黄河三角洲湿地生态系统健康评价指标体系

WATERRESOURCESPROTECTION2012年1月Jan.2012

DOI:10.3969/j.issn.1004󰀁6933.2012.01.004

黄河三角洲湿地生态系统健康评价指标体系

王󰀁薇,陈为峰,李其光,王󰀁昕,马海燕

1,2

2

1

1

1

(1.山东省水利科学研究院,山东济南󰀁250013;2.山东农业大学资源与环境学院,山东泰安󰀁271018)

摘要:在借鉴国内外现有生态系统健康评价研究成果的基础上,结合黄河三角洲的实际,提出生态系统健康评价指标选取的基本原则,从功能整合性、生态特征、社会环境3方面,构建一套以󰀁3S󰀁技

术为核心,具有可操作性的湿地生态系统健康评价指标体系,并参考国内外评价指标标准,根据各指标对湿地生态健康影响的程度,将27个指标进行标准分级,利用层次分析法确定指标权重。最后选择垦利县作为研究区域进行湿地生态系统健康评价,结果表明,垦利县湿地生态系统健康状态脆弱,应加强保护。

关键词:湿地;生态系统;健康评价;指标体系;层次分析法;黄河三角洲

中图分类号:X171󰀁󰀁󰀁文献标识码:A󰀁󰀁󰀁文章编号:1004󰀁6933(2012)01󰀁0013󰀁04

AssessmentindicatorsystemforecosystemhealthofwetlandsinYellowRiverDelta

WANGWei1,2,CHENWe-ifeng2,LIQ-iguang1,WANGXin1,MAHa-iyan1

(1.WaterResourcesResearchInstituteofShandongProvince,Jinan250013,China;

2.CollegeofResourcesandEnvironment,ShandongAgriculturalUniversity,Tai󰀁an271018,China)

Abstract:Basedonforeignanddomesticresearchonecosystemhealthassessment,thebasicprinciplesforselectingindicatorsforecosystemhealthassessmentintheYellowRiverDeltawereproposedwithconsiderationoftheactualconditionsinthearea.Withconsiderationoffunctionalintegration,ecologicalcharacteristics,andsocialenvironment,anoperationalassessmentindicatorsystemfortheecosystemhealthofwetlandswasconstructedusing3Stechnology,whichwasregardedasthekeytechnology.Withreferencetosomeforeignanddomesticevaluationcriteria,the27indicatorswereclassifiedintodifferentgradesaccordingtotheirinfluencesontheecosystemhealthofthewetlands.AHPwasusedtodeterminetheweightsoftheindicators.AcasestudywasconductedinKenliCountyforassessmentoftheecosystemhealthofthewetland,verifyingthattheconstructedindicatorsystemisreasonable.

Keywords:wetland;ecosystem;healthassessment;indicatorsystem;analytichierarchyprocessmethod;YellowRiverDelta󰀁󰀁湿地生态系统健康研究是湿地研究领域的新概念、新领域,也是生态系统健康研究的新方向。湿地生态系统健康评价关键在于评价指标体系的建立,在区域湿地生态系统健康评价及其指标选择方法中,根据工作的目的,指标选择方法和侧重点有所不同。对生态系统健康评价指标的研究,可追溯到17世纪末18世纪初。在过去的几十年里,湿地生态系统健康的评价指标主要集中在化学和生物指标上[1󰀁6]。近些年,主要从生态系统、流域、景观生态的

󰀁󰀁基金项目:水利部公益性行业科研专项(200801026)

作者简介:王薇(1980󰀁),女,工程师,博士研究生,主要从事湿地生态、农业水土工程方面研究。E-mail:wang1980wei@163.com通讯作者:陈为峰,教授。E-mail:chwf@sdau.edu.cn

角度建立湿地生态系统健康评价指标,评价对象主

要是河流、湖泊、水库,而对整个湿地生态系统健康进行研究的较少,而且评价指标定性描述的较多,定量分析的比较少,没有统一的湿地生态系统评价等级和评价标准。如何建立一套系统、综合、全面的湿地生态系统健康评价指标体系有待进一步研究[7󰀁9]。

黄河三角洲湿地作为我国暖温带最完整、最广阔、最年轻的具有国际生态保护意义的典型新生湿地生态系统和具有重大开发应用价值的河口区域,

󰀁13󰀁一直受到国内外有关学者的关注。本研究结合黄河三角洲的实际,提出生态系统健康评价指标选取的基本原则,从功能整合性、生态特征、社会环境3方面,构建一套具有可操作性的湿地生态系统健康评价指标体系。参考国内外评价指标标准,根据各指标对湿地生态健康影响的程度,将27个指标进行标准分级,利用层次分析法确定各指标权重,最后选择垦利县作为研究区评价其湿地生态系统的健康状况。

