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河口、海湾生态系统健康评价方法及其应用研究 河口、海湾生态系统健康评价方法及其应用研究 摘要 河口、海湾是受人类活动干扰最严重的海域，因其生态动力学与生物地球化学 过程及健康演变机理复杂，日益受到重视的生态管理措施并未改变部分河口、海湾 生态系统的健康状况。如何恢复受损生态系统的健康，满足人类对其生态服务功能 的需求，实现“人海协调”可持续发展的研究仍然受到关注。河口、海湾生态系统 健康评估方法的研究日益成为海洋生态学及海洋管理研究的热点问题之一。 目前，现有生态健康评估方法主要以生境或目标物种等单一因素评价为主，而 将生态系统各组分视为整体进行评价的研究较少。论文依据联合国千年生态系统评 估( m i ll e n n i u me c o s y s t e ma s s e s s m e n t ，m a ) 的基本框架，以生态系统结构和服务 功能为主要评估内容，建立了河口、海湾生态系统健康评价概念模型和指标体系， 以珠江口及毗邻的核电海湾大亚湾为代表，分析了该河口、海湾生态系统的健 康状况及变化趋势，在此基础上提出了生态管理建议。主要研究内容与结论如下： l 探讨了生态系统健康的定义。生态系统健康是指一个生态系统通过自我调 节，能够维持自身结构一功能的稳定、以及系统中各要素间的相互协调，可以为人 类发展提供生态系统服务支持。 依据整体性原理，考虑系统外部相关性和内部相关性，分析人类扰动与生态系 统健康之间的关键生态过程，认识系统各要素之间的耦合关系，建立了一个基于系 统结构一功能的河口、海湾生态系统健康评价概念模型，丰富了河口、海湾生态系 统健康评价理论。 2 阐述生态系统健康评价与生态服务功能、变化度和协调度的关系。探讨生态 系统协调度的概念，将其引入生态系统健康评价中，量化生态系统结构一服务功能 等各要素之间的依存关系、制约作用及其均衡程度。以生态系统结构一服务功能为 主要评价内容，构建了一套河口、海湾生态系统健康评价指标体系。指标体系考虑 了核电站运转过程中温排水、余氯和核素排放对海湾生态过程的影响。所建立的评 价指标体系，既具有普适性，可用于评价一般海湾：也具有特定性，引入与核电相 关的指标，可以评估核电站运行对海湾生态系统健康水平的可能影响。 河口、海湾生态系统健康评价方法及其应用研究 3 以珠江口和大亚湾为代表，基于生态系统的长期监测数据，综合评估河口、 海湾生态系统的健康现状及变化趋势。分析人类开发活动对生态系统结构和服务功 能的影响，以及系统中各要素间相互作用的因果关系，分析系统结构、服务功能的 变化对生态系统健康的影响。认识生态系统结构受损和服务功能衰退的影响因子， 深入理解不同类型的健康变化症状，为评价和管理河口、海湾生态系统提供理论基 础。 珠江口和大亚湾生态系统健康评价结果： 1 9 8 0 - 2 0 0 9 年珠江口生态系统健康状态明显退化，健康指数变化范围为 0 8 6 - 0 4 2 ，属于“不健康”水平。其中，珠江口生态系统变化度指数为o 9 1 - 0 5 7 ， 表明在人类活动的干扰下，珠江口是一个处于动荡状态的生态系统。生态系统协调 度为o 9 4 - - - 0 7 3 ，系统各要素不协调成为生态系统健康衰退的内在表现。 1 9 8 5 2 0 0 8 年大亚湾生态系统健康指数为0 9 9 - - - 0 4 7 ，属于“不健康”。其 中，生态系统变化度指数为0 9 9 , - 0 7 2 ；生态系统协调度指数为0 9 9 0 6 6 。评 价结果表明大亚湾生态系统健康状况明显退化。 4 根据生态系统健康评估结果，进行了生态管理情景分析。采用情景分析法， 根据研究区域的生态健康状况，以管理类型和调控力度为变量。构建系列生态系统 管理方案，探讨生态系统健康指数对管理方案变化的响应。情景分析结果表明： 大亚湾生态系统管理的重点在于：生境修复，围垦管理，水质控制和渔业资源保护 等。单一目标的生态管理措施，即使加大管理力度，也不能使珠江1 3 生态健康指 数持续上升：采取组合目标的管理措施，管理效益可从0 - 3 增加到2 5 ：基 于生态系统的恢复措施，珠江口生态健康指数可以最大程度接近健康状态。 本文对河口、海湾生态系统健康评价的研究，可以为管理部门提供以下决策参 考：明确生态系统健康现状、变化及影响因子：确定生态系统管理重点及其优先次 序：预测综合生态系统管理的效益。 