深圳福田紅樹林生態健康評價研究

徐瀾+楊梅煥+劉婷+李亞

摘要：濕地生態系統具有強大的生態效應，對植物、動物和人類的生態條件形成與改善具有重要影響。本文將壓力（Pressure）——狀態（State）——響應（Response）引入該區紅樹林生態系統健康評價體系中，構建紅樹林生態系統健康評價指標體系，并利用該評價模型（PSR）建立的壓力子系統、狀態子系統及響應子系統對該地區紅樹林濕地生態系統健康評價。另外，基于PSR模型結合層次分析法（analytical hierarchy process，AHP）對紅樹林生態系統健康評價，由收集整理的數據，通過健康評價模型計算出整個系統的健康值為0.578.（comprehensive effort index，CEI）結果顯示，福田紅森林目前處于亞健康狀態。

關鍵詞：福田紅樹林；生態問題；PSR；3S；生態系統；層次分析法

引言：深圳福田紅樹林鳥類自然保護區地處深圳灣東北岸，是我國第一個省級紅樹林自然保護區，也是世界上唯一位于城市中心區的紅樹林濕地，但由于城市地域的不斷擴展及其帶來的諸多環境問題【1-4】。因此，對紅樹林濕地生態系統健康評價及作出相應對策是非常必要的【4-5】。

鑒于PSR框架能夠科學、準確地反映人地關系，揭示各因素之間的邏輯關系【6】，筆者參考借鑒了王玉圖等人【7】2010年首次以PSR模型為基礎建立一個紅樹林生態系統健康評價體系并對健康評價做的初步的探索。其次，3S（RS、GIS和GPS）技術可以為濕地研究、合理評價濕地變化和預測未來濕地發展趨勢提供強有力的技術保證【8】，而層次分析法作為一種綜合評價方法在風險評價尤其是安全和環境風險評價中得到廣泛應用【9】，田輝等人【10】2012年通過對圖們江下游敬信濕地的實地調查，運用層次分析法對該濕地進行生態評價。本文基于PSR模型結合層次分析法對紅樹林生態系統健康做出評價，從而控制紅樹林濕地生態系統健康壓力威脅并使其朝著良性方向發展

1構建模型

1.1.PSR模型簡介

壓力—狀態—響應”（PSR）模型在生態系統的評價研究中被廣泛應用，并且無論是在陸地生態系統還是海洋生態系統中，PSR模型都有很適用。

1.2 模型框架的分析

壓力指標：可以描述人類活動對環境（包括自然資源的數量和質量）產生的影響，如資源利用、物質消費以及生產活動對環境造成的破壞和擾動。

狀態指標：可以描述出生態環境的現狀和變化等方面的指標。

響應指標：可以表現出社會對環境變化的關注程度和聯系。

基于PSR模型結合層次分析法（analytical hierarchy process，AHP）建立紅樹林生態系統健康評價體系。

2 評價指標體系的建立

2.1 各指標的確立

結合福田紅樹林自然保護區濕地的實際情況，依據濕地生態系統健康評價指標的選取原則以及PSR模型，設計了評價指標體系，福田紅樹林自然保護區濕地生態系統健康的評價可分為三個層次：第一層次是目標層（Item）即福田紅樹林自然保護區濕地生態健康的綜合評價；第二層次是準則層（Factor），即壓力指標、健康狀態指標和響應指標三個方面；第三層次是指標層次（Index）。

壓力指標包括人為壓力和自然壓力兩方面，人為壓力方面包括污染物和交通噪音與流量以及生物入侵三個指標；自然壓力為臺風災害一個指標。

健康狀態指標具體有環境指標和生物狀態指標、功能狀態指標這三個方面，環境狀態指標包括附近水質、沉積物的重金屬污染度這兩個指標；生物結構狀態指標包括大型底棲多樣性變化、紅樹植物多樣性變化、浮游生物多樣性變化、昆蟲多樣性共四個指標。功能狀態指標是評價的基礎，其健康狀態直接反應濕地生態系統的自我調節能力、生產能力和抵抗干擾能力，包括瀕危鳥類種類、陸鳥類生物多樣性、水鳥類生物多樣性、水鳥的最高數量等四個指標。

