基于PSR 模型的西藏拉魯濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評價

閆鐘清 李 勇 張克柔 郝彥賓 楊 澳 康曉明*

（1 中國林業(yè)科學研究院生態(tài)保護與修復研究所，濕地生態(tài)功能與恢復北京市重點實驗室，北京 100091；2 四川若爾蓋高寒濕地生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站，四川 阿壩 624500；3 中國科學院大學生命科學學院，北京 100049）

生態(tài)系統(tǒng)健康是指系統(tǒng)內(nèi)各部分之間能夠互相協(xié)調(diào)、平衡共存的狀態(tài)，對外界擾動保持一定的彈性和穩(wěn)定性（Rapport,1989）。濕地生態(tài)系統(tǒng)在涵養(yǎng)水源、調(diào)節(jié)氣候、降解污染、保護生物多樣性和為人類提供寶貴的生產(chǎn)、生活資源方面發(fā)揮著極其重要的作用（Fluet-Chouinard et al.,2023），濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評價可協(xié)助診斷由自然因素或人類活動引起的系統(tǒng)內(nèi)部物質(zhì)或能量平衡的破壞，對可能發(fā)生的生態(tài)功能的損失發(fā)出預警，為管理者、決策者制訂或調(diào)整管理保護策略提供科學依據(jù)，以促進濕地資源的可持續(xù)利用（李瑾等,2001），并通過濕地生態(tài)系統(tǒng)健康管理維持和改善生態(tài)系統(tǒng)服務（Hernandez-Blanco et al.,2022）。

濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評價已受到國內(nèi)外學者的廣泛關注，根據(jù)研究目的和技術手段的差異，所采用的評價方法也不盡相同，主要分為生物評價法和指標體系法。生物評價法主要包括指示物種法和生物完整性指數(shù)評價法；指標體系法在我國的應用較為廣泛，主要包括PSR（Pressure-State-Response）模型、熵權法、Delphi 法、三級評價模型、灰色模型、BP 神經(jīng)網(wǎng)絡模型、投影尋蹤模型、Topsis 模型和粗糙集理論模型等（周靜等,2018）。PSR 模型因其能夠提供有效的指標分類方案、準確體現(xiàn)濕地管理者的最終目標且有利于實現(xiàn)動態(tài)評價等特點，是目前應用最為廣泛的評價指標體系之一。本研究基于PSR 模型，結合層次分析法和模糊綜合評價法評價拉魯濕地生態(tài)系統(tǒng)健康狀況，為提高其濕地資源監(jiān)測和保護管理水平提供可靠的數(shù)據(jù)支撐和科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

拉魯濕地國家級自然保護區(qū)（29°39′46′′—29°41′05′′ N，91°03′48′′—91°06′51′′）位于西藏自治區(qū)拉薩市西北部，是世界上海拔最高、面積最大的天然城市濕地，濕地面積620 hm2，呈東西帶狀分布，平均海拔3 645 m（圖1）。拉魯濕地被譽為“拉薩之肺”“天然氧吧”,主要保護對象為高寒濕地生態(tài)系統(tǒng)，屬于蘆葦泥炭沼澤，（秦衛(wèi)華等,2022）。研究區(qū)屬于溫帶半干旱季風氣候，年平均降水量為439.3 mm，其中80%～90%集中在6—9月。年平均氣溫為7.6°C，晝夜溫差較大（劉漢武等,2005;Kang et al.,2021）。

1.2 健康評價方法

1.2.1 指標體系構建綜合考慮青藏高原地區(qū)高寒濕地特點及拉魯濕地實際狀況，依據(jù)整體性、代表性和可獲取性等原則，結合生態(tài)系統(tǒng)的結構和功能特征，以及經(jīng)濟社會和政策法規(guī)的影響等因素，運用PSR 模型，從壓力、狀態(tài)和響應3個層面選取19 項評價指標，用于構建拉魯濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評價體系（表1）。

表1 拉魯濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評價體系Table 1 Ecosystem health assessment system for the Lalu wetland

1.2.2 數(shù)據(jù)預處理和標準化由于各項指標間的量綱不統(tǒng)一，導致指標之間缺乏可比性。為消除量綱的影響和計算簡便，本研究運用模糊綜合評價法將定性與定量指標有效結合，對各評價指標的實際數(shù)值利用極差法進行標準化，標準化后的指標取值范圍為0～10。

