獨流減河河口生態系統健康評價指標體系構建

由于氣候變化，尤其是不合理的人類活動，導致一些嚴重的河口生態問題，如沉積沙、海水入侵、口環境惡化、生物多樣性惡化等。因此，許多河口生態系統的結構和功能退化。鑒于河口生態系統復雜的環境因素及重要的生態服務功能,河口生態系統的健康狀態受到越來越多的重視,河口生態系統健康評價引起了眾多學者的廣泛關注。生態系統健康評價作為生態環境管理工具而提出的新概念,目前的研究主要集中在河流、湖泊、森林、濕地等方面,專門針對河口生態系統健康評價的報道較少［1-3］。河口生態系統的復雜性導致河口生態系統健康評價的復雜性和多學科綜合性。河口由于其生態環境復雜多變、生產力高以及與人類活動關系密切,成為生態健康評價中的難點［4-5］。目前,對于獨流減河河口的生態系統健康評價未見研究報道,本文在PSR模型的基礎上建立了獨流減河河口生態系統健康評價模型,通過層次分析法確定指標權重,首次對天津獨流減河河口進行了健康綜合評價。研究旨在以更加客觀、科學的角度,應用不確定性分析理論定量評估河口生態系統的健康水平,建立適合我國河口生態系統的健康評價方法,提出河口生態系統調控對策,對于河口生態恢復和流域可持續發展具有重要意義。1口科系統健康評價體系的建立1.1河口生態系統健康評價河口生態系統健康評價是在特定的區域和環境條件下對河口健康狀況和發展趨勢做出評價。PSR(壓力-狀態-響應模型)是聯合國OECD和UNEP提出的概念框架模型［6］,反應了人類活動對生態環境造成的壓力、生態系統狀態變化以及人類對于生態系統狀態變化的響應三者之間的關系,目前被許多政府和組織認為是用于環境指標組織和環境現狀匯報最有效的框架,已被廣泛應用于土地質量指標體系研究、農業可持續發展評價指標體系研究以及環境保護投資分析等領域［7］。隨著人們對生態系統認識的深入和對生態健康概念的理解,PSR模型逐漸被應用于各個領域及區域的生態健康評價中,評價對象不斷擴增。河口處于流域和海洋的交匯處,河口生態系統環境因子變化劇烈,各種過程(物理、化學、生物和地質過程)耦合多變,生態環境錯綜復雜。來自流域、河口海岸帶和海洋的自然壓力和人類活動壓力影響著河口生態系統的健康狀況［8］。流域、河口及海灣生態系統是一類典型的社會-經濟-自然復合生態系統,PSR模型很適合對這類生態系統進行評價和管理,針對其開展的生態評價也越來越多［9］。麥少芝等［7］運用PSR模型進行了濕地生態健康指標體系的構建,周林飛等［10］運用PSR模型進行濕地水循環評價指標體系的構建,肖佳媚［11］基于PSR模型對南麂島進行了生態系統評價,周曉尉［12］運用PSR模型對長江河口生態健康進行了評價,吳迪等［13］運用PSR模型對河口及近岸海域富營養化評價方法進行了研究。本研究基于PSR概念模型,結合獨流減河河口生態系統的實際狀況,構建了河口生態系統健康評價指標體系(見表1)［14-15］?？紤]到河口濕地作為濕地的一種類型,本文在豐富的調研及指標測試的基礎上,根據濕地生態系統的特點和各評價指標對濕地生態系統健康的貢獻大小,采用專家經驗法對項目層、因素層和指標層的評價指標進行權重分配,確定的指標權重見表1。從表1可以看出:社會因素所占權重最高,即人為因素是導致獨流減河河口生態系統退化的主要原因,其中閘壩所導致的流量控制及圍墾是河口生態系統退化的主要因子。1.2獨流減河河口生態系統健康評價標準的確定評價標準是河口生態系統健康評價的基礎,然而目前對河口生態系統的健康評價尚無公認或統一的標準。本研究通過實地考察、借鑒國家標準與相關研究成果［2，16］、專家咨詢等方法確定評價標準,結合獨流減河河口生態系統的具體情況,建立了獨流減河河口生態系統健康評價等級(見表2)。在進行多指標評價時,由于各指標量綱、數量級并不完全相同,相互之間無法進行比較。為了消除這種影響,在評價時首先要對數據進行標準化處理,將量綱、數量級不同的數據轉化為相互間可以進行比較的數據,這時數據一般統一在0~1［17］。用綜合指數法分別計算河口的壓力強度指數,生態環境狀態指數、生態系統響應指數及各自對應的參照濕地評價指數。再對以上指標進行加權求和,得到河口生態系統健康評價綜合指數。2口向壓力變化的影響河口生態系統始終處在變化之中,無論自然的過程還是人為的過程都會促使河口向著一定的方向演進。壓力的存在方式和變化既是河口退化的影響因素,也是河口退化的重要指標。本文通過對研究區生態系統信息的提取和計算,得出河口自然因素壓力和社會因素壓力的指標權重賦值和標準化值(見表3)。2.2河口生態系統狀況評價2.2.1沉積物有機質和總磷含量的標準采用渤海及其毗鄰河口區沉積物中重金屬環境背景值的最高值作為參照值,以河口底質重金屬實測濃度與之相比,得到河口底質重金屬指數標準化值為0.908。采用《第二次全國海洋污染基線調查技術規程》［18］指定沉積物標準作為沉積物中有機質和總磷的背景值,分別為3.0%和0.06%。安立會等［19］對渤海灣河口沉積物重金屬污染及潛在生態風險評價和劉成等［20］對環渤海灣諸河口底質的調查研究表明,獨流減河河口底質有機質含量為1.23%,總磷含量為0.100%。