（环境科学专业论文）海岛生态系统健康评价方法及应用.pdf

h e a l t ha s s e s s m e n tm e t h o d sa n d a p p i l i e a t i o no f i s l a n de c o s y s t e m a b s t r a c t e c o s y s t e mh e a l t hi so n e o ft h ei m p o r t a n tr e s e a r c hd i r e c t i o ni ne c o l o g yf i e l d s m o s tr e s e a r c hr e s u l t sw e r eb a s e do nq u a l i t a t i v em e t h o d so rc o m b i n i n gq u a l i t a t i v e m e t h o d sw i t hq u a n t i t a t i v eo n e st og i v ed e s c r i p t i v ee v a l u a t i o nf o re c o l o g i c a lh e a l t h s t a t u s i s l a n di sac o m p o u n de c o l o g i c a ls y s t e ma n di ti ss t i l lar e l a t i v e l yi n d e p e n d e n t p h y s i o g n o m yc e l l t h i sp a p e rd i s c u s s e dr u d i m e n t a lt h e o r i e sa n de v a l u a t i o nm e t h o d s o ft h ei s l a n de c o l o g i c a lh e a l t h f u r t h e r m o r e ac 棚es t u d yw a sc a r r i e do u ti n c h a n g - i s l a n d t h er e s e a r c hc o n t e n t so f t h i sp a p e ri n c l u d e ： i c o r r e l a t i o nt h e o r ya n a l y s i so f t h ei s l a n de c o l o g i c a ls y s t e m t h em e t h o do fs t u d y i n gt h ec h a r a c t e ro fi s l a n de c o l o g i c a ls y s t e mi st h a tt h e w h o l ec h a r a c t e r s ，b i o l o g i c a lc h a r a c t e r s ，e n v i r o n m e n t a lc h a r a c t e r s ，s o d a la n d e c o n o m i cc h a r a c t e r so ft h ei s l a n de c o l o g i c a ls y s t e mw c t ea n a l y z e dr e s p e c t i v e l y m o r e o v e r , t h ee x i s t e dp r o b l e m sp r e s e n t l yi nc h i n aa s s o c i a t e dw i t hi s l a n de c o l o g i c a l h e a l t hw e r es t i l ld i s c u s s e di nt h i sp a p e r 2 h e a l t he v a l u a t i o nm e t h o do f i s l a n de c o l o g i c a ls y s t e m a sac o m p l e xe g ：o l o g i c a ls y s t e m ，i s l a n dw a sd e c o m p o s e di n t ot h r e es u b s y s t e m s ， w h i c hi n c l u d ei s l a n dl a n d ，t i d e l a n d ，a n do n s h o r e t h ei n d e x e so f h e a l t he v a l u a t i o no f t h ei s l a n de c o l o g i c a ls y s t e mw e r ec o m p o s e do f v i g o r , o r g a n i z ea b i l i t y , h e t e r o g e n e i t y a n dh a r m o n yi nt h i sp a p e r v i g o ri sf o c