高原湿地滇池生态系统健康评估探讨

王巧铭， 田 昆， 王学雷， 陈国柱， 余磊朝

(1.西南林业大学 生态旅游学院， 昆明 650224； 2.国家高原湿地中心， 昆明 650224;3.中国科学院 测量与地球物理研究所， 武汉 430077)



高原湿地滇池生态系统健康评估探讨

王巧铭1,2， 田 昆2*， 王学雷3， 陈国柱2， 余磊朝1,2

(1.西南林业大学 生态旅游学院， 昆明 650224； 2.国家高原湿地中心， 昆明 650224;3.中国科学院 测量与地球物理研究所， 武汉 430077)

滇池是我国高原重要的淡水湖泊，对滇池湿地环境的恢复健康状况进行客观评价，为滇池环境的综合治理及其湿地生态系统的保护具有重要意义.根据滇池湿地生态系统的实际状况，从生态特征指标、综合功能指标、社会经济指标3大要素层选取15个相应的指标层，应用模糊综合评价法、层次分析法和专家打分法等方法确定评价标准.评价结果滇池湿地生态系统健康度为0.599 2，处于“亚健康”与“健康”之间状态，并对其影响因素进行分析.

滇池； 生态系统健康； 模糊综合评价法； 评价体系

湿地生态系统的健康反映湿地生态系统本身的物理、化学、生态功能的完整性，反映湿地生态系统对人类福祉的影响，间接反映经济发展、人类活动对湿地生态系统的扰动[1-3].

随着经济的不断发展，湿地生态环境问题的出现，人类活动范围和强度的加大，湿地生态系统遭受到越来越大的压力，湿地生态系统支持人类发展的能力范围正逐渐缩减，一系列的生态系统失衡状况正逐步威胁湿地生态系统的良性循环和发展.因此，开展湿地生态系统健康评估，对湿地生态系统的保护具有重要意义[4-5].

滇池是我国第6大淡水湖泊，为云贵高原第一大淡水湖泊，被誉为“高原明珠”，也是昆明的“母亲湖”，具有工农业用水、水质净化、旅游休闲、水产养殖、调节气候等多种功能，对昆明市的国民经济和社会发展起着至关重要的作用.由于滇池生态系统退化，产生一系列严重的环境问题.滇池成为国内“三河三湖”中治理难度最大的湖泊.近十几年来国家和地方对滇池已进行了大规模的治理，但治理效果仍不明显.在当前滇池生态治理的研究中，国内缺乏对滇池湿地生态系统健康评价的研究，对滇池生态环境状况进行分析，客观评估滇池湿地环境恶化后的恢复效果，为滇池环境的综合治理及其湿地生态系统的保护提供科学支撑.

1 研究区概况

滇池位于昆明市南端，地理坐标为102°37′～102°48′E， 24°40′～25°02′N，其南北长114 km，东西宽(平均宽)25.6 km，流域面积2 920 km2，见图1.滇池是滇东高原面上的一个大型断陷盆地，形成以滇池为中心，南、北、东三面宽而西面窄的不对称阶梯状地貌格局，东北高西南低的地势.具有高原湿地面山-湖岸-湖滨-湖盆的典型结构，土壤主要为山原红壤、紫色土和水稻土3类.滇池流域属低纬度高原山地季风气候，干湿季节分明，四季如春，年降雨量797～1 007 mm，年蒸发量1 870～2 120 mm，年均温14.7℃.滇池流域内的土壤和气候对植被类型有着深刻影响.由大型水生植物占优势转变为浮游植物占优势的湖泊生态系统，蓝藻水华年年大规模爆发.

图1 研究区遥感影像图Fig.1 Remote Sensing image of the study area

2 数据来源与研究方法

2.1 数据源及方法处理

数据来源于昆明市环保局滇池水质监测数据(2009年～2012年)、统计局统计年鉴，利用遥感和地理信息系统等技术手段提供多种空间、动态的地理信息解译的湿地面积变化、植被分布等.同时依托云南滇池湿地生态系统国家定位观测研究站，开展了对水体、沉积物和植被等的监测.本文还参阅前人关于滇池湿地的研究成果和相关文献，主要用于补充没有监测和调查的内容.

结合滇池的实际情况和数据资料，建立生态系统健康评价体系.采用当地各行业行政主管部门座谈调查与专家咨询相结合的专家打分法对需定性分析指标进行评价，如湿地休闲娱乐度、湿地管理水平等.通过层次分析法确定生态系统健康评估体系的要素层和指标层权重.

2.2 评价指标体系的确定

本研究在充分理解Costanza提出的VOR模型和PSR模型内涵的基础上[6]，从湿地水、沉积物和植被3大主要要素出发，综合考虑景观格局变化及社会经济、人类活动的影响.针对湿地生态系统的特征和滇池的具体状况，对滇池湿地生态系统健康特征进行调查，构成滇池湿地生态系统健康评价的指标体系[7-13](表1).

