我国湿地生态状况评价研究进展

湿地具有调节气候、涵养水源、保护生物多样性、物质生产和维持区域生态平衡等多种功能。我国是世界上湿地类型齐全、数量丰富的国家之一, 至2013年, 全国湿地面积为5.36×107 hm2, 占国土面积的5.58%, 其中约有69.26%的湿地面临着过度放牧、污染和围垦等威胁, 对生态环境的保护和经济社会的发展产生了巨大影响[1-3]。湿地作为一个国家或地区重要的战略性生态资源, 湿地的破坏、退化和消失, 将严重威胁生态环境安全。

随着认知水平的提高, 湿地的保护和修复越来越被社会各界所重视。国内外研究者相继对湿地开展了大量的生态状况评估研究, 国外学者于20世纪50年代进行了湿地物种编目和湿地评价研究[4-7], 提出了湿地健康评价等方法[8-9]；Costanza等对包括湿地在内的全球生态系统价值进行了评价研究[10]。国内对于湿地生态评价的发展迅速, 近年来已成为研究热点, 研究者相继开展了湿地生态健康评价[11-15]、湿地生态状况评价[16-20]、湿地生态安全评价[21-22]、湿地生态风险评价[23-25]、湿地环境影响评价[26-27]和湿地生态价值评价[28-31]等方面的研究。但在湿地生态状况评价方面尚未形成统一的指标体系[32-33], 难以有效地掌握全国及各地湿地生态状况, 为保护、管理和合理开发利用决策提供科学的数据支撑。为此, 本研究综述我国湿地生态状况评价的研究进展, 以推广湿地生态状况评价在湿地保护和修复工作中的应用。

生态评价是进行生态环境保护与管理的一项基础性工作, 使用相关指标构建评价模型, 可以更加直观、清晰地反映生态系统信息, 便于生态系统管理的数字化决策, 是联系生态环境监测与管理决策的关键环节[34]。

在目前的湿地生态评价研究和应用中, 基本可以分为湿地生态状况评价、湿地生态健康评价、湿地生态功能评价、湿地生态价值评价、湿地环境影响评价、湿地生态风险评价等, 在内涵、方法和结论与应用方法都存在一定的交叉和重叠, 见表 1。基于不同的湿地管理目标, 各类湿地生态评价均具有重要研究和应用空间。但回溯到湿地本身的生态因子, 湿地生态状况评价通过直接观测法等综合评价方法, 可以为各类湿地生态评价提供基础研究应用数据, 并能直观地反映湿地生态因子的优劣程度, 达到湿地管理的快速反映和决策, 因此在应用空间上更加广阔。

湿地生态状况评价已经成为湿地生态评价中的重要内容之一, 目前还没有统一的定义[50]。本研究给出的定义为按照一定的评价标准, 运用综合评价方法, 选择主要生态状况因子对湿地生态系统进行定量评判及预测。

湿地生态状况评价具备以下几个基本特征。(1)评价对象的地域性, 其评价的重点是湿地生态系统本身, 即在某一湿地生态系统及其相关的自然环境, 并包含影响湿地的社会因子, 这些具有本地或空间特征的因子信息可以被综合, 用来分析斑块尺度、景观尺度、区域尺度甚至更大尺度的趋势和过程[51]。(2)评价时间的延续性, 湿地生态状况评价具有现实性, 但基于长期的生态因子监测和研究, 可以揭示各评价尺度上湿地数年或几十年的变化趋势[52]。(3)评价因子的多维性, 湿地生态状况评价的设计是提供一系列指示因子, 评价它们如何影响生态系统的质量优劣, 某一生态因子即是湿地生态状况的一维评价, 多个单一因子综合则使其形成了多维的评价模型[53], 分别指示了湿地生态系统的生态状况个性和整体特征。

2016年11月, 国务院办公厅印发《湿地保护修复制度方案》, 提出“增强湿地生态功能, 维护湿地生物多样性, 全面提升湿地保护与修复水平。”湿地生态状况评价可以在大、中、小各级空间尺度上开展, 与地理信息系统技术的结合应用, 可掌握湿地生态状况的分布特征, 满足各级湿地的监测与管理要求。

