大辽河口水生态系统服务功能重要性评价＊

陈 爽，马安青，李正炎

（中国海洋大学环境科学与工程学院，山东青岛266100）

大辽河口水生态系统服务功能重要性评价＊

陈 爽，马安青＊＊，李正炎

（中国海洋大学环境科学与工程学院，山东青岛266100）

为了维护大辽河口水生态系统的生态功能，实现区域的可持续发展，建立了大辽河口水生态系统功能重要性评价指标体系。运用指标体系评价和专家打分的方法，将研究区划分为低、较低、一般、较高、高5个功能等级.首先对大辽河口的水生态系统单项功能进行评价，然后采用权重加和的方法进行功能重要性的综合评价。最后应用ArcGis软件对结果进行了空间分析。评价结果表明，整个研究区域的水生态系统功能重要性比较高，在空间分布上呈现显著的差异性，其中较高和高级别的区域占据整个研究区域的44.9%。

生态系统服务；指标体系评价法；水生生物多样性维持；野生生物栖息地功能；滨岸带支持功能

生态系统服务是指生态系统与生态过程所形成及所维持的人类赖以生存的自然环境条件与效用。它不仅给人类提供生存必需的食物、医药及工农业生产的原料，而且维持了人类赖以生存和发展的生命支持系统［1］。1980年代以来，很多学者针对不同的生态系统开展了研究并取得了一些成绩［1－7］，目前对生态系统服务的评价研究主要集中于生态系统服务类型划分和价值评价，而对于生态系统服务重要性的评价则是根据典型生态系统服务能力和价值评估，评价生态系统服务的综合特征及其空间分布特征［8］。当前国内关于生态系统服务重要性的综合评价研究还处于起步阶段，对于水生态系统服务功能重要性评价在国内外还不多见。因此，开展水生态系统服务功能评价具有的科学意义。

水生态系统不仅提供了维持人类生活和生产活动的基础资源，还具有维持自然生态系统结构、生态过程与区域生态环境的功能。水生态功能评估是对功能各要素优劣程度的定量描述。通过评估，可以明确功能状况、功能演变的规律以及发展趋势，为河流规划与管理提供依据。当前，由于气候变化和人类活动的影响，导致水资源短缺、生态系统退化及其服务功能降低，在世界的许多地区，水资源正在成为生态系统和经济发展的限制性因素，同时对水生生态系统的各种负面影响仍在不断扩大。另一方面，随着经济的飞速发展，人口的急剧增加，人类对水资源的各种服务需求愈来愈高，而水资源量是有限的，不同的水资源利用往往相互冲突、相互竞争。在中国，许多地区水资源过度开发，忽视生态系统的需水要求，以及水生态服务功能，导致河流断流、湿地丧失、区域生态环境退化、生物多样性受到威胁，如何协调水资源的直接利用和维持水的生态服务功能己成为水资源管理所面临的挑战。因此对水生态系统服务功能的定量评价有助于全面地认识水资源的价值，科学合理地利用水资源，达到水资源利用的生态效益和经济效益最优化，对水资源保护及其科学利用具有重要意义［9］。

本研究将研究区域划分成27个小流域，建立评价指标体系，运用指标体系评价和专家打分的方法，将研究区划分为低、较低、一般、较高、高5个功能等级，首先对大辽河口的水生态系统单项功能进行评价，然后采用权重加和的方法进行服务功能重要性的综合评价。

1 研究区概况与数据来源

1.1 研究区概况

研究区位于：40°40′N～41°10′N，121°50′E～122°40′E。浑河和太子河在海城三岔河汇合后，称为大辽河，自营口入渤海辽东湾，大辽河流经海城、盘山、大石桥、大洼、营口等县市，穿行于辽河中下游区的近海地带，沿岸属于滨海与堆积平原。本研究主要以浑河和太子河汇合后在三岔河口以下的大辽河及其周边地区作为研究区域。

1.2 数据来源及其处理

采用大辽河地区2007年的空间分辨率为30 m的Landsat－TM影像，利用ArcGis和ERDAS对数据进行几何纠正，坐标转换和增强处理，基于监督分类方法进行土地覆盖信息的提取。其他非空间数据来源于《辽宁省统计年鉴2008》、《中国旅游统计年鉴2008》、辽宁省生态环境现状调查、1∶1 000 000的辽宁省自然地图集、1∶100 000的盘锦市河流及水利设施分布图。

