浅谈流域生态系统健康评价

流域生态系统健康评价研究综述1浅谈流域生态系统健康评价作者：罗珂指导老师：王进鑫摘要：对流域进行生态健康评价，将为流域的规划、管理和保护以及流域综合治理提供决策依据。本文介绍了流域生态系统健康的特征和生态系统健康的主要制约因素，总结了流域生态系统健康评价的进展，着重阐述了流域生态系统健康评价尺度和方法。最后提出了今后生态系统健康评价的发展方向。关键字：流域生态系统健康；进展；制约因素；尺度；评价；理论与方法前言自然生态系统提供了人类赖以生存和发展的物质基础与生态服务，维持健康的生态系统是实现人类社会经济可持续发展的根本保证。而作为环境管理的目的与基础，生态系统健康则为环境管理提供了新思路和新方法。在全球社会经济高速发展导致自然生态系统健康状况日益恶化的严峻形势下，生态系统健康及其评价研究不仅具有重要应用价值，而且丰富了现代生态学的研究内容，已成为当前生态系统管理的重要问题。从流域系统出发，评价系统的健康状况对于促进流域生态系统建设及稳定发展在理论和实践上都具有重要意义。1流域生态环境健康的概念随着水土保持和生态环境建设的深入和经济社会的发展，国内外对于流域的综合治理已提高到流域的保育、健康等更高目标。分析生态系统演变过程，评价流域生态系统的健康状况，对于促进流域生态系统建设及稳定发展在理论和实践上都具有重要意义。目前，我国对于流域生态系统健康的评价研究仍然处于刚刚起步的探索阶段，因此对于该类问题的研究具有重大的意义和前瞻性。以流域为基本单元建立流域生态环境健康评价体系，主要基于以下2点。1.1流域具有独特的自然地理条件和生态特征流域作为一个相对完整的生态和地理单元，具有独特的自然地理条件。水文循环是全球自然过程中的重要组成部分，推动着生物圈物质和能量的交换和传递。陆地水文循环过程是在一定的自然地理单元中进行的，这个自然地理单元就是流域。由于陆地水文联系具有这种单元性，因而与水循环运动有关的其他自然过程或经济流域生态系统健康评价研究综述2过程也就有了单元性。以水循环为纽带，自然过程与经济过程在流域中相互联结，互相影响，从而形成一个复杂的自然经济综合系统。1.2流域具有独特的经济发展模式和文化特征人类自古逐水而居，黄河流域、两河流域、印度河流域和尼罗河流域孕育了文化品质迥异而光辉璀璨的人类文明。人类在依赖冲积平原进行农业生产的同时，又在与洪水进行斗争。洪水对人类文明的无数破坏与人类无数次的重建，形成了流域独特的经济发展模式和文化特征。尤其是在工业化社会，多数城市傍水而立，其工业布局和人口分布都与所处流域的自然地理条件息息相关，水资源的多寡、时空分布深刻地影响了流域内工农业的类型和特点。由此造成的各种问题也是流域性的。对流域进行健康评价，将为流域的规划、管理和保护以及流域综合治理提供决策依据。以流域为单元，将流域内的生态系统、环境系统、社会经济系统纳入流域复杂系统进行分析，确定生态环境和社会经济各要素的内在联系，相互关系。并将各要素进行定量评估，为生态环境恢复和良性循环以及社会经济不断发展提供具有科学性、可操作性的现状分析和基础数据，显示其在基本状态上的发展趋势。针对评价结果对流域生态系统的某一层面采取相应保护、修复等对策措施，促进流域生态环境和经济社会全面、协调和可持续发展。1.3流域生态环境健康的本质要求流域生态环境健康的本质要求是:在水资源保护、水污染防治以及水生态环境改善过程中力求达到并保持的一种相对平衡的健康状态。健康流域指流域的这样一种特性，即可以自我持续发展，可以从各种不良的环境影响中自行恢复，其结构和环境功能达到相对最佳稳定状态。在自然条件下，健康的流域总是从一种原始状态向生物种类多样化、结构复杂化和功能完善化的状态发展。2生态系统健康的主要制约因素生态系统健康的制约因素很多，多为人类活动所致。例如污染物排放、非点源污染、过度捕捞、围湖造田、水土流失、外来种人侵和水资源不合理利用等均是生态系统健康的主要制约因素。(1)自然因素主要有:自然干扰的改变，如火灾、河流改道、地展、病虫害爆发等。