一种脆弱海湾生态系统健康评价方法

摘要

本发明涉及一种脆弱海湾生态系统健康评价方法，具体包括：步骤S01，采集脆弱海湾生态系统相关数据；步骤S02，基于社会、经济和生态系统相关参数，构建脆弱海湾生态系统健康评价体系；步骤S03，确定各层级指标的特征及评价标准；步骤S04：确定各层级指标的权重；步骤S05：划分脆弱海湾生态系统健康等级；步骤S06：基于综合健康指数EHI量化评估脆弱海湾生态系统健康状况。本发明提供的脆弱海湾生态系统健康评价方法，从社会、经济和生态系统等角度出发，能较为全面地分析脆弱海湾生态系统健康状况，对海湾资源的保护和管理有着重要的意义。

说明书

技术领域

本发明涉及海湾生态系统健康评价领域，具体涉及一种脆弱海湾生态系统健康评价方法。

背景技术

红树林湿地是世界上生产力最高的生态系统之一，但随着人类社会的进步发展，城市化带来的环境污染问题日趋严重，大量的围海造陆工程也严重威胁红树林生态系统健康，是脆弱海湾生态系统之一。生态系统健康指生态系统在受到外界压力的干扰下，能表现出强烈的抗干扰能力，以维持生态系统结构与功能的正常发挥。生态系统健康评价方法在滨海湿地、河流流域和湖泊湿地等已得到广泛的应用，红树林生态系统健康评价也是其中一个重要的应用方向。

现有的红树林生态系统健康评价方法一般分为以下六种：指示物种法、结构功能指标法、生态系统失调综合症诊断法、生态系统健康风险评估法、生态脆弱性和稳定性评价和生态功能评价法。但是这些方法均侧重于单个方面的健康状况，评价不够全面。为了更科学地反映脆弱海湾生态系统健康状况，需要提取共性指标进行整体评价。

发明内容

为了解决上述问题，本发明专利提出了一种脆弱海湾生态系统健康评价方法，从社会、经济和生态系统等角度出发，较为全面地分析脆弱海湾生态系统的健康状况，对海湾资源的保护和管理有着重要的意义。

本发明专利的技术路线如下：

步骤S01：采集脆弱海湾生态系统相关数据，包括自然因素和人为因素干扰数据、生境污染指标数据、生态指标数据、生态系统服务功能相关数据和保护区管理水平相关数据；

步骤S02：基于社会、经济和生态系统相关参数，构建脆弱海湾生态系统健康评价体系，所述评价体系包括目标层、标准层、要素层和指标层四个层次；目标层为城市化影响下红树林生态系统健康评价；标准层分为压力、状态和响应三个层次；要素层包括自然因素干扰A1、人为因素干扰A2、生境污染指标A3、生态指标A4、生态系统服务功能A5和保护区管理水平A6六个层次；指标层是对上一层要素层的表征；

步骤S03：确定各层级指标的特征及评价标准，基于压力、状态和响应相关参数进行评价。压力方面主要通过自然因素和人为因素干扰来反映，状态方面主要通过生境污染指标和生态指标来反映，响应方面主要通过生态系统服务功能和保护区管理水平来反映；指标层各项指标均为正向指标(分数越高越健康)，通过划分等级进行赋值，指标由高到低依次赋值为5、4、3、2和1；

步骤S04：确定各层级指标的权重；具体地，运用层次分析法和模糊综合评价法对各层次指标进行重要性评估，构造判断矩阵，确定各指标权重；判断矩阵赋值1～9及其倒数，其中1、3、5、7和9表示前者相对于后者的重要性为同等重要、稍微重要、明显重要、强烈重要和极端重要，倒数为前者与后者的重要性反比较，2、4、6和8表示介于上述两个相邻赋值的过渡状态；

步骤S05：划分脆弱海湾生态系统健康等级；

步骤S06：基于综合健康指数EHI量化评估脆弱海湾生态系统健康健康状况，计算公式如下：

具体地，本发明专利所述自然因素干扰主要通过病虫害危害程度B1、生物入侵程度B2指标来确定；所述人为因素干扰主要基于人口密度B3、地区生产总值B4、第三产业总值比重B5、城镇生活污水排放量B6、工业废水排放量B7、土地利用强度B8来确定；所述生境污染指标包括水体富营养化程度B9、水体重金属污染程度B10、水体有机污染程度B11、沉积物重金属污染程度B12和沉积物有机污染程度B13；所述生态指标包括红树林面积年均变化率B14、红树植物生物多样性B15、大型底栖动物生物多样性B16和鸟类生物多样性B17；所述生态系统服务功能涵盖红树林防风消浪护堤能力B18、净化污染物能力B19、科研教育价值B20和休憩旅游价值B21；保护区管理水平涵盖保护区等级B22、现行政策法规及其执行力度B23、公众参与度B24和有效财政支出B25。

