（环境科学专业论文）城市化压力下的海岛生态系统健康评价研究.pdf

国家海洋局第三海洋研究所 学位论文著作权使用声明 i ii ii iiij i iii i l i j j ii r l l f r l l l j l j 19 0 9 3 81 本人完全了解国家海洋局第三海洋研究所有关保留、使用学位 论文的规定。海洋三所有权保留并向国家主管部门或其指定机构送 交论文的纸质版和电子版，有权将学位论文用于非赢利目的的少量 复制并允许论文进入所图书馆被查阅，有权将学位论文的内容编入 有关数据库进行检索，有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保 密的学位论文在解密后适用本规定。 本学位论文属于： l 、保密( ) ，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密( ) 。 ( 请在以上相应括号内打“”) 作撇：琴磊逝嗍姗7 叫 导师签名： 日期：叫加争7 2 一 f 硝 一 f 弘 v i l ：1 田雾劳群局乒三劳毕研芜所硝士尹缱玲文 城市化压力下的海岛生态系统健康评价研究 摘要 随着城市化进程不断提速，海岛开发活动逐渐加剧，海岛生态系统出现了 诸多生态环境问题，海岛生态系统健康状况也面临着严重的威胁。因此，进行 海岛生态系统健康评价是加强海岛生态保护、开展海岛生态规划和强化海岛 生态系统管理的重要基础和科学依据。 本论文面向中国海岛生态系统评价和管理的需求，开展了城市化压力下的 海岛生态系统健康评价研究工作，包括了评价指标选择、评价标准确立、指标 权重的计算、海岛健康演化机制分析以及海岛生态保护与调控措施等一系列工 作，并选择厦门岛进行了实例研究。本论文主要研究内容与成果包括： ( 1 ) 通过对国内外有关海岛及生态系统评价方面的大量研究，选取“驱动 力一压力状态一影响一响应”( d p s i r ) 模型为框架，搭建了一套涵盖社会经 济、环境管理、环境质量、生物生态、景观格局五个方面的海岛生态系统健康 评价的指标体系，详细剖析了具体指标的内涵及获取方法，并制定了相应指标 的评价标准，采用了专家打分和熵值法结合的综合权重法定权，构建了系统、 完整的海岛生态系统健康评价的方法体系。 ( 2 ) 将构建的海岛生态系统健康评价方法体系应用于厦门岛，评价结果表 明，1 9 8 0 年代、1 9 9 0 年代和2 0 0 0 年代厦门岛生态系统健康指数( 删) 分别 为6 9 9 、6 7 7 和5 3 3 ，这表明厦门岛生态系统于1 9 8 0 年代和1 9 9 0 年代尚处于 “健康”状态，而于2 0 0 0 年代则处于“亚健康”状态，厦门岛生态系统健康呈 逐渐下降趋势，且近十年的下降速度高于上十年，这主要是由于岛陆地表水质 量下降、近岸海水富营养化程度加剧、潮问带底栖生物种类数减少、景观自然 性降低以及破碎化程度加重等综合原因所致。 ( 3 ) 采用统计学中的相关性分析方法，尝试分析了厦门岛生态系统健康， 尤其是海域水环境质量在外界驱动力、压力和响应的协同影响下，系统内在的 变化趋势和演化机制。结果表明，海岛生态系统中的驱动力、压力、响应和状 态之间存在着动态变化的因果关系，近二十年来的厦门岛生态系统健康( 状态) 下降程度有所加剧，这可能是由于社会经济发展( 驱动力) 和污染物排放等( 压 力) 增长程度高于政府在环保建设方面的投入力度( 响应) 所造成。 关键词：海岛；生态系统健康：评价方法：城市化；厦门岛 。喇 o，吣 一，够 f - a b s t r a c t w i t ht h ec o n s t a n tu r b a n i z a t i o n p r o c e s sa n d i n t e n s i v ei s l a n d e x p l o i t a t i o n a c t i v i t i e s ，e c o s y s t e mh e a l t ho ft h e i s l a n d si sf a c e dw i t hs e r i o u st h r e a t s i s l a n d e c o s y s t e mh e a l t ha s s e s s m e n ti st h ef o u n d a t i o no ft h ee c o l o g i c a lp r o t e c t i o n ，p l a n n i n g a n dm a n a g e m e n to fi s l a n d t om e e tt h ed e m a n do ft h ec h i n e s ei s l a n d e c o s y s t e ma s s e s s m e n ta n d m a n a g e m e n t ，a s s e s s m e n tm e t h o do fi s l a n de c o s y s t e mh e a l t hw a sc o n s t r u c t e da n d a p p l i e dt ox i a m e ni s l a n d ，w h i c hi n c l u d e dt h ei n d e xs e l e c t i o n ，a s s e s s m e n ts t a n d a r d s a n di n d i c a t o rw e i g h