海河南系子牙河流域濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評價(jià)研究*

孫 雪，于 格，劉汝海，李 瑾，馬安青

(中國海洋大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院海洋環(huán)境與生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266100)

濕地是介于水體和陸地之間的生態(tài)過渡帶[1]，具有獨(dú)特的組織結(jié)構(gòu)、生態(tài)功能和社會經(jīng)濟(jì)價(jià)值。作為一種重要的生態(tài)系統(tǒng)，濕地可以為人類提供多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，在調(diào)節(jié)氣候、控制污染、蓄洪防旱、維持生物多樣性等方面起著重要作用[2-3]，單位面積服務(wù)價(jià)值居各類生態(tài)系統(tǒng)之首[4-5]。

對濕地的生態(tài)健康進(jìn)行有效評估是開展?jié)竦厣鷳B(tài)系統(tǒng)保護(hù)的基礎(chǔ)?，F(xiàn)階段，就評價(jià)對象而言，國內(nèi)外濕地健康評價(jià)側(cè)重于河流、湖泊、濱海濕地或沼澤等單一類型。其中，國外以河流評價(jià)最為成熟[6-7]，如美國“生物完整性指數(shù)(IBI)”、“快速生物評估草案(RBP)”等提供了基于水生動植物類群的河流健康評價(jià)方法[8-10]；澳大利亞“河流評價(jià)計(jì)劃”(AusRivAS)、“河流狀況指數(shù)”(ISC)分別在西澳大利亞州[11]和維多利亞州[10,12]河流得到實(shí)踐；瑞典“岸邊與河道環(huán)境細(xì)則”(RCE)則被用于評估農(nóng)業(yè)景觀中小溪流健康[10,13]。此外，相關(guān)學(xué)者還評價(jià)了北美五大湖湖泊濕地[14]、亞得里亞海灣、舊金山海灣等濱海濕地[15-16]，澳大利亞漫灘、英國泥炭等沼澤濕地[17-18]的健康狀況。中國濕地評價(jià)研究集中在撓力河、蛟流河、圖們江等多條河流濕地[19-21]，長江中下游洞庭湖、鄱陽湖等典型湖泊濕地[22-23]，遼河、黃河等環(huán)渤海河口三角洲、濱海濕地[2,24-25]以及若爾蓋高原沼澤、白洋淀、三江平原沼澤濕地[26-28]?？偟膩砜?，這些研究已針對單一類型濕地建立相應(yīng)的濕地健康評價(jià)體系，但對有著多種濕地類型的復(fù)雜的流域系統(tǒng)研究較少，缺乏不同類型濕地的橫向比較。

目前，3S技術(shù)在濕地資源調(diào)查、濕地分類、濕地景觀格局變化以及未來濕地景觀預(yù)測等[28-29]濕地景觀空間化信息方面日趨成熟，并逐漸應(yīng)用于濕地生態(tài)健康評價(jià)領(lǐng)域。不少學(xué)者[30-33]利用RS和GIS技術(shù)對landsat遙感影像進(jìn)行圖像處理與解譯，并結(jié)合景觀生態(tài)學(xué)理論，通過濕地景觀參數(shù)反演獲取獲濕地景觀指數(shù)；或集RS和GIS的數(shù)據(jù)獲取、信息集成和空間分析功能為一體，評價(jià)諸如遼河三角洲[2]、洞庭湖區(qū)[22]、洪河保護(hù)區(qū)[28]等單個(gè)小尺度濕地的生態(tài)健康，探究其空間分布規(guī)律。從根本上講，現(xiàn)有研究多把RS和GIS技術(shù)作為濕地景觀指標(biāo)數(shù)據(jù)的獲取手段，或局限于小尺度濕地健康狀況的空間可視化表達(dá)，難以進(jìn)一步探究大尺度復(fù)雜濕地生態(tài)健康狀況的空間特征和相關(guān)性。因此，將評價(jià)對象從單一濕地?cái)U(kuò)展到多類型復(fù)雜濕地生態(tài)系統(tǒng)，并運(yùn)用3S技術(shù)，評價(jià)多類型、大尺度的流域濕地健康的空間特征是十分必要的。