关键词：生态系统健康评价生态系统服务生态系统协调度珠江口大亚湾 河口、海湾生态系统健康评价方法及其应用研究 e c o s y s t e mh e a l t ha s s e s s m e n tf o re s t u a r ya n db a y ：m e t h e d o l o g i e sa n d a p p l i c a t i o n a b s t r a c t e c o s y s t e m so fe s t u a r i e sa n db a y sh a v eb e e ns t r o n g l ya f f e c t e db ym u l t i p l ea n t h r o p o g e n i c d r i v e r sa n dm o s t l yw i t hd e g r a d e dh e a l t h t h ei n c r e a s i n gr e c o v e r ya c t i o n sh o w e v e rh a v e n o tm a d eu pf o rt h eh e a l t hd e g r a d a t i o n ，w h i c hi sc o n t r o l l e db yc o m p l e xa n dd y n a m i c b i o g e o c h e m i c a lp r o c e s s e s h o wt o r e s t o r ee c o s y s t e mh e a l t h ，a n do b t a i ne c o s y s t e m s e r v i c e sf r o mah e a l t h ye c o s y s t e mh a v er o s e dm a n yc o n c e r n s e c o s y s t e mh e a l t h a s s e s s m e n t ( e h a ) t h e r e f o r eb e c o m e sh o ti s s u e so fm a r i n ee c o l o g ya n de c o s y s t e m m a n a g e m e n t h o w e v e r , c u r r e n tm e t h o d si nt h ee h a a r em o s t l yb a s e do nt h ei n d i v i d u a l c o m p o n e n t so fe c o s y s t e ma n dt h e r e f o r en o ti n t e g r a t e d i nt h i sp a p e r , b a s e do nf r a m e w o r k o ft h em i l l e n n i u me c o s y s t e ma s s e s s m e n t ( m a ) ，w ed e v e l o pa ne c o l o g i c a lc o n c e p t u a l m o d e la n das e to fi n d e x e sf o rt h ee h aa n du s i n gt h ep e a r lr i v e re s t u a r ya n dd a y ab a y a sc a s es t u d y t h em a j o rc o n t e n t sa n dr e s u i t sa r en o ws u m m a r i z e d ： 1 d e f i n i t i o n so f e c o s y s t e mh e a l t ha r ed i s c u s s e d ah e a l t h ye c o s y s t e mi sd e f i n e da sb e i n g s t a b l e ，w h i c hs t r u c t u r ea n df u n c t i o n i n g sa r ec o o r d i n a t i n g ，a n di tc a np r e s e n te s s e n t i a l e c o s y s t e ms e r v i c e sf o rh u m a n w e l lb e i n g a ne c o l o g i c a lc o n c e p t u a lm o d e lf o re h ai sc o n s t r u c t e db a s e do nt h ef u n d a m e n t a l so f i n t e g r i t y ，i nw h i c hk e ye c o l o g i c a lp r o c e s s e si n f l u e n c i n ge c o s y s t e mh e a l t hi s c o n s i d e r e d a n dc o u p l i n g sa m o n gi n t e r n a la n de x t e r n a le l e m e n t so f e c o s y s t e ma r ei l l u s t r a t e d 2 d e f i n i t i o n so fe c o s y s t e mc o o r d i n a t i o na r ed i s c u s s e da n du s e dt oq u a n t i f yi n t e r a c t i o n s o fe c o s y s t e me l e m e n t as e to fi n d e x e sf o rt