可引起生态系统功能的消弱甚至消失；自然生态系统的退化，如草地生态系统的退化、森林生态系统的退化、土壤生态系统的退化等，可直接导致生态系统功能的减弱。流域生态系统健康评价研究综述3(2)人为因素主要有：过渡开发利用，指对陆地、水体生态系统的过渡收获，主要后果是物种的消失、生态系统结构的失调、功能的减弱甚至消失.如过度捕捞，人类对鱼类资源的需求激增，过度捕捞造成种群数量减少，破坏了生态系统原有的结构，致使其功能发生变化。由于植被破坏导致水土流失，水土流失所产生的泥沙会影响到水体的物理性质(浊度、透明度以及水的动力学性质等)，破坏水生生物群落的组成、结构和功能，导致水生态系统健康状况的恶化；物理重建指为了某种目的来改变生态系统结构和功能，可能导致生物多样性的减少，水质下降，有毒物质增加，从而影响生态系统健康。如围湖造田、围湖造田一方面缩小了湖泊面积，导致湿润生境丧失，引起水生植物的局域灭绝和干旱植物的入侵；另一方面，截断了湖群之间的物质、能量和物种交流，破坏了水生态系统的完整性，严重威胁水生态系统的存续这种行为的生态影响是毁灭性的；外来种的侵入引进外来种引起乡土种消失或生态系统水平的退化，值得指出的是，这些因家对生态系统健康的影响机理不一定相同，有时是单一因子的胁迫，有时是多因子综合胁迫，生态系统内个体、种群、群落和生态系统不同层次对胁迫的反映也不一致；环境污染加剧，如点源污染、工业废水和生活污水中含有多种有毒污染物和过量养分，它们对生态系统健康产生不同程度的影响。面源污染，现代农业中农药和化肥的大量施用，导致地表径流含有多种污染物和过量养分，经常引起水体污染和富营养化，使水生态系统的结构和功能发生改变。3流域生态系统健康评价进展流域生态系统健康评价主要有两种方法[1]：一是指示物种评价法，二是指标体系评价法。指示物种法是陆地生态系统和水生生态系统健康评价的常用方法[2.3]。指标体系评价法首先要选用能够表征流域生态系统主要特征，其次要对这些特征进行归类区分，再次是确定每个特征因子在流域生态系统健康中的权重，最后选用适当方法进行综合[4，5]。国外利用指标体系评价法对流域生态系统进行健康评价主要有如下几种评价结构：(1)以流域水环境评价为核心。这种评价结构主要侧重对流域水资源的物理、化学和生态特征的现状和变化趋势的评价，目的是为流域水资源的管理和治理提供决策依据[6]。(2)以流域土地利用方式为核心。这种评价结构认为不透水面积是决定流域生态系统健康状况的关键性因素。尤其是在流域的平原地区，城市化面积较高，自然暴雨径流和水文模式被改变。因此，在城市化面积较高的流域和喀斯特地区，流域不流域生态系统健康评价研究综述4透水面积可作为重要参考指标[7]。(3)“压力一状态一响应”。该评价结构不仅对流域生态系统现状和变化趋势进行了评价，而且在流域管理中可针对生态系统的变化趋势给出响应或治理对策。其中“压力”包括直接或间接的人类活动对环境的改变，“状态”主要指流域物理、化学和生物条件，或自然系统的状态，包括人类的健康和财富。“响应”包括政府行为或政策、部门、个人对环境改变的应对和治理[8]。(4)“自然条件限制因子一流域生态健康指示因子一人类活动影响因子”。该评价结构综合考虑了流域生态系统禀赋和人类活动影响，通过健康指示因子反映流域健康状况[9]。4流域生态健康评价理论与方法4.1评价尺度尺度通常是指观察或研究对象的空间分辨度和时间单位，它标志着对所研究对象细节的了解水平。在生态学中，尺度是指所研究生态系统的面积大小(空间尺度)或其动态变化的时间间隔(时间尺度)。以不同尺度研究时，内容也不相同[10]。流域生态系统是一个“社会一经济一自然”复合生态系统，可分为流域生态、经济和社会子系统三大部分。各要素在时间和空间上以社会需求为动力，以流域可持续发展为目标，通过投入产出链渠道，运用科学技术有机组合在一起，构成一个开放的系统。