u s e d0 1 1d e s c r i b i n gt h es t a t u so fw h o l ei s l a n d e c o l o g i c a ls y s t e m o r g a n i z ea b i l i t ym a i n l yt r e a t e dw i t ht h eb i o l o g i c a ls t a t u so ft h e i s l a n de c o l o g i c a ls y s t e m h e t e r o g e n e i t ym a i n l ye m p h a s i z e db i o l o g i c a le n v i r o n m e n t s t a t u so ft h ei s l a n de c o l o g i c a ls y s t e m h a r m o n yp r i m a r i l yr e f l e c t st h eh a r m o n y d e g r e eb e t w e e nm a n k i n da n de c o l o g i c a ls y s t e m e v e r yi n d e xi sc o m p o s e do fs o m e m e a s l l r a b l ef a c t o r s ，w h i c hi n c l u d ei n i t i a lp r o d u c t i o np o w e ra n a l y s i s ，e x p l a i n s t r u c t u r em o d e l i n gp a t t e r na n a l y s i so fb i o l o g i c a le n v i r o n m e n t ，e c o l o g i c a lf o o t m a r k 1 一 l 一一o 蕾# ，聋， 、 k ， 一 m o d e l i n g , e t e s y n t h e t i ce v a l u a t i o nw a sc a r d e do u tb yg r a ye v a l u a t i o nm e t h o d 3 ac a s es t u d ya b o u tt h eh e a l t he v a l u a t i o no f i s l a n de c o l o g i c a ls y s t e m r e s e a r c hi s l a n dr e g i o ni n c l u d e st h r e ek e yi s l a n d n a m e d 勰n a n c h a n g s h a n i s l a n d ，b e ic h a n g s h a n gi s l a n da n dd ah e i s h a ni s l a n do ft h el o n gi s l a n d t h eh e a l t h s t a t u so f e c o l o g i c a ls y s t e mi s l a n dl a n d ，t i d e l a n da n do n s h o r es u b s y s t e m si nt h et h r e e i s l a n d sw e r es t u d i e d e v a l u a t i o ni n d e x e so f v i g o r , o r g a n i z ea b i l i t y , h e t e r o g e n e i t ya n d h a r m o n yw e r em e a s u r e db yu s i n gt h ed a t ao fi ns i mi n v e s t i g a t i o n , s t a t i s t i c s ，r e m o t e s e n s i n g , e t c ac o m p a r i s o nw a s m a d ea m o n gt h es u b s y s t e m so f t h et h r e ek e yi s l a n d s k e yw o r d s ：i s l a n de c o l o g i c a ls y s t e m ，e c o l o g i c a lh e a l t he v a l u a t i o n , i n d e xs y s t e m ， c h a n gi s l a n d 咋 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写 过的研究成果，也不包含未获得 ：注i 垫涅直墓丝益噩挂型壹明 笪：奎拦互窒2 或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。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谢意。 