基于PSR模型的七里海湿地生态脆弱性评价研究

秦 磊，韩 芳，宋广明，李立伟，王志刚，张宝华，江胜国

(1.天津华北地质勘查局地质研究所，天津 300170;2.天津华勘集团有限公司，天津 300170)

湿地是一个水陆相互作用形成的特殊生态系统，是陆地生态系统与水域生态系统相互连接的纽带，既是缓冲区又是脆弱区。湿地生态脆弱性评价的方法很多，但由于评价目标的特殊性及复杂性，目前尚未形成一种普遍认可的评价方法，一般是将定性分析与定量分析相结合，常用的有层次分析法(AHP)、定量分析法、综合指数法、模糊分析法、定性分析法、EFI法、PSR法等［1］。许多研究人员对湿地生态脆弱性评价方法进行了研究，例如麦少芝等［2］应用PSR法进行湿地生态系统健康评价，提出了湿地生态系统健康评价指标体系;杨一鹏等［3］应用遥感技术，以PSR模型分析了松嫩平原西部湿地的生态环境状况;周亮进［4］采用AHP法从影响因素、表现因素、胁迫因素等方面选择了14个评价指标，对闽江河口湿地的生态脆弱性状况进行了评价;刘振乾等［5］利用AHP法及综合指数法，分析评价了三江平原湿地的生态脆弱性状况。本研究采用“3S”技术，应用PSR评价模型，结合景观生态学、生态健康理论，根据七里海湿地的环境特征，选取9个评价指标对七里海湿地生态脆弱性进行评价。

1 研究区概况

七里 海 湿 地 (N39°16'—39°19'、E117°27'—117°38')地处天津市宁河县西南部，与滨海新区接壤，位于天津古海岸与湿地国家级自然保护区内。七里海湿地历史上是众水汇流之地，现仍与津唐运河、潮白河、曾口河等河流相连，潮白新河从北向南穿七里海而过，将七里海分为东海和西海，东海为水库和芦苇沼泽，面积约16.26 km2，西海为苇海，面积约32.27 km2，潮白新河及河滩地面积约8.00 km2。七里海湿地最大蓄水量0.8亿～1亿m3，年均气温11.2℃，年均降水量 600 mm［6］。

2 数据获取与处理

选用覆盖研究区范围的1987年3月27日和2007年4月3日的ETM+影像数据作为数据源。遥感影像数据质量较好，无云雪覆盖干扰，无原始数据质量缺陷。数据的几何精校正以1∶5万地形图为依据，选择与地形图相一致的高斯—克吕格投影方式进行几何参数校正。基于地形图的大地坐标，采用控制点—多项式拟合校正方法选取地面控制点。采用二次多项式变换的计算模型进行影像图与地形图的配准，使其误差小于1个像元。

以ETM741波段合成影像为基础图件、ENVI4.8为遥感数据处理平台，结合MapGIS的空间分析功能，分析解译七里海湿地土地利用方式，并利用GPS技术加野外调查，将得到的图件作为提取生态脆弱性评价指标的基础图件(图1)。

3 评价指标及评价模型

本研究七里海湿地生态脆弱性评价选择联合国经济合作开发署建立的压力—状态—响应(Pressure－State－Response，PSR)框架模型，具体评价指标见表1［7］。

图1 七里海湿地遥感影像解译

表1 湿地生态脆弱性评价指标体系

压力指标主要选择反映人类干扰状况的人口密度和人类干扰指数。其中，人口密度是行政区域或人口普查区域的人口数量和面积的比值，人类干扰指数则是通过以下公式计算得到的:

状态指标主要选用活力(初级生产力)、组织(分维数、破碎度、斑块形状指数)、弹性(湿地平均弹性度)、服务功能(湿地蓄水量)等指标。选用NDVI指数表征湿地生态系统的初级生产力，主要利用ENVI4.8遥感数据处理软件，得到七里海湿地的NDVI植被指数影像图，并利用密度分割法得到七里海湿地的NDVI植被指数分级结果。湿地平均弹性度主要是根据七里海湿地生态环境特征，对不同类型湿地的弹性度进行分类赋值。

