南陽(yáng)理工學(xué)院 劉傲，張鴻猷，李厚齊

在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的今天，南陽(yáng)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展也步入了快車道，人們的生活水平不斷提高。但與之相對(duì)應(yīng)的污染問題、環(huán)境破壞問題、人與自然和諧共處問題也日益明顯。南陽(yáng)作為南水北調(diào)中線工程的水源區(qū)，其濕地生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況直接影響到南水北調(diào)工程的長(zhǎng)期性和可持續(xù)性，因此，有必要對(duì)南陽(yáng)地區(qū)的濕地生態(tài)系統(tǒng)健康狀況進(jìn)行研究，為今后濕地生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展與管理提供科學(xué)依據(jù)與指導(dǎo)。

近年來(lái)，學(xué)術(shù)界針對(duì)濕地生態(tài)系統(tǒng)健康定性與定量評(píng)價(jià)研究取得了較大的進(jìn)展，研究方法主要為層次分析法[1-2]、模糊綜合評(píng)價(jià)模型[3-4]和GIS技術(shù)[5-6]等。以上方法對(duì)濕地生態(tài)健康評(píng)價(jià)起到了一定的推動(dòng)作用，但評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取存在主觀化因素，各指標(biāo)權(quán)重的賦值缺乏客觀性，這使得評(píng)價(jià)結(jié)果存在一定的偏差。鑒于此，本文從南陽(yáng)地區(qū)的實(shí)際情況出發(fā)，基于PSR理論綜合選取濕地生態(tài)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)，采用二元對(duì)比定權(quán)法，以主客觀結(jié)合的方式對(duì)指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行計(jì)算，避免因主觀性太強(qiáng)對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果產(chǎn)生的影響，最終通過(guò)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)法計(jì)算評(píng)價(jià)指數(shù)，得出評(píng)價(jià)結(jié)果。

一、研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來(lái)源

（一）研究區(qū)概況

南陽(yáng)地處南陽(yáng)盆地，地理坐標(biāo)為北緯32°17′~33°48′，東經(jīng)110°58′~113°49′。處于亞熱帶向暖溫帶的過(guò)渡地帶，屬典型的季風(fēng)大陸半濕潤(rùn)氣候，四季分明，全年平均氣溫15.5℃，年降水總量819.1毫米，雨量充沛。南陽(yáng)地區(qū)濕地資源豐富，有多個(gè)國(guó)家級(jí)濕地公園及省級(jí)濕地公園，其在全市均勻分布，自然環(huán)境保護(hù)程度較高。

本文選取南陽(yáng)市內(nèi)的淅川丹江濕地國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)、唐河友蘭國(guó)家濕地公園、鄧州湍河國(guó)家濕地公園、淅川丹陽(yáng)湖國(guó)家濕地公園、南陽(yáng)白河國(guó)家濕地公園、內(nèi)鄉(xiāng)湍河濕地自然保護(hù)區(qū)六個(gè)具有代表性的濕地自然保護(hù)區(qū)或濕地公園進(jìn)行研究。

（二）數(shù)據(jù)來(lái)源

本文的數(shù)據(jù)直接或間接收集自《2021年南陽(yáng)市統(tǒng)計(jì)年鑒》《2020年南陽(yáng)市水資源公報(bào)》及各研究區(qū)域的官方網(wǎng)頁(yè)。

二、主要方法

（一）PSR模型

PSR模型即為壓力——狀態(tài)——響應(yīng)（pressure-stateresponse, PSR）模型，最初由加拿大統(tǒng)計(jì)學(xué)家David J.Rapport和Tony Friend于1979年提出。該模型將待評(píng)價(jià)客體視為一個(gè)綜合的系統(tǒng)，從壓力、狀態(tài)、響應(yīng)三個(gè)角度對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析，從而表征整個(gè)系統(tǒng)的變化和發(fā)展情況。目前該模型已成為評(píng)估生態(tài)環(huán)境、資源利用和持續(xù)發(fā)展的主流模型之一。

（二）二元對(duì)比定權(quán)法

在構(gòu)建濕地生態(tài)模型中,影響濕地健康的指標(biāo)數(shù)量眾多。目前已有的濕地安全健康評(píng)價(jià)系統(tǒng)多采用主觀或客觀的單向指標(biāo)權(quán)重計(jì)算,這兩種方式各有優(yōu)點(diǎn),但也存在主觀性過(guò)強(qiáng)或無(wú)法對(duì)定性部分指標(biāo)進(jìn)行量化的局限性。因此本文采用二元對(duì)比定權(quán)法,在主觀評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上加以客觀權(quán)重的計(jì)算。評(píng)價(jià)結(jié)果更具科學(xué)性和真實(shí)性。