原则,在以生态系统及区域环境变化为背景的条件下评价湿地生态健康系统的现状特征。

c.定性与定量相结合原则。目前对湿地生态系统健康的界定,往往涉及一系列指标,而一方面,有些指标还很难做到完全的定量化,只能采用定性描述;另一方面,这些描述性指标又不失其内在的科学性。在这种情况下,定性指标与定量指标有效结合,方能更全面准确地衡量湿地系统的健康状态。2.2󰀁评价指标体系框架

本文根据黄河三角洲湿地生态系统健康评价指标的选取原则,建立了指标体系框架,按照层次分析法(analytichierarchyprocess,简称AHP法)思想,将湿地生态系统健康分为3个层次。第1层次是目标层,指湿地生态系统健康综合评价;第2层次是评价准则层,指每一个评价准则具体由哪些因素决定。本文的评价准则层由湿地功能整合性、湿地生态特征、湿地社会环境指标组成;第3层次是指标层,指每个评价因素由哪些具体指标来表达(图1)。

1󰀁研究区概况

󰀁󰀁黄河三角洲位于黄河入海口处,北临渤海,东靠

莱州湾,90%以上区域属于东营市,包括2区3县(东营区、河口区、广饶县、利津县、垦利县),属暖温带半湿润季风气候,全年日照时数2590~2830h,全年平均气温11󰀁7~12󰀁6󰀁,年平均降雨量530~630mm,且70%的降雨量集中在夏季,年蒸发量1900~2400mm,全年平均风速3󰀁1~4󰀁6m/s。该区域总的气候特点是光照充足,热量丰富,四季分明,气温适中,雨热同期,风能资源丰富,但降水量年内分配不均且蒸发量大,常有旱涝风霜雹和风暴潮等自然灾害,是风暴潮多发区。

2󰀁评价指标体系的构建

2.1󰀁评价指标选取的原则

a.整体性原则。湿地生态系统往往包含多种湿地类型,如果将不同的湿地类型分别进行健康评价,将是很困难、很繁杂的事情,这时需要从湿地整体概念出发,将其共性提取出来进行评价。研究把黄河三角洲湿地生态系统看做是自然󰀁社会󰀁经济复合生态系统的有机组成部分,从整体上选取指标对其健康状况进行综合评价。

b.静态与动态相结合原则。对湿地生态系统健康进行评价,既要选取静态指标对其现状进行界定,又要选取涉及系统生态功能特征及其外部条件随时间变化的动态指标,采取静态与动态相结合的

准则层

指标获取方式统计数据统计数据统计数据统计数据统计数据统计数据统计数据统计数据统计数据

湿地生态特征准则层

图1󰀁黄河三角洲湿地生态系统健康评价指标体系框架

2.3󰀁评价指标

指标是评价的尺度,任何评价都是建立在指标的基础上。根据黄河三角洲湿地生态系统特征,紧紧围绕生态系统功能和人类活动,从湿地功能整合性、湿地生态特征、湿地社会环境3方面选取27个具体的指标[10](表1)。斑块个数、景观多样性指数、景观均匀度指数数据的获取,是运用基于WINDOWS操作系统的FRAGSTATS3󰀁3版本,通过对湿地分类结果图进行编辑及格式转换后,得到30m󰀁30m精度的网格数据,再分别进行各个层级的景观指数提取。

指标来源或

获取方式实地监测定性与定量结合

统计数据统计数据定性与定量结合

统计数据TM解译TM解译TM解译

湿地社会环境准则层

指标层人口健康状况人类活动强度周边人口素质物质生活指数农药施用强度化肥施用强度湿地保护意识法规贯彻力度湿地管理水平

指标来源或获取方式统计数据统计数据统计数据统计数据统计数据统计数据统计数据定性定性

表1󰀁黄河三角洲湿地生态系统健康评价指标体系

指标层降雨量蒸发量

湿地功能整合性

洪水能力水文调节能力侵蚀变化情况净化能力变化情况栖息地破坏或退化率物质生产水平情况原材料质量变化情况

指标层水质

土壤有机质质量比生物量变化情况湿地面积变化湿地受威胁状况生物多样性斑块个数景观均匀度指数景观多样性指数

󰀁󰀁注:TM解译指ThematicMapper卫星遥感图片通过GIS工具进行解析。

󰀁14󰀁

2.4󰀁评价指标标准分级

评价指标确定后,直接用它们去进行评价是困难的,因为各系数之间的量纲不统一,所以没有可比性。即使对于同一个参数,尽管可以根据它们实测值的大小来判断它们对生态系统健康影响的程度,但也因缺少一个可作比较的环境标准而无法较确切地反映其对环境的影响。

