吉林省莫莫格湿地生态系统健康评价研究

王贺年 张曼胤 崔丽娟 盛连喜 何春光 肖红叶 杨 思

（1中国林业科学研究院湿地研究所，北京 100091；2东北师范大学环境学院，国家环境保护湿地生态与植被恢复重点实验室，长春 130024）

吉林省莫莫格湿地生态系统健康评价研究

王贺年1 张曼胤1 崔丽娟1 盛连喜2 何春光2 肖红叶1 杨 思1

（1中国林业科学研究院湿地研究所，北京 100091；2东北师范大学环境学院，国家环境保护湿地生态与植被恢复重点实验室，长春 130024）

湿地是地球上重要的自然资源，全球天然湿地面积占陆地总面积的6.4%（王宪礼等, 1997)。近年来，由于经济社会的快速发展、城市化进程不断加快、环境污染等人类活动对湿地的影响越来越严重，世界各地的湿地生态系统健康均受到严重破坏。据《全球生态环境遥感监测2014年度报告》中的大型国际重要湿地专题报告（科技部国家遥感中心, 2015),全球国际重要湿地的干扰度平均值最高为20%，而中国约为30%，中国重要湿地干扰度高过国际水平的10%。

湿地生态系统健康研究是湿地研究方面的新的概念和领域，它最早脱胎于20世纪40年代美国著名生态学家Aldo Leopold（1941）所提出的土地健康的概念。Karr在1986年首次对生态系统健康进行了定义（Karr et al, 1986),认为生态系统健康的标志是能够自我恢复；随后，众多学者都对生态系统健康的概念、特征等进行了描述（Schaeffer et al, 1992；Costanza et al, 1992； Haworth et al, 1997； Mageau et al, 1998)。近年来由于社会经济的快速发展，相关研究在对生态系统健康作定义时逐渐开始考虑人类健康等因素（Meyer, 1997； Rapport et al, 1999)。

对湿地生态系统的健康进行评价，其核心是基于湿地生态系统的结构、功能、过程等来确定评价指标体系；主要的评价方法有指示物种法与指标体系法两类，其中指标体系法根据评价指标的差异又有模糊综合评价法、PSR模型法、溪流状况指数法、景观格局分析法、水文地貌评价法等常用的方法。其中，模糊综合评价法是国内学者进行湿地健康评价研究过程中应用最为广泛的方法，应用最为广泛的指标体系是Pressure（压力）-State（状态）-Response（响应）模型（崔保山等,2002a,2002b；杨波, 2004)。

湿地生态系统健康评估对于恢复湿地以及保护和管理湿地具有重要意义。本研究以吉林省西部莫莫格国家级自然保护区为研究区域，以莫莫格湿地作为评价对象，基于PSR模型建立评价指标，应用模糊综合评价法对湿地生态系统的健康状况进行评价，以期为湿地管理及恢复工作提供理论支持和指导。

图1 压力（Pressure）-状态（State）-响应（Response）模型的概念框架

1 研究区概况

莫莫格国家级自然保护区位于吉林省西部镇赉县境内，是典型的湿地类自然保护区，位于45°42′25″～46°18′0″N，123°27′0″～124°4′33″E；面积14.4万hm2，全区面积80%以上为湿地，是吉林省最大的湿地保留地，被誉为吉林西部之肾。气候属大陆性季风气候，水资源丰富，年降水量约391.8 mm。土壤类型主要为草甸土、黑钙土和冲积土。区内地势平坦，相对高差2～10 m。

2 评价指标、评价方法、评价标准

2.1 评价指标体系

2.1.1 压力（Pressure）-状态(State)-响应(Response)模型 由Tony Friend 和David Rapport提出的压力-状态-响应模型（Pressure-State-Response，PSR）指标体系在我国湿地生态系统健康评价研究中应用最为广泛；国际经济合作与发展组织(OECD)于20世纪70年代、80年代末、90年代初分别对该模型进行了修改和适用性评价，目前它仍然是用于环境指标组织和环境现状汇报最有效的框架（麦少芝等,2005；周民等,2012； 付会等,2009)。

PSR模型的基础为因果逻辑关系，即人类活动对环境造成压力（压力),由此导致环境的状况或自然状况发生改变（状态),为防止环境退化、恢复环境质量，人类又通过环境、经济和管理政策等作出相应的调整（响应)。其基本的概念框架如图1所示。