（三）綜合評(píng)價(jià)

采用綜合評(píng)價(jià)指數(shù)法(comprehensive evaluation index，CEI)，綜合多項(xiàng)指標(biāo)，定量得出濕地生態(tài)系統(tǒng)健康狀況，從而對(duì)南陽(yáng)地區(qū)濕地生態(tài)系統(tǒng)健康狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)。根據(jù)每個(gè)指標(biāo)的評(píng)價(jià)值，結(jié)合二元對(duì)比定權(quán)法所確定的各指標(biāo)權(quán)重，采用加權(quán)函數(shù)進(jìn)行計(jì)算，最終得出綜合評(píng)價(jià)結(jié)果。

（四）評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

綜合國(guó)內(nèi)外學(xué)者[4,7]對(duì)濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)的研究成果和南陽(yáng)地區(qū)濕地的實(shí)際狀況，對(duì)其健康程度進(jìn)行等級(jí)劃分，分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 健康狀態(tài)評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

三、濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)步驟

（一）指標(biāo)體系構(gòu)建

基于PSR理論，結(jié)合南陽(yáng)地區(qū)的實(shí)際狀況，遵循科學(xué)性、代表性、區(qū)域性、可行性原則，選取15個(gè)指標(biāo)構(gòu)建南陽(yáng)地區(qū)濕地生態(tài)系統(tǒng)健康綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。其中，部分指標(biāo)定性成分較多，因此給出相應(yīng)的量化方法使該部分指標(biāo)數(shù)據(jù)化，具體方式如表2所示。

表2 部分指標(biāo)量化方式

在此基礎(chǔ)上結(jié)合其余指標(biāo)，對(duì)指標(biāo)的計(jì)量單位與正負(fù)性進(jìn)行總結(jié)。其中，正向指標(biāo)為指標(biāo)值越大對(duì)濕地健康影響越好，即越大越優(yōu)，負(fù)向指標(biāo)為指標(biāo)值越小對(duì)濕地健康更有利，即越小越優(yōu)。最終指標(biāo)體系如表3所示。

表3 指標(biāo)體系

（二）指標(biāo)權(quán)重計(jì)算

采用二元對(duì)比定權(quán)法進(jìn)行指標(biāo)權(quán)重部分的計(jì)算，對(duì)選取的15個(gè)指標(biāo)進(jìn)行兩兩之間的重要程度對(duì)比，并進(jìn)行重要性評(píng)分。此階段為定權(quán)法中的主觀評(píng)判部分，主要依據(jù)為社會(huì)規(guī)律與相關(guān)研究文獻(xiàn)。之后對(duì)各指標(biāo)的得分進(jìn)行線性運(yùn)算，具體步驟如下：

1.對(duì)比矩陣與一致性

（1）構(gòu)造二元對(duì)比矩陣

將15個(gè)指標(biāo)構(gòu)成指標(biāo)集C=(C1,C2……Cm)，并對(duì)其進(jìn)行兩兩對(duì)比評(píng)分，評(píng)分規(guī)則為：若Ci比Cj重要，eij=1,eij=0。若Ci與Cj同等重要，eij=eji=0.5，其中eii=0.5(i=1,2……m)。 若 Ci重要性小于Cj，eij=0,eji=1。

其中Ci為第i個(gè)指標(biāo)，m為指標(biāo)總數(shù),在本文中m=15,eij表示第i個(gè)指標(biāo)與第j個(gè)指標(biāo)間的對(duì)比評(píng)分。

最終得到二元重要性對(duì)比矩陣E

（2）一致性檢驗(yàn)

重要性矩陣E的建立要滿足相應(yīng)的邏輯要求，例如，X重要性程度大于等于Y，Y重要性程度大于等于Z，則X重要性程度大于等于Z。由此建立如下標(biāo)度：

