生态系统健康的概念

生态系统健康的概念、影响因素及其评价的研究进展摘要：自然生态系统提供了人类赖以生存的各种各样的生态服务，因此维持健康的自然生态系统是实现人类可持续发展的必要条件。生态系统健康则提供了管理和利用生态系统的新思路，它主要探讨资源和环境管理对策，作者介绍了生态系统健康的概念、影响生态系统健康的因素、生态系统健康评价以及所面临的挑战等。关键词：生态系统；健康；评价自然生态系统为人类生存提供了各种各样的生态系统服务，如食物、清洁空气、饮用水、能源等。然而随着全球经济的高速增长、人口的迅猛增加，出现了一系列的全球性环境问题，如水土流失、生物多样性丧失、土地荒漠化、水资源减少、环境污染等，这些对人类赖以生存的生态系统造成了严重破坏，同时也对人类本身的健康构成了极大的威胁。面对这种困境，人们寻求实现自然生态系统和人类生存的同步持续时，就诞生了生态系统健康学。将健康概念应用于生态系统意味着地球上的生态系统的服务功能和健康已经成为人类关心的主要问题。为此，作者进行了该研究，以期为人类更全面地认识、评价、保护及管理生态系统提供理论依据。1生态系统健康的概念关于生态系统健康目前尚无普遍认同的定义。不同学者从各自的学科背景和案例出发进行了定义。CONSTANZA认为健康的生态系统稳定而且可持续，具有活力，能维持其组织且保持自我运作能力，对外界压力有一定弹性。SCHAEFFER等认为当生态系统的功能阈限没有超过时，生态系统是健康的，这里的阈限定义为“当超过后可使危及生态系统持续发展的不利因素增加的任何条件，包括内部的和外部的”。KARR等认为，如果一个生态系统的潜能能够得到实现，条件稳定，受干扰时具有自我修复能力，这样的生态系统就是健康的。HAWORTH等认为生态系统健康可以从系统功能和系统目标2个方面来理解：系统功能是指生态系统的完整性、弹性、有效性以及使生境群落保持活力的必要性。RAPPORT等认为生态系统健康是指生态系统没有病痛反映、稳定且可持续发展，即生态系统随时间的推移有活力并且能维持其组织及自主性，在外界胁迫下容易恢复。生态系统健康是指生态系统的能量流动和物质循环没有受到损伤，关键生态成分保留下来（如野生动物、土壤和微生物区系），系统对自然干扰的长期效应具有抵抗力和恢复力。系统能够维持自身的组织结构长期稳定，并具有自我运作能力。健康的生态系统不仅在生态学意义上是健康的，而且有利于社会经济的发展，并能维持健康的人类群体。国际生态系统健康学会将生态系统健康学定义为，研究生态系统管理的预防性的、诊断性的和预兆的特征，以及生态系统健康与人类健康之间关系的一门科学，其主要任务是研究生态系统健康的评价方法、生态系统健康与人类健康的关系、环境变化与人类健康的关系以及各种尺度生态系统健康的管理方法。2影响生态系统健康的因素干扰和胁迫是影响生态系统健康的主要因素。在生态系统可承受的外界因素作用下，生态系统对于扰的反应过程有3个阶段，开始时为初期反应，随后是抵抗阶段，最后是恢复阶段。生态系统对胁迫的反应结果有4种，一是消亡，二是退化（演替偏离轨道），三是恢复（即恢复到原状态及其相似状态），四是进入新的状态。干扰导致一个群落或生态系统特征超出其正常波动范围的因子。干扰体系包括干扰类型、频率、强度及时间等。各种生态系统对逆境的胁迫反映不同，同样的生态系统内个体、种群、群落和生态系统层次对胁迫的反应也不一致。生态系统在胁迫情况下会在能量、物质循环、群落结构和一般系统水平上发生变化。生态系统在受到压力胁迫情况下会产生健康风险，然而并非所有胁迫都影响生态系统的生存力和可持续性，实际上许多生态系统依靠某种胁迫而维持，这些胁迫已成为自然生态系统的组成部分，可称为正向胁迫，但在更一般的意义上，胁迫常指给生态系统造成负面效应的逆向胁迫。胁迫表现形式多种多样，而且同一因子对不同生态系统的影响程度和强度也并不相同。