荔琢，蔣衛(wèi)國*，王文杰，呂金霞，陳征

1.北京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)部,環(huán)境演變與自然災(zāi)害教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 2.遙感科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)部 3.中國環(huán)境科學(xué)研究院 4.生態(tài)環(huán)境部土壤與農(nóng)業(yè)農(nóng)村生態(tài)環(huán)境監(jiān)管技術(shù)中心

濕地是地球上生產(chǎn)力最高的生態(tài)系統(tǒng)之一，也是人類生存和發(fā)展最重要的環(huán)境之一[1]，具有多種獨(dú)特的生態(tài)功能，如氣候調(diào)節(jié)、水資源供給等，所以濕地又被稱為“地球之腎”[2- 3]。中國擁有豐富的濕地類型和資源，其面積約占全球濕地總面積的10%[4]。然而，自然氣候的變化、城市化進(jìn)程的加快及人類活動的加劇，使?jié)竦孛娣e不斷萎縮、功能持續(xù)退化，并引發(fā)生物多樣性減少、生產(chǎn)力降低等一系列生態(tài)環(huán)境問題[5- 6]，對區(qū)域可持續(xù)發(fā)展造成較大阻礙[7- 9]。因此，對濕地退化進(jìn)行研究十分必要且迫切。目前越來越多的研究人員關(guān)注到這一問題并開展了一系列的研究。國內(nèi)外學(xué)者多集中于圍繞濕地退化機(jī)理[10]、現(xiàn)狀及原因、驅(qū)動因素[11]、風(fēng)險(xiǎn)評估[12]、保護(hù)與恢復(fù)對策[13- 14]等方面。生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)是指生態(tài)系統(tǒng)受到某些生態(tài)環(huán)境狀況(如化學(xué)污染、人類活動造成的潛在危害)、事故或?yàn)?zāi)害的作用(或影響)從而造成損害的可能性[15]。區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)是生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)的一個分支，它從區(qū)域的角度出發(fā)來評估生態(tài)系統(tǒng)可能受到的危害程度[16]。目前，已有學(xué)者關(guān)注濕地的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評估，如付在毅等[17- 18]利用區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)的理論和方法分別對遼河三角洲和黃河三角洲的濕地進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)。

天津市濕地面積巨大，類型多樣，資源豐富。近幾十年來，隨著社會經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，天津市濕地面積減少，結(jié)構(gòu)破碎，尤其是天然濕地面臨著較大威脅[19]。筆者利用區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)的理論與方法，建立濕地退化多指標(biāo)評估體系，對天津市1990—2015年濕地退化風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評估，并分析濕地退化面臨的脅迫度變化、濕地內(nèi)部退化度的變化及濕地退化風(fēng)險(xiǎn)的變化，以期為天津市濕地的科學(xué)保護(hù)和管理提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

天津市(116°43′E～118°04′E，38°34′N～40°15′N)地處太平洋西岸、華北平原北部，東臨渤海，西靠首都北京，是海上絲綢之路的重要支點(diǎn)、“一帶一路”交匯點(diǎn)、中國北方最大的港口城市。總面積為11 916.85 km2，周長為1 290.81 km，其中海岸線長為153.33 km[26]。天津市是海河五大支流的匯合處和入?？冢貏葜饕云皆屯莸貫橹?，屬暖溫帶半濕潤季風(fēng)性氣候，因其獨(dú)特的地理位置和地勢特征，區(qū)域內(nèi)形成了大量的濕地資源(圖1)。

圖1 天津市1990—2015年濕地分布Fig.1 Wetland distribution in Tianjin City from 1990 to 2015

1.2 技術(shù)路線

利用天津市1990—2015年多時(shí)期的土地利用、氣象、社會經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)等數(shù)據(jù)，以區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)理論與方法，結(jié)合遙感(RS)和地理信息系統(tǒng)(GIS)技術(shù)，從脅迫度和退化度2個角度，構(gòu)建濕地退化風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)的指標(biāo)體系，利用層次分析法賦予權(quán)重，對1990—2015年天津市濕地的脅迫度和退化度進(jìn)行評估，并對濕地退化風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析。評估技術(shù)路線如圖2所示。

圖2 濕地退化風(fēng)險(xiǎn)評估技術(shù)路線Fig.2 Technology roadmap for wetland degradation risk assessment

