我国九省(区)湿地生态系统健康状况预警研究

蒋庭菲 杨雨微 江海清 王逸群 贾茜

（国家林业局西北林业调查规划设计院，陕西 西安710048）

湿地生态系统健康为湿地生态系统内部的组织结构完整、功能健全，对周围生态系统和人类健康不造成危害，且在长期或突发的自然或人为扰动下保持弹性和稳定性（吴良冰等, 2009）。湿地生态系统健康状况预警研究，是指建立湿地生态系统指标体系，对湿地健康状况进行分析、评价、预测和警报。

近几十年来，由于各种自然和人为原因，天然湿地大面积萎缩、退化、消亡，其健康状况令人担忧，目前我国有3亿人口依靠湿地生存。国家林业局在《推进生态文明建设规划纲要》中划定了湿地保护红线，到2020年，中国湿地面积不少于5 333 hm2，在上世纪末，我国就开展了湿地保护、评价和预警研究工作。

近年来，有学者就湿地红线的确定和管理、湿地生态预警指标和响应机制以及基于3S技术的湿地生态安全进行了评价与预警研究（但新球等,2014;朱卫红等,2014），并取得了一些成果。由于湿地生态系统是自然-经济-社会复合系统，评价湿地系统健康状况，诊断由自然因素和人类经济活动所造成的湿地生态系统破坏和退化程度，以此发出预警，可以量化湿地生态系统评价，为湿地保护和管理提供技术标准，以保护湿地可持续发展。

2013-2014年，按照国家林业局湿地保护管理中心的统一部署，笔者在统一培训后参加了甘、滇、鄂、黑、藏等省（区）的部分湿地生态系统健康、功能和价值评价课题的野外考察工作，本文根据这次考察收集的资料撰写而成。

1 湿地生态系统健康预警研究方法

生态系统健康预警研究有很多方法，本文选用加权重叠排序法。该方法的指导思想是通过对决定各湿地生态系统健康状况恶化程度的综合因素进行动态排序，找出影响各样本区湿地生态系统健康状况恶化程度的主要问题，并进行归类分析和预警。动态排序的结果本身就是一种预警形式，通过排序可以进行各湿地之间对比，找出问题，为湿地的合理利用和工农业的可持续发展提供科学依据。

加权重叠排序法按下列步骤进行：

第一步：以各独立的湿地为样本单元，对各排序因子进行数据采集。

第二步：根据各排序因子的计算结果，按照从大到小或从小到大的要求，对单因子进行排序。

第三步：按加权重叠法进行综合排序。重叠排序指数依下式计算:

式中：An为重叠排序指数；yi为参加排序的样本数；xi为排序各分指数；n为重叠排序的项目数。

2 湿地生态系统健康评价

2.1 湿地生态系统指标体系的构建

湿地生态系统健康状况恶化，是湿地水环境、土壤、植被和人类经济活动等诸多因素耦合作用的结果。中国科学院遥感应用研究所曹春香等从湿地及生态学的原理出发，以获取评价指标的科学性、逻辑性、可操作性、可测量性和可报告性为主要原则，以湿地水、土壤和植被三要素为主线，综合考虑湿地景观格局变化以及社会经济、人类活动的影响，提出利用湿地水环境、土壤污染状况、生物栖息繁衍、湿地景观变化和人类活动5个一级指标和13个二级指标来评价湿地生态系统的健康状况（马广仁等,2016）。本文应用这13个二级指标作为湿地生态系统健康状况恶化预警分析的排序因子。

2.2 湿地生态系统指标体系的量化

为了清除量纲和数据级差太大的影响，各因子的数据以极差正规法进行标准化处理，各数据分布在0～1之间。表1数据均来源《中国国际重要湿地生态系统评价》公布的数据。

2.2.1 地表水水质 地表水水质（Wq）表征水环境质量，直接反应湿地水体受污染状况，间接反映湿地的净化能力。地表水质描述执行《地表水环境质量标准》（GB3838-2002），将其中的I、Ⅱ、III、IV、V五级水质为分级标准。五级水质的取值范围为：I类为10分，Ⅱ类为8分，III类为6分，IV类为4分，V类为2分。若V类水质已受到严重污染，无利用价值，取值为0分。数值进行归一化处理。

