100091；2東北師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院，國家環(huán)境保護濕地生態(tài)與植被恢復(fù)重點實驗室，長春 130024）

濕地是地球上重要的自然資源，全球天然濕地面積占陸地總面積的6.4%（王憲禮等, 1997)。近年來，由于經(jīng)濟社會的快速發(fā)展、城市化進程不斷加快、環(huán)境污染等人類活動對濕地的影響越來越嚴重，世界各地的濕地生態(tài)系統(tǒng)健康均受到嚴重破壞。據(jù)《全球生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測2014年度報告》中的大型國際重要濕地專題報告（科技部國家遙感中心, 2015),全球國際重要濕地的干擾度平均值最高為20%，而中國約為30%，中國重要濕地干擾度高過國際水平的10%。

濕地生態(tài)系統(tǒng)健康研究是濕地研究方面的新的概念和領(lǐng)域，它最早脫胎于20世紀(jì)40年代美國著名生態(tài)學(xué)家Aldo Leopold（1941）所提出的土地健康的概念。Karr在1986年首次對生態(tài)系統(tǒng)健康進行了定義（Karr et al, 1986),認為生態(tài)系統(tǒng)健康的標(biāo)志是能夠自我恢復(fù)；隨后，眾多學(xué)者都對生態(tài)系統(tǒng)健康的概念、特征等進行了描述（Schaeffer et al, 1992；Costanza et al, 1992； Haworth et al, 1997； Mageau et al, 1998)。近年來由于社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，相關(guān)研究在對生態(tài)系統(tǒng)健康作定義時逐漸開始考慮人類健康等因素（Meyer, 1997； Rapport et al, 1999)。

對濕地生態(tài)系統(tǒng)的健康進行評價，其核心是基于濕地生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能、過程等來確定評價指標(biāo)體系；主要的評價方法有指示物種法與指標(biāo)體系法兩類，其中指標(biāo)體系法根據(jù)評價指標(biāo)的差異又有模糊綜合評價法、PSR模型法、溪流狀況指數(shù)法、景觀格局分析法、水文地貌評價法等常用的方法。其中，模糊綜合評價法是國內(nèi)學(xué)者進行濕地健康評價研究過程中應(yīng)用最為廣泛的方法，應(yīng)用最為廣泛的指標(biāo)體系是Pressure（壓力）-State（狀態(tài)）-Response（響應(yīng)）模型（崔保山等,2002a,2002b；楊波, 2004)。

濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評估對于恢復(fù)濕地以及保護和管理濕地具有重要意義。本研究以吉林省西部莫莫格國家級自然保護區(qū)為研究區(qū)域，以莫莫格濕地作為評價對象，基于PSR模型建立評價指標(biāo)，應(yīng)用模糊綜合評價法對濕地生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況進行評價，以期為濕地管理及恢復(fù)工作提供理論支持和指導(dǎo)。

圖1 壓力（Pressure）-狀態(tài)（State）-響應(yīng)（Response）模型的概念框架

1 研究區(qū)概況

莫莫格國家級自然保護區(qū)位于吉林省西部鎮(zhèn)賚縣境內(nèi)，是典型的濕地類自然保護區(qū)，位于45°42′25″～46°18′0″N，123°27′0″～124°4′33″E；面積14.4萬hm2，全區(qū)面積80%以上為濕地，是吉林省最大的濕地保留地，被譽為吉林西部之腎。氣候?qū)俅箨懶约撅L(fēng)氣候，水資源豐富，年降水量約391.8 mm。土壤類型主要為草甸土、黑鈣土和沖積土。區(qū)內(nèi)地勢平坦，相對高差2～10 m。

2 評價指標(biāo)、評價方法、評價標(biāo)準(zhǔn)

2.1 評價指標(biāo)體系

2.1.1 壓力（Pressure）-狀態(tài)(State)-響應(yīng)(Response)模型 由Tony Friend 和David Rapport提出的壓力-狀態(tài)-響應(yīng)模型（Pressure-State-Response，PSR）指標(biāo)體系在我國濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評價研究中應(yīng)用最為廣泛；國際經(jīng)濟合作與發(fā)展組織(OECD)于20世紀(jì)70年代、80年代末、90年代初分別對該模型進行了修改和適用性評價，目前它仍然是用于環(huán)境指標(biāo)組織和環(huán)境現(xiàn)狀匯報最有效的框架（麥少芝等,2005；周民等,2012； 付會等,2009)。