根据大辽河河口生态系统的特征，将大辽河口流域划分为27个小流域单元（见图1）。本次研究是以小流域单元为基础，建立小流域单元指标库，以此进行评价。

图1 大辽河口小流域单元图Fig.1 Watershed unit in Liaohe River

2 评价指标体系及评价方法

2.1 评价指标体系建立

水生态功能评估是对功能各要素优劣程度的定量描述。通过评估，可以明确功能状况、功能演变的规律以及发展趋势，为河流规划与管理提供依据。功能评估可以采用预测模型法、多指标评价法和生态系统价值计算3种方法。其中，指标体系评价法是较为常用的方法。

本研究采用指标体系评价的方法进行水生态功能重要性评估。在取指标时，遵循主导性、差异性、综合性和实用性，以及所需指标的可获取性等基本原则，建立水生态功能重要性评估指标体系［10］（见表1）。建立如下评价指标体系后，在对各单项生态功能进行评价时，广泛征询专家意见并且对大辽河口区域进行调查分析。根据各个指标在评价中的影响力差异以及该地区的实际情况，主要分3类人员进行赋值，第一类为科研专家，第二类为研究区内的管理人员，第三类为调查人员，最后用加权平均法计算各评价指标的分值。

表1 大辽河口水生态系统服务功能评价指标体系Table 1 Evaluation index system of the importance of water ecosystem service functions in Liaohe

2.2 评价方法及过程

2.2.1 水生生物多样性维持功能 采用大型底栖动物、浮游动物和浮游植物的香农多样性指数，来反映水生态系统中其它生物的多样性保护水平。计算公式为：

稀有性指数（C）的计算公式［12］如下：

式中：n和Ni表示分析单元中稀有物种数和第i种稀有物种的数量；m和Nj表示保护区中稀有物种总数和第j物种在保护区的总数量。

表2 水生生物多样性维持功能单项指标评分分级赋值表Table 2 Grade assignment of the aquatic biodiversity protection single index

根据表2的赋值，采用加权求和的方式［13］计算水生生物多样性维持功能综合指数，计算公式为：

式中：I生物多样性为水生生物多样性维持功能指数；Ai分别为浮游动物多样性指数、浮游植物多样性指数、底栖动物多样性指数和稀有性指数的评分赋值；Wi为第i个指标的权重，其中浮游动物多样性指数0.2、浮游植物多样性指数0.2、底栖动物多样性指数0.2，稀有性指数权重为0.4。

2.2.2 野生生物栖息地维持功能 野生生物栖息地维持功能状况主要取决于其生境的自然性、多样性状况以及其对珍稀物种生存的支持重要性。

表3 野生生物栖息地功能单项指标评分分级赋值表Table 3 Grade assignment of the wildlife habitat features single index

生境自然性和生境多样性是根据表3中的其所包含的各项评价结果，取其平均值作为最终赋值。

其中，河岸带景观多样性指数根据如下式［11］计算。

式中：H″为河岸带景观多样性指数；m为景观类型总数；pi为第i类景观类型所占的面积比例。

野生生物栖息地维持功能（I水生生境）采用加权求和的方式计算，计算公式为：

式中：I水生生境为野生生物栖息地维持功能指数；Ai分别为水生生境自然型指数、多样性和重要性指数的评分赋值（表4～7）；Wi为第i个指标的权重，其中生境自然性指标权重0.3，多样性指数权重0.2，代表性指数权重为0.5。

2.2.3 滨岸带支持功能 滨岸带发挥着提供生境以及为河道水生生物提供缓冲区域的作用，从而减缓流域内人类活动对河流生态系统的直接干扰作用。其支持功能的发挥主要取决于植被覆盖状况以及河岸带的稳定程度。

表4 滨岸带支持功能单项指标评分分级赋值表Table 4 Grade assignment of the littoral zone support function single index

滨岸带支持功能（I河岸带）采用加权求和的方式计算，计算公式为：

式中：I河岸带为滨岸带支持功能指数；Ai分别为河岸带稳定性、植被覆盖状况的评分赋值；Wi为第i个指标的权重，其中植被覆盖状况权重为0.6，河岸带稳定性权重建议为0.4。