在黄河三角洲湿地生态系统健康评价过程中,将评价指标分为健康、亚健康、脆弱、疾病、恶劣5个等级。制定评价指标标准的参考状态主要有下列几种:󰀁背景和本底标准,指黄河三角洲当地的地理条件和湿地生态系统的历史水平;󰀁理想标准,指黄河三角洲湿地未来的管理目标及理想状态;󰀁临界标准,指相关属性值的临界水平,即某些指标所处的影响生物生长、生存的临界值;󰀁国家、行业和地方规定的标准,包括GB3838󰀁2002󰀁地表水环境质量标准󰀁和

级别健康亚健康脆弱疾病恶劣级别健康亚健康脆弱疾病恶劣

降雨量/mm>700600~700500~600400~500<400

蒸发量/mm<10001000~13001300~16001600~1900>1900

洪水能力

能力强,基本无附加工程费用

在筑堤后,有较强的能力须有筑提,水库和滞洪区配合,才具有较强的能力没有明显的能力,工程附加费用多不能洪水

栖息地破坏或退化率/%

<22~55~88~12>12

GB15618󰀁1995󰀁土壤环境质量标准󰀁;󰀁类比标准,指景观均匀度等。各指标标准分级见表2~4。2.5󰀁评价指标权重确定

黄河三角洲湿地生态系统健康评价过程中,通常用指标的权重来表示各指标在整个评价体系中的相对重要程度。本研究根据层次分析法确定黄河三角洲湿地生态系统健康各指标的权重[10],见表5。

3󰀁实例研究

山东省垦利县地处黄河三角洲开发建设主战场的最前沿,拥有丰富的湿地资源,约60%的黄河三角洲湿地自然保护区位于垦利县境内。本研究基于行政区域的完整性,选择垦利县作为研究区域。

利用上文构建的27个具体指标,以及指标标准分级和指标权重,采用模糊综合评判模型与隶属函数相结合,评价垦利县湿地生态系统健康状况[10]。

水文调节能力

供水、补水能力在提高筑堤后,补水能力增强附加人工设施后供、补水能力增强

补水、供水能力弱,且不断减弱

不能供水、补水物质生产水平情况

侵蚀变化情况

没有水土流失现象,侵蚀变化率

󰀁0

水土流失不明显,或个别地段有微弱侵蚀,侵蚀变化率0~3%有部分水土流失现象,侵蚀变化率为3%~6%

水土流失现象较严重,侵蚀变化率6%~9%

侵蚀能力很差,下降趋势明显,侵蚀变化率>9%原材料质量变化情况

质量保持稳定,植物高度、茎粗没有明显变化

部分区间的原材料质量下降,但不构成威胁

部分地段原材料质量下降,但可控制质量明显下降,对产量影响很大质量明显下降,高度、茎粗变化明显,影响范围大

表2󰀁黄河三角洲湿地功能整合性指标标准分级

净化能力变化情况净化能力增加,变化率󰀁0净化能力没有明显变化,减小率为0~5%

净化能力在减弱,减小率为5%~10%

净化能力明显减弱,减小率为10%~20%

净化能力明显减弱,减小率>20%

年收获量增加,增加率>5%年收获量增加,增加率为0~5%年收获量下降,减少率为0~5%年收获量下降,减少率为5%~10%年收获量下降,减少率>10%

表3󰀁黄河三角洲湿地生态特征指标标准分级

级别健康

水质󰀁

土壤有机质质量比/(g󰀁kg-1)

