劉 力， 張 雅， 李 朋， 馮 江， 葉 婷， 羅 華，胡元平， 潘龍克， 胡 鋒， 譚文卓， 榮 麗

(1.湖北省地質(zhì)調(diào)查院，湖北 武漢 430034； 2.武漢市蔡甸區(qū)沉湖濕地自然保護(hù)區(qū)管理局，湖北 武漢 430199)

濕地被譽(yù)為“地球之腎”，是地球上水陸相互作用形成的特殊自然綜合體，是各種能流、物流和信息流的交換場所，具有強(qiáng)大的水文循環(huán)功能、巨大的環(huán)境調(diào)節(jié)功能和生態(tài)效益，以及豐富的資源潛力[1-3]。健康的濕地生態(tài)系統(tǒng)對(duì)區(qū)域乃至全球生態(tài)平衡，以及人類健康都有著非常重要的影響[4]。Karr et al.[5]指出無論是個(gè)體生物系統(tǒng)或是整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)，如果能自我實(shí)現(xiàn)內(nèi)在潛力和狀態(tài)穩(wěn)定，受到干擾時(shí)仍具有自我修復(fù)能力，管理其只需要最小的外界支持，那么這樣的生態(tài)系統(tǒng)就是健康的。Rapport[6]提出生態(tài)系統(tǒng)健康的定義可以根據(jù)人類健康的定義來類推。Mageau et al.[7]認(rèn)為一個(gè)健康的生態(tài)系統(tǒng)應(yīng)具備生長能力、恢復(fù)能力和結(jié)構(gòu)，能為人類社區(qū)提供生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)支持。生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)已成為湖泊環(huán)境管理的基礎(chǔ)，通過找出湖泊結(jié)構(gòu)與功能退化的原因，提出有針對(duì)性的治理方案，為湖泊保護(hù)與治理提供科學(xué)依據(jù)[8]。濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)近年來發(fā)展迅速，國內(nèi)外學(xué)者已運(yùn)用多種方法對(duì)此進(jìn)行了探索，并隨著3S技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用、統(tǒng)計(jì)學(xué)方法的完善進(jìn)步，許多新方法被廣泛應(yīng)用其中，但也由于各種方法出發(fā)點(diǎn)不同，解決問題的思路和適用對(duì)象存在差異。目前常用的評(píng)價(jià)方法主要有兩大類：生物法和指標(biāo)體系法[1，9]。城市湖泊作為自然過程與城市人類活動(dòng)共同作用的劇烈地帶，是城市重要的資源環(huán)境載體，具有調(diào)節(jié)水文和氣候、改善水質(zhì)和空氣、美化城市面貌等生態(tài)服務(wù)功能，城市湖泊保護(hù)和修復(fù)已成為城市水生態(tài)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和焦點(diǎn)問題[10-13]。

武漢地處江漢平原東部，長江及其最大支流漢江在城中交匯，市內(nèi)江河縱橫、湖港交織，水域面積占全市總面積的1/4，濕地資源居全球內(nèi)陸城市前三位。全市列入保護(hù)目錄的湖泊有166個(gè)，其中湯遜湖為國內(nèi)最大的城中湖，是由崗前洼地積水、出口經(jīng)泥沙封淤而形成的堤間堰塞湖[14]。隨著武漢城市化進(jìn)程發(fā)展，人類活動(dòng)造成了部分城市湖泊富營養(yǎng)化狀況日益加劇，生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和服務(wù)功能逐漸喪失。湯遜湖由于攔湖筑汊、管理無序、開發(fā)過度、保護(hù)不力等因素的疊加，水體污染、環(huán)境惡化、生態(tài)脆弱、功能退化等問題較為突出。針對(duì)這些生態(tài)環(huán)境問題，開展湯遜湖濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)研究，確定生態(tài)系統(tǒng)在脅迫條件下產(chǎn)生不健康的癥狀、機(jī)理及影響因素，對(duì)湯遜湖整體性保護(hù)和系統(tǒng)性修復(fù)具有重要的科學(xué)指導(dǎo)意義。

1 研究區(qū)概況

湯遜湖位于武漢市東南部，地處北緯30°30′～30°22′，東經(jīng)114°15′～114°35′，橫跨江夏、洪山和東湖新技術(shù)開發(fā)區(qū)三個(gè)區(qū)(圖1)。湖泊水域面積47.62 km2，湖體平均水深1.85 m，蓄水量1.17億m3，最大容積為2.04億m3。以江夏大道為界，湯遜湖被分為西側(cè)外湖和東側(cè)內(nèi)湖，西側(cè)外湖湖面面積約占整體的2/3。現(xiàn)階段湯遜湖周邊用地類型以建筑用地為主。

