王巧銘， 田 昆， 王學(xué)雷， 陳國柱， 余磊朝

(1.西南林業(yè)大學(xué) 生態(tài)旅游學(xué)院， 昆明 650224； 2.國家高原濕地中心， 昆明 650224;3.中國科學(xué)院 測量與地球物理研究所， 武漢 430077)

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高原濕地滇池生態(tài)系統(tǒng)健康評估探討

王巧銘1,2， 田 昆2*， 王學(xué)雷3， 陳國柱2， 余磊朝1,2

(1.西南林業(yè)大學(xué) 生態(tài)旅游學(xué)院， 昆明 650224； 2.國家高原濕地中心， 昆明 650224;3.中國科學(xué)院 測量與地球物理研究所， 武漢 430077)

滇池是我國高原重要的淡水湖泊，對滇池濕地環(huán)境的恢復(fù)健康狀況進行客觀評價，為滇池環(huán)境的綜合治理及其濕地生態(tài)系統(tǒng)的保護具有重要意義.根據(jù)滇池濕地生態(tài)系統(tǒng)的實際狀況，從生態(tài)特征指標、綜合功能指標、社會經(jīng)濟指標3大要素層選取15個相應(yīng)的指標層，應(yīng)用模糊綜合評價法、層次分析法和專家打分法等方法確定評價標準.評價結(jié)果滇池濕地生態(tài)系統(tǒng)健康度為0.599 2，處于“亞健康”與“健康”之間狀態(tài)，并對其影響因素進行分析.

滇池； 生態(tài)系統(tǒng)健康； 模糊綜合評價法； 評價體系

濕地生態(tài)系統(tǒng)的健康反映濕地生態(tài)系統(tǒng)本身的物理、化學(xué)、生態(tài)功能的完整性，反映濕地生態(tài)系統(tǒng)對人類福祉的影響，間接反映經(jīng)濟發(fā)展、人類活動對濕地生態(tài)系統(tǒng)的擾動[1-3].

隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，濕地生態(tài)環(huán)境問題的出現(xiàn)，人類活動范圍和強度的加大，濕地生態(tài)系統(tǒng)遭受到越來越大的壓力，濕地生態(tài)系統(tǒng)支持人類發(fā)展的能力范圍正逐漸縮減，一系列的生態(tài)系統(tǒng)失衡狀況正逐步威脅濕地生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)和發(fā)展.因此，開展?jié)竦厣鷳B(tài)系統(tǒng)健康評估，對濕地生態(tài)系統(tǒng)的保護具有重要意義[4-5].

滇池是我國第6大淡水湖泊，為云貴高原第一大淡水湖泊，被譽為“高原明珠”，也是昆明的“母親湖”，具有工農(nóng)業(yè)用水、水質(zhì)凈化、旅游休閑、水產(chǎn)養(yǎng)殖、調(diào)節(jié)氣候等多種功能，對昆明市的國民經(jīng)濟和社會發(fā)展起著至關(guān)重要的作用.由于滇池生態(tài)系統(tǒng)退化，產(chǎn)生一系列嚴重的環(huán)境問題.滇池成為國內(nèi)“三河三湖”中治理難度最大的湖泊.近十幾年來國家和地方對滇池已進行了大規(guī)模的治理，但治理效果仍不明顯.在當前滇池生態(tài)治理的研究中，國內(nèi)缺乏對滇池濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評價的研究，對滇池生態(tài)環(huán)境狀況進行分析，客觀評估滇池濕地環(huán)境惡化后的恢復(fù)效果，為滇池環(huán)境的綜合治理及其濕地生態(tài)系統(tǒng)的保護提供科學(xué)支撐.

