高原濕地滇池生態系統健康評估探討

王巧銘， 田 昆， 王學雷， 陳國柱， 余磊朝

(1.西南林業大學 生態旅游學院， 昆明 650224； 2.國家高原濕地中心， 昆明 650224;3.中國科學院 測量與地球物理研究所， 武漢 430077)

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高原濕地滇池生態系統健康評估探討

王巧銘1,2， 田 昆2*， 王學雷3， 陳國柱2， 余磊朝1,2

(1.西南林業大學 生態旅游學院， 昆明 650224； 2.國家高原濕地中心， 昆明 650224;3.中國科學院 測量與地球物理研究所， 武漢 430077)

滇池是我國高原重要的淡水湖泊，對滇池濕地環境的恢復健康狀況進行客觀評價，為滇池環境的綜合治理及其濕地生態系統的保護具有重要意義.根據滇池濕地生態系統的實際狀況，從生態特征指標、綜合功能指標、社會經濟指標3大要素層選取15個相應的指標層，應用模糊綜合評價法、層次分析法和專家打分法等方法確定評價標準.評價結果滇池濕地生態系統健康度為0.599 2，處于“亞健康”與“健康”之間狀態，并對其影響因素進行分析.

滇池； 生態系統健康； 模糊綜合評價法； 評價體系

濕地生態系統的健康反映濕地生態系統本身的物理、化學、生態功能的完整性，反映濕地生態系統對人類福祉的影響，間接反映經濟發展、人類活動對濕地生態系統的擾動[1-3].

隨著經濟的不斷發展，濕地生態環境問題的出現，人類活動范圍和強度的加大，濕地生態系統遭受到越來越大的壓力，濕地生態系統支持人類發展的能力范圍正逐漸縮減，一系列的生態系統失衡狀況正逐步威脅濕地生態系統的良性循環和發展.因此，開展濕地生態系統健康評估，對濕地生態系統的保護具有重要意義[4-5].

滇池是我國第6大淡水湖泊，為云貴高原第一大淡水湖泊，被譽為“高原明珠”，也是昆明的“母親湖”，具有工農業用水、水質凈化、旅游休閑、水產養殖、調節氣候等多種功能，對昆明市的國民經濟和社會發展起著至關重要的作用.由于滇池生態系統退化，產生一系列嚴重的環境問題.滇池成為國內“三河三湖”中治理難度最大的湖泊.近十幾年來國家和地方對滇池已進行了大規模的治理，但治理效果仍不明顯.在當前滇池生態治理的研究中，國內缺乏對滇池濕地生態系統健康評價的研究，對滇池生態環境狀況進行分析，客觀評估滇池濕地環境惡化后的恢復效果，為滇池環境的綜合治理及其濕地生態系統的保護提供科學支撐.

1 研究區概況

滇池位于昆明市南端，地理坐標為102°37′～102°48′E， 24°40′～25°02′N，其南北長114 km，東西寬(平均寬)25.6 km，流域面積2 920 km2，見圖1.滇池是滇東高原面上的一個大型斷陷盆地，形成以滇池為中心，南、北、東三面寬而西面窄的不對稱階梯狀地貌格局，東北高西南低的地勢.具有高原濕地面山-湖岸-湖濱-湖盆的典型結構，土壤主要為山原紅壤、紫色土和水稻土3類.滇池流域屬低緯度高原山地季風氣候，干濕季節分明，四季如春，年降雨量797～1 007 mm，年蒸發量1 870～2 120 mm，年均溫14.7℃.滇池流域內的土壤和氣候對植被類型有著深刻影響.由大型水生植物占優勢轉變為浮游植物占優勢的湖泊生態系統，藍藻水華年年大規模爆發.

圖1 研究區遙感影像圖Fig.1 Remote Sensing image of the study area

2 數據來源與研究方法

2.1 數據源及方法處理

數據來源于昆明市環保局滇池水質監測數據(2009年～2012年)、統計局統計年鑒，利用遙感和地理信息系統等技術手段提供多種空間、動態的地理信息解譯的濕地面積變化、植被分布等.同時依托云南滇池濕地生態系統國家定位觀測研究站，開展了對水體、沉積物和植被等的監測.本文還參閱前人關于滇池濕地的研究成果和相關文獻，主要用于補充沒有監測和調查的內容.

