（生态学专业论文）县域农业生态系统健康评价及其调控.pdf

摘要 农业生产带来的环境问题日益严重，人类健康受到了极大威胁，农业生态系统健康研究引起 了人们的广泛关注。华北高产粮区是我国粮食主产区之一，其粮食高产和稳产是国家粮食安全的 重要保障。目前，以化石能源高投入为代表的农业生产方式带来的诸多环境问题，成为该区农业 可持续发展的主要障碍。运用农业生态系统健康的理论和方法，分析和探讨该区农业生态系统现 状、存在问题以及调控对策，具有重要的现实意义。 本文以山东省桓台县作为研究区域，通过理论探讨、资料收集、实地调查和模型分析对其农 业生态系统健康状况进行评估，并提出农业生态系统健康的调控对策。主要结果如下： 通过分析生态系统健康概念与内涵以及农业生态系统的特征，指出农业系统理论、生态平 衡理论、生态经济理论和生态全息论是农业生态系统健康的理论支撑。健康的农业生态系统具有 以下4 个主要特征：持续性、稳定性、生态经济平衡性以及螺旋式上升发展过程。 从系统结构、功能和响应三个方面，选择1 3 个指标构建健康评价体系，运用结构一功能- 响应( s f r ) 综合指数法和a m o e b a 方法对1 9 8 2 2 0 0 3 年间的农业生态系统发展过程进行健康 评价。从综合发展指数看，农业生态系统整体呈现出先升后降的发展趋势，1 9 9 9 年为发展最高峰， 发展指数为o 7 6 5 ，而在1 9 8 2 年和2 0 0 3 年，发展指数分别为o 2 8 9 和o 5 9 1 。从系统结构发展指 数来看，农业生态系统结构先是调整趋于合理，稳定发展一定时期，然后又呈现出不合理发展趋 势。系统功能发展指数逐年升高，说明农业生产能力不断提高。系统响应随着农业结构和功能的 变化而呈现出不断起伏的趋势。根据系统健康的协调发展标准，1 9 9 2 1 9 9 4 年、1 9 9 9 年农业生态 系统处于相对健康状态。 a m o e b a 评价结果表明，2 0 世纪8 0 年代农业生态系统健康的限制因素为较低的生产力水 平；2 0 世纪9 0 年代农业生态系统基本上处于健康、协调发展趋势；2 0 0 0 年开始，人均耕地与地 下水资源的减少成为农业生态系统健康的重要制约因子。农户环境保护意识较低是影响农业生产 科学管理的主要原因。 减少耕地挪用，提高粮林间作比例，氮肥施用量小于3 0 0 k g n h m ，增加节水设施建设。 是今后农业生态系统健康的主要调控措施。建立和完善有效的政府管理机制和提高农户文化层 次，增强农户环境意识水平，对于桓台县农业生态系统健康发展至关重要。 关键词：高产粮区，农业生态系统，健康评价，可持续发展 a b s t r a c t s e r i o u se n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o nc a u s e db ya g r i c u l t u r a lp r o d u c t i o nh a sm a d eg r e a tt h r e a tt oh u m a n h e a l t h ，w h i c ha t t r a c t sm o r ep e o p l e sa t t e n t i o nt oa g r o e c o s y s t e mh e a l t h t h en o r t hc h i n ap l a i n ，o r eo f t h em o s tf a m o u sa r e a sf o rg r a i np r o d u c t i o ni nc h i n a , h a sp l a y e da l li m p o r t a n tr o l ei ng u a r a n t e e i n gf o o d s e c u r i t yo w i n gt oi t sh i g ha n ds t a b l ey i e l d a tp r e s e n t , e n v i r o n m e n t a lp r o b l e m sc a u s e db ye x c e s s i v e i n p u to ff o s s i lf u e le n e r g yi na g r i c u l t u r ea r eb e c o m i n gt h em a i nh i n d e r st os u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to f a g r i c a l t u r e s o , i ti so f g r e a ts i g n i f i c a n c et oa n a l y z ea n di n v e s t i g a t et h es i t u a t i o na sw e l la sp r o b l e m