生态系统健康评价研究方法与进展

文章编号:　1001-4675(2003)04-0330-06

生态系统健康评价研究方法与进展Ξ

张宏锋,　李卫红,　陈亚鹏

(中国科学院新疆生态与地理研究所,乌鲁木齐　830011)

摘　要:生态系统是人类生存的依托条件,生态系统是否健康直接影响到人类的生产、生活。由于生产力的不断发展及资源利用水平的不断提高,人类对生态系统的影响越来越大,其直接后果就是生态系统发生病变,导致生态系统服务功能丧失。在阅读国内外有关生态系统健康文献的基础上,综述了生态系统健康的发展过程、概念、范畴、指标、评价方法及存在的问题,旨在反映当前生态系统健康研究的状况,同时能为环境保护和生态系统恢复提供一些建议和方法。

关键词:生态系统;健康;评价方法

中图分类号:Q146 文献标识码:A

生态系统是一定空间内由生物群落及其环境组成的具有一定格局,借助于功能流(物种流、能量流、物质流、信息流和价值流)而形成的稳态系统〔1〕。人类作为生态系统的一个组分,与生态系统中环境的关系密切,表现为人类社会与经济活动愈强烈,对生态系统的干扰就愈大。尤其近50a来,随着对自然资源利用水平的不断提高,各种工业活动排放的三废(废液、废物、废气)大量排入生态系统,超过了生态系统的自净能力〔2〕;盲目的毁林开荒破坏了森林生态系统健康,使森林自然生态系统失去平衡,失去了涵养水分、防风固沙的能力;对草地的过度利用,使草地退化;植被覆盖度降低,加剧了土地荒漠化过程和沙尘天气的发生〔3～6〕。鉴于此,科学家们提出了生态系统健康(Ecosystem health)概念,希望尽早制止生态系统的恶化,强调应用保护人类健康的范例来保护生态系统健康。

1　生态系统健康的提出和发展过程

生态系统健康的提法可追溯到20世纪40年代。1941年美国生态学家、土地伦理学家Aldo. Leopold首先定义了土地健康(Land health)〔7〕;60-70年代,生态学得到迅速发展,Woodwell和Barrett 提出胁迫生态学〔8,9〕;进入80年代,Rapport等研究了生态系统在胁迫状态下的行为,认为它在逆境下的反应不具有自主性〔10〕。Costanza和Rapport等科学家认为,现在世界上的生态系统在胁迫下发生问题,不能像过去一样为人类服务。他们认为,生态系统健康的概念可引起公众对环境退化问题的关注〔1,11〕;1988年Schaeffer〔12,13〕等首次提出了有关生态系统健康度量的问题,但没有明确定义生态系统健康;1989年,Rapport〔12,14〕论述了生态系统健康的内涵。

1989年国际“水生生态系统健康与管理学会”在加拿大成立,这是国际上首次成立的有关生态系统健康的学术团体,其宗旨是促进与发展整体的、系统的和综合的方法保护与管理全球水生资源。1990年10月,学术界、政府、商业和私人组织等各界代表在美国召开了关于生态系统健康定义专题讨论会。1991年2月,在美国科学促进联合年会上,国际环境伦理学会召开了“从科学、经济学和伦理学定义生态系统健康”讨论会。1994年,31个国家的900名科学家聚集在加拿大渥太华,召开了“国际生态系统健康与医学研讨会”,会议集中在生态系统健康评价、人与生态系统相互作用的检验、基于生态系统健康的政策3个方面,并希望组织区域、国家和全球水平的管理,评价和恢复生态系统健康的研究。同时宣告“国际生态系统健康学会(ISEH)”成立。1996年,ISEH召开了“第二届国际生态系统健康学研讨

第20卷　第4期2003年12月

干旱区研究

ARID　ZON E　RESEARCH

Vol.20　No.4

Dec.　2003

Ξ收稿日期:2002-12-16;　修订日期:2003-06-10

基金项目:国家自然科学基金(90102007)和中国科学院知识创新项目(KZCX1-08-03).

作者简介:张宏锋(1978-),男,硕士研究生,研究领域为环境科学.E-mail:zhanghf77925@.