海河流域作為華北平原最大的水系，以不足全國1.3%的水資源承擔(dān)著全國10%的人口、13%的GDP用水[34-35]，社會經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略地位重大。而子牙河流域作為海河流域的重度污染區(qū)，是河流、湖泊、濱海濕地、沼澤、水庫等多種不同類型濕地的復(fù)雜綜合體。長期以來，受城市化快速發(fā)展、水資源掠奪式開發(fā)以及水利工程大規(guī)模建設(shè)等的影響，流域內(nèi)天然徑流持續(xù)大面積斷流，地下水位大幅下降，濕地生態(tài)退化和水質(zhì)污染問題突出[34-36]，是典型的資源型和水質(zhì)型缺水地區(qū)。水資源短缺、水質(zhì)污染成為制約子牙河流域濕地生態(tài)系統(tǒng)健康的主要威脅，亟待開展?jié)竦厣鷳B(tài)保護(hù)與修復(fù)工作。

本文選取具有多類型濕地的子牙河流域?yàn)檠芯繀^(qū)，以PSR模型為基礎(chǔ)，結(jié)合濕地水資源短缺和水質(zhì)污染等實(shí)際問題，從壓力、狀態(tài)、響應(yīng)3個(gè)方面選取43個(gè)指標(biāo)，構(gòu)建具有針對性的流域濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評價(jià)指標(biāo)體系。通過計(jì)算濕地生態(tài)健康指數(shù)，并運(yùn)用GIS空間分析技術(shù)，評價(jià)子牙河流域濕地生態(tài)健康狀況，為該區(qū)域乃至整個(gè)海河流域的濕地保護(hù)與管理提供理論和技術(shù)支持。

1 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

子牙河流域位于海河流域的中南部，跨越山西、河北、天津3省市，有滏陽河和滹沱河兩個(gè)重要支流，自西南向東北呈倒“Y”型扇狀分布。為了突出研究重點(diǎn)，本文劃定研究區(qū)為113°56′E～117°33′E，36°23′N～38°57′N(見圖1)，西部以山西-河北省界為界線，南至漳河，在原子牙河流域基礎(chǔ)上，增加了東北部由子牙河、獨(dú)流減河、渤海灣和南排水河所圍成的濱海區(qū)域，以及中部邊界的衡水湖國家自然保護(hù)區(qū)，即將南大港、北大港、團(tuán)泊洼、衡水湖等重點(diǎn)濕地納入本次研究。

作為流域尺度上的濕地生態(tài)系統(tǒng)，子牙河流域面積為39 853 km2，流域內(nèi)的河流濕地將沿途各類濕地聯(lián)系起來，并相互影響。其中，研究區(qū)上游建有東武仕水庫、朱莊水庫、臨城水庫、崗南水庫和黃壁莊水庫5個(gè)人工濕地，形成明顯的山前水庫帶；中游平原區(qū)濕地類型最為豐富，包括邯鄲、邢臺、衡水境內(nèi)的城市河流濕地、永年洼沼澤濕地以及邯鄲南湖、邯鄲北湖、衡水湖等湖泊濕地；而天津的團(tuán)泊洼、北大港以及滄州南大港等則屬于下游濱海濕地，其水質(zhì)和水量與中上游濕地密切相關(guān)。

圖1 研究區(qū)范圍及采樣點(diǎn)分布Fig.1 The study area and sampling points

1.2 數(shù)據(jù)來源

研究所需數(shù)據(jù)包括監(jiān)測數(shù)據(jù)、遙感影像和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等，具體如下：

(1)水質(zhì)和沉積物數(shù)據(jù) 水質(zhì)和沉積物數(shù)據(jù)，來源于2014—2016年的實(shí)地監(jiān)測數(shù)據(jù)，采樣時(shí)間選擇在河流汛期(2014-07、2015-08、2016-06)和非汛期(2014-10、2016-03、2016-05)，共6期；采樣點(diǎn)位于研究區(qū)主要濕地的內(nèi)部及外圍水域，共106個(gè)(見圖1)。每個(gè)監(jiān)測項(xiàng)目6期監(jiān)測數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值作為其現(xiàn)狀值，具體測定方法見表1。

表1 水質(zhì)和沉積物數(shù)據(jù)測定方法Table 1 The determination methods for water quality and sediment

(2)景觀數(shù)據(jù) 景觀數(shù)據(jù)是根據(jù)2014—2016年子牙河流域Landsat TM/ETM+/OLI遙感影像解譯分析獲得，其中每個(gè)年份均選擇6 景無云或少云影像拼接組合而成，影像收集時(shí)間集中在植被長勢良好的8、9月份；主要是利用ENVI軟件和ArcGIS軟件對研究區(qū)土地利用類型進(jìn)行分類，識別主要地物類型，并結(jié)合景觀生態(tài)學(xué)理論，確定濕地演變特征及景觀格局參數(shù)。

