王賀年 張曼胤 崔麗娟 盛連喜 何春光 肖紅葉 楊 思

（1中國林業(yè)科學(xué)研究院濕地研究所，北京 100091；2東北師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院，國家環(huán)境保護(hù)濕地生態(tài)與植被恢復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長春 130024）

吉林省莫莫格濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)研究

王賀年1 張曼胤1 崔麗娟1 盛連喜2 何春光2 肖紅葉1 楊 思1

（1中國林業(yè)科學(xué)研究院濕地研究所，北京 100091；2東北師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院，國家環(huán)境保護(hù)濕地生態(tài)與植被恢復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長春 130024）

濕地是地球上重要的自然資源，全球天然濕地面積占陸地總面積的6.4%（王憲禮等, 1997)。近年來，由于經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展、城市化進(jìn)程不斷加快、環(huán)境污染等人類活動(dòng)對(duì)濕地的影響越來越嚴(yán)重，世界各地的濕地生態(tài)系統(tǒng)健康均受到嚴(yán)重破壞。據(jù)《全球生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測2014年度報(bào)告》中的大型國際重要濕地專題報(bào)告（科技部國家遙感中心, 2015),全球國際重要濕地的干擾度平均值最高為20%，而中國約為30%，中國重要濕地干擾度高過國際水平的10%。

濕地生態(tài)系統(tǒng)健康研究是濕地研究方面的新的概念和領(lǐng)域，它最早脫胎于20世紀(jì)40年代美國著名生態(tài)學(xué)家Aldo Leopold（1941）所提出的土地健康的概念。Karr在1986年首次對(duì)生態(tài)系統(tǒng)健康進(jìn)行了定義（Karr et al, 1986),認(rèn)為生態(tài)系統(tǒng)健康的標(biāo)志是能夠自我恢復(fù)；隨后，眾多學(xué)者都對(duì)生態(tài)系統(tǒng)健康的概念、特征等進(jìn)行了描述（Schaeffer et al, 1992；Costanza et al, 1992； Haworth et al, 1997； Mageau et al, 1998)。近年來由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，相關(guān)研究在對(duì)生態(tài)系統(tǒng)健康作定義時(shí)逐漸開始考慮人類健康等因素（Meyer, 1997； Rapport et al, 1999)。

對(duì)濕地生態(tài)系統(tǒng)的健康進(jìn)行評(píng)價(jià)，其核心是基于濕地生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能、過程等來確定評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；主要的評(píng)價(jià)方法有指示物種法與指標(biāo)體系法兩類，其中指標(biāo)體系法根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)的差異又有模糊綜合評(píng)價(jià)法、PSR模型法、溪流狀況指數(shù)法、景觀格局分析法、水文地貌評(píng)價(jià)法等常用的方法。其中，模糊綜合評(píng)價(jià)法是國內(nèi)學(xué)者進(jìn)行濕地健康評(píng)價(jià)研究過程中應(yīng)用最為廣泛的方法，應(yīng)用最為廣泛的指標(biāo)體系是Pressure（壓力）-State（狀態(tài)）-Response（響應(yīng)）模型（崔保山等,2002a,2002b；楊波, 2004)。

濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)估對(duì)于恢復(fù)濕地以及保護(hù)和管理濕地具有重要意義。本研究以吉林省西部莫莫格國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)為研究區(qū)域，以莫莫格濕地作為評(píng)價(jià)對(duì)象，基于PSR模型建立評(píng)價(jià)指標(biāo)，應(yīng)用模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)濕地生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，以期為濕地管理及恢復(fù)工作提供理論支持和指導(dǎo)。

