胡振園 許蕊 叢一蓬

(1 北京市頤和園管理處，北京 100091；2 北京市園林科學(xué)研究院，北京100106)

由于濕地在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮著重要的生態(tài)功能，濕地退化、修復(fù)及濕地生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境演化的議題逐漸受到國內(nèi)外的廣泛關(guān)注，開展?jié)竦厣鷳B(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)，用定性或定量表征濕地環(huán)境演化狀態(tài)已成為研究濕地過程及保護(hù)管理措施的重要手段(朱衛(wèi)紅等, 2012; 徐珊楠等, 2016; 張艷會(huì)等,2014; 張志明等, 2013)。以昆明湖為主體的頤和園湖泊濕地在調(diào)節(jié)區(qū)域小氣候、維持生物多樣性、提供休閑旅游等方面有著不可替代的作用(苗李莉等,2013)。上世紀(jì)80年代初，北京進(jìn)入了城市化的快速發(fā)展期，城市建設(shè)向“郊區(qū)化”蔓延給頤和園濕地生態(tài)系統(tǒng)帶來威脅，地表固化改變了頤和園濕地生態(tài)系統(tǒng)的水分循環(huán)(王喜全等, 2008; 張文茂等,2009)。其次，作為藝術(shù)文化價(jià)值極高的皇家園林，頤和園也面臨由高負(fù)荷的旅游服務(wù)產(chǎn)生的一系列生態(tài)環(huán)境問題(陳萍, 2010)。因此，提升頤和園的管理水平，實(shí)現(xiàn)世界文化遺產(chǎn)地及其生態(tài)環(huán)境的科學(xué)保護(hù)與管理，開展頤和園濕地生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)和健康評(píng)價(jià)具有十分重要的意義，對(duì)于我國歷史文化古跡所在地的生態(tài)保護(hù)起到重要的引領(lǐng)和示范作用，同時(shí)為頤和園世界文化遺產(chǎn)地生態(tài)環(huán)境的保護(hù)和管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

頤和園位于北京市海淀區(qū)，園內(nèi)有大小水體10多個(gè)，主要的水體有昆明湖、藻鑒堂湖、耕織圖水體、耕織圖東北湖、團(tuán)城湖及后溪河。根據(jù)2015年的生態(tài)調(diào)查數(shù)據(jù)，頤和園有維管束植物305種，隸屬于86科231屬，其中，以禾本科、菊科植物最多；昆蟲119種隸屬于11目62科；濕地植物109種，隸屬于49科94屬，其中，水生植物33種，濕生植物76種。

1.2 樣品采集與分析

2015年7月對(duì)頤和園濕地生態(tài)系統(tǒng)展開調(diào)查，樣點(diǎn)布設(shè)如圖1所示。其中昆明湖31個(gè)樣點(diǎn)，耕織圖東北湖5個(gè)樣點(diǎn)，耕織圖水體及后溪河各3個(gè)樣點(diǎn)，藻鑒堂湖、排云殿院內(nèi)水池及揚(yáng)仁風(fēng)院內(nèi)水池各1個(gè)樣點(diǎn)，合計(jì)45個(gè)采樣點(diǎn)。本次調(diào)查采集了樣點(diǎn)的水樣、底泥、濕地植物、浮游動(dòng)植物和底棲動(dòng)物樣品，樣品的采集、運(yùn)輸、保存和分析均參照《濕地生態(tài)系統(tǒng)觀測(cè)方法》和《生物多樣性觀測(cè)技術(shù)導(dǎo)則淡水底棲大型無脊椎動(dòng)物》等所規(guī)定的方法進(jìn)行。

生物多樣性指數(shù)D參照陳清潮等(1994)：

式中：H＇為Shannon-Wiener多樣性指數(shù)，j為均勻度，S為種類總數(shù)，Pi為第i種的個(gè)體數(shù)量(Ni)與總個(gè)體數(shù)(N)的比值。

圖1 頤和園濕地生態(tài)系統(tǒng)調(diào)查監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)示意圖Fig.1 Sampling sites for ecological survey of the wetland ecosystem in the Summer Palace

表1 頤和園濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及權(quán)重值Table 1 The system and weighted value of wetland ecosystem health assessment in the Summer Palace