結合滇池的實際情況和數據資料，建立生態系統健康評價體系.采用當地各行業行政主管部門座談調查與專家咨詢相結合的專家打分法對需定性分析指標進行評價，如濕地休閑娛樂度、濕地管理水平等.通過層次分析法確定生態系統健康評估體系的要素層和指標層權重.

2.2 評價指標體系的確定

本研究在充分理解Costanza提出的VOR模型和PSR模型內涵的基礎上[6]，從濕地水、沉積物和植被3大主要要素出發，綜合考慮景觀格局變化及社會經濟、人類活動的影響.針對濕地生態系統的特征和滇池的具體狀況，對滇池濕地生態系統健康特征進行調查，構成滇池濕地生態系統健康評價的指標體系[7-13](表1).

2.3 健康綜合評價模型

2.3.1 健康指數的計算 根據下列公式(1)，求滇池濕地的健康指數[11，14]：

(1)

其中，P為總健康指數，Wi為相應各指標權重，Xi為相應各指標數據基準化后值，n為指標項數.

2.3.2 模糊綜合評價 基于濕地生態系統健康狀況是一個復雜的、沒有嚴格界限劃分、難以精確衡量的模糊現象，同時由于評價標準有不少指標采用了定性描述，因此應用模糊綜合評價法進行滇池濕地生態系統健康的評價.其模糊評價模型[14]為：

H=W×R.

首先計算出原始值，歸一化后，將數據與指標評價標準進行比對，在其對應的等級內標注“1”，其余均標注“0”.所有指標均用此法，構造隸屬度矩陣R.其中，H為滇池濕地生態系統健康指標結果矩陣，W為各健康評價指標歸一化權重構成的權重矩陣，R代表各評價對應指標標準的隸屬度矩陣.

表1 滇池濕地生態系統健康評價指標體系

2.4 濕地生態系統健康指標分級標準

結合滇池的實際情況，將滇池生態系統健康指標分為很健康、健康、亞健康、一般病態、病態5大類，并對此標準賦值為1、0.75、0.5、0.25、0.各要素層因子的5大健康指標陳述[8-9]如表2所示.

表2 濕地生態系統健康評價標準

續表2

3 結果與分析

3.1 評價指標體系的各指標層因子數據處理及分析

對表1中各指標層因子的生態意義以及分析結果如下.

C1湖泊水質：水質表征水環境質量狀態，直接反映濕地的受污染狀況，間接反映濕地的凈化能力.根據昆明市環保局提供的滇池水質現狀監測結果，20世紀50年代滇池水清澈見底，水生植物豐富，是許多魚和鳥類的良好棲息地，水質達到地表水Ⅱ級標準，70年代為Ⅲ類，而現在，滇池水質迅速惡化，水質污染嚴重，水質為劣Ⅴ類.

C2主要污染物入湖量：指滇池流域主要污染物(化學需氧量、總氮、總磷)入湖量占排放總量的比值.滇池流域污染負荷主要產生于城市生活源.對現狀實測數據分析全流域化學需氧量(COD)、總氮(TN)、總磷(TP)產生量分別為70 177 t、12 930 t、1 169 t.自1988年以來，滇池流域污染物排放總量持續增加，污染削減能力不斷增強，從而起到一定的減緩作用，污染物入湖總量呈現先增后減的變化趨勢.2009年以來流域污染物入湖量在排放總量的比值均達50%以下.

C3水質富營養化：水中含氮磷的程度.根據現狀實測資料分析，2010年草海綜合營養狀態指數為72.5，屬重度富營養狀態；外海營養狀態指數為69.9，屬中度富營養狀態，滇池水體綜合營養狀態指數為67.3，為重度富營養.滇池短短幾十年內，由貧營養化的湖泊變為重度富營養化的湖泊.

C4沉積物金屬污染：沉積物中的金屬污染物對底棲生物產生危害并對上覆水體水質狀況產生影響.滇池沉積物(0～20 cm)環境質量整體上為亞健康沉積物，即發生了中度金屬污染.沉積物環境質量下層(10～20 cm)優于上層(0～5 cm)，即滇池沉積物金屬污染仍存在不斷加劇的趨勢[15].

C5濕地植被：從濕地植物的角度反映濕地生態系統健康，以濕地植被蓋度的比例、群落結構及其自然性來衡量.1960年滇池水生植被覆蓋度大約占湖面面積的90%，20世紀90年代以來，滇池水生植被面積占全湖面積的1.8%[16].由大型水生植物占優勢的湖泊生態系統轉變為浮游植物占優勢的湖泊生態系統，藍藻水華年年大規模爆發[17].

