南陽濕地生態系統健康評價

南陽理工學院 劉傲，張鴻猷，李厚齊

在經濟高速發展的今天，南陽的經濟發展也步入了快車道，人們的生活水平不斷提高。但與之相對應的污染問題、環境破壞問題、人與自然和諧共處問題也日益明顯。南陽作為南水北調中線工程的水源區，其濕地生態系統的健康狀況直接影響到南水北調工程的長期性和可持續性，因此，有必要對南陽地區的濕地生態系統健康狀況進行研究，為今后濕地生態系統可持續發展與管理提供科學依據與指導。

近年來，學術界針對濕地生態系統健康定性與定量評價研究取得了較大的進展，研究方法主要為層次分析法[1-2]、模糊綜合評價模型[3-4]和GIS技術[5-6]等。以上方法對濕地生態健康評價起到了一定的推動作用，但評價指標的選取存在主觀化因素，各指標權重的賦值缺乏客觀性，這使得評價結果存在一定的偏差。鑒于此，本文從南陽地區的實際情況出發，基于PSR理論綜合選取濕地生態健康評價指標，采用二元對比定權法，以主客觀結合的方式對指標權重進行計算，避免因主觀性太強對評價結果產生的影響，最終通過綜合評價指數法計算評價指數，得出評價結果。

一、研究區概況與數據來源

（一）研究區概況

南陽地處南陽盆地，地理坐標為北緯32°17′~33°48′，東經110°58′~113°49′。處于亞熱帶向暖溫帶的過渡地帶，屬典型的季風大陸半濕潤氣候，四季分明，全年平均氣溫15.5℃，年降水總量819.1毫米，雨量充沛。南陽地區濕地資源豐富，有多個國家級濕地公園及省級濕地公園，其在全市均勻分布，自然環境保護程度較高。

本文選取南陽市內的淅川丹江濕地國家級自然保護區、唐河友蘭國家濕地公園、鄧州湍河國家濕地公園、淅川丹陽湖國家濕地公園、南陽白河國家濕地公園、內鄉湍河濕地自然保護區六個具有代表性的濕地自然保護區或濕地公園進行研究。

（二）數據來源

本文的數據直接或間接收集自《2021年南陽市統計年鑒》《2020年南陽市水資源公報》及各研究區域的官方網頁。

二、主要方法

（一）PSR模型

PSR模型即為壓力——狀態——響應（pressure-stateresponse, PSR）模型，最初由加拿大統計學家David J.Rapport和Tony Friend于1979年提出。該模型將待評價客體視為一個綜合的系統，從壓力、狀態、響應三個角度對系統進行分析，從而表征整個系統的變化和發展情況。目前該模型已成為評估生態環境、資源利用和持續發展的主流模型之一。

（二）二元對比定權法

在構建濕地生態模型中,影響濕地健康的指標數量眾多。目前已有的濕地安全健康評價系統多采用主觀或客觀的單向指標權重計算,這兩種方式各有優點,但也存在主觀性過強或無法對定性部分指標進行量化的局限性。因此本文采用二元對比定權法,在主觀評價的基礎上加以客觀權重的計算。評價結果更具科學性和真實性。

（三）綜合評價

采用綜合評價指數法(comprehensive evaluation index，CEI)，綜合多項指標，定量得出濕地生態系統健康狀況，從而對南陽地區濕地生態系統健康狀況進行評價。根據每個指標的評價值，結合二元對比定權法所確定的各指標權重，采用加權函數進行計算，最終得出綜合評價結果。

（四）評價標準

綜合國內外學者[4,7]對濕地生態系統健康評價的研究成果和南陽地區濕地的實際狀況，對其健康程度進行等級劃分，分級標準如表1所示。

表1 健康狀態評價分級標準

三、濕地生態系統健康評價步驟

（一）指標體系構建

基于PSR理論，結合南陽地區的實際狀況，遵循科學性、代表性、區域性、可行性原則，選取15個指標構建南陽地區濕地生態系統健康綜合評價指標體系。其中，部分指標定性成分較多，因此給出相應的量化方法使該部分指標數據化，具體方式如表2所示。

表2 部分指標量化方式

在此基礎上結合其余指標，對指標的計量單位與正負性進行總結。其中，正向指標為指標值越大對濕地健康影響越好，即越大越優，負向指標為指標值越小對濕地健康更有利，即越小越優。最終指標體系如表3所示。

表3 指標體系

（二）指標權重計算

采用二元對比定權法進行指標權重部分的計算，對選取的15個指標進行兩兩之間的重要程度對比，并進行重要性評分。此階段為定權法中的主觀評判部分，主要依據為社會規律與相關研究文獻。之后對各指標的得分進行線性運算，具體步驟如下：

1.對比矩陣與一致性

（1）構造二元對比矩陣

將15個指標構成指標集C=(C1,C2……Cm)，并對其進行兩兩對比評分，評分規則為：若Ci比Cj重要，eij=1,eij=0。若Ci與Cj同等重要，eij=eji=0.5，其中eii=0.5(i=1,2……m)。 若 Ci重要性小于Cj，eij=0,eji=1。

其中Ci為第i個指標，m為指標總數,在本文中m=15,eij表示第i個指標與第j個指標間的對比評分。

最終得到二元重要性對比矩陣E

（2）一致性檢驗

重要性矩陣E的建立要滿足相應的邏輯要求，例如，X重要性程度大于等于Y，Y重要性程度大于等于Z，則X重要性程度大于等于Z。由此建立如下標度：

按照以上標度對矩陣E進行不斷的更新，直到滿足檢驗要求。

2.二元矩陣排序

矩陣E只是初步對所研究的15個指標進行了較為粗略的打分，要進一步進行權重的計算，還需要在此基礎上進行更為詳細的對比。由此根據矩陣E中各行累加由大到小進行排序，構造有序二元對比矩陣。

