区域生态系统健康评价指标体系构架——以广东省生态系统健康评价为例

本地鱼种群密度 表征本地鱼群在生态系统结构中的比例 , 本地鱼种群密度指数高 , 种群结构和分布合理 则水生态系统具有较高完整性 。
洪水灾害 反映自然灾害对生态系统的影响 , 用洪水频率表征水安全状况 。 污水处理率 表征社会发展程度及人们的环保意识程度。
(2) 陆地生态环境健康指标 陆地生态系统中 , 植被作为第一生产者 , 是生物生存的栖息地和食物来源 。 因此陆地生态系统指标的选取需针对植被生长状况 , 从植被的生存压力 、环境 、生产力等方面评判生态系统健 康程度 。
陆地
产水量 3 公 路 3
土地能力 3
人类干扰 3 酸 雨 3 自然保护区 3
人均产水量 公路密度
水土流失面积率 立地指数 、土壤生产率指数
人类干扰指数 酸雨频率
自然保护区比例
据区域供水的主要来源选取相应的指 标。
河岸及河床边缘植被 主要研究 河岸的自然化程度和植被受扰状态及 盖度变化 , 定性与定量相结合 , 采用
河流连续性 河流的连续性包括纵向连续 、横向连续和垂直连续三方面 。横向连续指河流的浅滩和深泓 、
浅滩与河岸植被之间存在联系 ; 纵向连续是指上下游之间的关系 ; 垂向联系是指河流与地下水之间的联系 。本 文中只考虑河流的纵向联系 。由于水工建筑物割裂了河流的纵向连续性 , 改变了河流的自然流量过程 , 水温 、 营养物质 , 迁移路径等 , 引起河流形态的均一化及非连续化 , 导致河流连续性降低 , 可采用景观生态学中的连 通性指数表征河流网络连通程度 。网络的连通性就是系统中所有交点被廊道连接起来的程度 , 是廊道网络复杂 度的指标 , 采用是网络中连接廊道数与最大可能连接廊道数之比的 r 指数方法计算网络连通性 。在实际运用中 我们将河流上的水工建筑做为断点 , 将水工建筑物建立前后的 r 指数之比反映河流连通性的变化 。
“健康”这个词一直与生态系统发展理论联系在一起 , 且往往与反映生态系统状态的定量指标相关 。决定 健康评价是否成功的关键是如何选择适宜的评价指标与评价标准 。生态环境是人类生存的基础 , 给人类全方 位 , 综合性的服务 。生态系统健康与生态环境的服务功能密切相关 , 只有服务功能完善的生态系统才是健康 的 。因此生态系统健康必须基于生态服务功能来确定指标 , 特别是评价其干扰后的恢复能力 , 包括其完整性 、 适应性和效率 。
河流
河流的连续性 3 洪 灾
污染负荷 3
相对连通指数 洪灾面积 污水处理率
水资源利用 3
地下水开采率 需水/ 径流
栖息地
滩地扩展系数 栖息地多样性指数
本地鱼种群密度
丰富指数 种群大小分布
域内的水资源条件 。 水资源利用 包括地表水和地下
水两方面 , 可采用地下水开采率和需 水与径流的比值表征水资源的开发利 用程度和供需矛盾 。实际应用中可根
m
景观多样性指数提取模型
6 S HDI = -
Pkln ( Pk)
(3)
k =1
式中 SHDI 为 Shannon 多样性指数 ; Pk 是缀块类型 k 在景观中出现的概率 。
m
6 D = Hmax + ( Pk) ×ln ( Pk)
优势度 :
Baidu Nhomakorabea
i =1
(4)
Hmax = ln ( m)
式中 D 为景观的优势度 , 它与多样性指数成反比 , 对于景观类型数目相同的不同景观 , 多样性指数越大 ,
图 2 广东省土地利用分类图 Fig12 Land use classes in Guangdong
212 指标体系 由于缺少生物方面的资料 , 无法考虑本地鱼种群密度 、植物受病虫害 、外来物种扩张力等指标 ; 针对广东
省河流属于水质型缺水而非水量型缺水 , 指标选取时没有考虑水量指标 ; 广东省地下水开采集中在粤西沿海地 区 , 在空间上不具备共性 , 不考虑地下水开采率 ; 河岸植被覆盖和河道冲刷/ 淤积 、栖息地 、土壤生产率等均 需要进行实地调查 , 范围广 、投入大 、周期长 , 因此笔者根据现有资料 , 以石堤化比率代替河岸植被状况 , 从 侧面反映河岸现状 。广东省采用的生态系统健康评价指标体系如表 1 中的 3 表示 , 这些指标基本包括了广东省 目前对生态系统健康的主要影响因子 。