2.1.2 莫莫格湿地生态系统健康评价指标体系 本研究遵循系统性、科学性、层次性及可操作性等原则，基于PSR模型，构建莫莫格湿地生态系统健康评价的指标体系。指标体系分为目标层、项目层、指标层3个层次，其中，目标层即莫莫格湿地生态系统的健康综合评价，项目层由压力指标、状态指标、响应指标3个方面构成，指标层即各评价要素。具体评价指标体系如表1所示。

表1 莫莫格湿地生态系统健康评价指标体系

表2 莫莫格湿地生态系统健康评价等级划分

2.2 评价标准

生态系统健康评价的分级标准的依据主要参考有：①基于历史资料，通过评价指标的相关历史记录与对比，确定评价等级；②实地考察，对比指标现状值与区域背景值，获得评价分级；③借鉴国内外相关研究文献中广泛使用的标准；④借助专家经验确定评价指标的临界值来确定评价等级。由此，本研究将莫莫格湿地评价指标标准分为5个等级，评价结果及评价指标的等级划分如表2和表3所示。

表3 莫莫格湿地生态系统健康评价指标分级标准

图2 5个评价（V1～V5）等级的模糊分布隶属度函数公式

2.3 评价方法

模糊综合评价法是国内学者进行湿地健康评价研究过程中应用最为广泛的方法，是一种基于模糊数学的综合评价方法，其基本思路是应用模糊关系的隶属度理论，将定性评价转化为定量评价，即用模糊数学对受到多种因素制约的事物或对象做出一个总体的评价。5个评价（V1～V5）等级的模糊分布隶属度函数公式如下（索安宁等，2008；蒋卫国等，2005；张祖陆等，2008）.

图2公式中，k1为等级V1、V2的临界值；k2为等级V2区间的中点值，k2=(k1+k3)/2；k3为等级V2和V3的临界值；k4为等级V3区间的中点值，k4=(k3+k5)/2；k5为等级V3和V4的临界值；k6为V4区间的中点值，k6=(k5+k7)/2；k7为等级V4和V5的临界值。C为各等级的评分向量。

对于借助文字进行描述的定性指标，其评语等级隶属度的确定主要参照众多学者公用的参照标准，如表4所示。

表4 定性指标分级隶属度

表5 莫莫格湿地生态系统健康评价指标权重

3 结果与分析

基于资料收集、实地调查，收集各评价指标的数据，进行统计整理后作为评价的基础资料，运用模糊综合评价方法对莫莫格湿地生态系统的健康状况进行评价。

3.1 确定指标权重

本研究采用层次分析法（Analytic Hierarchy Process，简称AHP）来确定各评价指标的基权重值，基于莫莫格湿地生态系统的评价指标体系，对各评价指标进行两两比较，判断各层之间以及各层因素之间的相对重要性，给出相应的判断值，依此构建判断矩阵，经计算机进行层次单排序和总排序处理后，得到各因素权重值（表5）（周民等,2012；付会等,2009；蒋卫国等,2005；张祖陆等,2008)。

3.2 隶属度评价矩阵构建

湿地生态系统健康多指标综合评价的一个显著特点是指标间无统一度量标准，难以比较，隶属度的应用有助于多指标的统一度量。评价过程中经常会出现一种现象，当一个评价指标的指标值在评价等级分界线周围时，有时会出现数值相差不大或状况区别不明显而评价等级相差一级的跳跃现象，而模糊化处理能够使隶属度函数在各级之间平滑过渡。

在本研究中，定量指标C1、C5、C6、C11、C16、C17、C18、C21为正向指标，是越大越优型，各指标隶属度可以直接采取以上公式计算；定量指标C2、C3、C4、C7、C8、C9、C10、C12为负向指标，是越小越优型，计算隶属度时需要将条件中的“＜”和“＞“、”“≤”和 “≥”分别互换。C13、C14、C15、C19、C20、C22为定性指标，其隶属度的确定参照表4的标准。

参照上述定量指标的隶属度函数公式以及定性指标的隶属度确定指标，基于表3中的各指标分级基准值，得到压力（R1）、状态（R2）、响应（R3）指标所构成的隶属度矩阵(图3)。

