CN112581038A - 一种红树林湿地的健康状况的评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种红树林湿地的健康状况的评估方法，其包括如下步骤：对红树林湿地的现状进行调查，选择各环境因素相同的未修复区为参照点，确定红树植物样地调查方法，并确定红树林人工修复对环境的影响指标值；确定水环境质量指标的检测方法、重金属指标和营养物质污染指标；确定沉积物环境质量指标的评价方法；确定红树林湿地健康评价指标权重；根据各个指标的权重，分别确定水环境质量中各指标、沉积物环境质量中各指标和红树植物群落中各指标的综合权重，计算红树林湿地的健康指数，划分评价等级，进行评估。本发明的方法采用水环境、沉积物和植物群落三个层次来对红树林湿地健康评价，能快速的对红树林湿地健康状况进行评估。
Description
技术领域
本发明属于环境保护技术领域，尤其涉及一种红树林湿地的健康状况的评估方法。
背景技术
红树林是生物多样性保护和滨海湿地生态保护的重要对象。红树林湿地生态***作为海岸生态关键区，具有维持生物多样性和物质生产、防风消浪护岸、净化污染物等强大的生态服务功能。随着沿海城市的快速发展，红树林湿地***遭到严重破坏，红树林面积减少约四成，污染和人类活动导致红树林湿地生物多样性下降，部分生态功能处于亚健康状态甚至丧失，海岸侵蚀加剧及近海渔业资源日趋枯竭，使红树林的保护与管理面临着巨大的压力。
现有的红树林健康评价方法中，多以用环境、状态和压力下的生态***评估方法，这些方法数据获取难度大，分析复杂。
发明内容
针对以上技术问题，本发明公开了一种红树林湿地的健康状况的评估方法，通过水环境、沉积物和植物群落三个层次来对红树林湿地健康评价，能快速的对红树林湿地健康状况进行评估，数据获取容易，分析简单。
对此，本发明采用的技术方案为：
一种红树林湿地的健康状况的评估方法，其包括如下步骤：
步骤S1，对红树林湿地的现状进行调查，确定红树林生长环境的指标和红树林人工修复对环境的影响指标，明确红树林人工修复对环境的影响指标包括植物群落与结构的指标、水环境质量的指标和沉积物环境质量的指标；
所述水环境质量的指标包括营养状态质量指数P11、水质重金属污染程度指数P12、水质综合污染指数P13；
所述沉积物环境质量的指标，具体为沉积物类型指数P21、沉积物盐碱度指数P22、沉积物重金属污染程度指数P23、沉积物综合污染程度指数P24；
所述植物群落与结构的指标包括群落层高比指数P31、覆盖度指数P32、长势指数P33、红树植物均匀度指数P34、红树植物多样性指数P35；
步骤S2，选择各环境因素相同的未修复区为参照点，确定红树植物样地调查方法，并确定红树林人工修复对环境的影响指标值；
步骤S3，确定水环境质量指标的评价方法，采集红树植物生长环境的水样，测定水环境的理化指标，所述水环境的理化指标包括重金属指标和营养物质污染指标；其中，所述重金属指标包含铜、锌、镍、镉，营养物质污染指标主要包括总磷、总氮、COD含量；可以采用现有技术进行测定。
步骤S4，确定沉积物环境质量指标的评价方法，采集红树植物根际表层(0-10cm)土壤和裸滩区(0-10cm)表层的沉积物，测定沉积物的物理化性质指标；
所述沉积物的物理化性质指标包括铜、锌、镍、镉，有机质、总磷、总氮、和盐度含量指标。
步骤S5，确定红树林湿地健康评价指标权重，所述红树林湿地健康评价指标权重包括水环境指标的权重值B1、沉积物环境的权重值B2、植物群落与结构的权重值B3；
步骤S6，确定营养状态质量指数的权重值C1、水质重金属污染程度的权重值C2、水质综合污染指数的权重值C3；
确定营养状态质量指数的权重值W11、水质重金属污染程度的权重值W12、水质综合污染指数的权重值W13；
步骤S7，确定沉积物类型的权重值C4、沉积物盐碱度的权重值C5、沉积物重金属污染程度的权重值C6、沉积物综合污染指数的权重值C7；