湯遜湖水質(zhì)管理目標(biāo)為地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅲ類。武漢市生態(tài)環(huán)境局發(fā)布的水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示湯遜湖水質(zhì)為Ⅴ類甚至劣Ⅴ類，表現(xiàn)為輕度—中度富營養(yǎng)化，與目標(biāo)值相差甚遠(yuǎn)。湯遜湖存在點(diǎn)源、面源以及內(nèi)源等方面的污染，受不合理開發(fā)、過度利用以及湖泊的自然演化等因素影響，江湖之間、湖湖之間水體交換減弱，加之湖泊淤積嚴(yán)重，水動(dòng)力學(xué)條件較差，大大削弱了湖泊水體的自凈能力、納污能力、生態(tài)修復(fù)能力，導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)破壞嚴(yán)重[15-16]。

圖1 湯遜湖地理位置及采樣點(diǎn)分布圖Fig.1 The geographical location of Tangxun Lake and distribution map of sampling points

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本研究構(gòu)建指標(biāo)體系所需的數(shù)據(jù)主要包括統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、實(shí)地采樣數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)及產(chǎn)品、問卷調(diào)查數(shù)據(jù)4類。

(1) 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。如人口、GDP、水資源量等，一般通過武漢市統(tǒng)計(jì)局、武漢市生態(tài)環(huán)境局、國家氣象科學(xué)數(shù)據(jù)中心、武漢市水務(wù)局等政府網(wǎng)站發(fā)布的相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，或從相關(guān)單位購買監(jiān)測數(shù)據(jù)。

(3) 遙感數(shù)據(jù)及產(chǎn)品。用遙感解譯得到濕地周邊1 km 范圍內(nèi)各種土地利用類型的景觀格局?jǐn)?shù)據(jù)，再用其來計(jì)算景觀指標(biāo)及部分使用指標(biāo)[17]。遙感數(shù)據(jù)為2019年8月和2020年8月Landsat8 OLI影像。在Landsat8 OLI數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，將下載后的影像經(jīng)過影像配準(zhǔn)、輻射定標(biāo)等預(yù)處理，使用ENVI軟件進(jìn)行大氣校正和圖像裁剪，并進(jìn)行圖像拉伸和銳化，然后使用支持向量機(jī)法對(duì)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)督分類，采用Majority對(duì)分類結(jié)果進(jìn)行小斑塊處理，通過目視解譯對(duì)錯(cuò)分及漏分處重新分類，得到湖泊濕地面積及其變化率、土地利用強(qiáng)度。

(4) 問卷調(diào)查數(shù)據(jù)。主要向湯遜湖周邊居民發(fā)布公眾濕地認(rèn)識(shí)和保護(hù)意識(shí)調(diào)查問卷，以網(wǎng)上調(diào)查的方式發(fā)布于問卷星(https://www.wjx.cn/m/97581206.aspx)，共采集有效問卷111份。

2.2 評(píng)價(jià)方法的選擇

濕地系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的復(fù)合系統(tǒng)，多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)法是濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)常用的方法之一，指標(biāo)涉及多領(lǐng)域、多學(xué)科，綜合考慮生態(tài)、景觀、社會(huì)經(jīng)濟(jì)等因素。國內(nèi)濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)大多選定一個(gè)概念模型作為指標(biāo)選擇的基礎(chǔ)，以概念模型評(píng)價(jià)的幾個(gè)方面作為所構(gòu)建指標(biāo)體系的一級(jí)指標(biāo)，常用的概念模型為壓力—狀態(tài)—響應(yīng)(pressure-state-response,PSR)模型[18]和活力—組織結(jié)構(gòu)—恢復(fù)力(vigor-organization-resilience,VOR)模型[19]。本次研究在PSR模型和VOR模型的基礎(chǔ)上，綜合考慮濕地系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、狀態(tài)、響應(yīng)、活力等因素，通過建立多層次、多指標(biāo)的生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)體系，對(duì)湯遜湖濕地的生態(tài)健康狀況進(jìn)行定量評(píng)價(jià)與比較。