其中，βst代表第s個指標對第t個指標的重要性標度。

由此得到二元對比矩陣B。

接下來根據初步排名的基本層次進行語氣算子的劃分，并為其進行模糊標度賦值，詳細結果如表4所示。只給出重要性較強一方的語氣算子及其模糊標度值，對于重要性相對較弱的一方，可通過兩指標標度值之和為1進行計算。由此根據表7對矩陣B進行重新評分。

表4 語氣算子與標度值

其中，βst代表第s個指標對第t個指標的重要性標度。

至此得到各指標間較為詳細二元對比評分。

3.計算權重

在矩陣B的基礎上對所研究的15個指標進行權重計算。對矩陣B每行標度值和數歸一化得到指標權重，并計算每行標度值和數與總體和數的比例。

其中s=1,2……m;且s≠t。

矩陣B通過式（5）計算，最終得到15個指標的具體權重值，如表5所示。

表5 指標權重

（三）綜合得分計算

在計算出各指標權重后，綜合得分計算主要為結合權重將各代表區域關于15個影響濕地健康指標的觀測值按照綜合指數法進行綜合評價，根據濕的影響方面的全面性，采用標準化形式下的CEI綜合指數法，先將指標觀測值進行標準化，再將權重組合進行線性計算得出CEI得分。具體步驟如下：

1.數據標準化

為消除因指標計量單位不同而對最終結果的影響，首先對各指標觀測值進行無綱量化處理。這里采用與最值差距形式的標準化方法，并對正負方向采用不同的標準化公式。

對于越大越優指標：

對于越小越優指標:

其中，xij為第i個樣本第j個指標的觀測值，maxj、minj分別為第j個指標的最小值與最大值。

2.CEI綜合指數

得到標準化的數據后，將其與權重結合進行CEI綜合指數的計算。

CEI即為最終評價指數,Wi與Pi分別為標準化后的指標數據與其對應的權重值。

計算出各研究地區CEI綜合指數得分后，根據表1中健康狀態評價區間，對各代表區進行健康狀態的評定。如表6所示。

表6 各地區綜合得分與健康狀態

四、綜合評價結果分析

（一）壓力分析

從PSR模型壓力層角度分析，南陽地區濕地生態系統健康程度受人口密度和人均污水排放量的制約，隨著南陽市經濟發展和人類活動的加劇，濕地生態健康狀況受到威脅，生態恢復能力逐漸下降，部分物種的生存環境遭到破壞，物種數量減少，生存面臨危機。

（二）狀態分析

生物多樣性的減少會對當地的生態平衡造成極大的影響。從狀態層的指標來看，生物多樣性是壓力指標中影響濕地生態系統健康的關鍵因素。此外，年降水量、濕地率和濕地總面積也對濕地生態系統健康有一定的威脅。

（三）響應分析

在響應層中，環保投入指數的權重最大。通過當地政府對濕地采取相應的保護措施可減緩濕地退化。限制人類的活動范圍，保護濕地的生物多樣性，恢復其調節能力，對濕地生態的穩定性具有顯著作用。

（四）綜合評價

通過綜合評價指數法的計算，由表10可以看出，除淅川丹陽湖國家濕地公園和淅川丹江濕地自然保護區以外，其他代表性區域的濕地生態大部分都是“亞健康”等級，其中，唐河友蘭國家濕地公園處于“不健康”等級，說明南陽地區整體的生態系統遭到了一定的破壞，功能水平退化，生態環境狀況不容樂觀。

五、結論

以南陽地區濕地生態健康保護為目標，結合可持續發展理念，對南陽濕地生態系統健康狀況進行評價，得出以下結論：

（1）基于PSR模型理論，結合當地實際狀況，構建了南陽濕地生態系統健康評價指標體系。

（2）在充分考慮主客觀賦權的優缺點的基礎上，采用定性與定量相結合的二元對比定權法確定了各指標的權重，并運用綜合評價指數法對南陽濕地生態系統健康狀況進行了評價。

（3）從評價結果來看，南陽大部分區域都處于亞健康等級，個別區域處于不健康等級，濕地生態系統受到了一定的破壞。

相關鏈接

狹義濕地（wetland）是指地表過濕或經常積水，生長濕地生物的地區。濕地生態系統（wetland ecosystem）是濕地植物、棲息于濕地的動物、微生物及其環境組成的統一整體。濕地具有多種功能：保護生物多樣性，調節徑流，改善水質，調節小氣候，以及提供食物及工業原料，提供旅游資源。

濕地的研究活動則往往采用狹義定義，美國魚類和野生生物保護機構于1979年在“美國的濕地深水棲息地的分類”一文中，重新給濕地作定義為：陸地和水域的交匯處，水位接近或處于地表面，或有淺層積水，至少有一至幾個以下特征：

（1）至少周期性地以水生植物為植物優勢種；

（2）底層土主要是濕土；

（3）在每年的生長季節，底層有時被水淹沒。

定義還指湖泊與濕地以低水位時水深2米處為界，按照這個濕地定義，世界濕地可以分成20多個類型，這個定義被許多國家的濕地研究者接受。濕地的水文條件是濕地屬性的決定性因素。水的來源（如降水，地下水，潮汐，河流，湖泊等），水深，水流方式，以及淹水的持續期和頻率決定了濕地的多樣性。水對濕地土壤的發育有深刻的影響。濕地土壤通常被稱為濕土或水成土（Hydric Soil）。