so f t h i sr e g i o na n dt o p u tf o r w a r ds o m er e g u l a t i o nm e a s u r e m e n t su s i n gt h et h e o r ya n dm e t h o d so f a g r o e c o s y s t e mh e a l t h ， h u a n t a ic o u n t yo fs h a n d o n gp r o v i n c e ，ah i g h y i e l d i n ga r e a , w a ss e l e c t e da sac a s es t u d y a f t e r t h e o r ya n a l y s i s ，l i t e r a t u r e se x a m i n a t i o n ，f i e l di n v e s t i g a t i o na n dm o d e ls i m u l a t i o n ，t h eh e a l t ho fl o c a l a g r o e c o s y s t e mw a se v a l u a t e d ，a n ds o m em e a s u r e m e n t st or e g u l a t et h es y s t e mw e r ep u tf o r w a r d s o m e r e s u l t sw e r es h o w na st h ef o l l o w i n g s ： t h r o u g ha n a l y z i n gt h ec o n c e p t i o na n dc o n n o t a t i o no fe c o s y s t e mh e a l t ha n dt h ec h a r a c t e r s i c t i c s o fa g r i c u l t u r a ls y s t e m ，i tc a l lb e i n f e r r e dt h a tt h et h e o r e t i c a lb a s eo fa g r o o c o s y s t e mh e a l t hi n c l u d e s s y s t e mt h e o r yo fa g r i c u l t u r e ，t h e o r yo fe c o l o g i c a lb a l a n c e ，t h e o r yo fe e n e c o n o m ya n dt h e o r yo f h o l o g r a - e c o l o g y ，ah e a l t h ya g r o e c o s y s t e ms h o u l dh a v ef o u rm a i nc h a r a c t e r i s t i c s ：s u s t a i n a b l ef e a t u r e , s t a b l ef e a t u r e ，e q u i l i b r i u mb e t w e e ne c o l o g ya n de c o n o m ya n ds p i r a lf e a t u r ei nu p w a r dd e v e l o p m e n t ( 萤a s s e s s i n gs y s t e mc o m p o s e do f1 3i n d e x e sw a se s t a b l i s h e dc o n s i d e r i n gt h r e ea s p e c t s ：s n u c t a r e ， f u n c t i o na n dr e s p o n s eo fa g r i c u l t u r a ls y s t e m t h ea g r i c u l t u r a ld e v e l o p i n gp r o c e s sf r o m1 9 8 2t o2 0 0 3 w a se v a l u a t e db yc o m p r e h e n s i v ei n d e x e sb a s e do nt h es t r u c t u r e f u n c t i o n - r e s p o n s ea n da m o e b a a p p r o a c h a c c o r d i n gt oc o m p r e h e n s i v ei n d e x e s ，t h e r ew a sa nu p w a r da tf i r s ta n dt h e nd o w n w a r dt r e n d f o rt h ea