2.2.2 水源保证率 水源保证率（Psy）是湿地最重要的水文指标。适量的来水是维持湿地生态基本功能的保证。水源保证率用湿地生态系统当年蓄水量（W）与湿地生态系统多年平均需水量的比值（Psy）来表示。湿地生态需水量是指湿地生态系统发挥期望的生态功能所需要的水量。对于一个特定的湿地系统，其生态需水量有一个阈值范围，具有上下限值，超过上下限值都会导致湿地生态系统的退化或破坏。基于这一原则，湿地水源保证率（Psy）的分值依下式计算：

2.2.3 土壤重金属含量 湿地作为重金属污染物的有效汇集库，积淀了许多重金属污染物。因此，湿地周围土壤和底泥中的重金属含量（PN），是评价湿地生态系统健康状况及其潜在生态危害风险的重要指标之一。

通过野外采集的土壤样本，测定其铜（Cu）、锌（Zn）、铅（Pb）、铬（Cr）、镉（Cd）5种重金属元素的含量。据此计算内梅罗综合污染指数（PN），并进行排序。

2.2.4 土壤pH值 土壤pH值是湿地土壤重要的化学性质之一，其变化直接影响土壤生态系统的物理化学和生物过程。在一定程度上决定了湿地区域内植被的分布及其生物量，反映了该湿地生态系统对动植物提供栖息地的适宜度。

由于土壤pH值过高或过低，都不适宜动植物生存，因此土壤pH值依（3）式进行赋分并进行归一化处理。

2.2.5 土壤含水量 土壤平均含水量（TRavg）是评价湿地健康的重要因素之一。其变化能够直接影响土壤生态系统的物理化学和生物过程，是土壤养分和重金属等污染物有效性和迁移性的重要限制因素。此外，土壤含水量还是湿地退化与否的直接表现因子。

2.2.6 生物多样性 湿地是许多野生物种的全球重要繁殖地和觅食地，在保护生物多样性方面有重要作用。生物多样性（BI）是湿地生态系统健康的重要特征之一。

参照《中华人民共和国环境保护标准——生物多样性评价标准（征求意见稿）》，马广仁等（2016）提出用（6）式来量化湿地生物多样性。

式中：BI为物种多样性指数；Gm为野生高等动物种类数；Wm为野生维管束植物种类数；Tm为物种特有性；Fm为受威胁物种的丰富度；Pin为归一化外来物种入侵度。而：

（5）～（7）中：Gzm为评价湿地区内中国特有的野生高等动物种数；WZM为评价湿地区内中国特有的野生维管束植物种类数；FGm为受威胁的高等动物种数；Fwm为受威胁的野生维管束植物种数；Wqm为外来入侵动物、植物和微生物种数；Bym为本地野生高等动物和野生维管束植物种类之和。

2.2.7 外来物种入侵度 外来物种入侵度（Pin）表征湿地生态系统受到外来物种干扰的程度。湿地生态系统敏感而脆弱，极易被外来生物入侵，从而导致入侵湿地区内生物多样性减少，生物均匀化和生态系统及其功能的退化，导致湿地健康状况恶化。该指标依（7）式进行量化。

2.2.8 野生动物栖息地指数 野生动物栖息地指数（SWAHI）从植被覆盖度和景观破碎化方面综合表征湿地对野生动物提供栖息场所的适宜度，反映湿地对野生动植物的承载能力，是评价湿地生态系统健康状况的重要指标。

参考马广仁等（2016）湿地生态系统评价指标，分别对有效湿地斑块面积（Vsize）、单位面积湿地斑块数量（Vnum）和植被覆盖度（Vcover）进行标准化，形成Ssize（有效湿地斑块面积标准化分值），Snum（每km2单位面积内湿地斑块数量标准分值），Scover（植被覆盖度指标标准化分值）3个指标来综合反映湿地野生动物栖息地的功能。野生动物栖息地指数（SWAHI）依（8）式计算。

2.2.9 湿地面积变化率 湿地面积变化率（Ab）是湿地生态环境变化的直接结果，是湿地健康状况的具体表现。该指标用现有湿地面积与前一年同时期湿地面积的百分比来表示。

