基于PSR 模型的閩東濱海濕地生態系統健康評價

陳鳳 蘇少川 陳妍 李寧 王韌 游巍斌 何東進,4*

(1 福建農林大學林學院，福建 福州 350002；2 福建省建陽市林業局，福建 建陽 354200；3 福建省福鼎市林業局 福建 福鼎 355200；4 福建農林大學金山學院，福建 福州 350002)

濕地是重要的自然資源，是水陸相互作用下所形成的最富生產力和生物多樣性的獨特自然生態系統，在保護生物多樣性、調節氣候、控制土壤侵蝕和防洪蓄洪等方面都起著重要且不可替代的作用(朱衛紅等, 2012; 何東進等, 2012)。由于工業文明的發展，社會經濟發展迅猛，人類活動已經極大影響了濕地生態系統的環境質量，導致濕地生態系統的健康遭受到了嚴重的威脅(游巍斌等, 2013;齊月等, 2020)。近年來，越來越多的學者開始重視濕地生態系統的健康評價，并開展了大量的研究工作(Spiegel et al, 2001; 武海濤等, 2005; 趙煥庭等, 2000)。

閩東濱海濕地具有豐富的濕地類型，含人工濕地和自然濕地，如水域、潮間裸灘、冬水田、人工庫塘和養殖場等(林立等, 2012)。隨著寧德市經濟建設的發展，閩東濱海濕地生態系統的健康受到了極大的干擾，生態環境遭到破壞，并存在著進一步惡化的風險，生態環境的破壞將會導致濕地無法發揮其本有的生態價值(耿國彪, 2017; 李益云等,2020)。因此，為實現濕地資源的可持續利用，本研究擬采用PSR 模型并結合層次分析法對其生態系統健康進行評價，可使人們認識到保護生態環境的重要性，為濕地保護與管理提供科學依據。

1 研究區概況與研究方法

1.1 研究區概況

寧德市(閩東)位于福建省的東北部，地理坐標119°55′～120°43′E，26°52′～27°26′N，南接福建省的省會福州市，西鄰名山武夷山，北連浙江省溫州市，東臨臺灣海峽，閩東屬亞熱帶海洋性季風氣候，年平均氣溫18.3 ～24.5℃，全年無霜期天數321 d。閩東的地形為山地丘陵兼沿海小平原，海岸線長878 km，海域面積遼闊，閩東濕地總面積約占福建省濱海總面積的10.6%，約13.1 萬hm2，大多數以淺海灘涂為主，還包括了紅樹林、水域、稻田、潮間裸灘、冬水田、人工庫塘和養殖場等(曹有泉, 2019; 李威威等, 2018; 何東進等,2014)。2018 年寧德市常住人口291 萬人，GDP 地區生產總值1 942.8 億元，比上年增長8.1%。近年來，隨著寧德市經濟的大力發展和常住人口的增長，人類活動愈發對濕地產生較大的影響。

1.2 研究方法

1.2.1 概念模型的選擇 PSR 模型是由加拿大統計學家Rapport 提出，于上世紀70 年代經修改后廣泛運用于環境報告中(朱衛紅等, 2012)。PSR 是指“壓力(P)—狀態(S)—響應(R)”。PSR 模型的最大優勢在于：它能在考慮到各個要素之間相互作用的情況下，將濕地生態系統的各個要素之間相聯系起來，更具自由靈活性、邏輯性和綜合性(彭建交等, 2019)。壓力系統反應出了人為或自然因素對濕地生態系統的干擾和威脅程度，壓力分為直接壓力與間接壓力，前者如空氣質量指數，后者如人類活動傾向。狀態系統反應出濕地生態系統在直接或間接壓力下生態環境所發生的改變；而響應系統反應出的是針對濕地生態系統的現狀，人類為恢復生態環境的質量或防止生態環境進一步退化惡化的一系列積極響應(姚萍萍等, 2018; 徐浩田等, 2017;羅遵蘭等, 2015)。

