吉林省莫莫格濕地生態系統健康評價研究

王賀年 張曼胤 崔麗娟 盛連喜 何春光 肖紅葉 楊 思

（1中國林業科學研究院濕地研究所，北京 100091；2東北師范大學環境學院，國家環境保護濕地生態與植被恢復重點實驗室，長春 130024）

吉林省莫莫格濕地生態系統健康評價研究

王賀年1 張曼胤1 崔麗娟1 盛連喜2 何春光2 肖紅葉1 楊 思1

（1中國林業科學研究院濕地研究所，北京 100091；2東北師范大學環境學院，國家環境保護濕地生態與植被恢復重點實驗室，長春 130024）

濕地是地球上重要的自然資源，全球天然濕地面積占陸地總面積的6.4%（王憲禮等, 1997)。近年來，由于經濟社會的快速發展、城市化進程不斷加快、環境污染等人類活動對濕地的影響越來越嚴重，世界各地的濕地生態系統健康均受到嚴重破壞。據《全球生態環境遙感監測2014年度報告》中的大型國際重要濕地專題報告（科技部國家遙感中心, 2015),全球國際重要濕地的干擾度平均值最高為20%，而中國約為30%，中國重要濕地干擾度高過國際水平的10%。

濕地生態系統健康研究是濕地研究方面的新的概念和領域，它最早脫胎于20世紀40年代美國著名生態學家Aldo Leopold（1941）所提出的土地健康的概念。Karr在1986年首次對生態系統健康進行了定義（Karr et al, 1986),認為生態系統健康的標志是能夠自我恢復；隨后，眾多學者都對生態系統健康的概念、特征等進行了描述（Schaeffer et al, 1992；Costanza et al, 1992； Haworth et al, 1997； Mageau et al, 1998)。近年來由于社會經濟的快速發展，相關研究在對生態系統健康作定義時逐漸開始考慮人類健康等因素（Meyer, 1997； Rapport et al, 1999)。

對濕地生態系統的健康進行評價，其核心是基于濕地生態系統的結構、功能、過程等來確定評價指標體系；主要的評價方法有指示物種法與指標體系法兩類，其中指標體系法根據評價指標的差異又有模糊綜合評價法、PSR模型法、溪流狀況指數法、景觀格局分析法、水文地貌評價法等常用的方法。其中，模糊綜合評價法是國內學者進行濕地健康評價研究過程中應用最為廣泛的方法，應用最為廣泛的指標體系是Pressure（壓力）-State（狀態）-Response（響應）模型（崔保山等,2002a,2002b；楊波, 2004)。

濕地生態系統健康評估對于恢復濕地以及保護和管理濕地具有重要意義。本研究以吉林省西部莫莫格國家級自然保護區為研究區域，以莫莫格濕地作為評價對象，基于PSR模型建立評價指標，應用模糊綜合評價法對濕地生態系統的健康狀況進行評價，以期為濕地管理及恢復工作提供理論支持和指導。

圖1 壓力（Pressure）-狀態（State）-響應（Response）模型的概念框架

1 研究區概況

莫莫格國家級自然保護區位于吉林省西部鎮賚縣境內，是典型的濕地類自然保護區，位于45°42′25″～46°18′0″N，123°27′0″～124°4′33″E；面積14.4萬hm2，全區面積80%以上為濕地，是吉林省最大的濕地保留地，被譽為吉林西部之腎。氣候屬大陸性季風氣候，水資源豐富，年降水量約391.8 mm。土壤類型主要為草甸土、黑鈣土和沖積土。區內地勢平坦，相對高差2～10 m。

2 評價指標、評價方法、評價標準

2.1 評價指標體系

2.1.1 壓力（Pressure）-狀態(State)-響應(Response)模型 由Tony Friend 和David Rapport提出的壓力-狀態-響應模型（Pressure-State-Response，PSR）指標體系在我國濕地生態系統健康評價研究中應用最為廣泛；國際經濟合作與發展組織(OECD)于20世紀70年代、80年代末、90年代初分別對該模型進行了修改和適用性評價，目前它仍然是用于環境指標組織和環境現狀匯報最有效的框架（麥少芝等,2005；周民等,2012； 付會等,2009)。

PSR模型的基礎為因果邏輯關系，即人類活動對環境造成壓力（壓力),由此導致環境的狀況或自然狀況發生改變（狀態),為防止環境退化、恢復環境質量，人類又通過環境、經濟和管理政策等作出相應的調整（響應)。其基本的概念框架如圖1所示。

2.1.2 莫莫格濕地生態系統健康評價指標體系 本研究遵循系統性、科學性、層次性及可操作性等原則，基于PSR模型，構建莫莫格濕地生態系統健康評價的指標體系。指標體系分為目標層、項目層、指標層3個層次，其中，目標層即莫莫格濕地生態系統的健康綜合評價，項目層由壓力指標、狀態指標、響應指標3個方面構成，指標層即各評價要素。具體評價指標體系如表1所示。

