作者简介:朱颖(1973—),女,安徽萧县人,副教授,从事风景园林规划设计理论与实践研究。E-mail:zhuying@mail.usts.edu.cn
基于生态恢复理论和成效评估逻辑框架,从环境质量、物种多样性、景观格局和社会服务等4个方面选取相应指标,建立一套评估湿地公园生态恢复成效的指标体系,以太湖国家湿地公园为实证,对太湖国家湿地公园的生态恢复成效进行科学评估。结果表明:太湖国家湿地公园生态恢复成效指数从2005年的34.10分升至2015年的73.95分,湿地公园生态系统状况改善较为明显,生态恢复成效较为显著,为保障湿地公园得到良性发展,太湖国家湿地公园在注重生态恢复的同时,采用多学科研究与适度开发的方法,发挥出应有的生态效益和社会效益。
Based on the ecological restoration theory and the effectiveness evaluation framework,this paper chose the corresponding indexes from four aspects: environmental quality,species diversity,landscape pattern and social service,and established an index system to evaluate the ecological restoration effect of wetland park. The park is an empirical assessment of the ecological restoration of Taihu National Wetland Park. The results showed that the ecological restoration performance index of Taihu National Wetland Park increased from 34.10 points in 2005 to 73.95 points in 2015,the improvement of wetland park ecosystem status was more obvious,and the effect of ecological restoration was remarkable. To ensure the healthy development of wetland park,Taihu National Wetland Park paid attention to the ecological restoration; meanwhile, the method of multi-disciplinary research and appropriate development were used to play the ecological benefits and social benefits.
生态恢复是协助一个受损生态系统逐渐修复、并实现健康发展的动态过程, 通过对生态恢复的评价, 能有效判断生态恢复的成效以及结果与目标之间的差距, 从而为下一步工作提供决策依据。现阶段, 生态恢复成效评估已是国内外瞩目的焦点以及相关学科研究的重点[1]。生态恢复成效评估研究主要体现在生态恢复目标[2, 3, 4]、生态恢复成效评估指标[5, 6]及评估方法[7, 8]等3个方面, 研究多集中在湖泊[9, 10]、淡水湿地[11]、滨海湿地[12, 13]、流域[14, 15]、森林[16]等领域, 而关于湿地公园的生态恢复成效评估研究相对较少。随着湿地公园建设的快速发展, 湿地公园生态恢复处于越来越重要的地位, 在生态恢复方面的大量投入也成为对生态环境改善的一种措施。对湿地公园生态恢复进行评估, 可以掌握当前生态状况、变化方向等方面内容, 不仅可以指导湿地公园生态恢复与重建, 还可为湿地公园生态建设和后期可持续发展提供决策支持。随着我国湿地公园建设深入开展, 生态化的湿地公园建设也必将成为重要内容, 开展湿地公园生态恢复成效评估研究显得尤为迫切。
