(1.云南財(cái)經(jīng)大學(xué) 城市與環(huán)境學(xué)院,云南 昆明 650221;2.云南大學(xué) 發(fā)展研究院,云南 昆明 650091)

1　引言

在全球生態(tài)系統(tǒng)健康狀況日益惡化的嚴(yán)峻形勢(shì)下,流域生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)逐漸成為生態(tài)學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)[1-4]，其中健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建是該領(lǐng)域重要的研究?jī)?nèi)容之一[4,5]。目前,不同流域生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)在國(guó)內(nèi)已經(jīng)展開(kāi)[3,6,7],但涉及滇池流域的很少。雖然有學(xué)者對(duì)滇池流域的生態(tài)系統(tǒng)健康進(jìn)行了初步評(píng)述[8],但卻未形成健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

云南省滇池流域是典型的高原湖濱區(qū),是云南省城市化水平最高的區(qū)域,城鎮(zhèn)化進(jìn)程對(duì)流域的影響非常突出,特別是滇池水環(huán)境惡化與富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題已威脅到整個(gè)流域的生態(tài)系統(tǒng)健康狀況,并制約著湖濱地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展[8,9]。相關(guān)研究表明,隨著城鎮(zhèn)化水平的不斷提高,城鎮(zhèn)化將導(dǎo)致流域內(nèi)人口急劇集中、產(chǎn)業(yè)集中、社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)強(qiáng)度增大,帶來(lái)一系列的資源短缺及環(huán)境污染等生態(tài)環(huán)境問(wèn)題[10]。流域城市化的結(jié)果,特別是城鎮(zhèn)化過(guò)程中對(duì)水土資源的不合理開(kāi)發(fā)利用,將大規(guī)模引起流域內(nèi)生態(tài)環(huán)境的變化以及資源形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能的變化,甚至干擾生態(tài)系統(tǒng)的進(jìn)化過(guò)程,嚴(yán)重影響到流域生態(tài)系統(tǒng)的健康[7,11]。因此,基于城鎮(zhèn)化背景下,研究滇池流域生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系選擇,對(duì)滇池流域的生態(tài)保護(hù)與合理開(kāi)發(fā)具有重要的理論與現(xiàn)實(shí)意義。

本文在明晰流域生態(tài)系統(tǒng)健康內(nèi)涵的基礎(chǔ)上,試圖構(gòu)建較完整的適用城鎮(zhèn)化背景下的滇池流域生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,以期為滇池流域的生態(tài)系統(tǒng)健康與可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù),同時(shí)也為其他具有相似基質(zhì)的流域生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)提供參考與借鑒。

2　流域生態(tài)系統(tǒng)健康

流域作為由分水線所包圍的河流集水區(qū),是一個(gè)獨(dú)立的地貌單元,具有生態(tài)完整性,同時(shí)也是人類社會(huì)活動(dòng)相對(duì)活躍的區(qū)域,是典型的社會(huì)—經(jīng)濟(jì)—自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)[12]。與單一生態(tài)系統(tǒng)如草地、森林、農(nóng)田等相比較,流域生態(tài)系統(tǒng)的縱向連續(xù)性、生物結(jié)構(gòu)特殊性、自我修復(fù)性、關(guān)系復(fù)雜性和動(dòng)態(tài)平衡性等特征更加突出[13,14]。

不同學(xué)者對(duì)流域生態(tài)系統(tǒng)健康的定義與特征的理解不同,目前尚未對(duì)流域生態(tài)系統(tǒng)健康形成統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。歸根溯源,關(guān)于流域生態(tài)系統(tǒng)健康的定義可追溯到生態(tài)系統(tǒng)健康的定義上。關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)健康,美國(guó)生態(tài)學(xué)家Rapport認(rèn)為,它是指一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)所具有的穩(wěn)定性和可持續(xù)性。即在時(shí)間上具有維持生態(tài)系統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)、自我調(diào)節(jié)和對(duì)脅迫的恢復(fù)能力,可通過(guò)活力、組織結(jié)構(gòu)和恢復(fù)力三個(gè)特征來(lái)定義[3,5,15,16]。而與羅躍初、周忠軒、孫軼等學(xué)者[2]提出的流域生態(tài)系統(tǒng)健康6條特征不同,肖風(fēng)勁、歐陽(yáng)華[17]認(rèn)為如果一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)是穩(wěn)定、持續(xù)和活躍的,能維持生態(tài)系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu),受到干擾后能在一段時(shí)間內(nèi)自動(dòng)修復(fù),則這個(gè)流域生態(tài)系統(tǒng)就是健康的。王文杰、張哲、王維等學(xué)者[4]在綜合分析已有研究的基礎(chǔ)上,指出流域生態(tài)系統(tǒng)健康是指區(qū)域處于良好的平衡狀態(tài),主要表現(xiàn)在三個(gè)方面:生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)完整、功能完善、面對(duì)自然和人為的適度干擾具備彈性恢復(fù)力。