1.3 層次分析法

1.3.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建參考已有的生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)模型(徐珊楠等, 2016; 李春華等,2012; 趙臻彥等, 2005)，結(jié)合頤和園濕地生態(tài)系統(tǒng)的特點(diǎn)，構(gòu)建頤和園濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)體系。該體系由目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層組成，目標(biāo)層為頤和園濕地生態(tài)系統(tǒng)健康狀況，準(zhǔn)則層分為水質(zhì)環(huán)境、底泥環(huán)境、生態(tài)系統(tǒng)功能與生物群落結(jié)構(gòu)4個(gè)層次，指標(biāo)層包含pH等26項(xiàng)指標(biāo)(表1)。

1.3.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定將前述頤和園濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)體系做成調(diào)查表，通過咨詢有關(guān)專家，對(duì)選取的評(píng)價(jià)指標(biāo)按照相對(duì)重要性進(jìn)行評(píng)分，按照層次分析法構(gòu)建判斷矩陣后求解矩陣的特征值和特征向量，按照C.R.＜0.1的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。將特征向量歸一化處理后就可以得到權(quán)重值(表1)。

1.4 生態(tài)系統(tǒng)健康狀況的模糊綜合評(píng)價(jià)

1.4.1 等級(jí)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)的建立生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)是建立在實(shí)測(cè)值與參照標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比的基礎(chǔ)上(李春華等, 2012)，本研究結(jié)合頤和園濕地生態(tài)系統(tǒng)的特征，參考有關(guān)學(xué)者的研究確定了頤和園濕地生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，從重度病態(tài)到非常健康共分5級(jí)(朱紅衛(wèi)等, 2012; 徐珊楠等, 2016)(表2)。各指標(biāo)的評(píng)價(jià)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)主要依據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838-2002）、《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 》（GB 15618-19954）、《全國第二次土壤普查養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》等相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)，沒有標(biāo)準(zhǔn)文本的則參考已有的研究成果(賈曉平等, 2003)，最后得出頤和園濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(表2)。

表2 頤和園濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Table 2 The grade standard of wetland ecosystem health assessment in the Summer Palace

1.4.2 生態(tài)系統(tǒng)健康綜合指數(shù)的計(jì)算選取評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的評(píng)價(jià)因子作為模糊綜合評(píng)價(jià)的因素集C={c1,c2,c3,…,cm}(表1)，確定相應(yīng)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)集合V={v1,v2, v3,…,vn｝，即V=｛非常健康，健康，亞健康，病態(tài)，重度病態(tài)｝(表2)。對(duì)因素集C中的ci(i=1, 2, 3,…, m)逐一進(jìn)行單因素評(píng)判，得出ci對(duì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)vj(j=1, 2, 3,…, n)的隸屬度rij，則ci的單因素評(píng)判模糊子集為ri=(ri1,ri2,…,rin）(i=1, 2,…,m)，將m個(gè)ri組合后構(gòu)造出最終的模糊評(píng)判矩陣R：

評(píng)價(jià)因素的權(quán)重集W={w1, w2, w3,…,wm}(表1)，則頤和園濕地生態(tài)系統(tǒng)健康綜合評(píng)價(jià)的模型：A=W×R。

2 結(jié)果與分析

2.1 頤和園濕地生態(tài)系統(tǒng)健康狀況

根據(jù)2015年頤和園濕地生態(tài)系統(tǒng)野外調(diào)查數(shù)據(jù)，計(jì)算得出頤和園濕地生態(tài)系統(tǒng)健康綜合指數(shù)為0.41，依據(jù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)確定頤和園濕地生態(tài)系統(tǒng)健康狀況為“亞健康”。45個(gè)調(diào)查樣點(diǎn)中，僅有4個(gè)樣點(diǎn)(樣點(diǎn)5、15、19、31)(圖1)的健康狀況為“健康”，其余41個(gè)為“亞健康”。分析結(jié)果表明，頤和園內(nèi)主要水體的健康綜合指數(shù)排序?yàn)?耕織圖水體＞耕織圖東北湖＞昆明湖＞后溪河＞藻鑒堂湖＞排云殿院內(nèi)水池＞揚(yáng)仁風(fēng)院內(nèi)水池，健康綜合指數(shù)值均在0.4～0.6之間，健康狀況為“亞健康”。頤和園游客活動(dòng)密集，客流量大，人為干擾程度相對(duì)較大，這是造成頤和園濕地生態(tài)系統(tǒng)健康綜合指數(shù)偏低的重要原因。