對于正向指標a1,a2,a3……an進行變換：

對于負向指標B1,B2,B3……Bn進行變換：

新序列R1,R2……Rn∈[0,10]且無量綱。

式中：Rij為各正向或負向指標標準化后的數(shù)值；ai或Bj為拉魯濕地指標體系中第i 或j 個正向或負向?qū)傩缘闹笜耍籱ax 為評價指標體系中該指標的最大值；min 為評價指標體系中該指標的最小值。

1.2.3 指標權重確定基于層次模型基礎，向?qū)＜野l(fā)放和收集調(diào)查問卷，導入專家決策數(shù)據(jù)，構建判斷矩陣，求出最大特征根的特征向量并進行靈敏度分析，最終得出各評價指標和相應準則層的權重值（表2）。

表2 拉魯濕地生態(tài)系統(tǒng)健康分級標準及權重Table 2 Indicator weights and ranking criteria for the ecosystem health assessment system for Lalu wetland

1.2.4 健康指數(shù)計算研究采用多目標線性加權函數(shù)的方法進行計算，分別得到拉魯濕地生態(tài)系統(tǒng)壓力層、狀態(tài)層、響應層和綜合健康指數(shù)(Comprehensive Health Index，CHI)，計算公式如下：

式中：CHI—生態(tài)系統(tǒng)綜合健康指數(shù)取值范圍為0～10；Ij—第j 個評價指標標準化后的值；W j—第j 個評價指標的權重；n—評價指標個數(shù)。

根據(jù)綜合健康指數(shù)計算結果和等級評定標準，綜合判別濕地生態(tài)系統(tǒng)健康等級及含義（表3）。

表3 濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評價等級標準及其含義Table 3 Wetland ecosystem health assessment level standards and their meanings

2 結果與分析

通過多渠道數(shù)據(jù)來源獲取拉魯濕地評價指標的現(xiàn)狀值和標準化值，結合各指標權重得出濕地綜合健康值為6.74，屬于“健康”水平，其中拉魯濕地壓力、狀態(tài)和響應要素健康得分分別為9.90、5.16和8.78，分別屬于“非常健康”“亞健康”和“非常健康”水平（表4）。

表4 拉魯濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評價結果Table 4 Health assessment results of Lalu wetland

2.1 壓力要素

拉魯濕地壓力層指標中健康水平較高的主要有人口密度、GDP、放牧壓力和災害性天氣，健康水平較低的有污水排放量和外來物種入侵。拉魯濕地所在拉薩市人口密度為23.84 人/km2，GDP 為540.78億元。根據(jù)現(xiàn)場考察，濕地內(nèi)實行全域禁牧，放牧壓力極小。《中國氣象災害年鑒》記錄拉薩市發(fā)生高溫氣象災害1 項，相比于青藏高原區(qū)域水平的災害性天氣發(fā)生頻次較少。拉薩市的污水排放量為4 087 萬t，而拉魯濕地的主要補水水源流沙河、北干渠、南干渠和中干渠穿越拉薩市市區(qū)，因此，拉魯濕地的污水凈化壓力相對較大。《中國濕地資源》（西藏卷）記載拉魯濕地有放生的鯉（Cyprinus carpio）和鯽（Carassius auratus），及外來脊椎動物1 綱1 目1 科2 種。有學者在拉魯濕地內(nèi)還發(fā)現(xiàn)原產(chǎn)于美國落基山脈以東地區(qū)的外來物種牛蛙（Lithobates catesbeiana）（米瑪旺堆等,2014）和原產(chǎn)于美國中南部的紅耳彩龜（Trachemys scripta elegans）（范麗卿等,2016），說明拉魯濕地存在一定的外來物種入侵風險。

2.2 狀態(tài)要素

在拉魯濕地狀態(tài)層指標當中，處于“健康”及以上水平的指標有地表水水質(zhì)級別、土壤重金屬污染物、植被覆蓋度、濕地斑塊密度和鳥類棲息地功能，處于“健康”程度以下的指標有國家重點保護野生動物、土壤有機碳含量、土壤水分含量、鳥類多樣性和土壤微生物多樣性值。

