城市湿地公园生态绩效评价研究——以虎丘湿地公园为例.pdf

第 19 卷 第 5 期湿地科学与管理 Vol.19No.5 2023 年 10 月WETLAND SCIENCE&MANAGEMENT oct.2023城市湿地公园的建设有利于恢复城市湿地环境，促进城市湿地的合理利用，维护城市湿地生态系统的多样性（张庆辉等,2013;马梓文等,2015）。在城市湿地公园的建设过程中，如何评价城市湿地公园建设产生的效益成为了热点问题（郭子良等,2018;李和平等,2019）。当前，城市湿地公园评价研究主要涵盖生态、社会、经济等功能，研究内容包括城市湿地公园景观健康（李玉凤,2011）、生态系统健康（冯倩等,2016）、生态系统服务价值（张寒月等,2011）、游憩功能及使用后评价等方面。相关研究多反映湿地生态系统产生的单一效益，并未综合反映城市湿地公园建设对湿地生态系统及人类社会所产生的综合效益。随着绩效理论在生态领域的应用，学者们尝试从“生态视角”落实“效应评估”，综合反映自然生态系统的保护效果和自然生态系统对人类社会产生的价值（王立帅等，2019；李兰等，2020；梁淑榆，2020）。王云才（2017）以生态系统服务理论为基础，对景观空间在生态环Abstract The creation of an urban wetland park is an important tool for protecting and utilizing urban wetland resources.Evaluating the ecological performance of an urban wetland park provides scientific evidences of the ecological impact of park construction.This study proposes an ecological performance evaluation system of urban wetland park based on two aspects:ecosystem health and ecosystem service value,and establishes an ecological performance model of urban wetland park using entropy weight method and fuzzy matter-element model based on functional orientation,construction objectives,and ecological elements.Suzhou Huqiu wetland park was used as a case study,the parks ecological performance was quantified and its main influencing factors were evaluated.The results showed that Huqiu wetland parks ecological performance level is high,with a grade of excellent,and the ecological performance of each functional area is mostly graded excellent and good,demonstrating that the construction of Huqiu wetland park produced remarkable ecological benefits.Key words Urban wetland park;Ecological performance evaluation;Entropy-Weighting Method;Huqiu wetland parkResearch on Ecological Performance Evaluation of Urban Wetland ParkA Case Study of Huqiu Wetland ParkZHUANG Yuan1 ZHU Ying2,3(1 Linyi Vocational University of Science and Technology,Linyi 276000,Shandong,China；2 Suzhou University of Science and Technology,Suzhou 215000,Jiangsu,China；3 Taihu Lake Wetland Ecosystem National Positioning Observation and Research Station,Suzhou 215000,Jiangsu,China)摘要 建设城市湿地公园是保护与合理利用城市湿地资源的重要手段，评价城市湿地公园生态绩效可科学反映城市湿地公园建设产生的生态成效。