深圳湾福田红树林保护区生态系统健康评价

2015-12-20胡涛丑庆川徐华林史秀华

湿地科学与管理 2015年1期

关键词：深圳湾福田红树林

胡涛丑庆川徐华林史秀华

（1 深圳大学生命科学学院，深圳 518060；2 广东内伶仃福田国家级自然保护区，深圳 518048；3深圳大学高尔夫学院，深圳 518060）

深圳湾福田红树林保护区生态系统健康评价

胡涛1丑庆川1徐华林2史秀华3

（1 深圳大学生命科学学院，深圳 518060；2 广东内伶仃福田国家级自然保护区，深圳 518048；3深圳大学高尔夫学院，深圳 518060）

生态系统健康是指生态系统是稳定、具有活力且可持续的，在一段时间内能保持自主状态，对外来压力具有恢复的能力（Costanza et al，1993)。随着人类社会发展对生态系统造成的伤害越来越大，生态系统健康评价成为学者们研究的热点。其中有关湿地生态系统的研究很多（崔保山等，2002；赵旭阳等，2008；Montefalcone，2009)，但针对红树林湿地生态系统健康状况的研究较少。深圳湾福田红树林保护区，与香港米埔红树林保护区相邻、地处城市腹地，每年有10万多只候鸟在此停歇。保护区的存在对深圳市具有重要的生态、科普和旅游等价值。保护区面临着水体污染、物种入侵和病虫害等诸多压力。因此，对其健康状况进行研究是非常有必要的。本研究利用Pressure(压力)-State(状态)-Response(响应)模型（PSR模型）和层次分析法对深圳湾红树林保护区生态系统健康状况进行评价，为保护区红树林的保护和恢复提供理论支持。PSR 模型由Tony Friend 和D avid Rapport最早提出，用于分析环境压力、现状与响应间的关系。联合国经济合作开发署(OECD )对其进行修改完善，并进行了适用性和有效性评价。PSR模型具有非常清晰的因果关系，得到许多政府和组织在环境研究中的认可，所以此模型在生态系统健康中被广泛承认和使用（麦少芝等，2005；方庆等，2013)。

1 研究区概况

福田红树林保护区位于深圳湾东北岸（113°45′E、 22°32′N)。东起深圳河口，西至车公庙，呈带状分布。保护区于1984年创建，1988年晋升为国家级自然保护区，1993年加入我国人与生物圈保护区网络，总面积为367.64 hm2，红树林、水域、陆地植被、基围鱼塘和建筑裸地的面积分别为90.82 hm2、181.55 hm2、4 7.3 0 h m2、4 4.0 4 h m2、3.93 hm2(Chou Qingchuan et al,2014），其中红树林大多呈带状分布于近海岸，群落结构比较简单，为灌木或小乔木林，林冠较为整齐，一般高4～6 m。

保护区内植物共有140种（王伯荪等，2002），红树主要有秋茄、桐花树、白骨壤、海桑和无瓣海桑等，其生物量分别为433.1 t/km2、300.1 t/km2、345.4 t/ km2、638.2 t/km2（丑庆川等，2014）。浮游生物集中在基围鱼塘，浮游植物中硅藻门和绿藻门的藻类占比例较高，浮游动物以原生动物、轮虫、枝角类和桡足类为主（刘摇玉等，2006）。底栖动物主要为生活在红树林下碎屑和滩涂中的甲壳动物、软体动物和弹涂鱼类（吴振斌等，2002）。作为众多鸟类的主要栖息地，深圳市观鸟协会在保护区内监测到的鸟类约有112种，其中卷羽鹈鹕、白肩雕、黑脸琵鹭等23种为国家重点保护的珍稀濒危物种(刘莉娜等，2013)。

2 研究方法

本研究在大量实地调查的基础之上，结合福田红树林保护区自身的特点，参考相关学者的研究，应用模型分析方法针对压力、状态与响应间的关系，进行保护区生态系统的健康评价。

2.1 指标体系的建立

红树林生态系统健康评价指标体系的建立应遵循整体性、可操作性、层次性和动态性等原则。首先，考虑红树林群落的组成、结构、生态功能及生态学指标；其次，结合红树林群落的外在压力及保护区管理的影响（王丽荣等，2011)。将指标体系分为4层（肖佳媚等，2007）：第一层是目标层，即红树林生态系统健康综合指数；第二层是项目层，包括压力、状态、响应3个方面；第三层是要素层，由构成压力、状态、响应的要素组成；第四层是指标层，由可直接度量的指标要素构成，见表2。