PSR模型的基礎(chǔ)為因果邏輯關(guān)系，即人類活動對環(huán)境造成壓力（壓力),由此導(dǎo)致環(huán)境的狀況或自然狀況發(fā)生改變（狀態(tài)),為防止環(huán)境退化、恢復(fù)環(huán)境質(zhì)量，人類又通過環(huán)境、經(jīng)濟和管理政策等作出相應(yīng)的調(diào)整（響應(yīng))。其基本的概念框架如圖1所示。

2.1.2 莫莫格濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標(biāo)體系 本研究遵循系統(tǒng)性、科學(xué)性、層次性及可操作性等原則，基于PSR模型，構(gòu)建莫莫格濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評價的指標(biāo)體系。指標(biāo)體系分為目標(biāo)層、項目層、指標(biāo)層3個層次，其中，目標(biāo)層即莫莫格濕地生態(tài)系統(tǒng)的健康綜合評價，項目層由壓力指標(biāo)、狀態(tài)指標(biāo)、響應(yīng)指標(biāo)3個方面構(gòu)成，指標(biāo)層即各評價要素。具體評價指標(biāo)體系如表1所示。

表1 莫莫格濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標(biāo)體系

表2 莫莫格濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評價等級劃分

2.2 評價標(biāo)準(zhǔn)

生態(tài)系統(tǒng)健康評價的分級標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)主要參考有：①基于歷史資料，通過評價指標(biāo)的相關(guān)歷史記錄與對比，確定評價等級；②實地考察，對比指標(biāo)現(xiàn)狀值與區(qū)域背景值，獲得評價分級；③借鑒國內(nèi)外相關(guān)研究文獻中廣泛使用的標(biāo)準(zhǔn)；④借助專家經(jīng)驗確定評價指標(biāo)的臨界值來確定評價等級。由此，本研究將莫莫格濕地評價指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)分為5個等級，評價結(jié)果及評價指標(biāo)的等級劃分如表2和表3所示。

表3 莫莫格濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)

圖2 5個評價（V1～V5）等級的模糊分布隸屬度函數(shù)公式

2.3 評價方法

模糊綜合評價法是國內(nèi)學(xué)者進行濕地健康評價研究過程中應(yīng)用最為廣泛的方法，是一種基于模糊數(shù)學(xué)的綜合評價方法，其基本思路是應(yīng)用模糊關(guān)系的隸屬度理論，將定性評價轉(zhuǎn)化為定量評價，即用模糊數(shù)學(xué)對受到多種因素制約的事物或?qū)ο笞龀鲆粋€總體的評價。5個評價（V1～V5）等級的模糊分布隸屬度函數(shù)公式如下（索安寧等，2008；蔣衛(wèi)國等，2005；張祖陸等，2008）.

圖2公式中，k1為等級V1、V2的臨界值；k2為等級V2區(qū)間的中點值，k2=(k1+k3)/2；k3為等級V2和V3的臨界值；k4為等級V3區(qū)間的中點值，k4=(k3+k5)/2；k5為等級V3和V4的臨界值；k6為V4區(qū)間的中點值，k6=(k5+k7)/2；k7為等級V4和V5的臨界值。C為各等級的評分向量。

對于借助文字進行描述的定性指標(biāo)，其評語等級隸屬度的確定主要參照眾多學(xué)者公用的參照標(biāo)準(zhǔn)，如表4所示。

表4 定性指標(biāo)分級隸屬度

表5 莫莫格濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標(biāo)權(quán)重

3 結(jié)果與分析

基于資料收集、實地調(diào)查，收集各評價指標(biāo)的數(shù)據(jù)，進行統(tǒng)計整理后作為評價的基礎(chǔ)資料，運用模糊綜合評價方法對莫莫格濕地生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況進行評價。

3.1 確定指標(biāo)權(quán)重

本研究采用層次分析法（Analytic Hierarchy Process，簡稱AHP）來確定各評價指標(biāo)的基權(quán)重值，基于莫莫格濕地生態(tài)系統(tǒng)的評價指標(biāo)體系，對各評價指標(biāo)進行兩兩比較，判斷各層之間以及各層因素之間的相對重要性，給出相應(yīng)的判斷值，依此構(gòu)建判斷矩陣，經(jīng)計算機進行層次單排序和總排序處理后，得到各因素權(quán)重值（表5）（周民等,2012；付會等,2009；蔣衛(wèi)國等,2005；張祖陸等,2008)。

3.2 隸屬度評價矩陣構(gòu)建

濕地生態(tài)系統(tǒng)健康多指標(biāo)綜合評價的一個顯著特點是指標(biāo)間無統(tǒng)一度量標(biāo)準(zhǔn)，難以比較，隸屬度的應(yīng)用有助于多指標(biāo)的統(tǒng)一度量。評價過程中經(jīng)常會出現(xiàn)一種現(xiàn)象，當(dāng)一個評價指標(biāo)的指標(biāo)值在評價等級分界線周圍時，有時會出現(xiàn)數(shù)值相差不大或狀況區(qū)別不明顯而評價等級相差一級的跳躍現(xiàn)象，而模糊化處理能夠使隸屬度函數(shù)在各級之間平滑過渡。

