基于PSR框架模型的东溪流域生态系统健康评价，本文主要内容关键词为：溪流论文,生态系统论文,框架论文,模型论文,评价论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
文章编号：1007-7588(2008)01-0107-07
1 前言
河流常被人们称为地球的动脉，是地球陆地表面因流水作用而形成的典型地貌类型[1]。健康的河流生态系统具有良好的恢复能力和自我维持能力，即对污染能稀释、降解，对干扰能化解排除；能满足原生生态系统基本的水需求，能满足河流生态系统生物、河岸生态系统生物生存的基本需要；具有相对稳定性，河流特征不出现重大改变，对邻近的生态系统和人类没有大的危害；能够发挥正常的生态功能、景观功能、旅游休闲功能、体现一定的水文化内涵[2,3]。河流生态系统健康状况受多种因素制约。流域作为河流生态系统的外源影响因素，其气候、地质特征和土地利用状况等决定着流域内河流的径流、河道、基质类型等理化特征。要维持一个健康的河流生态系统，首先要创建一个健康的流域环境，而健康的河流生态系统又是健康流域的基础[4,5]。流域生态系统的健康状况受自然变化和人类活动的双重影响。当前，不合理的人类活动对流域的生态健康造成了严重威胁：工业污水、城镇生活污水的排放、畜禽养殖污染和农药化肥的过度施用，对流域水环境造成严重污染；无序的水力资源开发、水利工程的建设导致河道生境片断化、破碎化；土地资源的不合理占用，导致植被破坏、水土流失加剧，进而影响流域的水文生态过程，造成洪涝等灾害频繁发生。对流域生态系统进行健康评价，将为流域的规划、管理和保护以及流域综合治理提供决策依据，对于促进流域生态系统的健康、稳定，促进流域的经济、社会和环境可持续发展在理论和实践上都有重要意义[5,6]。
2 生态系统健康的内涵及评价方法
生态系统健康是生态系统的综合特征，一般认为，生态系统健康有两个层次，首先是生态系统自身状态健康，其次，能够提供相应的服务功能。生态系统健康概念的提出有将近20年的历史，1988年，Schaeffer等首次探讨了有关生态系统健康度量的问题[7]，1989年，Rapport论述了生态系统健康的内涵，从此生态系统健康研究成为研究的热门课题。目前，生态系统健康研究主要集中在单个生态系统，如湖泊、河流、湿地、森林和农业生态系统，针对不同类型的生态系统，研究者都提出了各自定义。同时，针对评价方法，目前采用的既有反映生态状况的指标体系的方法，也有体现生态系统组织、结构和功能的合成指标的方法。如在加拿大和美国政府联合进行的“大湖地区生态系统健康状况的评价”项目中，选取的指标涵盖从农业、工业和人群生活污染的压力指标以及包括水体环境的物理、化学、生物方面的生态系统响应指标，同时还有相关的经济机会和对人类健康的风险[8]。徐等（1999年）提出了一套淡水生态系统健康评价的响应指标，包括通过分析酸化和重金属、油类、杀虫剂等对生态系统的压力，进而分析生态系统在结构、功能和系统水平方面的响应。到目前为止，无论采用指标体系还是综合指标，都没有相对较成熟的评价方法[9,10]。
“压力—状态—响应”(PSR)概念模型是由联合国OECD和UNEP提出的[1][2]，李苏楠等利用PSR概念模型和层次分析法，建立了西藏曲松县生态安全评价体系，综合评价了曲松县生态安全现状[13]。蒋卫国等以生态系统健康及PSR框架模型作为研究方法，根据湿地生态系统的特点，建立一套湿地生态系统健康评价指标体系，对辽河三角洲湿地生态系统健康进行了评价[14]。PSR模型突出了环境受到的压力和环境退化之间的因果关系，压力、状态、响应三个环节相互制约、相互影响，正是决策和制定对策措施的全过程[5,15]。PSR框架模型以及评价指标体系具有系统性、可操作性、易获取性、可比性，但是确定各评价指标的权重是该方法的难点[15]。