1 研究區(qū)概況

滇池位于昆明市南端，地理坐標為102°37′～102°48′E， 24°40′～25°02′N，其南北長114 km，東西寬(平均寬)25.6 km，流域面積2 920 km2，見圖1.滇池是滇東高原面上的一個大型斷陷盆地，形成以滇池為中心，南、北、東三面寬而西面窄的不對稱階梯狀地貌格局，東北高西南低的地勢.具有高原濕地面山-湖岸-湖濱-湖盆的典型結(jié)構(gòu)，土壤主要為山原紅壤、紫色土和水稻土3類.滇池流域?qū)俚途暥雀咴降丶撅L(fēng)氣候，干濕季節(jié)分明，四季如春，年降雨量797～1 007 mm，年蒸發(fā)量1 870～2 120 mm，年均溫14.7℃.滇池流域內(nèi)的土壤和氣候?qū)χ脖活愋陀兄羁逃绊?由大型水生植物占優(yōu)勢轉(zhuǎn)變?yōu)楦∮沃参镎純?yōu)勢的湖泊生態(tài)系統(tǒng)，藍藻水華年年大規(guī)模爆發(fā).

圖1 研究區(qū)遙感影像圖Fig.1 Remote Sensing image of the study area

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)源及方法處理

數(shù)據(jù)來源于昆明市環(huán)保局滇池水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)(2009年～2012年)、統(tǒng)計局統(tǒng)計年鑒，利用遙感和地理信息系統(tǒng)等技術(shù)手段提供多種空間、動態(tài)的地理信息解譯的濕地面積變化、植被分布等.同時依托云南滇池濕地生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站，開展了對水體、沉積物和植被等的監(jiān)測.本文還參閱前人關(guān)于滇池濕地的研究成果和相關(guān)文獻，主要用于補充沒有監(jiān)測和調(diào)查的內(nèi)容.

結(jié)合滇池的實際情況和數(shù)據(jù)資料，建立生態(tài)系統(tǒng)健康評價體系.采用當?shù)馗餍袠I(yè)行政主管部門座談?wù){(diào)查與專家咨詢相結(jié)合的專家打分法對需定性分析指標進行評價，如濕地休閑娛樂度、濕地管理水平等.通過層次分析法確定生態(tài)系統(tǒng)健康評估體系的要素層和指標層權(quán)重.

2.2 評價指標體系的確定

本研究在充分理解Costanza提出的VOR模型和PSR模型內(nèi)涵的基礎(chǔ)上[6]，從濕地水、沉積物和植被3大主要要素出發(fā)，綜合考慮景觀格局變化及社會經(jīng)濟、人類活動的影響.針對濕地生態(tài)系統(tǒng)的特征和滇池的具體狀況，對滇池濕地生態(tài)系統(tǒng)健康特征進行調(diào)查，構(gòu)成滇池濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評價的指標體系[7-13](表1).

2.3 健康綜合評價模型

2.3.1 健康指數(shù)的計算 根據(jù)下列公式(1)，求滇池濕地的健康指數(shù)[11，14]：

(1)

其中，P為總健康指數(shù)，Wi為相應(yīng)各指標權(quán)重，Xi為相應(yīng)各指標數(shù)據(jù)基準化后值，n為指標項數(shù).

2.3.2 模糊綜合評價 基于濕地生態(tài)系統(tǒng)健康狀況是一個復(fù)雜的、沒有嚴格界限劃分、難以精確衡量的模糊現(xiàn)象，同時由于評價標準有不少指標采用了定性描述，因此應(yīng)用模糊綜合評價法進行滇池濕地生態(tài)系統(tǒng)健康的評價.其模糊評價模型[14]為：

H=W×R.

首先計算出原始值，歸一化后，將數(shù)據(jù)與指標評價標準進行比對，在其對應(yīng)的等級內(nèi)標注“1”，其余均標注“0”.所有指標均用此法，構(gòu)造隸屬度矩陣R.其中，H為滇池濕地生態(tài)系統(tǒng)健康指標結(jié)果矩陣，W為各健康評價指標歸一化權(quán)重構(gòu)成的權(quán)重矩陣，R代表各評價對應(yīng)指標標準的隸屬度矩陣.