学位论文作者签名：凝龟i 茜l 签字日期：j 一6 | 年岁月罗日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留，使用学位论文的规定，有权保留并向国家有 关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权学校可以将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手 段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) i l ： 7 雹 学位论文作者签名：寐延钆 导师签字： 1 妣国 。 签字日期：弘5 年堂月3 0 e t签字日期：年, e 1日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 电话： 邮编 海岛生态系统健康评价方法及应用 1 引言 1 1 选题意义 自工业革命以来，尤其是2 0 世纪后5 0 年全球环境遭到空前的破坏，相继 出现了温室效应、大气臭氧层破坏、酸雨污染日趋严重、有毒化学物质扩散、 土壤侵蚀、森林锐减、陆地沙漠化扩大、水资源污染和短缺、生物多样性锐减 等全球性环境问题。人口的急剧增长给全球资源与环境造成巨大压力。全球生 态系统的衰退状况是惊人的：2 0 世纪，全世界半数湿地消失；砍伐和占用林地 致使世界森林缩减一半；每年约有1 3 万k m 2 以上的热带森林遭到破坏；近7 0 的主要海鱼被过度捕捞；全世界2 3 的农田受到土壤退化的影响；约3 0 的林 地被农业占用；堤坝、河流改道及运河几乎破坏了6 0 世界大河的完整性 目前地球上的动植物物种消失速率较过去6 5 0 0 万年之中的任何时期都要 快1 0 0 0 倍以上，大约每天有1 0 0 个物种从地球上消失2 0 世纪以来，全世界 3 8 0 0 多种哺乳动物中已有1 1 0 种和亚种灭绝，另外还有6 0 0 多种动物和2 5 0 0 0 余种植物正濒临灭绝水污染使人类尤其是第三世界国家人民的生存环境不断 恶化。据统计有1 7 亿以上的人没有安全饮用水供应，3 0 多亿人没有适当的卫 生设备，每年全世界因环境污染和破坏所造成的经济损失不低于2 5 万亿美元。 因此，生态学家指出；地球生态系统正在遭受地球有史以来最严重的污染和破 坏，全球环境问题已直接威胁着全人类的生存和可持续发展，生态危机已经超 越局部区域而具有全球性质，来自于生态危机的威胁，已远远超过战争、瘟疫， 保护地球家园已刻不容缓、迫在眉睫。 海岛，作为地球上一个较为独特的、相对脆弱的地貌单元，所面临的生态 危机更为严重海岛是人类重要的环境资源之一，具有多种功能和价值。根据 联合国海洋法公约的规定，领海基点所在的岛屿是划分内水、领海和2 0 0 海里专属经济区等管辖海域的重要标志，一个海岛或者岩礁的存在，可以拥有 1 5 5 0 平方公里的领海海域，一个能维持人类居住的海岛还可以拥有4 3 万平方 公里的专属经济区，可见海岛对于维护国家主权和权益具有重要价值。 自然条件决定了海岛生态环境比较脆弱，保护难度大，更容易因无度、无 序开发而遭到破坏。自十七世纪后，地球上9 0 的鸟类、爬行类、两栖类及几 海岛生态系统健康评价方法及应用 乎一半哺乳类的灭绝均发生在海岛上。主要原因是人类迁居及外来物种的引入 ( a t k i n s o n ，1 9 8 9 ) m o r g a n 及w o o d s ( 1 9 8 6 ) 在其对西印度群岛的研究中，估计 自4 5 0 0 年前人类抵达这些群岛后，约3 7 种哺乳类动物灭绝；o l s o n 及j a m e s ( 1 9 8 2 ) 则估计5 0 的夏威夷原生鸟种在波里尼西亚人( 夏威夷原住民) 抵达后陆续灭 绝；而自人类航海盛行后，海岛物种的灭绝更加快速，全球约9 3 灭绝的鸟类 种为海岛鸟类( g o r m a n ，1 9 7 9 ) 因此，海岛生态系统的保护是人类所面临的极 为重要的一项任务；而了解海岛生态系统的状况以及人类活动对海岛生态系统 的影响，则是保护的前提。在第l l 届亚太议员环发大会上，多数议员对海岛的 生态环境问题给予了极大关注，温室气体排放、海洋环境污染、海平面上升、 海水倒灌、珊瑚礁与红树林遭到破坏等威胁海岛生态系统生存的问题受到普遍 重视。“。 我国面积在5 0 0 平方米以上的岛屿有7 3 0 0 多个( 含台湾所属岛屿2 2 4 个及 港澳所属岛屿1 8 3 个) ，这些海岛分布在我国东部和南部海域，形成天然的国防 屏障，是我国领土的一部分，具有重要的政治和国防价值。近年来，我国海岛 生态系统同样遭到了较大的破坏，风暴潮、陆源污染，赤潮，过度捕捞，非法 爆破等自然与人为干扰严重影响了海岛生态系统的健康，导致海岛生物多样性 降低、生产力水平下降、某些服务功能丧失、群落演替缓慢甚至停滞等问题的 出现，严重影响了生态系统的稳定性 海岛是连接内陆和海洋的“桥梁”，是海洋开发的前哨，在实施海域管理、 资源和权益管理上有着重要的支柱作用海岛具有重要的社会，经济和国防价 值由于海岛与陆域、大洋具有不同的特点，因此研究海岛应有一套特殊方法。 