響應指標為濕地管理水平，包括用于濕地保護的財政支出和管理職能分工及人員配置情況兩個指標。

2.2重金屬污染物的趨勢預測

福田紅樹林濕地水域四個監測點鉛、鎳均未檢出。鉻除沙嘴碼頭低潮期含量超過地表水Ⅰ類水質標準，屬于Ⅱ類水質外，其余站位均屬于Ⅰ類水質。鎘除觀鳥亭低潮期含量超過地表水Ⅰ類水質標準，屬于Ⅱ類水質外，其余站位均屬于Ⅰ類水質。說明深圳灣海水的重金屬污染已得到有效控制。

針對這一問題，我們首先運用生態場理論探究了沉積物重金屬污染對周圍生態因子的影響，運用BP神經網絡模型對沉積物重金屬污染程度發展趨勢進行預測分析。在進行BP網絡預測模型設計時，主要考慮網絡的層數和每層中神經元的個數。

2.2.1網絡層數。BP網絡是通過輸入層到輸出層的計算來完成的。多于一層的隱含層雖然能在速度上提高網絡的訓練，但是在實際應用中需要較多的訓練時間，而訓練速度可以用增加隱含層節點個數來實現，因此在應用BP神經網絡進行預測時，選取只有一個隱含層的7層BP神經網絡。

2.2.2網絡各層中神經元的個數。輸入、輸出節點是與樣本緊密相關的，與其應用的領域有關。如果隱含層神經元數目過少，網絡很難識別樣本，難以完成訓練，并且網絡的容錯性也會降低；如果數目過多，則會增加網絡的迭代次數，從而延長網絡的訓練時間，同時也會降低網絡的泛化能力，導致預測能力下降。在具體設計時，首先根據經驗公式初步確定隱含層神經元個數，然后通過對不同神經元數的網絡進行訓練對比，再最終確定神經元數。通用的隱含層神經元數的確定經驗公式有：i=n+m+a

其中i為隱含層神經元的個數，n為輸入層神經元的個數，m為輸出層神經元的個數，a為常數且1

2.3 數據分析

以下圖示為沙嘴碼頭、3號崗亭、鳳塘河口、以及在2010～2013年高潮、低潮時鎳、鉛、鎘、鉻含量的變化趨勢。

2.4趨勢預測

比較這幾個地區重金屬沉積程度可知：隨著時代的發展，不論是高潮還是低潮期，這幾個地方的重金屬鎳、鎘、的鉻含量均趨于0；但是鳳塘河口在其低潮期時，鎳、鎘重金屬仍占有一定份額，且隨著時間的推移趨于穩定。另外，鉻的含量在這幾個地區均呈現“S”型曲線增長的變化態勢。

我們知道，在自然界中，環境條件是有限的，因此，種群不可能按照“J”型曲線無限增長。當種群在一個有限的環境中增長時，隨著種群密度的上升，個體間由于有限的空間、食物和其他生活條件而引起的種內斗爭必將加劇，以該種群生物為食的捕食者的數量也會增加，這就會使這個種群的出生率降低，死亡率增高，從而使種群數量的增長率下降。當種群數量達到環境條件所允許的最大值時，種群數量將停止增長，有時會在K值保持相對穩定。

由類比推理，我們可預測，該重金屬鉻的含量將在未來呈現40～50之間上下波動的態勢。由此可以看出，重金屬污染程度已經穩定下來，并不會給福田紅樹林濕地生態系統造成更加巨大的影響，但是也不應該就此感到慶幸；因為，鉻的含量雖然不會大面積增加，但也處于居高不下的狀態，因此要嚴格監測其數量變化。并且，積極采取有效措施，降低其在生態區的含量。

