基于PSR模型的西藏拉鲁湿地生态系统健康评价.pdf
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1、第 19 卷 第 4 期湿地科学与管理 Vol.19No.4 2023 年 8 月WETLAND SCIENCE&MANAGEMENT aug.2023生态系统健康是指系统内各部分之间能够互相协调、平衡共存的状态,对外界扰动保持一定的弹性和稳定性(Rapport,1989)。湿地生态系统在涵养水源、调节气候、降解污染、保护生物多样性和为人类提供宝贵的生产、生活资源方面发挥着极其重要的作用(Fluet-Chouinardetal.,2023),湿地生态系统健康评价可协助诊断由自然因素或人类活动引起的系统内部物质或能量平衡的破坏,对可能发生的生态功能的损失发出预警,为管理者、决策者制订或调整管理保
2、护策略提供科学依据,以促进湿地资源的可持续利用(李瑾等,2001),并通过湿地生态系统健康管理维持和改善生态系统服务(Hernandez-Blancoetal.,2022)。湿地生态系统健康评价已受到国内外学者的广泛关注,根据研究目的和技术手段的差异,所采用的评价方法也不尽相同,主要分为生物评价法和指标体系法。生物评价法主要包括指示物种法和生物完整性指数评价法;指标体系法在我国的应用较为闫钟清1,2李 勇1,2张克柔1,2郝彦宾3杨 澳1,2康晓明1,2*(1中国林业科学研究院生态保护与修复研究所,湿地生态功能与恢复北京市重点实验室,北京100091;2四川若尔盖高寒湿地生态系统国家定位观测研
3、究站,四川阿坝624500;3中国科学院大学生命科学学院,北京100049)基于 PSR 模型的西藏拉鲁湿地生态系统健康评价摘要 湿地生态系统健康评价是湿地科学管理的重要手段和关键环节。以西藏拉鲁湿地为研究对象,基于“压力-状态-响应”模型选取 19 个评价指标,建立了拉鲁湿地生态系统健康评价指标体系,通过层次分析法和模糊综合评价法确定指标权重并对湿地健康现状进行综合评价。结果表明:拉鲁湿地综合健康指数为 6.74,处于“健康”水平,其中压力层和响应层健康指数分别 9.90 和 8.78,均处于“非常健康”水平,状态层健康指数为 5.16,处于“亚健康”水平。研究认为制约拉鲁湿地生态健康水平的
4、指标主要有外来物种入侵、国家重点保护野生动物种类、土壤有机碳含量、土壤水分含量和土壤微生物多样性,并提出相应的保护建议与对策。本研究不仅为高寒湿地生态系统的健康评价提供了指导方法,也为中国高寒湿地的保护管理和履行国际湿地公约提供了有力的科学支撑。关键词 生态健康评价;拉鲁湿地;PSR 模型;对策建议中图分类号:X171.1 文献标识码:A 文章编号:1673-3290(2023)04-0049-05PSR Model-based Evaluation on the Ecosystem Health of Lalu Wetland in TibetYAN Zhong-qing 1,2 LI Yo
5、ng1,2 ZHANG Ke-rou1,2 hAo Yan-bin3 YANG Ao1,2 KANG Xiao-ming1,2*(1 Beijing Key Laboratory of Wetland Services and Restoration,Institute for Ecological Conservation and Restoration,Chinese Academy of Forestry,Beijing 100091,China;2 Sichuan Ruoergai Alpine Wetland Ecosystem National Field Scientific O
6、bservation and Research Station,Tibetan Autonomous Prefecture,Aba 624500,Sichuan,China;3 College of Life Sciences,University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China)Abstract Wetland ecosystem health assessment is an important means and key link in wetland scientific management.The Lalu w
7、etland in Tibet was studied by selecting 19 evaluation indicators based on the“Pressure-State-Response”model,and establishes a Lalu wetland ecosystem health evaluation indicator system.The indicator weights are determined through Analytic Hierarchy Process and Fuzzy Comprehensive Evaluation Method,a
8、nd the wetland health status is comprehensively evaluated.The results indicated that the comprehensive health index of the Lalu wetland is 6.74,which is at the“healthy”level.The health index of the pressure layer and response layer are 9.90 and 8.78,respectively,both at the“very healthy”level,while
9、the health index of the state layer is 5.16,which is at the“sub healthy”level;The main indicators that constrain the ecological health level of the Lalu wetland were identified as the invasive alien species,wildlife with national priority for protection,soil organic carbon content,soil moisture cont