h ee h ai sd e v e l o p e d w h i c hf o c u s e do n e c o s y s t e ms t r u c t u r ea n ds e r i v e sa tt h ee s t u a r i e sa n db a y s i ti sa na n a l y t i c a lt o o i s - t h e i n d e xb a s ec a ns e r v ei ne v a l u a t i n ge c o s y s t e mh e a l t ha tag e n e r i ce s t u a r y b a y ，w h i l et h e n p p - r e l a t e di n d i c e s ，s u c ha sc o o l i n gw a t e r , r e s i d u a lc h l o r i n ea n da r t i f i c i a lr a d i o a c t i v e 河口、海湾生态系统健康评价方法及其应用研究 n u c l i d e ，a l l o wd i f f e r e n t i a t e da s s e s s m e n ti na t y p i c a ln p p i n f l u e n c e db a y 3 l o n g t e r mm o n i t o r i n gd a t aa r ea n a l y z e dt oa s s e s st h eh e a l t hs t a t e so fe c o s y s t e ma tt h e p r ea n dd a y ab a y ( i ) d u r i n gt h ep e r i o do fl9 8 0 一2 0 0 9 ，e h ir a n g e df r o m0 8 6t o0 4 2 r e f e r s “i l l - h e a l t h y ”e v ir a n g e df r o m0 9 1t o0 5 7s u g g e s t i n ga nu n s t a b l ee c o s y s t e m e c i r a n g i n gf o r m0 9 4t o0 7 3s h o w st h a te c o s y s t e me l e m e n t sa r em i s m a t c h i n ga n di n t e r n a l h e a l t ho f e c o s y s t e ma r ed e g r a d e d d u r i n gt h ep e r i o do fl9 8 5 2 0 0 8 e h ia tt h ed a y a b a yr a n g e df r o m0 9 9t o0 4 7 ，e v ir a g e d0 9 9t o0 7 2 ，a n de c ir a n g e df r o m0 9 9t o0 6 6 t h e s e f i n d i n g ss u g g e s ta“i l l - h e a l t h y ”e c o s y s t e m 4 s c e n a r i o so fe c o s y s t e mm a n a g e m e n ta r ed e s i g n e d ，a n dh o we h ir e p o n s et ot h e m a n a g e m e n tv a r i e t ya n ds t r e n g t ha r et e s t e d o t h er e s ul t ss u g g e s tt h a tt h ep r i o r i t yo ft h e r e s t o r a t i o ni n p u t si s ( i ) h a b i t a tr e c o n s t r u c t i o n ，( i i ) f i s h e r i e s ，( i i i ) c o a s t a lp l a n t s ，a n d ( i v ) w a s t e w a t e rm a n a g e m e n t ( e c i e h ic a nn o tr i s es u s t a i n e d l yu n d e rs c e n a r i o so fs i n g l e t a r g e t e f f i c i e n c yo fi n t e g r a t e dm a n a g e m e n ti n c r e a s e df r o m0 3 t o2 5 e c i e h i a p p r o a c h e st h ed e s i r e de n d p o i n tu n d e rs c e n a r i o so fe c o s y s t e m b a s e dm a n a g m e n t