按照以上標(biāo)度對(duì)矩陣E進(jìn)行不斷的更新，直到滿足檢驗(yàn)要求。

2.二元矩陣排序

矩陣E只是初步對(duì)所研究的15個(gè)指標(biāo)進(jìn)行了較為粗略的打分，要進(jìn)一步進(jìn)行權(quán)重的計(jì)算，還需要在此基礎(chǔ)上進(jìn)行更為詳細(xì)的對(duì)比。由此根據(jù)矩陣E中各行累加由大到小進(jìn)行排序，構(gòu)造有序二元對(duì)比矩陣。

其中，βst代表第s個(gè)指標(biāo)對(duì)第t個(gè)指標(biāo)的重要性標(biāo)度。

由此得到二元對(duì)比矩陣B。

接下來(lái)根據(jù)初步排名的基本層次進(jìn)行語(yǔ)氣算子的劃分，并為其進(jìn)行模糊標(biāo)度賦值，詳細(xì)結(jié)果如表4所示。只給出重要性較強(qiáng)一方的語(yǔ)氣算子及其模糊標(biāo)度值，對(duì)于重要性相對(duì)較弱的一方，可通過(guò)兩指標(biāo)標(biāo)度值之和為1進(jìn)行計(jì)算。由此根據(jù)表7對(duì)矩陣B進(jìn)行重新評(píng)分。

表4 語(yǔ)氣算子與標(biāo)度值

其中，βst代表第s個(gè)指標(biāo)對(duì)第t個(gè)指標(biāo)的重要性標(biāo)度。

至此得到各指標(biāo)間較為詳細(xì)二元對(duì)比評(píng)分。

3.計(jì)算權(quán)重

在矩陣B的基礎(chǔ)上對(duì)所研究的15個(gè)指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重計(jì)算。對(duì)矩陣B每行標(biāo)度值和數(shù)歸一化得到指標(biāo)權(quán)重，并計(jì)算每行標(biāo)度值和數(shù)與總體和數(shù)的比例。

其中s=1,2……m;且s≠t。

矩陣B通過(guò)式（5）計(jì)算，最終得到15個(gè)指標(biāo)的具體權(quán)重值，如表5所示。

表5 指標(biāo)權(quán)重

（三）綜合得分計(jì)算

在計(jì)算出各指標(biāo)權(quán)重后，綜合得分計(jì)算主要為結(jié)合權(quán)重將各代表區(qū)域關(guān)于15個(gè)影響濕地健康指標(biāo)的觀測(cè)值按照綜合指數(shù)法進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，根據(jù)濕的影響方面的全面性，采用標(biāo)準(zhǔn)化形式下的CEI綜合指數(shù)法，先將指標(biāo)觀測(cè)值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，再將權(quán)重組合進(jìn)行線性計(jì)算得出CEI得分。具體步驟如下：

1.數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化

為消除因指標(biāo)計(jì)量單位不同而對(duì)最終結(jié)果的影響，首先對(duì)各指標(biāo)觀測(cè)值進(jìn)行無(wú)綱量化處理。這里采用與最值差距形式的標(biāo)準(zhǔn)化方法，并對(duì)正負(fù)方向采用不同的標(biāo)準(zhǔn)化公式。

對(duì)于越大越優(yōu)指標(biāo)：

對(duì)于越小越優(yōu)指標(biāo):

其中，xij為第i個(gè)樣本第j個(gè)指標(biāo)的觀測(cè)值，maxj、minj分別為第j個(gè)指標(biāo)的最小值與最大值。

2.CEI綜合指數(shù)

得到標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)后，將其與權(quán)重結(jié)合進(jìn)行CEI綜合指數(shù)的計(jì)算。

CEI即為最終評(píng)價(jià)指數(shù),Wi與Pi分別為標(biāo)準(zhǔn)化后的指標(biāo)數(shù)據(jù)與其對(duì)應(yīng)的權(quán)重值。

計(jì)算出各研究地區(qū)CEI綜合指數(shù)得分后，根據(jù)表1中健康狀態(tài)評(píng)價(jià)區(qū)間，對(duì)各代表區(qū)進(jìn)行健康狀態(tài)的評(píng)定。如表6所示。

表6 各地區(qū)綜合得分與健康狀態(tài)

四、綜合評(píng)價(jià)結(jié)果分析

（一）壓力分析

從PSR模型壓力層角度分析，南陽(yáng)地區(qū)濕地生態(tài)系統(tǒng)健康程度受人口密度和人均污水排放量的制約，隨著南陽(yáng)市經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人類活動(dòng)的加劇，濕地生態(tài)健康狀況受到威脅，生態(tài)恢復(fù)能力逐漸下降，部分物種的生存環(huán)境遭到破壞，物種數(shù)量減少，生存面臨危機(jī)。