通过长期的监测和评价, 可以对湿地进行跟踪监测与管理, 反映评价时间尺度上的变化程度。理论上, 评价可以在不同时间尺度上开展, 例如以月为间隔进行评价, 可体现湿地生态状况年内变化特征；以年度为间隔进行, 就可以反映湿地生态状况的年度变化特征；同样也可以对过去某一时间段进行评价, 对未来湿地的变化趋势进行预测。

通过监测和评价湿地各生态因子状况, 为其他类型的湿地生态评价提供基础数据, 同时对比各因子对于总体评价结果的重要程度, 可以研究非生物环境因子与各生源要素的耦合关系, 以及生物库、大气库、土壤库和水环境中生源要素的平衡状况, 其中最为突出的作用是发现生态因子中存在的主要胁迫因素, 并根据总体评价结果给出相应的抢救性措施。

湿地生态状况评价主要目标是对湿地生态系统进行预测与管理, 傅伯杰等提出生态系统综合评价的内容与方法[11], 为湿地生态状况评价提供了理论基础。应用方面, 2005年至2008年, 在国家林业局湿地保护管理中心的推动下, 我国完成了当时36处国际重要湿地的生态状况进行了评价, 将国际重要湿地划分为3种类型, 即濒危物种保护类型、近海与海岸湿地类型和内陆湿地类型, 并发布了第一次评价公报[54], 其中36处国际重要湿地总体状况较好, 3处国际重要湿地的生态状况为“中”, 33处为“优”。2009至2012年, 又针对41块国际重要湿地进行了第二次湿地生态状况评价[55], 41处国际重要湿地中除5处国际重要湿地生态状况为“中”外, 其余均为“优”, 生态状况总体较好, 见表 2。两次评价客观反映了我国国际重要湿地生态状况和动态特征, 为我国国际湿地公约履约和国际重要湿地管理提供了重要的数据支撑。

自2013年起, 全国有28个省市(自治区)在第二次湿地调查的基础上, 对重点调查湿地进行了生态状况评价。全国1372处评价湿地中, 湿地生态状况差的为341处, 中的为567处, 好的为464处, 分别占24.85%、41.33%和33.82%[56], 见表 3。全国各个省市(自治区)中, 重点湿地生态状况为优的比例达到50%以上的仅有天津、上海、重庆、西藏、青海、宁夏等6省市(自治区), 重点湿地生态状况为优的比例低于30%的有河北、内蒙古、辽宁、黑龙江、安徽、福建、河南、湖南、广东和贵州10个省, 表明我国各重点湿地生态状况仍普遍处于中差水平。在省级尺度上, 程子卿等[57]研究者在此基础上又对吉林、四川、云南、河南、辽宁、黑龙江湿地生态状况进行了空间分析与探讨[16-20], 掌握了影响各省的湿地生态状况的胁迫因子, 并提出了切实有效的管理提升措施。

在各类型湿地生态状况评价方面, 国内学者对河流、湖泊、沼泽、近海与海岸等各类湿地进行专项的生态状况评价研究[58-59]。

董哲仁等[60]按照评价指标与参照系统的偏离程度, 提出了河流生态状况分级系统的生态指标矩阵方法和指标赋值准则, 依据生物质量、水文、物理化学和河流地貌4个方面生态因子, 将河流生态状况划分为优、良、中、差、劣5个等级, 在河流态系统关键胁迫因子识别和河流健康评估方面都有很好应用前景。侯思琰等[61]对于海河流域28条骨干河流进行水生态状况评价, 评价主要包括水文水资源、水环境状况、物理形态、生物状况、河口生态状况及生态需水满足状况评价5个方面指标。通过水生态状况评价, 对海河流域目前存在的主要水生态问题和主要胁迫因素进行分析, 提出了针对性的保护方法和修复建议。Tang等[62]利用pH、盐度、氮吸收代谢、需氧量、腐殖度、营养状态、形态特征、耐污染能力等13种硅藻生态状况指标, 通过单因素方差分析, 构建了河流硅藻指数来评价湘西河流生态系统的生态状况, 认为多指标的河流硅藻指数的在河流生态状况评价中具有重要的应用前景。