i ns u m ，t h i ss t u d yc a np r o v i d ei n f o r m a t i o no ns t a t ea n dt r e n d so fe c o s y s t e mh e a l t h ， p r i o r i t i e s i n e c o s y s t e mm a n a g e m e n t ，a n dm a n a g e m e n te f f i c i e n c yu n d e rv a r i o u s s c e n a r i o s k e y w o r d s ：e c o s y s t e mh e a l t ha s s e s s m e n t ，e c o s y s t e ms e r v i c e s ，e c o s y s t e mc o o r d i n a t i o n i n d e x ，t h ep e a r lr i v e re s t u a r y , d a y ab a y i v 河口、海湾生态系统健康评价方法及其应用研，宄 河口、海湾生态系统健康评价方法及其应用研究 1 引言 1 1 河口、海湾生态系统健康评价的意义 全球约4 1 的海域，尤其是河口、海湾，已经受到人类活动的严重干扰。河口、 海湾是海陆过渡带，生态环境比较脆弱。人类活动的干扰往往诱发、加剧了生态退 化。受生物地球化学过程影响，海洋生态健康演变机理复杂。尽管生态管理日渐受 到重视，但尚未改变部分河口、海湾生态系统的健康状况。生态健康评价和恢复管 理倍受关注，成为生态学很有活力的一个前沿性1 。河口、海湾生态系统健康恢复措 旋已经涉及物种、红树林湿地、珊瑚礁、典型海岸海岛健康诊断、富营养化水体等 领域。由于对生态机理及海岸健康演变方面的了解不深入；缺乏明确和定量生态系 统健康评价。”；缺乏明确的恢复目标；对管理方案的效益考虑不充分等原因，大部 分生态修复措施的效果并不明确，甚至被认为是失败的1 。 生态系统健康是综合问题，然而现有的生态系统健康评价通常以单一因素的评 估为主，侧重于生境或目标物种保护等一刊，较少采取系统方法，将河口、海湾生态 系统的各个组分视为整体进行评估。许多国家与学者已经达成共识，海洋环境保护 的终极目标是恢复海洋生态系统、保持生物多样性，进而保护公共健康。因此，很 有必要从整体性出发，关注生态系统健康恢复的目标，即生态系统提供的整体生态 服务功能。这种目标导向的评价，可以为下一步生态恢复措施提供参考。 珠江三角洲地区是中国重要的经济中心区域，己奠定了建立世界制造业基地 的雄厚基础，在全国经济社会发展有突出的带动作用和举足轻重的战略地位。随着 珠三角洲地区经济的快速发展，珠江口及邻近海域的生态环境出现了严重危机。国 家海洋局南海环境监测中心的调查数据，以及广东省海洋环境质量公报和中 国海洋环境质量公报连续多年显示珠江口海域为严重污染区域。此外，中国己建、 在建和近期拟建的核电站主要分布在海岸带，但核电站运行对沿海生态系统的影响 还不够明确。我国第一座百万千瓦级大型商用核电站大亚湾核电站己经运行1 5 年。大亚湾是典型受核电影响的海湾，其生态系统健康评估可以为发展核电与保护 河口、海湾生态系统健康评价方法及其应用研究 海湾生态安全提供参考。近年来，珠江口和大亚湾海域生态质量下降明显。为缓减 生态退化，该海域实施了一系列生态恢复措施，但这些措施的绩效尚未清楚。本文 以珠江口及大亚湾为代表，依据联合国千年生态系统评估的基本框架，建立河口、 海湾生态系统健康评价指标体系，对生态系统结构和服务功能的现状、变化和未来 情景进行综合评估，在此基础上提出生态管理建议，以丰富河口、海湾生态系统健 康评价理论和方法，为珠江口及其毗邻海域的生态系统管理提供理论依据和决策支 持。 1 2 国内外研究进展 1 2 1 国外研究进展 一般认为，r a p p o r t 和c o s t a n z a 等人对生态系统健康的定义较有代表性。 r a p p o r t i s 参考“人类健康”的定义，提出生态系统健康( e c o s y s t e mh e a l t h ) 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等。c o s t a n z a 阳1 认为一个健康的生态系统必须保持新陈代 谢活动育皂力，保持内部组织结构，对外界的压力必须有恢复力。随着研究的深入， 一些学者逐渐认识到生态健康的涵义带有社会性，必须考虑与人类健康和社会发展 的关系。m a g e a u l l 0 】从人类发展需求的角度，指出健康的生态系统是指可以为人类社 会提供生态系统服务支持，例如食物、纤维、吸收和再循环垃圾的能力、饮用水、 清洁空气等。 生态系统健康日益得到国际社会的高度重视和关注。1 9 8 9 年，国际首个生态系 统健康学术团体“水生生态系统健康与管理学会”( a q u a t i ce 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，旨在促进、发展整体、系统、和综合的方法， 以保护与管理全球水生资源。