C6生物多樣性：用濕地生態系統的生物物種的比例來衡量.滇池水污染導致水生植物群落發生大面積萎縮，物種多樣性下降.持續的水體高富營養化水平，使得沉水植物物種多樣性程度保持在一個低的水平(常見沉水植物5～6種).沉水植物物種以耐污性強適應范圍廣的眼子菜屬為主，群落的分布比20世紀六七十年代前較大的萎縮[18].與過去相比，滇池草海和外海的藻類數量分別增加了2.34倍、2.36倍[19].

C7濕地面積變化：用濕地面積退化率表示，即一定區域內一段時間尺度內湖泊濕地退化面積與該區域湖泊濕地面積總面積之比.根據實地調查得出，通過幾年的退耕還濕，目前的面積已從2000年的不到300 km2擴大到現在的321 km2.

C8產品生產功能：以每年提供的水產品及其變化率來表示，定性與定量相結合.據昆明滇池管理局統計，滇池水產品產量在7 000 t，與往年基本持平.

C9水質凈化功能：以水生植物對主要污染物的凈化率及穩定性來衡量.通過滇池植被的恢復和環湖生態濕地的建設，每年可以削減氮約135 t，磷約20 t.如在滇池控制性種養鳳眼蓮，滇池水體總氮和總磷質量濃度從入湖口的13.47和1.34 mg·L-1降低到出湖口的2.93和0.10 mg·L-1.滇池水生植物全年對污染物的凈化率大致為20%[20].

C10氣候調節功能：以當地年平均氣溫和年降水量變化率來表示，采用定性與定量相結合.滇池流域2009年～2013年平均氣溫在18.5℃，平均濕度為77%，氣溫調節能力無明顯變化.

C11娛樂休閑功能：在景觀美學價值的高低、濕地旅游活動和娛樂日的增減情況下，采用濕地調查和專家評定的方法來衡量.滇池濕地不斷開發相關的濕地旅游景觀，旅游活動和娛樂的日數日漸增加，科學考察也逐漸增多.

C12濕地保護意識：對滇池周圍地區民眾進行抽樣調查，反映濕地相關知識在民眾中的普及程度.最終統計數據得出結果，滇池周邊民眾對濕地的功能價值具有一定的了解，濕地的保護意識較強.

C13政策法規情況：主要反映政府職能部門在相關政策法規的制定、實施方面的情況，采用定性描述為主.自《云南省滇池保護條例》正式施行以來，滇池保護工作有了強有力的法制保障，并制訂了《滇池綜合整治大綱》等一系列政府法規和規范性文件，加大了對滇池的依法管理力度.通過開展滇池保護區分級保護、設立滇池保護專項資金、加大對違法行為的懲處力度，實施一系列環滇池生態保護規劃和濕地公園的建設等，滇池治理取得階段性成果.

C14濕地管理水平：采用定性方法，以濕地管理隊伍的整體水平衡量.由管理體制處于分散式管理，管理人才、管理手段比較落后到當前擁有合理的管理組織機構，在各自管理部門的范圍內具有一定的管理水平，產生一定的管理成效.昆明市政府保留了昆明市滇池保護委員會辦公室，同時成立昆明市滇池管理局作為市政府保護滇池的專門機構，并組建了第一支滇池綜合執法隊伍.同時，在晉寧林業局內設濕地保護辦公室.

C15物質生活指數：反映濕地生態系統結構和功能對人類生活水平的貢獻.通過人均純收入水平衡量當地人類生活水平.隨著滇池生態保護效益的提高，給滇池流域帶來了較大的經濟效益.近幾年，流域區周邊的人均純收入持續增長，人均純收入由4 000元上升到近5 500元.

3.2 多級模糊綜合評判模型的構建

運用層次分析法軟件對各指標層賦權重，得到層次單排序一致性檢驗：λ=3.0538，CR=0.0517<0.1，具有滿意一致性.即

A=(0.5247，0.3338，0.1416).

同理可得生態特征指標、綜合功能指標、社會經濟指標3個要素層的權重向量：

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).