2.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建

本研究基于對(duì)生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)理論和湯遜湖濕地維持機(jī)制的分析，根據(jù)馬廣仁[9]提出的表征濕地生態(tài)系統(tǒng)健康的指標(biāo)體系，結(jié)合武漢市城市湖泊濕地環(huán)境特點(diǎn)及數(shù)據(jù)可獲得性，構(gòu)建了由水環(huán)境、表層沉積物、生物、景觀、社會(huì)等5個(gè)一級(jí)指標(biāo)和相應(yīng)分解的13個(gè)二級(jí)指標(biāo)組成的生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(表1)。

表1 濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Table 1 Indicator system for health evaluation of wetland ecosystem

2.4 評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化

由于評(píng)價(jià)指標(biāo)的量綱不同，相互之間沒有可比性，因此必須對(duì)各個(gè)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理[21]。根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)與生態(tài)系統(tǒng)健康之間的關(guān)系，評(píng)價(jià)指標(biāo)被分為極小型指標(biāo)和極大型指標(biāo)兩類。對(duì)于極小型指標(biāo)，取值越小，狀態(tài)越優(yōu)；而極大型指標(biāo)取值越大，狀態(tài)越優(yōu)。按照一般通用的評(píng)價(jià)方法，用連續(xù)的實(shí)數(shù)區(qū)間[0,10]表示各等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)值，生態(tài)系統(tǒng)健康狀況處于最佳狀態(tài)時(shí)，其值為10；處于最差狀態(tài)時(shí)，其值為0。

常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)參考《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)和《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2006)進(jìn)行分級(jí)，應(yīng)用層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重，采用模糊隸屬度模型[22]對(duì)水質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，按水質(zhì)優(yōu)、良、中、差劃分為4類，并按10～0對(duì)其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化賦值。湖水重金屬含量參考《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)確定各指標(biāo)閾值，應(yīng)用層次分析法確定權(quán)重，采用內(nèi)梅羅指數(shù)法得到湖水重金屬綜合污染指數(shù)，將湖水劃分為安全、警戒、輕污染、中污染、重污染5類，標(biāo)準(zhǔn)化分值分別為10、7、5、3、0。湖水多環(huán)芳烴含量采用美國EPA推薦的終生致癌風(fēng)險(xiǎn)(ILCRs)模型[23]，結(jié)合毒性當(dāng)量濃度(TEQBaP)[24]定量表征PAHs對(duì)人體的潛在致癌風(fēng)險(xiǎn)，并結(jié)合PAHs終生致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)對(duì)湖泊各區(qū)域進(jìn)行分級(jí)，根據(jù)計(jì)算結(jié)果分為無風(fēng)險(xiǎn)、低風(fēng)險(xiǎn)、中等低風(fēng)險(xiǎn)、中等風(fēng)險(xiǎn)4個(gè)級(jí)別，不同級(jí)別分別賦10～0的標(biāo)準(zhǔn)化分值。底泥重金屬含量采用潛在生態(tài)危害指數(shù)法[25-26]進(jìn)行評(píng)價(jià)，并結(jié)合湯遜湖實(shí)際情況按綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)將其劃分為輕微風(fēng)險(xiǎn)、中等風(fēng)險(xiǎn)、強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)、很強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)、極強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)5級(jí)，并按10～0進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化賦值。底泥多環(huán)芳烴含量依據(jù)單體PAH的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)分布求和得到總體PAHs生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，并結(jié)合湯遜湖實(shí)際情況進(jìn)行分級(jí)，劃分為無風(fēng)險(xiǎn)、低風(fēng)險(xiǎn)、中等低風(fēng)險(xiǎn)與中等風(fēng)險(xiǎn)4級(jí)，并按10～0進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化賦值。

其他指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化方法參考相關(guān)文獻(xiàn)[9,27]并結(jié)合湯遜湖實(shí)際情況，具體如下。

水資源量的歸一化公式為：

(1)

式中:Sres為單位面積水資源量Pres的歸一化分值，Sres值越高，表明濕地水資源量越豐富。

生物多樣性指數(shù)的歸一化公式為：

(2)

式中:Sbi為生物多樣性指數(shù)Pbi的歸一化分值。

外來物種入侵度的歸一化公式為：

(3)

式中:Sin為外來物種入侵度Pin的歸一化分值。

濕地面積變化率的歸一化公式為：

(4)