在本研究中，定量指標(biāo)C1、C5、C6、C11、C16、C17、C18、C21為正向指標(biāo)，是越大越優(yōu)型，各指標(biāo)隸屬度可以直接采取以上公式計算；定量指標(biāo)C2、C3、C4、C7、C8、C9、C10、C12為負向指標(biāo)，是越小越優(yōu)型，計算隸屬度時需要將條件中的“＜”和“＞“、”“≤”和 “≥”分別互換。C13、C14、C15、C19、C20、C22為定性指標(biāo)，其隸屬度的確定參照表4的標(biāo)準(zhǔn)。

參照上述定量指標(biāo)的隸屬度函數(shù)公式以及定性指標(biāo)的隸屬度確定指標(biāo)，基于表3中的各指標(biāo)分級基準(zhǔn)值，得到壓力（R1）、狀態(tài)（R2）、響應(yīng)（R3）指標(biāo)所構(gòu)成的隸屬度矩陣(圖3)。

3.3 模糊綜合評價結(jié)果與分析

基于各評價指標(biāo)的權(quán)重值與隸屬度矩陣，采用加權(quán)求和模型分別對壓力指標(biāo)、狀態(tài)指標(biāo)、響應(yīng)指標(biāo)的健康評價指數(shù)進行計算，計算結(jié)果如下：

壓力系統(tǒng)健康評價指數(shù)為：

狀態(tài)系統(tǒng)健康評價指數(shù)為：

響應(yīng)系統(tǒng)健康評價指數(shù)為：

同理，綜合所有評價指標(biāo)，得到整個濕地生態(tài)系統(tǒng)健康的綜合評價指數(shù)為：

由上述可知，莫莫格濕地生態(tài)系統(tǒng)健康綜合評價指數(shù)為0.737 8。根據(jù)莫莫格濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評價等級標(biāo)準(zhǔn)可知，目前莫莫格濕地生態(tài)系統(tǒng)健康屬于第Ⅱ等級（健康)。從分級角度，依據(jù)各指標(biāo)隸屬度可知，莫莫格濕地生態(tài)系統(tǒng)37.45%屬于很健康狀態(tài)，26.41%屬于健康狀態(tài)，24.42%屬于亞健康狀態(tài)，6.33%屬于一般病態(tài)，5.38%屬于疾病狀態(tài)（圖4)。

圖3 隸屬度矩陣

從子系統(tǒng)層面來看，壓力系統(tǒng)的健康評價指數(shù)為0.759 6，屬于健康；狀態(tài)系統(tǒng)的健康評價指數(shù)為0.708 3，也屬于健康；響應(yīng)系統(tǒng)的評價指數(shù)為0.86，屬于很健康狀態(tài)。從隸屬度矩陣可以知道，制約莫莫格濕地生態(tài)系統(tǒng)健康的主要因素是社會經(jīng)濟發(fā)展水平、化肥使用強度、濕地補水保證率、濕地面積退化率、濕地水質(zhì)和環(huán)保投資指數(shù)等方面。

圖4 莫莫格濕地生態(tài)系統(tǒng)健康等級隸屬度

4 結(jié)論與討論

生態(tài)系統(tǒng)健康的多指標(biāo)綜合評價過程中的一個不可避免的困難點是各指標(biāo)之間的單位不統(tǒng)一，難以進行綜合性的評價，本研究中引用隸屬度的概念，對各評價指標(biāo)進行無量綱化的歸一化處理，有助于多指標(biāo)的統(tǒng)一度量，而模糊化處理能夠避免指標(biāo)評價過程中的跳躍現(xiàn)象，能夠得出較為客觀的評價結(jié)果。

濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評價研究中，由于研究目的的差異性，各評價指標(biāo)的選擇也有所不同，總的來說，評價指標(biāo)主要包括化學(xué)和生物群落指標(biāo)，如水質(zhì)、土壤有機質(zhì)、氮磷鉀含量、植物群落蓋度、物種多樣性等（Bandeira et al,2009； Borja et al, 2011； 趙臻彥等,2005)。本研究中，除生態(tài)系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)和功能指標(biāo)外，社會經(jīng)濟指標(biāo)以及環(huán)保投資等響應(yīng)指標(biāo)也被納入了評價指標(biāo)體系。而本研究的結(jié)果表明，社會經(jīng)濟發(fā)展水平和環(huán)保投資指數(shù)也恰恰是制約莫莫格濕地生態(tài)系統(tǒng)健康的主要因素之一。