1.2.2 評價指標因素集的確定 閩東濱海濕地生態系統相對比較復雜，在已有研究的基礎上，對研究區域展開調查，結合濕地的實際情況，對寧德市統計局的相關資料進行分析，并查閱借鑒相關文獻(Tong, 2000; 張齊立等, 2018; 彭益書等, 2014;蔡易潔等, 2014)，遵循指標體系的整體性、可操作性、可比性、代表性以及數據可獲得性相結合的原則(王洪翠等, 2006)。通過PSR模型，篩選出了壓力、狀態、響應3 個層面的17 個指標，建立了閩東濱海濕地生態系統健康評價指標體系(表1)，并給出了閩東濱海濕地指標現狀與評判結果(表2)。

1.2.3 層次分析法(AHP) 層次分析法(Analytic Hierarchy Process, AHP)是一種將有關決策總量的各元素進行分解，分解成目標層、方案層以及準則層等的方法；它在處理相對復雜和較為模糊問題時具有較高的實用性和有效性。本研究根據閩東濕地特點，查詢相關的文獻資料，并咨詢有關專家，構造出項目層(B) 和指標層(C) 的各因子兩兩比較矩陣，最終均通過了矩陣的一致性檢驗，即CR ≤0.1，各個元素的權重均可接受( 丁香乾等, 2004)，所得指標的權重結果及其標準化值如表3。

2 評價結果

2.1 評價指標體系

目前，在國際上還沒有統一的劃定生態系統健康狀況的等級評價標準，因此，本文借鑒了前人研究成果，并與閩東濱海濕地的實際情況相結合，將濕地生態系統健康狀態劃分成5 個等級，分別為1級[0.8, 1.0)為很健康狀態；2 級[0.6, 0.8)為健康狀態；3 級[0.4, 0.6)為基本健康狀態；4 級[0.2,0.4)為亞健康狀態；5 級[0, 0.2)為不健康狀態，分級標準與依據詳見表1(徐國榮等, 2019; 李春暉等, 2008; Bertollo, 1998; Magnuson, 2004)。

2.2 指標現狀與評判結果

根據表1 中的17 個指標因子的健康評價指標對閩東濱海濕地的現狀進行評判，結果見表2。

2.3 綜合評價

本研究采用綜合評價指數(CEI)來反映閩東濱海濕地的生態系統健康質量水平，運用求權加和法進行計算，其公式為：

式中：CEI 為綜合評價指數，Ii為單項指標的歸一化值，Wi為評價指標歸一化權重。

表1 閩東濱海濕地生態系統健康評價指標及其等級標準Table 1 Health evaluation index system for and grading standards of the wetland ecosystem of Eastern Fujian

濕地生態系統壓力、狀態、響應的綜合健康指數通過以下公式計算：

式中：PEI、SEI、REI分別代表壓力、狀態、響應的健康指數，i 為各系統中的評價指標個數；Wi為指標i的歸一化權重；Ii為評價指標i的歸一化值；WP、WS、WR為壓力、狀態、響應指標的權重。

經該公式計算得出閩東濱海濕地生態系統的健康綜合指數為0.377 0，根據前文提及的評價指標體系健康等級劃分可知，閩東濱海濕地生態系統屬于Ⅳ等級(亞健康)。壓力系統的健康指數為0.107 8，狀態系統的健康指數為0.041 3，響應系統的健康指數為0.227 8；壓力系統的歸一化權重為0.260 5，狀態系統的歸一化權重為0.633 3，響應系統的歸一化權重為0.106 2；因此，壓力指標的綜合評價指數為0.413 8，屬于Ⅲ等級(基本健康)，狀態指標的綜合評價指數為0.359 7，屬于Ⅳ等級(亞健康)，響應指標的綜合評價指數為0.388 9，屬于Ⅳ等級(亞健康)。