本研究基于城市湿地公园的功能定位、建设目标及生态要素构成，围绕生态系统健康和生态系统服务价值两方面，提出城市湿地公园生态绩效评价体系，综合运用熵权法与模糊物元模型建立城市湿地公园生态绩效的模型。以苏州虎丘湿地公园为例开展评价，量化分析了该公园的生态绩效，并判断其主要的影响因素。结果表明：虎丘湿地公园生态绩效水平较高，等级为优，各功能区生态绩效多为优、良等级，这充分说明了虎丘湿地公园建设取得了显著的生态成效。关键词 城市湿地公园；生态绩效评价；模糊物元模型；虎丘湿地公园中图分类号：X321 文献标识码：A 文章编号：1673-3290(2023)05-0048-07城市湿地公园生态绩效评价研究以虎丘湿地公园为例庄 媛1 朱 颖2,3（1临沂科技职业学院，山东临沂276000；2苏州科技大学建筑与城市规划学院，江苏苏州215000；3太湖湿地生态系统国家定位观测研究站，江苏苏州215000）收稿日期：2023-07-11基金项目：教育部人文社科基金（23YJAZH231）作者简介：庄媛，助教，硕士研究生，主要研究方向：地域景观规划与生态修复。Email:*通讯作者：朱颖，教授，博士，主要研究方向：风景园林设计理论与实践。Email:zhuyingmail.UDOI:10.3969/j.issn.1673-3290.2023.05.1049 第 5 期第 19 卷 第 5 期湿地科学与管理 Vol.19No.5 2023 年 10 月WETLAND SCIENCE&MANAGEMENT oct.2023境、经济生产、人文文化等方面的效能进行量化评价；何帅等（2021）基于生态系统健康和生态服务价值理论，从生态系统健康恢复、生态系统服务价值提升和单位成本生态效益 3 个方面，构建了海洋修复工程生态绩效考核指标体系。生态系统服务价值是对生态系统服务功能的货币化体现，能够量化反映生态系统对人类社会产生的服务价值（欧阳志云等，1999；谢高地等，2008）。苏州虎丘湿地公园是苏州市西北地区最为重要的“生态绿肺”，具有多重功能价值的城市湿地公园，是城市湿地保护与恢复的典型案例。本文综合运用熵权法、模糊物元模型法评价城市湿地公园生态绩效，以苏州虎丘湿地公园为例，对其生态绩效进行综合量化评价，为虎丘湿地公园落实科学管理与生态保护提供依据。1 城市湿地公园生态绩效评价模型构建1.1 评价指标体系构建本文从生态系统服务价值与生态系统健康两个层面，构建城市湿地公园生态绩效评价指标体系，其中，生态系统健康层面包含水环境质量、土壤质量、生物多样性、景观结构等 11 项指标，生态系统服务价值层面包含观赏游憩价值、科普教育价值、鸟类栖息地维持价值等 6 项指标，共 17 项指标（表 1）。1.2 评价指标测算方法依据标准地表水环境质量评价方法（GB3838-2002）测算水环境质量，依据标准土壤环境标准农用地土壤污染风险管控标准（GB5618-2018）监测土壤环境。在测算过程中，主要运用单因子指数法、水体综合营养指数法、水质内梅罗综合污染指数法、土壤内梅罗综合污染指数法。生物多样性指标采用相关文献中涵盖物种多度、相对丰度、稀有度 3 个层面的赋值方法进行测算（张峥等，2002）。湿地景观格局相关指标主要运用 GIS、Fragstat 解译遥感影像，测算景观格局指数。综合运用主流生态系统服务价值法，如旅行费用法、替代工程法、替代成本法等，评估生态系统服务价值，并测算单位面积的价值（表 1）。1.3 评价模型构建1.3.1 建立物元矩阵通过模糊物元模型，对复杂的逻辑细胞物元进行抽象化处理，利用含量值、特征、事物名称等建立多指标评价模型（童亮,2021）。