(3)自然壓力、社會壓力和社會響應(yīng)數(shù)據(jù) 以上三部分?jǐn)?shù)據(jù)來源于海河水利委員會等水利部門提供的歷史水文資料、《海河流域水資源公報(bào)》(2014—2016)、《海河流域重要水功能區(qū)達(dá)標(biāo)評估通報(bào)》(2014—2016)，2014—2016年河北省《經(jīng)濟(jì)年鑒》、天津市《統(tǒng)計(jì)年鑒》、濕地各研究區(qū)內(nèi)各市(區(qū))《國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》等社會統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

2 研究方法

2.1 指標(biāo)體系的構(gòu)建

PSR模型是環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)評價(jià)領(lǐng)域中常用的一個(gè)評價(jià)框架，以壓力-狀態(tài)-響應(yīng)因果關(guān)系為基礎(chǔ)[37]，將人類活動與自然環(huán)境、生態(tài)系統(tǒng)和人類活動有機(jī)統(tǒng)一起來。而濕地正是自然-經(jīng)濟(jì)-社會復(fù)合的生態(tài)系統(tǒng)[38]，脆弱性和敏感性極高，易受各類環(huán)境要素的影響。因此，從人與濕地相互影響、相互作用的角度出發(fā)，PSR模型可以系統(tǒng)地反應(yīng)自然過程或人類活動給濕地生態(tài)造成的壓力負(fù)荷，以及這些壓力脅迫作用下濕地所表現(xiàn)出的生態(tài)特征和環(huán)境狀況；人類又可通過一系列響應(yīng)措施應(yīng)對這些變化，以恢復(fù)濕地生態(tài)系統(tǒng)健康。此外，PSR模型具有易調(diào)整性，評價(jià)者可根據(jù)不同研究區(qū)的實(shí)際情況，因地制宜，選擇合適的指標(biāo)確定體系結(jié)構(gòu)。

因此，本文基于上述PSR模型，根據(jù)濕地生態(tài)健康評價(jià)的目的，以及代表性、可比性、全面性和數(shù)據(jù)可獲得性的指標(biāo)選擇原則，借鑒現(xiàn)有濕地健康評價(jià)研究成果[3,21-22,37-40]，并結(jié)合子牙河流域濕地水資源極度短缺、水質(zhì)高度污染的生態(tài)環(huán)境特點(diǎn)及其成因，構(gòu)建包括壓力、狀態(tài)、響應(yīng)3個(gè)層次43個(gè)指標(biāo)的子牙河流域濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評價(jià)體系(見表2)。

壓力層 下設(shè)自然壓力和社會壓力兩大類，選取降雨量、河流年徑流量等水文勢態(tài)指標(biāo)作為自然壓力，描述自然氣候下的水資源短缺壓力；選取人口、經(jīng)濟(jì)、工農(nóng)業(yè)強(qiáng)度等方面的指標(biāo)作為社會壓力，表征社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來的水污染壓力。

狀態(tài)層 針對濕地水環(huán)境惡化、生態(tài)退化的現(xiàn)狀，結(jié)合濕地監(jiān)測數(shù)據(jù)和遙感影像，將其分為水質(zhì)狀態(tài)、沉積物狀態(tài)和景觀狀態(tài)。其中，從有機(jī)污染、富營養(yǎng)化與鹽漬化方面選取9個(gè)水質(zhì)狀態(tài)指標(biāo)(DO、CODMn、CODCr、BOD5、NH3-N、TN、TP、Chl-a、鹽度)；從富營養(yǎng)化與重金屬污染方面選取9個(gè)沉積物狀態(tài)指標(biāo)(TN、TP、As、Cu、Pb、Zn、Cd、Ni、Cr)；景觀狀態(tài)則包括濕地面積退化率、植被覆蓋率、景觀破碎度、景觀均勻度指數(shù)和景觀多樣性指數(shù)。

表2 子牙河流域濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評價(jià)指標(biāo)體系Table 2 Assessment index system of wetland ecosystem health in Ziya River Basin

注：其它濕地包括湖泊濕地、沼澤濕地及濱海濕地。
Note:Other wetlands include lake,marsh and coastal wetlands.