生态系统状况对于海岛的生存与发展是至关重要的，因而对海岛生态系统健康 状况进行研究并探讨其评价方法有着重要的现实意义。 本论文将重点研究海岛生态系统健康评价的理论、方法及其应用。研究包 括建立海岛生态系统健康评价指标体系、各评价指标的测算方法、生态系统健 康综合评价模型及海岛生态系统健康评价实例分析。本论文的成果可为科学地 认识和保护海岛生态系统提供基础资料；为促进海岛可持续发展提供必要的参 考依据。 具体来说，有以下意义： 2 海岛生态系统健康评价方法及应用 ( 1 ) 促进海岛生态系统研究的发展 “ 1 9 9 9 年8 月，“国际生态系统健康大会一生态系统健康的管理”在美国 召开，将“生态系统健康评价的科学与技术”列为核心问题之一。生态系统健 康评价方法及指标体系成为2 l 世纪生态系统健康研究的核心内容。 。 目前，对于森林、草地、河流、湿地等自然生态系统的健康评价研究已取 得一定成果，但是海岛生态系统健康评价研究仍处于起步阶段，在国内研究工 作尚未开展，在国外也未查到相关的文献。海岛是一个复杂、脆弱的系统，急 需开展海岛生态系统的理论研究，建立针对海岛的生态系统健康评价指标体系、 评价方法和评价标准等，以推动我国生态科学及海岛科学的深入研究。本文对 海岛生态系统健康的相关理论与评价方法进行了研究，旨在为我国海岛生态系 统研究的深入开展提供理论与技术支持。 ( 2 ) 促进海岛生态保护与资源合理利用 海岛及其周围海域为人类及其它生物提供了独特的生存空间，海岛拥有丰 富的渔业资源、港口资源、油气资源以及旅游资源等，为人类提供了丰富的生 产和生活资料。随着人类开发活动的日益增强，海岛的生态状况日益恶化，如 何科学地认识海岛生态系统的现状、维护海岛生态系统的良性循环，合理开发 利用海岛资源是与国民经济发展密切相关的重大课题。因此，针对海岛生态系 统健康理论与评价方法的研究是极为重要的。海岛生态系统健康评价能表征海 岛生态系统的活力、组织力、协调性等状况，为海岛合理开发与生态环境保护 提供背景资料和参考依据。 1 2 研究内容 本研究分为海岛生态系统健康评价理论、评价模型以及实例研究三大部分。 1 海岛生态系统健康评价理论 本部分研究内容包括：界定海岛生态系统的概念；分析海岛生态系统的特 征。 2 海岛生态系统健康评价模型 针对不同类型的生态系统，健康评价在评价模型、方法上应有所差异，体 现出特色考虑到海岛生态系统属于较为复杂的系统，本文针对海岛生态系统 q 4 ， 一 海岛生态系统健康评价方法及应用 的特征，划分生态子系统；接着，根据相应表征参数，构建健康评价指标体系； 然后，借鉴其它相关生态系统健康评价方法，针对海岛生态系统特征，研究其 健康评价指标体系的综合表达函数，构建适合于海岛生态系统健康评价的模型。 3 生态系统健康评价实例研究 ， 遴选典型海岛，基于现场调查与调访、地方统计以及遥感图像等多源数据， 运用海岛生态系统健康评价理论及模型方法，进行实例评价研究。 1 3 研究思路与论文篇章结构 本文研究思路如下： 首先，分析生态系统健康的内涵、一般生态系统健康评价研究进展、生态 系统健康评价存在的问题等；接着，开展海岛生态系统理论研究，分析海岛生 态系统面l 笛的健康问题。然后，进行海岛生态系统的子系统的划分构建海岛生 态系统健康评价指标体系；最后，根据典型海岛生态系统多源数据，开展生态 系统健康评价实例研究( 见图1 1 ) 。 图1 - 1 论文研究思路 4 海岛生态系统健康评价方法及应用 论文共分为六章，第一章为引言，包括选题意义以及论文研究内容与研究 思路；第二章为一般生态系统健康评价研究简介，包括生态系统健康内涵、一 般生态系统健康评价方法、研究进展以及评价中的难点等内容；第三章为海岛 生态系统分析，包括海岛生物地理关系问题，海岛生态系统特征以及所面 临的健康问题等内容；第四章为海岛生态系统健康评价方法，包括海岛生态系 统健康指标体系的建立、指标测算方法、综合评价模型等内容；第五章为长岛 生态系统健康评价，包括区域简介、各评价指标值的测算以及综合评价等内容。 最后一章为结论与讨论。 ； 0 铀 ； j k 海岛生态系统健康评价方法及应用 2 一般生态系统健康研究简介 2 1 一般生态系统健康内涵1 ，。 l ， “健康”的概念来源于医学最初它主要用于医学领域，表征人体及生物 体的状况。对于健康，美国健康教育学家( b a u e r , w w a n dh u l l , h g1 9 8 0 ) 曾 提出一个比较完善的定义，即健康是人们在身体、心情和精神方面都自觉良好， 活力充沛的一种状态，其基础在于机体一切器官组织机能正常，并掌握和实行 适应物质、精神环境和健康生活的科学规律。w h o ( 1 9 8 8 ) 对健康的定义是；健 全的生理、心理和社会生存状态，而不仅仅是没病或不受伤害。 b l u m , h l ( 1 9 6 8 ) 曾提出一个决定个体或人群健康状态的公式：t h s = ，但) + a c h s + 口+ s ( 2 1 ) 其中h s ( h e a l t hs t a t u s ) 表示健康状态，为函数，e ( e n v i r o n m e n 0 是环境， b ( b i o l o g i c a lf a c t o r s ) 表示生物学因素，三跗掘s t y l e ) 代表生活方式，a c h s 翻c c e s s i b i l i t yt oh e a l t h - s e r v i c e ) 表示保健设施的易获得性。