河北省重要自然湿地生态健康评价

摘要：以河北省重要自然湿地为研究对象，采用层次分析法，将湿地生态结构指标和功能指标作为综合评价层，１３个生态单项指标作为具体指标层，建立河北省重点自然湿地生态健康评价体系。将湿地生态健康评价分为５个等级；很健康、健康、亚健康、不健康、疾病。通过湿地生态健康评价的计算与分析，结果表明，水源保证水平权重最大，洪水调节功能权重最小。河北省重要湿地生态系统主要处于亚健康、不健康和疾病状态，其中白洋淀湿地生态系统状况最好，黄盖淖湿地生态系统状况最差。

　　关键词：湿地；层次分析法；指标结构；功能结构；综合评价指数

　　中图分类号：Ｘ１７１．１文献标识码：Ａ文章编号：0439－８114（２０14）08－1797-04

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　　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｗｅｔｌａｎｄ；ＡＨＰ；ｔａｒｇｅｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｆｕｎｃｔｉｏｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ＣＥＩ

　　湿地生态评价是评价者综合分析湿地生态环境与人类开发建设活动特点及二者相互作用的活动。不同的开发建设活动，不同的评价者，甚至同一评价者、同一开发建设活动，站在不同的学科角度、利益角度，都会得出不同的评价［１］。本研究以河北省自然湿地为研究对象，站在地理学和生态保护为主的角度上，对湿地生态状况进行评价，以期为河北省湿地生态系统的保护和利用提供科学依据。

　　１材料与方法

　　１．１研究地区概况

　　河北省地处华北平原，东临渤海，西依太行山脉，地貌类型复杂多样，湿地资源丰富，类型多样，湿地面积１１０．７０万ｈｍ２，占河北省土地总面积的５．９０％，占全国湿地总面积的１．６８％［２］。按照湿地所处的地貌类型可以将河北省的湿地大体划分为３个研究区：近海岸研究区、平原研究区和坝上高原研究区。

　　考虑到河北省各研究区湿地的代表性和生态功能的重要性，对河北省以下自然湿地进行评价。近海岸研究区：南大港湿地、唐海湿地、七里海湿地、海兴湿地；平原研究区：白洋淀湿地、衡水湖湿地、冶河湿地、永年洼湿地、群英湖湿地；坝上高原研究区：黄盖淖湿地和闪电河湿地。

　　１．２研究方法

　　采取层次分析法［３］。层次分析法是一种对较为复杂、较为模糊的问题作出决策的简易方法，主要应用于那些难以完全定量分析的问题。它是２０世纪７０年代初期美国运筹学家Ｓａｌｔｙ教授提出的一种简便、灵活又实用的多准则决策方法。

　　层次分析法利用分层的原理将复杂问题系统化、层次化。首先建立湿地生态评价指标体系，然后经过判断、比较与计算，建立判断矩阵，通过加权求和，计算各因子相对于上层因子的权重，最后逐层推算全部因子对湿地生态评价总目标层的权重，并根据因子最终权重计算综合评价指数。在各层判断矩阵计算因子权重的同时要进行一致性检验，一致性检验达到一致后才可进行层次单排序，否则就要重建判断矩阵，直到通过一致性检验［４］。分析步骤为建立指标体系、建立比较判断矩阵、一致性检验、计算综合评价指数。

　　２结果与分析

　　２．１指标体系的建立

　　生态系统的健康状态直接影响生态系统结构及生态系统功能的组成和发挥，因此，在进行湿地生态系统健康评价时，将生态系统结构指标与生态系统功能指标相结合，通过湿地生境结构、生物结构和生态服务功能对湿地进行综合评价。结合河北湿地生态系统的特点，遵循可代表性、可比性、可获得性、整体性的原则［５］，最终选出１３个具体指标，划分为结构指标和功能指标２大类。

