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深圳福田红树林生态健康评价研究

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徐澜+杨梅焕+刘婷+李亚

摘要：湿地生态系统具有强大的生态效应，对植物、动物和人类的生态条件形成与改善具有重要影响。本文将压力（Pressure）——状态（State）——响应（Response）引入该区红树林生态系统健康评价体系中，构建红树林生態系统健康评价指标体系，并利用该评价模型（PSR）建立的压力子系统、状态子系统及响应子系统对该地区红树林湿地生态系统健康评价。另外，基于PSR模型结合层次分析法（analytical hierarchy process，AHP）对红树林生态系统健康评价，由收集整理的数据，通过健康评价模型计算出整个系统的健康值为0.578.（comprehensive effort index，CEI）结果显示，福田红森林目前处于亚健康状态。

关键词：福田红树林；生态问题；PSR；3S；生态系统；层次分析法

引言：深圳福田红树林鸟类自然保护区地处深圳湾东北岸，是我国第一个省级红树林自然保护区，也是世界上唯一位于城市中心区的红树林湿地，但由于城市地域的不断扩展及其带来的诸多环境问题【1-4】。因此，对红树林湿地生态系统健康评价及作出相应对策是非常必要的【4-5】。

鉴于PSR框架能够科学、准确地反映人地关系，揭示各因素之间的逻辑关系【6】，笔者参考借鉴了王玉图等人【7】2010年首次以PSR模型为基础建立一个红树林生态系统健康评价体系并对健康评价做的初步的探索。其次，3S（RS、GIS和GPS）技术可以为湿地研究、合理评价湿地变化和预测未来湿地发展趋势提供强有力的技术保证【8】，而层次分析法作为一种综合评价方法在风险评价尤其是安全和环境风险评价中得到广泛应用【9】，田辉等人【10】2012年通过对图们江下游敬信湿地的实地调查，运用层次分析法对该湿地进行生态评价。本文基于PSR模型结合层次分析法对红树林生态系统健康做出评价，从而控制红树林湿地生态系统健康压力威胁并使其朝着良性方向发展

1构建模型

1.1.PSR模型简介

压力—状态—响应”（PSR）模型在生态系统的评价研究中被广泛应用，并且无论是在陆地生态系统还是海洋生态系统中，PSR模型都有很适用。

1.2 模型框架的分析

压力指标：可以描述人类活动对环境（包括自然资源的数量和质量）产生的影响，如资源利用、物质消费以及生产活动对环境造成的破坏和扰动。

状态指标：可以描述出生态环境的现状和变化等方面的指标。

响应指标：可以表现出社会对环境变化的关注程度和联系。

基于PSR模型结合层次分析法（analytical hierarchy process，AHP）建立红树林生态系统健康评价体系。

2 评价指标体系的建立

2.1 各指标的确立

结合福田红树林自然保护区湿地的实际情况，依据湿地生态系统健康评价指标的选取原则以及PSR模型，设计了评价指标体系，福田红树林自然保护区湿地生态系统健康的评价可分为三个层次：第一层次是目标层（Item）即福田红树林自然保护区湿地生态健康的综合评价；第二层次是准则层（Factor），即压力指标、健康状态指标和响应指标三个方面；第三层次是指标层次（Index）。

压力指标包括人为压力和自然压力两方面，人为压力方面包括污染物和交通噪音与流量以及生物入侵三个指标；自然压力为台风灾害一个指标。

健康状态指标具体有环境指标和生物状态指标、功能状态指标这三个方面，环境状态指标包括附近水质、沉积物的重金属污染度这两个指标；生物结构状态指标包括大型底栖多样性变化、红树植物多样性变化、浮游生物多样性变化、昆虫多样性共四个指标。功能状态指标是评价的基础，其健康状态直接反应湿地生态系统的自我调节能力、生产能力和抵抗干扰能力，包括濒危鸟类种类、陆鸟类生物多样性、水鸟类生物多样性、水鸟的最高数量等四个指标。

响应指标为湿地管理水平，包括用于湿地保护的财政支出和管理职能分工及人员配置情况两个指标。

2.2重金属污染物的趋势预测

福田红树林湿地水域四个监测点铅、镍均未检出。铬除沙嘴码头低潮期含量超过地表水Ⅰ类水质标准，属于Ⅱ类水质外，其余站位均属于Ⅰ类水质。镉除观鸟亭低潮期含量超过地表水Ⅰ类水质标准，属于Ⅱ类水质外，其余站位均属于Ⅰ类水质。说明深圳湾海水的重金属污染已得到有效控制。

针对这一问题，我们首先运用生态场理论探究了沉积物重金属污染对周围生态因子的影响，运用BP神经网络模型对沉积物重金属污染程度发展趋势进行预测分析。在进行BP网络预测模型设计时，主要考虑网络的层数和每层中神经元的个数。

2.2.1网络层数。BP网络是通过输入层到输出层的计算来完成的。多于一层的隐含层虽然能在速度上提高网络的训练，但是在实际应用中需要较多的训练时间，而训练速度可以用增加隐含层节点个数来实现，因此在应用BP神经网络进行预测时，选取只有一个隐含层的7层BP神经网络。

2.2.2网络各层中神经元的个数。输入、输出节点是与样本紧密相关的，与其应用的领域有关。如果隐含层神经元数目过少，网络很难识别样本，难以完成训练，并且网络的容错性也会降低；如果数目过多，则会增加网络的迭代次数，从而延长网络的训练时间，同时也会降低网络的泛化能力，导致预测能力下降。在具体设计时，首先根据经验公式初步确定隐含层神经元个数，然后通过对不同神经元数的网络进行训练对比，再最终确定神经元数。通用的隐含层神经元数的确定经验公式有：i=n+m+a