響應(yīng)層 鑒于數(shù)據(jù)可獲得性和指標(biāo)數(shù)量比例考慮，響應(yīng)層只設(shè)置社會響應(yīng)，用水利環(huán)境管理投資、建成區(qū)綠化覆蓋率、水功能區(qū)達(dá)標(biāo)率、城市污水處理率和納污性能指數(shù)等指標(biāo)來衡量人類社會對濕地生態(tài)的保護(hù)力度。

2.2 指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化

為實(shí)現(xiàn)指標(biāo)的無量綱化和可比性，本文采用分級量化的方法進(jìn)行指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化，根據(jù)國家/行業(yè)/地方公布的標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)規(guī)范和相關(guān)研究成果[2,19-22,24,39-40]，如《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)、《水資源評價(jià)導(dǎo)則》(SL/T238)、《地表水資源質(zhì)量評價(jià)技術(shù)教程》(SL395-2007)、《全國水資源保護(hù)規(guī)劃技術(shù)大綱》等，將評價(jià)指標(biāo)劃分為健康、亞健康、脆弱、疾病、惡劣5個(gè)等級，見表3～5。

表3 濕地壓力指標(biāo)分級量化標(biāo)準(zhǔn)Table 3 The standard classification of indicators from wetland pressure

2.3 指標(biāo)權(quán)重分配

指標(biāo)權(quán)重分配是在專家意見的基礎(chǔ)上，利用層次分析法(Analytic Hierarchy Process,AHP)在yaahp10.3軟件中計(jì)算完成。

由于不同類型濕地的壓力來源和對外界脅迫因子的敏感性存在差異，如子牙河流域的河流濕地主要流經(jīng)城市區(qū)域，社會壓力偏大；而水庫濕地位于人類活動程度低的上游山區(qū)，自然壓力偏大；相對于前二者，湖泊、沼澤及濱海濕地多為重要的濕地保護(hù)區(qū)，保護(hù)管理力度較大，濕地外圍受一定程度上人類活動的影響，但其內(nèi)部以自然狀態(tài)為主，自然壓力和社會壓力相當(dāng)。因此，評價(jià)過程中，針對不同類型濕地，制定不同干擾梯度下的權(quán)重分配方案(見表2)。

表4 濕地狀態(tài)指標(biāo)分級量化標(biāo)準(zhǔn)Table 4 The standard classification of indicators from wetland state

注：目前，我國底泥研究中尚無明確標(biāo)準(zhǔn)，故沉積物中TN、TP指標(biāo)參考“加拿大安大略省底泥營養(yǎng)物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)”中最低影響線和嚴(yán)重影響線；As、Cu等重金屬采用當(dāng)?shù)赝寥辣尘爸?X)加2倍標(biāo)準(zhǔn)差(S)的評判標(biāo)準(zhǔn)，X、S背景數(shù)據(jù)參考《中國土壤元素背景值》(中國環(huán)境監(jiān)測總站，1990)。
Note:Now,there is no clear standard for sediment in China.Therefore,the TN and TP in sediment refer to the lowest and severe impact line of the Subsoil Nutrient Standard in Ontario,Canada;Local soil Background value (X)plus 2 times standard deviation (S)equals the criteria of the heavy metals.The background data of X and S refers to “Soil element background value in China” (China Environmental Monitoring Station,1990).

表5 濕地響應(yīng)指標(biāo)分級量化標(biāo)準(zhǔn)Table 5 The standard classification of indicators from wetland response

2.4 健康指數(shù)和健康等級的確定

子牙河流域濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評價(jià)采用綜合指數(shù)法，逐級加權(quán)，綜合評分，其公式為：

式中：Wi為第i項(xiàng)指標(biāo)的歸一化權(quán)重；Xi為第i項(xiàng)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值；R為單項(xiàng)指標(biāo)對流域濕地生態(tài)系統(tǒng)健康的貢獻(xiàn)率；E為濕地生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)，在[0,1]值域內(nèi)，其值越大，表示濕地生態(tài)系統(tǒng)健康狀況越差。

本文在已有研究成果的基礎(chǔ)上[2,20-21,23,38-41]，結(jié)合研究區(qū)濕地生態(tài)系統(tǒng)的實(shí)際情況，確定了濕地生態(tài)系統(tǒng)的健康劃分標(biāo)準(zhǔn)(見表6)，將濕地健康分為I～V級。

表6 子牙河流域濕地生態(tài)系統(tǒng)健康等級劃分標(biāo)準(zhǔn)Table 6 The standard classification of wetland ecosystem health assessment in Ziya River Basin