城市湿地公园生态绩效评价物元包含 3 个要素，分别是V（量值，即评价特征的量值，可具体表示为x1，x2，xm）、N（名称，即评价对象）及C（特征，即评价指标，表示N的描述特征），可用R=（N，C，V）来表示，城市湿地公园生态绩效物元矩阵 R 为：表1 城市湿地公园生态绩效评价指标体系及测算方法Table 1 Ecological Performance Evaluation Indicator System and Calculation Method for Urban Wetland Parks 目标准则层指标层指标表达方法测算方法城市湿地公园生态绩效评价S生态系统健康A水质状况A1水质内梅罗综合污染指数单因子指数法、内梅罗综合污染指数法、水体富营养化A2水体综合营养指数水质综合营养指数土壤含水率A3土壤绝对含水量土壤内梅罗综合污染指数法土壤营养状况A4土壤有机质土壤重金属A5土壤铬、镉、铅重金属元素污染指数鸟类多样性A6物种多度、相对丰度、参考相关文献的赋值法植物多样性A7稀有度植物覆盖度A8植被覆盖率基于 GIS、Fragstats 的景观格局指数计算湿地景观多样性A9景观多样性指数湿地景观破碎度A10景观破碎度指数湿地景观均匀度A11景观均匀度指数生态系统服务价值B土壤保育价值B1单位面积价值替代成本法水质净化价值B2单位面积价值替代工程法固碳释氧价值B3单位面积价值替代成本法鸟类栖息地维持价值B4单位面积价值替代成本法观赏游憩价值B5单位面积价值旅行费用法科普教育价值B6单位面积价值湿地文化平均价值庄 媛等：城市湿地公园生态绩效评价研究以虎丘湿地公园为例50湿地科学与管理 第 19 卷1.3.2 确定经典域与节域矩阵1）经典域与节域矩阵。用Hojp=（Nop,Cj,Xojp）表示城市湿地公园生态绩效评价的经典域，第 p 个评价等级可用Nop表示；特征向量（j=1,2，m）用Cj表示；第 j 个特征向量所对应的第p个等级的量值范围（aopj，bopj）用Xojp表示。综上，对于第p个等级的经典域矩阵可以建立复合经典域物元：Hq=（Nq，Cj，Xqj）表示评价节域，用 Xqj 表示第 j 个特征向量的量值范围（aqj，bqj）。可用以下公式计算：2）经典域量值确定。本文结合国家相关评价规定、评价标准及城市湿地公园生态要素等，参照全国范围内多个具有国家湿地公园生态系统服务价值的平均水平（孙海平等,2021；吴威等,2020;李子琴等,2019），运用等距划分法、极限值法等，确定城市湿地公园生态绩效评价指标的经典域，将其划分为 5 个等级（表 2）。1.3.3 确定指标权重本文运用熵权法确定指标权重，对原始数据进行无量纲化处理、熵值计算、差异性系数计算，最后确定评价指标的权重。采用熵权法能够有效避免主观赋权的影响，使评价结果更客观有效（杜书栋等，2022）。1.3.4 关联度计算在度量两个事物的关联程度时，通常会运用到关联函数，即一个评价物元素属于某一评价等级的程度。如果该值为正数，则说明两者存在显著的关联性，也就是评价对象属于该评价等级。可用以下公式计算：其中：式 4、式 5 中：K(cj)p为第 j 项指标对于第 p 等级绩效的关联度；p(xj,xojp)表示点xjxojp（特征向量有限区）的距离；pqj(xj,xqj)为xjxqj点的距离；Xi指评价物元的量值；xojp指经典域的量值范围；xqj表节域的量值范围。表2 城市湿地公园生态绩效评价指标经典域Table 2 Classic Domain of Ecological Performance Evaluation Indicators for Urban Wetland Parks指标因子单位生态绩效等级确定依据水质状况指数0 0.610.61 0740.74 11 1.391.39 1.81地表水环境质量评价标准水体富营养化指数0 3030 5050 6060 7070 100地表水资源质量评价技术规程状况土壤含水率%30 5030 4020 3010 205 10环境影响评价技术导则土壤营养状况mg/g40 5030 4020 3010 205 10土壤重金属指数0 0.70.7 11 22 33 4农用地土壤污染风险管控标准鸟类多样性分值41 5033 4125 3318 250 18参考相关文献赋值植物多样性分值41 5033 4125 3318 250 18植被覆盖度%80 10070 8040 7020 400 20极限值法湿地多样性指数1.2 1.50.9 1.20.6 0.90.3 0.60 0.3等距划分法湿地破碎度指数0 11 22 33 44 5极限值法湿地均匀度指数0.8 10.6 0.80.4 0.60.4 0.20 