文章信息
- 杨时民, 李玉文, 吕玉哲.
- Yang Shimin, Li Yuwen, Lü Yuzhe.
- 扎龙湿地生态安全评价指标体系研究
- The Assessment Index System of Zhalong Wetland Eco-security
- 林业科学, 2006, 42(5): 127-132.
- Scientia Silvae Sinicae, 2006, 42(5): 127-132.
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文章历史
- 收稿日期:2005-11-21
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人类社会的发展对生态环境产生的压力直接威胁着人类社会的可持续发展。生态环境系统的服务功能反映了生态环境系统的安全程度,评价区域生态环境系统安全就是评价生态环境系统服务功能对人类需要的满足程度(左伟等,2002)。
生态安全的重要标志就是具有健康的生态系统,因此对于生态系统健康的研究已成为国际生态学研究的前沿之一。湿地是生物圈中一种重要的过渡生态系统,与人类的生存、发展、繁衍息息相关,是自然界最富生物多样性的生态景观,也是人类最重要的生存环境之一。拉姆萨尔(Ramsar)公约—《湿地公约》将湿地定义为:湿地是指不问其为天然或人工、长久或暂时性的沼泽地、泥炭地、或水域地带,带有静止或流动的淡水、半咸水和咸水水体,包括低潮时水深不超过6 m的水域。湿地不仅为人类的生产和生活提供大量的资源,还发挥着巨大的其他生态系统不可替代的生态功能,保护湿地是生态环境保护中的重要组成部分。
湿地研究兴起于对湿地水禽的保护。1971年2月2日在伊朗的Ramsar签署了《特别是作为水禽栖息地的国际重要湿地公约》(简称《湿地公约》)。中国于1992年7月加入该公约,海南东寨港、青岛鸟岛、黑龙江扎龙、吉林向海、湖南洞庭湖、江西鄱阳湖和香港米埔7个自然保护区已被列入《国际重要湿地名录》。《湿地公约》的宗旨是通过国家行动和国际间合作来保护和合理利用湿地,并以此作为在全球实现自然资源可持续发展的一种途径。随着研究的深入,人们认识到湿地除了具有生物多样性保护功能外,还有很多其他功能。现在《湿地公约》已经超出了最初保护水禽的范畴,而上升到保护整个湿地生态系统的高度上。
所谓湿地生态安全是指维持湿地生态过程的连续性、湿地生态系统结构的稳定性和湿地生态系统功能的完整性(王朝科,2003)。足够的湿地面积、多样化的湿地类型、丰富的物种、较少的人类干扰和完善的法律制度等是湿地安全的基础和湿地功能得以发挥的条件。
1 扎龙湿地概况扎龙湿地位于我国东北平原北部,属湿地生态类型,是我国最大的以鹤类等大型水禽珍稀鸟类为主体的国家级自然保护区,保护区总面积约21万hm2,其中核心区约5万hm2,缓冲区14.8万hm2,实验区1.2万hm2(吴长申,1999;谢永刚等,2003)。表 1列出了扎龙湿地的主要自然条件与自然资源。
通过湿地生态安全指标体系组织结构间的推理、综合,可以归纳出整个湿地生态安全状况,为湿地生态安全的评价和管理奠定了基础。考虑满足人类需求的湿地资源和服务状态及生态系统本身安全状态,结合扎龙湿地特有的自然属性与面临的生态问题构建扎龙湿地生态安全指标体系需遵循以下原则:
2.1 整体性整体性是生态系统最重要的特征之一,任何一个生态系统都是由多个成分结合而成的统一体。地形、地质、土壤、水源、动植物、人类等是影响湿地的重要因素,应当从整体上把握湿地的结构、功能和变化,不能孤立地分析或研究以上因素。在指标选取时必须考虑扎龙湿地生态系统构成上的完整性,即要考虑水域生态系统,还要考虑陆地生态系统,既要选取各个系统中特有的指标,又要选取能够反映扎龙整体生态安全的指标。选取的指标体系即要充分地反映扎龙生态环境各个方面的变化情况,又要尽量避免指标间内涵的重复。
2.2 敏感性与生态脆弱性敏感性和脆弱性是指生态系统对自然灾害或人类活动干扰的敏感性及对干扰的恢复能力,通常表现为对外界干扰的敏感性和受干扰后的不可恢复性(万忠娟等,2003)。扎龙湿地尤其是河滨湿地水系统具有典型的生态脆弱性,选取的生态环境质量指标体系中的指标应能敏感地响应扎龙湿地景观生态环境质量的变化。
