基于PSR 模型的西藏拉鲁湿地生态系统健康评价

闫钟清 李 勇 张克柔 郝彦宾 杨 澳 康晓明*

（1 中国林业科学研究院生态保护与修复研究所，湿地生态功能与恢复北京市重点实验室，北京 100091；2 四川若尔盖高寒湿地生态系统国家定位观测研究站，四川 阿坝 624500；3 中国科学院大学生命科学学院，北京 100049）

生态系统健康是指系统内各部分之间能够互相协调、平衡共存的状态，对外界扰动保持一定的弹性和稳定性（Rapport,1989）。湿地生态系统在涵养水源、调节气候、降解污染、保护生物多样性和为人类提供宝贵的生产、生活资源方面发挥着极其重要的作用（Fluet-Chouinard et al.,2023），湿地生态系统健康评价可协助诊断由自然因素或人类活动引起的系统内部物质或能量平衡的破坏，对可能发生的生态功能的损失发出预警，为管理者、决策者制订或调整管理保护策略提供科学依据，以促进湿地资源的可持续利用（李瑾等,2001），并通过湿地生态系统健康管理维持和改善生态系统服务（Hernandez-Blanco et al.,2022）。

湿地生态系统健康评价已受到国内外学者的广泛关注，根据研究目的和技术手段的差异，所采用的评价方法也不尽相同，主要分为生物评价法和指标体系法。生物评价法主要包括指示物种法和生物完整性指数评价法；指标体系法在我国的应用较为广泛，主要包括PSR（Pressure-State-Response）模型、熵权法、Delphi 法、三级评价模型、灰色模型、BP 神经网络模型、投影寻踪模型、Topsis 模型和粗糙集理论模型等（周静等,2018）。PSR 模型因其能够提供有效的指标分类方案、准确体现湿地管理者的最终目标且有利于实现动态评价等特点，是目前应用最为广泛的评价指标体系之一。本研究基于PSR 模型，结合层次分析法和模糊综合评价法评价拉鲁湿地生态系统健康状况，为提高其湿地资源监测和保护管理水平提供可靠的数据支撑和科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

拉鲁湿地国家级自然保护区（29°39′46′′—29°41′05′′ N，91°03′48′′—91°06′51′′）位于西藏自治区拉萨市西北部，是世界上海拔最高、面积最大的天然城市湿地，湿地面积620 hm2，呈东西带状分布，平均海拔3 645 m（图1）。拉鲁湿地被誉为“拉萨之肺”“天然氧吧”,主要保护对象为高寒湿地生态系统，属于芦苇泥炭沼泽，（秦卫华等,2022）。研究区属于温带半干旱季风气候，年平均降水量为439.3 mm，其中80%～90%集中在6—9月。年平均气温为7.6°C，昼夜温差较大（刘汉武等,2005;Kang et al.,2021）。

1.2 健康评价方法

1.2.1 指标体系构建综合考虑青藏高原地区高寒湿地特点及拉鲁湿地实际状况，依据整体性、代表性和可获取性等原则，结合生态系统的结构和功能特征，以及经济社会和政策法规的影响等因素，运用PSR 模型，从压力、状态和响应3个层面选取19 项评价指标，用于构建拉鲁湿地生态系统健康评价体系（表1）。

表1 拉鲁湿地生态系统健康评价体系Table 1 Ecosystem health assessment system for the Lalu wetland

1.2.2 数据预处理和标准化由于各项指标间的量纲不统一，导致指标之间缺乏可比性。为消除量纲的影响和计算简便，本研究运用模糊综合评价法将定性与定量指标有效结合，对各评价指标的实际数值利用极差法进行标准化，标准化后的指标取值范围为0～10。

对于正向指标a1,a2,a3……an进行变换：

对于负向指标B1,B2,B3……Bn进行变换：

新序列R1,R2……Rn∈[0,10]且无量纲。

式中：Rij为各正向或负向指标标准化后的数值；ai或Bj为拉鲁湿地指标体系中第i 或j 个正向或负向属性的指标；max 为评价指标体系中该指标的最大值；min 为评价指标体系中该指标的最小值。

1.2.3 指标权重确定基于层次模型基础，向专家发放和收集调查问卷，导入专家决策数据，构建判断矩阵，求出最大特征根的特征向量并进行灵敏度分析，最终得出各评价指标和相应准则层的权重值（表2）。

表2 拉鲁湿地生态系统健康分级标准及权重Table 2 Indicator weights and ranking criteria for the ecosystem health assessment system for Lalu wetland

1.2.4 健康指数计算研究采用多目标线性加权函数的方法进行计算，分别得到拉鲁湿地生态系统压力层、状态层、响应层和综合健康指数(Comprehensive Health Index，CHI)，计算公式如下：

式中：CHI—生态系统综合健康指数取值范围为0～10；Ij—第j 个评价指标标准化后的值；W j—第j 个评价指标的权重；n—评价指标个数。

根据综合健康指数计算结果和等级评定标准，综合判别湿地生态系统健康等级及含义（表3）。

表3 湿地生态系统健康评价等级标准及其含义Table 3 Wetland ecosystem health assessment level standards and their meanings

2 结果与分析

通过多渠道数据来源获取拉鲁湿地评价指标的现状值和标准化值，结合各指标权重得出湿地综合健康值为6.74，属于“健康”水平，其中拉鲁湿地压力、状态和响应要素健康得分分别为9.90、5.16和8.78，分别属于“非常健康”“亚健康”和“非常健康”水平（表4）。