g r o e c o s y s t e m i n1 9 9 9 ，t h ed e v e l o p i n gi n d e xp e a k e da ta b o u to 7 6 5 ，a n dw h i c hw a so n l yo 2 8 9 a n do 5 9 1 i n1 9 8 2a n d2 0 0 3 ，r e s p e c t i v e l y i nl i g h to fs t r u c t u r a li n d e x ，d y n a m i c so fs t r u c t u r eh a v et h r e e p h a s e s ：r a t i o n a l i z a t i o nb yr e g u l a t i o n ，s t a b i l i t yw i t hl i t t l ef l u c t u a t i o n ，a n dt h e ni r r a t i o n a l i z a t i o n t h e f u n c t i o ni n d e xi n c r e a s e da n n u a l l y ，w h i c hi n d i c a t e dt h a tt h ep r o d u c t i v i t yo fa g r o e c o s y s t e mi m p r o v e d c o n t i n u o u s l y t h er e s p o n s ei n d e xo fs y s t e mt o o ko ni r r e g u l a rt r e n dd u et ot h ec h a n g eo fs y s t e m s t r u c t u r ea n df u n c t i o n a c c o r d i n gt ot h e c r i t e r i o no fa g r o e c o s y s t e mh e a l t h ，t h el o c a la g r o - e c o s y s t e m w a sr e l a t i v e l yh e a l t h yi n1 9 9 2 ，1 9 9 3 ，1 9 9 4a n d1 9 9 9 t h ea m o e b ar e s u l t ss h o w e dt h a tt h el o wp r o d u c t i v i t yc o n f i n e dt h eh e a l t hd e v e l o p m e n to f a g r i c u l t u r ei n1 9 8 0 s ，t h e r ew a sah e a l t h ya n dh a r m o n i o u sd e v e l o p i n gp e r i o di n1 9 9 0 s ，a n da f t e r2 0 0 0 ， t h ed e c r e a s ei na r a b l el a n da r e aa n du n d e r g r o u n dw a t e rt a b l eh a db e c o m et h em a i nl i m i t e df a c t o r st o a g r o e c o s y s t e mh e a l t h t h ec e n t r a lm e a s u r e m e n t st oa c h i e v ea g r o e c o s y s t e mh e a l t hw e r et od e c r e a s ei r r a t i o n a lu s eo f i i a r a b l el a n d ，t oe n h a n c et h er a t i oo ff o r e s ta n dc r o pi n t e r c r o p , t or e d u c en i t r o g e nf e r t i l i z e rt o 3 0 0 k g n h m ，a n dt os a v ew a t e ri ni r r i g a t i o n i tw a sa l s oe s s e n t i a lt os e tu pe f f e c t i v eg o v e r n m e n t a l p d i c e s ，t oe n h a n c et h ee d u c m i o nl e v e lo ff a r m e r s ，a n dt oi m p r o v et h e i ra w a r e n e s so ne n v i r o n m e n t a l p r o t e c t i o nf o rd e v e l