0.2等距划分法 土壤保育价值万元/hm2 0.5 0.80.3 0.50.2 0.30.1 0.20.003 0.1国家级城市湿地公园生态系统服务价值单位面积平均价值水质净化价值万元/hm2 3 4.42 31 20.1 10.05 1固碳释氧价值万元/hm2 1.5 2.51 1.50.3 10.1 0.30.03 0.1鸟类栖息地万元/hm2 0.3 0.60.2 0.30.1 0.20.05 0.10.01 0.05维持价值观赏游憩价值万元/hm2 1 1.50.08 10.5 0.80.2 0.50.1 0.2科普教育价值万元/hm2 2 3.31 20.5 10.2 0.50.05 0.2（5）（2）（3）（4）51 第 5 期1.4 评价等级与指数确定1.4.1 评价等级确定生态绩效评价指标在划分经典域量值范围时，多划分为 5 个等级。因此，为更好地与独立评价指标经典域对应，本文采用 5 段式划分等级，对 5 段等级定性描述为优、良、中、一般、差 5 个等级（表 3）。如评价对象中存在数值较大且为正数的关联度数值，则说明该等级的评价对象与等级关联度很大，即该评价对象隶属为此评价等级。1.4.2 生态绩效指数计算量化各评价对象的综合关联度，所得出的综合评价指数能够充分评价对象。综合关联度量化公式如下：城市湿地公园生态绩效指数计算公式如下：式 6、式 7 中：p的含义是绩效等级；KP(N)表示一个综合关联度值，具体指对象N隶属第p绩效等级的综合关联度值；Q代表待评价对象生态绩效指数。2 虎丘湿地公园生态绩效评价2.1 虎丘湿地公园概况虎丘湿地公园地处苏州中心城区的西北部的虎丘湿地公园跨相城、姑苏两区，湿地公园建设前该区域以渔业、养殖业为主，为排放养殖废水和污水的污染源地。2006 年启动建设虎丘湿地公园，湿地公园总规划面积 1204 hm2，用地 588.91 hm2、水域247.05 hm2，绿地307 hm2。虎丘湿地公园主要有水域、居住用地、公路用地、旅游配套设施用地、建设用地和林地 6 种用地类型，包含芦苇碧塘涵养区，花卉背景区、森林背景区、科普体验区等 10 个分区（图1）。2.2 数据来源与处理2.2.1 环境监测类数据环境监测数据主要为土壤监测数据和水质监测数据，本研究综合运用实验室测定法、实地采样等方式获取数据。2020年10月2021年10月每月1次实地水体、土壤采样。根据 地表水环境质量评价方法，测定叶绿素 a，总氮、悬浮颗粒物、透明度、溶解氧、pH 值、透明度等水质指标。根据农用地土壤污染风险管控标准，测定土壤有机质、pH 值、含水率以及铅、镉等部分重金属等土壤指标。2.2.2 生物资源数据2020年10月2021年9月，每月开展1次植物与鸟类调查。调查鸟类数量、种类、栖息地类型和分布。植物调查主要在花卉背景区及公园核心区域展开，记录公园内维管植物种类和物候状态等信息，按照中国植物分类与代码(GB/T14467-2021)进行分类统计。2.2.3 遥感类数据遥感类数据主要包括 20202021 年虎丘湿地公园的植被覆盖率、土地利用现状图等。运用 ArcGIS10.2 软件进行目视解译遥感影像土地利用数据，借助 Fragstats4.2、ArcGIS10.2 等软件获取并计算湿地景观破碎度、湿地景观均匀度和湿地景观多样性等景观格局指数。2.3 评价结果与分析2.3.1 评价指标与权重确定根据本文构建的城市湿地公园生态绩效评价体系对虎丘湿地公园生态绩效进行评价，评价指标体系及权重计算见表 4。2.3.2 分区生态绩效评价结果与分析1）分区生态绩效结果。综合上文公式，对虎丘湿地公园各分区的综合关联度进行量化分析，如果该值在 0,1 期间，则说明此区域生态绩效属于该等级，数值越大，则两者的关联度越高。如果该值在（0，-1）范围内，则说明此区域生态绩效尚未达表 3 城市湿地公园生态绩效等级划分Table 3 Classification of Ecological Performance Levels of Urban Wetland Parks生态绩效等级 等级定性描述城市湿地公园生态绩效评价等级和描述级优，处于高生态绩效水平，级良，处于较高生态绩效水平级中，处于中等生态绩效水平级一般，处于较低生态绩效水平级差，处于低生态绩效水平图1 苏州虎丘湿地公园功能分区图Fig.1 Functional zoning map（6）（7）庄 媛等：城市湿地公园生态绩效评价研究以虎丘湿地公园为例52湿地科学与管理 第 19 卷到该等级范围。