1.3 評估方法構(gòu)建

1.3.1指標(biāo)體系

選取濕地退化風(fēng)險(xiǎn)評估的指標(biāo)需要遵循以下原則：1)要具有一定的典型性，盡可能準(zhǔn)確地體現(xiàn)濕地退化的本質(zhì)特征；2)要具有空間差異性，能夠表現(xiàn)出濕地退化風(fēng)險(xiǎn)的空間分布格局；3)必須以科學(xué)性為原則，能夠客觀真實(shí)反映實(shí)際特點(diǎn)和狀況；4)要具有可操作性、可量化性，各指標(biāo)應(yīng)是便于收集的，并且能定量或半定量計(jì)算；5)要具有系統(tǒng)性，有一定的邏輯關(guān)系[20- 22]。

從自然脅迫、人為脅迫、濕地面積、濕地結(jié)構(gòu)和濕地功能方面進(jìn)行濕地退化風(fēng)險(xiǎn)評估指標(biāo)的選取，選取指標(biāo)后，需對指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，對于正向和逆向指標(biāo)選取不同的標(biāo)準(zhǔn)化處理方式。

(1)

(2)

式中：Zi為指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)值；Xi為指標(biāo)原始數(shù)值；Ximin為指標(biāo)在研究區(qū)內(nèi)的最小值；Ximax為最大值[23]。

1.3.2權(quán)重賦值

濕地退化風(fēng)險(xiǎn)評估是一種多指標(biāo)多因素的綜合評估，因此合理確定各指標(biāo)的權(quán)重尤為重要。層次分析法(AHP)是根據(jù)人的主觀意識判斷，對指標(biāo)進(jìn)行定性和定量相結(jié)合的評價(jià)方法[24]。該方法從決策目標(biāo)、中間層要素和備選方案3個部分來構(gòu)建體系，對每一部分的指標(biāo)進(jìn)行兩兩比較，選取優(yōu)先級。AHP方法思路簡潔，易于計(jì)算，具有非常強(qiáng)的適用性和靈活性[25]。在天津市濕地退化風(fēng)險(xiǎn)評估中，采用層次分析法進(jìn)行權(quán)重賦值。

1.3.3評估模型

區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)包括風(fēng)險(xiǎn)源、生境和影響3個重要的組成部分[16]。在濕地退化風(fēng)險(xiǎn)評估中，生境就是濕地本身；脅迫度即風(fēng)險(xiǎn)源，包括自然脅迫和人為脅迫；退化度即影響，是濕地由于脅迫而退化的表現(xiàn)，包括面積退化、結(jié)構(gòu)退化和功能退化。脅迫度與退化度的計(jì)算公式如下：

X=Xz·Wz+Xr·Wr

(3)

T=Tm·Wm+Tj·Wj+Tg·Wg

(4)

式中：X和T分別為脅迫度和退化度；Xz和Xr分別為自然脅迫和人為脅迫；Tm、Tj和Tg分別為面積退化、結(jié)構(gòu)退化和功能退化；W為各指標(biāo)權(quán)重。由此，得出濕地退化風(fēng)險(xiǎn)(R)計(jì)算公式[12]：

R=X·T

(5)

2 結(jié)果與討論

2.1 總體評估指標(biāo)及權(quán)重

根據(jù)天津市濕地的實(shí)際情況，考慮到數(shù)據(jù)的可獲取性，選取了降水量和氣溫作為自然脅迫指標(biāo)，建設(shè)用地面積占比、農(nóng)田面積占比、人口密度和國內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)作為人為脅迫指標(biāo)；濕地結(jié)構(gòu)選取斑塊數(shù)量、斑塊密度、破碎度和聚集度4個景觀指數(shù)作為評估指標(biāo)，濕地功能評估從供給服務(wù)、調(diào)節(jié)服務(wù)、支持服務(wù)和文化服務(wù)4個方面選取了11個指標(biāo)(表1)。對指標(biāo)進(jìn)行賦值，其中天津市降水量、氣溫?cái)?shù)據(jù)來源于氣象站點(diǎn)，人口密度、GDP數(shù)據(jù)來源于天津市統(tǒng)計(jì)年鑒；建設(shè)用地、農(nóng)田和濕地面積占比由中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所劉紀(jì)遠(yuǎn)團(tuán)隊(duì)的土地利用數(shù)據(jù)計(jì)算獲得[27]；4個景觀指數(shù)通過Fragstats軟件計(jì)算而得，11個功能退化指標(biāo)基于文獻(xiàn)[28]的單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量因子，依據(jù)天津市糧食面積、產(chǎn)量和價(jià)格對價(jià)值當(dāng)量因子進(jìn)行修正[29]后計(jì)算濕地價(jià)值量獲得。通過AHP方法計(jì)算各層級指標(biāo)的權(quán)重，結(jié)果見表1。