本文認(rèn)為,針對(duì)一般生態(tài)系統(tǒng)而言,對(duì)受人為影響較大的流域生態(tài)系統(tǒng),生態(tài)系統(tǒng)的健康不僅意味著為人類提供生態(tài)服務(wù)的生態(tài)系統(tǒng)的健康和完整,也意味著人群健康。若前者受到威脅或破壞,后者就得不到保障。綜合已有的研究,本文將流域生態(tài)系統(tǒng)健康的特征理解為五大要素:①具有活力。生態(tài)系統(tǒng)的活力是表征流域生態(tài)系統(tǒng)的自然、經(jīng)濟(jì)、人口的再生產(chǎn)能力以及物質(zhì)與能量流動(dòng)的效率,健康的流域意味著具有一定的活力。②結(jié)構(gòu)完整。流域是一個(gè)由河網(wǎng)水系作為廊道,將陸域、岸邊帶和水域相連接而構(gòu)成的相對(duì)獨(dú)立和完整的集水區(qū)域,結(jié)構(gòu)完整意味著流域內(nèi)空間鑲嵌的各類生態(tài)系統(tǒng)及其整體能保存關(guān)鍵生態(tài)組分與結(jié)構(gòu),且遠(yuǎn)離疾病,流域上下游以及陸域和河流水域保持密切的聯(lián)系[4]。③功能完善。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能反映流域生態(tài)系統(tǒng)滿足人類需求的程度。健康的流域意味著能穩(wěn)定地提供人類生存和發(fā)展需要的水、土地、森林等自然資源,維持涵養(yǎng)水源、保持水土、凈化環(huán)境等服務(wù)功能[3,5]。④具備彈性恢復(fù)力。恢復(fù)力表示生態(tài)系統(tǒng)系統(tǒng)在自然災(zāi)害、資源緊張、環(huán)境污染等問(wèn)題發(fā)生后如何將危害減少到最低程度,即系統(tǒng)抵抗自然災(zāi)害和處理生態(tài)環(huán)境問(wèn)題的能力。健康的流域意味著面對(duì)自然和人為的適度干擾具有一定的恢復(fù)力。⑤維持一定的人類健康。流域生態(tài)系統(tǒng)的改變能影響人類健康,健康的流域應(yīng)有能力維持人類的健康,人類的健康本身可作為流域生態(tài)系統(tǒng)健康的反映,可從身體健康和文化水平兩方面來(lái)反映流域城鎮(zhèn)化地區(qū)人群的整體健康狀況[18]。

3　滇池流域生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

3.1　研究區(qū)概況

滇池流域位于云貴高原中部,地處102°36′—102°47′E、24°40′—25°02′N之間,位于長(zhǎng)江、珠江和紅河三大水系分水嶺地帶[19,20]。流域南北長(zhǎng)114km,東西平均寬25.6km,涉及昆明市主城區(qū)(包括五華、盤龍、官渡、西山四區(qū))、呈貢區(qū)和晉寧縣“五區(qū)一縣”等縣市區(qū)部分地區(qū),流域面積2840.7km2。整個(gè)流域?yàn)槟媳遍L(zhǎng)、東西窄的湖盆地,地形可分為山地丘陵、淤積平原和滇池水域3個(gè)層次。滇池是該流域主要的水域組成部分,面積為250km2[20]。全流域均為昆明市所轄,在云南全省的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中占有舉足輕重的地位。

20世紀(jì)80年代以來(lái),昆明市的快速城市化對(duì)滇池流域的自然水文循環(huán)造成了嚴(yán)重的干擾和破壞,主要表現(xiàn)在：河流生態(tài)系統(tǒng)功能退化、水體污染,特別是滇池水體富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題日益嚴(yán)重,生態(tài)用地面積減少,水土流失情況嚴(yán)重,主要河流密度、曲度銳減等,已經(jīng)成為制約滇池流域可持續(xù)發(fā)展的重要因素[19,21-23]。