水質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)表明，頤和園的水體處于亞健康狀態(tài)，需要進(jìn)一步進(jìn)行治理改進(jìn)。其中總磷和五日生化需氧量的平均值分別為0.17 mg/L和6.35 mg/L，達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中景觀用水的V類標(biāo)準(zhǔn)，而其余指標(biāo)均優(yōu)于Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)，表明頤和園的水體具有富營養(yǎng)化的潛在風(fēng)險(xiǎn)，影響到頤和園濕地生態(tài)系統(tǒng)。頤和園濕地生態(tài)系統(tǒng)的底泥環(huán)境總體處于健康水平，但個(gè)別指標(biāo)的含量存在一定的超標(biāo)。底泥的有機(jī)質(zhì)含量偏高，該結(jié)果與水體的五日生化需氧量數(shù)值偏高具有一定的關(guān)聯(lián)性。雖然底泥重金屬含量均符合《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中滿足植物生長的Ⅲ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，但Cd平均含量為0.92 mg/kg，而相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)值為1.00 mg/kg，因此需要后期持續(xù)對(duì)底泥的Cd含量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，避免該指標(biāo)持續(xù)升高和超標(biāo)。

表3 2015年頤和園濕地生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)各指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果及其健康狀況Table 3 Mean value of each ecological index in the Summer Palace and its health condition in 2015

通過對(duì)頤和園濕地植物生物量實(shí)測(cè)值的分析，可以看出頤和園濕地生態(tài)系統(tǒng)功能健康狀況較差，水體中濕地植物生物量為151.09 g/m2。除部分采樣點(diǎn)生長有馬尿花、菖蒲和睡蓮?fù)?，多?shù)采樣點(diǎn)僅能采集到浮萍和藻類等濕地植物。這主要由于頤和園游船項(xiàng)目的開展，需要定期對(duì)水體中濕地植物進(jìn)行清理，水體中主要以觀賞植物為主，缺乏其他大型濕地植物。濕地植物種類和數(shù)量偏少在一定程度上造成頤和園濕地生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性指數(shù)偏低。其中生物多樣性指數(shù)最低(0.32)，浮游植物次之(0.55)，浮游動(dòng)物最高(1.38)，但健康狀況都表現(xiàn)為病態(tài)或者重度病態(tài)。這可能是由于水體中含有較多的氮磷，導(dǎo)致浮游植物(藻類)，尤其是藍(lán)藻門中的偽魚腥藻(Pseudanabaenasp.)、微囊藻(Microcystissp.)的生物量和密度過高，影響了其它種類的浮游植物、浮游動(dòng)物和底棲生物的生長。

2.2 頤和園昆明湖入水口至出水口的水質(zhì)環(huán)境

密云水庫是昆明湖的水源地，京密引水渠將庫區(qū)水體經(jīng)懷柔水庫引入北京市區(qū)，最終匯入昆明湖。因此，本研究選取昆明湖從入水口(頤和閘)到出水口(繡漪閘)12個(gè)樣點(diǎn)的水質(zhì)環(huán)境進(jìn)行分析，探討沿入水口至出水口方向水質(zhì)的變化趨勢(shì)(圖1)。從水質(zhì)結(jié)果看(圖2)，入水口的水質(zhì)環(huán)境略好于出水口，但入水口和出水口的水質(zhì)環(huán)境都處在“亞健康”狀態(tài)，說明供水水質(zhì)環(huán)境較差是頤和園濕地生態(tài)系統(tǒng)健康綜合指數(shù)較低的一個(gè)原因。其中出水口附近4個(gè)樣點(diǎn)(樣點(diǎn)11、14、23、28)總磷含量超過Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)0.2 mg/L，反映出頤和園人為活動(dòng)的高頻干擾對(duì)水質(zhì)的影響。