o p i n gah e a t h ya g r o e c o s y s t e m k e yw o r d s ：h i g h - y i e l d i n ga r e a , a g r o e c o s y s t e m ，h e a l t ha s s e s s m e n t ，s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t v i i i 图表目录 图1 1 生态系统健康概念的产生4 图1 2 研究技术路线1 8 图2 - 1 区域农业系统发展的结构2 2 图2 2 农业系统的空间水平及其系统构成( 吴传钧，2 0 0 1 ) 2 3 图2 3 区域农业生态系统健康的概念框架2 6 图2 - 4 区域农业生态系统健康的内在作用机制3 2 图2 - 5 区域农业生态系统健康的研究框架3 4 图3 1 山东桓台县地理概况图一3 6 图3 21 9 7 8 2 0 0 3 年间桓台县农村人口占总人口比重3 7 图3 - 31 9 8 2 2 0 0 3 间农业种植作物构成3 8 图3 41 9 8 2 2 0 0 3 问小麦玉麦播种面积变化趋势3 8 图3 51 9 8 0 2 0 0 3 问磷钾肥占化肥总量的比重4 0 图3 - 61 9 8 2 2 0 0 3 年问单位耕地面积农药施用量变化趋势4 1 图3 71 9 8 0 2 0 0 3 年农业机械总动力变化趋势4 2 图3 81 9 7 8 2 0 0 3 年问单位耕地面积机电井的比例4 2 图3 - 9 桓台县农业财政支农支出和比例一4 3 图3 1 01 9 8 0 2 0 0 3 年桓台县地下水位变化趋势4 4 图3 1 11 9 8 0 2 0 0 3 年间桓台县耕地面积变化4 4 图3 1 21 9 8 0 2 0 0 3 间粮食总产量变化趋势4 5 图3 1 31 9 8 0 - 2 0 0 3 年桓台县秸秆资源总量变化趋势4 6 图3 1 4 农户化肥施用方式4 8 图3 1 5 农户合理施肥方式的选择比较4 8 图3 1 6 农户施用农药方式的选择4 9 图4 1 区域农业生态系统健康发展示意图一5 4 图4 2 区域农业生态系统健康评估指标体系的理论框架5 5 图4 3 区域农业生态系统健康评估指标体系5 7 图4 - 4 农业生态系统结构、功能与响应作用图一6 5 图5 1 桓台县农业系统整体健康发展态势分析6 6 图5 2 农业生态系统结构、功能与响应指数发展趋势 图5 3 不同时期农业生态系统健康发展状况。 表3 1 林牧渔业产值占农业总产值的比重一 表3 2 桓台县冬小麦一夏玉米系统化化肥投入与粮食产量比较 表3 31 9 9 6 和2 0 0 3 年农药单位耕地施用情况商品量比较 表3 - 41 9 9 5 2 0 0 0 年桓台县秸秆利用情况 表3 5 农户对农村生态环境的关心程度分析( ) 表3 - 6 不同文化层次农户对农业传统灌溉方式的认识 表4 1 递阶层次结构的判断矩阵 表4 2 判断矩阵1 - 9 标度与含义 表4 3 平均随机一致性指标 表4 - 4 评价指标体系的赋权结果 表4 5 农田作物评价指标的权重值一 表4 6 土壤肥力指标的权重 朋 栅 渤 枷 棚 椰 椰 昌! 励 朋 棚 艘 m m ， ， 一 ， ， ， 一 一 一 一 一 一 ， ， 一 一 一 一 一 一 独创性声明 y9 4 0 0 9 7 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其它人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国农业大学或其它教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明 确的说明并表示了谢意。 研究生签名：1 纠研 时叫：。6 年l f 月，押 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存、汇编学位论文。同意中国农业大学可以剧不同方式在不i 司媒体上发表、 传播学位论文的全部或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名 导师签名 叫3 粕p j、 尹 鳓 时间：1 棚6 年月世日 州叫：动钐彩月日 中国农业大学博士学位论文第一章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 1 1 1 农业可持续发展是世界发展的战略主题 生存与发展是人类世界永恒的主题。可持续发展是人类对发展认识的升华。伴随着第一次工 业革命的开始，人类的主观能动性在一步步改造地球的活动中得到了充分的体现。经济快速发展， 人类得到了巨大的物质财富和精神满足感。然而，工业革命在创造了前所未有的物质文明同时， 也带来了一系列严重的、全球性的资源和环境等问题，极大冲击着人类的发明创造。