3 結(jié)果分析

3.1 子牙河流域濕地生態(tài)系統(tǒng)健康綜合評價(jià)

經(jīng)計(jì)算，子牙河流域濕地生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)為0.723 1，根據(jù)濕地生態(tài)系統(tǒng)健康等級劃分標(biāo)準(zhǔn)(見表5)可知，目前子牙河流域濕地生態(tài)系統(tǒng)健康為Ⅳ級，在[0,1]健康指數(shù)范圍內(nèi)超過中等健康水平(健康指數(shù)≥0.5)，整體處于疾病狀態(tài)。

3.1.1 準(zhǔn)則層、因素層分析 從壓力、狀態(tài)和響應(yīng)3個(gè)準(zhǔn)則層來看，子牙河流域濕地狀態(tài)層(健康指數(shù)0.725 2)健康狀況最差，壓力層(健康指數(shù)0.735 5)次之，均屬于IV級疾病狀態(tài)，且有傾向惡劣狀態(tài)的趨勢。這說明子牙河流域濕地生態(tài)系統(tǒng)承受了一定程度的壓力，正常組織結(jié)構(gòu)和生態(tài)功能遭到破壞，濕地生態(tài)系統(tǒng)出現(xiàn)疾病反應(yīng)，濕地的自然狀態(tài)活力較低、異常明顯；而響應(yīng)層(健康指數(shù)0.642 7)健康狀況略好于前二者，但仍處于疾病狀態(tài)?？梢?，盡管相關(guān)部門對子牙河流域濕地采取了一定的保護(hù)應(yīng)對措施，但效果尚不理想，仍需進(jìn)一步加強(qiáng)管理。

就6個(gè)因素層指標(biāo)健康指數(shù)而言，水質(zhì)狀態(tài)(0.793 0)>社會壓力(0.746 0)>自然壓力(0.704 4)>景觀狀態(tài)(0.673 3)>社會響應(yīng)(0.642 7)>沉積物狀態(tài)(0.514 5)(見圖2)，除沉積物狀態(tài)(III級、脆弱)外，其它指標(biāo)均處于IV級、疾病水平，其中水質(zhì)狀態(tài)最差，接近惡劣水平；從圖2貢獻(xiàn)率可以看出，因素層同樣指向水質(zhì)狀態(tài)，其對子牙河流域濕地生態(tài)健康的貢獻(xiàn)率高達(dá)43.87%，其次是社會壓力(貢獻(xiàn)率15.48%)和自然壓力(貢獻(xiàn)率14.61%)。即雙重壓力作用下，較差的水質(zhì)狀態(tài)成為子牙河流域濕地的關(guān)鍵性致病因子，威脅著流域濕地生態(tài)健康。由此可見，改善水質(zhì)狀態(tài)是子牙河流域濕地生態(tài)恢復(fù)的重要目標(biāo)和首要任務(wù)。

圖2 因素層各指標(biāo)的健康指數(shù)及貢獻(xiàn)率Fig.2 Health index and contribution rate of each ndicator in factor layer

3.1.2 子牙河流域濕地生態(tài)系統(tǒng)健康主要控制因素 指標(biāo)層是最終選取的基本評價(jià)對象，直接影響濕地生態(tài)系統(tǒng)健康。在子牙河流域濕地健康評價(jià)體系43個(gè)指標(biāo)中，健康(4個(gè))、亞健康(8個(gè))、脆弱(11個(gè))、疾病(9個(gè))、惡劣(11個(gè))的指標(biāo)分別占9.30%、18.60%、25.58%、20.93%、25.58%。其中，水質(zhì)TN、CODCr、NH3-N、TP、景觀破碎度、河流斷流幾率、CODMn、河流連續(xù)性8個(gè)指標(biāo)的健康狀況為V級惡劣水平，對子牙河流域濕地健康的貢獻(xiàn)率在4%以上，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)53.16%(見圖3)?？梢哉f，這些指標(biāo)是子牙河流域濕地生態(tài)健康的主要控制因素，對流域濕地健康起著制約作用。

圖3 主要控制因素的健康指數(shù)及貢獻(xiàn)率Fig.3 Health index and contribution rate of the main controlling factors