当前对太湖国家湿地公园的研究多集中在规划设计[17]和景观评价[18]等方面。在已有生态恢复成效评估方法的基础上, 建立湿地公园生态恢复成效指标体系, 以层次分析法(AHP)-变异系数法-综合指数法为基础建立综合评估模型, 实现其成效的定量化研究。明确太湖国家湿地公园生态恢复成效, 分析其生态恢复成败的关键因素, 旨在为我国湿地公园生态恢复建设及管理提供科学参考。
太湖国家湿地公园规划用地面积460 hm2, 其中水域面积282.4 hm2, 占湿地公园总面积的61.4%; 绿地面积133.4 hm2, 占湿地公园总面积的29%。公园内部物种资源丰富, 湿地植物种类多样, 包括浮水植物和维管植物共357种; 动物包括底栖动物、鱼类、鸟类等共443种, 其中鸟类173种, 占公园物种种类数量的39%。
苏州市自2006年起开始规划建设太湖国家湿地公园, 开展以生态功能保护与恢复等生态效益为主的生态基础设施建设, 主要措施包括营造近自然的湿地、特色植物景观配植和建造生境岛等。作为2011年成为全国首批12个正式授牌的国家级湿地公园, 截止2016年底, 公园年人流量约55万人, 具有一定的休闲旅游价值。太湖国家湿地公园在发展旅游业的同时, 还开展科普教育活动, 建设热带沙生植物科普馆及湿地知识长廊等科普教育设施, 增强科普教育功能, 成为一处健全而多样化生态教育和生态旅游基地[19]。
太湖国家湿地公园生态恢复成效评估指标的选取与湿地公园所在区域概况、生态恢复目标、评估方法和指标用途等因素密切相关。本研究依据国家或地方相关标准和规范, 如《国家湿地公园评估标准》、《国家湿地公园建设规范》, 以及影响力较高的学术专著或文献[8, 9]等初选各项评价指标。根据太湖国家湿地公园基础资料和实地勘察的情况, 结合文献资料对各指标的优缺点分析并加以取舍, 从中优选主要指标作为评估指标:(1)目标层A为太湖国家湿地公园生态恢复成效评估; (2)准则层B包括环境质量、物种多样性、景观格局、社会服务, 分别标记为B1、B2、B3、B4; (3)指标层C共有14个指标, 依此标记为C1 ~ C14, 最终建立3个层次的生态恢复成效评估结构模型(表1)。
2.2.1 环境质量
根据太湖国家湿地公园2015年环境质量实地调查和对《苏州市环境状况公报》等政府报告和文献资料的研究, 针对性选取水体质量、水质状况、沉积物质量等定量指标, 得到水体富营养化程度、湿地水污染面积、特征污染物等相关具体数据。
2.2.2 物种多样性
基于太湖国家湿地公园内部自然环境和生态特性, 选取湖底栖动物、水鸟、植被等定量指标, 研究太湖国家湿地公园物种多样性的丰富程度, 通过实地调查、样品采集与处理、资料收集和文献参考等方法, 获得湖底栖动物、水鸟、植被2005和2015年的具体数据。
2.2.3 景观格局
基于景观格局指数的生态学意义, 收集太湖国家湿地公园2005和2015年卫星遥感图(图1), 选取景观自然性、多样性、绿化覆盖率等指标研究景观格局的变化趋势及其意义。通过ARCGIS10.2、ArcView3.2、Fragstas 4.2等软件对遥感影像数据进行处理分类, 得到景观格局变化的数据。
2.2.4 社会服务
社会服务的指标大多是定性指标, 将定性指标定量化的方法主要通过专家打分和公众问卷调查进行搜集, 并结合CVM条件价值法[21]进行数据处理。针对太湖国家湿地公园自身的社会服务功能, 以湿地公园经济和生态效益为前提, 选取相应的定性指标, 通过政府数据报告、影响较高的学术研究文献、专家咨询和问卷调查等方法, 将指标进行定量化处理, 获得相关具体数据。
2.3.1 层次分析法
层次分析法(AHP)是一种主观赋权法。计算步骤:(1)依据方法原理, 提取主要因素与指标, 得到递阶层次结构; (2)构造判断矩阵, 利用1 ~ 9标度法, 通过专家打分对因素层和子因素层间各元素间的相对重要性进行赋值[22], 得出相应的判断矩阵A=[bij], 其中bij为因素i相对于因素j的重要性赋值[23]; (3)通过根法算出判断矩阵A的最大特征根λ max和特征向量w; (4)对判断矩阵的一致性加以检验[24], 判断得到的权值分配是否合理。此时的特征向量w就是权重向量。
2.3.2 变异系数法
变异系数法是一种客观赋权的方法, 依据获取的数据求权重, 在评估指标体系中, 指标取值差异越大的指标, 指标越难以实现, 更能直观地反映被评估单位的差距。变异系数法一般计算步骤:
①计算各项指标的变异系数
vi=
式中:vi为i项指标的变异系数; σ i为第i项指标的标准差; xi为第i项指标的平均值。
②计算各指标权重
w'i为变异系数法所计算的权重值。
2.3.3 确定综合权重
太湖国家湿地公园生态恢复成效的各因素之间的关系较复杂, 存在主、客观因素。为减少主观性, 使评估结果更加合理、客观, 归纳2种方法的优缺点, 结合层次分析法(AHP)和变异系数法的2种权重结果, 确定各指标权重, 计算公式为:
式中:wi表示指标的组合权重; w'i为变异系数法所计算的权重值; w″i为AHP法所计算的权重值; 采用组合赋权法为“ 乘法” 集成法, 是乘法合成的归一化处理, 适用于指标个数较多、权重分配较均匀的情况。
运用AHP求出各层次及14个指标的权重, 进行一次性检验; 通过公式(1)(2)得到14个指标的变异系数法权重, 通过公式(3)得到14个指标的综合权重, 结果见表2 ~ 4。
采用综合指数法对太湖国家湿地公园的生态恢复成效作评估。首先计算元指标值。根据各指标因子对太湖国家湿地公园生态恢复成效带来的影响力和作用方向, 利用正指标和逆指标来表现, 公式如下:
正指标D=F/R;
逆指标D=1-F/R。
式中, D、F、R分别表示指标计算值、实际值、参考值。
指标值与综合指数的计算:
式中:REI指太湖国家湿地公园生态恢复成效评估指数; Di是第i个评估指标因子的评估指数; Wi是第i个指标的权重。
参照文献[25]规定, REI位于0 ~ 100之间, 通过等间距法把生态恢复成效指数分为5个等级(表5)。
以太湖国家湿地公园生态恢复成效评估体系及评估指标为基础, 对太湖国家湿地公园2005和2015年生态恢复成效进行综合评估。其中, 评估指标体系中各指标参考值是衡量测量值基准的依据, 各指标参考值的确定, 依据的是国家或地方相关标准和规范、相关领域的研究成果, 无量纲的值位于50~100之间。如表6, 7所示, 用100%或100作为评价标准的定性指标, 如科
研科普价值、地域文化传承价值等, 通过实际值与参考值之比, 算出指标分值, 得出无量纲化表。最后, 采用综合指数法, 依据前文对各评估指标的赋值及各指标权重计算得出太湖国家湿地公园2005和2015年生态恢复成效指数(表6~8)。
通过计算得出, 2005年太湖国家湿地公园的生态恢复成效指数REI为34.10分, 表明在建成初期生态状况较为恶化, 内部生态系统发生退化。2015年太湖国家湿地公园生态恢复成效指数REI为73.95分, 表明2015年太湖国家湿地公园生态状况有所改善, 生态恢复成效较显著, 内部环境适宜, 生境质量较好, 有较高的稳定性。
3.2.1 环境质量
环境质量从生态恢复前的9.82升至生态恢复后的16.38, 其中水质状况上升幅度较大, 从6.61升至11.84, 变化率为79.12%, 说明在太湖国家湿地公园建设过程中, 通过围堰、清淤、重构湿地地形及水系后, 使得水深、流速等水动力条件等都有了显著改善, 水质改善较为明显。水体和沉积物质量也有一定程度的提高, 太湖富营养化程度有所减轻, 湖区生态系统向良性循环发展, 补充有效控制磷、氮污染物的措施, 加强畜禽养殖污染治理, 湖泊生态修复工程发挥很大的作用。
3.2.2 物种多样性
物种多样性从生态恢复前的13.40升至生态恢复后的30.56, 总体变化较显著, 尤其是水鸟种类的多样性有显著提高, 物种数由45种增至173种, 变化率高达284.45%。太湖国家湿地公园在生态恢复过程中重视鸟类的保护, 将鸟类的保育列为首要前提。湖底栖生物的物种数由40种增至69种, 分值变化从7.73升至13.33, 变化幅度为72.45%。植被指标得分从1.97升至3.02, 表明太湖国家湿地公园在植被方面的恢复成效较为明显, 植被物种数由233种增至357种; 乡土树种, 如香樟、水杉等都得以保留, 生态恢复过程中多选用本地树种进行人工绿化种植, 湿地公园片区未出现外来种大面积取代本地种的现象。
3.2.3 景观格局