表1 天津市濕地退化風(fēng)險(xiǎn)評估指標(biāo)及權(quán)重

注：(-)、(+)分別表示逆向指標(biāo)和正向指標(biāo)；括號內(nèi)數(shù)字表示權(quán)重。

2.2 濕地的脅迫度評估

1990—2015年天津市濕地的脅迫度評估結(jié)果見圖3。由圖3可知，1990—2015年，天津市濕地的脅迫度呈先上升后下降的趨勢，且不同區(qū)域的變化也略有不同。濕地的脅迫度平均值從1990年的0.362降到2015年的0.349，其中2000年達(dá)到最高(0.371)。從脅迫度的各指標(biāo)變化來看，25年來，天津市降水量平均減少了39.092 mm，氣溫平均上升了0.083 ℃，使?jié)竦厥艿揭欢ǖ淖匀粭l件脅迫。但人為方面的脅迫是造成濕地退化的主要原因。從空間分布來看，天津市市轄區(qū)的建設(shè)用地面積占比更多、人口密度更大、GDP更高，因此濕地面臨的脅迫度高于其他區(qū)域，但近年來呈較為明顯的下降趨勢；而寧河區(qū)建設(shè)用地面積的增加較為緩慢，且人口密度較低，使區(qū)域內(nèi)濕地面臨的脅迫度也低，但近年來卻表現(xiàn)出上升趨勢。其他4個區(qū)中，武清區(qū)和寶坻區(qū)脅迫度較高，靜海區(qū)和薊州區(qū)脅迫度較低，雖有波動變化，但均呈現(xiàn)下降趨勢。這說明人類活動的增加會對濕地造成一定的威脅，但人類對濕地的管理對降低濕地脅迫度起到重要作用。如2016年天津市正式頒布了首部保護(hù)濕地的地方性法規(guī)《天津市濕地保護(hù)條例》，2017年、2019年分別印發(fā)了《天津市濕地保護(hù)修復(fù)工作實(shí)施方案》《天津市加強(qiáng)濱海濕地保護(hù)嚴(yán)格管控圍填海工作實(shí)施方案》等，進(jìn)一步加強(qiáng)了濕地的保護(hù)；此外，隨著生態(tài)環(huán)保知識的日益普及，公民對濕地作用的認(rèn)識逐漸提高，保護(hù)意識逐漸增強(qiáng)，也使?jié)竦孛媾R的脅迫度逐漸降低。

圖3 1990—2015年天津市濕地的脅迫度變化Fig.3 Variation of stress degree of wetland degradation in Tianjin City from 1990 to 2015

2.3 濕地的退化度評估

1990—2015年天津市濕地的退化度變化如表2所示。由表2可知，天津市濕地的退化度整體呈上升的趨勢，從1990年的0.360升到2015年的0.415。武清區(qū)、靜海區(qū)和寶坻區(qū)的濕地退化度較高，其中武清區(qū)和靜海區(qū)的變化非常小，但寶坻區(qū)濕地的退化度有一定的增加；薊州區(qū)、天津市市轄區(qū)和寧河區(qū)濕地的退化度均有增加，后二者退化度雖小，但增加的趨勢更為明顯，尤其是寧河區(qū)的濕地退化度從1990年的0.206增至2015年的0.396。從濕地退化度各評估指標(biāo)變化來看，天津市6個區(qū)濕地面積在25年間一直呈下降趨勢：寧河區(qū)濕地面積占比從1990年的48.744%降至2015年的18.363%，

表2 1990—2015年天津市濕地的退化度變化

這也是該區(qū)域濕地退化度大幅增加的重要原因；寶坻區(qū)濕地面積約減少了50%，同時(shí)其2015年的斑塊密度和破碎度較1990年分別增長了3倍和7倍，致使其退化度增加較為明顯；天津市市轄區(qū)內(nèi)濕地面積占比高、破碎度低、聚集度高，而且其功能價(jià)值也高，因此退化度較低。