目前，国内流域生态系统健康评价还处于研究阶段，对流域生态系统健康评价的方法也没有形成统一的标准。具体评价方法有指示物种法和指标体系评价法[16]。采用指示物种法评价流域生态系统健康时存在指示物种的筛选标准不明确，有些采用了不合适的类群等；一些监测参数的选择不恰当给生态系统健康评价带来偏差等问题[16]。龙笛等以“自然条件限制因子—流域生态健康指示因子—人类活动影响因子”为评价结构建立流域生态系统健康评价体系的方法对滦河山区流域和北四河平原流域生态系统健康进行评价[5]。本文试图借鉴前人对生态系统健康研究的基础，通过基于PSR的评价指标体系，探索流域生态系统健康评价的方法。
3 研究区概况
东溪流域地处我国福建省漳州市南部，属于亚热带地区，位于东经116°55′～117°22′，北纬23°35′～24°10′，东与云霄县接壤，北为平和县，西邻广东省，南濒东海交汇处（图1）[17]。流域面积1148km[2]，主河道长93.3km。东溪发源于平和县大芹山，上游有大溪和庵下溪两大支流，其间有金溪、湖内溪、赤水溪等汇入干流，东溪最后汇入宫口港。诏安东溪流域属南亚热带海洋性季风气候，气候温和、雨量充沛、雨热同期，多年平均气温在21℃以上。诏安东溪地形由分水岭向河床急降，为陡坡地形，并由上游中低山、低山丘陵向下游波状台地和冲海积平原呈阶梯式降落，呈一狭长的流域。土壤类型多样，土壤资源丰富。东溪上游污染日趋严重，上游九个乡镇的生活污水、养殖废水、过量使用农药化肥产生的面源污染，致使东溪水质有所下降。2006年东溪中游新安渡槽下水质监测资料表明，粪大肠菌群严重超标，氨氮、总磷与溶解氧等部分监测值超过第Ⅱ类水质标准，严重威胁饮用水源地保护区水质的安全。随着水力发电规划工程的实施，东溪部分河段变成了脱水河段，水生生境破碎化，入海口处泥沙淤积严重。2005年诏安县GDP总量为442273×
元；第一产业182898×元；第二产业110929×元；工业96460×元；建筑业14469×元；第三产业148446×元；水利、环境和公共设施管理也1625×元。人均GDP为7625元[18]。
图1 东溪流域示意
Fig.1 The map of Dongxi River watershed
4 评价指标体系与方法
本文应用“压力—状态—响应”(PSR)概念模型作为诏安东溪流域生态系统健康评价指标体系的基本框架（图2）。在PSR框架内，某一类环境问题可以由3个不同但又相互联系的指标类型来表达：压力指标反映人类活动给环境造成的负荷；状态指标表征环境质量、自然资源与生态系统的状况；响应指标表征人类面临环境问题所采取的对策与措施。流域生态系统健康评价框架具有非常清晰的因果关系，即人类活动对环境施加一定的压力，环境状态就会发生相应的变化，而人类社会针对环境状态的变化作出反应，以恢复环境质量或防止环境退化[15,19]。
图2 流域生态系统健康评价框架
Fig.2 The assessment framework of ecosystem health in River basin
4.1 指标体系构建
4.1.1 构建原则 首先从遵循生态系统的一般规律出发，切实反映流域生态系统的本质特性，其次考虑流域的区域特征，东溪为我国南方地区直接入海河流。最后考虑到最近几年来区域经济的快速增长，人类活动对生态环境的破坏日益严重。为了客观、全面地评价流域生态系统健康状况，本文遵循科学性、系统性、完备性、可比性和可操作性的原则[14]。
4.1.2 构建方法 根据上述原则，从压力、状态、响应3个方面选取能切实反应流域生态系统健康状况的指标，评价指标体系归纳为： ①目标层：以流域生态系统健康综合指数作为总目标层； ②项目层：包括生态环境系统压力(U[,1])，生态环境系统状态
，生态环境系统响应