人们逐渐意 识到，发展不单是物质财富的积累或经济增长的过程，而是一种经济和环境的协调过程( p e t h i g ， 2 0 0 4 ；h i e t e le la 1 ，2 0 0 5 ) 。 2 0 世纪6 0 年代，美国海洋生物学家蕾切尔- 卡逊( r a c h e lc a r s o n ) 出版了寂静的春天( s i l e n t s p r i n g ) 一书，强有力的指出农业化学的弊端，首次引起了全球对环境问题的关注( a n d r e o l ia n d t e l l a r i n i ，2 0 0 0 ) 。1 9 7 2 年开始，一系列与环境保护相关的可持续发展报告如人类环境宣言、 我们共同的未来、里约宣言、 2 1 世纪议程和全球可持续发展执行计划等标志着 人类对环境与发展关系的认识提高到一个新的阶段：要从根本上解决资源环境与经济发展之间的 矛盾，必须转变落后的发展和消费模式，走可持续发展道路。环境和经济发展密不可分，两者相 辅相成。可持续发展的内涵是“既要满足当代人的需求，又不对后代人满足其需求能力构成危害” ( 吴传钧，2 0 0 1 ：张忠根和应风其，2 0 0 3 ) 。 农业是一种特殊的产业，其发展对资源和环境具有很强的依赖性，它的发展状况直接受制于 资源和环境状况，反过来农业的发展程度又直接影响着资源和环境的可持续性。工业科技的迅猛 发展在不断推进农业发展的同时，也对生态环境和农业可持续发展带来了消极影响。环境污染、 土壤退化、水土流失、生态破坏、生物多样性减少等诸多问题，严重干扰了农业生态健康和农村 社区的健康生活( 李日邦等，2 0 0 0 ；吴大付等，2 0 0 1 ：l i ue l a l ，2 0 0 5 ) 。单纯强调社会经济发展 或者生态环境保护都不符合可持续发展的要求，谋求人e l 、资源、环境和经济协调发展的新农业 发展模式，受到国际社会的普遍关注( p r a n e e t v a t a k u le l a l ，2 0 0 1 ；m a r g n ie t a l ，2 0 0 2 ) 。 中国是世界人口大国和农业大国，农业是国民经济的基础，没有农业的可持续发展就谈不上 社会的可持续发展，投有农业的现代化就没有国家的现代化。农业与农村的可持续发展，是我国 可持续发展的根本保证和优先领域。5 0 0 0 年的社会发展史，也是一部农业发展史。从原始的刀耕 火种，到现代化的机械化耕作，无不渗透着科技的发展足迹和人类智慧的结晶。然而，在传统农 业向现代化农业转变新的历史时期，我国农业发展面临着巨大的挑战：人口增长、农业资源减少、 环境污染和生态恶化等。这一系列问题都严重阻碍了我农业的健康发展，危及我国社会的安全和 稳定。如何实现我国农业的可持续发展，实现社会经济的健康发展成为我国学术界研究讨论的热 中国农业大学博士学位论文第一章绪论 点问题之一。2 0 0 4 年，刘巽浩指出“增加农业投入，推进农业现代化与城乡一体化”，走集约化 和持续化的农业发展道路是中国现代化农业发展的选择( 刘巽浩，2 0 0 4 ) 。 1 1 2 农业生产引起的生态环境问题日益严重 农业生产带来的生态环境问题日益严重，已引起人们的广泛关注。据报道，荷兰农业的氮、 磷污染负荷分别占6 0 和5 0 ，德国一流域因化肥过量施用导致河水中的磷浓度超过o 2 m g l ， 美国6 0 以上的地表水污染问题由农业活动引起( 陈文英等，2 0 0 5 ) 。世界银行和中国有关专家 研究表明，水污染在中国造成的经济损失约占g d p 的1 4 6 2 4 8 ( 曲格平，2 0 0 2 ) 。张维理( 2 0 0 4 ) 指出，中国水污染的核心问题是水体的氮、磷富营养化，据中国国家环保局在太湖、巢湖、滇池、 三峡库区等流域的调查，工业废水对总氮、总磷的贡献率仅占1 0 1 6 ，而生活污水和农田的氮、 磷流失是水体富养化的主要原因。我国农业的整体水平比较低，科技含量和农业环境意识较低， 长期以来租放的农业生产方式，带来严重的环境污染和生态破坏，业已成为制约我国农业可持续 发展的重要因素( 黄虹等，2 0 0 4 ；张维理等，2 0 0 4 ) 。 首先，化肥过量旎用。2 0 0 4 年，中国的化肥旌用量已经达到4 6 3 7 万t ，氮肥的使用最占全世 界的近3 0 。一些集约化蔬菜产区的施氮量为1 0 0 0 5 0 0 0 k g n h m 。，化肥施用水平早已超过了发 达国家所设置的防止农业环境污染的化肥安全施用上限。北方集约化高肥量地区2 0 地下水硝酸 盐含量超过8 9 m g n o - r u l ，4 5 地下水超过5 0m g n o b l - 1 ，个别地点硝酸盐含量超过5 0 0 m n o ) - u 。中国化肥投入以无机氨、磷为主，化肥利用率相对较低。未被利用的氮、磷元素一 部分被土壤吸附，一部分通过地表径流、农田排水进入地表和地下水体，成为农业污染源之一( 高 旺盛等，1 9 9 9 ) 。 