如对农业生态系统，影响其健康的主要胁迫因子有如下几个方面：农药等环境污染化合物，生物技术，生态入侵，不恰当的农业生产活动和其他如一些偶发性的自然灾害，如地震、火山爆发等，对水生生态系统来说主要有以下几个方面：污染物的排放、非点源污染、过度捕捞、围湖造田、水土流失、外来种的入侵、水资源的利用不当等。生态系统稳定性是指生态系统保持正常动态的能力，主要包括恢复力（干扰后回到先前状态速度）和抵抗力（系统避免被取代的能力），MACARCHUR提出群落复杂性导致稳定性，但MAY通过数学模型模拟表明，随着复杂性的增加生态系统趋于降低稳定性。目前关于生态系统稳定性与复杂性是否有关及其关系如何尚有争论。一般地讲，稳定的生态系统健康的，但健康的生态系统不一定是稳定的；干扰作用于稳定的生态系统或健康的系统，会导致不稳定或不健康，在一定强度范围下，干扰可能导致生态系统不健康，但仍是稳定的。健康的生态系统是未受到干扰的生态系统，但稳定的生态系统可能受到干扰；生态系统稳定性的两个重要指标包含在生态系统健康标准中，而且干扰与这两个指标紧密相关。3生态系统健康评价3．1生态系统健康的标准为了对生态系统健康与否做出准确的评价，必须根据生态系统健康的概念来制定相应的标准，并围绕这个标准派生出各种健康状态。绝对健康的生态系统是不存在，健康是一种相对的状态，它表示生态系统所处的状态。任海等总结了生态系统健康的标准主要包括；活力、恢复力、组织、生态系统服务功能的维持、管理选择、外部输人减少、对邻近生态系统的影响及人类健康影响等8个方面，涵盖了生物物理、社会经济、人类健康及一定的时间、空间等范畴。作为生态系统健康的评估，最重要的是活力、恢复力、组织及生态系统服务功能的维持等几个方面。然而面对各种各样的生态系统，很难找到一个共有的标准，因此讨论什么是生态系统健康是一个困难的主题，而且评判某个状态是否健康在很大程度上决定于社会利益。3．2生态系统健康的评价方法相对于传统的环境评价方法仅仅着眼于物理化学参数或生物检测技术的局限性，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。评价生态系统健康需要基于功能过程来确定指标，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。SCHAEFFER等首次探讨了生态系统健康的度量问题。王小艺等认为可以从生态系统失调综合症的诊断、生态系统的缓冲力和持续性评估、生态风险评估等方面对农业生态系统健康进行评价。生态系统健康评价除了需要对其小尺度生态过程进行研究监测外，从景观尺度进行环境质量监测也是必不可少的步骤。将遥感、地理信息系统和景观生态学原理等宏观技术手段与地面研究紧密配合，通过景观结构变化了解其功能过程。生态系统健康评价的最佳途径是微观与宏观相结合的综合性研究。3．3生态系统健康评价的指标选择指标是用来表达和交流持续发展状态和过程信息的工具，指标设计和使用的好坏，直接影响决策的正确性和有效性，生态系统健康研究深深植根于生物学和生态学，并与保护生物学、生态环境监测和景观生态学等领域密切相关，也与可持续发展有关。上述学科提供了用于生态系统健康评价的大多数参数，并且主要聚焦于生态学和生物物理的整体性。HANNON提出生态系统总产量（GEP)，作为生态指标，被用于监测潮汐湿地生态系统健康。RAPPORT等考察了一些压力和它们的症状，并且给了生态系统压力的5个指标：营养池，初级生产力，尺度分布，物种多样性和系统恢复力COSTANZA提出了整个生态系统健康指数，为HI=V×0×R式中：V一系统活力，是测量系统活动、新陈代谢或初级生产力的一项重要指标；0一系统组织指数，系统组织的相对程度，用0～1的数值表示，它包括组织多样性和连接性；R一恢复力指标，系统恢复力的相对程度，用0～1的数值表示。