确定沉积物类型的权重值W21、沉积物盐碱度的权重值W22、沉积物重金属污染程度的权重值W23、沉积物综合污染指数的权重值W24；
步骤S8，确定群落层高比的权重值C8、覆盖度的权重值C9、长势的权重值C10、红树植物均匀度的权重值C11、红树植物多样性的权重值C12；
确定群落层高比的权重值W31、覆盖度的权重值W32、长势的权重值W33、红树植物均匀度的权重值W34、红树植物多样性的权重值W35；
步骤S9，根据步骤S5～步骤S8的各个指标的权重，分别确定水环境质量中各指标、沉积物环境质量中各指标和红树植物群落中各指标的综合权重，并按照式(1)计算红树林湿地的健康指数：
其中：FEHI为红树林湿地的健康指数；n为评价指标项数，n为正整数；Pij为第i要素第j指标赋值；Wij第i要素第j指标的综合权重；
步骤S10，根据红树林湿地的健康指数，划分评价等级，根据评价等级对红树林湿地的健康状况进行评估。
作为本发明的进一步改进，步骤S4中，所述沉积物的物理化性质指标根据HY/T081-2005红树林生态监测技术规程与GB12763海洋调查规范获得。
作为本发明的进一步改进，所述沉积物综合污染程度指数P24采用如下公式计算如下：
作为本发明的进一步改进，步骤S6中，根据水环境质量、沉积物环境、质量和红树植物群落相对于红树林湿地健康评价的重要性构造如式(3)所示的判断矩阵，得到特征向量，从而得到水环境指标的权重值B1、沉积物环境的权重值B2、植物群落与结构的权重值B3；
作为本发明的进一步改进，步骤S7中，根据水环境指标的权重值B1，以及营养状态质量指数C1、水质重金属污染程度C2、水质综合污染指数C3相对于红树林湿地健康评价的重要性构造如式(4)所示的判断矩阵，得到特征向量，从而得到营养状态质量指数C1的权重值W11、水质重金属污染程度C2的权重值W12、水质综合污染指数C3的权重值W13；
作为本发明的进一步改进，步骤S8中，根据沉积物环境的权重值B2，以及沉积物类型C4、沉积物盐碱度C5、沉积物重金属污染程度C6、沉积物综合污染指数C7相对于红树林湿地健康评价的重要性构造如式(5)所示判断矩阵，得到特征向量，从而得到沉积物类型C4的权重值W21、沉积物盐碱度C5的权重值W22、沉积物重金属污染程度C6的权重值W23、沉积物综合污染指数C7的权重值W24；
作为本发明的进一步改进，步骤S9中，根据植物群落与结构的权重值B3，以及群落层高比C8、覆盖度C9、长势C10、红树植物均匀度C11、红树植物多样性C12对于红树林湿地健康评价的重要性构造判断矩阵，得到特征向量，从而得到群落层高比C8的权重值W31、覆盖度C9的权重值W32、长势C10的权重值W33、红树植物均匀度C11的权重值W34、红树植物多样性C12的权重值W35；
作为本发明的进一步改进，所述红树植物多样性采用shannon(香农)多样性指数。
作为本发明的进一步改进，所述红树植物样地调查方法包括：设置样方，以种数、胸径、株高、覆盖度和植物生长情况的现场测量值进行数据统计分析，确定群落层高比、覆盖度、长势、红树植物均匀度和红树植物多样性的指标值。
作为本发明的进一步改进，步骤S10中，当FEHI≥3.75时，为健康状态；当2.75≤FEHI<3.75时，为亚健康状态，当FEHI<2.75则为不健康状态。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
采用本发明的技术方案，通过水环境、沉积物和植物群落三个层次来对红树林湿地健康评价，能快速对红树林湿地的健康状况根据量化的数据进行评估，数据获取容易，分析简单，使得评估方法更加简单、直观、客观，可准确有效地评估红树林湿地的健康状况，适用范围广。
具体实施方式
下面对本发明的技术方案作进一步的详细说明。
一种红树林湿地的健康状况的评估方法，包括如下步骤：
