马来西亚士兆滨海湿地生态系统健康评价研究★

裘 江，丁天辰，Yeow Kah Niam，刘嘉逸，江知源，陆蕴曦

(1.上海应用技术大学生态技术与工程学院,上海 201418; 2.Universiti Tunku Abdul Rahman,Malaysia 43000)

滨海湿地生态系统丰富多样,是许多物种的重要栖息地,也是人类主要的居住地区[1],具有很高的经济和社会价值。根据《中华人民共和国海洋环境保护法(第三次修正案)》附则中给出明确定义,滨海湿地是指低潮时水深浅于6 m的水域及其沿岸浸湿地带,包括水深不超过6 m的永久性水域、潮间带(或洪泛地带)和沿海低地等。然而随着全球经济快速发展,人口增长和城市化进程的加快,人类活动与滨海湿地生态系统之间的矛盾也日益突出,滨海湿地生态系统的健康面临严重威胁,其已成为国内外学者重要研究领域,对滨海生态健康的关注不仅体现在生态保护和可持续利用,更直接推动滨海湿地的管理和治理发展。

马来西亚登嘉楼州士兆湿地具有丰富的湿地类型,目前开发程度较低,当地政府采取联络网式管理措施,具有极高研究价值。本项目采用“压力-状态-响应(PSR)”模型,建立滨海湿地生态系统健康评价体系,运用层次分析法(AHP)进行数据分析,提出针对士兆湿地的健康保护策略,为“一带一路”沿线东南亚地区的滨海湿地保护与利用情况提供有力的科学依据,结合更有效的滨海湿地管理和保护策略,实现士兆湿地资源的可持续利用,以期对我国同类湿地的研究及其保护提供参考借鉴。

1 研究区概况

士兆湿地占地23 000 hm2,是马来西亚半岛东海岸最大、最完整的沿海湿地综合体。共有Setiu,Chalok,Bari,Merang四条主要河流流径。士兆河(Setiu)流域总计102 500 hm2,约占士兆地区面积的79%。另外,约63 900当地人口都直接或间接地依赖、受益于湿地,是当地重要的生态资源。

士兆湿地沿岸有长达230 km的海岸线,部分海岸及岛屿覆盖有原始红树林沼泽,其中,士兆湿地的生态系统包含淡水沼泽、河口、潟湖和河流和永久性浅海水域等[2],包括RAMSAR湿地类型分类系统[3]中列出的12种湿地生态系统类型中的至少1/2的类型。沿岸区域由于其地貌受到东北季风系统的影响,主要特征为潟湖、河道口和沿海冲积平原,而在内陆区域,主要特征为红树林、以白千层为主的季节性淡水沼泽和沿海森林。同时,士兆湿地拥有丰富生物资源,是海龟和陆龟的繁殖和筑巢地;河岸和上游生态系统(士兆湿地-Chalok-Bari河流域)是巨型淡水虾(Macrobrachium rosenbergii)的重要渔场。

潟湖是士兆湿地的另一种独特景观,与其海岸的一部分相连。这种环礁湖不仅是最罕见的海岸形态之一,而且也是登嘉楼州最壮观和美丽的景观之一,是当地社区经济活动的重要生态系统,目前主要用于水产养殖,拥有巨大的生态旅游潜力。

2 研究方法(评价体系的建立)

2.1 概念模型的选择

PSR模型是由加拿大统计学家Rapport提出的人类与环境相互作用而产生的“压力-状态-响应”模型。压力系统是指广泛间接影响滨海湿地生态系统的重要原因,反映人类对生态系统环境的干扰与威胁程度,主要选择反映人类干扰状况的人口密度和人类干扰指数[4]。状态系统反映出生态系统在压力系统下产生的变化,本研究初步从环境质量和生物多样性两个方面考虑选取了评价指标。而响应系统反映的是人类为预防或改善环境状态变化而采取的对策,其中,本生态系统健康分级从环境保护教育科普率和湿地管理水平两方面入手,通过改变响应手段来减轻压力的影响,进而改善生态系统状态。反映了人类为缓解生态危机和生态破坏的主观行为,如对于湿地的投入、营建工程和宣传教育以维护生态系统功能等相关行为[5]。

2.2 评价指标因素集的确定

士兆湿地生态系统比较复杂,基于国内外学者已有研究以及亚拉曼大学有关团队的数据分析,结合士兆湿地实际情况,遵循指标体系的整体性、可操作性、可比性、代表性以及数据可获得性相结合的原则[6],通过PSR模型,筛选出压力、状态、响应3个层面的12个指标,建立马来西亚登嘉楼州滨海湿地生态系统健康评价体系(见表1)。