(5) 相关性 选取的指标在时间和空间上具有敏感性 , 与生态环境的背景值存在相关性 。 112 指标体系构成
借鉴专家的意见 , 根据区域的生态现状 , 提取区域生态弹性力 、生物多样性 、水土保持 、资源环境等方面
收稿日期 : 2004208230 ; 修订日期 : 2005201230 作者简介 : 宋兰兰 (1973 - ) , 女 , 江苏南京人 , 讲师 , 主要从事水资源可持续利用 、水环境 、水生态等研究 。
数 。景观破碎度越大 , 破碎程度越高 。
公路密度 单位面积的公路长度 , 表征社会经济发展程度 。公路对于生态系统具有潜在的破坏作用 , 增加
了土壤侵蚀速度 , 同时也为外来物种的入侵提供了方便 。据统计每新建 1 km 的公路 , 其土壤侵蚀量为每年 450
～500 t [2] 。
产水量 区域内人均产水量 , 表征土地利用的变化所引起水文情况的改变 。研究表明[3] , 当人均产水量
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第 1 期
宋兰兰等 : 区域生态系统健康评价指标体系构架 ———以广东省生态系统健康评价为例
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特征构建指标体系[1] 。由于河流生态系统与陆域生态系统存在差异 , 两者之间又相互影响 , 因此将整个区域依
照生态系统的天然结构分为河流和陆域两个子系统 , 针对这两个子系统分别提取指标体系 (表 1) 。
水量 河流的地表径流量表征区
目标层 区域
Table 1 Indicators system of regional ecosystem health
准则层
指 标 层 水 质 3 水 量
河岸及河流边缘植被 3
指 标 劣 Ⅲ水质比率 人均水资源量 河岸植被覆盖率
河道冲刷/ 淤积
冲刷淤积长度/ 总河长 弯曲系数变化率
1 区域生态环境健康评价指标
111 指标的选择原则 生态系统在人类的干扰和压力下表现出整体性、有限性 、不可逆性 、隐显性 、持续性和灾害放大性等重要
特征 。生态系统健康指标体现生态系统的特征 , 反映区域生态系统健康变化的总体趋势 。指标选择的原则概括 如下 :
(1) 整体性 生态系统健康指标应能体现区域内社会 、经济 、资源 、环境 、生物等各个侧面的基本特征 , 全面反映生态系统的服务功能 。
生态弹性力是环境受干扰后生态系统的恢复能力 , 表征系统的抗干扰性 , 受气候 、土地覆被 、土壤 、地形 地貌 、水文等多因子影响 。在研究中可根据土地覆被计算景观多样性 、高生态斑块密度 , 采用景观多样性指 数 、优势度 、高生态斑块密度等反映系统的生态弹性力 。景观多样性指数高其生态弹性力也大 , 抗干扰能力 强 。许多濒危物种需要大面积自然生境才能保证生存 。自然生境的割裂使得生物生存环境破坏 , 因此自然生境 的破碎化程度反映了生态环境系统组织结构 , 可采用景观生态学中的景观斑块破碎化指数来描述重要生态功能 生境受干扰程度 。
其优势度越小 ; m 为生态区域内所有景观类型的数目 。
重要生态功能景观斑块的面积比例 :
面积比例 = 重要生态功能景观斑块的面积/ 景观总面积 。
(5)
重要生态功能景观斑块的破碎度指数 :
FI = ( Nf - 1) / Nc
(6)
式中 FI 为重要生态功能景观斑块的破碎度指数 ; Nf 是重要生态功能景观斑块的斑块数 ; Nc 是景观内斑块总
(1) 河流生态环境健康指标 河
表 1 区域生态系统健康指标体系
流是人类文明的发源地 , 为人类提供 清洁的水源和良好的生存环境 , 具有 重要的生态服务功能 。根据河流生态 系统的服务功能从水质 、水量 、水资 源利用 、河流形态 、生物等方面考虑 河流生态系统健康 。
水质 河流等水体的水质以《地 面水环境质量标准》( GB383822002) 中 Ⅲ类水域水质标准评定 , 选取劣于 Ⅲ 类水质河段占总评价河段的百分比来 表征区域河流质量 。
人类干扰指数 = 人类干扰景观斑块的面积/ 景观总面积
(7)
土地能力 包括土壤退化程度和土地生产潜力两个方面。采用立地指数或土壤生产率指数表征土壤生产能