2.3 科学性与可操作性湿地生态安全指标的选择和设计必须结合环境生态学、生态系统生态学、景观生态学、数理统计学以及可持续发展理论等,这样选取的指标才具有科学性和稳定性。科学性即指标的选择、指标权重的确定、数据的选取、计算与合成等要建立在科学的基础上。指标的概念、意义明确,测定方法标准,统计计算方法规范。指标既能反映湿地生态安全的特点,又要具有一定的科学内涵,能够度量和反映湿地结构和功能的现状及发展趋势。但是,要完全反映生态环境质量的真实变化情况是不可能的,这就需要我们根据关注的焦点问题的具体要求来决定如何选择指标。设置湿地生态安全指标体系的指标应避免过于繁琐,部分数据在保证其客观性的基础上,可通过调查和专家咨询法获得。在保证精度的前提下,指标体系应简易适中,易于推广。此外,指标体系的设置和实施,还应能引导被评价对象向生态安全的目标发展,指标及其权重的设置应与该区域可持续发展和生态安全建设的目标相一致。
3 湿地生态安全评价指标体系的构建根据指标体系构成的基本原则,本文在深入研究湿地生态系统结构和服务功能的基础上,结合压力—状态—响应评价方法,即P(pressure)—S(state)— R(response)概念模型(Tong C,2000;Allen,1995),通过指标筛选和权重赋值,建立了湿地生态安全评价的指标体系。湿地生态安全评价指标体系分三个层次。将湿地生态安全综合指数定为总目标层,由“压力”、“状态”、“响应”三个子系统构成系统层,并选择相应的指标构成指标层,形成湿地生态安全的指标体系模型(如图 1)。
压力指标即:由于人类社会的经济发展以及自然界的各种扰动变化对生态系统的结构和功能的现实的或潜在的威胁。针对目前扎龙湿地面临的生态环境问题,压力主要来源于人口扩张与经济发展,选取的指标包括:
1) 人类活动强度:以人口密度统计,表征人口压力(S1);
2) 人口变化:区域20年来的人口变化情况(S2);
3) 贫困人口比率:以地方贫困线以下人口占总人口的比例计算(S3);
4) 区域开发指数:区域内农业、建设用地与畜牧业土地面积占区域土地总面积百分比(S4);
5) 公路密度:区域内单位面积公路里程数(S5);
6) 栖息地:野生动物栖息地和育雏地,以破坏或退化率来表示(S6);
7) 农药利用率(S7);
8) 化肥利用率(S8);
9) 灾害频度:以火灾发生率表示(S9);
10) 旅游业:以年接纳人数表示(S10)。
3.2 状态指标状态指标来源于对现有湿地生态系统组成、结构和功能的分析和描述,以及对湿地生态系统资源存量和质量及服务功能的分析和描述,在指标的选取中应综合两方面的因素,相互补充。扎龙湿地生态环境系统状态指标包括:
1) 初级生产力:表征生态环境系统活力(S11);
2) 生态环境系统弹性度:表征生态环境系统恢复能力(S12);
3) 生物多样性指数:沼泽湿地区动植物种数占所在生物地理区湿地动植物种数的百分比(S13);
4) 大气污染指标:选择SO2、NO2、降尘等指标,为环境污染压力或生态系统洁净环境功能的反表征(S14);
5) 土地污染指标:选择重金属Hg、Cd、Pb、Cr及有机氯农药DDT、六六六等, 为环境污染压力或生态系统洁净环境功能的反表征(S15);
6) 水质指数:区域内地表水水质类别百分比(S16);
7) 生物量:以植物年均地上生物量来计算(S17);
8) 食品生产:鱼、果品等,以年收获量变化率来表示(S18);
9) 湿地面积退化:以现有湿地面积内退化湿地面积的百分比来表示,以湿地的盐碱化、沙化、植被退化面积来衡量(S19);
10) 景观破碎度:表征生态系统组织(S20)。
3.3 响应指标响应指标能够反映人类社会维护和改善扎龙湿地生态系统状态的资金投入、科技水平及管理能力。在选择指标时主要考虑:
1) 水量调控:水利工程建设的费用及规模(S21);
2) 水文调节:为农业灌溉、工业等提供用水,以供水变化率表示(S22);
3) 污水处理率:以工业、生活污水处理率来表示(S23);
4) 水源保证率:以水源保证或补给率来计量(S24);
5) 湿地保护意识:以具有湿地保护意识的人员占总人口的比例来表示(S25);
6) 政策法规的贯彻力度:以接受相关政策法规的人员占总人口的比例来表示(S26);
7) 湿地管理水平:以湿地管理队伍的整体水平来衡量(S27)。
3.4 评价指标标准评价标准可从以下几个方面进行选取:1)对已有的国家标准、行业标准或国际标准的指标,采用规定的标志值;2)背景和本底标准。以工作区域生态环境的背景值和本底值作为评价标准,如区域植被覆盖率、区域水土流失本底值、生物生产量、生物多样性等;3)类比标准。以未受人类严重干扰的相似生态环境或以相似自然条件下的原生自然生态系统作为类比标准;以类似条件的生态因子和功能作为类比标准;4)科学研究已判定的生态效应。当地或相似条件下科学研究已判定的保障生态安全的绿化率要求、污染物在生物体内的最高允许量、特别敏感生物的环境质量要求等,均可作为评价的标准或参考标准应用。本文中指标标准的制定参考了国内外相关研究的有关标准,国家、行业和地方规定的标准以及本地区(扎龙湿地)的特殊地理和生态条件(Ma Xuehui et al., 1997)。