S101，红树林湿地现状调查，包括植物种类、水文环境、水淹环境等环境因素，确定红树林生长环境的相关指标，明确红树林人工修复对环境的影响指标主要为植物群落次、水环境质量和沉积物环境质量指标。
S102，确定红树植物层次结构评价指标，明确群落层高比、覆盖度、长势、红树植物均匀度、红树植物多样性四个指标。其中红树植物多样性用shannon多样性指数表示。
S103，确定植物及水环境质量评价指标为营养状态质量指数、水质重金属污染程度、水质综合污染指数。
S104，确定红树林沉积物环境质量指标，具体为沉积物类型、沉积物盐碱度、沉积物重金属污染程度、沉积物综合污染程度等指标。
S105，选择各环境因素相同的未修复区为参照点，具体的，所选择的立项参照点水文条件、水淹条件等均与样点相同。
S106，确定红树植物样地调查方法，设置10*10m的样方，以种数、胸径、株高、覆盖度和植物生长情况等现场测量值进行数据统计分析，确定群落层高比、覆盖度、长势、红树植物均匀度和红树植物多样性四个指标具体值。
S107，确定水环境质量指标的检测方法，重金属指标包含铜、锌、镍、镉，营养物质污染指标主要包括总磷、总氮、COD。
S108，确定沉积物环境质量指标的评价方法，采集红树植物根际表层(0-10cm)土壤和裸滩区(0-10cm)表层运回实验室，测定沉积物理化性质指标。主要为铜、锌、镍、镉，有机质、总磷、总氮、和盐度指标。
进一步的，采用单项标准指数法，计算公式如下：Si＝Ci/CS，式中为沉积物中评价指标i的污染指数；Ci为评价指标i的实测值；CS是为评价指标i的标准值，Si大于1表示评价指标i的含量超过评价标准值。
采用综合污染指数法评价沉积物营养污染水平，计算公式如下：
FF为综合污染指数，F为n项污染物污染指数S(TN)和S(TP)的平均值，F max为S(TN)和S(TP)的最大值。
S108确定红树林湿地健康评价指标权重，具体为根据水环境质量B1、沉积物环境B2、质量和红树植物群落B3相对于红树林湿地健康评价的重要性构造判断矩阵：
得到特征向量0.143、0.143、0.714，最大特征根为3.427，计算得出CR值为0.002，符合要求，因此水环境质量B1、沉积物环境B2、质量和红树植物群落B3的权重值为0.143、0.143、0.714。
S109，确定水环境质量B1层的权重值，具体为营养状态质量指数C1、水质重金属污染程度C2、水质综合污染指数C3相对于红树林湿地健康评价的重要性构造判断矩阵：
得到特征向量0.111、0.333、0.556，最大特征根为3.427，计算得出CR值为0.002，符合要求，因此营养状态质量指数C1、水质重金属污染程度C2、水质综合污染指数C3的权重值W11、W12、W13分别为0.111、0.333、0.556。
S110，确定沉积物环境B2的权重值，具体为沉积物类型C4、沉积物盐碱度C5、沉积物重金属污染程度C6、沉积物综合污染指数C7相对于红树林湿地健康评价的重要性构造判断矩阵：
得到特征向量0.100、0.100、0.300、0.500，最大特征根为4.003，计算得出CR值为0.000，符合要求，因此沉积物类型C4、沉积物盐碱度C5、沉积物重金属污染程度C6、沉积物综合污染指数C7的权重值W21、W22、W23、W24分别为0.100、0.100、0.300、0.500。
S111，确定红树植物群落B3层的权重值，具体为群落层高比C8、覆盖度C9、长势C10、红树植物均匀度C11、红树植物多样性C12对于红树林湿地健康评价的重要性构造判断矩阵：
得到特征向量0.062、0.125、0.187、0.313、0.313，最大特征根为5.001，计算得出CR值为0.000，符合要求。因此，群落层高比C8、覆盖度C9、长势C10、红树植物均匀度C11、红树植物多样性C12的权重值W31、W32、W33、W34分别为0.062、0.125、0.187、0.313、0.313。