表1 滇池濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標體系

2.4 濕地生態(tài)系統(tǒng)健康指標分級標準

結(jié)合滇池的實際情況，將滇池生態(tài)系統(tǒng)健康指標分為很健康、健康、亞健康、一般病態(tài)、病態(tài)5大類，并對此標準賦值為1、0.75、0.5、0.25、0.各要素層因子的5大健康指標陳述[8-9]如表2所示.

表2 濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評價標準

續(xù)表2

3 結(jié)果與分析

3.1 評價指標體系的各指標層因子數(shù)據(jù)處理及分析

對表1中各指標層因子的生態(tài)意義以及分析結(jié)果如下.

C1湖泊水質(zhì)：水質(zhì)表征水環(huán)境質(zhì)量狀態(tài)，直接反映濕地的受污染狀況，間接反映濕地的凈化能力.根據(jù)昆明市環(huán)保局提供的滇池水質(zhì)現(xiàn)狀監(jiān)測結(jié)果，20世紀50年代滇池水清澈見底，水生植物豐富，是許多魚和鳥類的良好棲息地，水質(zhì)達到地表水Ⅱ級標準，70年代為Ⅲ類，而現(xiàn)在，滇池水質(zhì)迅速惡化，水質(zhì)污染嚴重，水質(zhì)為劣Ⅴ類.

C2主要污染物入湖量：指滇池流域主要污染物(化學(xué)需氧量、總氮、總磷)入湖量占排放總量的比值.滇池流域污染負荷主要產(chǎn)生于城市生活源.對現(xiàn)狀實測數(shù)據(jù)分析全流域化學(xué)需氧量(COD)、總氮(TN)、總磷(TP)產(chǎn)生量分別為70 177 t、12 930 t、1 169 t.自1988年以來，滇池流域污染物排放總量持續(xù)增加，污染削減能力不斷增強，從而起到一定的減緩作用，污染物入湖總量呈現(xiàn)先增后減的變化趨勢.2009年以來流域污染物入湖量在排放總量的比值均達50%以下.

C3水質(zhì)富營養(yǎng)化：水中含氮磷的程度.根據(jù)現(xiàn)狀實測資料分析，2010年草海綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)為72.5，屬重度富營養(yǎng)狀態(tài)；外海營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)為69.9，屬中度富營養(yǎng)狀態(tài)，滇池水體綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)為67.3，為重度富營養(yǎng).滇池短短幾十年內(nèi)，由貧營養(yǎng)化的湖泊變?yōu)橹囟雀粻I養(yǎng)化的湖泊.

C4沉積物金屬污染：沉積物中的金屬污染物對底棲生物產(chǎn)生危害并對上覆水體水質(zhì)狀況產(chǎn)生影響.滇池沉積物(0～20 cm)環(huán)境質(zhì)量整體上為亞健康沉積物，即發(fā)生了中度金屬污染.沉積物環(huán)境質(zhì)量下層(10～20 cm)優(yōu)于上層(0～5 cm)，即滇池沉積物金屬污染仍存在不斷加劇的趨勢[15].

C5濕地植被：從濕地植物的角度反映濕地生態(tài)系統(tǒng)健康，以濕地植被蓋度的比例、群落結(jié)構(gòu)及其自然性來衡量.1960年滇池水生植被覆蓋度大約占湖面面積的90%，20世紀90年代以來，滇池水生植被面積占全湖面積的1.8%[16].由大型水生植物占優(yōu)勢的湖泊生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)楦∮沃参镎純?yōu)勢的湖泊生態(tài)系統(tǒng)，藍藻水華年年大規(guī)模爆發(fā)[17].

C6生物多樣性：用濕地生態(tài)系統(tǒng)的生物物種的比例來衡量.滇池水污染導(dǎo)致水生植物群落發(fā)生大面積萎縮，物種多樣性下降.持續(xù)的水體高富營養(yǎng)化水平，使得沉水植物物種多樣性程度保持在一個低的水平(常見沉水植物5～6種).沉水植物物種以耐污性強適應(yīng)范圍廣的眼子菜屬為主，群落的分布比20世紀六七十年代前較大的萎縮[18].與過去相比，滇池草海和外海的藻類數(shù)量分別增加了2.34倍、2.36倍[19].