随后，在1 9 9 2 年通过的2 l 世纪议程，其核心内容 和思想都强调了评价、保护和修复全球生态系统的健康损害等问题。1 9 9 4 年，来自 3 1 个国家的9 0 0 名科学家在加拿大首都渥太华召开“第一届国际生态系统健康与医 学研讨会”。会议主要包括：生态系统健康评价、入与生态系统的相互作用以及基 于生态系统健康的管理对策等三大议题。该会议呼吁在区域、国家和全球的层面上， 进行管理、评价和恢复生态系统健康的研究。同时，成立了“国际生态系统健康学 会”( i n t e m a t i o n a is 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 ) 。i s e h 将生态系统健康 河口、海湾生态系统健康评价方法及其应用研究 学定义为：“研究生态系统管理的预防性的、 健康与人类健康之间关系的一门系统科学”。 评价方法，生态系统健康与人类健康的关系， 上生态系统健康管理的方法。 诊断的和预兆的特征，以及生态系统 主要研究内容包括：生态系统健康的 环境变化与人类健康的关系，各尺度 自此，生态系统健康评价理论和方法的研究成果不断丰富。1 9 9 5 年，( e c o s y s t e m h a i t h ) ) ( 国际生态系统健康学会会刊) 和( ( j o u r n a lf o re c o s y s t e mh e a l t ha n dm e d i c i n e ) ) 创刊，与1 9 9 2 年发行的( j o u r n a lo fa q u a t i ce c o s y s t e mh e a l t h ) ) 及1 9 9 8 年发行的 a 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 t ( 水生生态系统健康与管理学会会刊) 杂 志都己成为国际生态系统健康的重要刊物。c o s t a n z a 等编著的e c o s y s t e mh e a l t h ：n e w g o a l s f o ，e n v i r o n m e n t a lm a n a g e m e n t 以及r a p p o r 主编的e c o s y s t e mh e a l t h 年h e v a l u a t i n g a n d m o n i t o r i n g t h eh e a l t ho f l a r g e s c a l ee c o s y s t e m 等几部著作，有力地推动了生态系 统健康的研究】。生态系统健康已经从一个最初源自医学的概念，发展成一个涵盖 生态一社会经济一人类健康的综合性定义，并成为生态学的一门分支学科。 生态系统健康的评估方法因而成为生态学研究的热点问题。r a p p o r t1 8 1 提出 v - o r + i - + 架，即通过活力( 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 ) 等 3 个特征来度量生态系统健康。其中，活力表示生态系统的功能，根据新陈代谢或 初级生产力等来测度；组织结构根据生态系统组分间相互作用的多样性及其数量来 评价；恢复力根据结构和功能的维持程度和时间来测度。c o s t a n z a 【9 】提出了生态系 统健康的6 个衡量标准：系统的自动平衡：没有疾病；多样性或复杂性； 稳定性或可恢复性；有活力或增长的空间；系统要素间的平衡。 目前，海洋生态系统健康的评估方法主要包括指示生物法和指标体系法两大 类。指示生物法主要用底栖生物的完整性指数、s h a n n o n w i e n e r 多样性指数、b i 指 数、a m b i 指数和b e n t i x 指数等底栖生物指数判断生态系统的健康状态【1 2 - t 4 1 。指示生 物法在海洋生态系统健康评价中得到了广泛应用。m u n i zp 【1 5 l 等用底栖生物指数评 估了蒙得维的亚海岸带生态系统的健康状况。k a n ed 【l6 j 用浮游植物指数作为健康 评估参数。w h i t f i e l da k i1 7 1 用鱼类群落指数评价了河口生态系统健康。n o r r i sr h t l 8 l 用鱼类、附着藻类以及无脊椎动物作为生态健康的评估指标。v a s s a l l op i l 州用以大 型、小型底栖生物作为生物指示种评估了亚得里亚海南部的生态健康。c a r t e rj l 【2 0 j 、 h i l t yj 【2 1 l 等人用大型海洋底栖无脊椎动物的物种丰度、多样性、生物量以及优势种 河i z i 、海湾生态系统健康评价方法及其麻用研究 评价环境健康。指示生物法比较简便，但容易遗漏重要信息，难以反映复杂的生态 系统。 相对而言，指标体系法可以更综合地反映生态系统的状况。综观已有海洋生态 系统健康评价，许多学者比较关注海洋污染、渔业资源衰退、海洋栖息地改变与丧 失、外来物种入侵和赤潮灾害等方面，尤其侧重在：( 1 ) 评估河口海湾富营养化状 况。( 2 ) 评估入海污染物。( 3 ) 评估人类活动产生的环境压力。