南阳湿地生态系统健康评价

南阳理工学院 刘傲，张鸿猷，李厚齐

在经济高速发展的今天，南阳的经济发展也步入了快车道，人们的生活水平不断提高。但与之相对应的污染问题、环境破坏问题、人与自然和谐共处问题也日益明显。南阳作为南水北调中线工程的水源区，其湿地生态系统的健康状况直接影响到南水北调工程的长期性和可持续性，因此，有必要对南阳地区的湿地生态系统健康状况进行研究，为今后湿地生态系统可持续发展与管理提供科学依据与指导。

近年来，学术界针对湿地生态系统健康定性与定量评价研究取得了较大的进展，研究方法主要为层次分析法[1-2]、模糊综合评价模型[3-4]和GIS技术[5-6]等。以上方法对湿地生态健康评价起到了一定的推动作用，但评价指标的选取存在主观化因素，各指标权重的赋值缺乏客观性，这使得评价结果存在一定的偏差。鉴于此，本文从南阳地区的实际情况出发，基于PSR理论综合选取湿地生态健康评价指标，采用二元对比定权法，以主客观结合的方式对指标权重进行计算，避免因主观性太强对评价结果产生的影响，最终通过综合评价指数法计算评价指数，得出评价结果。

一、研究区概况与数据来源

（一）研究区概况

南阳地处南阳盆地，地理坐标为北纬32°17′~33°48′，东经110°58′~113°49′。处于亚热带向暖温带的过渡地带，属典型的季风大陆半湿润气候，四季分明，全年平均气温15.5℃，年降水总量819.1毫米，雨量充沛。南阳地区湿地资源丰富，有多个国家级湿地公园及省级湿地公园，其在全市均匀分布，自然环境保护程度较高。

本文选取南阳市内的淅川丹江湿地国家级自然保护区、唐河友兰国家湿地公园、邓州湍河国家湿地公园、淅川丹阳湖国家湿地公园、南阳白河国家湿地公园、内乡湍河湿地自然保护区六个具有代表性的湿地自然保护区或湿地公园进行研究。

（二）数据来源

本文的数据直接或间接收集自《2021年南阳市统计年鉴》《2020年南阳市水资源公报》及各研究区域的官方网页。

二、主要方法

（一）PSR模型

PSR模型即为压力——状态——响应（pressure-stateresponse, PSR）模型，最初由加拿大统计学家David J.Rapport和Tony Friend于1979年提出。该模型将待评价客体视为一个综合的系统，从压力、状态、响应三个角度对系统进行分析，从而表征整个系统的变化和发展情况。目前该模型已成为评估生态环境、资源利用和持续发展的主流模型之一。

（二）二元对比定权法

在构建湿地生态模型中,影响湿地健康的指标数量众多。目前已有的湿地安全健康评价系统多采用主观或客观的单向指标权重计算,这两种方式各有优点,但也存在主观性过强或无法对定性部分指标进行量化的局限性。因此本文采用二元对比定权法,在主观评价的基础上加以客观权重的计算。评价结果更具科学性和真实性。

（三）综合评价

采用综合评价指数法(comprehensive evaluation index，CEI)，综合多项指标，定量得出湿地生态系统健康状况，从而对南阳地区湿地生态系统健康状况进行评价。根据每个指标的评价值，结合二元对比定权法所确定的各指标权重，采用加权函数进行计算，最终得出综合评价结果。

（四）评价标准

综合国内外学者[4,7]对湿地生态系统健康评价的研究成果和南阳地区湿地的实际状况，对其健康程度进行等级划分，分级标准如表1所示。

表1 健康状态评价分级标准

三、湿地生态系统健康评价步骤

（一）指标体系构建

基于PSR理论，结合南阳地区的实际状况，遵循科学性、代表性、区域性、可行性原则，选取15个指标构建南阳地区湿地生态系统健康综合评价指标体系。其中，部分指标定性成分较多，因此给出相应的量化方法使该部分指标数据化，具体方式如表2所示。

表2 部分指标量化方式

在此基础上结合其余指标，对指标的计量单位与正负性进行总结。其中，正向指标为指标值越大对湿地健康影响越好，即越大越优，负向指标为指标值越小对湿地健康更有利，即越小越优。最终指标体系如表3所示。

表3 指标体系

（二）指标权重计算

采用二元对比定权法进行指标权重部分的计算，对选取的15个指标进行两两之间的重要程度对比，并进行重要性评分。此阶段为定权法中的主观评判部分，主要依据为社会规律与相关研究文献。之后对各指标的得分进行线性运算，具体步骤如下：

1.对比矩阵与一致性

（1）构造二元对比矩阵

将15个指标构成指标集C=(C1,C2……Cm)，并对其进行两两对比评分，评分规则为：若Ci比Cj重要，eij=1,eij=0。若Ci与Cj同等重要，eij=eji=0.5，其中eii=0.5(i=1,2……m)。 若 Ci重要性小于Cj，eij=0,eji=1。

其中Ci为第i个指标，m为指标总数,在本文中m=15,eij表示第i个指标与第j个指标间的对比评分。

最终得到二元重要性对比矩阵E

（2）一致性检验

重要性矩阵E的建立要满足相应的逻辑要求，例如，X重要性程度大于等于Y，Y重要性程度大于等于Z，则X重要性程度大于等于Z。由此建立如下标度：

按照以上标度对矩阵E进行不断的更新，直到满足检验要求。

2.二元矩阵排序

矩阵E只是初步对所研究的15个指标进行了较为粗略的打分，要进一步进行权重的计算，还需要在此基础上进行更为详细的对比。由此根据矩阵E中各行累加由大到小进行排序，构造有序二元对比矩阵。