景观格局从生态恢复前的5.99升至生态恢复后的10.06, 景观格局方面各指标的分值差别较小, 其中湿地景观自然性和景观破碎度分值变化相对较大, 而景观多样性和均匀度分值变化相对较小, 湿地公园内部水域斑块数量多, 水域环境丰富, 整体景观优势度高。景观多样性和景观均匀度分值变化不高, 主要原因是近年来对湿地公园开发和建设强度不断增大, 人工湿地景观不断增加, 人为管理的痕迹愈加明显, 各景观类型组成要素间的结构比例差异在上升, 这种人为干扰导致景观多样性变化较低, 均匀度也随之变低[32]。植被覆盖率由恢复前的40.20%升至恢复后的59.36%, 植物群落数量增多, 种类也十分丰富。
3.2.4 社会服务
社会服务指标的变化幅度相对较大, 从生态恢复前的4.90升至生态恢复后的16.95, 其中科研科普价值指标权重占整个生态恢复成效评估体系的较高比重, 从2.57升至10.29, 说明在太湖国家湿地公园的建设为旅游设计者建设同时, 通过增设湿地研究和鸟类研究中心, 满足科学研究和考察的需求。旅游休闲价值和地域文化传承价值的分值变化也较明显, 分别从1.54升至4.35和0.79升至2.31。太湖国家湿地公园的文化氛围浓厚, 兼顾田园、渔耕文化等多种太湖文化, 文化宣传和旅游休闲相结合, 提高了整体的经济和社会文化效益。
太湖国家湿地公园生态恢复从2005年的34.10升至2015年的73.95, 变化率为116.86%, 生态恢复成效总体较为显著。受指标作用的影响, 其中准则层变化最大的是社会服务, 究其原因在于太湖国家湿地公园在保障生态效益的同时, 着重提升其社会效益, 注重湿地生态科教和休闲旅游的建设; 因子层指标变化最大的是水鸟, 原因在于太湖国家湿地公园在生态恢复建设过程中实施了鸟类保护的各项措施, 成效显著。从湿地公园2005年与2015年数据对比分析得出, 环境质量成效变化幅度为66.80%, 其中水体、沉积物质量得到大幅提高; 物种多样性上升幅度为128.06%, 通过地形改造、基质恢复等措施有效改善种群动态及群落组成, 促进生态系统结构和功能的提升; 景观格局方面的恢复成效变化幅度为67.95%, 虽然自然景观所占比例升高, 但在湿地公园大规模开发和利用的同时, 人工面积也大幅增加, 各景观类型组成要素间结构比例差异在上升, 导致湿地景观多样性和均匀度变化较小。社会服务方面变化较大, 为245.92%, 内部生态系统、动植物种群等较为丰富, 兼具很好的旅游休闲和科研科普价值; 文化底蕴浓厚, 具有良好的文化宣传和旅游休闲功能, 对湿地公园社会服务功能发挥具有重要意义。
通过对太湖国家湿地公园生态恢复成效进行阶段性评估, 有助于归纳当前湿地公园生态恢复的经验, 提供实时改善生态恢复的措施, 对后续的跟踪与评估, 需要制定综合的生态保护与建设规划, 建立和完善相应的旅游和监管体系, 保障太湖国家湿地公园健康有序的发展, 也为我国其他湿地公园生态恢复建设及管理提供借鉴。
4.2.1 构建太湖国家湿地公园生态恢复成效评估体系
对太湖国家湿地公园生态恢复的目标进行总结, 从生态系统结构和功能、社会服务等方面选取能反映生态恢复成效的湿地公园生态恢复成效评估指标, 建立一套涵盖环境质量、物种多样性、景观格局、社会服务等方面的指标体系。
本研究选取评估指标时, 不仅关注湿地公园生态结构和功能, 同时也关注湿地公园的社会服务功能, 这也是湿地公园生态恢复成效与自然湿地不同之处。此外, 基于对数据可获取性的考虑, 在对湿地公园的生态功能和社会服务进行评价时, 通过对一些容易获取数据的结构指标进行表征, 帮助湿地公园生态恢复成效进行更为精确的评估。
4.2.2 应用层次分析法(AHP)-变异系数法-综合指数评估模型
这是以层次分析法(AHP)、变异系数法为基础、以综合指数法为等级划分的一种综合评估模型。AHP是以行业人员和专家的意见为主, 评估指标权重值的合理性通常较高, 但主观随意性较大; 引入变异系数法确定权重系数, 保证数据的客观性, 避免指标权重均衡化的不足, 直观数据间的微小差异。对各评估指标恢复前后的变化进行分级和赋分, 得出太湖国家湿地公园生态恢复成效指数, 依据综合指数法计算出具体分值, 对生态恢复成效进行定量评估, 使评估更加客观, 并具有较强的可操作性。
(责任编辑 张瑞麟)
The authors have declared that no competing interests exist.
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