表1 马来西亚登嘉楼州滨海湿地生态系统健康评价体系

2.3 滨海湿地生态系统健康分级

目前国际上没有统一的划定生态系统健康状况的等级评价标准,本文基于相关研究及国家标准,查阅相关历史文献资料并结合实际情况,把滨海湿地生态系统整体健康程度由数字0～1划分为4个等级,依次为健康(0.75～1]、较健康(0.5～0.75]、一般病态(0.25～0.5]、不健康(0～0.25](见表2)。

表2 评价等级及评价分值

2.4 评价标准

根据滨海湿地生态系统的整体健康分级,本研究将每个指标标准分成4级,每个级别的标准都相应于各级别的范围,而指标的得分则是按照不同的数值的大小来酌加,并确定各项指标所对应的分级和标准(见表3—表5)。

表3 压力层指标标准分级

表4 状态层指标标准分级

表5 响应层指标标准分级

2.5 评价指标权重的确定

根据构造的滨海湿地生态系统健康评价体系结构模型及各层次指标间的相互关系,利用层次分析法(AHP)中 T L Saaty 的1～9标度法[7]对各层次因素分别进行两两比较,并建立判断矩阵,随后进行一致性检验,当一次性比率小于0.1时,则判断目标湿地通过一致性检验。计算得到士兆湿地各相关指标的权重值,并对判断矩阵进行了一致性检验,指标权重大多小于0.1,获得了比较好的一致性(见表6)。

表6 滨海湿地生态系统健康指标权重

2.6 熵值法

本文评价指标的权重是采用熵值法来确定的。首先计算第i市第j项指标值的比值:

(1)

计算指标的信息熵:

(2)

其中,k>0,k=1/ln(n),其中ej≥0,计算第j项指标的差异性系数:

dj=1-ej

(3)

计算权重值公式为:

(4)

采用综合指数法进行评价,其公式为:

(5)

其中,F为综合指数;wi为第i子系统的权重;xij为指标值;m为第i子系统的指标数。最终计算得到的综合指数F越接近于1,则代表滨海湿地生态系统越健康,F越接近于0,则代表滨海湿地生态系统越不健康。

3 分析与讨论

3.1 数据来源及处理

3.1.1 侵蚀控制和沉积物保持

侵蚀控制和沉积物保持对于调查物种在栖息地的作息至关重要,通过本项目马来西亚团队在士兆湿地设立了10个采样点(见表7),在士兆湿地发现了侵蚀和沉积的情况(见图1),推测造成这种情况的主要因素是季风,另外人为活动也是造成这一问题的因素之一,由于该地区生产力较高,以捕鱼而闻名,加上有许多诸如旅游开发的其他人类活动及疫情影响,使得本项目马来西亚团队的调研工作量超出预期。

表7 采样点坐标及其概况

研究发现,微量金属在生物体的生化过程中也发挥着重要作用,有助于其生长、发育和生理活动[8]。如果浓度长期超过允许限度,且它们持续暴露在环境中可能会对生物体和生态系统造成不利影响,会导致生化机制退化,并对水生生物产生健康影响[9]。团队从采样点收集地表水样本,并将其储存在酸洗的高密度聚乙烯瓶中,通过0.7 μm GF/F过滤器过滤水样,并冷藏保存直至分析。使用标准手动比色法分析过滤后的水样,测得其中溶解的无机营养物硝酸盐、亚硝酸盐、氨和溶解的无机磷酸盐(DIP)含量(见图2,图3)。通过湿法消解法测定溶解的有机氮和磷以及颗粒有机氮和磷,发现人类活动的排放会造成的水质恶化,水中的营养物质的输入会严重降低周围地区的水质,并造成排放水中过量的营养物质,比如氮和磷刺激浮游植物的密集生长,导致富营养化问题[10]。

3.1.2 土壤形成

士兆湿地的沿海平原起源于海洋沉积物,分布在一系列与海岸线平行的山脊和凹陷中,呈现出海滩山脊与沼泽交错现象“Beach Ridges Interspersed with Swales(BRIS)”,BRIS 是贫营养化的,由于其90%都是沙子,具有极高的保水能力,并不适合农业生产,然而,BRIS土壤却支持独特的自然植被形成,这与典型的常绿雨林有所不同[11]。BRIS山脊部分支持例如石楠(Photinia serratifolia)的生态系统植物,而洼地部位通常是一片具有适应性植被的季节性湿地[12]。