te s t a b l i s h m e n t ，i s l a n de c o s y s t e md e t e r i o r a t i o n a n a l y s i sa n d i s l a n de c o s y s t e m sp r o t e c t i o n s u g g e s t i o n t h em a i nc o n t e n t sa n dr e s u l t sa r ea s f o il o w s ： ( i ) b a s e do nt h er e v i e wo fs t u d i e so nt h ee c o s y s t e ma s s e s s m e n ta n di s l a n d e c o s y s t e m ，“d r i v i n gf o r c e p r e s s u r e s t a t e - i m p a c t - r e p o r t s s e ( d p s i r ) f r a m e w o r kw a s s e l e c t e da n da s s e s s m e n tj n d e x e sf o ri s l a n de c o s y s t e mh e a l t hw a se s t a b l i s h e di nt e r m s o ff i v ef a c t o r s ：s o c i o e c o n o m i c s ，e n v i r o n m e n t a lm a n a g e m e n t ，e n v i r o n m e n t a l q u a li t y , b i o - e c o l o g y , l a n d s c a p ep a t t e r n s ，a n dt h em e a n i n go fe a c hi n d i c a t o ra n dt h ew a yt o g e ti tw e r ea n a l y z e dr e s p e c t i v e l y t h e nt h ec r i t e r i aa n dc o r r e s p o n d i n gw e i g h t sf o r t h e s ei n d i c a t o r sw e r ed e t e r m i n e d ( 2 ) t h ea s s e s s m e n tm e t h o dw a sa p p li e dt ox i a m e ni s l a n d t h er e s u l t ss h o w e d t h a tt h e 删o fx i a m e ni s l a n dw a s 6 9 9 ，6 7 7a n d5 3 3i nl9 8 0 s ，l9 9 0 sa n d2 0 0 0 s r e s p e c t i v e l y ，w h i c hm e a n st h a tt h ei s l a n de c o s y s t e mw a sh e a l t h yi n19 8 0 sa n d 1 9 9 0 s ，w h i l ei tw a ss u b - h e a l t h yi n2 0 0 0 s t h ee c o s y s t e mw a sd e g r a d e dg r a d u a l l y , w h i c hw a sm a i n l yd u et od e c l i n eo fs u r f a c ew a t e r q u a l i t y , i n t e n s i f i c a t i o no f s e aw a t e r e u t r o p h i c a t i o n ，r e d u c t i o ni nt h eb e n t h o ss p e c i e si nt h ei n t e r t i d a iz o n e d e c l i n ei n l a n d s c a p e sn a t u r a l n e s s ，i n c r e a s ei nl a n d s c a p ef r a g m e n t a t i o n ，a n ds oo n ( 3 ) c o r r e l a t i o na n a l y s i sw a sa p p l i e dt oa n a l y z ea l t e r a t i o nm e c h a n i s mo f e c o s y s t e mh e a l t hi nx i a m e ni s l a n du n d e rt h ec o o p e r a t i v ei n f l u e n c e so ft h ed r i v i n g f o r c e ，p r e s s u r ea n dr e s p o n s e ，e s p e c i a l l yf o rs e aw a t e rq u a l i t y t h er e s u l t ss h o w e d t h a tt h e r ew a sad y n a m i cr e l a t i o n