2.4 濕地退化的風(fēng)險(xiǎn)評估

1990—2015年天津市濕地的退化風(fēng)險(xiǎn)變化如圖4所示。由圖4可知，整體來看，天津市濕地退化風(fēng)險(xiǎn)呈先下降后上升的趨勢，從1990年的0.129降至2005年的0.117，而后升到2015年的0.142。對比脅迫度與退化度變化發(fā)現(xiàn)，濕地的退化度主導(dǎo)了退化風(fēng)險(xiǎn)的變化。天津市6個區(qū)中，濕地退化風(fēng)險(xiǎn)較高依次為武清區(qū)、寶坻區(qū)和靜海區(qū)，退化風(fēng)險(xiǎn)平均值分別為0.164、0.142和0.146。前2個區(qū)因其脅迫度與退化度比較高才使得風(fēng)險(xiǎn)較高，尤其是寶坻區(qū)的濕地退化度有明顯上升趨勢。靜海區(qū)是天津市發(fā)展較快的區(qū)域，其建設(shè)用地占比、人口密度等人為脅迫因素對濕地造成的影響較大，因此濕地退化風(fēng)險(xiǎn)較高。天津市市轄區(qū)和寧河區(qū)濕地退化風(fēng)險(xiǎn)較低，而薊州區(qū)一直處于波動狀態(tài)。天津市市轄區(qū)脅迫度雖高但有下降趨勢，且該區(qū)域內(nèi)濕地面積大、聚集度高，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值也高于其他區(qū)縣，因此退化風(fēng)險(xiǎn)較低。寧河區(qū)和薊州區(qū)濕地的脅迫度與退化度均較低，使得退化風(fēng)險(xiǎn)較低，但需要特別關(guān)注寧河區(qū)濕地退化風(fēng)險(xiǎn)的上升趨勢，并及時(shí)采取有效措施加以遏制。

1990—2015年天津市每5年濕地退化風(fēng)險(xiǎn)的變化及1990—2015年整體的變化如表3所示。由表3可知，整體來看，薊州區(qū)、武清區(qū)和靜海區(qū)濕地退化風(fēng)險(xiǎn)降低，寶坻區(qū)、寧河區(qū)和天津市市轄區(qū)風(fēng)險(xiǎn)增加。1995—2000年、2005—2010年是濕地退化風(fēng)險(xiǎn)增加較為明顯的時(shí)間段，尤其是2005—2010年增幅非常明顯。薊州區(qū)、寶坻區(qū)、武清區(qū)和靜海區(qū)濕地退化風(fēng)險(xiǎn)呈波動變化，而整體來看只有寶坻區(qū)的退化風(fēng)險(xiǎn)有所增加。雖然寧河區(qū)和天津市市轄區(qū)濕地退化風(fēng)險(xiǎn)較低，但是在2000年后出現(xiàn)了風(fēng)險(xiǎn)持續(xù)增加的趨勢，尤其是寧河區(qū)一直保持著較高的增長率。

圖4 1990—2015年天津市濕地退化風(fēng)險(xiǎn)變化Fig.4 Variation of wetland degradation risk in Tianjin City from 1990 to 2015

表3 1990—2015年天津市濕地退化風(fēng)險(xiǎn)變化率

3 結(jié)論

(1)基于土地利用、氣象、社會經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)等數(shù)據(jù)，依據(jù)區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)方法，從脅迫度和退化度2個方面選取評估指標(biāo)，構(gòu)建包含自然脅迫、人為脅迫、濕地面積、濕地結(jié)構(gòu)、濕地功能5個方面22項(xiàng)指標(biāo)的指標(biāo)體系，建立綜合脅迫度和退化度的濕地退化風(fēng)險(xiǎn)評估模型，并對天津市1990—2015年濕地的退化風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評估和分析。

(2)天津市濕地退化的脅迫度總體變化幅度較小，呈先上升后下降趨勢。降水量的減少、氣溫的上升以及人類活動的影響均對濕地造成一定的危害，但保護(hù)措施落地、公民保護(hù)意識加強(qiáng)及人工引水修復(fù)使?jié)竦孛媾R的脅迫度逐步減小。

(3)由于脅迫度的持續(xù)影響，天津市濕地面積大量減少，結(jié)構(gòu)日益破碎，功能逐漸下降，使25年來天津市濕地退化風(fēng)險(xiǎn)呈現(xiàn)波動上升的趨勢，同時(shí)也出現(xiàn)了更為嚴(yán)重的情況，即寶坻區(qū)、天津市市轄區(qū)和寧河區(qū)的濕地退化風(fēng)險(xiǎn)雖較低但增長趨勢顯著，而靜海區(qū)、薊州區(qū)和武清區(qū)的退化風(fēng)險(xiǎn)較高，但呈略微下降趨勢。