具体地，本发明专利判断矩阵通过一致性检验后，指标层各指标归一化权重为：W1，病虫害危害程度B1权重为0.0825；W2，生物入侵程度B2权重为0.0825；W3，人口密度B3权重为0.0190；W4，地区生产总值B4权重为0.0202；W5，第三产业总值比重B5权重为0.0164；W6，城镇生活污水排放量B6权重为0.0291；W7，工业废水排放量B6权重为0.0531；W8，土地利用强度B8权重为0.0272；W9，水体富营养化程度B9权重为0.0495；W10，水体重金属污染程度B10权重为0.0495；W11，水体有机污染程度B11权重为0.0495；W12，沉积物重金属污染程度B12权重为0.0495；W13，沉积物有机污染程度B13权重为0.0495；W14，红树林面积年均变化率B14权重为0.0206；W15，红树植物生物多样性B15权重为0.0206；W16，大型底栖动物生物多样性B16权重为0.0206；W17，鸟类生物多样性B18权重为0.0206；W18，防风消浪护堤能力B18权重为0.0755；W19，净化污染物能力B19权重为0.1258；W20，科研教育价值B20权重为0.0402；W21，休憩旅游价值B21权重为0.0335；W22，保护区等级B22权重为0.0138；W23，现行政策法规及其执行力度B23权重为0.0138；W24，公众参与度B24权重为0.0138；W25，有效财政支出B25权重为0.0138。

具体地，本发明专利所述划分脆弱海湾生态系统健康等级，共划分五个等级：

4＜EHI≤5，脆弱海湾生态系统处于极健康状态，受干扰及环境污染少，林内物种很丰富，生态服务价值很高，并得到全面有效的管理，生态系统结构稳定，活力极强。

3＜EHI≤4，脆弱海湾生态系统处于健康状态，受干扰及环境污染较少，林内物种较丰富，生态服务价值较高，并得到较全面有效的管理，生态系统结构尚为稳定，活力较强。

2＜EHI≤3，脆弱海湾生态系统处于亚健康状态，已受到一定程度的干扰及环境污染，林内物种多样性、生态服务价值受到影响，管理水平有待提高，生态系统结构较不稳定，活力退化。

1＜EHI≤2，脆弱海湾生态系统处于不健康状态，受干扰及环境污染等外界压力强烈，林内物种多样性、生态服务价值下降，管理水平亟需提高，生态系统结构破碎化，生态功能未能正常发挥。

0＜EHI≤1，脆弱海湾生态系统处于病态，受干扰及环境污染等外界压力巨大，林内物种多样性、生态服务价值显著下降，管理水平明显不足，生态系统结构严重破坏，生态功能严重退化。

有益效果：

本发明专利在评价脆弱海湾生态系统健康时，改进了以往只涉及单个方面海湾健康状况的评价方法，综合考虑了社会、经济和生态系统相关指标，更为科学、全面地表征脆弱海湾生态系统在自然、人为干扰的压力下，海湾在生境和生态方面的状态及其在生态服务功能方面的响应。此方法在评价脆弱海湾生态系统健康及后续对海湾资源的保护和管理方面有着重要的意义。

附图说明

以下参照附图并结合本发明专利实施例作进一步的说明，其中图1是本发明专利一种脆弱海湾生态系统健康评价方法的技术路线图。

具体实施方式

具体实施例一：选取海湾红树林湿地生态系统健康的评价为实施例。

步骤S01：根据文献调研和野外调查结果，收集红树林生态系统相关数据，包括自然因素和人为因素干扰数据、生境污染指标数据、生态指标数据、生态系统服务功能相关数据和保护区管理水平相关数据。收集的具体信息或数据包括红树林病虫害、生物入侵信息，人口密度、地区生产总值、第三产业总值比重、城镇生活污水排放量、工业废水排放量、土地利用强度(主要考虑红树林边界距城市中心距离)数据，水体富营养化、水体重金属、水体有机污染、沉积物重金属污染和沉积物有机污染数据，红树林面积年均变化率、红树植物生物多样性、大型底栖动物生物多样性和鸟类生物多样性数据，红树林防风消浪护堤价值、净化污染物价值、科研教育价值和休憩旅游价值数据，保护区等级、现行政策法规及其执行力度、公众参与度和有效财政支出信息。