该公式设定了影响健 康的因素有环境、生活方式、卫生服务和生物遗传因素等。 在全球生态系统日益遭到严重破坏的大背景下，“健康”一词由医学引入生 态系统研究领域，可见人类对于生态系统状况的重视与担忧程度已等同于对自 身健康的关注程度。 生态系统健康相关理论的研究历程可大致分为三个阶段： ( 1 ) 萌芽阶段( 1 7 8 8 年1 9 4 0 年) 最早提及。自然健康”的是苏格兰生态学家j a m e sh u r o n ，他在1 7 8 8 年的 一篇文献中提到地球是一个具有自我维持能力的超有机体，并且认为虽然自然 生态系统并不完全类似于有机体或超有机体，但它们都包含了复杂系统所具有 的共同特征，包括维持系统整合性和恢复力所必须的自我调节机理。 ( 2 ) 起始阶段( 1 9 4 1 年1 9 9 3 年) 1 9 4 1 年，美国著名生态学家、土地伦理学家a l d o l e o p o l d 首先定义了土地 健康( z a n ah e a l t h ) ，并使用了“土地疾病( z a n ds i c k n e s s ) ”这一术语来描绘土地 功能紊乱( d y s f u n c a o n ) 新西兰土壤学会在1 9 4 2 出版了土壤与健康( s o f ta n d 6 海岛生态系统健康评价方法及应用 。 h 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健康 的人”。1 9 8 8 年，s c h a e f f e r 等人首次探讨了生态系统健康的度量问题，但是并 未给出明确的定义。1 9 8 9 年加拿大著名生态学教授d a v i dr a p p o r t 博士首次提 出了生态系统健康的内涵。他认为“生态系统健康是指一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。” 对于生态系统健康研究的广泛关注促使了一些学术团体的成立，与生态系 统健康有关的学术交流活动在全世界范围广泛开展。1 9 8 9 年，国际“水生生态 系统健康与管理学会翻q u a t i c e c o s y s t e mh e a l t ha n d m 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。它的宗旨是： 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。1 9 9 0 年l o 月，来自学术界、政府、商业和私人组织的代表，就生态系统健康定义的问题， 在美国召开了专题讨论会；1 9 9 1 年2 月，在美国科学促进联合会年会上，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。 ( e c o s y s t e mh e a l t h ) 这一生态系统健康研究领域的权威杂志于1 9 9 3 年刨刊， 极大地推动了生态系统健康研究的发展。 ( 3 ) 发展阶段( 1 9 9 4 年之后) 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。这次大会重点讨论并展望了生态系统健康学在地区和全球生态环境管理 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 r e c o s y s t e mh e a l t h ，简称i s e h ) ”的成立。 1 9 9 9 年8 月，由加利福尼亚大学和生态系统健康国际组织联合举办了生态 系统健康国际会议，主要内容是探讨生态系统健康的科学技术手段，影响生态 系统的政治、文化、和经济问题、生态系统管理的案例和方法等。随着生态系 统健康理论研究的深入开展，在区域的社会、经济、环境问题研究中引进生态 系统健康的概念是目前生态环境研究的一个趋势。 2 0 0 1 年6 月联合国“千年生态系统评估”项目正式启动，它首要的任务就 是对生态系统过去、现在和将来的健康状况进行评估，并提出相应对策，它的 实施对改进生态系统管理状况，推动社会经济可持续发展，促进生态学发展， 7 海岛生态系统健康评价方法及应用 都有重要意义。 早期的生态系统健康观是把生态系统看作一个有机体( 生物) ，健康的生态 系统具有恢复力，保持着内在稳定性。系统发生变化就可能意味着健康状况的 下降。如果系统中任何一类指示种的变化超过正常的幅度，系统的健康就受到 了损害。健康的生态系统对于干扰具有恢复力，有能力抵制疾病 c o s t a n z a ( 1 9 9 4 ) 等从生态系统自身出发把生态系统健康的概念归纳为： 健康是系统的自动平衡；健康是没有疾病；健康是多样性或复杂性； 健康是稳定性或可恢复性；健康是有活力或增长的空间； 健康是系统 要素间的平衡。从这个概念看出，一个健康的生态系统必须保持新陈代谢活动 能力，保持内部组织结构，对外界的压力必须有恢复力。