响应指标主要选择湿地面积变化比例，根据1987、2007年的非湿地数据(耕地、城镇用地)，利用MapGIS的空间分析功能，分析评价单元的非湿地面积变化情况。

本研究主要以200 m×200 m栅格点状单元为评价单元，对每个评价指标图件进行栅格化处理，再对评价指标图件中的各个级别范围值进行赋值，把栅格图与已经赋值完毕的图件进行叠加，利用MapGIS的空间分析功能对各图层提取赋值。这样，就把图件中的赋值对应到了相应的网格点上。根据各个评价要素所占的权重，按照式(2)计算生态脆弱性指数，并根据该指数进行生态脆弱性分区。

式中:EVI为生态脆弱性指数;fi为第i个评价因子的评分值;wi为第i个评价因子的权重;n为评价因子数。

4 结果分析

4.1 压力指标

通过人口密度和人类干扰度计算得到的七里海湿地生态系统压力指标分布结果见图2。由图2知，七里海湿地生态系统压力指标达一级的约占10.51%，二级的约占28.02%，三级的约占40.02%，四级的约占13.23%，五级的约占8.22%。七里海湿地人类干扰度较小的地区主要集中在西七里海核心地带，这里芦苇沼泽面积较大，受人类活动干扰较小，湿地面临的生态压力较小。人类干扰度较大的地区主要是俵口、齐家阜及东七里海周边地区，这些地区人口密度较大，耕地及城镇用地面积较多，湿地面临的生态压力较大，应尽快采取措施减少人类活动对湿地生态环境的影响。

图2 七里海湿地生态系统压力指标

4.2 状态指标

首先是活力指标，七里海湿地活力指标最低的是河流养殖池，最高的是芦苇沼泽湿地。其次是组织指标，西七里海比东七里海湿地组织结构更加合理，这主要是因为西七里海湿地保持了较原始的天然湿地景观，而东七里海湿地受人类活动干扰较大。再次，就弹性指标而言，水库养殖池、河渠对维持生态系统弹性度、维护湿地生态系统的稳定性和改善区域小气候调节能力都有着极其重要的作用，生态弹性度较好;水田、芦苇沼泽虽对维持湿地弹性度有重要作用，但如果利用不好，会导致生态弹性度降低;耕地和城镇用地对维持湿地生态弹性度作用极小。最后，就湿地服务功能指标而言，七里海湿地边缘地区受人类活动干扰大，湿地服务功能弱;七里海湿地核心区域受人类活动干扰小，湿地的主要类型是芦苇沼泽和水库养殖池等，蓄水能力相对较强。

图3 七里海湿地生态系统状态指标

通过活力、组织、弹性、服务功能等4个指标得到七里海湿地生态系统的状态指标分布结果见图3。由图3知，大王台、乐善庄、齐家阜、俵口一带受人类活动干扰影响较大，湿地生态系统内部结构不合理，健康状况较差;以芦苇沼泽为主的东、西七里海天然湿地受人类活动干扰相对较少，湿地生态系统内部组织结构较合理，服务功能较强。

4.3 响应指标

湿地生态系统退化是湿地生态系统承受的压力过大，承载力明显不足的一种反应，也反映了湿地生态系统抵抗侵蚀能力下降的状态。选取1987和2007年湿地转变为非湿地的面积比作为响应指标，即评价单元内2007年非湿地面积与1987年非湿地面积之比，其分布结果见图4。图中东、西塘坨地带湿地向非湿地转化面积较大，说明七里海湿地生态系统脆弱性加剧。

图4 七里海湿地生态系统响应指标

4.4 生态脆弱性指数

根据压力指标、状态指标、响应指标，加权计算得到七里海湿地生态脆弱性指数(EVI)，并进行合理分区，得到七里海湿地生态系统脆弱性分区结果见图5。将七里海湿地生态系统脆弱性等级划分为五级。

图5 七里海湿地生态系统脆弱性分区

(1)潜在脆弱区(一级)。潜在脆弱区湿地生态系统结构合理、功能完善、活力强，受外界压力小，无生态异常，无湿地退化现象，抗干扰能力强。潜在脆弱区主要分布在西七里海的中心地带，主要是芦苇沼泽湿地。据统计，七里海湿地潜在脆弱区面积约为7.94 km2，占湿地总面积的8.36%。

