指標(biāo)體系法在我國(guó)濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)研究中的應(yīng)用進(jìn)展

趙志江 崔麗娟 朱利 李偉

（1 北京市順義區(qū)漢石橋濕地自然保護(hù)區(qū)管理辦公室，北京 101309；2 中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院濕地研究所，北京 100091）

濕地生態(tài)系統(tǒng)兼具水陸特征，濕地功能的有效發(fā)揮直接關(guān)系到人類自身的持續(xù)發(fā)展（崔麗娟等,2006）。濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)已成為濕地研究的前沿與熱點(diǎn)問題之一。在我國(guó)研究初期，學(xué)者關(guān)注的重點(diǎn)主要集中在濕地生態(tài)系統(tǒng)健康的概念、診斷、恢復(fù)、尺度、預(yù)警等方面（楊波, 2004）。隨著時(shí)間推移和理論技術(shù)的進(jìn)步，基于單因素和多因素的濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)研究不斷涌現(xiàn)，但評(píng)價(jià)指標(biāo)體系主要基于生態(tài)系統(tǒng)的特征和功能指標(biāo)，缺乏經(jīng)濟(jì)、社會(huì)等綜合指標(biāo)（吳良冰等, 2009）。近些年，隨著新技術(shù)的廣泛應(yīng)用與評(píng)價(jià)方法的交叉融合，濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)體系日臻完善，應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展（上官修敏等, 2013）。本文主要從濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系構(gòu)建、指標(biāo)權(quán)重確定和標(biāo)準(zhǔn)化處理、健康等級(jí)劃分和綜合評(píng)價(jià)等方面進(jìn)行系統(tǒng)梳理，為今后各類型濕地開展健康評(píng)價(jià)提供技術(shù)參考。

1 濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)概述

生態(tài)系統(tǒng)健康不僅關(guān)乎生物功能，還關(guān)乎經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、人類與動(dòng)物健康。生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)一方面強(qiáng)調(diào)生態(tài)系統(tǒng)維持生物功能的能力，一方面強(qiáng)調(diào)實(shí)現(xiàn)合理和可持續(xù)的人類目標(biāo)的能力(Stratford et al,2016)。生態(tài)系統(tǒng)健康的概念與人類健康緊密相連，強(qiáng)調(diào)“沒有疾病”(Schaeffer et al,1988)，且具有能為人類提供必要服務(wù)的生物完整性(Cairns et al,1995)。濕地生態(tài)系統(tǒng)健康主要強(qiáng)調(diào)濕地生態(tài)系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，并在外界脅迫下容易恢復(fù)（李文華等,2004)。濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)屬于生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)在濕地領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)踐，力圖通過定量計(jì)算，研判在特定時(shí)空尺度上濕地生態(tài)系統(tǒng)的健康程度，并識(shí)別出限制因素，提出濕地保護(hù)與恢復(fù)技術(shù)措施或?qū)Σ呓ㄗh。指示物種法和指標(biāo)體系法是當(dāng)前開展?jié)竦厣鷳B(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)的主要方法，指示物種法在國(guó)外應(yīng)用比較廣泛，我國(guó)研究應(yīng)用主要集中在指標(biāo)體系法（林波等,2009;上官修敏等,2013）。

2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

2.1 構(gòu)建方法

基于PSR框架模型（Pressure-State-Response，壓力－狀態(tài)－響應(yīng)）進(jìn)行指標(biāo)體系構(gòu)建是目前應(yīng)用最為廣泛的方法。PSR模型由國(guó)際經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織（OECD）在上世紀(jì)90年代確立，主要用于對(duì)生態(tài)環(huán)境相關(guān)重要指標(biāo)進(jìn)行分析研究（麥少芝等,2005），該模型在進(jìn)行濕地生態(tài)系統(tǒng)評(píng)價(jià)時(shí)得到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛認(rèn)同（徐浩田等, 2017），其基礎(chǔ)框架模型見圖1。也有學(xué)者在應(yīng)用PSR模型時(shí)，進(jìn)行了一定程度的優(yōu)化和細(xì)分，例如喻立等（2014）運(yùn)用DPSIR模型（Driving Forces-Pressure-State-Impact-Response，驅(qū)動(dòng)力－壓力－狀態(tài)－影響－響應(yīng)）對(duì)寧夏沙湖濕地健康進(jìn)行了評(píng)價(jià)，Zhang等(2016)運(yùn)用DPSIRM模型（Driving Pressure State Impact Response Management，驅(qū)動(dòng)力－壓力－狀態(tài)－影響－響應(yīng)－管理）對(duì)微山湖、昭陽(yáng)湖、獨(dú)山湖和南陽(yáng)湖的生態(tài)健康狀況進(jìn)行了評(píng)價(jià)。另一類常用方法是基于濕地生態(tài)系統(tǒng)自身屬性的指標(biāo)體系構(gòu)建方法(崔保山等,2002)，該構(gòu)建方法在相關(guān)研究中也得到了很好的應(yīng)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(tài)-響應(yīng)（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(xué)者還針對(duì)特定濕地生態(tài)系統(tǒng)，運(yùn)用其他指標(biāo)體系構(gòu)建方法進(jìn)行了研究。陳展等（2012）利用IBI參數(shù)法構(gòu)建了適用于白洋淀濕地健康評(píng)價(jià)的參數(shù)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(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)體系。王書可等（2015）構(gòu)建了基于人類、自然擾動(dòng)與濕地免疫力、服務(wù)功能等的評(píng)價(jià)體系。宋創(chuàng)業(yè)等（2016）從土壤、水環(huán)境、蘆葦群落及酶活性的角度構(gòu)建了蘆葦濕地生態(tài)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)體系。尹藝潔等（2017）結(jié)合行業(yè)規(guī)范構(gòu)建了包括水環(huán)境、生物殘毒、棲息地以及生物狀況等因素在內(nèi)的針對(duì)特定濕地生態(tài)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

