福建农林大学学报·自然科学版杂志投稿格式参考范文：泉州湾湿地碳库生态安全评价及其障碍因素研究

　　滨海湿地是海洋与陆地交界处的复杂生态系统，具有高效的固碳能力，是重要的碳库之一，在全球碳循环中起着重要作用，对维持当地生态平衡及区域可持续发展具有重要意义｡通过有效管理滨海湿地，可以提高其固碳等多种生态价值｡随着经济快速发展和城市化进程加快，滨海湿地生态系统承受的压力日益增大｡一旦这些生态系统遭到破坏，不仅会导致水土流失和生物多样性减少，还会严重影响其固碳能力，使其从 “碳汇” 变为 “碳源”, 对周围地区的生态安全造成负面影响｡在 “双碳” 战略的大背景下，如何有效评价滨海湿地 “碳库” 的生态安全状况已成为亟需解决的问题。

　　近年来，滨海湿地生态安全监测和评价问题备受关注｡例如：陆续有学者在构建生态安全评价指标的基础上，对青岛市湿地､海南岛湿地､杭州湾滨海湿地､黄河三角洲地区滨海湿地､盘锦湿地､台湾高美湿地､辽河口湿地等的生态安全状况进行长期监测并开展相关研究｡然而，这些研究大多仅限于某个单独年份或不连续年份的生态安全评价，忽略了湿地碳储量供给与人类活动碳排放需求之间的关系｡因此，至今尚未形成成熟的滨海湿地碳库生态安全评价技术。

　　泉州湾河口湿地是我国亚热带河口湿地的典型代表，具有巨大的生态价值｡目前，关于其生态安全监测与评价的研究较为稀少｡仅有周铮雯等运用层次分析法和加权综合指数法对泉州湾湿地的生态安全进行了评价｡然而，该研究在指标选取上不全面，时间点选取不连续，且无法反映生态安全各因素之间的相互作用，缺乏对障碍因子的分析｡本研究以泉州湾湿地为研究对象，采用 DPSIR 模型，通过专家判断法和熵权法确定指标权重，基于遥感影像､野外实测数据以及官方统计数据，首次综合评价 2012—2021 年泉州湾湿地 “碳库” 的生态安全状况｡研究旨在掌握泉州湾湿地及周边地区长期生态安全情况及演变规律，为促进泉州湾湿地及周边地区生态环境保护､经济建设及环境管理之间的协调有序发展提供参考。

　　1 研究区域概况

　　泉州湾河口湿地自然保护区是中国重要湿地之一，也是亚热带河口滩涂湿地的典型代表，涉及泉州地区的惠安县､洛江区､丰泽区､晋江市､石狮市｡保护区范围东至秀涂内侧与石湖内侧连线以内水域，西至晋江大桥，南至蚶江水头，北至惠安陈坝村，总面积 7045.88hm², 其中：核心区面积 1278.62hm²，占总面积的 18.14%;缓冲区面积 798.92hm²，占总面积的 11.34%;试验区面积 4968.34hm², 占总面积的 70.51%｡地理坐标为：24°47′21″—24°59′50″N,118°37′44″—118°42′46″E｡泉州湾河口湿地自然保护区的主要保护对象是滩涂湿地､红树林及其自然生态系统，以及中华白海豚 (Sousachinensis)､中华鲟 (Acipensersinensis)､黄嘴白鹭 (Egrettaeulophotes)､黑嘴鸥 (Larussaundersi) 等一系列国家重点保护野生动物和中日､中澳候鸟保护协定的鸟类。

　　2 材料与方法

　　2.1 数据收集及处理

　　收集 2012—2021 年的遥感数据：2012—2015 年的数据采用 Landsat8 卫星测定，空间分辨率为 30m;2016—2021 年的数据采用 Sentinel⁃2 高光谱卫星测定，空间分辨率为 10m｡这些数据分别从美国地质调查局官网和欧空局哥白尼数据中心免费下载｡使用 ENVI5.3 和 SNAP 软件对原始影像进行辐射定标､大气校正､重采样以及裁剪等预处理。

　　研究对象仅限于红树林生境碳储量，其空间连续分布及储量通过遥感因子结合样地数据反演得到｡景观指数基于土地覆盖数据，采用 Fragstats4.2 软件计算得到｡文教科研发文数量来源于中国知网 (https://www.cnki.net) 及核心期刊引文索引数据库 (https://www.webofscience.com); 其余数据均来源于官方公布的 2012—2021 年泉州统计年鉴。