表2 閩東濱海濕地的現狀與結果Table 2 Status and results of coastal wetlands in Eastern Fujian

表3 各項評價指標的權重Table 3 Weight of each evaluate factor

3 分析與討論

3.1 壓力要素

從壓力系統(B1)來看，壓力系統綜合健康指數為0.413 8，壓力系統整體處在“基本健康”狀態。壓力系統中，人為影響因素較大，近年來寧德市人口自然增長率較高，無疑是給有限的環境資源增添加了負擔；歸一化權重較大的兩項指標為化肥施用強度(C4)和農藥(C5)施用強度，權重分別為0.233 3、0.295 3，兩項指標的權重占壓力系統(B1)總權重的52.86%，對壓力系統的評價結果起決定性的作用。化肥和農藥的施用強度大會直接或潛在地對農作物、土壤結構和地下水源產生危害，因而不容忽視。長期以來，人類活動對濕地生態系統健康造成了較大的干擾和威脅，對生態環境的破壞較為嚴重，單靠濕地自我修復難以盡快改善濕地生態，應完善濕地管理制度，減少農藥與化肥的施用量，并加強對生活及工業污水排放處理等。

3.2 狀態要素

從狀態系統(B2)來看，其健康綜合指數為0.359 7，處在“亞健康”狀態，其中水質等級(C8)、土壤性狀(C9)和優勢植物覆蓋率(C10)在狀態系統(B2)中賦予了較高的權重，分別為0.274 3、0.214 7、0.233 0(表3)。閩東濱海濕地的生態環境現狀不太樂觀，結合實際檢測數據來看，由于人類活動、大米草的入侵蔓延、海水污染等原因導致紅樹林的面積逐年減少，優勢植物覆蓋率呈現降低的趨勢；濕地水質差，水體富營養化存在較高風險；土壤性狀差。研究區人口密度較大、工業相對集中，日常生產活動中會產生大量的污水，而研究區的污水處理廠較為缺乏，存在大量未經處理的生活污水和工農業廢水排入海洋，致使濕地生態環境遭到了破壞。因此，有關部門應嚴格控制污染物的入海排放量，充分發揮濕地的凈化功能，加大對紅樹林的管理和保護力度，完善紅樹林的監測保護體系，并控制大米草的蔓延，加強對病蟲害的防治，保護海洋生態系統，開展水質環境監測。

3.3 響應要素

響應系統(B3)綜合健康指數為0.388 9，響應系統整體處于“亞健康”狀態。響應系統中權重較高的因子為濕地保護率(C16)和環保投資指數(C17)，歸一化權重分別為0.316 6、0.255 2(表3)，占響應系統的57.18%，對響應系統的健康評價結果有較大影響。響應系統中各項指標依權重排序為：環保投資指數(C17)＞濕地保護率(C16)＞周邊人口素質(C15)＞人均GDP(C14)＞政策法規貫徹力度(C13)。研究區受保護的濕地占濕地總面積比例較低，有關部門近年來愈發重視濕地生態保護，作出了積極響應，對生態環境起了一定的保護作用，但還不足以改變其健康狀況；濕地環保投入比重較低，說明人們對于濕地的保護意識還不夠。因此，有關部門仍需進一步提升對濕地保護的管理水平，開展形式更為多樣的濕地保護教育活動，以提高民眾保護濕地的意識。

4 結論

本文通過建立PSR 模型，運用層次分析法算出各項目指標的權重，最后采用綜合評價指數計算得出濕地生態系統屬于Ⅳ等級(亞健康)。結果顯示，閩東濱海濕地生態系統健康狀況不容樂觀，3 個項目層中僅有壓力系統處于在“基本健康狀態”，其余的2 個項目層均處于在“亞健康狀態”。17 個指標因子中歸一化權重最高的前3 個指標為：水質等級(C8)＞優勢植物覆蓋率(C10)＞土壤性狀(C9)，這3 個因子的歸一化權重之和為0.457 2，接近于0.5，對最終的評價結果影響較大。

由于生態系統的健康評價涉及到了多方面的研究內容，評價體系的分類也較為復雜多樣，最終的評價結果仍存在一定的局限性。例如，在評價指標的選取上，存在制定的主觀性因素；在健康評價等級的劃分上，目前國際上尚未有統一的標準，對于界定等級邊界值難有準確的評價。盡管如此，本研究對進一步完善閩東濱海濕地生態系統健康評價體系仍有一定的參考價值，同時也為閩東濱海濕地的生態恢復和生態保護提供了一定的指導性依據。