2.3 健康综合评价模型

2.3.1 健康指数的计算 根据下列公式(1)，求滇池湿地的健康指数[11，14]：

(1)

其中，P为总健康指数，Wi为相应各指标权重，Xi为相应各指标数据基准化后值，n为指标项数.

2.3.2 模糊综合评价 基于湿地生态系统健康状况是一个复杂的、没有严格界限划分、难以精确衡量的模糊现象，同时由于评价标准有不少指标采用了定性描述，因此应用模糊综合评价法进行滇池湿地生态系统健康的评价.其模糊评价模型[14]为：

H=W×R.

首先计算出原始值，归一化后，将数据与指标评价标准进行比对，在其对应的等级内标注“1”，其余均标注“0”.所有指标均用此法，构造隶属度矩阵R.其中，H为滇池湿地生态系统健康指标结果矩阵，W为各健康评价指标归一化权重构成的权重矩阵，R代表各评价对应指标标准的隶属度矩阵.

表1 滇池湿地生态系统健康评价指标体系

2.4 湿地生态系统健康指标分级标准

结合滇池的实际情况，将滇池生态系统健康指标分为很健康、健康、亚健康、一般病态、病态5大类，并对此标准赋值为1、0.75、0.5、0.25、0.各要素层因子的5大健康指标陈述[8-9]如表2所示.

表2 湿地生态系统健康评价标准

续表2

3 结果与分析

3.1 评价指标体系的各指标层因子数据处理及分析

对表1中各指标层因子的生态意义以及分析结果如下.

C1湖泊水质：水质表征水环境质量状态，直接反映湿地的受污染状况，间接反映湿地的净化能力.根据昆明市环保局提供的滇池水质现状监测结果，20世纪50年代滇池水清澈见底，水生植物丰富，是许多鱼和鸟类的良好栖息地，水质达到地表水Ⅱ级标准，70年代为Ⅲ类，而现在，滇池水质迅速恶化，水质污染严重，水质为劣Ⅴ类.

C2主要污染物入湖量：指滇池流域主要污染物(化学需氧量、总氮、总磷)入湖量占排放总量的比值.滇池流域污染负荷主要产生于城市生活源.对现状实测数据分析全流域化学需氧量(COD)、总氮(TN)、总磷(TP)产生量分别为70 177 t、12 930 t、1 169 t.自1988年以来，滇池流域污染物排放总量持续增加，污染削减能力不断增强，从而起到一定的减缓作用，污染物入湖总量呈现先增后减的变化趋势.2009年以来流域污染物入湖量在排放总量的比值均达50%以下.

C3水质富营养化：水中含氮磷的程度.根据现状实测资料分析，2010年草海综合营养状态指数为72.5，属重度富营养状态；外海营养状态指数为69.9，属中度富营养状态，滇池水体综合营养状态指数为67.3，为重度富营养.滇池短短几十年内，由贫营养化的湖泊变为重度富营养化的湖泊.

C4沉积物金属污染：沉积物中的金属污染物对底栖生物产生危害并对上覆水体水质状况产生影响.滇池沉积物(0～20 cm)环境质量整体上为亚健康沉积物，即发生了中度金属污染.沉积物环境质量下层(10～20 cm)优于上层(0～5 cm)，即滇池沉积物金属污染仍存在不断加剧的趋势[15].

C5湿地植被：从湿地植物的角度反映湿地生态系统健康，以湿地植被盖度的比例、群落结构及其自然性来衡量.1960年滇池水生植被覆盖度大约占湖面面积的90%，20世纪90年代以来，滇池水生植被面积占全湖面积的1.8%[16].由大型水生植物占优势的湖泊生态系统转变为浮游植物占优势的湖泊生态系统，蓝藻水华年年大规模爆发[17].

C6生物多样性：用湿地生态系统的生物物种的比例来衡量.滇池水污染导致水生植物群落发生大面积萎缩，物种多样性下降.持续的水体高富营养化水平，使得沉水植物物种多样性程度保持在一个低的水平(常见沉水植物5～6种).沉水植物物种以耐污性强适应范围广的眼子菜属为主，群落的分布比20世纪六七十年代前较大的萎缩[18].与过去相比，滇池草海和外海的藻类数量分别增加了2.34倍、2.36倍[19].

C7湿地面积变化：用湿地面积退化率表示，即一定区域内一段时间尺度内湖泊湿地退化面积与该区域湖泊湿地面积总面积之比.根据实地调查得出，通过几年的退耕还湿，目前的面积已从2000年的不到300 km2扩大到现在的321 km2.