式中:Szzl為濕地面積變化率Pzzl的歸一化分值。

土地利用強(qiáng)度的歸一化公式為：

(5)

式中:Slu為土地利用強(qiáng)度Plu的歸一化分值。

人口密度的歸一化公式為：

(6)

式中:Srd為人口密度Prd的歸一化分值。

人均GDP的歸一化公式為：

(7)

式中：SGDP為人均GDPPGDP的歸一化分值。

濕地保護(hù)意識(shí)的歸一化公式為：

Sys=Py/Pv×10

(8)

式中：Sys為濕地保護(hù)意識(shí)的歸一化分值;Py為有效問卷數(shù)；Pv為總調(diào)查人數(shù)。

2.5 健康評(píng)價(jià)指數(shù)計(jì)算

參考徐菲等[28]用于計(jì)算綜合健康指數(shù)的方法，首先將評(píng)價(jià)指標(biāo)歸一化，再分別乘以相應(yīng)的權(quán)重后求和，即得到綜合健康指數(shù)，計(jì)算公式如下：

(9)

式中：ICH為綜合健康指數(shù)；Ii為第i種指標(biāo)的歸一化分值；Wi為指標(biāo)i的權(quán)重，通過層次分析法[29]計(jì)算得到(表2)。

表2 濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重Table 2 Index weights for health evaluation of wetland ecosystem

在參考大量文獻(xiàn)[30-31]的基礎(chǔ)上，結(jié)合武漢典型濕地的實(shí)際情況，確定了武漢市濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。在無量綱化處理過程中，每一個(gè)評(píng)價(jià)因子按照相應(yīng)的參照標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)相應(yīng)的強(qiáng)度指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)劃分為不同等級(jí)。同樣，所求出的濕地綜合健康指數(shù)的值域也在[0,10]中，并以綜合健康指數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)將濕地的健康狀況劃分為三個(gè)等級(jí)(表3)。

表3 濕地生態(tài)系統(tǒng)健康等級(jí)Table 3 Health assessment standards for Tangxun Lake

3 結(jié)果與討論

3.1 指標(biāo)現(xiàn)狀

3.1.1水環(huán)境指標(biāo)

常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)中，選擇含量較高的TOC、TP、TN、F-、NH4+、DO作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，評(píng)價(jià)結(jié)果顯示湯遜湖湖水整體處于較差水平，99%插值面積范圍內(nèi)的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)化分值為2～4，水體TN、TP超標(biāo)率均達(dá)100%。湯遜湖內(nèi)湖作為生活飲用水水源地二級(jí)保護(hù)區(qū)，東北角(T8點(diǎn))TOC濃度達(dá)到7.18 mg/L，超過《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2006)規(guī)定的TOC限值(5 mg/L)，表明湖泊受到有機(jī)污染物污染。

湯遜湖湖水重金屬含量均未超過地表水Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)限值，Cd、As濃度<0.01 μg/L，Cr、Cu、Zn、Pb濃度均<0.5 mg/L，與喬勝英等[32]2002年對(duì)湯遜湖湖水重金屬含量調(diào)查結(jié)果相比，Cd、As含量顯著降低。與東湖湖水重金屬含量平均值[33]相比，湯遜湖湖水Cd、As含量偏低。這些均表明隨著湯遜湖保護(hù)措施的推進(jìn)，其湖水重金屬污染情況得到了顯著改善。計(jì)算結(jié)果顯示，湖水重金屬綜合污染指數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化分值均為10。

湖水PAHs濃度范圍為145.08～822.07 ng/L，平均值為365.67 ng/L，高于長江流域其他湖泊[34-36]及中國地表淡水PAHs均值(256 ng/L)[37]。PAHs最高值位于內(nèi)湖東南湖汊處(T9)，最低值位于外湖西北處(T4)。水體PAHs終生致癌風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)介于低風(fēng)險(xiǎn)和中等風(fēng)險(xiǎn)之間，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)由湖泊西南角向湖心方向逐級(jí)降低，除西南方向湖汊處為中等風(fēng)險(xiǎn)外，其余位置均為低風(fēng)險(xiǎn)。

依據(jù)《武漢市水資源公報(bào)》，湯遜湖蓄水量為5 640萬m3，濕地面積為47.6 km2，濕地單位面積水資源量為118.5萬m3/ km2。通過歸一化公式計(jì)算得到湯遜湖Sres值為7.58，屬于較好級(jí)別，能夠保障濕地生態(tài)系統(tǒng)基本功能。

