劉宏元，周志花，王娜娜，王艷君

（1山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院濕地農(nóng)業(yè)與生態(tài)研究所，濟(jì)南 250100；2內(nèi)蒙古自治區(qū)氣象臺(tái)，呼和浩特 010051）

0 引言

被譽(yù)為“地球之腎”的濕地與海洋、森林共同構(gòu)成了地球三大生態(tài)系統(tǒng)，是維持全球可持續(xù)發(fā)展的重要載體，在生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、科學(xué)和文化等方面具有不可替代的作用[1]。濕地具有極強(qiáng)的污染物降解功能、強(qiáng)大的儲(chǔ)水功能以及生物多樣性和生物鏈完整性的功能，在應(yīng)對(duì)氣候變化、孕育和傳承人類文明中發(fā)揮著重要作用，并為人類生產(chǎn)和生活提供了多種資源[2-4]。

黃河三角洲自然保護(hù)區(qū)（以下稱“保護(hù)區(qū)”）由于泥沙的造陸作用使得該區(qū)處于極其珍貴的自然界“原始本底”狀態(tài)。在無人為干擾下，保護(hù)區(qū)的地下水位自海向陸呈現(xiàn)出由高到低的梯度變化，而土壤鹽分變化與之相反。保護(hù)區(qū)作為一個(gè)多功能的濕地生態(tài)系統(tǒng)，是生物多樣性最為豐富的生態(tài)系統(tǒng)之一[5]。正是如此，保護(hù)區(qū)為許多野生動(dòng)植物提供了棲息和繁殖的場所，也被譽(yù)為“天然物種庫”[6]。保護(hù)區(qū)為人類社會(huì)提供了如此豐富的資源，如何合理利用保護(hù)區(qū)資源已經(jīng)成為當(dāng)前熱點(diǎn)問題，對(duì)保護(hù)區(qū)濕地生態(tài)系統(tǒng)健康進(jìn)行科學(xué)評(píng)價(jià)是解決這一問題的有效手段之一，也為其他濕地科學(xué)評(píng)價(jià)提供理論依據(jù)。

當(dāng)前濕地生態(tài)系統(tǒng)健康的評(píng)價(jià)方法有很多，如層次分析法[7-9]、熵權(quán)法[10]、Delphi法[11]、模糊綜合評(píng)價(jià)法[12]、景觀發(fā)展強(qiáng)度法[13]、快速評(píng)價(jià)法[14-15]、支持向量機(jī)[16]等。其中最常見的方法是層次分析法，但該方法在實(shí)際應(yīng)用中最大的問題是指標(biāo)權(quán)重。指標(biāo)權(quán)重的分配往往受限于專家的個(gè)人興趣和研究背景，其評(píng)價(jià)結(jié)果也往往具有一定局限性，即使一些權(quán)威部門的評(píng)價(jià)亦是如此[17]。例如生物多樣性、環(huán)境狀態(tài)、社會(huì)狀態(tài)三種指標(biāo)的重要性會(huì)因所在區(qū)域、濕地類型和人等因素的不同而不同[18-19]。基于此，本研究針對(duì)上述方法的不足和問題，提出了基于歐氏距離的濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)理論體系，該方法通過將所有指標(biāo)量化，在有效避免人為因素前提下較真實(shí)地反應(yīng)了濕地生態(tài)系統(tǒng)健康情況，在很多領(lǐng)域等到了廣泛應(yīng)用[20-21]。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

山東黃河三角洲國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)(37°45′36″N，118°59′11″E)位于山東省東營市境內(nèi)黃河入?？谔?，北臨渤海，東靠萊州灣，是以保護(hù)新生濕地生態(tài)系統(tǒng)和珍稀瀕危鳥類為主的保護(hù)區(qū)，同時(shí)也是中國暖溫帶保存最完整、最廣闊、最年輕的濕地生態(tài)系統(tǒng)。保護(hù)區(qū)總面積15.3萬hm2，各類濕地總面積11.31萬hm2。保護(hù)區(qū)年降水量551.6 mm，年蒸發(fā)量1928.2 mm，氣候?yàn)榕瘻貛Ъ撅L(fēng)型大陸性氣候。獨(dú)特的生態(tài)環(huán)境、得天獨(dú)厚的自然條件，造就了保護(hù)區(qū)“奇、特、曠、野、新”的美學(xué)特征，被評(píng)為中國“最美的六大濕地”之一。