我国在湖泊湿地生态状况评价方面的研究较为丰富[63]。周驰等[64]以湖北省25个典型湖泊为对象, 分析了总磷、总氮、叶绿素a、透明度和高锰酸盐指数等水体营养指标, 对水体富营养化状况作出评价, 同时结合浮游植物、浮游动物和底栖生物等水生生物的鉴定和分类, 综合评价湖泊水生态状况。解文静[65]综合应用水量、水质、富营养化和水生生物4个方面指标, 对南四湖上级湖构建湖泊水生态状况评价模型, 探讨了湖泊水生态评价体系构建的原则和方法。张萍等[58]从水文水资源、水环境、河湖生境形态、生物及栖息地状况等方面, 构建了包含生态基流满足程度、水功能区水质达标率、湖库富营养化指数、纵向连通性、重要湿地保留率及鱼类生境等6个指标构成的河湖水生态综合评价体系。在此基础上, 对全国673条河流、97座水库和100个湖泊湿地共计1006个规划河段和湖库的水生态状况进行了评价和分类, 分析了我国各大流域河湖面临的水生态问题。

我国在沼泽湿地方面的生态状况评价研究相对较少。周林飞[66]以扎龙沼泽湿地为研究对象, 提出了湿地生态环境需水量的概念, 并构建了综合评判灰色数学模型, 并运用此模型对扎龙湿地水环境质量进行评价与分析, 将湿地水生态状况分为5个级别；芦康乐等[67]采用总分类单元数、腹足纲、耐污类群和捕食者构成的水生无脊椎动物完整性指数值对三江平原沼泽湿地进行了湿地健康评价。金晓敏[68]选取了10个评价指标构建了压力—状态—响应模型, 对洪河自然保护区沼泽湿地生态脆弱性评价。这些研究成果和方法可指导沼泽湿地生态状况评价的开展。

近海与海岸湿地生态状评价相对于其他类型的湿地具有更大的难度, 是近年湿地生态状况研究的重点区域[69]。吴海燕[70-71]对我国近岸海域生态状况综合评价方法进行了应用研究, 以福建省近岸海域的东山湾、同安湾、泉州湾、兴化湾和罗源湾为研究对象, 建立了基于“One-out all-out (OOAO)”原则和基于模糊数学理论的近岸海域EcoQS综合评价方法, 并提出了这两种方法在我国近海湿地评价应用时需要注意的问题以及建立我国近岸海域EcoQS综合评价方法的建议。殷鹏等[72]利用水化学参数, 研究了黄河口海域营养要素的分布特征与富营养化水平, 成功追踪了污染源并提出了有效管理措施, 表明通过生态状况评价可快速提高湿地管理决策时间和水平。缪雄谊等[73]应用生态危害指数法、单因子及内梅罗污染指数法对黄河三角洲表层土壤的重金属进行了评价, 表明土壤环境也是影像湿地生态状况的重要因子。宋伦等[74]利用ABC曲线法结合粒径谱理论对鸭绿江口近岸海域的生物群落特征、优势种演替、多样性水平、稳定性状况等进行了分析, 并构建了鸭绿江口近岸海域生物群落稳定性的评估模型。这些研究对近海与海岸湿地生态状况的指标和评价方法选取具有重要的参考意义。

纵观这些研究虽取得了阶段性的成果, 但均是多个别区域的零散型研究, 他们或者就湿地生态状况评价指标体系和方法提出一些概念性的设想和建议, 或者对湿地生态状况某些指标的量值进行测算, 均只能进行描述性说明, 不能量化表示湿地生态状况的现状或变化趋势, 这就使湿地生态状况评价方法难以在湿地管理实践中得到足够的应用。

在生态状况评价研究中, 评价方法作为其必不可少的手段而具有重要意义[75]。国内目前应用的评价方法通常有层次分析法(AHP法)、指数评价法、模糊评价法、人工神经网络评价法、物元分析评价法、主成分分析法等, 见表 4。

通过分析比较可以看出, 湿地生态状况评价的诸多方法各有优缺点。在现实研究中, 满足评价方法的使用条件并克服其自身存在的缺点是不容易的, 因此必须根据评价对象的特征选用最适宜的评价方法。综合使用多项评价方法, 借以消除评价方法对评价结果的影响, 是今后湿地生态状况评价的主要趋势。