　　2.2 研究方法

　　2.2.1 DPSIR 模型

　　DPSIR 模型最早由欧洲环境署提出，是一种在环境系统中广泛使用的评价指标体系概念模型｡该模型从驱动力､压力､状态､影响和响应 5 个相互影响的方面，辅助揭示和剖析人与环境之间的因果关系｡DPSIR 模型兼具 DSR (驱动力 — 状态 — 响应) 和 PSR (状态 — 影响 — 响应) 的特点，近年来在国内湿地生态系统研究中逐渐受到关注并被广泛应用｡可见，基于该模型评价湿地生态安全是合适的。

　　模型中的 “驱动力” 包括自然和人为因素，这些因素直接或间接影响湿地生态系统的结构及功能，主要分析自然､经济､人口和社会等因素;“压力” 是 “驱动力” 产生的作用，表现为灾害､人类活动和污染 3 个方面｡“状态” 在 “压力” 作用下，直接反映湿地的生态健康状况，通过二氧化碳排放量和一系列景观指数进行分析｡在 “驱动力”“压力” 和 “状态” 的共同作用下，湿地对其本身及周边地区产生 “影响”, 通过供给服务和水资源两个角度进行分析｡“响应” 一方面与 “影响” 相互作用，通过人为干预提升湿地的正面影响，减少负面影响;另一方面又作用于 “驱动力”, 使 DPSIR 模型形成一个封闭的相互影响的有机整体｡“响应” 反映当地政府和社会为维护及改善湿地生态系统状态而采取的措施，如资金投入和污染治理，即从治理､投入和文化服务等角度进行分析。

　　2.2.2 指标体系构建

　　指标体系设计是生态安全评价的基础｡为保证评价结果的准确性，在充分考虑指标选取的适合性､数据的易得性和模型的合理性基础上，建立了指标体系框架｡该框架将评价指标分为 3 个层次：第 1 层为目标层，设定为泉州湾湿地碳库生态安全值;第 2 层为准则层，包括驱动力､压力､状态､影响､响应;第 3 层为指标层｡考虑泉州湾湿地生态系统的特点，并参考李楠等对滨海湿地生态安全评价的研究，同时兼顾数据的可获取性，选取了包括人均 GDP､自然增长率､年均温度等 32 个指标｡由于湿地碳储量供给与人类活动碳排放需求之间的平衡关系，将单位 GDP 电耗､二氧化碳排放量､固碳 (碳储量) 纳入指标体系。

　　2.2.3 组合方法

　　基于主客观判断相结合的理念，将专家判断法与功效系数法､熵权法相结合。

　　(1) 专家判断法：为提高权重数值的权威性及减少一致性检验的工作，采用分别向 3 名权威专家发放指标权重打分表的方式，获得专家提供的指标权重后取算术平均值，得到各指标的专家判断权重值。

　　(2) 功效系数法：采用功效系数法对计量单位不同的原始数据进行标准化处理。

　　2.2.4 评价标准确定

　　基于泉州湾湿地实际情况，通过借鉴文献 [9-10], 将该研究区域的生态安全等级分为等间距的 5 个等级，从高到低依次为：优秀､安全､较安全､较危险､危险。

　　2.2.5 障碍因素诊断模型

　　为制定泉州湾湿地碳库生态安全水平提升的策略，有必要评估各项指标的障碍作用，找出阻碍泉州湾湿地碳库生态安全水平提升的主要因素｡参考吕添贵等使用的障碍因素诊断模型，利用在线 SPSS 软件 (https://www.spssau.com), 选取 2012､2016､2021 年作为典型年份进行研究。

　　3 结果与分析

　　3.1 湿地碳储量变化特征

　　2012—2021 年，泉州湾湿地碳储量虽然有波动，但总体呈上升趋势，仅在 2016､2021 年出现下降｡其中 2012 年的碳储量最低为 168221×10⁶t，2020 年碳储量最高，为 654463×10⁶t。这与泉州湾河口湿地自然保护区采取的保护红树林和增加红树林面积等有效措施有关｡2021 年碳储量明显下降，可能与蓝色海湾综合整治行动有关｡2021 年是该行动的第 1 年，初期的清理工作和新种植的红树林尚未成熟，可能导致碳储量短期内下降。

　　3.2 指标权重确定

　　依据熵权法和专家判断法，将两种方法的评价结果进行算术平均，得到各项指标的权重｡通过准则层分析，可知权重占比最大的是驱动力指标，平均权重达到 0.2852, 共有 9 个指标，是指标体系中数量最多的一类｡之后依次为压力指标､状态指标､响应指标和影响指标｡准则层权重高低与其对应的指标数量呈正相关。