力 。采用水土流失面积率表征土壤的退化程度 。
酸雨 酸雨对于生态系统具有很大的破坏作用 , 在酸雨区内 , 湖泊酸化 , 渔业减产 , 森林衰退 , 土壤贫
1 700 m3/ (人·a) , 是人口增长的警戒线 , 低于这个极限 , 为水分的暂时匮缺 ; 低于人均产水量 1 000 m3/ (人·a) ,
被认为长期缺水 , 水将限制这个地区的经济发展 、财富和健康 ; 当低于 500 m3/ (人·a) , 被认为极度缺水 。
人类干扰指数 区域内农业用地与建设用地占土地总面积的百分比 , 表征社会发展压力 。
r
=L L max
=
L 3(V -
2)
(1)
rx = 1 -
r′
r
(2)
式中 L 为连接廊道数 ; V 为节点数 ; L max为最大可能的连接廊道数 ; r′为建立水工建筑后的连通指数 ; r 为 河流连通指数 。
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水科学进展
第 17 卷
栖息地 浅滩是幼鱼和亲水动物的主要生存环境 , 保护浅滩也就保护了水生生物 , 可采用滩地扩展系数和 景观多样性指数表征河流栖息地质量 。滩地扩展系数[1]可反映栖息地变化率 ; 根据河流流速形成不同生境 , 采 用景观多样性指数表征栖息地多样性 。
第 1 期
宋兰兰等 : 区域生态系统健康评价指标体系构架 ———以广东省生态系统健康评价为例
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瘠 , 粮食减产 , 可采用酸雨频率表征酸雨对环境的影响 。 自然保护区比例 自然保护区面积/ 区域的总面积 , 表征政府的管理程度 。 生物损害 包括植物受病虫害面积和外来物种扩张率两方面 , 可采用植物病虫害和外来物种经济损失表征
(2) 空间性 生态系统健康问题必须在不同尺度的影响因素之间建立函数关系 , 其指标特征要具有空间变 化性 。
(3) 前瞻性 评价指标既要反映目前的现状 , 又要通过表述过去和现状资源 、经济 、社会和环境各要素之 间的关系 , 借以指示未来的发展趋向 。
(4) 可操作性 指标体系设计要建立在科学的基础上 , 概念明确 , 易测易得 , 数据应便于统计和计算 , 且 有足够的数据量 。
植物防御能力 。
2 实例研究 ———广东省生态环境健康评价
211 广东省生态分区 以广东河流的流域特征为主要划分依据 , 兼顾地形 、气候 、植被 、土壤等自然特征 , 以及不同行政区经济
特征 , 按流域分为 7 个评价单元 , 如图 1 所示 。
图 1 广东省生态分区示意图 Fig11 Ecological zones in Guangdong
摘要 : 探讨了区域生态系统健康指标选择原则 。从区域的河流和陆地两方面确定指标体系 , 根据生态系统层次性 , 采用多目标多层次模糊优选模型 。以广东省为例 , 在广东省分生态小区的基础上 , 对各区的生态环境进行了评价与 比较排序 , 通过综合优属度给出了生态系统健康状态 。 关 键 词 : 区域 ; 生态系统 ; 健康 ; 评价指标体系 ; 河流 ; 陆地 中图分类号 : X17111 文献标识码 : A 文章编号 : 100126791 (2006) 0120116206
第 17 卷 第 1 期 2006 年 1 月
水科学进展 ADVANCES IN WATER SCIENCE
Vol117 ,No11 Jan. , 2006
区域生态系统健康评价指标体系构架
———以广东省生态系统健康评价为例
宋兰兰 , 陆桂华 , 刘 凌 , 贺瑞敏
(河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室 , 江苏 南京 210098)
生物损害 生态弹性力 3
植物病虫害 外来物种扩张力率
景观破碎度指数 景观多样性指数 高生态斑块密度
优势度
河岸植被覆盖度表征河岸开发利用程度 。
河流形态 表征河道稳定状态及泥沙的淤积程度 。采用河流淤积/ 冲刷长度与总河长的比值反映河流自然 淤积程度 ; 河流弯曲系数变化率反映河流形态受人类活动影响的程度 。