2021 年虎丘湿地公园各分区生态绩效等级关联度、生态绩效指数和生态绩效等级见表 5。各分区生态绩效结果显示，虎丘湿地公园各分区生态绩效等级整体在级区间内，其中，生态绩效状况较好的有渔家风情区、科普体验区、荷莲文化区、花卉背景区、水乡农耕区，以上分区的生态绩效都达到优等级；生态绩效为良的有东部城市服务区、西部城市服务区、森林背景区，以上分区生态绩效等级为良；生态绩效水平最低的为水上休闲区，等级为中等。通过生态绩效指数显示，生态绩效水平最优的为荷莲文化区，指数达 0.4963，而生态绩效水平最低的为水上休闲区，指数为 0.4231。2）分区生态绩效空间趋势分析。综合运用Arcgis 自然断裂点法和探索性趋势面分析可视化处理生态绩效空间化趋势，得到图 2。从图 2 可知，中部的荷莲文化区、渔家风情区以及水乡农耕区等的生态绩效值较高，从空间趋势方面分析，整体呈现表 4 虎丘湿地公园生态绩效评价指标权重Table 4 Weights of Ecological Performance Evaluation Indicators for HuQiu Wetland Park目标准则层权重指标层权重虎丘湿地公园生态绩效评价指标体系S生态系统健康A0.7337 水质状况A10.0602水体富营养化状况A20.0625土壤含水率A30.0750土壤营养状况A40.0314土壤重金属含量A50.0415鸟类多样性A60.1633植物多样性A70.1633植被覆盖度A80.0590湿地多样性A90.0339湿地破碎度A100.0115湿地均匀度A110.0321生态系统服务价值B0.2663 土壤保育价值B10.0775水质净化价值B20.0332固碳释氧价值B30.0647鸟类栖息地维持价值B40.0306观赏游憩价值B50.0260科普教育价值 B60.0344表 5 各分区生态绩效评价等级及指数Table 5 Ecological Performance Evaluation Levels and Indicators for Each Subdivision 功能分区 生态绩效等级关联度生态绩生态绩j=1j=2j=3j=4j=5效等级效指数森林背景区0.9348 1.0000 0.5995 0.2928 0.0000 0.4787 西部城市服务区0.9951 1.0000 0.8440 0.3313 0.0000 0.4626 花卉背景区1.0000 0.7988 0.6591 0.2833 0.0000 0.4801 荷莲文化区1.0000 0.8442 0.5979 0.2204 0.0000 0.4963 东部城市服务区0.8572 1.0000 0.7126 0.4342 0.0000 0.4461 科普体验区1.0000 0.9613 0.7804 0.2995 0.0000 0.4705 芦苇碧潭涵养区0.9965 1.0000 0.8691 0.4191 0.0000 0.4611 渔家风情区1.0000 0.7691 0.6646 0.2534 0.0000 0.4844 水乡农耕区1.0000 0.8772 0.8234 0.2573 0.0000 0.4731 水上休闲区0.7853 0.8143 1.0000 0.4467 0.0000 0.4231 出从南至北逐渐增高的变化趋势，从东至西则呈现出“较低、高、低”的特点，即“凸”字形空间趋势（图 3）。计算出各功能区所对应的生态绩效指数，并确定其等级后，可结合各功能区的评价指标分析其隶属的评价等级，从而全面了解影响各功能区生态绩效的因素及主要指标。某一指标所关联的等级较低时，可以说明该指标对此功能区生态绩效水平的限制越大。表 6 说明各功能区在土壤营养状况方面的关联等级在、的范围内，可以分析出虎丘湿地公园的土壤营养较贫瘠，是影响各功能区生态绩效的主要指标。结合图 2 生态绩效等级空间分布图Fig.2 Spatial Distribution of Ecological Performance Levels图 3 生态绩效等级空间趋势图Fig.3 Spatial Trend of Ecological Performance Levels53 第 5 期分析公园土壤质量的结果推测，认为修缮河道及开发建设部分区域导致土壤流失有机质与氮磷元素，继而影响土壤的营养状况。西部城市服务区以及花卉背景区水质综合污染指数偏高，水质状况较差，为等级，这是影响该区域生态绩效评价结果的主要因素。