3.2　評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建思路

根據(jù)流域生態(tài)系統(tǒng)健康的概念與特征,基于滇池流域城鎮(zhèn)化的背景,本文以“自然條件限制因子—城鎮(zhèn)化影響因子—流域生態(tài)健康指示因子”為評(píng)價(jià)指標(biāo),建立了流域生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)體系。該評(píng)價(jià)指標(biāo)綜合考慮了滇池流域生態(tài)系統(tǒng)稟賦特征和城鎮(zhèn)化的影響,通過(guò)健康指示因子反映流域的健康狀況[16,24]。健康指示因子包括以下5個(gè)方面的要素:活力、組織結(jié)構(gòu)、恢復(fù)力、生態(tài)系統(tǒng)功能的維持和人群健康狀況[4,7,17,25]。

3.3　指標(biāo)選取原則

主要是:①完整性與可識(shí)別性原則。從遵循生態(tài)系統(tǒng)的一般規(guī)律出發(fā),切實(shí)反映流域生態(tài)系統(tǒng)的本質(zhì)特性與區(qū)域特征。②簡(jiǎn)明性和可操作性原則。選擇關(guān)鍵性的具有綜合性的指標(biāo),使建立的指標(biāo)體系簡(jiǎn)單明了、有較強(qiáng)的可比性、參數(shù)易于獲取、便于計(jì)算與分析等。③主導(dǎo)性原則。流域生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng),決定系統(tǒng)特征的因子很多。指標(biāo)應(yīng)考慮其在城鎮(zhèn)化背景下對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量和社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的表征、刻畫作用以及內(nèi)在聯(lián)系和因果關(guān)系,提取信息量大、綜合性強(qiáng)的指標(biāo)。④敏感性原則。選取的指標(biāo)應(yīng)對(duì)生態(tài)環(huán)境變化具有敏感性,同時(shí)也具有一定的穩(wěn)定性。

3.4　評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇

根據(jù)評(píng)價(jià)體系構(gòu)建思路與指標(biāo)選取原則,本文將云南省滇池流域的生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)體系分解為自然條件限制因子、城鎮(zhèn)化影響因子、流域生態(tài)健康指示因子等三個(gè)結(jié)構(gòu)層次：①自然條件限制因子主要是反映滇池流域的生態(tài)系統(tǒng)稟賦特征和先天條件,是流域生態(tài)系統(tǒng)健康狀況的決定性因素之一,從水、土和生物資源稟賦對(duì)流域健康的制約來(lái)選擇指標(biāo)。②城鎮(zhèn)化影響因子主要是反映城鎮(zhèn)化對(duì)流域土地利用的影響、對(duì)流域水資源的質(zhì)和量的影響、對(duì)流域景觀結(jié)構(gòu)的影響來(lái)選擇指標(biāo)。③流域生態(tài)健康指示因子主要是綜合反映流域的健康狀況,應(yīng)選擇較為敏感的反映流域生態(tài)系統(tǒng)健康狀況和變化趨勢(shì)的指標(biāo),從流域生態(tài)系統(tǒng)健康的五大要素來(lái)考慮指標(biāo)的選配,即活力、組織結(jié)構(gòu)、恢復(fù)力、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能和人類健康。根據(jù)三個(gè)結(jié)構(gòu)層次選擇相應(yīng)的指標(biāo),最終形成滇池流域生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(表1)。

表1　滇池流域生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

3.5　部分指標(biāo)的機(jī)理解釋

多年平均降雨量:多年平均降雨量是滇池流域重要的水資源稟賦特征指標(biāo),主要反映流域地表水資源量多寡的制約情況。滇池是典型的寬淺型高原湖泊,入湖水量主要來(lái)源于流域的自然降水[26]。整個(gè)滇池流域的水資源嚴(yán)重匱乏,水資源總量約為5.55億m3,人均水資源量?jī)H155m3,屬水資源嚴(yán)重缺乏地區(qū)。

湖濱帶干擾指數(shù):湖濱帶干擾指數(shù)主要是指湖濱帶內(nèi)建設(shè)用地與農(nóng)田面積之和占湖濱帶面積的比例。湖濱帶是流域生態(tài)系統(tǒng)中湖泊的重要緩沖區(qū),對(duì)湖泊生態(tài)環(huán)境防護(hù)具有重要意義。隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快,滇池流域湖濱帶地區(qū)城鎮(zhèn)用地面積大幅增加,在增加非點(diǎn)源污染負(fù)荷的同時(shí),使殘留在地面的非點(diǎn)源污染物更易于被匯集到河道,進(jìn)入湖泊,直接導(dǎo)致自然生態(tài)系統(tǒng)不堪重負(fù)而失去了自我調(diào)節(jié)的能力[20,27]。