；③指标层：指标层是由可直接度量的指标构成[10,11]，指标数据来源和代表的含义见表1。具体指标如图3所示。
4.2 指标权重分配
根据流域生态系统的特点和各评价指标对流域生态系统健康的贡献大小，采用专家经验法对项目层和指标层的评价指标进行权重分配，项目层指标权重分配为：压力(U[,1])是0.4，状态是0.4，响应是0.2。指标层指标权重分配见表3。
图3 流域生态系统健康评价指标体系
Fig.3 The indicator system for ecosystem healty assessment in River basin
4.3 指标标准化
由于指标体系中的各项评价指标的类型复杂，各系数之间的量纲不统一，各指标之间缺乏可比性。例如，人均拥有水资源量、年降雨量等指标与流域生态系统健康成正相关，水资源开发利用率、河道原有自然生境改变率等指标与流域生态系统健康成负相关。因此，在利用上述指标时，必须对参评因子进行标准化处理。为了简便、明确、易于计算，首先对它们的实际数值进行等级划分，分为五级，然后根据它们对流域生态系统健康影响的大小及相关关系对每个等级给定标准化分值，标准化分值设定在0～1之间，具体见表2[9～21]。
4.4 东溪流域生态系统健康综合评价
流域生态系统健康综合指数(E)为：
式中：E表示流域生态系统健康综合指数；W[,i]表示各指标的权重；X[,i]表示各指标赋值结果[3]。
按照流域生态系统健康综合指数从高到低排序，反映其从优到劣的变化，评价结果共分为5个等级：①[0.8,1.0]处于良好状态；②[0.6,0.8]处于较好状态；③[0.4,0.6]处于警戒状态；④[0.2,0.4]处于较差状态；⑤[0,0.2]处于极差状态。根据流域生态系统健康综合指数(E)所对应的等级，确定流域生态系统健康状况[13,14]。
根据东溪流域各评价指标的现状值，确定各评价指标值对应的等级及相应的标准化分值范围，再用插值法计算该指标的标准化分值X[,i]，具体见表3。
东溪流域生态系统健康评价是评价2006年东溪流域生态系统健康状况。结果表明：东溪流域生态系统健康评价指数(E)为0.5898，处于[0.4,0.6]之间，表明东溪流域生态系统健康处于警戒状态。其中压力指数(U[,1])为0.2348÷0.4=0.587，表明东溪流域生态系统承受的压力比较大，状态指数为0.2504÷0.4=0.626，表明生态系统现状一般，响应指数为0.1046÷0.2=0.523，表明人类针对流域生态系统的压力和状态采取了一定的响应措施，但响应措施的效果不是很理想。总体来说，东溪流域生态系统健康处于警戒状态。与东溪流域的实际情况基本相符。
5 结论
东溪流域工业发展比较缓慢，以食品、饮料、造纸、化工等轻工业为主，万元GDP COD排放强度为0.12kg，点源污染对东溪流域生态系统健康造成的压力不大。但是农药、化肥的施用量比较大，农药施用强度为31kg/
，化肥施用强度为1559kg/，畜禽养殖污染、生活污水不经处理直接排入东溪带来的面源污染比较严重，因此，农药、化肥的大量施用，畜禽养殖污染等引起的面源污染对东溪流域水环境的压力很大。必须采取措施对东溪中、上游进行综合整治，控制农药、化肥的施用量，建立污水处理厂，对畜禽养殖进行综合整治。东溪流域水土流失程度达23.1%，流域内水土流失比较严重。必须采取措施减少水土流失，结合水土流失现状进行水土保持规划分区，实施生态公益林保护和建设，保护好流域内林地资源，25度以上的坡地退耕退果等等。东溪流域河道原有自然生境改变率达53.7%，相对国内其它流域来说不是最高的，但是，大部分引水式电站没有设计最小下泄流量，水坝下游河段脱水很严重，径流式电站如果出现故障也可能引起下游河道脱水。河道脱水对河道水生生态系统影响很大，必须采取措施保证河道最小下泄流量。
收稿日期：2007-04-04；修订日期：2007-08-03