S112，基于上述红树林评估数据中各指标的权重、上述水环境质量数据中各指标的权重、上述沉积物环境质量数据中各指标的权重和上述红树植物群落数据中各指标的权重，分别确定上述水环境质量数据中各指标、上述沉积物环境质量数据中各指标和上述红树植物群落数据中各指标的综合权重，如表1所示：
表1综合权重表
表2据文献调查、专专家咨询及实地调查给评价指标赋分
根据表1的权重表和表2赋分表，按照式(1)计算红树林湿地的健康指数：
其中：FEHI为红树林湿地的健康指数；n为评价指标项数，n为正整数；Pij为第i要素第j指标赋值；Wij第i要素第j指标的综合权重。
根据红树林湿地的健康指数，划分评价等级，将红树林湿地健康状态分为健康、亚健康、不健康三种状态，FEHI≥3.75时为健康状态，FEHI处于2.75-3.75之间则为亚健康状态，小于2.75则为不健康状态。
下面按照上述的评估方法结合实施例进行说明。
实施例
选取宝安西乡的一片红树林样地，设置三个10m*10m的样方，实地调查红树植物群落指标，采集水、沉积物样品带回实验室检测，得到的测定值如表3示：
表3测定数据表
对上述植物进行评分，如表4示：
表4评分表
取三个样方的均值44，根据权重指标计算该样地红树林湿地健康指数：
样方1的FEHI＝0.016*4+0.048*4+0.079*3+0.014*5+0.014*3+0.043*4+0.072*1+0.045*4+0.089*5+0.134*4+0.223*4+0.223*3＝3.57。
同理得出样方2的FEHI值为3.57，样方2的FEHI值为3.57，取均值为结果。
因此，该样地的FEHI值为3.57，处于2.75-3.75之间，为亚健康状态。
采用本实施例的技术方案，相对于现有技术的每个指标分别按照等级进行打分，然后综合评价，数据获取容易，分析简单，评价更加客观，
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种红树林湿地的健康状况的评估方法，其特征在于，其包括如下步骤：
步骤S1，对红树林湿地的现状进行调查，确定红树林生长环境的指标和红树林人工修复对环境的影响指标，所述红树林人工修复对环境的影响指标包括植物群落与结构的指标、水环境质量的指标和沉积物环境质量的指标；
其中，所述水环境质量的指标包括营养状态质量指数P11、水质重金属污染程度指数P12、水质综合污染指数P13；
所述沉积物环境质量的指标，具体为沉积物类型指数P21、沉积物盐碱度指数P22、沉积物重金属污染程度指数P23、沉积物综合污染程度指数P24；
所述植物群落与结构的指标包括群落层高比指数P31、覆盖度指数P32、长势指数P33、红树植物均匀度指数P34、红树植物多样性指数P35；
步骤S2，选择各环境因素相同的未修复区为参照点，确定红树植物样地调查方法，并确定红树林人工修复对环境的影响指标值；
步骤S3，确定水环境质量指标的评价方法，采集红树植物生长环境的水样，测定水环境的理化指标；
步骤S4，确定沉积物环境质量指标的评价方法，采集红树植物根际表层土壤和裸滩区表层的沉积物，测定沉积物的物理化性质指标；
步骤S5，确定红树林湿地健康评价指标权重，所述红树林湿地健康评价指标权重包括水环境指标的权重值B1、沉积物环境的权重值B2、植物群落与结构的权重值B3；
步骤S6，确定营养状态质量指数C1的权重值W11、水质重金属污染程度C2的权重值W12、水质综合污染指数C3的权重值W13；
步骤S7，确定沉积物类型C4的权重值W21、沉积物盐碱度C5的权重值W22、沉积物重金属污染程度C6的权重值W23、沉积物综合污染指数C7的权重值W24；
步骤S8，确定群落层高比C8的权重值W31、覆盖度C9的权重值W32、长势C10的权重值W33、红树植物均匀度C11的权重值W34、红树植物多样性C12的权重值W35；