2.2 评价指标权重确定

指标权重是指该指标在整体评价中的相对重要程度，反映指标在整个体系中影响程度的大小。生态系统健康评价指标权重的合理确定直接影响到生态系统综合健康指数的准确性，本研究主要依据福田红树林保护区生态系统的特点，采用层次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）（俞小明等，2006），并结合专家经验调查结果，确定指标体系中项目层、要素层和指标层的权重。

2.3 评价指标归一化

鉴于深圳湾福田红树林保护区生态系统健康评价指标体系中各项指标间类型、单位及其趋向的差异，需对各项指标进行归一化处理。计算方法如下：

其中，当指标数值越大，生态系统健康水平越高时用公式(1)，反之则用公式（2)，Ni为指标i的归一化值，Xi为评价指标i的实测值，Xmax为该类指标中的极大值，i=1、2、3……27。

2.4 综合评价模型

综合健康指数（Comprehensive Health Ind ex，CHI）是通过评价指标的归一化权重和归一化值反映生态系统健康状况的综合指数，保护区生态系统的综合健康指数用以下公式进行计算：

式中，CHI为综合健康指数；n为评价指标的个数；Ni为的第i个评价指标的归一化值；Wi为指标i的归一化权重，i=1、2、3……27。

保护区生态系统压力、状态、响应的健康指数则用以下公式计算：

其中，PHI、SHI、RHI分别代表压力、状态、响应的健康指数；n为评价指标的个数；Ni为的第i个评价指标的归一化值；Wi为指标i的归一化权重；WP、WS、WR分别代表压力、状态、响应指标的权重。

2.5 评价标准

将生态系统的综合健康指数分5个等级，由高到低排序，不同指数区间反映不同的健康等级。具体划分为5个评价等级，见表1。

3 结果与分析

根据研究确定的指标体系，进行指标间影响程度的专家调查，建立指标间判断矩阵，对采集的数据进行处理，确定各项指标权重；人为干扰、环境状态、土地覆被状态和生物多样性结构（鸟类除外）的各项指标为实测数据，利用公式进行归一化处理；保护区管理水平、科研旅游情况、民众认识及台风灾害为定性指标，通过实地考察调研、资料收集和专家咨询来确定各项指标的归一化值；病虫害、薇甘菊入侵和鸟类生物的归一化数值通过保护区相关文献确定(刘莉娜等，2013)。各项指标的归一化数值见表2。

3.1 保护区受到较大压力

从表2可知，压力在PSR模型体系中所占比例为53.89%。27项指标数据中，水污染、人工引种植物及病虫害的归一化权重排前3位，分别为0.239 2、0.097 6、0.084 0；以压力为整体看，它们的比例分别为44.38%、18.10%和15.58%。表明目前保护区受到的压力比较大，且以水污染、人工引种植物及病虫害三项为主。实地调查表明：工业废水和生活污水的大量排入导致保护区的生态环境污染非常严重（周福芳等，2012），近年来采取截污手段，污水来源减少，但实地考察发现，保护区河道中仍有污水排入；大运会期间，城市污水利用率从2005年的1%提升为30%（深圳市水务局，2011）。

本项目在对保护区水质重金属含量的研究中发现：整治后，保护区的重金属质量浓度明显下降，水质和沉积物的污染状况有所改观，但样地中Cd 、Cr、Pb的平均浓度仍分别达到0.04 mg/L、0.13 mg/ L和0.30 mg/L，导致海水重金属污染严重，为劣Ⅳ类海水水质(李存焕等，2013)。在人工引种植物方面，实地考察发现，为恢复湿地生态引进的海桑和无瓣海桑生长带主要在红树林群落的外缘，且已蔓延至本土红树群落区，表明其生长区域有扩张的趋势，与本地物种争夺养分和生长空间，限制了本地红树的生长和恢复。由于天敌昆虫和食虫鸟类的种类和数量大幅下降，红树林虫害日趋严重（徐华林等，2013）。薇甘菊生长面积虽不大，但其入侵影响保护区植物的光合作用，严重的甚至会导致植物死亡（毛子龙等，2011）。

3.2 保护区状态呈恶化趋势

由表2可知，水质状况、土壤及沉积物污染程度、红树林面积和植物多样性的归一化权重在27项指标中排在前10位，分别为0.061 1、0.061 1、0.038 7、0.032 8，它们在状态中所占比例分别为20.56%、20.56%、13.01%和11.05%，合计达到65.18%，表明保护区的水质、土壤和植物是影响其状态健康的重要指标，其质量的好坏直接关系到保护区状态健康水平的高低。从压力分析可知，保护区的水和土壤的污染比较严重，导致它们的质量较差；围海造陆、鱼塘养殖等使红树植物减少，禁止鱼塘养殖、引种海桑与无瓣海桑后，近年红树林群落的面积增加了37.49 hm2（Chou Qingchuan et al，2014），但红树群落结构呈单一物种的带状，整体质量下降；另外，保护区内修建边防巡逻道和建筑影响天然红树群落的生长（梁素娟等，2009），同时巡逻道和建筑将保护区分割成较多的斑块，一定程度上阻碍了生态系统内部的物质循环和能量流动，降低了生态系统本身的复杂性，导致其抵抗外界压力的能力降低，状态呈恶化趋势。