水質(zhì)狀況指數(shù):水質(zhì)狀況指數(shù)主要是指Ⅲ類及以上水質(zhì)斷面數(shù)占流域全部斷面數(shù)的比例。滇池位于昆明市主城區(qū)下游,湖體成為城市污染物唯一的最終受納體。20世紀(jì)70年代以來(lái),隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快,滇池水體富營(yíng)養(yǎng)化日益突出[26],已成為制約滇池流域可持續(xù)發(fā)展的重要影響因素[22]。滇池流域的主要污染物有CODCr、NH3-N、TN、TP(化學(xué)需氧量、氨氮、總氮、總磷)。

河道連通性指數(shù):河道連通性指數(shù)是反映城鎮(zhèn)化過(guò)程對(duì)自然河道的干擾狀況,用每公里河道的閘壩個(gè)數(shù)表示[9]。注入滇池的河流有20余條,主要有盤龍江、東白沙河、寶象河、馬料河、撈魚河、梁王河、大河、柴河、東大河、西北沙河、新河、運(yùn)糧河等,新河和運(yùn)糧河主要為昆明的排污河道,各河流呈向心狀注入滇池,而滇池唯一的出湖河道為海口河。這種極度封閉性決定了河道連通性是滇池流域生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)的一個(gè)重要指標(biāo)。

植被凈第一性生產(chǎn)力NPP:NPP是指綠色植物在單位時(shí)間、單位面積上由光合作用所產(chǎn)生的有機(jī)質(zhì)總量中扣除自養(yǎng)呼吸后的剩余部分。流域的潛在植物凈第一性生產(chǎn)力較多,當(dāng)植被遭受破壞時(shí),該流域的植被恢復(fù)可能較快。因此,與NPP較小的流域相比,滇池流域的生態(tài)系統(tǒng)健康程度較高,具體計(jì)算公式見(jiàn)相關(guān)參考文獻(xiàn)[7]。

生態(tài)彈性度:生態(tài)彈性度是反映滇池流域景觀水平生態(tài)恢復(fù)力的一項(xiàng)綜合指標(biāo)。根據(jù)滇池流域不同的土地利用類型(建成區(qū),農(nóng)用地、林地、荒草地、裸地、水體)對(duì)生態(tài)恢復(fù)的貢獻(xiàn)和作用[28],分別賦予不同級(jí)別的生態(tài)恢復(fù)力值,然后得出反映生態(tài)恢復(fù)力的綜合指數(shù),指數(shù)值越大表示恢復(fù)力越強(qiáng)[3,5],具體計(jì)算公式見(jiàn)相關(guān)參考文獻(xiàn)[3]。

景觀格局指數(shù):景觀格局指數(shù)是符合流域尺度特征的生態(tài)結(jié)構(gòu)指標(biāo)。流域是由河網(wǎng)作為銜接廊道,由不同生態(tài)系統(tǒng),如森林、濕地、城鎮(zhèn)等構(gòu)成的綜合景觀。在構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系時(shí),需要考慮景觀生態(tài)系統(tǒng)的廊道、斑塊等景觀組成與空間格局,針對(duì)水域、岸邊帶和陸域的結(jié)構(gòu)特征,將該生態(tài)系統(tǒng)的類型組成及空間格局納入進(jìn)來(lái)[4]。近年來(lái)隨著滇池流域內(nèi)的城鎮(zhèn)化進(jìn)程加速,建設(shè)用地不斷擴(kuò)張,農(nóng)田、草地等面積日益減少,已造成流域景觀破碎化程度加劇、景觀結(jié)構(gòu)不合理及其功能退化等問(wèn)題[29]。根據(jù)滇池流域的特點(diǎn),在類型水平和景觀水平上分別選取以下指標(biāo):最大斑塊指數(shù),表示流域內(nèi)各個(gè)類型中最大斑塊占流域總面積的百分比;斑塊結(jié)合度指數(shù),反映流域斑塊的物理連接度。如果流域具有高連接度(即物理連接度未受到損害,生物有機(jī)體能在縱向、橫向和垂直方向自由移動(dòng)),則流域生態(tài)系統(tǒng)越健康。具體的計(jì)算方法見(jiàn)相關(guān)參考文獻(xiàn)[30];景觀破碎度,反映滇池流域中陸域生態(tài)系統(tǒng)的完整性狀況。由森林、草地等自然植被的斑塊數(shù)除以滇池流域陸域的面積來(lái)獲得;Simpson多樣性指數(shù)主要是反映滇池流域土地覆蓋/利用類型的復(fù)雜性和多樣性的指標(biāo),具體的計(jì)算方法見(jiàn)相關(guān)參考文獻(xiàn)[30];在高功能景觀斑塊分維數(shù)和優(yōu)勢(shì)度方面，高功能景觀斑塊是景觀中對(duì)發(fā)揮生態(tài)系統(tǒng)功能貢獻(xiàn)較大的土地覆蓋/利用類型,因此常被用于對(duì)景觀結(jié)構(gòu)指標(biāo)的計(jì)算[31]。高功能景觀斑塊分維數(shù)和優(yōu)勢(shì)度分別從形狀上、面積與斑塊數(shù)量比例上反映了滇池流域高功能景觀斑塊的復(fù)雜性和異質(zhì)性[3,5],具體的計(jì)算方法見(jiàn)相關(guān)參考文獻(xiàn)[32]。