沙嘴碼頭高潮時重金屬變化趨勢 沙嘴碼頭低潮時重金屬變化趨勢

3號崗亭高潮時重金屬變化趨勢 3號崗亭低潮時重金屬變化趨勢

鳳塘河口高潮時重金屬變化趨勢 鳳塘河口低潮時重金屬變化趨勢

3基于層次分析法的測算

3.1 各指標權重確定

<1>評價指標標準化等級劃分

（1）壓力指標。本文中福田紅樹林自然保護區所受到的壓力主要是指人類活動對濕地生態系統造成的壓力，壓力指標主要分為人口因素和人類活動干擾兩部分，人口因素又分為人口密度與人口素質，人類活動干擾主要包括人類對福田紅樹林的水資源利用強度、社會經濟發展水平、工農業的排污量、景觀發展強度指數。壓力指標確定為五個等級，從高到低依次為：嚴重超出、超出范圍、一般水平、能夠承受、幾乎沒有。承受范圍，并對每個等級進行權重賦值處理，數據取值在1和0之間，數值越大，證明等級越高。

（2）狀態指標。在對狀態指標的選取與處理過程中，為了對福田紅樹林自然保護區濕地生態系統的現狀進行科學準確的評價，為了計算簡便、易于比較，首先對各個指標的數值劃分等級，原則上優先采用現有國內外通用的環境標準，其次根據各個指標對濕地生態系統健康的影響的程度和關聯性，確定每一級的標準化分值，取值在0-1之間，數值越大說明等級越高，分級標準表如下。

表4.1狀態指標的標準化等級劃分

（3）響應指標

本文所采用的響應指標主要包括環保投資指數、濕地管理水平、濕地保護意識、相關政策法規及執行力度等四個指標。把響應指標分為無響應、消極響應、一般響應、較為積極的響應、積極響應和無響應五個等級，對每個等級賦分值，取值在0-1之間，數值越大等級越高。再結合福田紅樹林濕地的實際情況協商確定分級標準（表4.3）。

CEI為整個系統的健康狀況值；n為評價指標個數；為第個單項指標的歸一化值；為第個指標的權重。

為了評價深圳福田濕地生態系統的綜合健康狀況，本文設計了一個0-1連續數值的濕地生態系統健康指數CEI，并定義當CEI為0時，健康狀態最差；當CEI為1時，健康狀態最好。為便于描述，把深圳福田濕地生態系統健康水平劃分為5級，

表4.8等級對應

4 結論與分析

濕地生態系統綜合健康狀況

其綜合健康度為0.578，處于亞健康狀態。生物和棲息地鳥類逐漸減少，部分濕地功能喪失。對外界的干擾恢復力逐漸減退，并且可通過人工促進恢復力這種方法提高來穩定期生態系統。盡管現在已經實施了濕地修復工程，紅樹林生態系統健康狀況有所好轉，但依舊存在著較大的壓力。因此，控制紅樹林濕地生態系統健康壓力威脅并且采取相應的調整和恢復對策使其朝著良性方向發展是非常必要的。

5 可持續發展建議

（1）水污染防治。嘗試性地開展濕地凈化污染物實踐毫無疑問將更加有益于濕地的健康發展。

（2）蟲害防治。改善以至恢復濕地生態系統的環境質量，改善鳥類的各種昆蟲生存、生活、繁殖的基本條件，維持健康的食物鏈和食物網。噴曬農藥的方法是蟲害防治的措施之一，但不是長遠之計，適當地采取生物防治等科學防治措施是必要的。

（3）入侵生物的控制。建議在加強對入侵物種侵入擴張的機理研究的基礎上，實施生物防除的實踐研究，同時也要盡可能地實現其在生態學的利用。

（4）鳥類的保護。因此，要保護好鳥類，就要求建設好保護鳥類的生態環境，提高質量擴大鳥類的生態空間。具體就要充分擴大植被空間占有率，盡量是房屋建筑等遠離濕地生態保護區。同時也要加強立法，科學規劃。

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