　　２．１．１结构指标结构指标包括生境结构和生物结构。生境结构包括有效斑块面积、水源保证水平、水质3个单项指标。有效斑块面积以核心区面积占保护区总面积的分数比来表示。较大面积的保护区重要性要强，它可支撑大量的肉食与草食性动物种群，有较大的能力抵抗外来冲击与威胁。但较大的保护区也未必能够支撑较大的物种量，生物类实际有效面积是其物种生存所需的生境面积。水源保证水平采用２０００－２０１０年湿地水面逐年递减面积占总水面面积的百分比来表示，反映湿地水源供给状况，水源供给状况直接由湿地水面面积反应。水质用湿地内水资源质量的平均值来衡量，反映湿地水资源质量。生物结构包括植被覆盖率、植物群落结构、动物群落结构、生物多样性４个单项指标。植被覆盖率直接采用植被面积占湿地的百分比来表示，植被覆盖率的高低直接影响生境为生物提供生存环境的能力。植物群落结构以植物群落结构的复杂性、自身稳定性和对外界的依赖性来衡量。由于动物自身的特性，动物群落结构用鸟类数量和种类来描述。生物多样性以高等动物或植物物种的数量来衡量其水平［６］。

　　２．１．２功能指标功能指标包括生产功能和生态功能。生产功能包括水产品生产、原材料生产两个单项指标。水产品生产是湿地系统中重要的物质生产功能之一，可为湿地带来经济效益，以湿地水产品所产生的经济价值来衡量。原材料生产以湿地芦苇的长势及质量来定性描述原材料状况，这是由于芦苇是河北省内湿地主要创收植被。生态功能包括洪水调节功能、供水功能、水质净化功能、栖息地功能4个单项指标。洪水调节功能以湿地修建的水库及滞洪区的蓄水量来衡量。湿地具有供水和蓄水的功能，可调节水源。由于湿地面积的缩小和生态系统的退化，洪水调控能力也在下降，需要修建堤坝、水库、滞洪区等人工工程来提高洪水调控能力。供水功能用其供水状态来表示，因湿地是天然蓄水区，可为工业、农业生产生活供水。水质净化功能以芦苇的生存状况和水质情况来衡量。湿地内多种水生植物具有净化水质的功能，而芦苇对水质的净化能力较强，且生长面积较大［７］。同时水质也影响净化效率。栖息地功能以常见鸟类和珍稀鸟类数量多少来表示。湿地是多种野生动物，尤其是珍稀动物的栖息地和育雏地，为野生动物提供了避难场所。

　　２．１．３指标体系结构综合湿地内部生态结构和外部服务功能的表现，将指标体系分为总目标层（Ａ），对河北省自然湿地进行生态健康评价；综合评价层（Ｂ），采用湿地结构指标和功能指标反映总目标层的价值；指标评价层（Ｃ），是综合评价层指标的亚类，反映综合评价层的价值；具体指标层（Ｄ），是评价河北省自然湿地生态健康状况的具体指标。湿地生态系统的指标分系统、分层次构成的树状层次结构见图１。

　　２．２判断矩阵的构造及一致性检验

　　判断矩阵表示针对上一层次某一元素，来评定该层次中各有关元素相对重要性的状况。重要性值的评定方法，采用１－９标度方法［８］，具体见表１。参照滨海湿地环境演变与生态恢复［９］中提到的滨海湿地生态系统退化程度诊断分析，建立判断矩阵。如果两因素反向比较，则得到重要性标度的倒数，即如果ｂｉ∶ｂｊ＝ｂｉｊ，则ｂｊ∶ｂｉ＝ｂｊｉ＝１／ｂｉｊ。

　　一致性检验需要对判断矩阵进行层次单排序及其一致性检验和层次总排序及其一致性检验。２．２．１层次单排序及其一致性检验层次单排序的目的是确定本层次与上一层次有联系的各元素重要性次序的权重值。层次单排序是本层次所有因素相对上一层次的重要性进行排序的基础。为了检验判断矩阵的一致性，需要计算它的一致性指标ＣＩ（ＣｏｉｎｃｉｄｅｎｔＩｎｄｅｘ）：

　　ＣＩ＝（λ■-n）/（n-1）

　　当ＣＩ＝０时，矩阵具有完全一致性；ＣＩ愈大，矩阵的一致性就愈差。检验判断矩阵是否具有完全一致性，还需将ＣＩ与平均随机一致性指标ＲＩ（ＭｅａｎＲａｎｄｏｍｌｙＣｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙＩｎｄｅｘ）进行比较。一般情况下，１或２阶判断矩阵总具有完全一致性。２阶以上的判断矩阵一致性指标ＣＩ和同阶的平均随机一致性指标ＲＩ之比，称为随机一致性比例ＣＲ（ＲａｎｄｏｍｌｙＣｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙＲａｔｉｏ）。ＣＲ常用来检验判断矩阵是否具令人满意的一致性，公式如下：