表4 拉鲁湿地生态系统健康评价结果Table 4 Health assessment results of Lalu wetland

2.1 压力要素

拉鲁湿地压力层指标中健康水平较高的主要有人口密度、GDP、放牧压力和灾害性天气，健康水平较低的有污水排放量和外来物种入侵。拉鲁湿地所在拉萨市人口密度为23.84 人/km2，GDP 为540.78亿元。根据现场考察，湿地内实行全域禁牧，放牧压力极小。《中国气象灾害年鉴》记录拉萨市发生高温气象灾害1 项，相比于青藏高原区域水平的灾害性天气发生频次较少。拉萨市的污水排放量为4 087 万t，而拉鲁湿地的主要补水水源流沙河、北干渠、南干渠和中干渠穿越拉萨市市区，因此，拉鲁湿地的污水净化压力相对较大。《中国湿地资源》（西藏卷）记载拉鲁湿地有放生的鲤（Cyprinus carpio）和鲫（Carassius auratus），及外来脊椎动物1 纲1 目1 科2 种。有学者在拉鲁湿地内还发现原产于美国落基山脉以东地区的外来物种牛蛙（Lithobates catesbeiana）（米玛旺堆等,2014）和原产于美国中南部的红耳彩龟（Trachemys scripta elegans）（范丽卿等,2016），说明拉鲁湿地存在一定的外来物种入侵风险。

2.2 状态要素

在拉鲁湿地状态层指标当中，处于“健康”及以上水平的指标有地表水水质级别、土壤重金属污染物、植被覆盖度、湿地斑块密度和鸟类栖息地功能，处于“健康”程度以下的指标有国家重点保护野生动物、土壤有机碳含量、土壤水分含量、鸟类多样性和土壤微生物多样性值。

对拉鲁湿地水体、土壤和植被进行野外现场调查或室内样品分析，得出拉鲁湿地总体水质为Ⅱ类，无超标的土壤重金属污染物，植被覆盖度为88%，湿地斑块密度为0.49 个/km2，景观破碎化程度较低，完整性较好。湿地土壤有机碳含量、土壤质量含水量和土壤微生物Shannon 指数平均值分别为3.13 g C/kg、34.12%和2.60。有学者得出拉鲁湿地鸟类多样性为2.30，与青藏高原地区其余湿地相比，拉鲁湿地鸟类多样性处于较低水平，但仍为鸟类提供了适宜的栖息环境（周生灵等,2020;次仁等,2019）。

2.3 响应要素

拉鲁湿地响应层指标均处于“健康”及以上水平。针对拉萨市民开展问卷调查，共回收问卷100 份，计算得出湿地管理水平为78.5 分、公众湿地保护意识为92.5 分、政策法规执行力度为68.8 分，说明拉鲁湿地相关管理部门非常重视拉鲁湿地生态环境保护和维护，民众也积极参与当地湿地保护工作。

3 讨论

不同类型湿地内部的各组分间，湿地与环境、社会及经济间的关系错综复杂，决定了湿地生态健康评价多指标的特点（崔保山等,2002），难以形成一套系统性的标准评价体系。不同研究者从自身目的出发，基于PSR 模型从多个角度设置相应的指标体系，开展了鄱阳湖湿地（李众,2021）、黑河中游湿地（杜红霞等,2021）、闽东滨海湿地（陈凤等,2020）、三门峡库区湿地（赵衡等,2020）、赣南尕海湿地（徐国荣等,2019）、云贵高原湿地（秦趣等,2019）和凌河口湿地（徐浩田等,2017）等不同类型湿地的健康评价工作。本研究综合考虑了社会经济、生物、物理和化学方面的诸多因素，并增加了土壤有机碳含量和微生物多样性等土壤功能关键指标进行健康评价，在指标选取方面具有一定的创新性和指导意义。以青藏高原区域指标阈值或本底值作为参考标准对拉鲁湿地各项指标健康等级进行标准化，具有较强的科学性和地方适宜性。

在指标赋值方面，由于生态系统处在动态变化当中，不同时期的指标测定值会出现一定差异，本研究主要关注特定年份的生态健康状况，为及时进行管理政策调整等提供有效建议。有学者对1995—2010 年间拉鲁湿地生态系统进行健康评价发现，2005 年之前拉鲁湿地生态系统健康程度快速下降，而之后生态系统健康呈波动趋势，处于临界健康状态，并指出主要原因是人类活动的干扰（郝文渊等,2013）。本研究测定得出拉鲁湿地没有重金属污染，李伟等（2023）最新研究拉鲁湿地存在一定重金属污染的风险，镉（Cd）元素的富集尤为突出。拉鲁湿地水质指标在枯水期和丰水期会存在一定差异，枯水期水质大部分为Ⅴ类，而丰水期水质主要为Ⅰ和Ⅲ类（田瀚鑫等,2021）。随着水体生态堤和拦污栅等湿地工程的实施，湿地内部生态指标现状值会随之发生较大变化（李谦等,2023）。因此，基于适宜的湿地生态健康评价体系，未来还应根据评价指标现状值的不断变化及时更新评价结果，为管理者、决策者进行政策调整提供更为有效的参考。

4 结论

拉鲁湿地生态系统整体处于“健康”水平，其中，压力层和响应层处于“非常健康”水平。压力层指标中污水排放和外来物种入侵处于预警阶段，要重视拉鲁湿地生活污水和相应污染物的排放，并加大外来物种入侵的防治。状态层个别指标得分较低，建议建立多水源补水机制，提高土壤水分含量，有利于保持生物多样性，并为鸟类和其余生物营造良好的栖息地环境。研究结果反映了拉鲁湿地生态系统健康状况，提出了湿地保护管理的对策建议，对高寒湿地生态系统的保护和可持续利用具有重要意义。