C8产品生产功能：以每年提供的水产品及其变化率来表示，定性与定量相结合.据昆明滇池管理局统计，滇池水产品产量在7 000 t，与往年基本持平.

C9水质净化功能：以水生植物对主要污染物的净化率及稳定性来衡量.通过滇池植被的恢复和环湖生态湿地的建设，每年可以削减氮约135 t，磷约20 t.如在滇池控制性种养凤眼莲，滇池水体总氮和总磷质量浓度从入湖口的13.47和1.34 mg·L-1降低到出湖口的2.93和0.10 mg·L-1.滇池水生植物全年对污染物的净化率大致为20%[20].

C10气候调节功能：以当地年平均气温和年降水量变化率来表示，采用定性与定量相结合.滇池流域2009年～2013年平均气温在18.5℃，平均湿度为77%，气温调节能力无明显变化.

C11娱乐休闲功能：在景观美学价值的高低、湿地旅游活动和娱乐日的增减情况下，采用湿地调查和专家评定的方法来衡量.滇池湿地不断开发相关的湿地旅游景观，旅游活动和娱乐的日数日渐增加，科学考察也逐渐增多.

C12湿地保护意识：对滇池周围地区民众进行抽样调查，反映湿地相关知识在民众中的普及程度.最终统计数据得出结果，滇池周边民众对湿地的功能价值具有一定的了解，湿地的保护意识较强.

C13政策法规情况：主要反映政府职能部门在相关政策法规的制定、实施方面的情况，采用定性描述为主.自《云南省滇池保护条例》正式施行以来，滇池保护工作有了强有力的法制保障，并制订了《滇池综合整治大纲》等一系列政府法规和规范性文件，加大了对滇池的依法管理力度.通过开展滇池保护区分级保护、设立滇池保护专项资金、加大对违法行为的惩处力度，实施一系列环滇池生态保护规划和湿地公园的建设等，滇池治理取得阶段性成果.

C14湿地管理水平：采用定性方法，以湿地管理队伍的整体水平衡量.由管理体制处于分散式管理，管理人才、管理手段比较落后到当前拥有合理的管理组织机构，在各自管理部门的范围内具有一定的管理水平，产生一定的管理成效.昆明市政府保留了昆明市滇池保护委员会办公室，同时成立昆明市滇池管理局作为市政府保护滇池的专门机构，并组建了第一支滇池综合执法队伍.同时，在晋宁林业局内设湿地保护办公室.

C15物质生活指数：反映湿地生态系统结构和功能对人类生活水平的贡献.通过人均纯收入水平衡量当地人类生活水平.随着滇池生态保护效益的提高，给滇池流域带来了较大的经济效益.近几年，流域区周边的人均纯收入持续增长，人均纯收入由4 000元上升到近5 500元.

3.2 多级模糊综合评判模型的构建

运用层次分析法软件对各指标层赋权重，得到层次单排序一致性检验：λ=3.0538，CR=0.0517<0.1，具有满意一致性.即

A=(0.5247，0.3338，0.1416).

同理可得生态特征指标、综合功能指标、社会经济指标3个要素层的权重向量：

A1=(0.133 3，0.151 8，0.235 4，0.092 8，0.079 2，0.269 4，0.038 0)；

A2=(0.213 7，0.286 2，0.404 7，0.095 4)；

A3=(0.143 2，0.097 0，0.463 6，0.296 2).

针对不同健康等级进行赋分：很健康为1，健康为0.75，亚健康为0.5，一般病态为0.25，病态为0，构造等级评分向量C=(1，0.75，0.5，0.25，0).B1=A1×R1=(0.133 3，0.269 4，0.328 2，0.079 2，0.189 8)；

B2=A2×R2=(0.213 7，0.381 6，0.404 7，0，0)；

B3=A3×R3=(0，0.606 8，0.393 2，0，0)；

B=A×R=A×(B1，B2，B3)=(0.141 3，0.354 7，0.363 0，0.041 6，0.026 9)；

W=B×CT=0.599 2.

其中,Ai是第i个要素层的权重向量，A为要素层之间的权重向量，Ri为第i个要素层相对于分级标准的单因素模糊隶属评判矩阵，R是要素层之间的评判矩阵；Bi是第i个要素层的评判向量，B为要素层之间的最终综合评判结果；W为综合评价分值，表示滇池生态系统健康程度；C为评价等级评分向量；CT为C的转置矩阵.

3.3 结果分析

从最终评价结果上看，滇池生态系统健康得分为0.599 2，处于“亚健康”与“健康”之间.按照最大隶属度原则，滇池湿地生态系统健康状况为“亚健康”级(0.363 0).从湿地生态系统健康指标分级看，代表湿地很健康的隶属度为0.141 3；代表湿地健康的隶属度为0.354 7；代表湿地亚健康的隶属度为0.363 0；代表湿地一般病态的隶属度为0.041 6；代表湿地病态的隶属度为0.026 9.这说明滇池整体生态系统健康正处于“亚健康”向“健康”的过渡阶段，存在着很大的提升空间.