也就是说，测定生态 系统健康应该包括系统恢复力、平衡能力、组织( 多样性) 和活力( 新陈代谢) 。 朋d o l e o p o l d ( 1 9 4 1 ) 是第一个确定“土地疾病”症状的人，他把“土地有 机体健康”认为是土地内部的自我更新能力，考虑。土地有机体健康”应当与 人们考虑个人有机体健康一样。 h o l l i n g ( 1 9 8 6 ) 认为一个系统在面对干扰时，有保持其结构和功能的能力。 恢复能力越大，系统越健康。 k a r r a 等( 1 9 8 6 ) 指出无论是个体生物系统或是整个生态系统，能实现内在 潜力，状态稳定，受到干扰时仍具有自我修复能力，管理它也只需要最小的外 界支持，这样的生态系统被认为是健康的。 r a p p o r t ( 1 9 8 9 ) 认为生态系统健康的定义可以根据人类健康的定义类推而 来；他曾经用以下术语来强调生态系统健康与人类医学的相似性：为自然号脉， 监测自然疾病，临床生态学。他指出，一个健康的生态系统表现出某些复杂自 组织系统的基本特征，包括复杂生态系统进化的主要特征：一体化、分异、机 械化和集中化。 h a s k e u 等( 1 9 9 2 ) 认为生态系统健康和生态系统不受疾病困扰的条件是： 生态系统是稳定的和可持续的，或者说生态系统是活跃的，能保持自身的组织 和自主性，对压力具有恢复力。 p a g e ( 1 9 9 2 ) 认为健康是机体各个部分、机体与外界之间的和谐关系，它 与生态系统稳定的概念是类似的。 。 海岛生态系统健康评价方法及应用 u l a a o w i c z ( 1 9 9 2 ) 提出健康的生态系统向顶点运行的轨迹相对没有受到阻 碍，当受到外界影响可能导致生态系统返回到以前的演替状态时，结构能保持 稳定。 ，- 很多学者认为只强调生态系统健康的生态学方面是不够完善的，更全面的 是把人类健康也包括进来，也就是生态系统健康应该包含两方面内涵：满足人 类社会合理要求的能力和生态系统本身自我维持与更新的能力。在我国，肖风 劲，欧阳华( 2 0 0 2 ) 对生态系统健康归纳了7 个特征：不受对生态系统有严 重危害的生态系统胁迫综合症的影响；具有恢复力，能从自然的或人为的正 常干扰中恢复过来；在没有或几乎没有投入的情况下，具有自我维持能力； 不影响相邻系统，也就是说，健康的生态系统不会对别的系统造成压力； 不受风险因素的影响；在经济上可行；维持人类和其他有机群落的健康。 2 2 一般生态系统健康评价方法 ( 1 ) 指标体系 指标分类角度 袁兴中等( 2 0 0 1 ) 根据生态系统健康评价的目的和指标筛选的原则，把生 态系统健康评价指标体系分为生物物理指标、生态学指标和社会经济指标子体 系三大类，它们包括了一系列的量化指标( 表2 - l 、表2 2 、表2 3 ) 表2 - 1 生态学指标体系 类型陆地生态系统淡水生态系统海洋生态系统 动植物区系组成、物种类型、生 水生生境类型和海洋生境类型和面 物多样性，种群大小和分布、群 指标面积，水生动植物积，海洋动植物区系 落结构、脆弱性和动态，特定功 能和性质 区系特征。特征。 生物生产力和生物多样性下降， 水生动植物多样生物生产力和海洋动 本地物种和外来物种、生态系统性降低，生态系统植物多样性降低，海 更新和再生过程的损害，调节功再生过程的损害，洋生态系统再生过程 危急指标能下降，有益人类的生产功能的调节功能下降，有的损害，调节功能下 下降( 如原材料的提供、病虫害益人类的生产功 降，有益人类的生产 控制、生物量生产等) ，生境退能的下降，生境退功能的下降，海洋生 化和戚丧失。化和或丧失。境退化和或丧失。 9 。 一一l 一 海岛生态系统健康评价方法及应用 表2 - 2 生物物理指标体系 项目指标 大气大气组分、大气污染程度、气象灾害、辐射暴露 水资源总量、降水量、水质、水生生物种类和数量、水体美学质量、水利用价 水 值、水污染、沉积物污染 物理性质、化学性质、土壤结构、土壤生物种类和数量、土壤酶活性、土壤污 土壤 染程度 表2 - 3 社会经济指标系统 项目指标 人口动态密度、分布、变化趋势、死亡率 主要疾病发生程度、文化水平，环境因子对健康的潜在危害、对环境有害的资 人类健康 源和消费限制 区域内的主要经济活动、经济发展的可持续性、技术发展水平、资源稀缺和耗 经济状况 竭产生的经济限制 人类活动土地利用和分布、流域保护、土地退化、公众参与，环境意识、法制完善程度 李瑾、安树青( 2 0 0 1 ) 等认为，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；生态系统的健康评价作为一门交叉科学，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。 生态系统分类的角度 从生态系统分类的角度来分析，全球生态系统又可以细分为很多生态子系 统。针对不同子系统的特点，可进行健康评价指标体系设计。本文对各类生态 系统可选择的健康评价指标进行了如下总结： 乱森林生态系统，可选择的健康评价指标有：森林生态系统结构指数、 功能指数、服务指数、种群增长和调节指数、演替指数、生物多样性指数、生 境指数等。 