s h i po fc a u s ea n de f f e c ta m o n gt h ed r i v i n gf o r c e ， p r e s s u r e ，r e s p o n s ea n ds t a t e i nt h ep a s t2 0y e a r s ，t h ed r i v i n gf o r c ea n dp r e s s u r eo n i s l a n de c o s y s t e me x c e e d e dg o v e r n m e n t si n v e s t m e n ti ne n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n ， w h i c hm i g h tb et h ec a u s ef o re c o s y s t e md e t e r i o r a t i o ni nx i a m e ni s l a n d k e yw o r d s ：i s l a n d ；e c o s y s t e mh e a l t h ；a s s e s s m e n tm e t h o d ；u r b a n i z a t i o n x i a m e ni s l a n d 、0 。印 一 f 砖 一 f ：f l 0 e ! ： 刀雾謦毕局三谬毕研霓所研士尹岔静戈城市化压力下的海岛生态系统健康评价研究 目录 第1 章引言1 1 1 海岛及其生态系统简述卜 1 2 研究背景2 1 3 研究意义3 第2 章海岛生态系统健康评价研究进展5 2 1 海岛生态系统研究进展5 2 2 1 国外研究进展5 2 2 2 国内研究进展一6 - 2 2 生态系统健康研究进展- 8 2 2 1 生态系统健康内涵8 - 2 2 2 国外研究进展一8 - 2 2 3 国内研究进展一9 2 3 存在问题及研究方向1 0 - 第3 章研究内容与技术路线- 1 3 3 1 研究方法13 3 2 研究内容l3 - 3 3 技术路线一l4 第4 章海岛生态系统健康评价方法体系构建一1 5 4 1 评价模型的选取l5 4 1 1 常见通用模型- 1 5 - 4 1 2 适宜海岛生态系统评价的模型选择- 1 7 - 4 1 3 城市化压力下的海岛生态系统评价模型1 8 - 4 2 指标体系建立原则- 1 9 - 4 3 指标体系的构建1 9 - 4 3 1 驱动力分析2 0 - 4 3 2 压力分析21 目录 4 3 3 状态分析- 2l - 4 3 4 影响分析2 6 4 3 5 响应分析2 6 4 3 6 指标体系的确立一2 7 标准的确定2 9 4 4 t 常见评价标准- 2 9 - 4 4 2 海岛生态系统健康评价所采用的评价标准3 0 一 权重的确定一3 2 - 4 5 1 赋权方法的选择3 2 4 5 2 主观权重的确定3 2 4 5 3 客观权重的确定3 6 4 5 4 综合权重的确定3 8 健康状况的确定3 9 厦门岛案例研究4 l - 厦门岛区域背景4 1 5 1 1 自然地理概况41 5 1 2 社会经济概况4 3 5 1 3 生态环境概况4 4 5 1 4 开发活动中产生的问题4 5 厦门岛生态系统状态健康评价- 4 7 5 2 1 评价数据来源及评价范围- 4 7 5 2 2 数据表达4 8 5 2 3 评价权重5 2 5 2 4 结果分析及评价5 4 5 3 城市化压力对海岛生态系统健康影响机制分析5 6 5 3 1 驱动力和压力之间5 7 5 3 2 压力与状态之间- 6 0 - 5 3 3 状态与影响之间- 6 3 5 3 4 压力、状态与响应三者之间一6 7 5 3 5 小结 n 一7 0 v ， k ： 孙 l 1 3 l “ 雹末海洋而摹三海洋 5 4 厦门岛生 5 4 1 社 5 4 2 污 5 4 3 生 5 4 4 环 5 4 5 宣 第6 章结论与展 6 1 主要 6 2 主要 6 3 不足 参考文献： 致谢 i i i j | ：； i h 目录 t a b l eo fc o n t e n t s c h a p t e ri i n t r o d u c t i o n 1 - 1 1i s l a n de c o s y s t e m 1 1 2b a c k g r o u n do ft h er e s e a r c h - 2 1 3s i g n i f i c a n c eo ft h er e s e a r c h - 3 c h a p t e r2 l i t e r a t u r er e v i e w 5 。 2 1l i t e r a t u 他r e v i e wo fi s l a n de c o s y s t e m 一，5 2 2 1f o r e i g nl i t e r a t u r er e v i e w - 5 2 2 2d o n k 垮t i cl i t e r a t u r er e v i e w 6 - 2 2l i t e r a t u 坞r e v i e wo fe c o s y s t e mh e a l t h - 8 2 2 it h ec o n c e p to fe c o s y s t e mh e a l t h 8 2 2 2f o r e i g nl i t e r a t u r er e v i e w - 8 - 2 2 3d o m e s t i cl i t e r a t u r er e v i e w 9 - 2 3c h a l l e n g e sa n do r i e n t a t i o no ft h er e s e a r c h 1 0 c h a p t e r3 c o n t e n t sa n da p p r o a c h ，1 3 3 1m e t h o & ? 