10、ent,and soil microbial diversity.Appropriate protection suggestions and strategies were proposed.This study not only provides guidance methods for the health evaluation of alpine wetland ecosystems,but also provides a strong scientific support for the protection and management of alpine wetlands in
11、China and for the implementation of international wetland conventions.Key words Ecological health assessment;Lalu wetland;PSR model;Countermeasures and suggestions收稿日期:2023-04-07基金项目:第二次青藏高原综合科学考察研究(2019QZKK0304-02)作者简介:闫钟清(1990),助理研究员,主要研究方向:湿地碳循环和生态健康评估。E-mail:*通讯作者:康晓明(1981),研究员,主要研究方向:湿地与气候变化。E-
12、mail:DoI:10.3969/j.issn.1673-3290.2023.04.1050湿地科学与管理 第 19 卷广泛,主要包括 PSR(Pressure-State-Response)模型、熵权法、Delphi法、三级评价模型、灰色模型、BP 神经网络模型、投影寻踪模型、Topsis 模型和粗糙集理论模型等(周静等,2018)。PSR 模型因其能够提供有效的指标分类方案、准确体现湿地管理者的最终目标且有利于实现动态评价等特点,是目前应用最为广泛的评价指标体系之一。本研究基于PSR 模型,结合层次分析法和模糊综合评价法评价拉鲁湿地生态系统健康状况,为提高其湿地资源监测和保护管理水平提供可
13、靠的数据支撑和科学依据。1 材料与方法1.1 研究区概况拉鲁湿地国家级自然保护区(293946 2941 05 N,9103 48 91 06 51 )位于西藏自治区拉萨市西北部,是世界上海拔最高、面积最大的天然城市湿地,湿地面积 620 hm2,呈东西带状分布,平均海拔3 645 m(图 1)。拉鲁湿地被誉为“拉萨之肺”“天然氧吧”,主要保护对象为高寒湿地生态系统,属于芦苇泥炭沼泽,(秦卫华等,2022)。研究区属于温带半干旱季风气候,年平均降水量为 439.3 mm,其中 80%90%集中在 69月。年平均气温为 7.6 C,昼夜温差较大(刘汉武等,2005;Kangetal.,2021)
14、。1.2 健康评价方法1.2.1 指标体系构建 综合考虑青藏高原地区高寒湿地特点及拉鲁湿地实际状况,依据整体性、代表性和可获取性等原则,结合生态系统的结构和功能特征,以及经济社会和政策法规的影响等因素,运用 PSR 模型,从压力、状态和响应个层面选取 19 项评价指标,用于构建拉鲁湿地生态系统健康评价体系(表 1)。1.2.2 数据预处理和标准化 由于各项指标间的量纲不统一,导致指标之间缺乏可比性。为消除量纲的影响和计算简便,本研究运用模糊综合评价法将定性与定量指标有效结合,对各评价指图 1拉鲁湿地的地理位置及范围Fig.1 Geographical location and scope of
15、 Lalu wetland表 拉鲁湿地生态系统健康评价体系Table 1 Ecosystem health assessment system for the Lalu wetland目标层准则层 指标层数据来源 量化标准湿地生态系统健康评价指标压力(P)人口密度C1 统计文献湿地覆盖范围内(或所在市县)人口与面积的比值GDP C2统计文献当地(市县)生产总值污水排放量C3统计文献当地工业废水和城镇生活污水排放量放牧压力C4实地生态调查根据研究区域周围的牧民和放牧情况进行评估灾害性天气C5统计文献水灾、旱灾、台风、沙尘暴、寒潮等灾害性天气是否在本区域发生外来物种入侵C6统计文献调查区域内是否存
16、在外来物种入侵状态(S)地表水水质级别C7实地生态调查地表水环境质量标准(GB 38382002)土壤重金属污染物C8实地生态调查污染物种类累加(主要为重金属污染)植被覆盖度C9实地生态调查湿地植被覆盖面积占土地总面积之比,通过遥感或样方测定数据国家重点保护野生动物C10统计文献包括国家级和级保护野生动物湿地斑块密度C11遥感解译湿地斑块数占湿地总面积的比率湿地有机碳含量C12实地生态调查采集土壤样品进行测定湿地土壤水分含量C13实地生态调查采集土壤样品进行测定鸟类多样性C14统计文献通过鸟类种类和数量进行计算鸟类栖息地功能C15统计文献依赖于湿地的鸟类多样性及丰度土壤微生物多样性C16实地生
17、态调查计算土壤微生物群落的 Shannon 指数响应(R)湿地管理水平C17调查问卷采用调查问卷的形式进行打分湿地保护意识C18调查问卷采用调查问卷的形式进行打分政策法规执行力度C19调查问卷采用调查问卷的形式进行打分51 第 4 期标的实际数值利用极差法进行标准化,标准化后的指标取值范围为 0 10。对于正向指标a1,a2,a3an进行变换:对于负向指标B1,B2,B3Bn进行变换:新序列R1,R2Rn 0,10 且无量纲。式中:Rij为各正向或负向指标标准化后的数值;ai或Bj为拉鲁湿地指标体系中第 i 或 j 个正向或负向属性的指标;max 为评价指标体系中该指标的最大值;min 为评价
18、指标体系中该指标的最小值。1.2.3 指标权重确定 基于层次模型基础,向专家发放和收集调查问卷,导入专家决策数据,构建判断矩阵,求出最大特征根的特征向量并进行灵敏度分析,最终得出各评价指标和相应准则层的权重值(表 2)。1.2.4 健康指数计算 研究采用多目标线性加权函数的方法进行计算,分别得到拉鲁湿地生态系统压力层、状态层、响应层和综合健康指数(ComprehensiveHealthIndex,CHI),计算公式如下:式中:CHI生态系统综合健康指数取值范围为0 10;Ij第 j 个评价指标标准化后的值;j第 j 个评价指标的权重;n评价指标个数。根据综合健康指数计算结果和等级评定标准,综合
19、判别湿地生态系统健康等级及含义(表 3)。2 结果与分析通过多渠道数据来源获取拉鲁湿地评价指标的现状值和标准化值,结合各指标权重得出湿地综合健康值为 6.74,属于“健康”水平,其中拉鲁湿地压力、状态和响应要素健康得分分别为 9.90、5.16和 8.78,分别属于“非常健康”“亚健康”和“非常健康”水平(表 4)。2.1 压力要素拉鲁湿地压力层指标中健康水平较高的主要有人口密度、GDP、放牧压力和灾害性天气,健康水平表 拉鲁湿地生态系统健康分级标准及权重Table 2 Indicator weights and ranking criteria for the ecosystem healt
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