七星濕地生態系統健康評估范文
本站小編為你精心準備了七星濕地生態系統健康評估參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。
摘要
以遼河保護區七星濕地為研究對象，采用主成分分析法與相關性分析法篩選濕地生態系統健康評價指標，構建了由化學需氧量（CODMn）、總磷（TP）濃度、氨氮（NH3N）濃度、葉綠素a（Chla）濃度、溶解氧（DO）濃度5個指標構成的濕地生態系統健康綜合評價指標體系，以表征濕地生態系統的水環境質量、水生生物和棲息地環境質量特征；運用綜合指數法對七星濕地生態系統健康狀況進行評價。結果表明：七星濕地13個采樣點中，6個為亞健康等級，6個為一般病態等級，1個為疾病等級；七星濕地總體生態系統健康狀況為亞健康等級。
關鍵詞
遼河保護區；七星濕地；生態系統健康；主成分分析；綜合指數
濕地是地球上水生與陸地生態系統的過渡區，具有物產豐富、水量平衡、滯納洪水、調節局地氣候、去除污染物、提供野生生物棲息地、休閑旅游和維護區域生態平衡等重要功能，與森林、海洋一起并稱為全球三大生態系統。濕地是自然界富有生物多樣性和較高生產力的生態系統，具有巨大的生態、經濟和社會效益。隨著濕地系統的急劇減少，引發了一系列生態環境問題。
國內外學者從生態學、地貌學、地理學、水文學、環境學以及經濟學等方面對濕地生態系統進行了多方面的研究，濕地生態系統健康評價是其中的研究熱點之一。如Parker等建立了考慮棲息地大小、植被覆蓋率、生境多樣性和植物組成的濕地快速健康評價指標體系，對棲息地的狀態進行評價；Spencer等建立了從濕地、土壤、邊緣植物（fringingvegetation）、水生植物和水質4個方面的快速評價永久性漫灘濕地健康狀況的指標體系，對澳大利亞東南部的WrrayDarling盆地內永久性漫灘濕地健康狀況進行評價，并與長期實測值進行對比；崔保山等分別建立了濕地、湖泊生態系統建康評價指標體系，對濕地、湖泊生態系統健康進行評價；高陽等建立了以自然狀態河段為本底，基于河道濕地緩沖帶復合指標的京郊河溪近自然生態評價體系，對位于北京懷柔區二級水源保護區內的懷九河進行了分段近自然生態評價。濕地是遼河保護區生態系統中最重要的組成部分，發揮著遏制河道斷流和濕地萎縮、維持河流和濕地的正常生態功能、保護水環境質量和生態平衡、實現流域水資源和水環境的可持續利用等重要作用。通過科學地分析濕地的生態功能，對濕地生態現狀做出客觀正確的評價，以期為制訂合理的濕地保護對策提供依據。
1研究區域
1、1研究區域概況七星濕地位于遼河保護區中部，是典型的支流河口濕地，用于阻控西小河、萬泉河、羊腸河及長河等4條支流中的污染物，凈化支流來水，減輕遼河干流污染負荷，也是遼河保護區管理局重點建設的大型支流匯合口濕地，在遼河保護區內具有典型性和示范作用。遼河保護區七星濕地建設工程位于遼寧省沈陽市沈北新區黃家街道北部，毗鄰遼河石佛寺水庫。項目借助自然河道水系，在萬泉河、西小河、羊腸河及長河4條河流回流的下游修建2座鋼壩閘和1座溢流壩，攔蓄河水。目前已形成濕地面積667hm2，水深15m，蓄水量1000萬m3。
1、2樣品采集與分析研究區域內共布設13個采樣點（圖1），于2012年8—10月開展七星濕地生態系統健康野外調查與監測，每月監測1次，對采集的樣品進行水溫、pH、化學需氧量（CODMn）、氨氮（NH3N）濃度、硝氮（NO3N）濃度、亞硝氮（NO2N）濃度、電導率（EC）、總磷（TP）濃度、葉綠素a（Chla）濃度、溶解氧（DO）濃度、氧化還原電位（ORP）等監測，結果見表1。現場采樣和實驗室內分析均參照《水和廢水監測分析方法》進行。
2濕地生態系統健康評價模型
2、1候選指標的篩選方法利用主成分分析（principalcomponentanalysis，PCA）對候選評價指標進行主成分提取。根據提取主成分個數累計方差＞70％的原則，按照最大方差旋轉法（varimax），保留旋轉因子載荷值為04左右的指標作為下一步待篩選指標；對余下的候選指標進行正態分布檢驗，符合正態分布的指標采用Pearson相關分析，不符合正態分布的指標采用Spearman秩相關分析；最后根據顯著性水平確定指標間的相關程度。結合指標實際重要程度，選取其中相對獨立和重要的指標作為評價指標，上述分析過程在SPSS190統計軟件中完成。
2、2綜合指數法綜合指數法是常見的多指標綜合評價法，通過將調查分析得到的數據與標準值或參照值進行比照，轉化成量化值，然后加權合成，得到濕地生態系統健康的綜合指數值。根據總指數的分級數值范圍，確定濕地生態系統的健康等級。
3七星濕地生態系統健康評價
3、1指標體系的建立