1.2 濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)理論體系

濕地生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)狀是反映濕地生態(tài)系統(tǒng)健康與否以及能否發(fā)揮濕地生態(tài)系統(tǒng)功能的重要依據(jù)。通過選取一些既定的指標(biāo)并將這些指標(biāo)數(shù)據(jù)化后對(duì)濕地生態(tài)系統(tǒng)健康進(jìn)行評(píng)價(jià)，如濕地密度、水質(zhì)級(jí)別等。基于現(xiàn)有研究基礎(chǔ)，可以確定各指標(biāo)的理想值并將這一系列指標(biāo)值構(gòu)成的系統(tǒng)稱之為目標(biāo)系統(tǒng)（G系統(tǒng)），即系統(tǒng)的最理想狀態(tài)。與此同時(shí)還需設(shè)置零系統(tǒng)（Z系統(tǒng)），即目標(biāo)系統(tǒng)的對(duì)立值。這樣目標(biāo)系統(tǒng)和零系統(tǒng)就組成了一把“標(biāo)尺”來衡量被評(píng)價(jià)系統(tǒng)的現(xiàn)狀?；谏鲜龌纠碚?，結(jié)合歐氏距離(Euclidean Distance)的概念，用dIG來代表I系統(tǒng)與目標(biāo)系統(tǒng)的加權(quán)歐氏距離，見式(1)。

式中，xik代表被評(píng)價(jià)系統(tǒng)的第k個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)值，xGk代表目標(biāo)系統(tǒng)的第k個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)值。sk代表第k個(gè)指標(biāo)值的標(biāo)準(zhǔn)差。由于各評(píng)價(jià)指標(biāo)值的量綱不同，先對(duì)各指標(biāo)值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，見式(2)。

式中，x、m和s分別代表原始值、均值和標(biāo)準(zhǔn)差。

由此，可以建立濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)的公式，用A表示濕地生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)，見式(3)。

式中，dIG代表被評(píng)價(jià)系統(tǒng)與目標(biāo)系統(tǒng)的距離，dZG代表零系統(tǒng)與目標(biāo)系統(tǒng)的距離。為了符合通常的認(rèn)知習(xí)慣，引入“1”，即實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)計(jì)學(xué)和實(shí)際應(yīng)用的對(duì)接。如此，A值就處在[0,1]之間，且A值越大，被評(píng)價(jià)系統(tǒng)越接近目標(biāo)系統(tǒng)。將A值劃分4個(gè)區(qū)間來表示濕地生態(tài)系統(tǒng)不同等級(jí)健康狀況，分別為[0,0.25]表示差，[0.25,0.50]表示較差，[0.50,0.75]表示中，[0.75,1]表示優(yōu)。

1.3 基于歐氏距離的濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)方法的優(yōu)點(diǎn)

歐氏距離法已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于評(píng)價(jià)農(nóng)村可持續(xù)發(fā)展和土壤氮素管理水平等方面的研究[22-23]，但在濕地生態(tài)系統(tǒng)評(píng)價(jià)方面的研究未見報(bào)道。該方法具有成熟的理論基礎(chǔ)，評(píng)價(jià)結(jié)果也具有很高的可靠性。其次，引入了零系統(tǒng)和目標(biāo)系統(tǒng)的概念，使得被評(píng)價(jià)系統(tǒng)處于兩者之間，這使得評(píng)價(jià)結(jié)果便于理解、直觀可控。再次，模型構(gòu)建中包含了指標(biāo)權(quán)重的概念，避免專家打分法存在的主觀性問題，也避免了某一指標(biāo)尺度變化引起的指標(biāo)權(quán)重不得不重新賦值的問題，這大大降低了評(píng)價(jià)過程中的工作量，這也是本方法與主流的層次分析法最大的不同[24]。最后，結(jié)果處于[0,1]之間，使得結(jié)果更易被接受和理解，便于評(píng)價(jià)結(jié)果的推廣應(yīng)用。