綜合湖泊常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)、湖水重金屬含量、湖水多環(huán)芳烴含量和水資源量指標(biāo)，加權(quán)、插值得到湯遜湖水環(huán)境指標(biāo)分值圖(圖2-a)，可以看出西側(cè)的外湖水環(huán)境劣于東側(cè)的內(nèi)湖，可能主要因外湖湖水受西南角紙坊污水處理廠尾水排放影響[26]。

3.1.2表層沉積物指標(biāo)

湯遜湖表層沉積物中Zn、Cr、Cu、Pb、As、Cd分別為武漢市土壤重金屬背景值[38]的2.01、0.97、1.65、1.76、0.89和5.77倍，除Cr和As外，其他重金屬的含量均大于背景值(表4)，Cd超標(biāo)倍數(shù)最高。除Cr外，其他重金屬變異系數(shù)均>15%，表明重金屬存在顯著的空間異質(zhì)性，受人類活動(dòng)的影響較大。依據(jù)Hakanson分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[39]并結(jié)合湯遜湖實(shí)際情況，表層沉積物中As、Cr、Cu、Pb、Zn的潛在生態(tài)危害指數(shù)均<40，處在輕微風(fēng)險(xiǎn)水平；Cd的潛在生態(tài)危害指數(shù)介于160～320之間，處于很強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)水平。與喬勝英等[32]于2002年對(duì)湯遜湖表層沉積物的研究結(jié)果相比，除As和Cr含量降低外，Cd、Cu、Pb、Zn含量均有不同程度升高，表明湯遜湖沉積物中重金屬污染程度呈現(xiàn)惡化趨勢。

圖2 湯遜湖湖泊水環(huán)境指標(biāo)、表層沉積物指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果Fig.2 Evaluation results of water environment index and surface sediment index in Tangxun Lake

表4 湯遜湖表層沉積物重金屬含量特征Table 4 Characteristics of heavy metal contents in surface sediments of Tangxun Lake

湯遜湖表層沉積物中PAHs總量空間分布差異性較大，濃度范圍為347.60～3 917.36 ng/g，平均值為983.19 ng/g，遠(yuǎn)高于中國地表淡水沉積物中PAHs平均含量(448 ng/g)[37]。宋慧婷[40]2007年測得湯遜湖表層沉積物PAHs均值為1 658.56 ng/g，魯倩[41]2013年測得湯遜湖表層沉積物PAHs含量范圍為169～545 ng/g，這說明在歷史上，湯遜湖表層沉積物污染程度經(jīng)歷過好轉(zhuǎn)，但近幾年可能有再度惡化趨勢，依據(jù)Baumard分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[42]湯遜湖采樣點(diǎn)位中，大部分處于中度污染水平，僅外湖西南湖汊(T2點(diǎn)，PAHs濃度3 917.36 ng/g)和內(nèi)湖東北湖汊(T8點(diǎn)，PAHs濃度347.60 ng/g)處于高度污染水平。沉積物中PAHs風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為中等低風(fēng)險(xiǎn)—中等風(fēng)險(xiǎn)，其中湖區(qū)東北角和西南角的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)最高，為中等風(fēng)險(xiǎn)，其他區(qū)域均為中等低風(fēng)險(xiǎn)。

綜合底泥重金屬和多環(huán)芳烴含量評(píng)價(jià)結(jié)果，加權(quán)、插值得到湯遜湖表層沉積物指標(biāo)分值圖(圖2-b)，可以看出表層沉積物指標(biāo)低值主要位于湯遜湖外湖西南湖汊與內(nèi)湖東北湖汊，可能分別與紙坊污水廠和湯遜湖污水廠尾水排放有關(guān)。武漢廟山經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)、東湖高新技術(shù)開發(fā)區(qū)、劉芳工業(yè)園均分布在湯遜湖周邊，產(chǎn)生的污染物會(huì)逐漸沉積至表層沉積物中，人為源是湯遜湖PAHs的主要來源[43]。

3.1.3生物指標(biāo)

綜合前人的研究[44-45]和實(shí)地調(diào)查，發(fā)現(xiàn)湯遜湖生物多樣性受人為影響較大，生態(tài)系統(tǒng)類型較單一，岸線多被人工硬化，缺少水陸自然過渡區(qū)域，湖泊近岸帶植被受到嚴(yán)重破壞，物種較貧乏，且多為人工引入物種，生態(tài)多樣性較低，生物多樣性指數(shù)<20，歸一化分值Sbi為0。