3、1、1候選指標體系的組成在遵循完整性、代表性、可操作性、可行性、定性和定量，并對人類干擾有明顯的響應關系，且能夠全面反映七星濕地生態系統健康的不同特征屬性的原則下，選取能夠反映水環境質量、水生生物特征及棲息地環境質量的11個特征指標作為七星濕地生態系統健康評價的候選指標。其中，反映水環境質量狀況指標8項，包括水溫、pH、化學需氧量CODMn、NH3N濃度、NO3N濃度、NO2N濃度、EC、TP濃度；反映水生生物特征指標1項，為Chla濃度；反映棲息地環境質量指標2項，包括DO濃度、ORP。
3、1、2指標篩選對11項指標進行主成分分析，按照積累方差貢獻率＞70％的原則提取3個主成分（表2）。O第一主成分包括pH、ORP、DO濃度；第二主成分包括EC、NH3N濃度、Chla濃度；第三主成分包括CODMn、TP濃度。由于pH在各采樣點波動較小，ORP與DO濃度顯著相關，EC與TP濃度顯著相關，根據實際情況，保留DO濃度、NH3N濃度、Chla濃度、CODMn、TP濃度5項指標為七星濕地生態系統健康評價的核心指標。其中，水環境質量由NH3N濃度、CODMn、TP濃度構成；水生生物特征由Chla濃度構成；棲息地環境質量由DO濃度構成。
3、2濕地生態系統健康評價
3、2、1指標權重的確定通過每項指標對應的主成分的特征值、方差貢獻率、累計方差貢獻率以及初始載荷值，計算各指標的權重。
3、2、2評價等級和標準的確定依據GB3838—2002《地表水環境質量標準》構建七星濕地生態系統健康評價標準，見表4。七星濕地生態健康綜合評分等級，見表5。
3、2、3七星濕地生態系統健康評價依據評價標準，根據五分法對各指標進行評分；通過加權平均法計算各指標分值；為便于區分采樣點間得分的差異，將各指標加權平均后的得分乘以20，使5項指標的分值介于0～20，計算得到濕地生態系統健康綜合評分，滿分為100分。將分值劃分為0～20、＞20～40、＞40～60、＞60～80和＞80～100共5個等級，分別代表河流水生態系統的疾病、一般病態、亞健康、健康和很健康等級狀況（表5）。七星濕地生態系統健康評價結果詳見表6。2＃與7＃采樣點的濕地生態系統健康狀態不佳的原因在于分別受萬泉河與長河水質的影響，萬泉河與長河的匯入，給濕地帶來了大量的工業廢水和生活污水，其水中CODMn、NH3N和TP的濃度遠超出地表水Ⅴ類水質標準（GB3838—2002），使得濕地水環境質量處于不健康水平，從而導致健康水平的下降。9＃采樣點濕地生態系統健康狀態不佳主要是受長河水質的影響，水中TP和Chla濃度較高，會在一定程度上促使水體中藻類生長相對旺盛，使水體呈富營養化趨勢，造成了生物多樣性在一定程度上的減少和水環境質量的下降，從而導致健康水平的下降。相反，污染物經過濕地內部的凈化作用，在濕地出口處濃度明顯降低，12＃與13＃采樣點的濕地生態系統健康狀態較好。通過遼河保護區濕地恢復與建設工程的不斷深入，七星濕地生態系統健康狀況將會不斷改善。
4結論
（1）通過主成分分析與相關性分析，從11個候選指標中篩選出5個指標，所建立的綜合指標體系能夠從水環境質量、水生生物特征、棲息地環境質量方面反映遼河保護區支流匯入口人工濕地生態系統健康狀況。因此，根據人工濕地的不同類型，可選取化學需氧量（CODMn）、總磷（TP）濃度、氨氮（NH3N）濃度、葉綠素a（Chla）濃度、溶解氧（DO）濃度作為遼河保護區濕地生態系統管理策略優選模型。（2）采用綜合指數法對七星濕地生態系統健康狀況進行評價，13個采樣點中，6個為亞健康等級，6個為一般病態等級，1個為疾病等級。七星濕地總體生態系統健康狀態為亞健康等級。（3）七星濕地重要支流河的匯入，為濕地帶來大量的工業廢水和生活污水，水體中營養物濃度較高，CODMn、NH3N和TP濃度超出地表水Ⅴ類水質標準（GB3838—2002），河流水環境質量和生境受到較為強烈的干擾，應在河流兩岸加強植被緩沖帶建設。
5展望
（1）七星濕地生態系統健康評價僅根據2012年豐水期的調查和監測數據完成的，還應對不同水期進行長時間定點調查與監測，進而對七星濕地生態系統健康進行分期與分類評價，以確定遼河保護區濕地生態系統管理目標，為遼河保護區濕地生態系統管理提供技術保障。（2）濕地毗鄰河流，水體污染等水環境效應對濕地功能、結構等影響顯著。反過來，濕地系統能夠去除河流中污染物等功能對河流系統也有顯著作用。因此，在科學評估濕地生態系統健康的前提下，采用最節能環保的方式，最大限度地減少對濕地的干擾性、破壞性行為，適度有序地發揮濕地的多種功能。
參考文獻
［1］牛，劉賢德，張宏斌，等．黑河流域中上游濕地生態功能評價［J］．濕地科學，2007，5（3）：215220
［2］PAKERK，HEADL，CHISHOLMLA．AconceptualmodelofecologicalconnectivityintheShellharbourLocalGovernmentArea，NewSouthWales，Australia［J］．LandscapeandUrbanPlanning，2008，86（1）：4759