其中i为隐含层神经元的个数，n为输入层神经元的个数，m为输出层神经元的个数，a为常数且1

2.3 数据分析

以下图示为沙嘴码头、3号岗亭、凤塘河口、以及在2010～2013年高潮、低潮时镍、铅、镉、铬含量的变化趋势。

2.4趋势预测

比较这几个地区重金属沉积程度可知：随着时代的发展，不论是高潮还是低潮期，这几个地方的重金属镍、镉、的铬含量均趋于0；但是凤塘河口在其低潮期时，镍、镉重金属仍占有一定份额，且随着时间的推移趋于稳定。另外，铬的含量在这几个地區均呈现“S”型曲线增长的变化态势。

我们知道，在自然界中，环境条件是有限的，因此，种群不可能按照“J”型曲线无限增长。当种群在一个有限的环境中增长时，随着种群密度的上升，个体间由于有限的空间、食物和其他生活条件而引起的种内斗争必将加剧，以该种群生物为食的捕食者的数量也会增加，这就会使这个种群的出生率降低，死亡率增高，从而使种群数量的增长率下降。当种群数量达到环境条件所允许的最大值时，种群数量将停止增长，有时会在K值保持相对稳定。

由类比推理，我们可预测，该重金属铬的含量将在未来呈现40～50之间上下波动的态势。由此可以看出，重金属污染程度已经稳定下来，并不会给福田红树林湿地生态系统造成更加巨大的影响，但是也不应该就此感到庆幸；因为，铬的含量虽然不会大面积增加，但也处于居高不下的状态，因此要严格监测其数量变化。并且，积极采取有效措施，降低其在生态区的含量。

沙嘴码头高潮时重金属变化趋势沙嘴码头低潮时重金属变化趋势

3号岗亭高潮时重金属变化趋势 3号岗亭低潮时重金属变化趋势

凤塘河口高潮时重金属变化趋势凤塘河口低潮时重金属变化趋势

3基于层次分析法的测算

3.1 各指标权重确定

<1>评价指标标准化等级划分

（1）压力指标。本文中福田红树林自然保护区所受到的压力主要是指人类活动对湿地生态系统造成的压力，压力指标主要分为人口因素和人类活动干扰两部分，人口因素又分为人口密度与人口素质，人类活动干扰主要包括人类对福田红树林的水资源利用强度、社会经济发展水平、工农业的排污量、景观发展强度指数。压力指标确定为五个等级，从高到低依次为：严重超出、超出范围、一般水平、能够承受、几乎没有。承受范围，并对每个等级进行权重赋值处理，数据取值在1和0之间，数值越大，证明等级越高。

（2）状态指标。在对状态指标的选取与处理过程中，为了对福田红树林自然保护区湿地生态系统的现状进行科学准确的评价，为了计算简便、易于比较，首先对各个指标的数值划分等级，原则上优先采用现有国内外通用的环境标准，其次根据各个指标对湿地生态系统健康的影响的程度和关联性，确定每一级的标准化分值，取值在0-1之间，数值越大说明等级越高，分级标准表如下。

表4.1状态指标的标准化等级划分

（3）响应指标

本文所采用的响应指标主要包括环保投资指数、湿地管理水平、湿地保护意识、相关政策法规及执行力度等四个指标。把响应指标分为无响应、消极响应、一般响应、较为积极的响应、积极响应和无响应五个等级，对每个等级赋分值，取值在0-1之间，数值越大等级越高。再结合福田红树林湿地的实际情况协商确定分级标准（表4.3）。

CEI为整个系统的健康状况值；n为评价指标个数；为第个单项指标的归一化值；为第个指标的权重。

为了评价深圳福田湿地生态系统的综合健康状况，本文设计了一个0-1连续数值的湿地生态系统健康指数CEI，并定义当CEI为0时，健康状态最差；当CEI为1时，健康状态最好。为便于描述，把深圳福田湿地生态系统健康水平划分为5级，

表4.8等级对应

4 结论与分析

湿地生态系统综合健康状况

其综合健康度为0.578，处于亚健康状态。生物和栖息地鸟类逐渐减少，部分湿地功能丧失。对外界的干扰恢复力逐渐减退，并且可通过人工促进恢复力这种方法提高来稳定期生态系统。尽管现在已经实施了湿地修复工程，红树林生态系统健康状况有所好转，但依旧存在着较大的压力。因此，控制红树林湿地生态系统健康压力威胁并且采取相应的调整和恢复对策使其朝着良性方向发展是非常必要的。

5 可持续发展建议

（1）水污染防治。尝试性地开展湿地净化污染物实践毫无疑问将更加有益于湿地的健康发展。

（2）虫害防治。改善以至恢复湿地生态系统的环境质量，改善鸟类的各种昆虫生存、生活、繁殖的基本条件，维持健康的食物链和食物网。喷晒农药的方法是虫害防治的措施之一，但不是长远之计，适当地采取生物防治等科学防治措施是必要的。

（3）入侵生物的控制。建议在加强对入侵物种侵入扩张的机理研究的基础上，实施生物防除的实践研究，同时也要尽可能地实现其在生态学的利用。

（4）鸟类的保护。因此，要保护好鸟类，就要求建设好保护鸟类的生态环境，提高质量扩大鸟类的生态空间。具体就要充分扩大植被空间占有率，尽量是房屋建筑等远离湿地生态保护区。同时也要加强立法，科学规划。

参考文献

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PSR模型在湿地生态系统健康评价中的应用

[9] 郭金玉，张忠彬，孙庆云. 层次分析法的研究与应用[J]. 中国安全科学学报， 2008， 18（5）：148-153

[10] 田辉，赵海卿，郭晓东，等. 基于层次分析法的敬信湿地生态评价[J]. 安徽农业科学， 2012， 40（33）：16328-16329.

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