在评估河口海湾富 营养化状况方面，评价方法从第一代简单的富营养化指数，发展成第二代的以富营 养化症状为基础的多参数评价方法体系。其中应用最广的是美国“河口营养状况评 价综合法”( a s s e t s ) 和欧盟“综合评价法”( o s p a r - c o m p p ) 。a s s e t s 方法是在美国 “河口富营养化评价”( n e e a ，b j n a ti o n a le s t u a r ye u t r o p h i c a ti o na s s e s s m e n t ) 的基础上发展而成。评价因子包括3 类，即( 1 ) 人为影响，用d i n 浓度表示；( 2 ) 总 富营养状况：富营养化现状，包括初级症状( 叶绿素a ，附生植物，大型藻类) 和次 级症状( 缺氧，水生植物减少，有害、有毒赤潮) ；富营养化趋势：( 3 ) 人类活动 的响应，预测营养盐压力和系统敏感性。o s p a r 通过5 个生态质量子目标( e c o q o s ) 反应富营养化状况，即( 1 ) 营养盐收支；( 2 ) 营养盐的直接和间接效应；( 3 ) 浮 游植物群落；( 4 ) 溶解氧含量；和( 5 ) 底栖生物群落等构成了o s p a r - c o m p p 评价体 系。a s s e t s 和0 s p a r c o m p p 评价体系都是侧重于通过营养盐富集程度、直接效应和 间接效应等指标，评价富营养化的诱发因子及其引起的各种可能症状，没有针对生 态系统结构和服务功能等方面进行评价， 许多国家相应启动了海洋生态系统健康评价项目。美国国家海洋和大气管理局 和北欧环境部长理事会建立了包括富营养化、生物毒素、病理学、出现疾病和健康 指数( 生物多样性、生产力、产量、弹力和稳定性等5 项) 的评级方法。欧盟的水 框架指令( w a t e rf r a m e w o r kd i r e c t i v e ，w f d ) ，也提出了系列较完整的海洋环境 评价技术导则，除了水体富营养化问题，还针对所有人为活动产生的环境压力。世 界资源研究所在2 0 0 1 在4 月发表了全球海洋系统初步评估报告。评估指标分为4 类：岸线变化及岸线稳定性、水质、生物多样性、捕鱼、旅游以及娱乐。澳大利亚 的“生态系统健康监测计划( e c o s y s t e mh e a l t hm o n i t o r i n gp r o g r a m ，e h m p ) 在全 国河口采用系统化的指标，通过与未受人类活动干扰的参比环境条件的对比，对河 口的综合生态状况偏离原始状态的程度进行了定性的评估。但是，e h m p 目前主要以 河口、海湾生态系统健康评价方法及其应用研究 描述性的评价为主：评价标准的重点集中在流域的特征上，包括流域自然覆盖率、 土地利用、流域水文、潮汐、漫滩、河口利用、害虫和杂草和河口生态( 栖息地和 物种) 等指标。 美国的“全国近岸状况报告”( n a t i o n a lc o a s t a lc o n d i t i o nr e p o r t ，n c c r ) 被认为是现有的近岸生态系统健康评估方法中具有可操作性、较为系统的方法之 一。n c c r 是美国通过“净水法案”后，要求美国环保署、海洋大气局、内务部和农 业部等联合行动，定期提供的生态系统健康报告。n c c r 采用了水质( 溶解氧、叶绿 素a 、氮、磷和水体透明度) 、沉积物质量( 沉积物毒性、沉积物中污染物浓度、 沉积物中总有机碳含量) 、底栖生物、近岸栖息地和鱼( 贝) 体内污染物等五类生 态状况指标。n c c r 偏重于水质及栖息地质量，在水质方面，没有考虑表层水温、盐 度和p h 值等重要生态参数；也没有考虑系统内各要素间的相互作用。 1 2 2 国内研究进展 国内学者袁兴中心别认为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。系统能够长期稳定的维持自身组织结构， 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。崔保山弛州认为生态系统健康是指系统 内的物质循环和能量流动未受到损害，关键生态组分和有机组织被完整保存，没有 疾病，对长期或突发的自然或人为扰动能保持着弹性和稳定性，整体功能表现出多 样性、复杂 生、活力和相应的生产率，其发展终极是生态整合性，对压力反应具有 弹性。2 0 0 5 年国家海洋局在近岸海洋生态健康评价指南比训中提出生态健康是指 生态系统保持其自然属性，维持生物多样性和关键生态过程稳定并持续发挥其服务 功能的能力。该指南提出用水环境、沉积环境、生物残毒、栖息地和生物等5 类指 标评价河口及海湾生态系统健康。 杨建强等睢剐首次基于生态系统的结构、功能过程，以初级生产力作为生态系统 功能的指标，建立了由环境子系统、生物群落结构子系统和功能子系统组成的海洋 生态系统健康评价模型，评价了莱州湾西部海域的健康状况。叶属峰等睢6 l 通过物理 化学指标、生态学指标和社会经济学指标三大类3 0 个指标来建立长江河口生态系统 健康评价指标体系。