2.2.10 土地利用强度 土地利用强度（PL）反映人类经济活动和自然界的各种干扰变化对湿地生态系统的压力，是导致湿地健康状况恶化的重要原因之一。土地利用强度用待评价湿地所在最小行政单元内农业、建设用地、沙地、畜牧业用地等土地面积与评价区域土地总面积的百分比来表示。

2.2.11 人口密度 人口密度（Rd）是一个综合社会经济指标。它表征湿地系统所承受的人口压力，间接反映人类活动强度，是湿地生态系统健康状况的胁迫指标。该指标用人口总数与待评价湿地保护区内所在最小行政单元面积的比值来表示，单位为人/km2。

2.2.12 物质生活指数 物质生活指数(Yincome)反映该湿地保护区内社会经济发展的程度，表征人类社会对湿地生态系统健康状况恶化的潜在压力。它用研究区内的人均收入（元/人·a）来描述，并用（9）来计算指标的分值，而后进行数据正规化和排序。

2.2.13 湿地保护意识 湿地保护意识（Ny），表征湿地周围区域内民众对保护湿地重要性的认知程度，以及当地主管部门对保护湿地的宣传程度，是湿地生态效益健康的响应指标。该指标通过在当地进行问卷调查获取。

2.3 结果与分析

An值的计算结果如表1所示。按照以下规则排序：(1)统一排序因子中当遇到有两个或多个数值处于同量级数值时，则用同一排序号；（2）土壤重金属含量因子，外来物种入侵度因子，土地利用强度因子和人口密度因子数据排序为从大到小，其他因子数据排序为由小至大。根据表中An值的大小，可将所研究的湿地各样本按照其生态系统健康状况划分为4个等级：An≥49.00；45.00≤An＜49.00；40.00＜An≤45.00及An＜40.00，重叠排序指数越大，说明湿地生态系统健康状况越差，或者潜在退化危险性越大。

从表1、表2可以看出以下结果：

（1）An值大于49.00的湿地有扎陵湖湿地、鄂尔多斯遗鸥国家级自然保护区湿地、鄂陵湖湿地、大山包湿地和若尔盖湿地。上述5个湿地生态环境最为脆弱，生态系统健康状况正日趋恶化或潜在危险最大。这5个湿地的主要问题一是人口密度大，以及随之造成的环境压力；二是由于水源保证率较低，水质较差，不利于动植物的生存繁衍；三是植被覆盖度降低和景观破碎化，不利于野生动物栖息。这5个湿地应列为生态系统状况日趋恶化的警报区。

表 1 湿地生态系统健康状况预警因子综合排序Table 1 The comprehensive sequencing of early warning factors for wetland ecosystem health

表 2 湿地生态系统健康状况恶化程度分级Table 2 Classif i cation of the deterioration of wetland ecosystem health

（2）An值在45.22～48.65之间的湿地有向海湿地、鸟岛湿地、碧塔湖湿地、拉市海湿地、达赉湖湿地、莫莫格湿地。这6个湿地的生态也十分脆弱，其主要问题是水质较差，人类干扰大，湿地保护意识不足。

（3）An值在41.32～44.36之间的有扎龙湿地、玛旁雍错湿地、珍宝岛湿地、大九湖湿地、尕海湿地。这5个湿地由于水质优良（II类以上），水源保证率较高，加之湿地区内人口密度较低，人为活动干扰较小，以及人们对湿地保护的认识度较高，湿地生态系统健康状况较好。

（4）An值小于40.00的湿地有南瓮河湿地、麦地卡湿地、兴凯湖湿地、东方红湿地。这4个湿地水质优良纯净，水源保证率高；区内人类活动少，人口密度最低为零，最高为5.08人/km2；土壤重金属污染轻微；没有外来物种入侵；湿地面积年变化率小，比较稳定；湿地内植被覆盖度较高，景观较完整，适宜野生动物栖息。这4个湿地生态系统的健康状况处于良好等级。

3 结语

采用加权重叠排序法来进行湿地生态系统健康状况预警研究，能比较真实地反映湿地健康状况。预警研究是一项系统工程，涉及因子多，而湿地基础资料是预警研究的基础，资料数据的数量和质量与预警精度密切相关。国家应建立全国各类型湿地生态系统健康状况监测网络，利用遥感技术和GIS信息系统，建立在时间序列基础上的观测资料数据库，定期发布有关湿地生态系统健康状况的动态信息，确保湿地保护红线得以落实。