然而由于生态系统的复杂性，很难建立统一的指标体系来评价所有的生态系统。不同的生态系统所处的自然、社会、经济状态不同，且同一生态系统发展的不同阶段所具有的特点也不同，需要由不同的指标来监测。不同系统、同一系统不同的时间段上要求使用的指标也不一样，这就使得一致性的指标体系更加难以确定。但是一般生态系统健康评价指标设计应包括以下几个方面的内容：物理化学指标：主要是包括生态系统的环境指标，如水质、大气质量、土壤的物理和化学性质等；生态学指标：包括物质循环、能量流动、生命周期、生物多样性、有毒物质的循环与隔离、生物栖息地的多样性、食物链、初级生产力、恢复力、抵抗力、群落结构、稳定性、生态系统服务功能等；社会经济指标：包括人类健康水平、区域经济的发展水平、技术发展水平、公众环境质量和生活质量的观念以及政府管理决策等。也可以从2个方面建立指标体系，一是生态系统内部指，包括生态毒理、流行病学和生态系统医学；二是生态系统外部指标，例如，用社会经济指标和结构功能指标来评价生态系统健康等。总之，以生态学和生物学为基础，结合社会、经济和文化背景，综合运用不同尺度信息的指标体系是未来评价生态系统健康与否的关键。3．4生态系统健康的恢复行动对某类生态系统，通过某种方式或手段诊断出其已经开始退化或处于不健康的状态，下一步的工作是怎样去恢复该类生态系统的健康，恢复生态学的发展为此提供了智力和行动上的支持。生态恢复的流程概括如下：（1）首先要明确被恢复对象的性质，确定系统边界；（2）对受损症状进行诊断分析；（3）进行综合评判，确定恢复目标；（4）对生态健康恢复的自然一经济一社会—技术可行性分析；（5）提出恢复规划和具体方案；（6）实施方案并进行长期定位观测，获取具有可操作性的生态系统健康恢复模式。4生态系统健康和环境管理的关系生态系统健康是环境管理的基础，同时也是环境管理的目标。生态系统健康为环境管理提供了新的手段、技术支撑和管理方式，生态系统健康所面临的挑战也是环境管理所面临难题，良好的环境管理措施是维持生态系统健康的保证。因此维持健康的生态系统是环境管理的最终目标，在生态系统健康管理的过程中，还必须注意生态系统的动态性原理、层级性原、创造性原理、有限性原理、多样性原理以及人类是生态系统的组分原理等原理，只有这样才能实现环境管理的目标。5生态系统健康研究面临的挑战生态系统健康研究的刚刚兴起，有相当多的问题亟待解决，面临着一系列的挑战：（1）由于生态系统健康的不可确定性，很难确定生态系统在何种状态下没有干扰、健康；（2）生态系统健康要求考虑生态、经济和社会因子，但对各种时间、空间和异质性的生态系统而言实在太难，尤其是人类影响与自然干扰对生态系统的影响有何不同难以确定，生态系统改变到何种程度其为人类服务的功能仍然能够维持？（3）由于生态系统的复杂性，生态系统健康是否可以概括为一些简单而且容易测定的具体指标，以便为生态学家和政策的制定者提供参考点来评估生态系统健康受害程度以及生态系统对胁迫的反应；（4）生态系统是一个动态的过程，有一个产生、成长到死亡的过程，很难判断哪是演替过程中的症状，哪些是干扰或不健康的症状；（5）健康的生态系统具有吸收、化解外来胁迫的能力，但对这种能力很难测定其在生态系统健康中的角色如何？（6）生态系统健康的时间尺度以及能够持续的时间；（7）生态系统保持健康的策略是什么等，都有待于进一步深入研究。6结语生态系统的健康和相对稳定是人类赖以生存和发展的必要条件，维护与保持生态系统健康，促进生态系统的良性循环，是关系到人类健康生存的重大课题。健康的生态系统对于经济、社会和环境的可持续发展是至关重要的。生态系统健康综合了生物物理过程和社会动态的知识，前者驱动了生态系统的动态演变，后者决定其社会价值和期望。生态系统健康概念的发展和应用为环境管理提供了有力的支持。