前人研究[46]發(fā)現(xiàn)，湯遜湖外來入侵生物種數(shù)有12種。根據(jù)2011年武漢市第二次濕地資源調(diào)查成果，武漢城市湖泊群濕地群水生(濕生)植物計(jì)有158種(變種)，脊椎動(dòng)物229種。據(jù)上述數(shù)據(jù)計(jì)算得出湯遜湖外來生物入侵度為0.031，歸一化分值Sin為7.85(表5)。

3.1.4景觀指標(biāo)

通過遙感解譯湯遜湖濕地類型及面積變化情況，顯示2019、2020年濕地面積分別為50.89、56.35 km2(圖3)，其中人工濕地面積增加最為顯著，計(jì)算得出濕地面積變化率為1.1，歸一化分值Szzl為10(表5)。

評(píng)價(jià)區(qū)總面積為164.11 km2，農(nóng)業(yè)、居住及其他用地面積為113.22 km2，計(jì)算得出土地利用強(qiáng)度為0.69，歸一化分值Slu為2.55，總體位于較差水平。在武漢快速城市化的過程中，湯遜湖區(qū)受到中心城區(qū)推力及自身吸引力的影響，近年來該地區(qū)建設(shè)用地面積逐年增加。

表5 湯遜湖生物、景觀及社會(huì)指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果Table 5 Evaluation results of biological,landscape and social indicators in Tangxun Lake

圖3 湯遜湖2019年和2020年濕地類型變化Fig.3 Changes in wetland area in Tangxun Lake from 2019 to 2020

3.1.5社會(huì)指標(biāo)

人口密度表征濕地系統(tǒng)所受的人口壓力，間接反映人類活動(dòng)強(qiáng)度，是濕地生態(tài)系統(tǒng)健康狀況的脅迫因子。區(qū)域常住人口增加會(huì)加劇城市供水湖泊的供水壓力，進(jìn)而影響湖泊面積[47]。據(jù)《武漢統(tǒng)計(jì)年鑒(2020)》，武漢市全市土地面積8 569.15 km2，2019年常住人口1 121.20萬人，人口密度為1 308人/ km2；湯遜湖跨越江夏區(qū)、洪山區(qū)及東湖新技術(shù)開發(fā)區(qū)，江夏區(qū)土地面積2 018.31 km2，2019年常住人口98.70萬人，人口密度為489人/km2；洪山區(qū)土地面積573.28 km2，2019年常住人口171.29萬人，人口密度為2 988人/km2。湯遜湖區(qū)的人口密度選取江夏區(qū)和洪山區(qū)人口密度平均值來表示，為1 042人/ km2，人口密度歸一化分值Srd為0，表明湯遜湖周邊人口密集，湖泊受人類活動(dòng)影響強(qiáng)烈。相關(guān)研究[48]顯示，隨著人口密度的增加，區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量可能會(huì)越來越差。人口聚集造成生態(tài)環(huán)境壓力增大，不僅對(duì)湯遜湖資源帶來巨大損耗，而且產(chǎn)生的生活污水、生活垃圾等污染物數(shù)量越來越大，若無有效處置，將對(duì)湯遜湖水環(huán)境造成嚴(yán)重危害。

人均GDP以評(píng)價(jià)區(qū)地區(qū)生產(chǎn)總值除以評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)總?cè)丝趤肀硎尽?019年洪山區(qū)生產(chǎn)總值為1 058.58億元，人均GDP為89 649.39元/(人·年)；2019年江夏區(qū)生產(chǎn)總值為948.80億元，人均GDP為133 352.07元/(人·年)。湯遜湖人均GDP以洪山區(qū)和江夏區(qū)的人均GDP平均值表示，為111 500.73元/(人·年)，人均GDP的歸一化分值SGDP為0。

采取網(wǎng)上調(diào)查問卷的形式調(diào)查湯遜湖周邊居民的濕地保護(hù)意識(shí)情況，共采集有效問卷111份，其中67人合格，故濕地保護(hù)意識(shí)指標(biāo)值Sys為6.04，反映濕地相關(guān)知識(shí)在民眾中的普及程度較好。