研究發(fā)現(xiàn)，子牙河流域濕地生態(tài)系統(tǒng)健康的主要控制因素中TN、CODCr、NH3-N、TP、CODMn等水質(zhì)狀態(tài)指標(biāo)居多，其對濕地健康的貢獻(xiàn)率依次為10.67%、9.32%、9.10%、5.49%、4.65%。這與研究區(qū)嚴(yán)重的水污染特點(diǎn)有關(guān)，濕地水質(zhì)以Ⅴ類和劣Ⅴ類居多，TN、CODCr、NH3-N、TP、CODMn等水質(zhì)指標(biāo)超標(biāo)嚴(yán)重，部分監(jiān)測站點(diǎn)濃度最高超出19.49、6.32、10.63、22.78、4.19倍。而造成這種現(xiàn)象的主要原因是子牙河流域濕地周邊資源能源消耗型重工業(yè)企業(yè)集中，流域內(nèi)規(guī)模以上(廢污水年排放量≥10萬t)入河排污口有198個(gè)，污廢水入河量高達(dá)6.26億m3/a(2011年)，濕地成為污染物的主要承泄區(qū)，水體結(jié)構(gòu)性污染突出。加之，企業(yè)偷排、漏排以及處理未達(dá)標(biāo)排放現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，部分河流已演變成排污河道。

表征自然水文狀態(tài)的河流斷流幾率與河流連續(xù)性對子牙河流域濕地生態(tài)健康的貢獻(xiàn)率分別為4.89%、4.14%。其中，河流斷流幾率反映了水資源短缺對子牙河流域濕地的負(fù)面影響。子牙河流域濕地處于華北平原的缺水地區(qū)，多年持續(xù)性干旱，自然水量得不到保障，多地長期依靠開采地下水或跨流域引水來維持社會經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展。隨著水資源供需矛盾以及城市群掠奪式水資源利用方式的日益加劇，濕地水體產(chǎn)匯流機(jī)制發(fā)生變化，河川徑流和地表水資源明顯減少，河流斷流天數(shù)在280天以上，斷流長度比例達(dá)65%；而河流連續(xù)性主要體現(xiàn)水利工程的修建對流域水流縱向連通性的阻礙作用。子牙河流域現(xiàn)存閘壩438座，約3.7個(gè)/百km，這些水利工程打破了正常的濕地環(huán)境流，在削減下游水量的同時(shí)，也干擾了污染物的遷移擴(kuò)散過程，降低了濕地水體的自凈能力。

此外，景觀破碎度也對子牙河流域濕地產(chǎn)生一定的影響，貢獻(xiàn)率為4.90%，僅次于TN、CODCr、NH3-N、TP。這表明子牙河流域濕地生態(tài)健康還與土地利用方式有關(guān)，不斷擴(kuò)大的圍墾、養(yǎng)殖以及建設(shè)用地侵占濕地，致使下墊面硬化，引發(fā)沼澤陸地化或斑塊割裂，加劇濕地的景觀破碎化和面積退化。

3.2 子牙河流域濕地生態(tài)系統(tǒng)健康分類評價(jià)

按類型將子牙河流域濕地劃分為河流濕地、湖泊濕地、濱海濕地、水庫濕地和沼澤濕地五大類，不同類型濕地生態(tài)健康指數(shù)對比發(fā)現(xiàn)，河流濕地(0.788 1)>沼澤濕地(0.734 3)>濱海濕地(0.650 4)>湖泊濕地(0.625 5)>水庫濕地(0.560 4)，健康指數(shù)均在0.5以上，超過中等健康水平(見表7)。

表7 子牙河流域不同類型濕地生態(tài)系統(tǒng)健康情況Table 7 Ecosystem health of different types of wetlands in Ziya River Basin

注：↑表示濕地生態(tài)健康狀況優(yōu)于流域整體水平，↓表示濕地生態(tài)健康狀況劣于流域整體水平。
Note:↑means that the wetland ecological health is better than the general level,↓which means that the wetland ecological health is inferior to the general level.

河流濕地和沼澤濕地生態(tài)健康狀況劣于流域整體水平(健康指數(shù)0.723 1)。其中，河流濕地健康狀況最差，屬于Ⅳ級、疾病狀態(tài)，這與研究區(qū)“有河皆干、有水皆污”水環(huán)境特點(diǎn)密切相關(guān)。河流濕地主要分布在河北省人類活動影響程度較高的市區(qū)，覆蓋石家莊、邢臺、邯鄲、衡水等重工業(yè)發(fā)達(dá)的城市群，河流沿岸各種生產(chǎn)生活行為產(chǎn)生的絕大部分污廢水，會通過管道排放、地表或地下徑流匯入河流；與此同時(shí)，河流的斷流和連通性受阻問題嚴(yán)重，自然流量不足，水體自凈能力差，納污能力不足，難以承擔(dān)高濃度的污染負(fù)荷，從而導(dǎo)致河流濕地生態(tài)健康不斷惡化。以永年洼為代表的內(nèi)陸沼澤濕地，健康等級為Ⅳ級，疾病程度僅次于河流濕地。由于其承擔(dān)著城市滯洪排澇、滏陽河緩洪削峰的功能，接收和富集大量來自上游水體的污染物。加上雨季降水積存，常年積水，濕地水體流動性差，污染降解能力弱，濕地生態(tài)健康威脅較大。