圖1 壓力（Pressure）-狀態(tài)（State）-響應(yīng)（Response）模型的概念框架

1 研究區(qū)概況

莫莫格國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)位于吉林省西部鎮(zhèn)賚縣境內(nèi)，是典型的濕地類自然保護(hù)區(qū)，位于45°42′25″～46°18′0″N，123°27′0″～124°4′33″E；面積14.4萬hm2，全區(qū)面積80%以上為濕地，是吉林省最大的濕地保留地，被譽(yù)為吉林西部之腎。氣候?qū)俅箨懶约撅L(fēng)氣候，水資源豐富，年降水量約391.8 mm。土壤類型主要為草甸土、黑鈣土和沖積土。區(qū)內(nèi)地勢平坦，相對(duì)高差2～10 m。

2 評(píng)價(jià)指標(biāo)、評(píng)價(jià)方法、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2.1.1 壓力（Pressure）-狀態(tài)(State)-響應(yīng)(Response)模型 由Tony Friend 和David Rapport提出的壓力-狀態(tài)-響應(yīng)模型（Pressure-State-Response，PSR）指標(biāo)體系在我國濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)研究中應(yīng)用最為廣泛；國際經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織(OECD)于20世紀(jì)70年代、80年代末、90年代初分別對(duì)該模型進(jìn)行了修改和適用性評(píng)價(jià)，目前它仍然是用于環(huán)境指標(biāo)組織和環(huán)境現(xiàn)狀匯報(bào)最有效的框架（麥少芝等,2005；周民等,2012； 付會(huì)等,2009)。

PSR模型的基礎(chǔ)為因果邏輯關(guān)系，即人類活動(dòng)對(duì)環(huán)境造成壓力（壓力),由此導(dǎo)致環(huán)境的狀況或自然狀況發(fā)生改變（狀態(tài)),為防止環(huán)境退化、恢復(fù)環(huán)境質(zhì)量，人類又通過環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和管理政策等作出相應(yīng)的調(diào)整（響應(yīng))。其基本的概念框架如圖1所示。

2.1.2 莫莫格濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系 本研究遵循系統(tǒng)性、科學(xué)性、層次性及可操作性等原則，基于PSR模型，構(gòu)建莫莫格濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系。指標(biāo)體系分為目標(biāo)層、項(xiàng)目層、指標(biāo)層3個(gè)層次，其中，目標(biāo)層即莫莫格濕地生態(tài)系統(tǒng)的健康綜合評(píng)價(jià)，項(xiàng)目層由壓力指標(biāo)、狀態(tài)指標(biāo)、響應(yīng)指標(biāo)3個(gè)方面構(gòu)成，指標(biāo)層即各評(píng)價(jià)要素。具體評(píng)價(jià)指標(biāo)體系如表1所示。

表1 莫莫格濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

表2 莫莫格濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)等級(jí)劃分

2.2 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)主要參考有：①基于歷史資料，通過評(píng)價(jià)指標(biāo)的相關(guān)歷史記錄與對(duì)比，確定評(píng)價(jià)等級(jí)；②實(shí)地考察，對(duì)比指標(biāo)現(xiàn)狀值與區(qū)域背景值，獲得評(píng)價(jià)分級(jí)；③借鑒國內(nèi)外相關(guān)研究文獻(xiàn)中廣泛使用的標(biāo)準(zhǔn)；④借助專家經(jīng)驗(yàn)確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的臨界值來確定評(píng)價(jià)等級(jí)。由此，本研究將莫莫格濕地評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)分為5個(gè)等級(jí)，評(píng)價(jià)結(jié)果及評(píng)價(jià)指標(biāo)的等級(jí)劃分如表2和表3所示。

表3 莫莫格濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

圖2 5個(gè)評(píng)價(jià)（V1～V5）等級(jí)的模糊分布隸屬度函數(shù)公式

2.3 評(píng)價(jià)方法

模糊綜合評(píng)價(jià)法是國內(nèi)學(xué)者進(jìn)行濕地健康評(píng)價(jià)研究過程中應(yīng)用最為廣泛的方法，是一種基于模糊數(shù)學(xué)的綜合評(píng)價(jià)方法，其基本思路是應(yīng)用模糊關(guān)系的隸屬度理論，將定性評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)化為定量評(píng)價(jià)，即用模糊數(shù)學(xué)對(duì)受到多種因素制約的事物或?qū)ο笞龀鲆粋€(gè)總體的評(píng)價(jià)。5個(gè)評(píng)價(jià)（V1～V5）等級(jí)的模糊分布隸屬度函數(shù)公式如下（索安寧等，2008；蔣衛(wèi)國等，2005；張祖陸等，2008）.