其中，βst代表第s个指标对第t个指标的重要性标度。

由此得到二元对比矩阵B。

接下来根据初步排名的基本层次进行语气算子的划分，并为其进行模糊标度赋值，详细结果如表4所示。只给出重要性较强一方的语气算子及其模糊标度值，对于重要性相对较弱的一方，可通过两指标标度值之和为1进行计算。由此根据表7对矩阵B进行重新评分。

表4 语气算子与标度值

其中，βst代表第s个指标对第t个指标的重要性标度。

至此得到各指标间较为详细二元对比评分。

3.计算权重

在矩阵B的基础上对所研究的15个指标进行权重计算。对矩阵B每行标度值和数归一化得到指标权重，并计算每行标度值和数与总体和数的比例。

其中s=1,2……m;且s≠t。

矩阵B通过式（5）计算，最终得到15个指标的具体权重值，如表5所示。

表5 指标权重

（三）综合得分计算

在计算出各指标权重后，综合得分计算主要为结合权重将各代表区域关于15个影响湿地健康指标的观测值按照综合指数法进行综合评价，根据湿的影响方面的全面性，采用标准化形式下的CEI综合指数法，先将指标观测值进行标准化，再将权重组合进行线性计算得出CEI得分。具体步骤如下：

1.数据标准化

为消除因指标计量单位不同而对最终结果的影响，首先对各指标观测值进行无纲量化处理。这里采用与最值差距形式的标准化方法，并对正负方向采用不同的标准化公式。

对于越大越优指标：

对于越小越优指标:

其中，xij为第i个样本第j个指标的观测值，maxj、minj分别为第j个指标的最小值与最大值。

2.CEI综合指数

得到标准化的数据后，将其与权重结合进行CEI综合指数的计算。

CEI即为最终评价指数,Wi与Pi分别为标准化后的指标数据与其对应的权重值。

计算出各研究地区CEI综合指数得分后，根据表1中健康状态评价区间，对各代表区进行健康状态的评定。如表6所示。

表6 各地区综合得分与健康状态

四、综合评价结果分析

（一）压力分析

从PSR模型压力层角度分析，南阳地区湿地生态系统健康程度受人口密度和人均污水排放量的制约，随着南阳市经济发展和人类活动的加剧，湿地生态健康状况受到威胁，生态恢复能力逐渐下降，部分物种的生存环境遭到破坏，物种数量减少，生存面临危机。

（二）状态分析

生物多样性的减少会对当地的生态平衡造成极大的影响。从状态层的指标来看，生物多样性是压力指标中影响湿地生态系统健康的关键因素。此外，年降水量、湿地率和湿地总面积也对湿地生态系统健康有一定的威胁。

（三）响应分析

在响应层中，环保投入指数的权重最大。通过当地政府对湿地采取相应的保护措施可减缓湿地退化。限制人类的活动范围，保护湿地的生物多样性，恢复其调节能力，对湿地生态的稳定性具有显著作用。

（四）综合评价

通过综合评价指数法的计算，由表10可以看出，除淅川丹阳湖国家湿地公园和淅川丹江湿地自然保护区以外，其他代表性区域的湿地生态大部分都是“亚健康”等级，其中，唐河友兰国家湿地公园处于“不健康”等级，说明南阳地区整体的生态系统遭到了一定的破坏，功能水平退化，生态环境状况不容乐观。

五、结论

以南阳地区湿地生态健康保护为目标，结合可持续发展理念，对南阳湿地生态系统健康状况进行评价，得出以下结论：

（1）基于PSR模型理论，结合当地实际状况，构建了南阳湿地生态系统健康评价指标体系。

（2）在充分考虑主客观赋权的优缺点的基础上，采用定性与定量相结合的二元对比定权法确定了各指标的权重，并运用综合评价指数法对南阳湿地生态系统健康状况进行了评价。

（3）从评价结果来看，南阳大部分区域都处于亚健康等级，个别区域处于不健康等级，湿地生态系统受到了一定的破坏。

相关链接

狭义湿地（wetland）是指地表过湿或经常积水，生长湿地生物的地区。湿地生态系统（wetland ecosystem）是湿地植物、栖息于湿地的动物、微生物及其环境组成的统一整体。湿地具有多种功能：保护生物多样性，调节径流，改善水质，调节小气候，以及提供食物及工业原料，提供旅游资源。

湿地的研究活动则往往采用狭义定义，美国鱼类和野生生物保护机构于1979年在“美国的湿地深水栖息地的分类”一文中，重新给湿地作定义为：陆地和水域的交汇处，水位接近或处于地表面，或有浅层积水，至少有一至几个以下特征：

（1）至少周期性地以水生植物为植物优势种；

（2）底层土主要是湿土；

（3）在每年的生长季节，底层有时被水淹没。

定义还指湖泊与湿地以低水位时水深2米处为界，按照这个湿地定义，世界湿地可以分成20多个类型，这个定义被许多国家的湿地研究者接受。湿地的水文条件是湿地属性的决定性因素。水的来源（如降水，地下水，潮汐，河流，湖泊等），水深，水流方式，以及淹水的持续期和频率决定了湿地的多样性。水对湿地土壤的发育有深刻的影响。湿地土壤通常被称为湿土或水成土（Hydric Soil）。