步骤S02：根据收集的相关数据和信息，考虑指标的代表性和可获得性，构建城市化影响下红树林生态系统健康评价指标体系。

步骤S03：确定各层级指标的特征及评价标准。具体地，各指标的评价标准和赋值情况如下：

根据文献调研，红树林存在病虫害问题且对红树植物产生显著危害，但已采取有效的管控措施，根据表1的评价标准，赋值为2。

表1红树林病虫害程度指标评价标准

根据文献调研，红树林存在生物入侵问题且对红树植物产生显著危害，但已采取有效的管控措施，根据表2的评价标准，赋值为2。

表2红树林生物入侵程度指标评价标准

人口密度评价标准：人口密度＜1000人/km

地区生产总值评价标准：地区GDP＜5000亿元，赋值5；5000亿元≤地区GDP＜10000亿元，赋值4；10000亿元≤地区GDP＜15000亿元，赋值3；15000亿元≤地区GDP＜20000亿元，赋值2；地区GDP≥20000亿元，赋值1。查阅年鉴，红树林所在市地区生产总值为26927亿元，因此红树林地区生产总值指标赋值为1。

第三产业总值比重评价标准：比重＜50％，赋值5；50％＜比重＜60％，赋值4；60％＜比重＜70％，赋值3；70％＜比重＜80％，赋值2；比重＞80％，赋值1。查阅年鉴，红树林所在市第三产业总值比重为60.9％，因此红树林第三产业总值比重指标赋值为3。

城镇生活污水排放量评价标准：排放量＜10000万吨，赋值5；10000万吨＜排放量＜70000万吨，赋值4；70000万吨＜排放量＜140000万吨，赋值3；140000万吨＜排放量＜210000万吨，赋值2；排放量＞210000万吨，赋值1。查阅年鉴和城市水资源报告，红树林所在市城镇生活污水排放量为102583万吨，因此红树林城镇生活污水排放量指标赋值为3。

工业废水排放量评价标准：排放量＜5000万吨，赋值5；5000万吨＜排放量＜150000万吨，赋值4；15000万吨＜排放量＜30000万吨，赋值3；30000万吨＜排放量＜45000万吨，赋值2；排放量＞45000万吨，赋值1。查阅年鉴和城市水资源报告，红树林所在市工业废水排放量39681万吨，因此红树林工业废水排放量指标赋值为2。

土地利用强度主要考虑红树林边界距城市中心(市政府)距离。土地利用强度评价标准：距离≥40km，赋值5；30km≤距离＜40km，赋值4；20km≤距离＜30km，赋值3；10km≤距离＜20km，赋值2；距离＜10km，赋值1。红树林距市政府距离为4km，因此红树林土地利用强度指标赋值为1。

水体富营养化程度由富营养化综合指数E来反映，具体公式E＝(COD×DIN×DIP×10

水体重金属污染程度采用Hakanson指数法来定量评价水体重金属生态风险，将单因子污染指数法结合综合污染指数法，利用潜在生态危害指数RI进行评价。具体公式

根据文献调研，该红树林所在地海洋水质执行三类标准，表3为重金属毒性系数及重金属海水三类标准。可计算红树林水体重金属潜在生态危害指数RI＝427，因此红树林水体重金属污染程度指标赋值为2。

表3重金属毒性系数及重金属海水三类标准

水体有机污染程度通过水体有机污染指数法来定量评价，具体地，利用有机污染指数A进行评价。具体公式

查阅文献，可计算红树林水体有机污染指数A＝8.01，因此红树林水体有机污染程度指标赋值为1。

表4海水水质三类标准

沉积物重金属污染程度采用Hakanson指数法来定量评价沉积物重金属生态风险，具体地，利用生态风险系数E进行评价。具体公式

查阅文献，该地红树林沉积物中重金属Cu：E＝13.9，Cd：E＝75.0，Zn＝3.1，Pb＝6.5，As＝14.4，其中重金属Cd生态风险中等，其余重金属生态风险轻微，因此红树林沉积物重金属污染程度指标赋值为4。

沉积物有机污染程度采用沉积物有机污染指数法进行判定，具体地，利用有机污染指数OI进行评价。具体公式OI＝OC×ON，其中OC为有机碳，ON为有机氮，单位均为％。沉积物有机污染程度评价标准：OI＜0.05，沉积物清洁，赋值5；0.05≤OI＜0.2，沉积物轻度污染，赋值3；0.2≤OI＜0.5，沉积物中度污染，赋值2；OI≥0.5，沉积物重度污染，赋值1。