圖2公式中，k1為等級(jí)V1、V2的臨界值；k2為等級(jí)V2區(qū)間的中點(diǎn)值，k2=(k1+k3)/2；k3為等級(jí)V2和V3的臨界值；k4為等級(jí)V3區(qū)間的中點(diǎn)值，k4=(k3+k5)/2；k5為等級(jí)V3和V4的臨界值；k6為V4區(qū)間的中點(diǎn)值，k6=(k5+k7)/2；k7為等級(jí)V4和V5的臨界值。C為各等級(jí)的評(píng)分向量。

對(duì)于借助文字進(jìn)行描述的定性指標(biāo)，其評(píng)語等級(jí)隸屬度的確定主要參照眾多學(xué)者公用的參照標(biāo)準(zhǔn)，如表4所示。

表4 定性指標(biāo)分級(jí)隸屬度

表5 莫莫格濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

3 結(jié)果與分析

基于資料收集、實(shí)地調(diào)查，收集各評(píng)價(jià)指標(biāo)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)整理后作為評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)資料，運(yùn)用模糊綜合評(píng)價(jià)方法對(duì)莫莫格濕地生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3.1 確定指標(biāo)權(quán)重

本研究采用層次分析法（Analytic Hierarchy Process，簡稱AHP）來確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的基權(quán)重值，基于莫莫格濕地生態(tài)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行兩兩比較，判斷各層之間以及各層因素之間的相對(duì)重要性，給出相應(yīng)的判斷值，依此構(gòu)建判斷矩陣，經(jīng)計(jì)算機(jī)進(jìn)行層次單排序和總排序處理后，得到各因素權(quán)重值（表5）（周民等,2012；付會(huì)等,2009；蔣衛(wèi)國等,2005；張祖陸等,2008)。

3.2 隸屬度評(píng)價(jià)矩陣構(gòu)建

濕地生態(tài)系統(tǒng)健康多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)的一個(gè)顯著特點(diǎn)是指標(biāo)間無統(tǒng)一度量標(biāo)準(zhǔn)，難以比較，隸屬度的應(yīng)用有助于多指標(biāo)的統(tǒng)一度量。評(píng)價(jià)過程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一種現(xiàn)象，當(dāng)一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的指標(biāo)值在評(píng)價(jià)等級(jí)分界線周圍時(shí)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)數(shù)值相差不大或狀況區(qū)別不明顯而評(píng)價(jià)等級(jí)相差一級(jí)的跳躍現(xiàn)象，而模糊化處理能夠使隸屬度函數(shù)在各級(jí)之間平滑過渡。

在本研究中，定量指標(biāo)C1、C5、C6、C11、C16、C17、C18、C21為正向指標(biāo)，是越大越優(yōu)型，各指標(biāo)隸屬度可以直接采取以上公式計(jì)算；定量指標(biāo)C2、C3、C4、C7、C8、C9、C10、C12為負(fù)向指標(biāo)，是越小越優(yōu)型，計(jì)算隸屬度時(shí)需要將條件中的“＜”和“＞“、”“≤”和 “≥”分別互換。C13、C14、C15、C19、C20、C22為定性指標(biāo)，其隸屬度的確定參照表4的標(biāo)準(zhǔn)。

參照上述定量指標(biāo)的隸屬度函數(shù)公式以及定性指標(biāo)的隸屬度確定指標(biāo)，基于表3中的各指標(biāo)分級(jí)基準(zhǔn)值，得到壓力（R1）、狀態(tài)（R2）、響應(yīng)（R3）指標(biāo)所構(gòu)成的隸屬度矩陣(圖3)。