1 3 3 2c o n t e n t s 1 3 3 3t e c h n i c a lf l o wc h a r t 1 4 c h a p t e r 4m e t h o do f i s l a n de c o s y s t e mh e a l t ha s s e s s m e n t - 1 5 - 4 1s e l e c t i o no fa s s e s s m e n tf r a m e w o r k - 1 5 4 1 ic o m m o nf r a m e w o r k l 5 - 4 i 2c h o i c e sf o rt h ei s l a n de c o s y s t e ma s s e s s m e n tf r a m e w o r k - 1 7 - 4 i 3i s l a n de c o s y s t e ma s s e s s m e n tf r a m e w o r k 18 - 4 2i n d e xs y s t e ms e t t i n gp r i n c i p l e s - i 9 4 3c o n s t r u c t i o no fi n d e xs y s t e m 1 9 4 3 id r i v i n gf o r c ea n a l y s i s 2 0 p o 5 2 4r e s u l t sa n a l y s i sa n da s s e s s m e n t j - - 5 4 - 5 3i n f l u e n c em e c h a n i s ma n a l y s i so fu r b a n i z a t i o np r e s s u r eo i lt h ei s l a n de c o s y s t e m h e a l t h 一5 6 。 5 3 id r i v i n gf o r c ea n dp r e s s u r e 5 7 6 0 5 3 4s t a t ea n di m p a c t - - 6 3 v ( 0 5 3 4p r e s s u r e ，s t a t ea n dr e s p o n s e 6 7 5 3 5s u m m a r y 7 0 5 4p r o t e c t i o na n dc o n t r o lm e a s u r e so fx i a m e ni s l a n de c o s y s t e m 71 - 5 4 is o c i o - e c o n o m y 71 5 4 2p o l l u t i o nc o n t r o l ：7 2 - 5 4 3e c o l o g i c a lp r o t e c t i o n 7 3 - 5 4 4e n v i r o n m e n t a lm a n a g e m e n t - 7 5 5 。4 5e d u c a t i o na n do u t r e a c ha c t i v i t i e s 7 6 - c h a p t e r 6c o n c l u s i o na n dd i s c u s s i o n 7 7 - 6 ic o n c l u s i o n - 7 7 6 2i n n o v a t i o n 7 8 6 3s h o r t c o m i n ga n df u t u r er e s e a r c h 。一7 9 一 r e f e r e n c e s 8 1 一 a c k n o w l e d g e m e n t - 8 7 - v l l o l h 刃雾劳华局雾三绔毕研茏所研士尹岔玲戈 城市化压力下的海岛生态系统健康评价研究 图索引 图3 3 一i 研究技术路线- 1 4 图4 1 l 基于d p s i r 的海岛生态系统评价框架。- l & 图4 5 - 1“海岛生态系统评价指标权重”调查问卷3 5 - 图4 6 l 海岛生态系统健康状况指数( i e h ! - 3 9 - 图5 1 l厦门岛的地理区位图。- 4 2 图5 1 2 厦门岛围填海历史变化- 4 6 图5 2 i厦门岛1 9 8 6 年、19 9 3 年和2 0 0 4 年遥感解译图- 5 0 - 图5 2 - 2 厦门岛生态系统健康指数趋势变化5 6 图5 2 - 3 驱动力层指标及其值( 厦门市) 5 & 图5 2 - 4 压力层指标及其值( 厦门市) ( - 5 9 - 图5 2 5 压力层指标及其值( 厦门市) ( ”- 6 i - 图5 2 - 6 状态层指标及其值( 厦门市) 6 l - 图5 2 - 7 厦门岛生态环境满意程度调查表- 6 5 - 图5 2 8 响应层指标及其值( 厦门市) 6 7 - 图5 2 9 厦门海域水环境“压力状态一响应”关系( c o d 捧放量海水中c o d m 。