其次，农药过量施用。2 0 0 3 年农药的使用量已达到1 3 2 5 万t ，是世界上最大的农药使用国。 目前农药使用量最多的作物是蔬菜、果树和粮食作物( 水稻、小麦) 。农药主要以杀虫剂为主， 其中高毒农药品种仍然占有相当高的比例。喷施的农药1 0 2 0 附着在植物体上，4 0 0 o - 6 0 降落 到地面，其余的药剂扩散到空气中。氏期大量和不台理使用农药必然导致土壤、地下水、地表水 和农产品的污染。农药施用大量超标和不对症使用是导致污染的根本原因( 陈中云等，2 0 0 3 , 黄 虹等，2 0 0 4 ) 。 第三，兽药安全性较低，滥用和超标现象严重，饲料中添加违禁药品的现象仍然比较普遍， 这都极大的阻碍了畜牧业的健康发展。同时，畜牧业发展引起的污染物排放问题也不容忽视。 农业污染带来的农产品质量安全问题已严重影响了农产品出口，给农业经济造成巨大的损 失。人们在不知不觉中已受到了农业污染的危害，转变农业生产方式，寻求一种可持续的农业发 展模式迫在眉睫( y ee l a l ，2 0 0 2 ：g i b b o n se la k ，2 0 0 5 ；d e n ge t a l ，2 0 0 5 ) 。吴文良指出，“我 国的农业乃至整个社会经济发展已经到了不得不重新审视生态环境问题，从根本上采取战略转变 的关键历史时期。现代化农业发展的资源代价和环境代价在认识上的滞后，使许多农业资源环境 问题多年形成重积难返的局面，严重制约乃至损害了农业持续发展的能力。”( 吴文良等，2 0 0 1 ) 2 中国农业大学博士学位论文 第一章绪论 1 1 3 生态健康- - 2 1 世纪人类关注的焦点 健康，是人类生态系统中自然因素、社会因素和经济因素相互作用的结果。根据世界卫生组 织定义，健康是一种完整的心理、生理和社会康宁状态，并不单是不生病或身体不虚弱( 王如松， 2 0 0 5 ) 。在社会发展的历史年轮中，人是首要的决定因素，具有主观能动性，是社会发展的最根 本盼动力。人类健康，是社会经济发展的决定性因子。人类发展经济、改良和保护环境，其目的 是实现人类的健康生存。全球2 1 世界议程指出：“如果没有健康的人，也不可能有健康的 发展。如果缺少发展，也会对许多人的健康的造成不良影响”。邓小平指出：“我们国家国力的 强弱，经济发展后劲的大小，主要取决于人才和国民素质的高低。”显然，增进人类健康水平是 可持续发展战略追求的目标之，也是社会经济发展的一个重要标志。世界经济飞速发展的同时， 一系列环境污染、气候变暖、臭氧层破坏、能源耗竭等全球性危机也随之而生，严重的困扰着人 类的生活健康。人口和环境关系的健康生态健康研究，掀起了人类健康研究新的一页。 回顾过去，随着社会经济的快速发展和农业社会向城市化和工业化社会的转型，中国古代天 人台一的思想受到强烈的冲击，多样化的农村生态系统被单一化的耕作系统所替代。传统的生产 方式被高投入、高产出的工业化模式所替代中国农业生产力取得了巨大的提高，农村生活也有 了极大的改善。但是，农业生产力快速提高的背后，也隐藏着一些内在的危机。不合理的农业生 产和资源利用方式已经对生态环境造成了严重影响，极大的威胁人类的健康和生存。这种低效率、 不健康、违背生态学原理的农业生产具有不可持续性，安全、健康的生态农业发展模式将成为农 业发展的主流。 2 0 0 4 年1 2 月，蒋正华在首届生态健康论坛上指出：“生态健康是一个自然一社会经济复合 生态系统尺度上的功能概念，旨在推进一种将人与环境相互关联的系统而不是孤立处理问题的系 统方法。通过生态恢复、保育和保护，去促进人、生物和生态系统相互依赖的健康。生态健康不 仅包括个体的生理和心理健康，还包括人居物理环境、生物环境和代谢环境的健康，以及产业、 城市和区域生态系统的健康。”生态健康失衡，则可能导致更多的低素质人口、环境污染、生态 破坏等问题，这些都会成为阻碍社会经济可持续发展的主要因素。随着2 l 世纪全球环境变化和 经济全球化的进程，人口、发展和生态健康问题将面临着巨大的挑战，生态健康将成为人们追逐 的最终目标。 1 2 研究进展 1 2 1 生态系统健康理论 2 0 世纪术，人口增长压力带来的能源短缺、温室效应、生物多样性衰减、水土流失等问题逐 渐加剧，严重干扰和破坏了人类赖以生存的地球环境，使自然生态系统对人类和环境的服务功能 大大减弱。公共突发性事件的发生，对人类生存造成了极大的威胁，也对环境管理机制带来了巨 大的挑战。自然生态系统的健康是人类生存和发展的重要基础，是人类社会可持续发展的基本保 障。随着人们对生态系统服务功能认识的逐渐深入和对生态环境质量要求的不断提高，生态系统 健康发展受到越来越多的关注。系统研究生态系统在压力条件下产生不健康的症状和机理，才能 中国农业大学博士学位论文 第一章绪论 提出有效的生态系统管理措施。生态系统健康的理论正是在这一背景下产生的( 如图1 - l 所示) 。 