因此計算得到有機質和總磷的標準化值為0.41和0.6。采用GB18668—2002《中華人民共和國海洋沉積物質量》一類標準作為沉積物中石油類含量和硫化物含量背景值,分別為500×10－6mg/L和300×10－6mg/L。調研發現所有監測站位沉積物中石油類和硫化物的含量符合國家一類沉積物質量標準的要求,故硫化物和石油類的標準化值取1。2.2.2高錳酸鹽指數以地表水II類水質標準作為理想河口參照水質,代入河口水質的實測平均值(高錳酸鹽指數17.52mg/L,COD66.3mg/L,pH值7.7~8.09,總氮1.514mg/L,總磷0.502mg/L),計算得到水環境狀態各個指標的指數標準化值。2.2.3浮游植物種類獨流減河河口周邊岸灘植被很少,根據董立新等［21］的調研,三大河口近岸海域生物指標中,初級生產力幅度提高;浮游植物數量增加,但種類不單以硅藻為優勢種,綠藻門的扁藻和蘭隱藻也有一定比例。因此,獨流減河河口植物多樣性指數、優勢種和生物量指標標準化值均取1。2.2.4獨流減河河口生產力河口建閘后,潮水不再進入河道,使原來由潮汐水流控制的河道變成水庫型河道。該污水在被潮汐水流稀釋的條件下尚達不到農灌標準,若將其蓄積起來,因蒸發濃縮等因素必將加重河道水體污染的嚴重性。這樣的水體若作為農用,將給人體健康帶來直接和潛在威脅。同時,獨流減河也兼負排污功能,水質污染嚴重,河口建閘后變成水庫型河道,河道水體污染加重,因此,河口水文調節標準化值取0.2,水質凈化能力標準化值取0.4。根據于潔等［22］對渤海漁業資源的調查,近年來渤海水生生物資源呈嚴重衰減趨勢,目前渤海水域生產力水平已不足20世紀80年代的1/5,因此河口生產力標準化值取0.2。由于開發利用,獨流減河河口面積由168.95km2縮減為48.59km2,計算得河口棲息地面積標準化值為0.2876。總之,獨流減河河口生態系統狀態評價的指標權重值及各指數標準化值見表4。2.3天津流域生物多樣性變化用同樣方法對河口生態系統響應進行評價,結果見表5。由于臨港工業區和天津港的建設,以及閘橋建設帶來的影響,獨流減河河口面積由168.95km2縮減為48.59km2,因此,獨流減河河口面積標準化值為0.2876。據我們調研,近年來渤海水生生物資源呈嚴重衰減趨勢,目前渤海水域生產力水平已不足20世紀80年代的五分之一,因此,河口生產力標準化值取0.2。王志勇［23］1994年對渤海灣水域中的浮游生物進行了測定分析,得到生物多樣性均值為3.11,我們以此值作為生物多樣性背景值。黎潔［24］于2009年監測到獨流減河兩個站位的浮游動物多樣性指數分別為0.2和0.9,我們以這兩個值的平均值與背景值的比值0.18作為河口生物多樣性標準化值。隨著經濟的發展,天津各河口周邊居民素質比70—80年代有了很大提升,因此,周邊人口素質標準化值取1。然而,同樣隨著經濟的發展,河流的污染程度比70—80年代有了較大惡化。本研究通過查閱天津統計年鑒［25-26］得出,1985年天津濱海人口死亡率為4.18‰,2010年人口死亡率增至5.6‰,以1985年死亡率為參考值,得出周邊人口健康評價指數為0.7464。2.4河口水生態環境惡化的原因分析根據本文所依托的“水利部公益性行業科研專項”———天濱海河口生態系統恢復關鍵技術研究的調研結果表明,獨流減河的入海徑流量遠低于最小河口生態需水量,入海徑流遠不能滿足目前河口生態所需。同時,隨著濱海經濟迅速發展,廢污水入河口排放量與日俱增,河口水生態水環境遭到嚴重破壞。佐證了本研究中社會因素如水資源過度開發、污染物大量排放等不合理人類活動,以及閘壩所導致的流量控制和圍墾是河口生態系統結構和功能退化的主要原因。通過河口生態系統壓力評價(自然因素壓力和社會因素壓力)、狀態評價(底質環境狀態、水環境狀態、植被狀態和系統功能狀態)、響應評價,并對各評價指標進行加權求和,計算得到獨流減河河口生態系統健康評價的綜合指數為0.471。必須指出的是,在整個評價過程中,為了便于計算,本研究統一采用數值越大河口環境質量越好的標準,對于數值越小環境越好的指標在標準化時做了取倒數處理。參照評價等級,獨流減河生態系統的健康級別屬于III類,亞健康狀態。與獨流減河河口實際情況基本相符,驗證了本文所提出的河口生態系統健康評價模型具有一定的有效性與實用性。3獨流減河河口生態系統健康評價1)基于河口生態系統的健康內涵,結合獨流減河河口的實際情況,構建了基于PSR模型的獨流減河河口生態系統健康評價指標體系,確立了生態系統健康等級及標準,通過層次分析法確定了指標權重。2)采用所建立的評價模型對獨流減河河口生態系統健康進行評價,通過河口生態系統壓力評價、狀態評價和響應評價,并對各評價指標進行加權求和,得到獨流減河河口生態系統退化的綜合評價指數為0.471,參照河口生態系統健康評價標準可知,獨流減河河口生態系統的健康級別均屬于III類,處于亞健康狀態,河口生態系統已遭受進一步破壞。3)根據獨流減河河口