张庆林等7 1 运用国内常用的富营养化评价( n q i ) 方法与欧盟 河口、海湾生态系统健康评价方法及其应用研| 宄 ( o s - p a r - c o m p p ) 方法评价了辽东湾的富营养化程度。张朝晖等心州综述了海洋生态 系统服务价值评估的研究成果，并指出m a ( 2 0 0 3 ) 的概念更倾向于管理中应用，其 分类体系更为实用和便于评估。石洪华等心州基于m a 的评估框架，评估了典型养殖型 海湾一一桑沟湾的生态服务功能。孙磊n 川采用压力一状态一响应框架，通过海岸带 压力评价，从近岸陆域景观、栖息地、海洋污染、环境调节、环境交换、生物群落、 生物质量、资源承载力、社区居住环境、经济发展水平、社会进步等方面评价、预 测了胶州湾生态系统健康。孙涛、杨志峰等乜“采用集水面积、人口密度、入海量、 河口断流时间、水质、生物多样性指数和生物量等7 项指标评价了河口生态系统恢 复状况。马玉艳口引评估了河口浮游动物群落生态健康状况。 贾晓平等州从海水水质、海水营养结构与营养水平、初级生产力水平、现存生 物量水平等4 个方面诊断了南海北部海域渔业生态环境健康状况。张秋丰等“用水 环境、沉积环境、生物残毒、栖息地和生物五类指标评价了天津近岸海域海洋生态 系统健康。李会民等。例用溶解氧、无机磷、无机氮、化学耗氧量等1 3 个参数评价 海洋生态系统健康。索安宁等。” 提出土地覆盖变化的景观指标评价法。纪大伟n 7 1 运用环境指标、生态指标及生态系统功能指标的综合评价体系对2 0 0 4 2 0 0 5 年黄河 口及邻近海域生态系统健康状况进行了评价。秦昌波。州建立了包括滩涂景观子系 统、水环境子系统和社会经济子系统的海岸带生态系统健康评价指标体系，并利用 该评价体系评价了天津海岸带生态系统健康状况。欧文霞n 州从结构、功能和恢复力 的角度对闽东沿岸海洋生态监控区的健康状况及变化趋势进行了研究。宋延巍“o l 根据海岛生态系统的复杂性特征，以活力、组织力、异质性和协调性( 生态足迹) 为指标构筑了海岛生态系统健康评价指标体系。 综上所述，生态系统健康评价在国内外都得到了重视。已有研究多数侧重于评 价生态系统的自然状态，如：考虑生物指示种、水质、生境等方面，但已经明显呈 现出从单一指标走向对系统、综合要素的评价，并加强与人类福祉相结合的趋势。 评价理论由最初的生物学原理一生物群落及生态系统理论，向系统综合评价理论发 展。然而如何从整体性角度评价生态系统结构与功能的健康? 如何考虑并量化生态 系统各要素之间相互作用? 如何加强健康评价与生态管理的结合? 这些问题仍然 值得深入探讨。 6 河口、海湾生态系统健康评价方法及其应用研究 1 3 论文目标和主要内容 1 3 1 论文目标 本论文以生态系统健康演变机理一综合评估一管理对策为主线，设定以下研究 目标： ( 1 ) 演变机理：针对河口、海湾生态退化的主要问题，建立生态系统健康评 价概念模型，揭示人类扰动与生态系统结构、过程与服务功能的相互作用机理，为 准确认识河口、海湾生态系统各要素之间的耦合关系，以及探讨其健康演变机理提 供理论基础。 ( 2 ) 综合评估：阐述生态服务功能、系统变化度和协调度与生态健康的关系， 建立河口、海湾生态系统健康评价指标体系，综合评估我国典型河口、海湾生态系 统近3 0 年来健康状态的变化过程及趋势，为准确评估河口、海湾生态系统健康提 供科学工具和典型案例。 ( 3 ) 管理对策：将健康评价与生态管理有机结合，预测不同的管理方案下，生 态系统健康指数的可能变化，揭示管理对策对生态健康的影响，为保障我国河口、 海湾生态安全及区域可持续发展提供科学依据。 1 3 2 主要内容 围绕研究目标本文将从以下4 方面开展研究： ( 1 ) 探讨生态系统健康的定义。依据整体性原理，考虑系统外部相关性和内 部相关性，分析人类扰动与生态系统健康之间的关键生态过程，认识系统各要素之 间的耦合关系，建立一个基于系统结构一功能的河口、海湾生态系统健康评价概念 模型。 ( 2 ) 阐述生态系统健康评价与生态服务功能、变化度和协调度的关系。探讨 生态系统协调度的概念，将系统协调度引入生态系统健康评价中，量化生态系统结 构一服务功能等各要素之间的依存关系、制约作用及其均衡程度。以生态系统结构 一服务功能为主要评价内容，构建一套河口、海湾生态系统健康评价指标体系。 ( 3 ) 以珠江口和大亚湾为代表，基于生态系统的长期监测数据，综合评估河 口、海湾生态系统的健康现状及变化过程。分析人类开发活动对生态系统结构和服 河口、海湾生态系统健康评价方法及其应用研究 务功能的影响，以及系统各要素相互作用的因果关系，分析系统结构、服务功能的 变化对生态系统健康的影响。认识生态系统结构受损和服务功能衰退的影响因子， 深入理解不同类型的健康变化症状，为评价和管理河口、海湾生态系统健康提供理 论基础， ( 4 ) 将健康评价应用于生态系统管理。采用情景分析法，根据研究区的生态 健康问题，以管理类型和调控力度为变量，构建系列生态系统管理方案，探讨生态 系统健康指数对管理方案变化的响应。为管理部门提供以下决策参考：确定生态系 统管理重点及其优先次序；预测综合生态系统管理的效益。 