表1 莫莫格濕地生態系統健康評價指標體系

表2 莫莫格濕地生態系統健康評價等級劃分

2.2 評價標準

生態系統健康評價的分級標準的依據主要參考有：①基于歷史資料，通過評價指標的相關歷史記錄與對比，確定評價等級；②實地考察，對比指標現狀值與區域背景值，獲得評價分級；③借鑒國內外相關研究文獻中廣泛使用的標準；④借助專家經驗確定評價指標的臨界值來確定評價等級。由此，本研究將莫莫格濕地評價指標標準分為5個等級，評價結果及評價指標的等級劃分如表2和表3所示。

表3 莫莫格濕地生態系統健康評價指標分級標準

圖2 5個評價（V1～V5）等級的模糊分布隸屬度函數公式

2.3 評價方法

模糊綜合評價法是國內學者進行濕地健康評價研究過程中應用最為廣泛的方法，是一種基于模糊數學的綜合評價方法，其基本思路是應用模糊關系的隸屬度理論，將定性評價轉化為定量評價，即用模糊數學對受到多種因素制約的事物或對象做出一個總體的評價。5個評價（V1～V5）等級的模糊分布隸屬度函數公式如下（索安寧等，2008；蔣衛國等，2005；張祖陸等，2008）.

圖2公式中，k1為等級V1、V2的臨界值；k2為等級V2區間的中點值，k2=(k1+k3)/2；k3為等級V2和V3的臨界值；k4為等級V3區間的中點值，k4=(k3+k5)/2；k5為等級V3和V4的臨界值；k6為V4區間的中點值，k6=(k5+k7)/2；k7為等級V4和V5的臨界值。C為各等級的評分向量。

對于借助文字進行描述的定性指標，其評語等級隸屬度的確定主要參照眾多學者公用的參照標準，如表4所示。

表4 定性指標分級隸屬度

表5 莫莫格濕地生態系統健康評價指標權重

3 結果與分析

基于資料收集、實地調查，收集各評價指標的數據，進行統計整理后作為評價的基礎資料，運用模糊綜合評價方法對莫莫格濕地生態系統的健康狀況進行評價。

3.1 確定指標權重

本研究采用層次分析法（Analytic Hierarchy Process，簡稱AHP）來確定各評價指標的基權重值，基于莫莫格濕地生態系統的評價指標體系，對各評價指標進行兩兩比較，判斷各層之間以及各層因素之間的相對重要性，給出相應的判斷值，依此構建判斷矩陣，經計算機進行層次單排序和總排序處理后，得到各因素權重值（表5）（周民等,2012；付會等,2009；蔣衛國等,2005；張祖陸等,2008)。

3.2 隸屬度評價矩陣構建

濕地生態系統健康多指標綜合評價的一個顯著特點是指標間無統一度量標準，難以比較，隸屬度的應用有助于多指標的統一度量。評價過程中經常會出現一種現象，當一個評價指標的指標值在評價等級分界線周圍時，有時會出現數值相差不大或狀況區別不明顯而評價等級相差一級的跳躍現象，而模糊化處理能夠使隸屬度函數在各級之間平滑過渡。

在本研究中，定量指標C1、C5、C6、C11、C16、C17、C18、C21為正向指標，是越大越優型，各指標隸屬度可以直接采取以上公式計算；定量指標C2、C3、C4、C7、C8、C9、C10、C12為負向指標，是越小越優型，計算隸屬度時需要將條件中的“＜”和“＞“、”“≤”和 “≥”分別互換。C13、C14、C15、C19、C20、C22為定性指標，其隸屬度的確定參照表4的標準。

參照上述定量指標的隸屬度函數公式以及定性指標的隸屬度確定指標，基于表3中的各指標分級基準值，得到壓力（R1）、狀態（R2）、響應（R3）指標所構成的隸屬度矩陣(圖3)。

3.3 模糊綜合評價結果與分析

基于各評價指標的權重值與隸屬度矩陣，采用加權求和模型分別對壓力指標、狀態指標、響應指標的健康評價指數進行計算，計算結果如下：

壓力系統健康評價指數為：

狀態系統健康評價指數為：

響應系統健康評價指數為：

同理，綜合所有評價指標，得到整個濕地生態系統健康的綜合評價指數為：

由上述可知，莫莫格濕地生態系統健康綜合評價指數為0.737 8。根據莫莫格濕地生態系統健康評價等級標準可知，目前莫莫格濕地生態系統健康屬于第Ⅱ等級（健康)。從分級角度，依據各指標隸屬度可知，莫莫格濕地生態系統37.45%屬于很健康狀態，26.41%屬于健康狀態，24.42%屬于亞健康狀態，6.33%屬于一般病態，5.38%屬于疾病狀態（圖4)。