4 生态安全评价方法 4.1 评价指标权重的确定评价指标权重的确定,采用层次分析法(AHP),将目标层划分为3个有序的层次,将各层之间各因素的联系标出,分层构建判断矩阵。矩阵由每一对指标的相对重要性比值构成,对于从属于(或影响)上一层每个因素的同一层诸因素,用成对比较法和1—9比较尺度,根据各指标在湿地生态系统发展演化中的作用和各指标之间的相关性,结合专家评判来确定。对于每一个成对比较矩阵计算最大特征根及对应特征向量,将判断矩阵进行正交化,得正交化向量,整理并检验,得出每层指标的权重(何池全等,2001),按下式计算:
式中:Wj为第j个指标在指标体系中的权重,Pi为第i个子系统的权重;Cj为指标在子系统内的权重;i、j分别为湿地生态安全体系中子系统数及其指标项。
4.2 生态安全度的计算根据调查资料及参阅文献,按上述所列计算得出各级指标权重,并采用下列公式计算扎龙湿地生态安全度的等级:
式中:I为湿地生态安全最终得分,Xj为单因子指标的得分。系统整体的生态安全度也依此划分为5个标准,分别是安全、比较安全、预警、脆弱、极度脆弱5个等级由数字0~10表示(如表 2)。
由于定性定量指标的计算方法及考核目标不同,具体评分时,分级标准也有所不同。对易于定量的指标,可用实际观测值或相关资料中的数据与本底值或理想值进行对比,确定其生态安全度等级。对于一些不易定量的指标,如景观破碎度、水源补给条件、湿地保护意识、政策法规的贯彻力度、湿地管理水平等,它们对湿地生态安全的影响表现较强,这些指标采取专家评分法确定其等级。所得最终评价结果见表 3。
本文根据目前对湿地研究与安全评价中普遍采用的整体性、脆弱性与敏感性、科学性与可操作性等原则,构建了压力、状态、响应模型。通过对湿地典型性指标的选取,结合扎龙湿地当前的生态状况及存在的问题,采用定性与定量相结合的方法,对扎龙湿地的生态安全状况进行了系统评价。综合评价结果表明:扎龙湿地的生态安全程度在4.717左右,处于预警状态。湿地整体生态安全状况有向中度预警恶化的趋势,亟须加强对湿地的保护和管理。
扎龙湿地的自然条件较好,生态系统相对较为稳定,但受社会经济发展压力较大,个别指标较为脆弱,在系统整体安全程度不高的状态下,会危及生态系统整体的安全状况,因此对于处于临界状态的湿地区需要进行跟踪以便采取合理的管理模式。对湿地的保护应结合人文、社会、经济协调发展,通过资金的投入、政策倾斜与法规制定以及湿地保护技术措施的国际交流与自我完善,减少人为胁迫造成的湿地生态脆弱性,减缓湿地的退化趋势,重点加强对周边经济发展产生的污染的治理,提高资源的利用率,对扎龙湿地进行更有效的保护。
何池全, 崔宝山, 赵志春. 2001. 吉林省典型湿地生态评价. 应用生态学报, 12(5): 754-756. DOI:10.3321/j.issn:1001-9332.2001.05.025 |
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吴长申. 1999. 扎龙国家级自然保护区自然资源研究与管理. 哈尔滨: 东北林业大学出版社, 109-205.
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谢永刚, 王孟雪. 2003. 扎龙湿地对水旱灾害影响问题的探讨. 国土与自然资源研究, (4): 55-57. DOI:10.3969/j.issn.1003-7853.2003.04.025 |
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Ma Xuehui, Liu Xingtu. 1997. An analysis on present situation and assessment method for eco-environmental quality of wetlands in China. Scientia Geographica Sinica, 17: 401-408. |
Tong C. 2000. review on environmental indicator research. Research On Environmental Science, 13(4): 53. |