浓度 一生活污水处理率”7 0 v i i 。 j 图索i f 。 indexigure 1 ne x量l f i g u r e3 3 - 1f l o w c h a r to ft h es t u d y - 14 - f i g u r e4 i - ii s l a n de c o s y s t e ma s s e s s m e n tf r a m e w o r kb a s e do f fd p s i r 1 & f i g u r e4 5 - 1q u e s t i o n n a i r e so nw e i g h t sf o ri s l a n de c o s y s t e ma s s e s s m e n ti n d i c a t o r s - 3 5 - f i g u r e4 6 - 1i s l a n de c o s y s t e mh e a l t hi n d e x ( i e h i ) 一- 3 9 f i g u r e5 1 1g e o g r a p h i c a ll o c a t i o no fx i a m e ni s l a n d - 4 2 f i g u r e5 1 - 2c h a n g e so f h i s t o r i c a lr e c l a m a t i o ni nx i a m e ni s l a n d - i ；- f i g u r e5 2 - ir e m o t es e n s i n go f x i a m e ni s l a n di n1 9 8 6 ，1 9 9 3a n d2 0 0 4 - s 0 - f i g u r e5 2 - 2c h a n g e so fx i a m e ni s l a n de c o s y s t e mh e a l t hi n d e x ! ； f i g u r e5 2 - 3d r i v i n gf o r c ei n d e x e si nx i a m e nc i t y 5 & f i g u r e5 2 4p r e s s u r ei n d e x e si nx i a m e nc i t y - 5 9 。 f i g u r e5 2 - 5p r e s s u r ei n d e x e si nx i a m e nc i t y - 6 1 - f i g u r e5 2 6s t a t ei n d e x e si nx i a m e nc i t y - 6 1 - f i g u r e5 2 7q u e s t i o n n a i r e so f fs a t i s f a c t i o nf o rx i a m e ni s l a n de c o l o g i c a le n v i r o n m e n t - 6 5 - f i g u r e5 2 - 8r e s p o n s ei n d e x e si nx i a m e nc i t y - 6 7 一 f i g u r e5 2 - 9r e l a t i o n s h i pa m o n gp r e s s u r e ，s t a t ea n dr e s p o n s ei nx i a m e ns e a w a t e r e n v i r o n m e n t ：r i l 。 v i - q 田勘- 乒洋局三劳华研窟所硝士尹岔给丈 城市化压力下的海岛生态系统健康评价研究 表索引 表4 3 一i 海岛生态系统状态评价指标体泵- 2 2 - 表4 3 - 2 基于d p s i r 模型的海岛生态系统健康评价指标体系- - 2 7 - 表4 4 - i 海岛生态系统健康评价标准一3 l 表4 5 - 1 “海岛生态系统评价指标权重”调查问卷结果统计。- 3 3 - 表4 5 - 2 靠海岛生态系统健康评价指标权重”主观权重。3 4 表5 2 - l 厦门岛1 9 8 6 年、1 9 9 3 年和2 0 0 4 年景观类型面积及构成变化- s i 表5 2 - 2 厦门岛生态系统健康评价指标数值一- 5 1 表5 2 3 厦门岛生态系统健康评价指标同量度化处理结果- 5 2 表5 2 4 厦门岛生态系统健康评价指标客观权重计算结果- 5 3 - 表5 2 - 5 厦门岛生态系统健康评价指标综合权重计算结果一5 4 表5 2 6 厦门岛生态系统健康指数- 5 5 - 表5 2 - 7 驱动力层和压力层之间p e a r s o n 相关系数计算结果- 6 0 - 表5 2 - 8 压力层和状态层之间p e a r s o n 相关系数计算结果6 2 一 表5 2 - 9 厦门岛人均生态服务功能价值- 6 3 - 表5 2 1 0 厦门岛生态环境满意程度调查结果- 6 4 表5 2 - 1 1 厦门海域1 9 8 0 年一2 0 0 5 年赤潮发生情况- - 6 6 _ 表5 2 - 1 2 厦门市1 9 8 0 年 2 0 0 5 年环保相关法律、法规和规划制定情况- 6 & 表5 2 1 3 压力层和响应层之间p e a r s o n 相关系数计算结果6 9 _ i x 一 0 表索； t a b l ei n d e x t a b l