实地调研发现,在离海岸线更远的内陆地区,源自海洋沉积物的砂质土壤上种植着由大量生长状态不佳的植被组成的沿海混合森林,这表明,BRIS土壤系统在登嘉楼州沿海地区分布广泛,沿海平原的大部分地区被沙脊覆盖,并交替出现浅的线性凹陷,形成沼泽。通过长期的地质过程变化,沉积的水下区域渐渐出现了,其沉积特征形成了山脊(干燥的沙质区域)和沼泽(凹陷区域通常被水淹没)(见图4)。

BRIS土壤对于支持可能具有特定遗传物质和价值的适应性强的植物仍然很重要。这些植物的遗传特质具有巨大的潜力,可适应干旱盐碱条件,它们的组织通常含有高次生代谢物,用于保护自己免受自然害虫和天敌的侵害,来应对土壤和水资源稀缺。

3.1.3 湿地庇护

士兆湿地潟湖生态系统具有丰富的生物多样性,生物圈对于滨海湿地起到一种“庇护”作用。本项目马来西亚团队基于实地调研和查阅有关资料,对于当地潟湖鱼笼养殖业进行研究,发现当地正大规模进行集约化水产养殖[13],团队针对不同养鱼节点状态对士兆湿地潟湖生态系统服务影响进行了概率分析(见表8),发现当地水产养殖业的状态将很大程度影响湿地生态系统健康。

表8 不同情况鱼笼养殖活动对士兆湿地潟湖生态系统服务影响的概率

续表

3.2 滨海湿地生态系统健康状况综合评价

综合侵蚀控制和沉积物保持、BRIS植被覆盖、水产养殖影响等数据并结合其他一系列材料(如表9所示)整理计算后,综合指数F为0.685,得出马来西亚登嘉楼州士兆县滨海湿地的生态状况为较健康。

表9 滨海湿地生态状况评价权重结果

3.3 讨论与保护策略

3.3.1 决策联络网与生态健康保护联络机制

在滨海湿地生态系统服务功能研究与保护的过程中,需要构建一套明确且强大的决策联络网,通过实施先进的技术并整合其到决策过程中,可以提升生态保护工作的效率、安全性和可持续性。这些技术的引入可以提供强有力的数据和技术支持,以填补决策联络网的信息缺口,从而实现更有效的决策[14]。士兆湿地周边社区已通过构建生态健康保护联络机制对滨海湿地旅游实施可持续性开发,包括对湿地物种个体、群体和人口的防护,通过专业协作来辨识、预防并缓解传染性疾病以及环境、化学和放射性威胁的影响。同时,其作为公共卫生管理的分支,通过社会的协同努力来抑制湿地退化、延长湿地物种生命并提升健康[15]。

3.3.2 滨海湿地生态系统健康保护策略

根据对于士兆湿地的研究,提出以保护湿地生物与文化多样性为主题的滨海湿地生态系统健康保护策略:

1)通过科学的规划和合理的开发策略,实现滨海湿地资源的可持续利用,同时确保生态系统的长期健康和稳定;

2)倡导生物多样性保护,尤其针对受威胁和濒危物种,推动其在滨海湿地中的栖息地恢复和保护;

3)高效地利用滨海湿地的自然蓄洪和雨水调节功能,以减轻洪水灾害和改善水资源管理;

4)利用滨海湿地的自然过程进行地下水补给、水污染过滤和沉积物捕集,从而优化湿地水资源的质量和数量;

5)实施土壤保护策略,通过防止侵蚀和改善土壤质量,维护滨海湿地的生态服务功能;

6)加强法制建设,制定和实施专门的滨海湿地保护法律法规,确保湿地资源的合理利用和保护;

7)进行积极的舆论宣传,提升公众对滨海湿地文化认知和滨海湿地保护的公众参与度,以形成社会共识和支持。

4 结论

本文利用士兆湿地实地采集数据与当地有关部门处获取的资料,基于PSR模型构建了一套准确性高、可操作性强的滨海湿地生态系统健康评价体系,运用层次分析法算出各项目指标的权重,最后采用综合评价指数计算得出马来西亚登嘉楼州士兆湿地生态状况综合指数为0.685,属于较健康水平,但现有滨海湿地生态系统服务功能研究与保护仍存在部分问题,构建一个清晰且强有力的湿地健康评估与决策联络网,对于士兆湿地的可持续发展至关重要,本研究建立的评价系统可以为当地政府环境部门提供有力的数据与技术支持,辅助决策联络网的构建。而对于当地居民来说,这种生态健康保护联络机制的建立尤为重要。本研究对进一步完善登嘉楼州滨海湿地生态系统健康评价体系仍有一定的参考价值,以期对东南亚地区滨海湿地的生态恢复和生态保护提供一定的指导性依据,同时也可以为我国同类滨海湿地提供深刻的启示。