2.2.4 水环境支持功能 水环境支持功能是河流为水生生物提供良好生境质量的基本功能。其可以用单元的水质总体状况来进行评估。

根据总磷、氨氮、PH、CODmn、BOD5、溶解氧、大肠菌群等水化学进行水质评估，根据水质级别进行赋值，见表5。

表5 水质分级赋值表Table 5 Grade assignment of the water quality

将水质状况的得分乘以2.5，使得水环境支持功能指数（I水环境）成为一个介于0～10之间的值，其值越大，表明缓冲功能越大。

2.2.5 水文支持功能 水文支持功能是保持河流生态系统健康的重要前提条件。采用水流状况现场判断法结果，来确定水文支持功能。

表6 水流状况指标评分分级赋值表Table 6 Grade assignment of the flow condition

将水流状况得分乘以2.5，使得水文支持功能指数（I水文）成为1个介于0～10之间的值，其值越大，表明支持功能越大。

3 水生态系统功能重要性综合评价

上述5种功能指数都是介于0～10之间的值，各单项功能的评价结果如表7所示。

在它们的基础之上，采用求和的方法，计算水生态系统综合指数，根据分级标准，确定水生态系统综合功能等级。计算公式如下。

式中：I为水生态系统功能综合指数；Ii为单项功能指数。

表7 水生态系统单项功能评价结果Table 7 The evaluation results of single water ecosystem function

水生态系统综合指数将为介于0～50之间的值，为了能够更好地对大辽河口水生态系统服务功能重要性进行评价与分析，以及更好地反应当地的水生态系统功能状况，并且能为大辽河口的不同地区提出适合当地发展的科学合理的管理对策，根据大辽河口整个区域的实际生态特点，经过多次试验，最终制定了如下的等级划分标准（见表8）。

表8 水生态系统功能综合评估分级表Table 8 Grade assignment of the comprehensive evaluation of water ecosystem functions

4 功能重要性综合评价结果与分析

利用ArcGis软件将各项指标赋予属性，利用软件中的空间叠加分析功能，综合叠加各单项功能矢量图，得到大辽河口水生态系统功能重要性评价图（见图2）。

图2 大辽河口水生态系统功能评价图Fig.2 Evaluation of water ecosystem functions in Liaohe

由图2可以看出：大辽河口水生态系统功能重要性评价结果分为较低、一般、较高和高4个级别，其分别所占的面积比例如表9所示。

由表9可以清晰地看到：功能等级为较高级别的区域占据的面积比重最大，而高级别的区域占据的面积比重最小。

表9 水生态系统功能重要性评价结果Table 9 The results of the importance－evaluation of water ecosystem function

其中较低的区域主要分布在大辽河上游的西北部沙岭、坝墙子等地以及盘锦的西部和营口东部的感王镇、虎庄镇等地，这些地区旱地较多，土地利用类型较为简单；功能等级为一般的区域主要分布在大辽河上游盘锦北部的新开镇等地、中游地段的大洼县的西部地区以及营口市老边区的北部和营口市东部西柳镇等地；较高的区域主要分布在大辽河上游的牛庄镇地区，中游的大洼县、沟沿镇及水源镇，老边区和大石桥市，这些地区的养殖业发展较好，城镇建筑用地较多，灌溉渠网密度较大也可以看出这些地区的农业开发程度比较高；功能等级最高的区域分布在大辽河的上游和下游入海口地区，这些地区分布有芦苇，滩涂和沼泽等湿地类型，入海口地区更是分布有大量的养殖区并且靠近城市建筑区，多样性维持功能、水环境及水文支持功能等都比较高。

将各个单项功能的指标应用SPSS软件进行了主成分分析，得到前3个单项功能指标即：水生生物多样性维持功能、野生生物栖息地维持功能、滨岸带支持功能的解释方差累积贡献率大于85%，故以上3项功能的重要性对整个大辽河口水生态系统功能重要性的综合评价的影响最大，使得整个研究区域的综合评价结果出现了比较明显的差异。