近年来, 由于全国湿地的严重退化, 湿地的重要性已经引起了人们的极大关注, 关于湿地生态状况的各项研究有了快速的发展, 但是仍存在一些问题, 需要进一步的完善。

我国湿地保护和研究起步较晚, 虽然近几年湿地生态状况评价研究成果增加明显, 但研究成果总量仍很小, 在已有的研究工作中, 大多数生态状况评价也是集中于单一湿地生态状况的研究, 而缺乏对某一地区某一时期各类湿地全面的生态状况评价的体系和方法。湿地生态状况评价仍处于起步阶段。同时, 湿地生态状况评价与湿地健康评价、湿地生态安全评价、湿地生态风险评价、湿地环境影响评价的概念长期混淆, 评价指标雷同, 评价方法类似, 造成成果和技术应用受到局限。

我国湿地类型丰富、分布区域广泛、生境复杂多变, 湿地本身的特征和差异很大[33]。湿地本身生态因子繁多, 主要包括水、土壤、生物、景观、社会等五大类, 不同湿地类型同一类指标中又有多类监测和计算方法各异的分项指标, 因此生态状况因子的指标和方法纷繁多样。目前的研究中, 对生态状况的评价较为零散, 还多是从单一指标或者几个指标的角度来认识和评价湿地生态状况, 多片面不完整, 要从中遴选监测和分析技术成熟且易于规范化的指标难度较大。根据评价目的不同, 评价指标选取与计算方法会有较大差别。构建评价指标体系时在全面性、代表性、针对性和可操作性、实践指导性等方面不容易做到平衡。

湿地生态系统与森林等其他生态系统相比, 对生态因子的变化更加敏感[50]。因此, 湿地在不同时间和不同空间的差异很大, 例如湿地水位的月变化和不同区域湿地生物丰富度的差异。但目前生态状况评价多限于自然生态因子或自然资源的变动测定, 而对其因子(自变量)与结果(函数)的关联研究和评价还较少有系统的成果。消除湿地本身自变量的影响以提高湿地生态状况评价准确度应该成为该区域当前和今后研究的重点。

湿地生态状况评价是湿地保护与管理的一项基础性工作, 可以快速、准确、科学的评价湿地生态状况, 并通过判断生态因子的优劣程度, 找出威胁湿地的胁迫因素, 提出合理的保护恢复建议[87-89]。应加快评价技术和成果应用, 将湿地生态状况评价作为日常性的湿地管理工作, 定期开展重要湿地生态状况评价, 作为退化湿地恢复、湿地健康评估等方面的支撑性技术手段, 甚至纳入地方政府生态文明考核的范畴, 提升我国湿地保护管理的技术水平。

按照全面性、代表性、针对性和可操作性、实践指导性的原则, 在国家尺度上率先出台制定湿地生态状况评价行业标准, 为湿地生态状况评价的发展提供了必要的依据。标准应选择湿地水、土壤、生物、景观、社会等基本指标, 指标宜求同存异, 尽可能选择监测技术可行、计算方法成熟、适宜各类型湿地的共性指标。

湿地生态状况评价涉及生态学、生物学甚至社会学等学科, 指标纷繁、技术复杂, 单一的评价方法难以满足评价本身精度的要求。因此, 多学科、多方法综合是湿地生态状况评价的发展。特别是在消除湿地本身自变量的影响和评价因子比重的确立方面, 现有的方法陈旧、科学性低, 应该给予适时改进和更新。未来湿地生态因子监测数据库的建立以及监测技术的改进, 都需要研究者用大数据分析的技术手段去探索湿地生态状况评价的技术与方法。

生态评价的目的在于管理, 而管理的基础是生态状况评价和未来趋势预测, 管理的任务则是对生态状况调整[34]。湿地生态状况评价是满足湿地保护管理需求的一项基本技术研究工作[37]。湿地生态状况监测数据不仅为其他湿地评价提供基础数据, 也可成为湿地生态系统模拟建模、调参的数据库, 对理解湿地生态系统、识别不同时空尺度的生态系统过程和功能具有重要意义。

当前我国湿地保护迎来了快速发展的新时代机遇, 湿地生态状况评价研究需要向更深层次、更全面的研究方向迈进。特别是湿地生态状况评价中各生态因子指标的权衡、协同作用不可忽视, 其影响湿地生态系统健康状况、生态功能和价值的发挥以及生态风险的产生, 将成为未来研究的方向之一。为此, 厘清湿地生态状况评价定义, 分析其基本特征, 汇总主要评价方法和国内研究进展具有重要的现实意义。加快湿地生态状况评价应用、出台湿地生态状况评价标准、开拓更新生态状况评价方法是今后研究发展的重点任务。