生態(tài)系統(tǒng)是一個不斷演化的動態(tài)系統(tǒng)，其評價研究需要長時間序列的觀測，許多研究表明，破壞的生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)過一定時間自我修復(fù)后能夠接近健康的自然生態(tài)系統(tǒng)水平，因此，長期觀測數(shù)據(jù)的缺失將會影響生態(tài)系統(tǒng)健康評價的判斷，本研究所涉及數(shù)據(jù)多是觀測當(dāng)時的數(shù)據(jù)，而在長時間序列的觀測方面還有所欠缺，在今后的研究中，還需要基于長期的觀測數(shù)據(jù)，作出更準(zhǔn)確、全面的評價結(jié)果。

本研究基于模糊綜合評價法對莫莫格濕地生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況進行評價，得出以下結(jié)論：

（1）莫莫格濕地生態(tài)系統(tǒng)健康綜合評價指數(shù)為0.737 8，屬于第Ⅱ等級（健康),濕地生態(tài)系統(tǒng)整體健康狀況較好。

（2）從隸屬度角度，莫莫格濕地生態(tài)系統(tǒng)37.45%屬于很健康狀態(tài)，26.41%屬于健康狀態(tài)，24.42%屬于亞健康狀態(tài)，6.33%屬于一般病態(tài)，5.38%屬于疾病狀態(tài)。

（3）從子系統(tǒng)來看，壓力系統(tǒng)的健康評價指數(shù)為0.759 6，屬于健康；狀態(tài)系統(tǒng)的健康評價指數(shù)為0.7083，也屬于健康；響應(yīng)系統(tǒng)的評價指數(shù)為0.86，屬于很健康狀態(tài)。

（4）制約莫莫格濕地生態(tài)系統(tǒng)健康的主要因素是社會經(jīng)濟發(fā)展水平、化肥使用強度、濕地補水保證率、濕地水質(zhì)、環(huán)保投資指數(shù)等方面。

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Ecosystem Health Assessment of Momoge Wetland in Jilin

WANG He-Nian1ZHANG Man-Yin1CUI Li-Juan1SHENG Lian-Xi2HE Chun-Guang2XIAO Hong-Ye1YANG Si1
(1 Institute of Wetland Research, Chinese Academy of Forestry, Beijing 100091; 2 Northeast Normal University, College of Environment, the State Key Laboratory of Environmental Protection Wetland Ecology and Vegetation Restoration, Changchun 130024)

濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評價已成為21世紀(jì)濕地科學(xué)前沿研究領(lǐng)域的熱點話題。以莫莫格濕地作為評價對象，基于PSR模型，選取22個評價指標(biāo)建立指標(biāo)體系，應(yīng)用模糊綜合評價法對莫莫格濕地生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況進行評價。結(jié)果表明：莫莫格濕地生態(tài)系統(tǒng)健康綜合評價指數(shù)為0.7378，處于第Ⅱ等級（健康）狀態(tài)，制約莫莫格濕地生態(tài)系統(tǒng)健康的主要因素是社會經(jīng)濟發(fā)展水平、化肥使用強度、濕地補水保證率、濕地水質(zhì)、環(huán)保投資指數(shù)等方面。

莫莫格濕地；健康評價；PSR模型；模糊綜合評價法

Research on wetland ecosystem health assessment has become a hot topic in the field of wetland science in the 21st century. In this manuscript, based on Pressure-State-Response model, we selected 22 indicators to construct the assessment system, using fuzzy comprehensive assessment method to evaluate the health of Momoge wetland ecosystem. The results showed that, the comprehensive health assessment index of Momoge wetland ecosystem was 0.7378, indicating aⅡ level (healthy), main restraining factors were socioeconomic development, intensity of fertilization, wetland water replenishment, water quality, investment index of environmental protection.

Momoge wetland; Health assessment; PSR model; Fuzzy comprehensive evaluation method

10.3969/j.issn.1673-3290.2016.04.04

2016-08-22

東北師范大學(xué)國家環(huán)境保護濕地生態(tài)與植被恢復(fù)重點實驗室開放基金課題（130026521）

王賀年（1989-），男，山東濟南人，博士，助理研究員，主要從事濕地生態(tài)水文方面的研究。Email：wanghenian2006@126.com

張曼胤（1979-），男，遼寧沈陽人，博士，副研究員，主要從事濕地生態(tài)學(xué)及濕地景觀與規(guī)劃設(shè)計研究。E-mail: cneco@126.com