3.3 模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果與分析

基于各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重值與隸屬度矩陣，采用加權(quán)求和模型分別對(duì)壓力指標(biāo)、狀態(tài)指標(biāo)、響應(yīng)指標(biāo)的健康評(píng)價(jià)指數(shù)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如下：

壓力系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指數(shù)為：

狀態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指數(shù)為：

響應(yīng)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指數(shù)為：

同理，綜合所有評(píng)價(jià)指標(biāo)，得到整個(gè)濕地生態(tài)系統(tǒng)健康的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)為：

由上述可知，莫莫格濕地生態(tài)系統(tǒng)健康綜合評(píng)價(jià)指數(shù)為0.737 8。根據(jù)莫莫格濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)可知，目前莫莫格濕地生態(tài)系統(tǒng)健康屬于第Ⅱ等級(jí)（健康)。從分級(jí)角度，依據(jù)各指標(biāo)隸屬度可知，莫莫格濕地生態(tài)系統(tǒng)37.45%屬于很健康狀態(tài)，26.41%屬于健康狀態(tài)，24.42%屬于亞健康狀態(tài)，6.33%屬于一般病態(tài)，5.38%屬于疾病狀態(tài)（圖4)。

圖3 隸屬度矩陣

從子系統(tǒng)層面來看，壓力系統(tǒng)的健康評(píng)價(jià)指數(shù)為0.759 6，屬于健康；狀態(tài)系統(tǒng)的健康評(píng)價(jià)指數(shù)為0.708 3，也屬于健康；響應(yīng)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指數(shù)為0.86，屬于很健康狀態(tài)。從隸屬度矩陣可以知道，制約莫莫格濕地生態(tài)系統(tǒng)健康的主要因素是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、化肥使用強(qiáng)度、濕地補(bǔ)水保證率、濕地面積退化率、濕地水質(zhì)和環(huán)保投資指數(shù)等方面。

圖4 莫莫格濕地生態(tài)系統(tǒng)健康等級(jí)隸屬度

4 結(jié)論與討論

生態(tài)系統(tǒng)健康的多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)過程中的一個(gè)不可避免的困難點(diǎn)是各指標(biāo)之間的單位不統(tǒng)一，難以進(jìn)行綜合性的評(píng)價(jià)，本研究中引用隸屬度的概念，對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行無量綱化的歸一化處理，有助于多指標(biāo)的統(tǒng)一度量，而模糊化處理能夠避免指標(biāo)評(píng)價(jià)過程中的跳躍現(xiàn)象，能夠得出較為客觀的評(píng)價(jià)結(jié)果。

濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)研究中，由于研究目的的差異性，各評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇也有所不同，總的來說，評(píng)價(jià)指標(biāo)主要包括化學(xué)和生物群落指標(biāo)，如水質(zhì)、土壤有機(jī)質(zhì)、氮磷鉀含量、植物群落蓋度、物種多樣性等（Bandeira et al,2009； Borja et al, 2011； 趙臻彥等,2005)。本研究中，除生態(tài)系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)和功能指標(biāo)外，社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)以及環(huán)保投資等響應(yīng)指標(biāo)也被納入了評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。而本研究的結(jié)果表明，社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和環(huán)保投資指數(shù)也恰恰是制約莫莫格濕地生態(tài)系統(tǒng)健康的主要因素之一。

生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)不斷演化的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，其評(píng)價(jià)研究需要長時(shí)間序列的觀測，許多研究表明，破壞的生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)過一定時(shí)間自我修復(fù)后能夠接近健康的自然生態(tài)系統(tǒng)水平，因此，長期觀測數(shù)據(jù)的缺失將會(huì)影響生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)的判斷，本研究所涉及數(shù)據(jù)多是觀測當(dāng)時(shí)的數(shù)據(jù)，而在長時(shí)間序列的觀測方面還有所欠缺，在今后的研究中，還需要基于長期的觀測數(shù)據(jù)，作出更準(zhǔn)確、全面的評(píng)價(jià)結(jié)果。

