基于PSR模型的湿地生态安全评价——以大山包湿地为例

高兴国*，王 磊，齐代华，陈家德，王世敏，张福生

(1.昭通学院化学系，中国 昭通 657000；2.西南大学三峡库区生态环境教育部重点实验室，中国 重庆 400715；3.昭通市疾病预防控制中心，中国 昭通 657000)

湿地生态安全是一个湿地生态系统生存和发展所需的生态环境处于不受或少受破坏与威胁的状态[1].许多学者认为湿地是各种环境资源中受到威胁最大，也是最易受到外界影响因子干扰的一类．湿地生态安全评价是对湿地生态系统完整性以及在各种风险下维持其健康的可持续能力的识别与判断，是对湿地生态环境系统安全素质优劣的定量描述．湿地生态安全评价不仅从生态系统内部进行健康评价,更注重生态系统在一个综合的人类生存环境之下的可持续发展问题,其影响因素具有多样性、复杂性[2]．湿地生态环境的恶化日趋严重，使得湿地生态安全的研究也成为环境界研究的热点，国内学者从不同时空尺度[2-7]、不同区域[8-10]，用数学模型、生态模型、空间分析模型和数字地面模型的各种方法[5-6, 11-12]，对湿地生态安全进行了评价．本研究以大山包湿地为对象, 对该区域生态安全状态进行评价，以寻求最优的湿地生态系统安全状态，维护湿地生态系统的服务功能和可持续性．

1 研究区域概况

大山包湿地位于大山包保护区内，是我国目前海拔最高的亚高山沼泽化草甸湿地生态系统，地处长江中上游，是长江流域的重要水源补给区，也是长江水系的重要生态屏障．保护区总面积19 200 hm2，其中核心区8 686 hm2，占总面积的45.24%；缓冲区4 890 hm2，占总面积的25.4%；实验区5 624 hm2(含旅游亚区148 hm2)，占总面积的25.47%．亚高山沼泽化草甸湿地有12 280 hm2，其中核心区的3 150 hm2湿地是2004年12月被国际湿地公约局批准的中国第三批9块“国际重要湿地”之一．大山包湿地是黑颈鹤的主要越冬栖息地，为世界上约1/6的黑颈鹤种群提供了良好生境．同时，大山包湿地保存完整的亚高山草甸，涵养水土，为下游及周边地区提供丰富的水资源，同时阻截和滞留泥沙，有效地保护了国家重点水利工程——溪洛渡、白鹤滩、向家坝3个水电站，对金沙江、牛栏江的水土保持具有重要意义．

2 湿地生态安全评价方法

首先，本文基于压力-状态-响应模型(Pressure-State-Response Model, PSR模型) ，选取评价指标,构建大山包湿地生态安全评价指标体系． PSR模型不仅评价环境的状态, 还评价导致环境状态发生改变的原因以及人类对环境采取的补救措施引起的结果[13]．

其次通过指标筛选和权重赋值,采用层次分析法(AHP)[14]，把目标及问题分解成目标层、准则层、指标层等，逐层确定判断矩阵，计算各因素的权重．该方法常权值分布刚性大，定量化数据较少，有时难以准确反映所评价的生态环境，因此作者结合专家评分来确定目标层、准则层、指标层各指标的权重．

三是用综合指数法对大山包湿地生态安全进行评价，把单项指标进行综合，确定综合指数，最终得出综合安全值，用以评价大山包湿地的生态安全状况．

3 湿地生态安全评价的指标体系构建及权重的确定

3.1 湿地生态安全评价的指标体系构建

生态安全评价的关键是科学建立评价指标体系和确定各指标的权重[15]．根据已有的PSR概念模型，选择近年来研究者应用频率较高的指标构成备选指标集合系统[11, 15-17]，针对大山包湿地面临的主要生态环境问题(如水分来源全部靠降水，湿地刚开发为国家公园，地处贫困山区，为减少对湿地的破坏进行移民等)，对降水量、自然灾害频度、湿地资源开发率、环保治理投资占GDP比例等众多具体指标通过对比进行综合、取舍,选择了21个能充分反映大山包湿地生态安全和对大山包湿地具有明显影响的指标构成指标层,形成湿地生态安全的指标体系模型．湿地生态安全评价指标体系分3个层次，以湿地生态安全综合指数为目标层，由“压力”、“状态”、“响应”3个子系统构成准则层，子系统下各具体指标构成指标层．

3.2 权重确定步骤

3.2.1 构造判断矩阵并赋值 将上一层次的元素作为准则,支配下一层次的元素C1,C2, …,Cn, 将其下一层次中所有与之关联的元素之间两两比较其重要性,用成对比较法和1～9标度法, 逐项就任意2个评价指标进行比较, 同时参考专家意见,根据各指标在湿地生态安全评价中的作用和各指标之间的相关性,根据递阶层次结构构造判断矩阵．

设填写后的判断矩阵为A=(aij)m×n，判断矩阵应具有如下性质：aij>0；aji=1/aij；aii=1.

