馬來西亞士兆濱海濕地生態系統健康評價研究★

裘 江，丁天辰，Yeow Kah Niam，劉嘉逸，江知源，陸蘊曦

(1.上海應用技術大學生態技術與工程學院,上海 201418; 2.Universiti Tunku Abdul Rahman,Malaysia 43000)

濱海濕地生態系統豐富多樣,是許多物種的重要棲息地,也是人類主要的居住地區[1],具有很高的經濟和社會價值。根據《中華人民共和國海洋環境保護法(第三次修正案)》附則中給出明確定義,濱海濕地是指低潮時水深淺于6 m的水域及其沿岸浸濕地帶,包括水深不超過6 m的永久性水域、潮間帶(或洪泛地帶)和沿海低地等。然而隨著全球經濟快速發展,人口增長和城市化進程的加快,人類活動與濱海濕地生態系統之間的矛盾也日益突出,濱海濕地生態系統的健康面臨嚴重威脅,其已成為國內外學者重要研究領域,對濱海生態健康的關注不僅體現在生態保護和可持續利用,更直接推動濱海濕地的管理和治理發展。

馬來西亞登嘉樓州士兆濕地具有豐富的濕地類型,目前開發程度較低,當地政府采取聯絡網式管理措施,具有極高研究價值。本項目采用“壓力-狀態-響應(PSR)”模型,建立濱海濕地生態系統健康評價體系,運用層次分析法(AHP)進行數據分析,提出針對士兆濕地的健康保護策略,為“一帶一路”沿線東南亞地區的濱海濕地保護與利用情況提供有力的科學依據,結合更有效的濱海濕地管理和保護策略,實現士兆濕地資源的可持續利用,以期對我國同類濕地的研究及其保護提供參考借鑒。

1 研究區概況

士兆濕地占地23 000 hm2,是馬來西亞半島東海岸最大、最完整的沿海濕地綜合體。共有Setiu,Chalok,Bari,Merang四條主要河流流徑。士兆河(Setiu)流域總計102 500 hm2,約占士兆地區面積的79%。另外,約63 900當地人口都直接或間接地依賴、受益于濕地,是當地重要的生態資源。

士兆濕地沿岸有長達230 km的海岸線,部分海岸及島嶼覆蓋有原始紅樹林沼澤,其中,士兆濕地的生態系統包含淡水沼澤、河口、潟湖和河流和永久性淺海水域等[2],包括RAMSAR濕地類型分類系統[3]中列出的12種濕地生態系統類型中的至少1/2的類型。沿岸區域由于其地貌受到東北季風系統的影響,主要特征為潟湖、河道口和沿海沖積平原,而在內陸區域,主要特征為紅樹林、以白千層為主的季節性淡水沼澤和沿海森林。同時,士兆濕地擁有豐富生物資源,是海龜和陸龜的繁殖和筑巢地;河岸和上游生態系統(士兆濕地-Chalok-Bari河流域)是巨型淡水蝦(Macrobrachium rosenbergii)的重要漁場。

潟湖是士兆濕地的另一種獨特景觀,與其海岸的一部分相連。這種環礁湖不僅是最罕見的海岸形態之一,而且也是登嘉樓州最壯觀和美麗的景觀之一,是當地社區經濟活動的重要生態系統,目前主要用于水產養殖,擁有巨大的生態旅游潛力。

2 研究方法(評價體系的建立)

2.1 概念模型的選擇

PSR模型是由加拿大統計學家Rapport提出的人類與環境相互作用而產生的“壓力-狀態-響應”模型。壓力系統是指廣泛間接影響濱海濕地生態系統的重要原因,反映人類對生態系統環境的干擾與威脅程度,主要選擇反映人類干擾狀況的人口密度和人類干擾指數[4]。狀態系統反映出生態系統在壓力系統下產生的變化,本研究初步從環境質量和生物多樣性兩個方面考慮選取了評價指標。而響應系統反映的是人類為預防或改善環境狀態變化而采取的對策,其中,本生態系統健康分級從環境保護教育科普率和濕地管理水平兩方面入手,通過改變響應手段來減輕壓力的影響,進而改善生態系統狀態。反映了人類為緩解生態危機和生態破壞的主觀行為,如對于濕地的投入、營建工程和宣傳教育以維護生態系統功能等相關行為[5]。

2.2 評價指標因素集的確定

士兆濕地生態系統比較復雜,基于國內外學者已有研究以及亞拉曼大學有關團隊的數據分析,結合士兆濕地實際情況,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[6],通過PSR模型,篩選出壓力、狀態、響應3個層面的12個指標,建立馬來西亞登嘉樓州濱海濕地生態系統健康評價體系(見表1)。