C7濕地面積變化：用濕地面積退化率表示，即一定區(qū)域內(nèi)一段時間尺度內(nèi)湖泊濕地退化面積與該區(qū)域湖泊濕地面積總面積之比.根據(jù)實地調(diào)查得出，通過幾年的退耕還濕，目前的面積已從2000年的不到300 km2擴大到現(xiàn)在的321 km2.

C8產(chǎn)品生產(chǎn)功能：以每年提供的水產(chǎn)品及其變化率來表示，定性與定量相結(jié)合.據(jù)昆明滇池管理局統(tǒng)計，滇池水產(chǎn)品產(chǎn)量在7 000 t，與往年基本持平.

C9水質(zhì)凈化功能：以水生植物對主要污染物的凈化率及穩(wěn)定性來衡量.通過滇池植被的恢復(fù)和環(huán)湖生態(tài)濕地的建設(shè)，每年可以削減氮約135 t，磷約20 t.如在滇池控制性種養(yǎng)鳳眼蓮，滇池水體總氮和總磷質(zhì)量濃度從入湖口的13.47和1.34 mg·L-1降低到出湖口的2.93和0.10 mg·L-1.滇池水生植物全年對污染物的凈化率大致為20%[20].

C10氣候調(diào)節(jié)功能：以當?shù)啬昶骄鶜鉁睾湍杲邓孔兓蕘肀硎?，采用定性與定量相結(jié)合.滇池流域2009年～2013年平均氣溫在18.5℃，平均濕度為77%，氣溫調(diào)節(jié)能力無明顯變化.

C11娛樂休閑功能：在景觀美學(xué)價值的高低、濕地旅游活動和娛樂日的增減情況下，采用濕地調(diào)查和專家評定的方法來衡量.滇池濕地不斷開發(fā)相關(guān)的濕地旅游景觀，旅游活動和娛樂的日數(shù)日漸增加，科學(xué)考察也逐漸增多.

C12濕地保護意識：對滇池周圍地區(qū)民眾進行抽樣調(diào)查，反映濕地相關(guān)知識在民眾中的普及程度.最終統(tǒng)計數(shù)據(jù)得出結(jié)果，滇池周邊民眾對濕地的功能價值具有一定的了解，濕地的保護意識較強.

C13政策法規(guī)情況：主要反映政府職能部門在相關(guān)政策法規(guī)的制定、實施方面的情況，采用定性描述為主.自《云南省滇池保護條例》正式施行以來，滇池保護工作有了強有力的法制保障，并制訂了《滇池綜合整治大綱》等一系列政府法規(guī)和規(guī)范性文件，加大了對滇池的依法管理力度.通過開展滇池保護區(qū)分級保護、設(shè)立滇池保護專項資金、加大對違法行為的懲處力度，實施一系列環(huán)滇池生態(tài)保護規(guī)劃和濕地公園的建設(shè)等，滇池治理取得階段性成果.

C14濕地管理水平：采用定性方法，以濕地管理隊伍的整體水平衡量.由管理體制處于分散式管理，管理人才、管理手段比較落后到當前擁有合理的管理組織機構(gòu)，在各自管理部門的范圍內(nèi)具有一定的管理水平，產(chǎn)生一定的管理成效.昆明市政府保留了昆明市滇池保護委員會辦公室，同時成立昆明市滇池管理局作為市政府保護滇池的專門機構(gòu)，并組建了第一支滇池綜合執(zhí)法隊伍.同時，在晉寧林業(yè)局內(nèi)設(shè)濕地保護辦公室.

C15物質(zhì)生活指數(shù)：反映濕地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能對人類生活水平的貢獻.通過人均純收入水平衡量當?shù)厝祟惿钏?隨著滇池生態(tài)保護效益的提高，給滇池流域帶來了較大的經(jīng)濟效益.近幾年，流域區(qū)周邊的人均純收入持續(xù)增長，人均純收入由4 000元上升到近5 500元.