1.4 濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

常用的濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)包括面積、水位、水體氮磷、初級(jí)生產(chǎn)力、次級(jí)生產(chǎn)力、入侵植物數(shù)量、空間變異度等。由于大多數(shù)指標(biāo)可能只能獲取單個(gè)點(diǎn)位的數(shù)據(jù)，故無法客觀評(píng)價(jià)濕地生態(tài)系統(tǒng)健康狀況。本研究在文獻(xiàn)綜述的基礎(chǔ)上，確定濕地水環(huán)境、土壤、生物、面積、社會(huì)、供給與價(jià)值等13個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)（見表1）。

表1 濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)框架及Z系統(tǒng)和G系統(tǒng)指標(biāo)參考值

其中，生物指標(biāo)包括植物指標(biāo)和動(dòng)物指標(biāo)，找到二者合理的表達(dá)方式是本評(píng)價(jià)方法的關(guān)鍵之一。濕地的物種群落遵循著下面3個(gè)規(guī)律：（1）不同濕地的物種數(shù)會(huì)隨著緯度的增加而減少（；2）物種數(shù)隨著地形變異程度增加而增加；（3）少數(shù)種（優(yōu)勢(shì)種）占據(jù)了大多數(shù)區(qū)域[26]。因此，如何公平地比較群落豐度差異較大的濕地生態(tài)系統(tǒng)健康情況成為了難點(diǎn)之一。在對(duì)比這樣兩個(gè)物種差異較大的濕地時(shí)并不能隨意認(rèn)為群落豐度高的濕地一定好于群落豐度低的濕地，所以本評(píng)價(jià)方法選擇群落動(dòng)態(tài)平衡的方式來表達(dá)這一指標(biāo)，即用10年前物種數(shù)與被調(diào)查年物種數(shù)作差。結(jié)果有如下可能，即10年前物種數(shù)低于被調(diào)查年物種數(shù)，此時(shí)認(rèn)為該濕地物種動(dòng)態(tài)平衡合理，即目標(biāo)系統(tǒng)，并直接賦值為1；或10年前物種數(shù)高于被調(diào)查年物種數(shù)，此時(shí)按照公式(4)處理：

式中P為群落動(dòng)態(tài)平衡結(jié)果，YT為10年前物種數(shù)，YA為被調(diào)查年物種數(shù)。當(dāng)YA=0時(shí)，被調(diào)查年該濕地?zé)o物種生存為最差結(jié)果，即零系統(tǒng)，這樣也就使得群落動(dòng)態(tài)平衡的結(jié)果處于[0,1]。

2 保護(hù)區(qū)濕地生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)結(jié)果

案例數(shù)據(jù)來源于東營市黃河三角洲國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理局、文獻(xiàn)和年鑒檢索。由表2可知，保護(hù)區(qū)的A值為0.656，處于中等水平。

表2 山東黃河三角洲自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)評(píng)價(jià)結(jié)果

采用雷達(dá)圖能夠更加直觀分析保護(hù)區(qū)、零系統(tǒng)和目標(biāo)系統(tǒng)之間的關(guān)系（圖1），開展相應(yīng)指標(biāo)診斷，分析A值結(jié)果原因。結(jié)果表明水源保證率、土壤pH、植物和動(dòng)物群落動(dòng)態(tài)平衡、人口密度、取水量與儲(chǔ)水量比值、濕地產(chǎn)出價(jià)值與投入資金比等7個(gè)指標(biāo)對(duì)A值的貢獻(xiàn)為正。尤其是植物和動(dòng)物群落動(dòng)態(tài)平衡、濕地產(chǎn)出價(jià)值與投入資金比等3個(gè)指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到目標(biāo)系統(tǒng)狀態(tài)，各項(xiàng)指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果為1。土壤有效磷、濕地資金投入能力和供給功能種類等3個(gè)指標(biāo)對(duì)A值的貢獻(xiàn)為負(fù)，各項(xiàng)指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果均小于0.25，屬于極低狀態(tài)。水質(zhì)級(jí)別、土壤全氮和濕地密度等3個(gè)指標(biāo)對(duì)A值的貢獻(xiàn)處于中間水平，各項(xiàng)指標(biāo)健康水平有待提高。

圖1 山東黃河三角洲自然保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)指標(biāo)診斷雷達(dá)圖