表1 馬來西亞登嘉樓州濱海濕地生態系統健康評價體系

2.3 濱海濕地生態系統健康分級

目前國際上沒有統一的劃定生態系統健康狀況的等級評價標準,本文基于相關研究及國家標準,查閱相關歷史文獻資料并結合實際情況,把濱海濕地生態系統整體健康程度由數字0～1劃分為4個等級,依次為健康(0.75～1]、較健康(0.5～0.75]、一般病態(0.25～0.5]、不健康(0～0.25](見表2)。

表2 評價等級及評價分值

2.4 評價標準

根據濱海濕地生態系統的整體健康分級,本研究將每個指標標準分成4級,每個級別的標準都相應于各級別的范圍,而指標的得分則是按照不同的數值的大小來酌加,并確定各項指標所對應的分級和標準(見表3—表5)。

表3 壓力層指標標準分級

表4 狀態層指標標準分級

表5 響應層指標標準分級

2.5 評價指標權重的確定

根據構造的濱海濕地生態系統健康評價體系結構模型及各層次指標間的相互關系,利用層次分析法(AHP)中 T L Saaty 的1～9標度法[7]對各層次因素分別進行兩兩比較,并建立判斷矩陣,隨后進行一致性檢驗,當一次性比率小于0.1時,則判斷目標濕地通過一致性檢驗。計算得到士兆濕地各相關指標的權重值,并對判斷矩陣進行了一致性檢驗,指標權重大多小于0.1,獲得了比較好的一致性(見表6)。

表6 濱海濕地生態系統健康指標權重

2.6 熵值法

本文評價指標的權重是采用熵值法來確定的。首先計算第i市第j項指標值的比值:

(1)

計算指標的信息熵:

(2)

其中,k>0,k=1/ln(n),其中ej≥0,計算第j項指標的差異性系數:

dj=1-ej

(3)

計算權重值公式為:

(4)

采用綜合指數法進行評價,其公式為:

(5)

其中,F為綜合指數;wi為第i子系統的權重;xij為指標值;m為第i子系統的指標數。最終計算得到的綜合指數F越接近于1,則代表濱海濕地生態系統越健康,F越接近于0,則代表濱海濕地生態系統越不健康。

3 分析與討論

3.1 數據來源及處理

3.1.1 侵蝕控制和沉積物保持

侵蝕控制和沉積物保持對于調查物種在棲息地的作息至關重要,通過本項目馬來西亞團隊在士兆濕地設立了10個采樣點(見表7),在士兆濕地發現了侵蝕和沉積的情況(見圖1),推測造成這種情況的主要因素是季風,另外人為活動也是造成這一問題的因素之一,由于該地區生產力較高,以捕魚而聞名,加上有許多諸如旅游開發的其他人類活動及疫情影響,使得本項目馬來西亞團隊的調研工作量超出預期。

表7 采樣點坐標及其概況

研究發現,微量金屬在生物體的生化過程中也發揮著重要作用,有助于其生長、發育和生理活動[8]。如果濃度長期超過允許限度,且它們持續暴露在環境中可能會對生物體和生態系統造成不利影響,會導致生化機制退化,并對水生生物產生健康影響[9]。團隊從采樣點收集地表水樣本,并將其儲存在酸洗的高密度聚乙烯瓶中,通過0.7 μm GF/F過濾器過濾水樣,并冷藏保存直至分析。使用標準手動比色法分析過濾后的水樣,測得其中溶解的無機營養物硝酸鹽、亞硝酸鹽、氨和溶解的無機磷酸鹽(DIP)含量(見圖2,圖3)。通過濕法消解法測定溶解的有機氮和磷以及顆粒有機氮和磷,發現人類活動的排放會造成的水質惡化,水中的營養物質的輸入會嚴重降低周圍地區的水質,并造成排放水中過量的營養物質,比如氮和磷刺激浮游植物的密集生長,導致富營養化問題[10]。

3.1.2 土壤形成

士兆濕地的沿海平原起源于海洋沉積物,分布在一系列與海岸線平行的山脊和凹陷中,呈現出海灘山脊與沼澤交錯現象“Beach Ridges Interspersed with Swales(BRIS)”,BRIS 是貧營養化的,由于其90%都是沙子,具有極高的保水能力,并不適合農業生產,然而,BRIS土壤卻支持獨特的自然植被形成,這與典型的常綠雨林有所不同[11]。BRIS山脊部分支持例如石楠(Photinia serratifolia)的生態系統植物,而洼地部位通常是一片具有適應性植被的季節性濕地[12]。