表1 健康评价等级及其含义

表2 保护区生态系统健康评价指标权重及数据归一化值

3.3 保护区响应积极

从表2可知，本研究主要体现在人为对保护区生态系统的响应，27项指标中，管理人员配置、研究项目、实地考察、宣传教育和环保意识的归一化权重分别为0.019 6、0.016 4、0.016 4、0.020 5和0.020 5，表明保护区各方面的响应较均衡。由于保护区处于封闭状态，法律法规的执行效果较好，近年来保护区受到越来越多的关注和重视，社会各界对保护区生态系统的退化作出了积极的响应，政府投入经费比较充足、管理人员配置比较合理、科研考察逐渐增多，保护区的管理、科研水平在逐渐加强。

3.4 保护区综合健康状况较差

利用健康指数公式，计算得到保护区生态系统的压力、状态、响应的健康指数和综合健康指数，参照表1得出其相应的健康等级，结果见表3。

从表3可知，保护区综合健康指数处于亚健康状态。结合表2中三者所占比例，认为保护区目前受到较大的外界压力，导致其水体污染严重、红树林群落结构破坏、生物多样性明显下降，虽然人为响应较积极，但其综合健康状况仍不乐观。主要是因为保护区自然状态遭到的破坏还未得到良好的恢复，其抵抗外界干扰的能力及恢复能力逐渐减弱，生态功能的发挥受到一定程度的影响。

对比相关的研究，本研究从保护区整体出发，将红树林群落与其他群落结合，有利于在整体上把握保护区生态系统的健康状况，提供具有实践意义的理论指导。

4 建议

（1）针对外界压力，保护区需要进行长期有效的污染治理；加强对红树林内部结构的调整及外来物种蔓延的控制；以生物防治为主，化学物理方法为辅，加强病虫害的防治；逐渐减少建筑施工等人类活动。

（2）福田红树林保护区的面积虽小，但依靠人员进行湿地考察和研究（如红树林林带结构分析等）还是有一定难度的，所以在以后的研究中应结合3S技术，在保护区内建立合理、规范的监测体系，进行长期监测，并整理、建立信息数据库，准确掌握保护区生态系统的健康状况。

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An Assessment of Ecosystem Health of FutiaMangrove Nature Reserve in Shenzhen Bay

HU Tao1CHOU Qing-Chuan1XU Hua-Lin2SHI Xiu-Hua3
(1 College of Life Science, Shenzhen University, Shenzhen 518060; 2 Neilingding Futian National Nature Reserve, Shenzhen 518048; 3 Golf College, Shenzhen University, Shenzhen 518060)

基于PSR模型建立了深圳湾福田红树林保护区生态系统健康评价体系，运用层次分析法对保护区健康状况进行评价。结果表明：保护区生态系统的压力、状态、响应在体系中的比例分别为53.89%、29.73%、16.38%，健康指数分别为0.4080、0.5891、0.6037；保护区综合健康指数为0.4939，处于健康等级Ⅲ级(亚健康状态)。造成以上结果的主要原因为：①近30年来城市化发展导致保护区生态系统丧失部分生态功能，健康水平不断下降；②水污染、人工引种植物和病虫害等对保护区造成巨大外界压力；③建筑施工和人类活动影响保护区自然状态的恢复。

生态系统；健康评价；层次分析法；PSR；红树林

An ecosystem health assessment system of Futian Mangrove Nature Reserve in Shenzhen Bay was developed based on PSR model and the AHP method was used to assess health state of the reserve. The results showed that the proportion of pressure, state, and response of the ecosystem in the system were 53.89%, 29.73% and 16.38% respectively, and their health index were 0.4080, 0.5891, and 0.6037 separately. The comprehensive health index of the whole ecosystem was 0.4939, indicating a health level of III (sub-healthy state) of the reserve. The main causes for that include: 1) urbanization in recent 30 year has resulted in losses of some ecological functions of the ecosystem and continual decline of ecosystem health. 2) Water pollution, artificial introduction of alien plants, and pests and diseases have imposed tremendous external pressures on the reserve. 3) Construction and human activities have partly influenced the restoration of the ecosystem.

Ecosystem health; Health assessment; Analytic Hierarchy Process; PSR; Mangrove