i 匡盘- 人类健康 f 瓷源环境 f 粮食安全 生 态 系 统 健 康 国卜1 生态系统健康概念的产生 f i g u r ei - 1t h e o c c u i t c d c c o f e c o s y s t e mh e a l t h 健康概念来源于医学，晟初主要用于人体，后来逐渐用于动植物，随后又出现了公众健康 ( p u b l i ch e a l t h 或p o p u l a t i o nh e a l t h ) 。在全球生态环境日益恶化严重威胁人体健康时，健康概念开始 出现于环境科学和医学的交叉研究领域，出现了环境健康学和环境医学( 曾德慧等，1 9 9 9 ) 。生 态系统健康概念的提出，可以追溯到2 0 世纪初，1 9 4 1 年美国著名生态学学家、土地学家a l d o l e o p o l d 首先定义了“土地健康”，并使用“土地疾病”来描述土壤侵蚀、肥力下降、水文学异 常等土地功能的紊乱( d y s f u n c t i o n ) 。他认为健康的土地是被人类占领而其功能没有受到破坏的 状况( l e o p o l d ，1 9 4 1 ) 。1 9 4 2 年，新西兰土壤学会出版土壤与健康( s o i la n dh e a l t h ) 杂志， 积极倡导有机农业，提出“健康的土壤健康的食品一人”。 19 7 9 年，相对于人类和生物个体的健康诊断，r a p p o r t 等提出了“生态系统医学( e c o s y s t e m m e d i c i n e ) ”，旨在将生态系统作为一个整体进行评估；随后，逐步发展形成了“生态系统健康” 概念。1 9 8 8 年，s c h a e f f e r 等首次探讨了有关生态系统健康度量的问题，但没有给出明确的定义 ( s c h a e f i e r “口 ，1 9 8 8 ) 。 1 9 8 9 年，r a p p o r t 论述了生态系统健康的内涵，成为生态系统健康研究的先导。同年，国际 “水生生态系统健康与管理学会”似q u a t i ce c o s y s t e mh e a l t ha n dm a n a g e m e n ts o c i e t y ) 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，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，并且创建会刊a q u a t i ce e o s y s t e mh e a l t ha n dm a n a g e m e n t ( r a p p o r t e t a l ，1 9 9 8 ) 。1 9 9 2 年，k l u w e r a c a d e m i c p u b l i s h e r s 出版商出版发行j o u r n a l o f a q u a t i c e c o s y s t e mh e a l t h 杂志( 1 9 9 7 年更名为j o u r n a lo f a q u a t i ce c o s y s t e ms t r e s sa n dr e c o v e r y ) 。 1 9 9 4 年，“第一届国际生态系统健康与医学研讨会”在加拿大首都渥太华召开，重点讨论生 态系统健康理论在地区和全球环境管理中的应用问题，同时宣告“国际生态系统健康学会” ( i n t e r n a t i o n a ls o c i e t yf o re c o s y s t e mh e a l t h ，简称i s e h ) 成立，这标志着生态系统健康作为新兴的 科技领域的诞生。i s e h 主席由加拿大戈尔夫大学f u n i v e r s i t yo fg u e 】p h ) 环境设计学院和西安大略 中国农业大学博士学位论文 第一章绪论 大学( u n i v e r s i t yo f w e s t e r no n t a r i o ) 医学院的教授d a v i dr a p p o r t 博士担任。 1 9 9 5 年，1 s e h 创建( , ( e c o s y s t e mh e a l t h ) ) 杂志，这极大地推动了生态系统健康学的发展。1 9 9 6 年，第二届国际生态系统健康学研讨会与“9 6 生态最高级会议”( e c o l o g i c a ls u m m i t9 6 ) 联合在 丹麦哥本哈根召开，这次大会更明确表示综合自然科学和社会科学对于解决复杂全球性问题的重 要性，生态系统健康作为一门新的综合性交叉学科，对于2 1 世纪复杂环境处理具有很大的机遇 和挑战性。1 9 9 9 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”。这次大会对于生态系统健康学科的发展具有 巨大的推动作用，成为生态系统健康发展道路上一座里程碑。 