查阅文献，可计算红树林水体有机污染指数OI＝0.01％，因此红树林沉积物有机污染程度指标赋值为5。

红树林面积年均变化率由2008～2017年红树林面积的年均变化率确定，评价标准：年均变化率＞10％，赋值5；介于5％～10％，赋值4；介于0％～5％，赋值3；介于-5％～0％，赋值2；介于-10％～-5％，赋值1。根据文献调研，红树林在2008～2017年红树林面积的年均变化率为33.8％，因此红树林面积年均变化率指标赋值为5。

红树植物生物多样性根据Shannon—Wiener多样性指数确定，具体公式

大型底栖动物生物多样性根据Shannon—Wiener多样性指数确定，具体公式同上。大型底栖动物生物多样性评价标准：3＜H′≤3.5，赋值5；2.5＜H′≤3，赋值4；，2＜H′≤2.5，赋值3；，1.5＜H′≤2，赋值2；，H

鸟类生物多样性根据Shannon—Wiener多样性指数确定，具体公式同上。鸟类生物多样性评价标准：3.5＜H′≤4，赋值5；3＜H′≤3.5，赋值4；2.5＜H′≤3，赋值3；2＜H′≤2.5，赋值2；1.5＜H′≤2，赋值1。根据文献调研，该红树林的鸟类生物多样性指数H

通过查阅文献，红树林防风消浪护堤能力根据公式V＝A×P计算，其中V为红树林湿地抵御风暴潮和消浪护堤的价值，A为红树林湿地面积，P为单位湿地面积防风消浪护堤价值[元/(hm

通过查阅文献，红树林净化污染物能力计算分为两个步骤：第一步，求出红树林湿地降解SO

通过查阅文献，红树林科研教育价值根据公式V＝A×E计算，其中V为红树林湿地可供的科学考察、环境教育价值，A为红树林湿地面积，E为单位面积湿地教育科研价值[元/(hm

通过查阅文献，红树林休憩旅游价值根据公式V＝A×T计算，其中V为红树林湿地可供的休憩旅游价值，A为红树林湿地面积，T为单位面积湿地休憩旅游价值[元/(hm

保护区等级由红树林是否为拉姆萨尔国际重要湿地、国家级自然保护区、省级自然保护区、市级自然保护区和县级自然保护区来判定，依次赋值为5、4、3、2和1。查阅相关资料，得知该红树林为国家级自然保护区，因此保护区等级指标赋值为4。

查阅相关资料，该红树林已颁布红树林湿地相关管理规定，如2012年1月颁布的《深圳市内伶仃岛—福田国家级自然保护区管理规定》，且执行力度较强，根据表5的评价标准，现行政策法规及其执行力度指标赋值为5。

表5红树林现行政策法规及其执行力度指标评价标准

查阅相关资料，该红树林有举办志愿者环保活动且与中山大学、北京大学深圳研究生院等科研高校合作，根据表6的评价标准，公众参与度指标赋值为5。

表6红树林公众参与度指标评价标准

有效财政支出根据红树林湿地所在市政府相关财政支出来决定，通过查阅年鉴，可得红树林所在市在农林水事务的财政支出，进一步估算用于红树林的有效财政支出为占农林水事务的1/3，以此计算出该市用于红树林的有效财政支出。有效财政支出评价标准：＞30亿元，赋值5；介于20亿～30亿，赋值4；介于10亿～20亿，赋值3；介于5亿～10亿，赋值2；＜5亿，赋值1。根据年鉴，该红树林有效财政支出为27.8亿，因此有效财政支出指标赋值为4。

步骤S04：确定各层级指标的权重。表7为某地红树林生态系统健康评价指标体系及各指标分数赋值与权重。

表7某地红树林生态系统健康评价指标体系及各指标分数赋值与权重

步骤S05：划分红树林生态系统健康等级。

步骤S06：基于压力、状态、响应指标健康指数及综合健康指数EHI综合评价红树林生态系统健康状况。根据健康指数计算公式，得到该红树林生态系统综合健康指数EHI为2.4746，压力指标的健康指数为1.9173，状态指标的健康指数为2.7339，响应指标的健康指数为2.7726。进一步地，得到该红树林生态系统健康处于亚健康状态，其中压力指标处于不健康状态，状态指标处于亚健康状态，响应指标处于亚健康状态。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明专利保护范围的限定。任何根据本发明专利的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。