水源涵養(yǎng)功能指數(shù):水源涵養(yǎng)功能指數(shù)與植被覆蓋度、植被類型和不透水面積有關(guān),具體計(jì)算公式見(jiàn)相關(guān)參考文獻(xiàn)[9]。流域生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)功能主要表現(xiàn)在攔蓄降水、調(diào)節(jié)徑流、影響降水量、凈化水質(zhì)等方面,同時(shí)對(duì)改善水文狀況和調(diào)節(jié)區(qū)域水分循環(huán)也起著非常重要的作用。對(duì)滇池流域來(lái)說(shuō),滇池的水源涵養(yǎng)功能與植被類型密切相關(guān)。由于該區(qū)域地處北回歸線附近,處于全球生態(tài)系統(tǒng)脆弱地區(qū),加上人為因素的影響,滇池流域的地帶性植被由常綠闊葉林向云南松林發(fā)生次生演替,反映了生境條件由濕性向旱性的逆向演替[19],水源涵養(yǎng)功能發(fā)生了顯著變化。

水土保持功能指數(shù):水土保持功能指數(shù)是反映滇池流域土壤水土保持的能力。與流域內(nèi)不同程度的土壤侵蝕面積有關(guān),具體計(jì)算公式見(jiàn)相關(guān)參考文獻(xiàn)[9]。水土流失是滇池流域重要的生態(tài)問(wèn)題之一,也是導(dǎo)致滇池流域水環(huán)境惡化的重要因素。研究表明,滇池流域的水體污染分為點(diǎn)源污染、面源污染和內(nèi)源污染,其中面源污染是主要的污染源,而水土流失則是滇池面源污染的主要來(lái)源,占面源污染總量的80%[23]。

4　小結(jié)

滇池流域是一個(gè)典型的自然—社會(huì)—經(jīng)濟(jì)復(fù)合生態(tài)系統(tǒng),是云南省城鎮(zhèn)化水平最高的區(qū)域,滇池流域生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)的目的是為了生態(tài)恢復(fù)與管理,并實(shí)現(xiàn)流域的可持續(xù)發(fā)展,而基于城鎮(zhèn)化背景下建立科學(xué)的指標(biāo)體系是生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)的關(guān)鍵與基礎(chǔ)。

本文在明晰健康流域生態(tài)系統(tǒng)健康特征的基礎(chǔ)上,基于滇池流域的城鎮(zhèn)化背景,建立了以“自然條件限制因子—城鎮(zhèn)化影響因子—流域生態(tài)系統(tǒng)健康指示因子”為結(jié)構(gòu)的較為完整的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,為滇池流域生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)提供了有價(jià)值的參考。該評(píng)價(jià)體系體現(xiàn)了滇池流域的稟賦特征,突出了城鎮(zhèn)化是評(píng)價(jià)流域生態(tài)系統(tǒng)健康的原始?jí)毫?也體現(xiàn)了流域生態(tài)系統(tǒng)健康的五大要素特征。

綜上所述，需要注意的是:①滇池流域生態(tài)系統(tǒng)健康的影響因素較多,本文提出的指標(biāo)體系主要是針對(duì)城鎮(zhèn)化進(jìn)程的影響;健康狀況是一種動(dòng)態(tài)過(guò)程,滇池流域不同時(shí)期的主要影響因子不同,在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)影響因子的不同進(jìn)行調(diào)整。②作為宏觀尺度的生態(tài)系統(tǒng)健康研究,本評(píng)價(jià)指標(biāo)體系雖然有效地反映了復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)的特征,但是需要對(duì)各組成要素的特征、相互作用而形成的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系等各種信息進(jìn)行進(jìn)一步整合與研究,更加突出與景觀生態(tài)學(xué)相結(jié)合,更加突出遙感和地理信息系統(tǒng)等新技術(shù)和新方法的應(yīng)用。