　　专家法权重最高的指标有 5 个：最大日降水量､单位 GDP 电耗､二氧化碳排放量､碳储量､平均温度，它们权重均为 0.442｡其中，平均温度和最大日降水量是植物光合作用的重要影响因素，单位 GDP 电耗是实现碳中和的关键，二氧化碳排放量､碳储量是特色指标｡权重最低的是文教科研，其值为 0.154。

　　专家法权重与熵权法权重之间差距最大的是 “第三产业产值占比”｡在熵权法中，该指标权重最高，而在专家法中权重较低｡可能的原因是第三产业主要提供服务，其单位产值消耗的能源相对较少，而制造业､建筑业和交通运输业则需要大量能源，因此，专家判断权重值较低｡尽管近年来第三产业在国民经济中的比重有所增加，但其碳排放量相对于第一､第二产业依然有限｡这表明专家法通过有效调节指标，尽量与现实情况相接近｡而专家法权重与熵权法权重之间差距最小的是地表水资源量，差距仅为 0.0004｡这意味着专家的主观判断与客观评价在此项指标上可能较为一致。

　　平均权重最高的前 5 个项目依次为：第三产业产值占比 (0.0466)､人均耕地面积 (0.0456)､废气治理能力 (0.0411)､人均水资源量 (0.0392)､碳储量 (0.0384), 这 5 个项目变化均对泉州湾湿地生态安全的影响均较大｡平均权重最低的 5 个项目依次为：景观均匀度指标 (0.0187)､文教科研 (0.0194)､垃圾无害化处理率 (0.0217)､景观优势度指标 (0.0225)､空气质量达标率 (0.0252), 这 5 个项目对泉州湾湿地生态安全的影响均较小。

　　3.3 生态安全评价

　　通过试验数据处理，可得 2012—2021 年泉州湾 WESI 及变化趋势｡泉州湾湿地在这 10 年间的生态安全状态均为较安全 (0.4~0.6)｡根据 DPSIR 模型准则层间的相互关系，状态指标的变化会促使影响指标发生变化，影响指标则激励响应指标发挥作用，响应指标又促使状态指标恢复与提高，从而提升驱动力指标｡在各因素相互作用下，2021 年驱动力指标及泉州湾湿地生态安全值均达到 10 年间的最高值｡生态安全值最低年份为 2012 年，最高年份为 2021 年，2021 年生态安全值比 2020 年高 0.04, 总体呈递增趋势，这与泉州湾河口湿地省级自然保护区长期有效的保护措施有关｡然而，泉州湾湿地生态安全评价在较安全区间内存在波动，人类对湿地的利用与保护之间的矛盾，以及湿地本身的脆弱性，可能是目前泉州湾湿地生态安全状况长年波动的主要驱动因素。

　　对于正相关的准则层：驱动力指标数值呈逐年递增趋势，可能原因是泉州相关管理部门通过优化第一、二、三产业占比，降低了泉州湾湿地所承受的生态压力，促使驱动力指标数值持续提高;状态指标数值相对不高，其变化规律以 2015 年为分界点，先增加后减少，主要原因是泉州湾地区的碳排放量(负向指标)以 2015 年为分界点，先减少后增加;影响指标数值总体呈上升趋势但存在波动，上升的原因主要在于碳储量及渔业产值的逐年增加，而波动原因与泉州湾地区地表水资源量有关。对于负相关指标：压力指标数值呈逐年递增趋势，湿地面积的增加及人均耕地面积减少是压力指标提升的主要原因;响应指标数值亦呈逐年递增趋势，对应指标层各子指标数值均呈现上升趋势，具体包括污水集中处理率、工业固体废物综合利用率、环境保护治理投资、空气质量达标率等。这表明人为和自然的保护措施在过去 10 年内取得了正向效果。

　　不同时期泉州湾湿地生态安全的主要影响因素各不相同。2018—2020 年生态安全值下降的主要原因是人均耕地面积的持续减少，以及污水集中处理率和工业固体废物综合利用率等的持续增加;而 2013—2014 年生态安全值下降的主要原因则是人口自然增长率上升和 GDP 增长率下降。这表明，未来泉州湾湿地生态安全保护工作需要与时俱进，不断调整保护措施，以适应经济和环境发展变化的需求。