圖3 隸屬度矩陣

從子系統層面來看，壓力系統的健康評價指數為0.759 6，屬于健康；狀態系統的健康評價指數為0.708 3，也屬于健康；響應系統的評價指數為0.86，屬于很健康狀態。從隸屬度矩陣可以知道，制約莫莫格濕地生態系統健康的主要因素是社會經濟發展水平、化肥使用強度、濕地補水保證率、濕地面積退化率、濕地水質和環保投資指數等方面。

圖4 莫莫格濕地生態系統健康等級隸屬度

4 結論與討論

生態系統健康的多指標綜合評價過程中的一個不可避免的困難點是各指標之間的單位不統一，難以進行綜合性的評價，本研究中引用隸屬度的概念，對各評價指標進行無量綱化的歸一化處理，有助于多指標的統一度量，而模糊化處理能夠避免指標評價過程中的跳躍現象，能夠得出較為客觀的評價結果。

濕地生態系統健康評價研究中，由于研究目的的差異性，各評價指標的選擇也有所不同，總的來說，評價指標主要包括化學和生物群落指標，如水質、土壤有機質、氮磷鉀含量、植物群落蓋度、物種多樣性等（Bandeira et al,2009； Borja et al, 2011； 趙臻彥等,2005)。本研究中，除生態系統本身的結構和功能指標外，社會經濟指標以及環保投資等響應指標也被納入了評價指標體系。而本研究的結果表明，社會經濟發展水平和環保投資指數也恰恰是制約莫莫格濕地生態系統健康的主要因素之一。

生態系統是一個不斷演化的動態系統，其評價研究需要長時間序列的觀測，許多研究表明，破壞的生態系統經過一定時間自我修復后能夠接近健康的自然生態系統水平，因此，長期觀測數據的缺失將會影響生態系統健康評價的判斷，本研究所涉及數據多是觀測當時的數據，而在長時間序列的觀測方面還有所欠缺，在今后的研究中，還需要基于長期的觀測數據，作出更準確、全面的評價結果。

本研究基于模糊綜合評價法對莫莫格濕地生態系統的健康狀況進行評價，得出以下結論：

（1）莫莫格濕地生態系統健康綜合評價指數為0.737 8，屬于第Ⅱ等級（健康),濕地生態系統整體健康狀況較好。

（2）從隸屬度角度，莫莫格濕地生態系統37.45%屬于很健康狀態，26.41%屬于健康狀態，24.42%屬于亞健康狀態，6.33%屬于一般病態，5.38%屬于疾病狀態。

（3）從子系統來看，壓力系統的健康評價指數為0.759 6，屬于健康；狀態系統的健康評價指數為0.7083，也屬于健康；響應系統的評價指數為0.86，屬于很健康狀態。

（4）制約莫莫格濕地生態系統健康的主要因素是社會經濟發展水平、化肥使用強度、濕地補水保證率、濕地水質、環保投資指數等方面。

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Ecosystem Health Assessment of Momoge Wetland in Jilin

WANG He-Nian1ZHANG Man-Yin1CUI Li-Juan1SHENG Lian-Xi2HE Chun-Guang2XIAO Hong-Ye1YANG Si1
(1 Institute of Wetland Research, Chinese Academy of Forestry, Beijing 100091; 2 Northeast Normal University, College of Environment, the State Key Laboratory of Environmental Protection Wetland Ecology and Vegetation Restoration, Changchun 130024)

濕地生態系統健康評價已成為21世紀濕地科學前沿研究領域的熱點話題。以莫莫格濕地作為評價對象，基于PSR模型，選取22個評價指標建立指標體系，應用模糊綜合評價法對莫莫格濕地生態系統的健康狀況進行評價。結果表明：莫莫格濕地生態系統健康綜合評價指數為0.7378，處于第Ⅱ等級（健康）狀態，制約莫莫格濕地生態系統健康的主要因素是社會經濟發展水平、化肥使用強度、濕地補水保證率、濕地水質、環保投資指數等方面。

莫莫格濕地；健康評價；PSR模型；模糊綜合評價法

Research on wetland ecosystem health assessment has become a hot topic in the field of wetland science in the 21st century. In this manuscript, based on Pressure-State-Response model, we selected 22 indicators to construct the assessment system, using fuzzy comprehensive assessment method to evaluate the health of Momoge wetland ecosystem. The results showed that, the comprehensive health assessment index of Momoge wetland ecosystem was 0.7378, indicating aⅡ level (healthy), main restraining factors were socioeconomic development, intensity of fertilization, wetland water replenishment, water quality, investment index of environmental protection.

Momoge wetland; Health assessment; PSR model; Fuzzy comprehensive evaluation method

10.3969/j.issn.1673-3290.2016.04.04

2016-08-22

東北師范大學國家環境保護濕地生態與植被恢復重點實驗室開放基金課題（130026521）

王賀年（1989-），男，山東濟南人，博士，助理研究員，主要從事濕地生態水文方面的研究。Email：wanghenian2006@126.com

張曼胤（1979-），男，遼寧沈陽人，博士，副研究員，主要從事濕地生態學及濕地景觀與規劃設計研究。E-mail: cneco@126.com