b 江河湖泊生态系统，可选择的健康评价指标有：淡水量指数、水体富 营养化指数、工农业耗水指数、库容调节指数、调节早涝灾害指数、地质稳定 指数、淡水鱼类多样性指数等。 c 草原生态系统，可选择的健康评价指标有：单位面积草场载畜量、草场 l o 海岛生态系统健康评价方法及应用 再生能力指数、牧草质量、草场退化指数、草原生物多样性指数等 d 荒漠生态系统，可选择的健康评价指标有：沙漠化指数、沙地产业化指 数、荒漠生态系统生物多样性指数等。 一 e 农田生态系统，可选择的健康评价指标有：土地生产力、土壤结构指数、 土壤侵蚀模数、盐碱化指数、土地肥力指数、防护林防护效益指数、病虫害危 害指数、农产品质量指数、农民健康指数等。 城市生态系统，可选择的健康评价指标有：城市水环境指数、空气污染 指数、噪音指数、居民生活质量指数、市民健康指数、景观指数等。 辱海洋生态系统，可选择的健康评价指标有：海水物理性质指数、洄游鱼 类健康指数、海洋浮游生物量指数、海藻类健康指数、海洋生物多样性指数等。 海岛生态系统属于较为复杂的生态系统，既包括陆地、湿地、海洋生态系 统的某些特征，又与它们有着很大的差异。海岛的岛陆可进一步划分为农田、 森林、居民点、草地等生态系统，因此海岛生态系统的状况更为复杂些。 ( 2 ) 指标测算 在已有的研究成果中，许多生态系统健康评价指标体系的设计都采用了活 力( m g o o 、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 ) 这三个指标。它们最初是 由c o s t a n z a 于1 9 9 7 年提出，并得到了广泛的认可。表2 - 4 列出了这三个重点的 健康度量指标的有关概念和度量方法。 表2 4 重要指标及测算方法 指标 相关的概念 相关的测量指标起源领域可行方法 功能 初级生产力、初级净生产力 生态学 活力 生产力 国民生产总值经济学 度量法 生产鼍新陈代谢生物学 结构 多样性指数 组织结构平均共有信息 生态学网络分析 生物多样性 生长范围 种群恢复时间 恢复力生态学模拟模型 化解干扰的能力 生态系统健康指数( h e a l t hl n d e x , h i ) 的基本形式如下； h i = v x o r ( 2 2 ) 式中，h i 为系统健康指数。也是可持续性的一个度量；y 为系统活力，是 l l 一。_ 上一 海岛生态系统健康评价方法及应用 系统功能、初级生产力和新陈代谢的主要标准；d 为系统组织结构指数，包括 它的多样性和相关性；r 为系统弹性指数。 从理论上说，根据上述的三个指标进行综合运算就可确定一个生态系统的 健康状况可是，实际操作中常常是很复杂的，因为各类生态系统有着不同的 组分、结构与功能，各有一套独立的系统，许多指标都难以匹配。因此，必须 对每类生态系统的健康成分单独加以具体度量；同时，由于生态系统是动态的， 生态系统内敏感物种的能动性会随着条件变化而发生相应变化；而且生态系统 健康评价本身的侧重点也会因人而异。 ( 3 ) 评价实例 4 在过去的二十几年中，一些国家和国际间的环境机构开始建立了生态系统 健康评价理论体系并进行实例研究工作。 加拿大环境部、卫生部和海洋渔业部合作用了6 年的时间( 1 9 9 4 2 0 0 0 ) 、花 费了1 5 亿加元在北美五大湖区开展退化生境恢复、污染防治、保护人和生态 系统健康的工作。 1 9 9 3 年美国林业局与环保局合作，开始实施一项长期的全国森林健康监测 计划，该计划依赖一系列标准的森林状况指标，包括各乔木树种生物量的估算、 林下植被多样性、初级生产力、龄级分布、林冠状况、土壤养分含量、病虫害 发生等。这项计划主要集中在以森林经济利用为主的生态系统各个要素的监测 上 1 9 9 7 年，美国农业部发布了西南地区森林生态系统评估( a na s s e s s m e n to f f o r e s te c o s y s t e mh e a l t h 伽t h es o u t h w e s 0 ) 的报告，在a r i z o n a 和n e wm e x i c o 开展了一项区域水平的森林生态系统健康评价。美国对森林生态系统健康的评 价侧重于森林的火灾、病虫害和气候变化( 如干旱) 方面，而较少的关注与之相 关的人类活动和社会发展以及政策的相互影响同年，美国开始实施一项全国 生态系统健康状况评价项目，计划在4 年时间内完成全国的森林、农田、海岸 和海洋等主要生态系统健康状况评价报告 澳大利亚联邦科学和工业研究组织( c s m o ) 建立了一种评价流域环境质量 的指标体系流域健康诊断指标体系该方法从环境背景指标、环境变化趋 势指标、经济变化趋势指标三方面出发，对流域湿地生态系统健康进行了较系 1 2 海岛生态系统健康评价方法及应用 统的量化，从而使人们明确应采取的行动和措施。 1 9 9 8 年，加拿大学者r a p p o r t 在其景观健康评价研究中，以河流作为研究 案例，总结了测度湿地生态系统健康的指标，它们是：生物指标，包括生物多 样性、固有种与外来种的比例、优势种分布尺度；物理指标，包括水分循环、 土壤有机质的保持度、水及能流的生物圈控制；社会经济指标，包括农业、林 业、渔业的投资和效益等。这些指标将社会目标和生物物理过程进行了整合， 是湿地生态系统健康研究的最新进展。 