>15

生物量变化情况

生物量增加,增加率>10%

生物量增加或没有明显改变,增加率为0~10%生物量稍稍减少,减少率为0~10%

生物量减少,减少率为10%~20%

生物量已明显减少,减少率>20%

湿地面积变化率/%<0󰀁2

湿地受威胁状况无过度渔猎、割草、捡鸟蛋、垦殖等现象有渔猎、割草现象,但很适宜,无捡鸟蛋、垦殖等现象

过度渔猎、割草,垦殖等现象

渔猎、割草强度大,垦殖、捡鸟蛋等现象严重过度渔猎、割草、捡鸟蛋、垦殖

生物多

样性/%>40

斑块个景观多样景观均匀数/万个性指数度指数<1

>2

>0󰀁8

亚健康󰀁13~150󰀁2~0󰀁530~401~1󰀁52~1󰀁80󰀁8~0󰀁7

脆弱疾病恶劣

󰀁󰀁󰀁

11~139~11<9

0󰀁5~0󰀁80󰀁8~11

20~3010~20

1󰀁5~2󰀁02󰀁0~2󰀁5

1󰀁8~1󰀁61󰀁6~1󰀁4

0󰀁7~0󰀁60󰀁6~0󰀁5

<10>2󰀁5<1󰀁4<0󰀁50

󰀁15󰀁表4󰀁黄河三角洲湿地社会环境指标标准分级

级别

人口健康状况/%<0󰀁2

人类活

周边人口

动强度/

素质/%

(人󰀁km-2)0~100100~150150~200200~250>250

>1515~1010~55~2<2

物质生活指数/元>40004000~30003000~20002000~1000<1000

农药施化肥施用用强度/强度/

-2

(kg󰀁hm)(kg󰀁hm-2)<2󰀁52󰀁5~33~44~4󰀁5>4󰀁5

<200200~250250~350350~450>450

湿地保护意识/%>0󰀁50󰀁4~0󰀁50󰀁3~0󰀁40󰀁2~0󰀁3<0󰀁2

法规贯彻力度

湿地管理水平管理机构合理,人员素质

高,人员配置科学管理机构较合理,人员素质较高

有相应的管理机构,但管理人员缺乏必要的培训人员素质不高,管理不善管理落后,水平低下或没有完整的管理机构

健康全面贯彻,积极落实比较认真地贯彻了应有的法规部分法规得到落实、贯彻简单应付,不认真对待完全搁置

亚健康0󰀁2~0󰀁5脆弱疾病恶劣

0󰀁5~0󰀁80󰀁8~11

󰀁󰀁注:各指标具体含义参见文献[10]。

表5󰀁黄河三角洲湿地生态系统健康指标权重

准则层

及其权重

指标层降雨量蒸发量洪水能力

湿地功能整合性0.3469

水文调节能力侵蚀变化情况净化能力变化情况栖息地破坏或退化率物质生产水平情况原材料质量变化情况

水质

土壤有机质质量比生物量变化情况

湿地生态特征0.46

湿地面积变化率湿地受威胁状况生物多样性斑块个数景观多样性指数景观均匀度指数人口健康状况人类活动强度周边人口素质

湿地社会环境0.1985

物质生活指数农药施用强度化肥施用强度湿地保护意识法规贯彻力度湿地管理水平

指标归

指标归一

指标权重一化权

化权重

重排序

0󰀁06570󰀁02279170󰀁05060󰀁13680󰀁18260󰀁19570󰀁11820󰀁08800󰀁000󰀁07340󰀁140󰀁18010󰀁07340󰀁06370󰀁05310󰀁09660󰀁12230󰀁12060󰀁12580󰀁17990󰀁14650󰀁08610󰀁12790󰀁04460󰀁08630󰀁12100󰀁09780󰀁1099

0󰀁003320󰀁006920󰀁024980󰀁035730󰀁023130󰀁010400󰀁007830󰀁006530󰀁074740󰀁081870󰀁033370󰀁0260󰀁024140󰀁043910󰀁055600󰀁0820󰀁057190󰀁035710󰀁029080󰀁017090󰀁025390󰀁008850󰀁017130󰀁024020󰀁019410󰀁02182

27251371622242621911145381021122320151918

会环境3方面着手,构建一套以󰀁3S󰀁技术为核心,具有可操作性的湿地生态系统健康评价指标体系,并根据背景和本底标准,临界标准,国家、行业和地方规定的标准以及类比标准,将黄河三角洲湿地生态系统健康评价的27个指标进行标准分级,利用层次分析法确定了指标权重。最后根据构造的指标体系,选择山东省垦利县作为研究区域,利用模糊综合评判模型和隶属度函数,计算了垦利县湿地生态系统的健康度,计算结果表明,垦利县湿地生态的健康度为0󰀁06,表明目前垦利县湿地生态系统健康状态脆弱,应加强保护。参考文献:

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[10]王薇.黄河三角洲湿地生态系统健康综合评价研究

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(收稿日期:2011-10-26󰀁编辑:彭桃英)

经计算垦利县湿地生态系统健康度为0󰀁06,目前垦利县湿地生态系统健康脆弱(0󰀁5~0󰀁7),即湿地生态结构完整、具有一定的系统活力,外界压力较

大,接近湿地生态阈值,系统尚稳定,可发挥基本的湿地生态功能,湿地生态系统可维持,但敏感性强,已有少量的生态异常出现。

4󰀁结󰀁语

本文从湿地功能整合性、湿地生态特征、湿地社

󰀁16󰀁