［3］SCARDIM，CATAUDELLAS，DATOPD．Anexpertsystembasedonfishassemblagesforevaluatingtheecologicalqualityofstreamsandrivers［J］．EcologicalInformatics，2008，3（1）：5563
［4］崔保山，楊志峰．濕地生態系統健康研究進展［J］．生態學雜志，2001，20（3）：3136
［5］胡會峰，徐福留，趙臻彥，等．青海湖生態系統健康評價［J］．城市環境與城市生態，2003，16（3）：7175［6］高陽，高甲榮，李付杰，等．基于河道濕地緩沖帶復合指標的京郊河溪生態評價體系［J］．生態學報，2008，28（10）：51495160
［7］郅二銓．遼河保護區七星濕地凈化效果及其機理研究［D］．北京：北京師范大學，2013
［8］隋志男，郅二銓，姚杰，等．三維熒光光譜區域積分法解析遼河七星濕地水體DOM組成及來源［J］．環境工程技術學報，2015，5（2）：114120
［9］趙偉偉，段亮，宋永會，等．遼河保護區七星濕地磷的空間分布特征［J］．環境工程技術學報，2014，4（2）：121128
［10］徐微雪，段亮，宋永會，等．遼河保護區七星濕地表層水與間隙水中氮的時空分布［J］．環境工程技術學報，2014，4（1）：4045
［11］郅二銓，宋永會，段亮，等．遼河保護區七星濕地水質評估及模型模擬［J］．環境科學學報，2015，35（6）：17521758
［12］馮新偉，彭劍峰，宋永會，等．遼河保護區支流河口濕地構建［J］．環境工程技術學報，2014，4（1）：1317
［13］國家環境保護總局．水和廢水監測分析方法［M］．4版．北京：中國環境科學出版社，2002
［14］JONATHONS．ATutorialonprincipalcomponentanalysis［J］．InternationalJournalofRemoteSensing，2014（4）：5160
［15］PATRAS，ACHARYASK．DimensionreductionoffeaturevectorsusingWPCAforrobustspeakeridentificationsystem［C］??IEEEInternationalConferenceonRecentTrendsinInformationTechnology．Kunming：IEEE，2011：2832
［16］JOHNSONDE．Appliedmultivariatemethodsfordataanalysis［M］．Beijing：HigherEducationPress，2005
［17］高惠璇．應用多元統計分析［M］．北京：北京大學出版社，2005
［18］王學民．應用多元分析［M］．上海：財經大學出版社，2004
［19］陳仁杰，錢海雷，闞海東，等．水質評價綜合指數法的研究進展［J］．環境與職業醫學，2009，26（6）：581584
［20］KHANNAN．Measuringenvironmentalquality：anindexofpollution［J］．EcologicalEconomics，2000，35（2）：191202
［21］白詳，韓志全．艾比湖濕地生態系統健康評價研究［J］．林業資源管理，2014（6）：9194
［22］SWAMEEPK，TYAGIA．Describingwaterqualitywithaggregateindex［J］．JournalofEnvironmentalEngineering，2000，126（5）：451455
［23］韓小孩，張耀輝，孫福軍，等．基于主成分分析的指標權重確定方法［J］．四川兵工學報，2012，33（10）：125
［24］張文霖．主成分分析在滿意度權重確定中的應用［J］．市場研究，2006（6）：1822
［25］國家環境保護總局．地表水環境質量標準：GB3838—2002［S］．北京：中國環境科學出版社，2002
［26］孫雪嵐，胡春宏．關于河流健康內涵與評價方法的綜合評述［J］．泥沙研究，2007（5）：7480
［27］李法云，呂純劍，魏冉，等．遼河典型支流水生態功能三級區水生態系統健康評價［J］．科技導報，2013，32（1）：7077
［28］李亞男．湖庫生態安全綜合評估：以浙江省六大重點水庫為例［D］．杭州：浙江大學，2014
［29］金相燦，王圣瑞，席海燕．湖泊生態安全及其評估方法框架［J］．環境科學研究，2012，25（4）：357362
［30］高占國，朱堅，翁燕波．多尺度生態系統健康綜合評價：以寧波市為例［J］．生態學報，2010，30（7）：17061717
作者：李蕊 段亮 王思宇 宋永會 劉瑞霞 郅二銓 單位：中國環境科學研究院城市水環境科技創新基地