近几年，我国也逐渐开展了生态系统健康的实例研究，例如中国农业大学 昆虫生态技术创新实验室( i p m i s t ) 展开了对温室生态系统健康研究，他们从 害虫防治的角度出发，通过测定杀虫剂对害虫及其天敌种群动态的影响，初步 设计、制定出一套监测温室生态系统健康状况的评估指标，针对危及系统健康 的各种胁迫因子，采取相应的管理措施。刘建军等( 2 0 0 2 ) 基于r s 和g i s 技 术对巢湖流域生态系统健康状况的研究，将流域生态系统的结构和功能结合起 来，通过遥感和地理信息系统技术获取生态环境变化信息，监测和评价小流域 单元的健康状况，分析人类活动对生态系统结构和功能变化的影响。孔红梅等 ( 2 0 0 2 ) 以中国温带典型的长白山森林生态系统为例，采用指示物种、生态系 统功能指标及自然指标体系等方法，对人为干扰状况不同的森林生态系统进行 了健康评价。徐福留( 2 0 0 0 ) 等通过化学污染( 包括富营养化、酸化及重金属、 有机物和油污染) 对湖泊生态系统的胁迫效应开展了系统研究，提出了湖泊生 态系统健康评价的指标体系及评价方法，并据此进行了巢湖生态系统健康评价 实例。 在海洋生态系统健康评价方面，国内相关的研究相对较少。杨建强等( 2 0 0 3 ) 以莱州湾西部海域为例进行了海洋生态系统健康评价的研究，尝试建立海洋生 态系统健康评价的综合模型；海志杰( 2 0 0 4 ) 针对海洋生态系统健康进行了初 步的探讨。另外，在城市、农田、草原、荒漠等生态系统的研究方面，国内均 有所开展。上述研究工作对于海岛生态系统健康评价研究工作的开展具有一定 的借鉴意义。 柚 j 海岛生态系统健康评价方法及应用 2 3 一般生态系统健康评价中的难点 近年来，人类正以前所未有的规模和强度影响着环境，破坏和改变着生态 系统，致使生态系统的健康状况遭受越来越大的损害。人类活动对生态系统健 康的损害已危及到人类自身的生存，因而，生态系统健康的研究正在成为环保 和生态领域的一个热点问题。在这种背景下，生态系统健康科学的发展不仅具 有重要的应用价值，而且为生态学的发展注入了新的活力。由于人类干扰的加 剧，对生态系统的破坏是不可避免的。我们面临的迫切问题不仅是要知道生态 系统健康的评价目的及判断标准，更为重要的是要了解如何确定科学的生态系 统健康评价指标体系，如何对生态系统健康进行定量评价，生态系统健康的调 控机理是什么。只有解决了这些问题，才有可能正确评价生态系统健康，维持 生态系统的健康状态，并为生态系统的科学管理提供依据。 由于生态系统具有复杂性与动态性特征，评价生态系统的健康状况存在许 多难点，主要体现在如下方面： ( 1 ) 主观性：生态系统健康评价会遇到一个无法回避的问题，即如何处理 作为生态系统组分之一的人的利益，人作为评价主体不免会带有个人的主观性 的因素。 ( 2 ) 综合性：生态系统健康的评价要求综合考虑生态、经济和社会因子以 及各因子间复杂的相互关系。 ( 3 ) 动态性：生态系统是一个动态的过程，有自身的发展规律，很难判断 哪些是演替过程中的症状，哪些是干扰或不健康的症状。 ( 4 ) 难量度：生态系统健康评价的指标一般较为抽象，不易度量，操作性 较差。 对此，本文针对上述生态系统健康评价中的问题，在研究海岛生态系统健 康评价方法的过程中，将基于如下考虑： ( 1 ) 以人为本 本文的观点为，生态系统健康研究的根本出发点是“以人为本”，保护生态 系统的目的是为了人，进行生态系统健康评价的目的同样是为了人类更好的生 存当然，这决不是片面强调人类的利益而否定海岛生态系统的整体利益，从 本质上看，“以人为本”与“人与生态和谐”的精神是一致的，保护生态系统的 海岛生态系统健康评价方法及应用 本质是为了维护人类当前与长远利益，更深刻地体现了“以人为本”的精神。 ( 2 ) 划分子系统 海岛生态系统是一个复杂的生态系统，根据其位置特征、物质组成、生物 种类、环境状况等多种因素的差异，可进一步划分子系统；子系统的划分使生 态系统研究的思路更为清晰，指标体系的设计更具针对性。 ( 3 ) 整合多源数据 本文在进行海岛生态系统健康评价指标体系设计时，基于可操作性原则， 遴选了一些代表性的评价指标。数据资料的多源性为评价指标的测度提供了更 多的方法，本文充分采用了现场调查、统计资料、遥感数据等多源数据。 综上所述，生态系统健康是一门综合的学科，生态系统健康的定义和指标 涉及范围很广。本文为全面掌握海岛生态系统的健康状况选取了多个指标， 指标涉及的范围不仅包括生态方面，而且也考虑了社会、经济等方面，从多个 角度来进行评价指标的选择，针对不同的评价指标，本文选择了相应的测算方 法。 1 5 一一 海岛生态系统健康评价方法及应用 3 海岛生态系统分析与健康问题 3 1 我国海岛概况 ， t 我国是世界上多海岛的国家之一。据国家海洋信息中心统计，在我国海岛 中，绝大部分无人居住，无居民海岛6 5 2 8 个，约占海岛总数的9 3 岛屿总面 。积约6 6 9 1 0 平方公里，约占我国陆地面积的7 ，岛屿岸线长1 2 7 1 0 公里。 按照成因，海岛可分为大陆岛、冲积岛与海洋岛；大陆岛是大陆地块延伸 到海底并露出海面而形成的岛屿，它原为大陆的一部分，后因地壳沉降或海面 上升与大陆分离，所以