3.2 多級模糊綜合評判模型的構(gòu)建

運用層次分析法軟件對各指標層賦權(quán)重，得到層次單排序一致性檢驗：λ=3.0538，CR=0.0517<0.1，具有滿意一致性.即

A=(0.5247，0.3338，0.1416).

同理可得生態(tài)特征指標、綜合功能指標、社會經(jīng)濟指標3個要素層的權(quán)重向量：

A1=(0.133 3，0.151 8，0.235 4，0.092 8，0.079 2，0.269 4，0.038 0)；

A2=(0.213 7，0.286 2，0.404 7，0.095 4)；

A3=(0.143 2，0.097 0，0.463 6，0.296 2).

針對不同健康等級進行賦分：很健康為1，健康為0.75，亞健康為0.5，一般病態(tài)為0.25，病態(tài)為0，構(gòu)造等級評分向量C=(1，0.75，0.5，0.25，0).B1=A1×R1=(0.133 3，0.269 4，0.328 2，0.079 2，0.189 8)；

B2=A2×R2=(0.213 7，0.381 6，0.404 7，0，0)；

B3=A3×R3=(0，0.606 8，0.393 2，0，0)；

B=A×R=A×(B1，B2，B3)=(0.141 3，0.354 7，0.363 0，0.041 6，0.026 9)；

W=B×CT=0.599 2.

其中,Ai是第i個要素層的權(quán)重向量，A為要素層之間的權(quán)重向量，Ri為第i個要素層相對于分級標準的單因素模糊隸屬評判矩陣，R是要素層之間的評判矩陣；Bi是第i個要素層的評判向量，B為要素層之間的最終綜合評判結(jié)果；W為綜合評價分值，表示滇池生態(tài)系統(tǒng)健康程度；C為評價等級評分向量；CT為C的轉(zhuǎn)置矩陣.

3.3 結(jié)果分析

從最終評價結(jié)果上看，滇池生態(tài)系統(tǒng)健康得分為0.599 2，處于“亞健康”與“健康”之間.按照最大隸屬度原則，滇池濕地生態(tài)系統(tǒng)健康狀況為“亞健康”級(0.363 0).從濕地生態(tài)系統(tǒng)健康指標分級看，代表濕地很健康的隸屬度為0.141 3；代表濕地健康的隸屬度為0.354 7；代表濕地亞健康的隸屬度為0.363 0；代表濕地一般病態(tài)的隸屬度為0.041 6；代表濕地病態(tài)的隸屬度為0.026 9.這說明滇池整體生態(tài)系統(tǒng)健康正處于“亞健康”向“健康”的過渡階段，存在著很大的提升空間.

圖2 滇池濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評價結(jié)果Fig.2 The evaluation result of the wetland ecosystem health of Dianchi wetland

從要素層來看(圖1)，滇池生態(tài)系統(tǒng)健康體系的生態(tài)特征指標屬于“亞健康”(最大隸屬度為0.328 2)，說明滇池生態(tài)系統(tǒng)治理恢復(fù)取得較好的成效，水環(huán)境有所改善，但仍需要加強生態(tài)保護建設(shè).綜合功能指標屬于“亞健康”(最大隸屬度為0.404 7)，說明隨著滇池生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)，濕地的生態(tài)服務(wù)功能價值有所提高，尤其在氣候調(diào)節(jié)功能上為“四季如春”的昆明做出巨大的貢獻.社會經(jīng)濟指標屬于“健康”(最大隸屬度為0.606 8)，說明了滇池為當?shù)氐腉DP帶來了一定的經(jīng)濟成效，這主要原因是國家和地方政府加大對滇池的管理投入，民眾對濕地的保護意識加強，濕地保護設(shè)施不斷的完善.

從隸屬度評價矩陣可得出，制約滇池濕地生態(tài)系統(tǒng)健康的主要因素有水質(zhì)、水質(zhì)富營養(yǎng)化、濕地植物、沉積物金屬污染、生物多樣性、產(chǎn)品生產(chǎn)功能和水質(zhì)凈化功能.