3 結(jié)論

本研究基于歐氏距離評(píng)價(jià)方法對(duì)黃河三角洲自然保護(hù)區(qū)濕地生態(tài)系統(tǒng)健康進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果表明保護(hù)區(qū)在土壤有效磷、濕地資金投入能力和供給功能種類等3個(gè)方面有待改善。

與前人研究相比，本評(píng)價(jià)過程中大大降低了人為因素的影響。

基于歐氏距離的濕地生態(tài)系統(tǒng)評(píng)價(jià)方法操作簡易、便于理解，能為其他類似研究提供參考和借鑒。

4 討論

從評(píng)價(jià)結(jié)果來看，保護(hù)區(qū)濕地生態(tài)系統(tǒng)健康情況處于中等水平，與實(shí)際情況相符，也證明了該方法的可行性和適用性，可以為其他類似研究提供借鑒。與前期保護(hù)區(qū)相關(guān)評(píng)價(jià)研究相比[27]，本評(píng)價(jià)方法受人為因素的影響大大減弱。

保護(hù)區(qū)不僅具有人口密度低、水源保證率高、生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值高等天然優(yōu)勢(shì)，而且保護(hù)區(qū)還有政策支持和科學(xué)管理體系。保護(hù)區(qū)于1992年10月由國務(wù)院批準(zhǔn)建立，有良好的政策和財(cái)政支持；保護(hù)區(qū)每年定期參加培訓(xùn)，如濕地監(jiān)測培訓(xùn)班、保護(hù)區(qū)建設(shè)管理培訓(xùn)班、國際重要濕地管理培訓(xùn)班等，干部職工整體素質(zhì)得到大大提升；保護(hù)區(qū)多方籌措資金，高標(biāo)準(zhǔn)、高質(zhì)量加大保護(hù)區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，確保保護(hù)區(qū)順利運(yùn)行，這些因素都為保護(hù)區(qū)濕地生態(tài)系統(tǒng)健康做出正貢獻(xiàn)。

但保護(hù)區(qū)農(nóng)業(yè)墾殖、石油開采等生產(chǎn)活動(dòng)頻繁，在一定程度上破壞了濕地生態(tài)環(huán)境，如濕地生態(tài)系統(tǒng)破碎化、島嶼化現(xiàn)象加劇以及水質(zhì)級(jí)別波動(dòng)較大；保護(hù)區(qū)管理水平還有待提高，雖然2014年頒布了《山東黃河三角洲國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理辦法》，但僅屬于地方規(guī)章，未達(dá)到國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)“一區(qū)一法”的要求，監(jiān)督檢查力量薄弱；黃河水流量減少，部分濕地退化，需要額外資金投入來維持群落平衡；保護(hù)區(qū)自我造血能力不足，旅游資源利用方面沒有發(fā)揮出優(yōu)勢(shì)，這些因素都為保護(hù)區(qū)濕地生態(tài)系統(tǒng)健康做出負(fù)貢獻(xiàn)。

針對(duì)上述問題，建議保護(hù)區(qū)加強(qiáng)對(duì)生產(chǎn)活動(dòng)的控制，如分生態(tài)保護(hù)區(qū)、生態(tài)旅游區(qū)、林地管理區(qū)、濕地恢復(fù)區(qū)、農(nóng)田生產(chǎn)區(qū)和生產(chǎn)控制區(qū)等，制定分區(qū)政策和管理措施；加強(qiáng)對(duì)重點(diǎn)區(qū)域濕地的保護(hù)力度，設(shè)定核心區(qū)和緩沖區(qū)，同時(shí)針對(duì)已經(jīng)退化的濕地開展修復(fù)工作；結(jié)合信息技術(shù)，開展人與自然和諧發(fā)展的低碳智能管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)保護(hù)區(qū)的可視化和智能化管理，更快捷、準(zhǔn)確地收集保護(hù)區(qū)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；建立健全保護(hù)區(qū)科研、巡護(hù)和監(jiān)測體系；加強(qiáng)宣傳教育工作，開發(fā)保護(hù)區(qū)旅游價(jià)值，開展保護(hù)區(qū)蘆葦資源、濕地藥用植物的研發(fā)，增強(qiáng)保護(hù)區(qū)自我造血能力。