而濱海濕地、湖泊濕地和水庫濕地這三類濕地多為重點(diǎn)保護(hù)區(qū)域，環(huán)境壓力明顯較河流類型等濕地輕，健康狀況也就優(yōu)于流域整體水平。濱海濕地與湖泊濕地相差不大，處于Ⅳ級健康水平，呈現(xiàn)疾病狀態(tài)；水庫濕地的健康狀況相對較好，達(dá)到III級脆弱水平。

3.3 子牙河流域濕地生態(tài)系統(tǒng)健康分區(qū)評價(jià)

針對研究區(qū)17個(gè)典型濕地子單元，基于ArcGIS空間分析平臺，執(zhí)行各指標(biāo)柵格數(shù)據(jù)圖層的疊加運(yùn)算，輸出子牙河流域濕地生態(tài)系統(tǒng)健康空間分布圖(見圖4)。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，17個(gè)濕地子單元的生態(tài)健康等級分布在III～V級(健康指數(shù)0.5～0.8)，脆弱、疾病和惡劣狀態(tài)的濕地分別占35%、53%和12%，也就是說，子牙河流域大部分濕地的自然狀態(tài)受到了破壞，健康狀況不容樂觀。同時(shí)，這些濕地的健康狀況還體現(xiàn)出明顯的空間分布規(guī)律，即研究區(qū)中游平原濕地健康狀況最差，下游濱海濕地次之，而上游山區(qū)濕地相對較好。出現(xiàn)這種區(qū)域分布格局主要是由于研究區(qū)內(nèi)人類干擾和保護(hù)強(qiáng)度、污染源狀況以及流域水資源量等方面存在空間異質(zhì)性。

具體來說，研究區(qū)上游山區(qū)的5座大型水庫多為飲用水或農(nóng)業(yè)灌溉水源地，水質(zhì)狀況較好，水量相對充足；且周邊城市化程度低，人類活動干擾較小，故濕地生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況無明顯異常。但這些水庫卻形成了明顯的山前水庫帶，作為區(qū)域內(nèi)重要的水文節(jié)點(diǎn)，可通過影響系統(tǒng)的連通性進(jìn)而干擾流域的自然水文過程。

中游平原區(qū)濕地生態(tài)健康狀況較差，邢臺、衡水城市河流濕地生態(tài)健康已達(dá)到惡劣水平，永年洼、衡水湖等也呈現(xiàn)疾病狀態(tài)。這是因?yàn)樽友篮又杏味酁楹颖笔≈匾墓まr(nóng)業(yè)用水區(qū)，流域社會經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)，受當(dāng)?shù)蒯t(yī)藥、化工、皮革、造紙、印染、冶金等主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)影響，社會生產(chǎn)需水量和污水排放量大。尤其是子牙河南部支流滏陽河流域，銘河、七里河、牛尾河、北澧河、午河、汪洋溝等20余條大小河流匯入其中，濕地水體污染負(fù)荷嚴(yán)重；同時(shí)，上游水利設(shè)施對下泄水的攔截作用，使得濕地水資源不足加劇水質(zhì)污染。

于下游濕地而言，受上游高濃度來水的影響，獨(dú)流減河、捷地減河等濱海河流濕地生態(tài)健康也出現(xiàn)污染問題，呈疾病狀態(tài)，難以滿足補(bǔ)充水源的要求；加之連續(xù)性干旱和海岸地貌導(dǎo)致的水庫鹽堿化，現(xiàn)狀條件下無天然來水可供調(diào)用，不少濱海濕地面臨“旱洼”的困境。此外，像南大港等濕地其外圍還受漁業(yè)養(yǎng)殖等的顯著影響。但該部分濕地主要涉及南大港、北大港、團(tuán)泊洼等國家重要濕地保護(hù)區(qū)，濕地保護(hù)制度較完善，環(huán)境執(zhí)法力度較大，部分濕地的核心區(qū)自然生態(tài)尚完整，故其整體健康狀況稍優(yōu)于中游平原濕地。