根据上文对水环境特征的分析可以推断，陆生植物枯枝凋落后进入水体，秋冬季温度较低，削减了水体微生物的分解能力，水体和底泥腐殖质含量增加，由此化学需氧量（COD）与总氮（TN）的含量增加，继而影响水体透明度。因此，在评价该功能区生态绩效时，水质状况是非常重要的影响因素。科普体验区的鸟类栖息地维持价值为 IV 级，影响了该功能区生态绩效评价结果。进一步分析认为，这可能与该区域作为湿地生态活动、湿地科普宣教的场所，游客密度较高，不适宜鸟类栖息，对鸟类栖息地的维持不具有特殊价值有关。水上休闲区的土壤营养状况、植被覆盖度及观赏游憩价值 3 个指标均隶属于等级，这 3 个指标为影响该区生态绩效水平的主要因素。该区为大面积水域，水岸边生长少量湿生植物，乔木覆盖面积小，植被覆盖率较低，经过调查发现，水上休闲区距离公园入口最远，游客的可达性较低，缺乏特色湿地活动，因此，其观赏游憩价值低于公园内其他游览区。2.3.3 综合生态绩效评价结果结合各分区生态绩效结果以及上述计算生态绩效指数、综合关联度的结果可知，2021 年虎丘湿地公园综合生态绩效等级及生态绩效指数为 0.4677，生态绩效评价等级为级，为显著的高绩效水平（表 7）。评价结果反映出，虎丘湿地公园生态绩效处于高水平，湿地生态系统健康，具有较高的生态系统服务价值。进一步说明恢复和建设虎丘湿地公园是保护湿地的有效手段，具有可观的生态成效。3 讨论随着相关理论的研究，生态绩效理论在各学科、多领域得到应用，对于城市湿地公园生态绩效评价指标体系与方法，需进一步探究指标体系的科学性和普适性，并求证不同评价体系、评价方法对评价结果的影响。本文主要评价虎丘湿地公园 20202021 年的生态绩效情况,评价结果有一定的参考价值，能直观说明湿地公园生态绩效的水平及建设情况。但本研究中并未长时间监测虎丘湿地公园的环境状况，后期应开展更多时间序列的研究，特别是当下湿地公园的生态绩效与前期生态绩效水平的比较研究，以期精准预测湿地公园生态绩效水平的发展趋势，对未来湿地公园建设具有重要意义。4 结论本文基于生态绩效理论，从湿地生态系统服务价值以及湿地生态系统健康两个方面建立城市湿地公园生态绩效评价体系，综合运用熵权法与模糊物元模型法构建城市湿地公园生态绩效评价模型，将生态绩评价应用于城市湿地公园生态效益的评价中，为系统评价城市湿地公园生态效益提供科学方法。量化研究了虎丘湿地公园的生态绩效及建设水平，评价结果显示：虎丘湿地公园生态绩效整体处于高水平状态，各分区生态绩效水平处于级区间，生态效益显著，湿地公园建设取得了可观的生态成效。参考文献冯倩,刘聚涛,韩柳,等.2016.鄱阳湖国家湿地公园湿地生态系统健康评价研究 J.水生态学杂志,37(4):48-54.指标层 西部城市服务区 花卉背景区 荷莲文化区 科普体验区 芦苇碧潭涵养区 渔家风情区 水乡农耕区水质状况 水体富营养化状况 土壤含水率 土壤营养状态 土壤重金属含量 鸟类多样性 植物多样性 湿地均匀度 湿地破碎度 湿地多样性 植被覆盖度 土壤保育价值 水质净化价值 鸟类栖息地维持价值 固碳释氧价值 观赏游憩价值 科普教育价值 表 6 各功能区生态绩效评价指标关联等级Table 6 Correlation Levels of Ecological Performance Evaluation Indicators for Each Functional Zone（下转第 59 页）庄 媛等：城市湿地公园生态绩效评价研究以虎丘湿地公园为例表 7 虎丘湿地公园综合生态绩效等级及指数Table 7 Comprehensive Ecological Performance Level and Index of Huqiu Wetland Park区分生态绩效等级关联度生态绩 生态绩 j=1 j=2 j=3 j=4 j=5效等级 效指数虎丘湿地0.95680.90640.75510.32370.0000公园综合0.4677生态绩效59 第 5 期的系统施治设计与应用效果 J.中国给水排水,36(12):129-132.杜滢明,杜建强,张瑛,等.2019 a.居民集中区黑臭河道生态修复与景观提升方法：以昆山珠泾中心河项目为例 J.湿地科学与管理,15(1):8-10.杜滢明,邢蓓燕,严志豪,等.2019 b.组合型人工湿地处理农村生活污水的效能分析 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