2.2 指標(biāo)體系構(gòu)成

基于PSR框架模型的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系基本由目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、因素層、指標(biāo)層組成。目標(biāo)層即為總體評(píng)價(jià)，由壓力、狀態(tài)、響應(yīng)三個(gè)準(zhǔn)則層構(gòu)成。因素層為準(zhǔn)則層的進(jìn)一步劃分，各因素層的具體指標(biāo)歸類詳見表1（朱衛(wèi)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(xué)者在應(yīng)用PSR框架模型時(shí)，對(duì)模型的理解和運(yùn)用上存在一定差異，導(dǎo)致相同的指標(biāo)被劃歸在不同的準(zhǔn)則層。

基于濕地生態(tài)系統(tǒng)自身屬性的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系可分為總目標(biāo)層、亞類目標(biāo)層、具體指標(biāo)層?？偰繕?biāo)層即為生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)，亞類目標(biāo)層分為生態(tài)特征（自然環(huán)境）健康目標(biāo)、整體功能健康目標(biāo)、社會(huì)環(huán)境健康目標(biāo)，具體指標(biāo)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(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)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(tài)系統(tǒng)自身屬性的健康評(píng)價(jià)指標(biāo)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(biāo)體系的構(gòu)建方法不盡相同，但各單項(xiàng)指標(biāo)具有很高的一致性，例如表1中的人類壓力指標(biāo)與社會(huì)響應(yīng)指標(biāo)同表2中的社會(huì)環(huán)境指標(biāo)基本一致，表2中的生態(tài)特征指標(biāo)與表1中的環(huán)境狀態(tài)、生物狀態(tài)、景觀狀態(tài)指標(biāo)接近相同，兩表中的功能指標(biāo)高度類似。

由其他方法構(gòu)成的指標(biāo)體系，因?yàn)檠芯繉?duì)象和研究目的的特殊性，其指標(biāo)體系存在較大的差異性，在此不再贅述。

3 指標(biāo)權(quán)重確定與標(biāo)準(zhǔn)化處理

3.1 指標(biāo)權(quán)重確定

層次分析法（AHP）是目前應(yīng)用最廣的指標(biāo)權(quán)重確定方法，該方法根據(jù)指標(biāo)評(píng)價(jià)的實(shí)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(duì)重要性，用特征向量作為對(duì)應(yīng)權(quán)重（劉子剛等, 2009;Zhang et al, 2016）。除層次分析法外，部分學(xué)者采用變異系數(shù)法（朱爽等, 2016）、主成分分析法（李蕊等, 2016）、熵權(quán)法（陳子月等, 2016）、熵權(quán)法與層次分析法相結(jié)合（Dai et al, 2013）、結(jié)構(gòu)方程模型與因子載荷歸一化（王書可等, 2015）、等值權(quán)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(biāo)權(quán)重。

3.2 指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化處理

隸屬度法（郭艷麗, 2011; 朱衛(wèi)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(biāo)準(zhǔn)化處理方法之一，該方法通過構(gòu)建隸屬度向量實(shí)現(xiàn)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化。除此方法外，標(biāo)準(zhǔn)分級(jí)賦分法應(yīng)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(biāo)實(shí)際值與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分級(jí)進(jìn)行類比，確定各指標(biāo)的得分值。除上述兩種主要標(biāo)準(zhǔn)化方法外，還有單因子評(píng)價(jià)法（徐浩田等, 2017）、規(guī)范公式法（錢逸凡等, 2016）、極值法（Dai et al, 2013; 宋創(chuàng)業(yè)等, 2016）、極差法（白祥等, 2014）、相對(duì)距離法（Zhang et al, 2016）、邏輯斯蒂增長(zhǎng)模型法（李暉等, 2014）等。