圖4 子牙河流域濕地生態(tài)系統(tǒng)健康空間分布圖Fig.4 Distribution of wetland ecosystem health in Ziya River Basin

4 結(jié)論

面對復(fù)雜的濕地生態(tài)系統(tǒng)，當(dāng)前人類在濕地開發(fā)利用中過分追求經(jīng)濟(jì)利益而忽視可持續(xù)發(fā)展，給濕地生態(tài)健康及其管理帶來了諸多不利影響?；诹饔虼蟪叨仍u價(jià)多類型濕地的生態(tài)健康狀況，重視不同類型濕地的差異性和流域上-中-下游濕地系統(tǒng)的聯(lián)結(jié)性，有助于管理者制定系統(tǒng)性和戰(zhàn)略性的管理策略。針對子牙河流域水資源短缺、水污染嚴(yán)重的特點(diǎn)，本文基于PSR模型構(gòu)建多類型流域大尺度濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評價(jià)指標(biāo)體系，并利用GIS空間分析技術(shù)，對子牙河流域濕地健康進(jìn)行綜合、分類和分區(qū)評價(jià)。主要結(jié)論如下：

(1)總體上講，子牙河流域濕地生態(tài)系統(tǒng)健康受到了一定的威脅，并呈現(xiàn)疾病狀態(tài)(健康指數(shù)0.723 1，健康等級Ⅳ級)，主要表現(xiàn)為濕地水質(zhì)狀態(tài)惡劣，TN、CODCr、NH3-N、TP、CODMn等明顯超標(biāo)，河流斷流幾率高，河流連續(xù)性差，景觀破碎化嚴(yán)重。

(2)就濕地類型而言，不同類型濕地生態(tài)健康指數(shù)大小為：河流濕地(0.788 1)>沼澤濕地(0.734 3)>濱海濕地(0.650 4)>湖泊濕地(0.625 5)>水庫濕地(0.560 4)。其中，河流濕地健康狀況最差，這與研究區(qū)“有河皆干、有水皆污”水環(huán)境特點(diǎn)密切相關(guān)。

(3)就空間尺度而言，受人類干擾和保護(hù)強(qiáng)度、污染源狀況以及流域水資源量等空間異質(zhì)性的影響，子牙河流域中游平原濕地健康狀況最差，下游濱海濕地次之，而上游山區(qū)濕地相對較好。

由于子牙河流域濕地生態(tài)健康主要受水質(zhì)狀態(tài)影響，且其空間變化特征與當(dāng)?shù)刂鲗?dǎo)產(chǎn)業(yè)的分布呈現(xiàn)顯著的相關(guān)性，重工業(yè)發(fā)達(dá)的中游城市河流濕地健康狀況最差。因此，要想從根本上提高濕地健康水平，應(yīng)從以下幾點(diǎn)著手：一、加強(qiáng)入河排污口整治，嚴(yán)格監(jiān)管污染物入河量，控制濕地水質(zhì)惡化趨勢；二、增強(qiáng)河湖水體的流動性，增加濕地生態(tài)水量，提高水體自凈能力和納污能力；三、有效規(guī)劃管理濕地周邊城市的產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)模和模式，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和環(huán)境效益的統(tǒng)一。通過制定分類、分區(qū)濕地生態(tài)修復(fù)措施，短期內(nèi)集中解決河流濕地和沼澤濕地，突出治理中游平原濕地污染問題。以保障正常水源供給能力為目標(biāo)，考慮生態(tài)和地貌的連通性，合理規(guī)劃建設(shè)、調(diào)整或拆除上游的閘壩等水利工程；以維持濕地景觀生態(tài)用水量為目標(biāo)，依托現(xiàn)有骨干供水工程網(wǎng)絡(luò)，對中下游缺水濕地實(shí)施跨流域調(diào)水；以恢復(fù)濕地原始狀態(tài)為目標(biāo)，統(tǒng)籌土地利用規(guī)劃管理，有計(jì)劃地進(jìn)行退耕還濕、退養(yǎng)還濕等?？傊瑵竦厣鷳B(tài)恢復(fù)應(yīng)致力于保障濕地的生態(tài)完整性和功能可持續(xù)性，并使其朝著良性方向發(fā)展，以一種與生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)能力相協(xié)調(diào)的方式讓當(dāng)代和后代人連續(xù)不斷地收益。