图2 滇池湿地生态系统健康评价结果Fig.2 The evaluation result of the wetland ecosystem health of Dianchi wetland

从要素层来看(图1)，滇池生态系统健康体系的生态特征指标属于“亚健康”(最大隶属度为0.328 2)，说明滇池生态系统治理恢复取得较好的成效，水环境有所改善，但仍需要加强生态保护建设.综合功能指标属于“亚健康”(最大隶属度为0.404 7)，说明随着滇池生态系统的恢复，湿地的生态服务功能价值有所提高，尤其在气候调节功能上为“四季如春”的昆明做出巨大的贡献.社会经济指标属于“健康”(最大隶属度为0.606 8)，说明了滇池为当地的GDP带来了一定的经济成效，这主要原因是国家和地方政府加大对滇池的管理投入，民众对湿地的保护意识加强，湿地保护设施不断的完善.

从隶属度评价矩阵可得出，制约滇池湿地生态系统健康的主要因素有水质、水质富营养化、湿地植物、沉积物金属污染、生物多样性、产品生产功能和水质净化功能.

4 讨论与结论

根据滇池湿地生态系统的实际特征，运用模糊综合法，设计滇池健康评价模型，计算出滇池湿地生态系统健康指数为0.599 2，处于“亚健康”与“健康”之间状态.这与滇池的实际生态状况相符.究其原因，滇池位于云贵高原，无大江大河良好水源的注入，污染物持续输入，水量交换缓慢.湖滨带上修建混凝土“防浪堤”，丧失了湖滨带在整个湿地生态系统中环境连续性和生态连续过渡特点.湖泊大量沉水植物的丧失，形成以浮游植物占优势的生态系统，蓝藻水华年年爆发.同时，高原湖泊滇池生态系统相对脆弱，导致系统健康的稳定性差、自我修复能力弱[17].虽然整体上滇池的生态系统健康状态不佳，但是在国家和地方政府大量财政投入和管理政策支持下，恶化趋势得到有效遏制.滇池仍需加大自然生态系统恢复和生态工程修复相结合的方法，实现滇池生态系统健康发展.

本研究在选取指标时，考虑到指标间相关性较强，存在因果关系.如“水质净化功能”、“湖泊水质”和“主要污染物入湖量”之间存在因果关系.随着滇池生态工程恢复，一方面控制了主要污染物入湖量，另一方面加大水生植被的恢复，水质净化功能的提高在主要污染物入湖量减少的情况下使得水质状况得到改善.

针对高原湿地滇池的实际情况和指标的可得性，本研究在进行生态系统健康评价时指标多采用定性描述，然后再通过专家赋分法间接地对指标进行定量化，可能导致评价结果带有一定的主观性.不同的学者在指标的选定和评价上也存在着差异，这都会对评价结果造成一定的影响.因此，应该加强实地数据监测，取得比较客观的定量指标值，使评价结果更具说服力.

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Assessment of wetland ecosystem health in Dianchi wetland of Yunnan-Guizhou Plateau

WANG Qiaoming1， TIAN Kun1， WANG Xuelei2， CHEN Guozhu1， YU Leichao1

(1.Faculty of Ecotourism， Southwest Forestry University, Kunming 650224；2.National Plateau Wetlands Research Center， Kunming 650224；3.Institute of Geodesy and Geophysics， Chinese Academy of Sciences， Wuhan 430077)

It is of great significance to objectively evaluate the effect of the recovery of Dianchi wetland environment and to have an overall management of the Dianchi environment protection and wetland ecological system. Concerning the actual condition of Dianchi wetland ecosystem， we designed three element layers and selected fifteen corresponding indicators to evaluate the healthy condition of the wetland ecosystem. The five element layers included water environment index， soil index， biological index， landscape index and social index. Fuzzy synthetic evaluation， analytic hierarchy process， expert scoring and other methods are used to establish the evaluation criteria. The results showed that the ecosystem health indexes of Dianchi wetland was 0.5992， which indicated that Dianchi was between sub-healthy and healthy state. The reasons of its influential factors were analyzed as well.

Dianchi； ecosystem health； fuzzy synthetic evaluation； evaluation index system

2014-09-10.

云南省科技创新人才计划项目(2012HC007)； 国家自然科学基金青年基金项目(31400477)； 云南滇池湿地生态系统国家定位观测研究站项目； 国家重大科技专项资助项目(2012ZX07102-005).

1000-1190(2015)02-0274-06

F205; X826

A

*通讯联系人. E-mail: tlkunp@126.com.