(2)轻度脆弱区(二级)。轻度脆弱区湿地生态系统较稳定、功能较完善、活力较强，景观格局较合理，受外界压力较小，无生态异常，生态系统轻度退化。轻度脆弱区主要分布在西七里海外围和东七里海东侧，主要是芦苇沼泽和河渠，受人类活动干扰较潜在脆弱区大，湿地存在一定的退化趋势。据统计，七里海湿地轻度脆弱区面积约为16.36 km2，占湿地总面积的17.22% 。

(3)一般脆弱区(三级)。一般脆弱区湿地生态系统较不稳定、结构基本完整、有一定的活力，受外界压力较大，已有少量生态异常出现，抗干扰能力较差，有一定程度的退化。一般脆弱区主要分布在人类活动区与七里海湿地的过渡地带。该区人类活动较多，湿地生态系统不稳定，虽然湿地本身具有一定恢复能力，但若不及时采取措施，很容易继续退化为中度脆弱区。据统计，七里海湿地一般脆弱区面积约为21.68 km2，占湿地总面积的22.82%。

(4)中度脆弱区(四级)。中度脆弱区湿地生态系统较不稳定、结构出现缺陷、活力较低，受外界压力较大，生态异常较多，抗干扰能力差，呈中度退化。中度脆弱区主要分布在人类活动频繁地带，主要土地利用类型为耕地、水田及受人类活动影响较大的水库养殖池等，湿地组织结构不合理，活力和可恢复性差。据统计，七里海湿地中度脆弱区面积约为28.85 km2，占湿地总面积的30.37%。

(5)重度脆弱区(五级)。重度脆弱区湿地生态系统极不稳定、结构极不合理、活力极低，斑块破碎化严重，抗干扰能力极差。重度脆弱区集中分布在人类活动密集区，如俵口、乐善庄、齐家阜等。据统计，七里海湿地重度脆弱区面积约为20.17 km2，占湿地总面积的21.23%。

5 结语

(1)七里海湿地压力分布情况达一级的约占10.51%，二级的约占28.02%，三级的占约40.02%，四级的约占13.23%，五级的约占8.22%。

(2)通过对状态指标中活力、组织、弹性、服务功能等4个分级指标的分析可以得出:七里海湿地状态指标较好的区域主要集中在东、西七里海的中心地带，主要为芦苇沼泽湿地，受人类活动干扰较少，湿地内部结构较为合理;而在人类活动较为密集的大王台、乐善庄、齐家阜、俵口一带，受人类活动影响较大，导致景观破碎严重，湿地生态系统健康状况较差。

(3)生态脆弱性指数计算结果表明:七里海湿地生态系统处于中度脆弱性的面积最大，其次是一般脆弱区，再次是重度脆弱区，最后是轻度脆弱区和潜在脆弱区。从定量评价的角度看，七里海湿地生态系统的健康状况不容乐观。

［1］周嘉慧，黄晓霞.生态脆弱性评价方法评述［J］.云南地理环境研究，2008，20(1):55 －59.

［2］麦少芝，徐颂军，潘颖君.PSR模型在湿地生态系统健康评价中的应用［J］.热带地理，2005，25(4):317－321.

［3］杨一鹏，蒋卫国，何福红.基于PSR模型的松嫩平原西部湿地的生态环境评价［J］.生态环境，2004，13(4):597 －600.

［4］周亮进.闽江河口湿地生态脆弱性评价［J］.亚热带资源与环境学报，2008，3(3):25 －31.

［5］刘振乾，刘红玉，吕宪国.三江平原湿地生态脆弱性研究［J］.应用生态学报，2001，12(2):241 －244.

［6］秦磊.天津七里海古泻湖湿地环境演变研究［J］.湿地科学，2012，10(2):181 －187.

［7］付博.“3S”技术支持下的扎龙湿地生态脆弱性评价研究［D］.长春:东北师范大学，2006:19 －20.