3.2 濕地生態(tài)系統(tǒng)健康狀況

應(yīng)用上述方法計(jì)算得到湯遜湖濕地生態(tài)系統(tǒng)綜合健康指數(shù)ICH為4.64，健康等級(jí)為中等，表明湯遜湖生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為完整，但仍存在一定問題。湯遜湖濕地水環(huán)境和表層沉積物質(zhì)量總體良好，但受到一定污染，湯遜湖西南部及東北部湖汊由于水體多環(huán)芳烴致癌風(fēng)險(xiǎn)、表層沉積物重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和多環(huán)芳烴生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較高。湯遜湖有充足的水源，濕地面積維持穩(wěn)定，周邊居民濕地保護(hù)意識(shí)較高，生物多樣性不具明顯優(yōu)勢，目前生態(tài)系統(tǒng)較為穩(wěn)定，但因人類活動(dòng)影響，生態(tài)系統(tǒng)健康有長期衰退的風(fēng)險(xiǎn)。

湯遜湖濕地生態(tài)系統(tǒng)健康狀況受到了一定程度的影響，原因主要來自于自然因素和社會(huì)因素兩方面。自然因素包括水、表層沉積物質(zhì)量狀況和生物多樣性3個(gè)主要影響因子。城市化進(jìn)程對(duì)湯遜湖濕地整體水質(zhì)產(chǎn)生一定影響，其水質(zhì)整體尚未達(dá)到水質(zhì)功能管理目標(biāo)(Ⅲ類水)要求，需加強(qiáng)對(duì)湖泊的監(jiān)測管理，切實(shí)保障水安全。沉積物中Cd和PAHs也存在一定的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，部分區(qū)域因污水排放而受到嚴(yán)重污染。人類活動(dòng)可能破壞濕地原有的正常生態(tài)功能，影響某些物種的生存，致使湯遜湖濕地生態(tài)系統(tǒng)類型趨于單一，使生態(tài)系統(tǒng)功能逐漸降低。社會(huì)因素包括土地利用強(qiáng)度、人口密度、人均GDP及濕地保護(hù)意識(shí)等。湯遜湖周邊土地利用強(qiáng)度逐漸增大，人口增長加大了對(duì)生態(tài)環(huán)境的壓力，使?jié)竦鼐坝^格局、生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能受到潛在危險(xiǎn)甚至發(fā)生改變，同時(shí)居民濕地保護(hù)意識(shí)還有待加強(qiáng)，有關(guān)部門對(duì)濕地重要性認(rèn)知的宣傳程度和濕地保護(hù)的重視程度需進(jìn)一步提高。因此，在武漢城市發(fā)展與湯遜湖濕地開發(fā)建設(shè)過程中，要重視改善這些制約因子，提高濕地生態(tài)系統(tǒng)健康水平，完善濕地生態(tài)服務(wù)功能，這樣才能實(shí)現(xiàn)濕地生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展。

4 結(jié)論

(1) 按照濕地的發(fā)生學(xué)原理，以濕地水、土壤和植被三要素為主線，綜合考慮景觀格局變化及經(jīng)濟(jì)社會(huì)、人類活動(dòng)的影響，構(gòu)建了包括水環(huán)境、表層沉積物、生物、景觀、社會(huì)共5個(gè)一級(jí)指標(biāo)和對(duì)應(yīng)分解的13個(gè)二級(jí)指標(biāo)的湯遜湖濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

(2) 綜合水環(huán)境、沉積物、生物、景觀和社會(huì)指標(biāo)，計(jì)算得到湯遜湖濕地生態(tài)系統(tǒng)的綜合健康指數(shù)為4.64，健康等級(jí)為中等。總體上看，湯遜湖存在的主要生態(tài)系統(tǒng)健康問題為：湖水中總磷、總氮超標(biāo)嚴(yán)重，湖區(qū)西南部和東北部湖汊位置存在水體多環(huán)芳烴中等致癌風(fēng)險(xiǎn)、表層沉積物重金屬很強(qiáng)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和多環(huán)芳烴中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，生物多樣性較低。

(3) 為改善湯遜湖濕地生態(tài)系統(tǒng)健康狀況，需加強(qiáng)湖泊監(jiān)測管理力度，切實(shí)保障濕地水安全。湯遜湖作為城中湖，附近多為學(xué)校、商圈、工業(yè)園等，表層沉積物受人為污染較嚴(yán)重，需適度控制此類人類活動(dòng)，減少對(duì)濕地生態(tài)環(huán)境的影響。