会”,本次大会与“96生态最高级会议”联合在丹麦哥本哈根召开。这次“生态最高级会议”由国际生态模拟学会、国际生态工程学会和国际生态经济学会共同组织。大会明确了要解决复杂的全球性的生态环境问题,需要综合自然科学和社会科学。1999年8月,“国际生态系统健康大会———生态系统健康的管理”在美国加州召开。这次大会的3个主题是“生态系统健康评价的科学与技术”,“影响生态系统健康的政治、文化和经济问题”以及“案例研究与生态系统管理对策”。

迄今为止,关于生态系统健康的杂志有1995年创刊的《Ecosystem Health》,1992年发行的《Journal of Aquatic Ecosystem Health》(1997年更名为Jour2 nal of Aquatic Ecosystem stress and Recovery)。Costanza、Rapport等主编的关于生态系统健康的专著,对生态系统健康进行了全面的论述〔7,15,16〕。这些杂志的发行和专著的出版,有力地推动了生态系统健康的研究,使生态系统健康从一个最初源自医学的概念,形成一个将生态—社会经济—人类健康3个领域整合在一起的综合性定义〔17〕。

2　生态系统健康概念

对于生态系统健康概念的定义,各家均有不同之言〔1〕。Woodley从生态系统所处的状态提出:“生态系统健康是生态系统发展的一种状态,在此状态中,地理位置、光照水平、可利用的水分、营养及再生资源量都处在适宜或十分乐观的水平,或者说,处在可维持该生态系统生存的水平”。Karr等从生物群落结构和功能的完整性出发,指出生态系统健康是指“生态系统有能力供养并维持一个平衡、完整、适应的生物群落。此群落由若干物种组成并且构成一个有功能的组织”。美国国家研究委员会从生态系统提供的服务方面提出:“如果一个生态系统有能力满足我们的需求并且在可持续方式下,产生所需要的产品,这个系统就是健康的”。大多数生态学家认为健康的生态系统是指生态系统的结构和功能都没有受到损害,生态系统中的各种功能流(物种流、能量流、物质流、信息流和价值流)都能正常进行,并能够提供各种满足人类需要的服务。健康的生态系统能满足人类的各种需求,并且具有可持续性。Rap2 port等在1998年将生态系统健康的概念总结为“以符合适宜的目标为标准来定义的一个生态系统的状态条件或表现”。即生态系统健康应包含两方面的内涵:一为满足人类社会合理要求的能力,二为生态系统本身自我维持与更新的能力,前者是后者的目标,而后者是前者的基础〔17～20〕。

3　生态系统健康的评价范畴

生态系统是一个复杂的系统,具有复杂的结构和功能,是人类和各种生物的生命支持系统,与人类的社会、经济活动有密切的关系。因此,对生态系统健康的评价应该综合生态学、社会经济、人类健康方面的原则和原理进行评价,将3个方面结合在一起构成一个完整的评价体系:(1)生态学范畴从生态系统的结构和功能出发,研究环境与生物之间的相互作用,从食物链和栖息地等方面评价生态系统的健康状况,研究内容涉及物质循环、能量流动、生物多样性、生态系统的退化与恢复等方面;(2)社会经济范畴主要研究生态系统与人类社会经济发展之间的关系。生态系统是人类经济活动的载体,生态系统是否健康直接影响着经济发展水平的高低;(3)人类健康范畴从生态系统健康与人类健康之间的关系研究生态系统的功能和结构变化对人类健康的影响。由于生态系统退化导致环境恶化,例如CO2的大量排放,改变了生态环境,使人类和生物的生存环境发生变化;海平面升高,土地荒漠化,迫使人类和各种生物迁离原来的居住环境〔21,22〕,食物链中有毒物质的富集积聚危害着人类的身体健康。

4　生态系统健康评价指标与方法

生态系统健康是生态系统管理学和环境管理追求的目标〔23〕,健康的生态系统能满足人类社会的合理要求和实现生态系统本身自我维持与更新,并且具有可持续性。生态系统的健康评价作为一门交叉科学的实践,不仅包括系统综合水平、群落水平、种群及个体水平等多尺度的生态指标来体现生态系统的复杂性;还兼收了物理、化学方面的指标,以及社会经济、人类健康指标,反映生态系统为人类社会提供生态系统服务的质量与可持续性〔18〕。由于生态系统是一个极其复杂的系统,与人类的社会、经济活动及自然生态过程都有着密切的关系。因此,对生态系统健康的评价应该综合生态学、地理学、社会经

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