步骤S9，根据步骤S5～步骤S8的各个指标的权重，分别确定水环境质量中各指标、沉积物环境质量中各指标和红树植物群落中各指标的综合权重，并按照式(1)计算红树林湿地的健康指数：
其中：FEHI为红树林湿地的健康指数；n为评价指标项数，n为正整数；Pij为第i要素第j指标赋值；Wij第i要素第j指标的综合权重；
步骤S10，根据红树林湿地的健康指数，划分评价等级，根据评价等级对红树林湿地的健康状况进行评估。
2.根据权利要求1所述的红树林湿地的健康状况的评估方法，其特征在于：
步骤S3中，所述重金属指标包含铜、锌、镍、镉，营养物质污染指标主要包括总磷、总氮、COD含量；
步骤S4中，所述沉积物的物理化性质指标包括铜、锌、镍、镉，有机质、总磷、总氮、和盐度含量指标；
所述沉积物的物理化性质指标根据HY/T 081-2005红树林生态监测技术规程与GB12763海洋调查规范获得。
3.根据权利要求2所述的红树林湿地的健康状况的评估方法，其特征在于：步骤S1中，所述沉积物综合污染程度指数P24采用如下公式计算如下：
FF为综合污染指数，F为n项污染物总氮污染指数S(TN)和总磷污染指数S(TP)的平均值，F max为总氮污染指数S(TN)和总磷污染指数S(TP)的最大值。
4.根据权利要求3所述的红树林湿地的健康状况的评估方法，其特征在于：步骤S6中，根据水环境质量、沉积物环境、质量和红树植物群落相对于红树林湿地健康评价的重要性构造如式(3)所示的判断矩阵，得到特征向量，从而得到水环境指标的权重值B1、沉积物环境的权重值B2、植物群落与结构的权重值B3；
5.根据权利要求4所述所述的红树林湿地的健康状况的评估方法，其特征在于：步骤S7中，根据水环境指标的权重值B1，以及营养状态质量指数C1、水质重金属污染程度C2、水质综合污染指数C3相对于红树林湿地健康评价的重要性构造如式(4)所示的判断矩阵，得到特征向量，从而得到营养状态质量指数C1的权重值W11、水质重金属污染程度C2的权重值W12、水质综合污染指数C3的权重值W13；
6.根据权利要求5所述的红树林湿地的健康状况的评估方法，其特征在于：步骤S8中，根据沉积物环境的权重值B2，以及沉积物类型C4、沉积物盐碱度C5、沉积物重金属污染程度C6、沉积物综合污染指数C7相对于红树林湿地健康评价的重要性构造如式(5)所示判断矩阵，得到特征向量，从而得到沉积物类型C4的权重值W21、沉积物盐碱度C5的权重值W22、沉积物重金属污染程度C6的权重值W23、沉积物综合污染指数C7的权重值W24；
7.根据权利要求6所述的红树林湿地的健康状况的评估方法，其特征在于：步骤S9中，根据植物群落与结构的权重值B3，以及群落层高比C8、覆盖度C9、长势C10、红树植物均匀度C11、红树植物多样性C12对于红树林湿地健康评价的重要性构造判断矩阵，得到特征向量，从而得到群落层高比C8的权重值W31、覆盖度C9的权重值W32、长势C10的权重值W33、红树植物均匀度C11的权重值W34、红树植物多样性C12的权重值W35；
8.根据权利要求1～7任意一项所述的红树林湿地的健康状况的评估方法，其特征在于：所述红树植物多样性采用shannon多样性指数。
9.根据权利要求8所述的红树林湿地的健康状况的评估方法，其特征在于：所述红树植物样地调查方法包括：设置样方，以种数、胸径、株高、覆盖度和植物生长情况的现场测量值进行数据统计分析，确定群落层高比、覆盖度、长势、红树植物均匀度和红树植物多样性的指标值。
10.根据权利要求1～7任意一项所述的红树林湿地的健康状况的评估方法，其特征在于：步骤S10中，当FEHI≥3.75时，为健康状态；当2.75≤FEHI<3.75时，为亚健康状态，当FEHI<2.75则为不健康状态。
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