河口、海湾生态系统健康评价方法及其应用研宄 2 河口、海湾生态系统健康评价理论及方法 2 1 河口、海湾生态系统健康定义 2 1 1 河口、海湾生态系统特征 ( 1 ) 环境因子复杂多变 河e l 生态系统( e s t u a r i n ee c o s y s t e m ) 是指在河口入海e l ，淡水与海水混合 并相互影响的水域环境与生物群落组成的统一的自然整体。海湾生态系统( b a y e c o s y s t e m ) 是指在近岸由陆地围成的半封闭水域环境与生物群落组成的统一的自 然整体心引。河口区是海水与河流淡水相互汇合和混合之处，长期受到江河径流、潮 流以及风浪的共同作用。河流入海的海湾和沿岸海域，车水期常常形成表层低盐水 层，而且恰好与夏季高温期叠合，因而形成低盐高温的表层水，与下层高盐低温海 水之间有一强的温、盐跃层相隔，形成界面分明的上下两层结构，从而使流场变得 非常复杂。河口、海湾水域水深较浅，容量小，极易接受来自外部的影响。复杂的 外部影响导致了复杂的环流与混合扩散过程，使环境因子复杂多变。 ( 2 ) 生产力高，生态系统多样化 河口、海湾生态系统多样，是融淡水生态系统、海水生态系统、成淡水生态系 统、潮滩湿地生态系统、河口岛屿、沙洲湿地生态系统为一体的复杂生态系统。在 河1 3 区及附近水域，由于大量淡水和营养物质的输入，形成了独特的生态系统，有 极高的初级生产力。河口、海湾生境多样，饵料丰富，有利于生物的繁殖和生长， 为种类繁多的生物提供了良好的栖息场所。 ( 3 ) 受人类扰动程度大 人类对河口、海湾的开发具有悠久的历史，是人口经济活动最频繁、人口最稠 密的地区之一。与人类的关系最为密切，受人类的扰动程度也最大。目前对河口及 海湾地区的利用方式主要有：围垦滩涂开发、港口与航道运输、捕捞养殖业和沿海 工业等等。随着沿岸地区城市化和工业化进程加快，对河口、海湾生态环境的影响 越来越严重，部分河口、海湾生态系统出现明显的退化。 2 l2 生态系统健康定义 本文认为生态系统健康是指一个生态系统通过自我调节，能维持自身结构一功 河口、海湾生态系统健康评价方法及其应用研究 能的稳定、以及系统各要素的相互协调，可以为人类发展提供生态系统服务支持。 一个健康的生态系统具有以下特征：生物群落和生境结构稳定；系统结构一功 能等各要素之间搭配得当，和谐发展：支持服务、供应服务、调节服务和文化服 务等功能稳定，可以为人类的合理发展提供生态服务产品。 依据这一定义，本文将分析关键生态过程，以生态系统结构和服务功能为健康 恢复的目标，建立健康评价概念模型；从系统结构一功能变化度和协调度等角度探 讨河口、海湾生态系统健康评价方法，并建立健康评价指标体系。 2 2 基于生态系统结构一功能的健康评价模型 河口、海湾生态系统是复杂的，如果评价模型过于简化，评价和预测结果并不 可靠。单一的指标用于评估整个生态系统，如水质、生物指示种等，所得结论可能 有失偏颇，因此用于指导生态恢复很容易导致失败。根据本文对生态系统健康的定 义，参考南佛罗里达州湿地生态恢复评价模型，建立了河口、海湾生态系统健康 评价概念模型( e c m ) ，见图2 - 1 。该模型从整体性出发，充分考虑系统的外部相关性 和内部相关性，关注系统各要素的相互作用，表达了人类扰动与生态健康之间的关 键生态过程；以生态系统结构- f l 展务功能为健康评价的主要内容，将健康评价与生 态管理相结合，表达了人类活动，包括生态系统管理投入( 长方形) 与压力( 椭圆) 与关键生态过程( 连线) 、生态效应( 棱形) 和生态管理效益( 底部方形) 之间的耦合 关系。 1 0 河口、海湾生态系统健康评价方法及其应用研，宄 、 图2 - 1 河口及海湾生态系统健康评价概念模型铂 2 3 生态系统服务功能与生态系统健康评价 生态系统服务( g r e t c h e nd a il y ) 是指自然生态系统及其物种所提供的能够，满 足和维持人类生活需要的条件和过程，是通过生态系统功能直接或间接得到的产品 和服务。d e g r o o t 等( 2 0 0 2 ) 认为生态系统服务功能是提供满足人类需要的产品和服 务能力的自然过程和组成。3 。m a ( 2 0 0 3 ) 中对生态系统服务的定义为：人类从生态系 统中获得的效益，包括生态系统对人类可以产生直接影响的供给服务、调节服务和 文化服务以及对维持生态系统其它服务具有重要作用的支持服务。本文将生态系统 服务引入生态系统健康评价中，其主要原因有： ( 1 ) 生态系统健康意味着能发挥正常的功能，可以为人类发展提供生态服务。 陈仲新和张新时“制估算我国海洋生态系统效益价值为2 1 7 万亿元年，约占我国 g d p ( 以1 9 9 4 年计算) 的4 8 3 0 。近海及沿岸生态系统效益价值高达1 2 万亿元年。 海洋以其巨大的生态系统服务支撑了我国沿海地区和全国经济的快速、持续发展。 河口、海湾生态系统健康评价方法及其应用研究 生态系统健康的退化症状体现在多种生态服务功能的下降而不是单一要素的 变化，被称为“生态系统危困综合症( e c o s y s t e md i s t r e s s s y n d r o m e ) ”。l o t z e 等n 剐指出北美、欧洲、和大洋洲的1 2 个河口和沿海生态系统出现退化趋势变化。 m a ( 2 0 0 5 ) 也指出，大