4 健康等級(jí)劃分和綜合評(píng)價(jià)

4.1 健康等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)劃分

評(píng)價(jià)指標(biāo)等級(jí)一般劃分為5級(jí)，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(tài)（0.2～0.4）、疾?。ǎ?.2）。因研究對(duì)象的差異性和學(xué)者對(duì)健康與否的理解不同，在具體表述時(shí)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(tài)、疾?。T倩等, 2016），或優(yōu)、良好、一般、較差、極差（向麗雄等,2015），或I級(jí)、II級(jí)、III級(jí)、IV級(jí)、V級(jí)（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(xué)者將評(píng)價(jià)指標(biāo)分為3個(gè)（Zhang et al, 2008）或4個(gè)等級(jí)（Dai et al, 2013）。

濕地生態(tài)系統(tǒng)總體健康評(píng)價(jià)的等級(jí)劃分與評(píng)價(jià)指標(biāo)的等級(jí)劃分基本一致，與評(píng)價(jià)指標(biāo)相對(duì)應(yīng)，濕地健康等級(jí)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(tài)（0.2～0.4）、疾?。ǎ?.2）。各健康等級(jí)的基本特征為：①很健康：自然狀態(tài)良好，活力極強(qiáng)，結(jié)構(gòu)合理，功能完善；②健康：自然狀態(tài)較好，活力較強(qiáng)，結(jié)構(gòu)較合理，功能較完善；③亞健康：自然狀態(tài)改變，具備一定活力，結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，功能尚能發(fā)揮；④一般病態(tài)：自然狀態(tài)破壞，活力較低，結(jié)構(gòu)出現(xiàn)缺陷，功能退化；⑤疾病：自然狀態(tài)嚴(yán)重破壞，活力極低，結(jié)構(gòu)極不合理，功能嚴(yán)重退化。

4.2 綜合評(píng)價(jià)

綜合評(píng)價(jià)主要包括模糊綜合評(píng)價(jià)（郭艷麗,2011）與加權(quán)求和（蔣衛(wèi)國(guó)等, 2005; 徐浩田等, 2017）兩種方法。模糊綜合評(píng)價(jià)方法是通過構(gòu)建權(quán)重向量與模糊關(guān)系矩陣得到綜合評(píng)價(jià)向量，進(jìn)而結(jié)合評(píng)判等級(jí)向量得到綜合評(píng)價(jià)值，確定健康評(píng)價(jià)等級(jí)。加權(quán)求和方法是將評(píng)價(jià)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值或得分值加權(quán)求和后，得到綜合評(píng)價(jià)值，然后根據(jù)濕地健康評(píng)價(jià)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)確定健康程度。除上述兩種方法外，部分學(xué)者還有利用物元可拓（朱爽等, 2016）、聯(lián)系度函數(shù)（王書可等, 2015）、級(jí)別特征值（周林飛等, 2015）、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（Mo et al, 2009）、集對(duì)分析與三角模糊數(shù)（彭濤等,2014）等方法進(jìn)行探討。

5 總結(jié)與展望

（1）在應(yīng)用PSR框架模型時(shí)，研究人員對(duì)相同指標(biāo)的歸類不盡相同，例如有學(xué)者將人口指標(biāo)歸到壓力準(zhǔn)則層，也有學(xué)者將其歸到狀態(tài)準(zhǔn)則層；有學(xué)者將景觀多樣性歸到狀態(tài)準(zhǔn)則層，也有學(xué)者將其歸到響應(yīng)準(zhǔn)則層 ；有學(xué)者將自然災(zāi)害歸到壓力準(zhǔn)則層，也有學(xué)者將其歸到狀態(tài)準(zhǔn)則層。在今后的研究中，應(yīng)盡量將同一指標(biāo)歸屬到同一準(zhǔn)則層中。

（2）基于PSR框架模型與基于濕地生態(tài)系統(tǒng)自身屬性的構(gòu)建方法，是構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的主要方法。二者構(gòu)建原則和過程不同，但單項(xiàng)指標(biāo)的重合度較高，在今后開展相關(guān)研究時(shí)，應(yīng)綜合考慮兩種構(gòu)建方法，使構(gòu)建的指標(biāo)體系更具普適性，為下一步建立統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)奠定基礎(chǔ)。

（3）隨著數(shù)學(xué)方法的不斷應(yīng)用，不同的權(quán)重確定方法與綜合評(píng)價(jià)方法不斷涌現(xiàn)，為精確評(píng)判濕地生態(tài)系統(tǒng)的健康水平提供了有力支撐，今后應(yīng)該充分探討不同的評(píng)價(jià)方法對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果產(chǎn)生的影響，為更加客觀公正的評(píng)價(jià)提供理論依據(jù)。