實地調研發現,在離海岸線更遠的內陸地區,源自海洋沉積物的砂質土壤上種植著由大量生長狀態不佳的植被組成的沿?；旌仙?這表明,BRIS土壤系統在登嘉樓州沿海地區分布廣泛,沿海平原的大部分地區被沙脊覆蓋,并交替出現淺的線性凹陷,形成沼澤。通過長期的地質過程變化,沉積的水下區域漸漸出現了,其沉積特征形成了山脊(干燥的沙質區域)和沼澤(凹陷區域通常被水淹沒)(見圖4)。

BRIS土壤對于支持可能具有特定遺傳物質和價值的適應性強的植物仍然很重要。這些植物的遺傳特質具有巨大的潛力,可適應干旱鹽堿條件,它們的組織通常含有高次生代謝物,用于保護自己免受自然害蟲和天敵的侵害,來應對土壤和水資源稀缺。

3.1.3 濕地庇護

士兆濕地潟湖生態系統具有豐富的生物多樣性,生物圈對于濱海濕地起到一種“庇護”作用。本項目馬來西亞團隊基于實地調研和查閱有關資料,對于當地潟湖魚籠養殖業進行研究,發現當地正大規模進行集約化水產養殖[13],團隊針對不同養魚節點狀態對士兆濕地潟湖生態系統服務影響進行了概率分析(見表8),發現當地水產養殖業的狀態將很大程度影響濕地生態系統健康。

表8 不同情況魚籠養殖活動對士兆濕地潟湖生態系統服務影響的概率

續表

3.2 濱海濕地生態系統健康狀況綜合評價

綜合侵蝕控制和沉積物保持、BRIS植被覆蓋、水產養殖影響等數據并結合其他一系列材料(如表9所示)整理計算后,綜合指數F為0.685,得出馬來西亞登嘉樓州士兆縣濱海濕地的生態狀況為較健康。

表9 濱海濕地生態狀況評價權重結果

3.3 討論與保護策略

3.3.1 決策聯絡網與生態健康保護聯絡機制

在濱海濕地生態系統服務功能研究與保護的過程中,需要構建一套明確且強大的決策聯絡網,通過實施先進的技術并整合其到決策過程中,可以提升生態保護工作的效率、安全性和可持續性。這些技術的引入可以提供強有力的數據和技術支持,以填補決策聯絡網的信息缺口,從而實現更有效的決策[14]。士兆濕地周邊社區已通過構建生態健康保護聯絡機制對濱海濕地旅游實施可持續性開發,包括對濕地物種個體、群體和人口的防護,通過專業協作來辨識、預防并緩解傳染性疾病以及環境、化學和放射性威脅的影響。同時,其作為公共衛生管理的分支,通過社會的協同努力來抑制濕地退化、延長濕地物種生命并提升健康[15]。

3.3.2 濱海濕地生態系統健康保護策略

根據對于士兆濕地的研究,提出以保護濕地生物與文化多樣性為主題的濱海濕地生態系統健康保護策略:

1)通過科學的規劃和合理的開發策略,實現濱海濕地資源的可持續利用,同時確保生態系統的長期健康和穩定;

2)倡導生物多樣性保護,尤其針對受威脅和瀕危物種,推動其在濱海濕地中的棲息地恢復和保護;

3)高效地利用濱海濕地的自然蓄洪和雨水調節功能,以減輕洪水災害和改善水資源管理;

4)利用濱海濕地的自然過程進行地下水補給、水污染過濾和沉積物捕集,從而優化濕地水資源的質量和數量;

5)實施土壤保護策略,通過防止侵蝕和改善土壤質量,維護濱海濕地的生態服務功能;

6)加強法制建設,制定和實施專門的濱海濕地保護法律法規,確保濕地資源的合理利用和保護;

7)進行積極的輿論宣傳,提升公眾對濱海濕地文化認知和濱海濕地保護的公眾參與度,以形成社會共識和支持。

4 結論

本文利用士兆濕地實地采集數據與當地有關部門處獲取的資料,基于PSR模型構建了一套準確性高、可操作性強的濱海濕地生態系統健康評價體系,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馬來西亞登嘉樓州士兆濕地生態狀況綜合指數為0.685,屬于較健康水平,但現有濱海濕地生態系統服務功能研究與保護仍存在部分問題,構建一個清晰且強有力的濕地健康評估與決策聯絡網,對于士兆濕地的可持續發展至關重要,本研究建立的評價系統可以為當地政府環境部門提供有力的數據與技術支持,輔助決策聯絡網的構建。而對于當地居民來說,這種生態健康保護聯絡機制的建立尤為重要。本研究對進一步完善登嘉樓州濱海濕地生態系統健康評價體系仍有一定的參考價值,以期對東南亞地區濱海濕地的生態恢復和生態保護提供一定的指導性依據,同時也可以為我國同類濱海濕地提供深刻的啟示。