5 结语

本研究对大辽河口地区进行了水生态系统功能重要性评价。评价结果表明，整个研究区域的水生态系统功能重要性比较高，在空间分布上呈现显著的差异性，造成这种差异的主要原因是水生生物多样性、野生生物栖息地、滨岸带支持功能的不同。其中较高和高级别的区域占据整个研究区域的44.9%，主要分布在大辽河的上游和下游入海口地区以及牛庄镇、中游的大洼县、沟沿镇及水源镇，老边区和大石桥市。这些地区要采用科学合理的发展模式，恢复与保护原生植被，提高生态系统的多样性与稳定性，建立生态良性循环，严格土地的使用和管理，实现科学发展和可持续发展，将人为干扰对环境的影响降至最低限度。该区治理投入大，应以减少人为干扰的自然恢复为主，辅以适当的湿地生态修复，防止生态环境的进一步退化。

［1］ Dailyyg.What are ecosystem services［C］.∥Dailyyg.Nature’s Services Social Dependence on Nature Ecosystems.Washington DC：Island Press，1997.

［2］ 欧阳志云，王效科.中国陆地生态系统服务及其生态经济价值［J］.生态学报，1999，19（5）：607－613.

［3］ 陈仲新，张新时.中国生态系统效益［J］.科学通报，2000，45（1）：17－22.

［4］ 杨清伟，蓝崇珏，幸琨.广东海岸海岸带生态系统服务价值评估［J］.海洋环境科学，2003，22（4）：25－29.

［5］ 辛琨，肖笃宁.盘锦地区湿地生态系统服务价值估算［J］.生态学报，2005，22（8）：1345－1349.

［6］ 吴钢，肖寒，赵景柱，等.长白山森林生态系统服务功能［J］.中国科学（C辑），2001，31（5）：471－480.

［7］ 肖寒，欧阳志云，赵景柱，等.森林生态系统服务功能及其生态经济价值评估初探—以海南岛尖峰岭热带森林为例［J］.应用生态学报，2000，11（4）：481－484.

［8］ Alexander A M，List J A，Margolis A，et al.A method for valuing global ecosystem services［J］.Ecological Economics，1998，27（2）：161－170.

［9］ 赵同谦，欧阳志云，王效科，等.中国陆地地表水生态系统服务功能及其生态经济价值评价［J］.自然资源学报，2003，18（4）：443－452.

［10］ 李福建，马安青，丁原东，等.基于RS与GIS技术的地质灾害危险性评价－以青岛市崂山区为例［J］.中国海洋大学学报：自然科学版，2010，6（40）：47－52.

［11］ 肖微炜，钱瑜，赵胜豪，等.基于模糊聚类的生态功能区若干指标定量划分的研究［J］.四川环境，2008，27（3）：57－60.

［12］ 刘尧让，于法展，李淑芬.苏北山丘区生态环境现状评价［J］.海南师范大学学报：自然科学版，2010，23（2）：214－218.

［13］ 史英申.关于模糊数学综合评价中的几个问题［J］.中国卫生统计，2001，12（18）：363－364.

Evaluation of the Importance of Water Ecosystem Service Functions in Liaohe on ArcGIS

CHEN Shuang，MA An－Qing，LI Zheng－Yan
（College of Environmental Science and Engineerning，Ocean University of China，Qingdao 266100，China）

In order to maintain the ecological services of ecosystems in the Liaohe River and to achieve sustainable development in the region，the evaluation of water ecosystem service importance index system was established.Using the evaluation index system and expert scoring to divide the study area into lower，low，general，high，higher five functional levels.Firstly，we evaluated the single function of water ecosystem.Then we used the method of weight increase to evaluate the function importance comprehensively.Finally，spatial analysis of results was developed by ArcGIS.Evaluation results showed that the importance of aquatic ecosystem function was high in the entire study area；the spatial distribution of Liaohe area was significantly differently；high and higher region accounted for 44.9%.

ecosystem service；evaluation index system；aquatic biodiversity protection；wildlife habitat features；littoral zone support function

X87；X171.1

A

1672－5174（2012）09－084－06

国家水体污染控制与治理科技重大专项（2008ZX07526－001－02）；辽河河口区大型湿地生态修复关键技术与示范研究项目（2008ZX07208－009）资助

2011－08－18；

2011－09－15

陈 爽（1986－），女，硕士生，研究方向为GIS与RS在环境工程中的应用。E－mail：chenshuang191＠126.com。

＊＊通讯作者：E－mail：anqing＠ouc.edu.cn

责任编辑 庞 旻