3.2.2 层次单排序(计算权向量)与检验 在层层排序中，对判断矩阵进行一致性检验，一致性检验的步骤如下：

①计算一致性指标CI．CI=(λmax-n)/(n-1)，其中，λmax为判断矩阵的最大特征根，n为判断矩阵的阶数．CI=0时，A为一致阵，CI越大，A的不一致性越大．

②根据判断矩阵不同阶数查表1，得到平均随机一致性指标RI．

表1 平均随机一致性指标RI表

③计算一致性比例CR并进行判断. CR=CI/RI，当CR<0.1时，判断矩阵符合一致性要求．可以看出，所有单排序的CR中响应为0.099 4，压力为0.097 6，状态为0.069 5，所有CR<0.1，可认为每个判断矩阵的一致性都是可以接受的．

3.2.3 层次总排序与检验

4 结果与分析

根据单元各参评因子的指数及权重，求出评价单元加权指数和，并结合当地实际情况，采取专家评分法确定其等级，在参考文献[4, 11, 15～16, 18]和生态经济区特殊的自然、社会、经济条件的基础上，设计了一个5 级湿地生态安全标准评判表(见表2)．

表2 湿地生态安全分级标准

表3 湿地生态安全指标体系及其标准值

综合评价结果表明:大山包湿地的生态安全程度在4.756 6左右,处于一般状态，表明湿地生态系统结构发生一定程度变化,个别指标较为脆弱,已超出生态系统的承载能力，在系统整体安全程度不高和自然灾害频繁的情况下,会危及生态系统整体的安全状况．

5 结论

(1)通过成对比较矩阵的特征向量可知,各项指标权重的排列由大至小为：环保治理投资占GDP比例(C16)、水源保证率(C17)、湿地保护意识(C20)、湿地管理法规的贯彻力度(C18)、人均耕地面积(C11)、水体质量(C5)、污水处理率(C21)……湿地的保护和管理工作开展的力度、湿地保护政策和法规的制定和执行决定了湿地整体生态安全状况的发展方向.目前迫切需要建立和完善现有湿地保护的管理法规和监督执行机制，加强环保部门、湿地保护部门的职能管理权限，建立湿地生态系统科学有效的行政管理体系．

(2)对大山包湿地安全性影响最大的两个因子是C16、C17, 其累计权重分别达0.134 3和0.094 9．说明政府为保护大山包湿地投入的资金多少对湿地的保护程度起着至关重要的作用.自保护区建立以来，特别是“天然林保护工程”及“退耕还林(草)项目”启动后，政府对大山包湿地采取了严格保护、积极恢复等措施．大山包湿地今年还被纳入全国湿地保护补助范围，该项目的实施有望在一定程度上解决大山包湿地生态功能退化、人类活动干扰过大等问题．

(3)在指标层中，C17达到0.094 9，C19达到0.052 2，说明水源能否保证与水量调控极大地影响了湿地的消长．水是湿地形成、发育、演替、消亡与再生的主导因素,是湿地生态系统中潜育化土壤形成、维持生物物种的关键[19]．大山包湿地水分来源完全依靠降水，降水量对保持湿地水位，维持径流补给及湿地植被群落的生长和湿地土壤发育尤为重要．大山包年均降雨量1 165 mm，但变量较大，最大相邻年际差值300 mm左右.年际间降水量的不断变化，直接影响湿地坡面径流的补给，造成湿地水位剧烈波动，降低了湿地生态系统与湿地植被群落-土壤系统耦合作用的稳定性，增加了湿地生态系统潜在脆弱性．不合理的水资源利用,致使湿地蓄水量逐年减少, 一些地方湿地面积萎缩、湿地生物多样性减少，从而加剧了湿地的生态系统脆弱性[20]．政府必须在多雨季节将雨水引入水库，蓄积降水, 保证湿地水源，合理规划利用水资源．将一些具有潜在湿地发育条件的涝洼地改造成新的人工湿地[21]，使湿地不会因气候干旱而退化和消失．

(4)在压力指标中，C11与C14影响最大.当地海拔高、气候寒冷,粮食单产低、过度放牧等诸多因素，使湿地生态系统遭到严重破坏, 湿地快速减少, 导致景观破碎化,生境廊道阻断, 动物生境恶化, 湿地资源丧失.湿地开垦后的弃耕地几年后几乎全部发育为草甸,造成湿地植被类型过少，生态系统结构单一,不稳定性增加,系统变得更加脆弱[21]．

(5)地表水质是评价湿地生态系统脆弱性的重要指标, 其对生态系统的影响与上述几个因素不同,水质主要影响湿地有机生物系统的结构和功能,对生态系统安全性产生间接影响．从C5与C21可看出，污染物排放所带来的湖泊污染和富营养化问题日趋严重,使得大山包湿地生态系统中部分水体的功能受到一定破坏.水体污染不仅使湿地水质恶化，降低大山包湿地生态系统的生态水文功能，而且对湿地生物多样性造成严重危害，增加了湿地生态系统的不稳定因素．加强对大山包湿地的水资源保护迫在眉睫．

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