3 討論

針對(duì)頤和園濕地生態(tài)系統(tǒng)的亞健康狀態(tài)必須采取相應(yīng)的措施，避免進(jìn)一步惡化。例如增加昆明湖水體的流動(dòng)性，對(duì)于一些有機(jī)質(zhì)含量和Cd含量明顯偏高的采樣點(diǎn)的底泥需要進(jìn)行清淤，避免對(duì)水體的持續(xù)污染。張娟等(2012)研究發(fā)現(xiàn)頤和園的土壤重金屬污染嚴(yán)重，需做好園內(nèi)水土保持工作，防止土壤重金屬伴隨地表徑流進(jìn)入水體。針對(duì)頤和園濕地生態(tài)系統(tǒng)初級(jí)生產(chǎn)力較低，濕地植物種類較少的現(xiàn)狀，需適當(dāng)增加沉水植物的種類和數(shù)量，與公園現(xiàn)有的挺水和浮水植物構(gòu)成具有相對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)層次的濕地植物群落。劉慧蘭(2005)測(cè)定昆明湖3 500年沉積物中孢粉，結(jié)果表明昆明湖歷史上水生植物非常豐富。昆明湖的生態(tài)環(huán)境適合濕地植物生長，可利用濕地植物凈化水體中的氮磷等營養(yǎng)成分，降低水體富營養(yǎng)化的風(fēng)險(xiǎn)。因此，在不影響游船游覽線路的水域，可適當(dāng)種植濕地植物，提高頤和園濕地生態(tài)系統(tǒng)的初級(jí)生產(chǎn)力，提升生態(tài)系統(tǒng)的功能。

荊紅衛(wèi)等(2008)和李海燕等(2007)一致認(rèn)為來水水質(zhì)是影響昆明湖水體呈富營養(yǎng)化趨勢(shì)的主要原因之一。因此，在昆明湖濕地生態(tài)系統(tǒng)的整治提升過程中，需采取相應(yīng)的措施提升外來水源的水質(zhì)和減少人為因素對(duì)昆明湖水質(zhì)的影響。研究發(fā)現(xiàn)從進(jìn)水口到出水口重金屬Cu濃度增加，可能與頤和園園林養(yǎng)護(hù)的噴藥施肥有關(guān)。因此，在公園園林養(yǎng)護(hù)中農(nóng)藥和化肥施用也需進(jìn)一步規(guī)范，盡可能減少對(duì)水體的污染。

目前，濕地生態(tài)系統(tǒng)健康狀況的評(píng)價(jià)研究多從宏觀角度結(jié)合GIS技術(shù)開展，本研究基于較全面的指標(biāo)設(shè)計(jì)和樣品采集分析，從微觀尺度評(píng)價(jià)了濕地的健康狀況，研究結(jié)果具有一定的客觀性和全面性。另一方面，由于缺乏針對(duì)濕地的評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，借鑒了其他專業(yè)領(lǐng)域的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)價(jià)結(jié)果可能具有一定的局限性，因此需進(jìn)一步對(duì)相關(guān)指標(biāo)及其標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研究改進(jìn)。

4 結(jié)論

(1)構(gòu)建了頤和園濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，從水質(zhì)環(huán)境、底泥環(huán)境、生態(tài)系統(tǒng)功能及生物群落結(jié)構(gòu)4個(gè)方面選取26個(gè)指標(biāo)對(duì)頤和園內(nèi)45個(gè)濕地樣點(diǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，頤和園濕地生態(tài)系統(tǒng)健康綜合指數(shù)的平均值為0.41，處于“亞健康”狀態(tài)。

(2)分析了頤和園昆明湖從入水口至出水口的水質(zhì)環(huán)境狀況，結(jié)果表明：入水口的水質(zhì)略好于出水口，但二者均處于“亞健康”水平；頤和園入水水質(zhì)狀況和頤和園內(nèi)高強(qiáng)度的人類干擾是造成昆明湖健康綜合指數(shù)值較低的主要原因。入湖水質(zhì)決定了水體中高氮磷負(fù)荷，而人類活動(dòng)加重了水質(zhì)有機(jī)污染和富營養(yǎng)程度。

(3)建議從改善入水水質(zhì)、降低水體氮磷濃度、對(duì)各小水體進(jìn)行凈化清淤整治、優(yōu)化濕地植物配置及提高水生生物多樣性等方面加強(qiáng)頤和園濕地生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)與管理。