　　ＣＲ＝CI/RI

　　一般情况下，当ＣＲ＜０．１０时，就认为判断矩阵具有令人满意的一致性；当ＣＲ≥０．１０时，不具有令人满意的一致性，需要调整矩阵，直至满意为止。

　　通过计算，得到评价指标的层次单排序及其随机一致性比例，表明排序结果具有一致性。

　　２．２．２层次总排序及其一致性检验层次总排序是利用同一层次中所有层次单排序的结果，计算针对上一层次而言，本层次所有因素重要性的权值，是层次单排序的加权组合。同层次单排序一样，层次总排序也要进行一致性检验，其检验方法与层次单排序相同，结果由ＣＲ来检验判断矩阵是否具有令人满意的一致性。

　　通过计算，总目标层（Ａ）的一致性为０；综合评价层（Ｂ）的一致性为０；指标评价层（Ｃ），生境结构（Ｃ１）的一致性为０．０８，生物结构（Ｃ２）的一致性为０．０２，生产功能（Ｃ３）的一致性为０，生态功能（Ｃ４）的一致性为０．０９。判断矩阵具有令人满意的一致性，得出各指标最终权重，见图２。

　　从图２看出水源保证水平的权重最大，湿地的水资源状况对湿地的生态系统影响最大。水源在一定程度上决定着湿地生境结构和生物结构的状态，进而影响湿地各功能的发挥。

　　２．３综合评价指数

　　目前生态指标没有统一赋值标准，本研究将湿地生态评价指标分为５级：很健康、健康、亚健康、不健康、疾病［１０］，赋值１．００~０．００，得到各湿地赋值结果。

　　为了反映河北省自然湿地生态健康状况，采用综合评价指数ＣＥＩ（ＣｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅＥｖａｌｕａｔｉｏｎＩｎｄｅｘ）来作为评价湿地生态环境质量等级的依据。综合评价指数计算公式为：

　　ＣＥＩ＝■I■W■

　　式中：I■为单项指标评价分值；W■为评价指标的权重值；ｎ为评价指标个数。评价结果见表２。

　　生态质量评价指数可作为判断湿地生态现状类型的依据，按照湿地自然保护区综合评价指数分级标准，湿地的综合指数也可以分为５个等级［１１，１２］：①１．００≥ＣＥＩ＞０．８５；②０．８５≥ＣＥＩ＞０．７０；③０．７０≥ＣＥＩ＞０．５０；④０．５０≥ＣＥＩ＞０．３５；⑤ＣＥＩ≤０．３５。

　　将综合评价指数ＣＥＩ介于１．００和０．８５的类型定为生态系统很健康的湿地，表示人类活动对湿地的影响较轻或人类对湿地的开发利用是合理的；将综合评价指数ＣＥＩ介于０．８５和０．７０之间的类型定为生态系统健康的湿地，表示人类活动对湿地的干扰明显或人类对湿地的开发利用是合理的，如果人类干扰增大，湿地生态环境将会恶化；将综合评价指数ＣＥＩ介于０．７０和０．５０之间的类型定为生态系统亚健康的湿地，表示生境结构受到一定程度的破坏，服务功能价值在一定程度上有所下降，但消除外界威胁后能够实现自然恢复；将综合评价指数ＣＥＩ介于０．５０和０．３５之间的湿地定为生态系统不健康的湿地，表示人类不合理开发利用湿地的某些自然资源，而导致湿地出现一定程度的退化，难以自我维持，须借助人工措施使其逐渐恢复；将综合评价指数ＣＥＩ小于等于０．３５的湿地类型定为生态环境较差的病态湿地，表示此湿地已遭到人类活动的严重干扰，严重退化，必须采取相应的人工修复措施。表３为湿地生态系统综合指数分级及其标准。

　　经计算，河北省湿地的生态系统分为３个等级。①生态系统亚健康的湿地：南大港湿地、唐海湿地、白洋淀湿地、衡水湖湿地、冶河湿地；②生态系统不健康的湿地：七里海湿地、海兴湿地、永年洼湿地、群英湖湿地、闪电河湿地；③生态系统病态的湿地：黄盖淖湿地。其中，群英湖湿地和黄盖淖湿地都经过重建重新蓄水，群英湖湿地人工植被较多，自然性较差。