針對不同健康等級進行賦分：很健康為1，健康為0.75，亞健康為0.5，一般病態為0.25，病態為0，構造等級評分向量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個要素層的權重向量，A為要素層之間的權重向量，Ri為第i個要素層相對于分級標準的單因素模糊隸屬評判矩陣，R是要素層之間的評判矩陣；Bi是第i個要素層的評判向量，B為要素層之間的最終綜合評判結果；W為綜合評價分值，表示滇池生態系統健康程度；C為評價等級評分向量；CT為C的轉置矩陣.

3.3 結果分析

從最終評價結果上看，滇池生態系統健康得分為0.599 2，處于“亞健康”與“健康”之間.按照最大隸屬度原則，滇池濕地生態系統健康狀況為“亞健康”級(0.363 0).從濕地生態系統健康指標分級看，代表濕地很健康的隸屬度為0.141 3；代表濕地健康的隸屬度為0.354 7；代表濕地亞健康的隸屬度為0.363 0；代表濕地一般病態的隸屬度為0.041 6；代表濕地病態的隸屬度為0.026 9.這說明滇池整體生態系統健康正處于“亞健康”向“健康”的過渡階段，存在著很大的提升空間.

圖2 滇池濕地生態系統健康評價結果Fig.2 The evaluation result of the wetland ecosystem health of Dianchi wetland

從要素層來看(圖1)，滇池生態系統健康體系的生態特征指標屬于“亞健康”(最大隸屬度為0.328 2)，說明滇池生態系統治理恢復取得較好的成效，水環境有所改善，但仍需要加強生態保護建設.綜合功能指標屬于“亞健康”(最大隸屬度為0.404 7)，說明隨著滇池生態系統的恢復，濕地的生態服務功能價值有所提高，尤其在氣候調節功能上為“四季如春”的昆明做出巨大的貢獻.社會經濟指標屬于“健康”(最大隸屬度為0.606 8)，說明了滇池為當地的GDP帶來了一定的經濟成效，這主要原因是國家和地方政府加大對滇池的管理投入，民眾對濕地的保護意識加強，濕地保護設施不斷的完善.

從隸屬度評價矩陣可得出，制約滇池濕地生態系統健康的主要因素有水質、水質富營養化、濕地植物、沉積物金屬污染、生物多樣性、產品生產功能和水質凈化功能.

4 討論與結論

根據滇池濕地生態系統的實際特征，運用模糊綜合法，設計滇池健康評價模型，計算出滇池濕地生態系統健康指數為0.599 2，處于“亞健康”與“健康”之間狀態.這與滇池的實際生態狀況相符.究其原因，滇池位于云貴高原，無大江大河良好水源的注入，污染物持續輸入，水量交換緩慢.湖濱帶上修建混凝土“防浪堤”，喪失了湖濱帶在整個濕地生態系統中環境連續性和生態連續過渡特點.湖泊大量沉水植物的喪失，形成以浮游植物占優勢的生態系統，藍藻水華年年爆發.同時，高原湖泊滇池生態系統相對脆弱，導致系統健康的穩定性差、自我修復能力弱[17].雖然整體上滇池的生態系統健康狀態不佳，但是在國家和地方政府大量財政投入和管理政策支持下，惡化趨勢得到有效遏制.滇池仍需加大自然生態系統恢復和生態工程修復相結合的方法，實現滇池生態系統健康發展.

本研究在選取指標時，考慮到指標間相關性較強，存在因果關系.如“水質凈化功能”、“湖泊水質”和“主要污染物入湖量”之間存在因果關系.隨著滇池生態工程恢復，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復，水質凈化功能的提高在主要污染物入湖量減少的情況下使得水質狀況得到改善.

針對高原濕地滇池的實際情況和指標的可得性，本研究在進行生態系統健康評價時指標多采用定性描述，然后再通過專家賦分法間接地對指標進行定量化，可能導致評價結果帶有一定的主觀性.不同的學者在指標的選定和評價上也存在著差異，這都會對評價結果造成一定的影響.因此，應該加強實地數據監測，取得比較客觀的定量指標值，使評價結果更具說服力.

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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.

云南省科技創新人才計劃項目(2012HC007)； 國家自然科學基金青年基金項目(31400477)； 云南滇池濕地生態系統國家定位觀測研究站項目； 國家重大科技專項資助項目(2012ZX07102-005).

1000-1190(2015)02-0274-06

F205; X826

A

*通訊聯系人. E-mail: tlkunp@126.com.