對拉魯濕地水體、土壤和植被進行野外現(xiàn)場調(diào)查或室內(nèi)樣品分析，得出拉魯濕地總體水質(zhì)為Ⅱ類，無超標的土壤重金屬污染物，植被覆蓋度為88%，濕地斑塊密度為0.49 個/km2，景觀破碎化程度較低，完整性較好。濕地土壤有機碳含量、土壤質(zhì)量含水量和土壤微生物Shannon 指數(shù)平均值分別為3.13 g C/kg、34.12%和2.60。有學者得出拉魯濕地鳥類多樣性為2.30，與青藏高原地區(qū)其余濕地相比，拉魯濕地鳥類多樣性處于較低水平，但仍為鳥類提供了適宜的棲息環(huán)境（周生靈等,2020;次仁等,2019）。

2.3 響應要素

拉魯濕地響應層指標均處于“健康”及以上水平。針對拉薩市民開展問卷調(diào)查，共回收問卷100 份，計算得出濕地管理水平為78.5 分、公眾濕地保護意識為92.5 分、政策法規(guī)執(zhí)行力度為68.8 分，說明拉魯濕地相關管理部門非常重視拉魯濕地生態(tài)環(huán)境保護和維護，民眾也積極參與當?shù)貪竦乇Ｗo工作。

3 討論

不同類型濕地內(nèi)部的各組分間，濕地與環(huán)境、社會及經(jīng)濟間的關系錯綜復雜，決定了濕地生態(tài)健康評價多指標的特點（崔保山等,2002），難以形成一套系統(tǒng)性的標準評價體系。不同研究者從自身目的出發(fā)，基于PSR 模型從多個角度設置相應的指標體系，開展了鄱陽湖濕地（李眾,2021）、黑河中游濕地（杜紅霞等,2021）、閩東濱海濕地（陳鳳等,2020）、三門峽庫區(qū)濕地（趙衡等,2020）、贛南尕海濕地（徐國榮等,2019）、云貴高原濕地（秦趣等,2019）和凌河口濕地（徐浩田等,2017）等不同類型濕地的健康評價工作。本研究綜合考慮了社會經(jīng)濟、生物、物理和化學方面的諸多因素，并增加了土壤有機碳含量和微生物多樣性等土壤功能關鍵指標進行健康評價，在指標選取方面具有一定的創(chuàng)新性和指導意義。以青藏高原區(qū)域指標閾值或本底值作為參考標準對拉魯濕地各項指標健康等級進行標準化，具有較強的科學性和地方適宜性。

在指標賦值方面，由于生態(tài)系統(tǒng)處在動態(tài)變化當中，不同時期的指標測定值會出現(xiàn)一定差異，本研究主要關注特定年份的生態(tài)健康狀況，為及時進行管理政策調(diào)整等提供有效建議。有學者對1995—2010 年間拉魯濕地生態(tài)系統(tǒng)進行健康評價發(fā)現(xiàn)，2005 年之前拉魯濕地生態(tài)系統(tǒng)健康程度快速下降，而之后生態(tài)系統(tǒng)健康呈波動趨勢，處于臨界健康狀態(tài)，并指出主要原因是人類活動的干擾（郝文淵等,2013）。本研究測定得出拉魯濕地沒有重金屬污染，李偉等（2023）最新研究拉魯濕地存在一定重金屬污染的風險，鎘（Cd）元素的富集尤為突出。拉魯濕地水質(zhì)指標在枯水期和豐水期會存在一定差異，枯水期水質(zhì)大部分為Ⅴ類，而豐水期水質(zhì)主要為Ⅰ和Ⅲ類（田瀚鑫等,2021）。隨著水體生態(tài)堤和攔污柵等濕地工程的實施，濕地內(nèi)部生態(tài)指標現(xiàn)狀值會隨之發(fā)生較大變化（李謙等,2023）。因此，基于適宜的濕地生態(tài)健康評價體系，未來還應根據(jù)評價指標現(xiàn)狀值的不斷變化及時更新評價結果，為管理者、決策者進行政策調(diào)整提供更為有效的參考。

4 結論

拉魯濕地生態(tài)系統(tǒng)整體處于“健康”水平，其中，壓力層和響應層處于“非常健康”水平。壓力層指標中污水排放和外來物種入侵處于預警階段，要重視拉魯濕地生活污水和相應污染物的排放，并加大外來物種入侵的防治。狀態(tài)層個別指標得分較低，建議建立多水源補水機制，提高土壤水分含量，有利于保持生物多樣性，并為鳥類和其余生物營造良好的棲息地環(huán)境。研究結果反映了拉魯濕地生態(tài)系統(tǒng)健康狀況，提出了濕地保護管理的對策建議，對高寒濕地生態(tài)系統(tǒng)的保護和可持續(xù)利用具有重要意義。