2 0 0 4 年1 2 月，首届中国生态健康论坛在北京人民大会堂召开，标志生态健康研究在中国进 入了全新的发展阶段，生态健康成为中国可持续发展与和谐社会构建的重要基础。 1 2 1 1 生态系统健康的概念和内涵 生态系统健康学是环境保护领域- - f l 新兴的科学，是新兴的生态系统管理学概念，新的环境 管理和生态系统管理目标。随着人类活动与生态环境变化之间的联系日益密切，对生态环境的评 价已经从单纯的物理化学指标、生物个体和种群的环境评价扩展为对整个生态系统“健康”状态 的生态评估。生态系统健康的评价在退化生态系统恢复研究中尤为重要。作为一个新兴的领域， 它包含了对复杂生态系统功能状态与维持能力以及被人类活动损害的程度进行的评价，建立社会 经济发展和生态环境保护的双赢目标，来管理和开发生命支持系统，既保持生态系统健康又使其 免于遭受更严重的损伤( c o s t a n z a ，1 9 9 2 ；r a p p o r te l a l 1 9 9 9 ；李瑾等2 0 0 1 j 。生态系统健康 给环境管理带来了一种新思维方式，它是用整体论的眼光去看待生态系统所发生的“病变”，试 图用系统的科学方法诊断和预防这些疾病，而不是以前那种头痛医头、脚疼医脚的传统( 张志诚 等，2 0 0 5 ) 。 对于生态系统健康的定义，目前尚无普遍认同的观点。r a p p o r t ( 1 9 8 9 ) 首次论述了生态系统 健康的内涵，认为生态系统健康是指个生态系统所具有的稳定性和可持续性，即在时间上具有 维持其组织结构、自我调节和对胁迫的恢复能力，并认为生态系统健康可以通过活力( v i g o r ) 、 组织结构( o r g a n i z a t i o n ) 和恢复力( r e s i l i e n c e ) 3 个特征来定义。活力表示生态系统的功能，可 根据新陈代谢或初级生产力等来测度；组织结构可根据生态系统组分问相互作用的多样性及其数 量来评价；恢复力可根据结构和功能的维持来判断( r a p p o r t e t a ，1 9 9 8 ) 。 c o s t a n z a 等认为如果一个生态系统是稳定和持续的，具有活跃的能够维持它的组织结构，并 能够自动从胁迫状态恢复，这个生态系统是健康的。也就是说，生态系统健康是生态系统内部秩 序和组织的整体状况，系统正常的物质循环和能量流动不受到影响，关键生态组分保留，系统对 外界干扰具有抵抗力和恢复力，能够维持自身组织结构和功能的长期稳定并提供合乎自然和人 类需求的生态服务( 肖风劲等，2 0 0 3 ) 。 k a r r 认为由于人类的过度干扰造成了生态系统的退化，生态系统健康就是生态完整性 ( e c o l o g i c a li n t e g r i t y ) ，并率先在对河流的评价中建立和使用了“生物完整性指标( i n d e xo f b i o t i c 5 i n t e g r i t y ，i b i ) ”( k a r r ，1 9 9 3 ) 。 s e h a e f f e r 等认为当生态系统功能未超过阈限时，则生态系统是健康的( s e h a e f f e r 和c o x ， 1 9 9 2 ) 。 h a w o r t h 等认为生态系统健康包括系统功能和系统目标两个部分，系统功能指生态系统的完 整性、弹性、有效性以及使生境群落保持活力的必要性( h a w o r t he la 1 1 9 9 7 ) 。m a g e a u 则根据 系统活力( 生产力) 、结构和抵抗力等指标提出有关生态系统健康的可操作性定义，健康的生态 系统应生机勃勃、充满活力，具有良好的恢复能力和有机组织( m a g e a ue t a l ，1 9 9 5 ) 。s m o l 认 为一个健康的生态系统先于人类影响而存在，根据对疾病的抵抗力来评价生态系统健康状况 ( s m o l ，1 9 9 2 ) 。 沈佐锐定义生态系统健康为具有稳定性的、可持续的、对胁迫因子能保持一定恢复弹力或自 我修复的能力，生态系统的功能阈值未被突破，一旦突破则危及生态系统的维持，会表现出生态 系统失调综合征( e c o s y s t e md i s t r e s ss y n d r o m e ，简称e d s ) 。从生态系统观点出发，一个健康的生 态系统是稳定和可持续的，在时间性上能够维持其组织结构、自治及对胁迫的恢复力。从人类需 求考虑，健康的生态系统能提供维持人类社区的生态系统服务( 如食物、纤维、饮用水、清洁空 气、废弃物吸收和利用) 能力等( 沈文君等，2 0 0 4 ) 。 袁兴中认为，生态系统健康可以理解为生态系统的内部排列和组织结构的整体状况，系统正 常能量流动和物质循环没有受到损害、关键生态成分保留下来( 如野生动植物、土壤和微生物区 系) 、系统对外部干扰的长期效应具有抵抗力和恢复力，系统能够维持自身组织结构的长期稳定， 具有自我调控能力，并且能够提供合乎自然和人类需求的生态服务( 袁