4 討論與結(jié)論

根據(jù)滇池濕地生態(tài)系統(tǒng)的實際特征，運用模糊綜合法，設(shè)計滇池健康評價模型，計算出滇池濕地生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)為0.599 2，處于“亞健康”與“健康”之間狀態(tài).這與滇池的實際生態(tài)狀況相符.究其原因，滇池位于云貴高原，無大江大河良好水源的注入，污染物持續(xù)輸入，水量交換緩慢.湖濱帶上修建混凝土“防浪堤”，喪失了湖濱帶在整個濕地生態(tài)系統(tǒng)中環(huán)境連續(xù)性和生態(tài)連續(xù)過渡特點.湖泊大量沉水植物的喪失，形成以浮游植物占優(yōu)勢的生態(tài)系統(tǒng)，藍藻水華年年爆發(fā).同時，高原湖泊滇池生態(tài)系統(tǒng)相對脆弱，導(dǎo)致系統(tǒng)健康的穩(wěn)定性差、自我修復(fù)能力弱[17].雖然整體上滇池的生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)不佳，但是在國家和地方政府大量財政投入和管理政策支持下，惡化趨勢得到有效遏制.滇池仍需加大自然生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)和生態(tài)工程修復(fù)相結(jié)合的方法，實現(xiàn)滇池生態(tài)系統(tǒng)健康發(fā)展.

本研究在選取指標時，考慮到指標間相關(guān)性較強，存在因果關(guān)系.如“水質(zhì)凈化功能”、“湖泊水質(zhì)”和“主要污染物入湖量”之間存在因果關(guān)系.隨著滇池生態(tài)工程恢復(fù)，一方面控制了主要污染物入湖量，另一方面加大水生植被的恢復(fù)，水質(zhì)凈化功能的提高在主要污染物入湖量減少的情況下使得水質(zhì)狀況得到改善.

針對高原濕地滇池的實際情況和指標的可得性，本研究在進行生態(tài)系統(tǒng)健康評價時指標多采用定性描述，然后再通過專家賦分法間接地對指標進行定量化，可能導(dǎo)致評價結(jié)果帶有一定的主觀性.不同的學(xué)者在指標的選定和評價上也存在著差異，這都會對評價結(jié)果造成一定的影響.因此，應(yīng)該加強實地數(shù)據(jù)監(jiān)測，取得比較客觀的定量指標值，使評價結(jié)果更具說服力.

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Assessment of wetland ecosystem health in Dianchi wetland of Yunnan-Guizhou Plateau

WANG Qiaoming1， TIAN Kun1， WANG Xuelei2， CHEN Guozhu1， YU Leichao1

(1.Faculty of Ecotourism， Southwest Forestry University, Kunming 650224；2.National Plateau Wetlands Research Center， Kunming 650224；3.Institute of Geodesy and Geophysics， Chinese Academy of Sciences， Wuhan 430077)

It is of great significance to objectively evaluate the effect of the recovery of Dianchi wetland environment and to have an overall management of the Dianchi environment protection and wetland ecological system. Concerning the actual condition of Dianchi wetland ecosystem， we designed three element layers and selected fifteen corresponding indicators to evaluate the healthy condition of the wetland ecosystem. The five element layers included water environment index， soil index， biological index， landscape index and social index. Fuzzy synthetic evaluation， analytic hierarchy process， expert scoring and other methods are used to establish the evaluation criteria. The results showed that the ecosystem health indexes of Dianchi wetland was 0.5992， which indicated that Dianchi was between sub-healthy and healthy state. The reasons of its influential factors were analyzed as well.

Dianchi； ecosystem health； fuzzy synthetic evaluation； evaluation index system

2014-09-10.

云南省科技創(chuàng)新人才計劃項目(2012HC007)； 國家自然科學(xué)基金青年基金項目(31400477)； 云南滇池濕地生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站項目； 國家重大科技專項資助項目(2012ZX07102-005).

1000-1190(2015)02-0274-06

F205; X826

A

*通訊聯(lián)系人. E-mail: tlkunp@126.com.