本研究基于模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)莫莫格濕地生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，得出以下結(jié)論：

（1）莫莫格濕地生態(tài)系統(tǒng)健康綜合評(píng)價(jià)指數(shù)為0.737 8，屬于第Ⅱ等級(jí)（健康),濕地生態(tài)系統(tǒng)整體健康狀況較好。

（2）從隸屬度角度，莫莫格濕地生態(tài)系統(tǒng)37.45%屬于很健康狀態(tài)，26.41%屬于健康狀態(tài)，24.42%屬于亞健康狀態(tài)，6.33%屬于一般病態(tài)，5.38%屬于疾病狀態(tài)。

（3）從子系統(tǒng)來看，壓力系統(tǒng)的健康評(píng)價(jià)指數(shù)為0.759 6，屬于健康；狀態(tài)系統(tǒng)的健康評(píng)價(jià)指數(shù)為0.7083，也屬于健康；響應(yīng)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指數(shù)為0.86，屬于很健康狀態(tài)。

（4）制約莫莫格濕地生態(tài)系統(tǒng)健康的主要因素是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、化肥使用強(qiáng)度、濕地補(bǔ)水保證率、濕地水質(zhì)、環(huán)保投資指數(shù)等方面。

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Ecosystem Health Assessment of Momoge Wetland in Jilin

WANG He-Nian1ZHANG Man-Yin1CUI Li-Juan1SHENG Lian-Xi2HE Chun-Guang2XIAO Hong-Ye1YANG Si1
(1 Institute of Wetland Research, Chinese Academy of Forestry, Beijing 100091; 2 Northeast Normal University, College of Environment, the State Key Laboratory of Environmental Protection Wetland Ecology and Vegetation Restoration, Changchun 130024)

濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)已成為21世紀(jì)濕地科學(xué)前沿研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)話題。以莫莫格濕地作為評(píng)價(jià)對(duì)象，基于PSR模型，選取22個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)建立指標(biāo)體系，應(yīng)用模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)莫莫格濕地生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：莫莫格濕地生態(tài)系統(tǒng)健康綜合評(píng)價(jià)指數(shù)為0.7378，處于第Ⅱ等級(jí)（健康）狀態(tài)，制約莫莫格濕地生態(tài)系統(tǒng)健康的主要因素是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、化肥使用強(qiáng)度、濕地補(bǔ)水保證率、濕地水質(zhì)、環(huán)保投資指數(shù)等方面。

莫莫格濕地；健康評(píng)價(jià)；PSR模型；模糊綜合評(píng)價(jià)法

Research on wetland ecosystem health assessment has become a hot topic in the field of wetland science in the 21st century. In this manuscript, based on Pressure-State-Response model, we selected 22 indicators to construct the assessment system, using fuzzy comprehensive assessment method to evaluate the health of Momoge wetland ecosystem. The results showed that, the comprehensive health assessment index of Momoge wetland ecosystem was 0.7378, indicating aⅡ level (healthy), main restraining factors were socioeconomic development, intensity of fertilization, wetland water replenishment, water quality, investment index of environmental protection.

Momoge wetland; Health assessment; PSR model; Fuzzy comprehensive evaluation method

10.3969/j.issn.1673-3290.2016.04.04

2016-08-22

東北師范大學(xué)國家環(huán)境保護(hù)濕地生態(tài)與植被恢復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金課題（130026521）

王賀年（1989-），男，山東濟(jì)南人，博士，助理研究員，主要從事濕地生態(tài)水文方面的研究。Email：wanghenian2006@126.com

張曼胤（1979-），男，遼寧沈陽人，博士，副研究員，主要從事濕地生態(tài)學(xué)及濕地景觀與規(guī)劃設(shè)計(jì)研究。E-mail: cneco@126.com