　　3.4 生态安全障碍度测定

　　2012、2016、2021 年指标层各因素障碍度从高到低排序(前 5 名)，共涉及 12 项指标。

　　虽各观察年间障碍因子的变化较大，但可概括为 6 类指标：气(废气治理能力)，水(污水集中处理率、人均用水量、人均水资源量、地表水资源量、工业废水排放量)，碳(碳储量、碳排放量)，产业占比(第一产业产值、第三产业产值)，土地要素(人均耕地面积)及能耗(单位 GDP 电耗)，这些指标均与人类生活息息相关。

　　2012、2016 年的主要障碍因子较相似，相同的包括：第三产业产值占比、废气治理能力、人均水资源量。2012 年以前，泉州湾地区生态安全保护意识较弱，存在牺牲环境发展经济的现象，对第三产业的发展重视不足，废水、废气(包括二氧化碳排放)的处理不够到位。2012 年后，经过多年的治理，生态安全状况逐步改善，主要障碍因子也随之发生变化，到 2021 年，人均耕地面积成为最关键的障碍因子。耕地是人类赖以生存和发展的基础，在执行最严格的耕地保护政策的背景下，泉州湾地区由于土地供给不足，可能存在退湿还耕的现象。因此，需要加强泉州湾湿地动态监测与安全评价，逐步优化国土利用空间格局，科学划定湿地和耕地保护红线，权衡湿地与耕地的比例关系和布局，在保障粮食安全的基础上，统筹兼顾湿地保护。

　　与碳相关的障碍因子(碳储量、碳排放量)在 2012、2016 年均位于前 5，这可能与 “双碳” 意识的提高以及相关举措的落实有关。在 2021 年，这两项障碍因子的障碍度排名分别下降到第 15 和 21 位(并列)，它们对泉州湾湿地生态安全水平提升的制约能力已大幅减弱。

　　4 讨论

　　2012—2021 年泉州湾湿地碳储量总体呈现逐年递增趋势，存在波动变化现象，与路春燕等关于泉州湾红树林湿地面积的研究结果基本一致。

　　泉州湾湿地碳库生态总体处于较安全状态，但也存在波动变化。这可能与湿地利用和保护之间的长期博弈及湿地本身的脆弱性有关。近 10 年来，泉州地区城市经济快速发展，海湾经济开发强度大，人口和经济快速增长，以及配套基础设施建设，导致泉州湾生态系统的某些服务功能逐步退化。为此，泉州市实施了一系列整治和修复泉州湾湿地生态的措施：积极开展宣传教育，加大科研监测力度，实施红树林人工种植，推动违法违规问题整治，开展蓝色海湾综合整治行动等。这些措施在一定程度上缓解了利用与保护之间的矛盾。然而，保护举措常跟不上破坏的步伐，自然环境的不断变化也可能促使泉州湾生态安全长期处于波动状态。因此，不断监测和探讨泉州湾滨海湿地生态安全问题将是一项长期的工作。

　　近年来，人均耕地面积、地表水资源量、单位 GDP 电耗、工业废水排放量和第一产业产值是制约泉州湾湿地生态安全水平提升的重要因素。针对这 5 个方面进行正向干预，可以最大化提升性价比。具体措施为：加强泉州湾湿地碳库生态安全情况的实时有效监测，继续优化三大产业比重，适当发展旅游业等第三产业;根据泉州湾湿地、耕地保护的实际情况，出台合理的湿地和耕地保护措施;减少电力生产环节中的二氧化碳等温室气体的排放，依靠新技术提高发电效率;合理规划渔业用地和配套设施;加强对互花米草的治理等。通过以上措施，实现发展与保护的统筹兼顾，提升泉州湾湿地碳库生态安全状态。

　　在测算碳储量和碳排放量时，没有考虑甲烷等重要的温室气体。在指标选择中，人均 GDP 和 GDP 增长率、人均水资源量和人均用水量存在一定类别重叠，应尽可能选择区分度明显的指标，以反映问题的不同侧面。对于碳储量、废气治理能力、二氧化碳排放等重要影响指标，仅进行了定性分析，没有提供其影响能力及阈值。因此，尽管 DPSIR 模型被广泛应用于湿地生态系统评价，但在指标覆盖面和评价维度方面仍有进一步优化的空间。

陈 实;陈丽捷;洪 宇;刘金福;阙 翔;李意敏;何东进;赵婧雯,福建农林大学林学院;福建省经纬数字科技有限公司;福建农林大学计算机与信息学院;福建省高校生态与资源统计重点实验室;自然资源部东南生态脆弱区监测修复工程技术创新中心;泉州湾河口湿地自然保护区发展中心,202405