3.3 模糊综合评价结果与分析

基于各评价指标的权重值与隶属度矩阵，采用加权求和模型分别对压力指标、状态指标、响应指标的健康评价指数进行计算，计算结果如下：

压力系统健康评价指数为：

状态系统健康评价指数为：

响应系统健康评价指数为：

同理，综合所有评价指标，得到整个湿地生态系统健康的综合评价指数为：

由上述可知，莫莫格湿地生态系统健康综合评价指数为0.737 8。根据莫莫格湿地生态系统健康评价等级标准可知，目前莫莫格湿地生态系统健康属于第Ⅱ等级（健康)。从分级角度，依据各指标隶属度可知，莫莫格湿地生态系统37.45%属于很健康状态，26.41%属于健康状态，24.42%属于亚健康状态，6.33%属于一般病态，5.38%属于疾病状态（图4)。

图3 隶属度矩阵

从子系统层面来看，压力系统的健康评价指数为0.759 6，属于健康；状态系统的健康评价指数为0.708 3，也属于健康；响应系统的评价指数为0.86，属于很健康状态。从隶属度矩阵可以知道，制约莫莫格湿地生态系统健康的主要因素是社会经济发展水平、化肥使用强度、湿地补水保证率、湿地面积退化率、湿地水质和环保投资指数等方面。

图4 莫莫格湿地生态系统健康等级隶属度

4 结论与讨论

生态系统健康的多指标综合评价过程中的一个不可避免的困难点是各指标之间的单位不统一，难以进行综合性的评价，本研究中引用隶属度的概念，对各评价指标进行无量纲化的归一化处理，有助于多指标的统一度量，而模糊化处理能够避免指标评价过程中的跳跃现象，能够得出较为客观的评价结果。

湿地生态系统健康评价研究中，由于研究目的的差异性，各评价指标的选择也有所不同，总的来说，评价指标主要包括化学和生物群落指标，如水质、土壤有机质、氮磷钾含量、植物群落盖度、物种多样性等（Bandeira et al,2009； Borja et al, 2011； 赵臻彦等,2005)。本研究中，除生态系统本身的结构和功能指标外，社会经济指标以及环保投资等响应指标也被纳入了评价指标体系。而本研究的结果表明，社会经济发展水平和环保投资指数也恰恰是制约莫莫格湿地生态系统健康的主要因素之一。

生态系统是一个不断演化的动态系统，其评价研究需要长时间序列的观测，许多研究表明，破坏的生态系统经过一定时间自我修复后能够接近健康的自然生态系统水平，因此，长期观测数据的缺失将会影响生态系统健康评价的判断，本研究所涉及数据多是观测当时的数据，而在长时间序列的观测方面还有所欠缺，在今后的研究中，还需要基于长期的观测数据，作出更准确、全面的评价结果。

本研究基于模糊综合评价法对莫莫格湿地生态系统的健康状况进行评价，得出以下结论：

（1）莫莫格湿地生态系统健康综合评价指数为0.737 8，属于第Ⅱ等级（健康),湿地生态系统整体健康状况较好。

（2）从隶属度角度，莫莫格湿地生态系统37.45%属于很健康状态，26.41%属于健康状态，24.42%属于亚健康状态，6.33%属于一般病态，5.38%属于疾病状态。

（3）从子系统来看，压力系统的健康评价指数为0.759 6，属于健康；状态系统的健康评价指数为0.7083，也属于健康；响应系统的评价指数为0.86，属于很健康状态。

（4）制约莫莫格湿地生态系统健康的主要因素是社会经济发展水平、化肥使用强度、湿地补水保证率、湿地水质、环保投资指数等方面。

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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)

湿地生态系统健康评价已成为21世纪湿地科学前沿研究领域的热点话题。以莫莫格湿地作为评价对象，基于PSR模型，选取22个评价指标建立指标体系，应用模糊综合评价法对莫莫格湿地生态系统的健康状况进行评价。结果表明：莫莫格湿地生态系统健康综合评价指数为0.7378，处于第Ⅱ等级（健康）状态，制约莫莫格湿地生态系统健康的主要因素是社会经济发展水平、化肥使用强度、湿地补水保证率、湿地水质、环保投资指数等方面。

莫莫格湿地；健康评价；PSR模型；模糊综合评价法

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

东北师范大学国家环境保护湿地生态与植被恢复重点实验室开放基金课题（130026521）

王贺年（1989-），男，山东济南人，博士，助理研究员，主要从事湿地生态水文方面的研究。Email：wanghenian2006@126.com

张曼胤（1979-），男，辽宁沈阳人，博士，副研究员，主要从事湿地生态学及湿地景观与规划设计研究。E-mail: cneco@126.com