监测和评价流域生态系统健康须从流域生态系统的结构和功能研究人手，从单一子系统、小集水区、整个流域复合系统、流域与流域之间以及这些不同层次对干扰和环境变化的响应等尺度上考虑，结合干扰周期和生物特征(见表1)[11]，建立长期时间尺度上的健康监测指标，研究流域生态系统动态和演替过程。具体来说，可以从两个层次上开展流域生态系统健康的研究。第一层次：将整个流域视为一个水陆相互结合、相互作用的大系统，关心流域内不同组成子系统之间的物质能量流动规律及其健康状况；第二层次：研究流域各主要组成系统的结构与功能，如河网、湖流域生态系统健康评价研究综述5泊、自然植被、农田、城市等，关心这些系统本身的物质能量流动规律、健康状况及其对整个流域健康的影响。4.2评价方法流域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[12]。具体方法有指示物种评价法和指标体系评价法。4.2.1指示物种评价法指示物种评价法是陆地生态系统和水生态系统健康评价的常用方法[13，14]。指示物种评价生态系统健康主要是依据生态系统的关键物种、特有物种、指示物种、濒危物种、长寿命物种和环境敏感物种等的数量、生物量、生产力、结构指标、功能指标及一些生理生态指标来描述生态系统的健康状况。指示物种评价法比较适用于流域内自然生态系统的健康评价。鉴于流域生态系统的复杂性，经常需要采用一些指示类群来监测流域内自然生态系统健康。指示物种评价法包括单物种生态系统健康评价和多物种生态系统健康评价。单物种生态系统健康评价主要是选择对生态系统健康最为敏感的指示物种，这一物种是特定生态系统所具有并对环境因子特别敏感，当生态系统的某一项或几项环境因子发生微小变化时，都会对这一物种的生长特征(生物量、活性、形态等)产生影响。同时，这一物种的多少也可以指示这一特定生态系统受胁迫的程度，也能反应生态系统对这一胁迫影响的反馈程度及特定生态系统的恢复程度。多物种生态系统健康评价主要是指在某一生态系统内，选定指示生态系统结构和功能不同特征的指示生物，建立多物种健康评价体系，这一体系内不同的指示物种指示了生态系统不同特征(结构、功能等)的健康程度，反应了生态系统不同特征的负荷能力和恢复能力，这是评价流域内自然生态系统的较好的方法。由于流域自然生态系统的复杂性，通常采用多物种生态系统健康评价法，即从流域内陆地生态系统、水陆交错带生态系统和水生态系统中选取指示各生态系统结构和功能不同特征的指示生物，建立多物种健康评价体系来综合评价流域自然生态系统健康。虽然采用指示物种评价生态系统健康的研究取得了很大进展，成为生态系统健康研究的常用的基本方法，但是仍然存在着一些问题[15]。4.2.2指标体系评价法前面介绍的流域自然生态系统健康评价的指示物种方法虽然简便易行，但存在一些不足，比较明显的起码有5点:①应该选择不同组织水平的物种类群；②应该考虑不同尺度；③同一组织水平内应考虑到指示物种间的相互作用；④应考虑到指示流域生态系统健康评价研究综述6物种在不同尺度转换时的监测指标变化；⑤未考虑流域内社会经济和人类健康参数，不能全面反映流域生态系统的健康状况。因此，必须建立包括社会经济和人类健康指标在内的指标体系，对大量复杂信息进行综合。指标体系法评价流域生态系统健康首先要选用能够表征流域生态系统主要特征的指标；其次要对这些特征进行归类区分，分析各个特征对生态健康的意义；再次是对这些特征因子进行度量，确定每个特征因子在流域生态系统健康中的权重系数，每类特征因子在流域生态系统健康中的比重；最后建立流域生态系统健康评价的指标体系。针对流域内不同类型的生态系统，其特征因子、特征因子的权重、各类特征因子的比重及评价指标体系是不一样的[16]。5生态系统健康评价的发展方向生态系统健康评价具有很大的应用价值，但是，针对一个或一类生态系统，如何去评价它的健康程度?用哪些因子去度量?这些度量因子的健康标准是多少?通过哪些途径评价生态系统的稳定性、持续性和完整性?这些问题仍需进一步探讨。生态系统健康评价应该发展适用于特定生态系统的框架，