（二）狀態(tài)分析

生物多樣性的減少會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)平衡造成極大的影響。從狀態(tài)層的指標(biāo)來(lái)看，生物多樣性是壓力指標(biāo)中影響濕地生態(tài)系統(tǒng)健康的關(guān)鍵因素。此外，年降水量、濕地率和濕地總面積也對(duì)濕地生態(tài)系統(tǒng)健康有一定的威脅。

（三）響應(yīng)分析

在響應(yīng)層中，環(huán)保投入指數(shù)的權(quán)重最大。通過(guò)當(dāng)?shù)卣畬?duì)濕地采取相應(yīng)的保護(hù)措施可減緩濕地退化。限制人類的活動(dòng)范圍，保護(hù)濕地的生物多樣性，恢復(fù)其調(diào)節(jié)能力，對(duì)濕地生態(tài)的穩(wěn)定性具有顯著作用。

（四）綜合評(píng)價(jià)

通過(guò)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)法的計(jì)算，由表10可以看出，除淅川丹陽(yáng)湖國(guó)家濕地公園和淅川丹江濕地自然保護(hù)區(qū)以外，其他代表性區(qū)域的濕地生態(tài)大部分都是“亞健康”等級(jí)，其中，唐河友蘭國(guó)家濕地公園處于“不健康”等級(jí)，說(shuō)明南陽(yáng)地區(qū)整體的生態(tài)系統(tǒng)遭到了一定的破壞，功能水平退化，生態(tài)環(huán)境狀況不容樂觀。

五、結(jié)論

以南陽(yáng)地區(qū)濕地生態(tài)健康保護(hù)為目標(biāo)，結(jié)合可持續(xù)發(fā)展理念，對(duì)南陽(yáng)濕地生態(tài)系統(tǒng)健康狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，得出以下結(jié)論：

（1）基于PSR模型理論，結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際狀況，構(gòu)建了南陽(yáng)濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

（2）在充分考慮主客觀賦權(quán)的優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，采用定性與定量相結(jié)合的二元對(duì)比定權(quán)法確定了各指標(biāo)的權(quán)重，并運(yùn)用綜合評(píng)價(jià)指數(shù)法對(duì)南陽(yáng)濕地生態(tài)系統(tǒng)健康狀況進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

（3）從評(píng)價(jià)結(jié)果來(lái)看，南陽(yáng)大部分區(qū)域都處于亞健康等級(jí)，個(gè)別區(qū)域處于不健康等級(jí)，濕地生態(tài)系統(tǒng)受到了一定的破壞。

相關(guān)鏈接

狹義濕地（wetland）是指地表過(guò)濕或經(jīng)常積水，生長(zhǎng)濕地生物的地區(qū)。濕地生態(tài)系統(tǒng)（wetland ecosystem）是濕地植物、棲息于濕地的動(dòng)物、微生物及其環(huán)境組成的統(tǒng)一整體。濕地具有多種功能：保護(hù)生物多樣性，調(diào)節(jié)徑流，改善水質(zhì)，調(diào)節(jié)小氣候，以及提供食物及工業(yè)原料，提供旅游資源。

濕地的研究活動(dòng)則往往采用狹義定義，美國(guó)魚類和野生生物保護(hù)機(jī)構(gòu)于1979年在“美國(guó)的濕地深水棲息地的分類”一文中，重新給濕地作定義為：陸地和水域的交匯處，水位接近或處于地表面，或有淺層積水，至少有一至幾個(gè)以下特征：

（1）至少周期性地以水生植物為植物優(yōu)勢(shì)種；

（2）底層土主要是濕土；

（3）在每年的生長(zhǎng)季節(jié)，底層有時(shí)被水淹沒。

定義還指湖泊與濕地以低水位時(shí)水深2米處為界，按照這個(gè)濕地定義，世界濕地可以分成20多個(gè)類型，這個(gè)定義被許多國(guó)家的濕地研究者接受。濕地的水文條件是濕地屬性的決定性因素。水的來(lái)源（如降水，地下水，潮汐，河流，湖泊等），水深，水流方式，以及淹水的持續(xù)期和頻率決定了濕地的多樣性。水對(duì)濕地土壤的發(fā)育有深刻的影響。濕地土壤通常被稱為濕土或水成土（Hydric Soil）。