e4 3 - ii s l a n de c o s y s t e mh e a l t ha s s e s s m e n ti n d e xs y s t e m - 2 2 - t a b l e4 3 - 2i s l a n de c o s y s t e mh e a l t ha s s e s s m e n ti n d e xs y s t e mb a s e do nd p s ! r - 2 7 t a b l e4 4 - ih e a l t ha s s e s s m e n tc r i t e r i ao fi s l a n de c o s y s t e m - 3 1 - t a b l e4 5 - 1r e s u l t so fq u e s t i o n n a i r eo nw e i g h t sf o ri s l a n de c o s y s t e ma s s e s s m e n t i n d i c a t o r s - 3 3 t a b l e4 5 - 2s u b j e c t i v ew e i g h t so fi s l a n de c o s y s t e ma s s e s s m e n ti n d i c a t o r s - 3 4 - t a b l e5 2 1l a n d s c a p ep a t t e r n si nx i a m e ni s l a n di n1 9 8 6 , 1 9 9 3a n d2 0 0 4 。- 5 1 - t a b l e5 2 - 2v a l u e so fx i a m e ni s l a n de c o s y s t e mh e a l t ha s s e s s m e n ti n d e x - 5 l - t a b l e5 2 - 3s t a n d a r d i z a t i o no fx i a m e ni s l a n de c o s y s t e mh e a l t ha s s e s s m e n ti n d e x 。- 5 2 - t a b l e5 2 4o b j e c t i v ew e i g h t so fx i a m e ni s l a n de c o s y s t e mh e a l t ha s s e s s m e n ti n d i c a t o r s t a b l e5 2 5c o m p r e h e n s i v ew e i g h t so fx i a m e ni s l a n de c o s y s t e mh e a l t ha s s e s s m e n t ：5 4 - t a b l e5 2 - 6x i a m e ni s l a n de c o s y s t e mh e a l t hi n d e x 5 孓 t a b l e5 2 7p e a r s o nc o r r e l a t i o na n a l y s i sb e t w e e nd r i v i n gf o r c ea n dp r e s s u r e 6 0 - t a b l e5 2 8p e a r s o nc o r r e l a t i o na n a l y s i sb e t w e e np r e s s u r ea n ds t a t e 一6 2 - t a b l e5 2 - 9e c o s y s t e ms e r v i c e sf u n c t i o nv a l u ei nx i a m e ni s l a n d - 6 3 - t a b l e5 2 1 0r e s u l t so fq u e s t i o n n a i r eo ns a t i s f a c t i o nf o rx i a m e ni s l a n de c o l o g i c a l e n v i r o n m e n t - 6 4 - t a b l e5 2 11r e dc u r r e n ti nx i a m e ns e aa r e af r o m1 9 8 0t o2 0 0 5 6 6 - t a b l e5 2 1 2l a w s ，r e g u l a t i o n sa n dp l a n n i n gr e l a t e dt oe n v i r o n m e n ti nx i a m e nc i t yf r o m 19 8 0t o2 0 0 5 - 僻 t a b l e5 2 1 3p e a r s o nc o r r e l a t i o na n a l y s i sb e t w e e np r e s s u r ea n dr e s p o n s e 。6 9 - x 第1 章引言 第1 章引言 1 1 海岛及其生态系统简述 海岛是指四周为海水包围，高潮时露出海面的陆地( 杨文鹤，2 0 0 0 ) 。它是 地球进化史中不同阶段的产物，可反映重要的地理学过程、生态系统过程、生 物进化过程及人与自然相互作用过程( 全国海岛资源综合调查报告编写组， 1 9 9 6 ) 。根据地域范围、生态环境特征、由生态环境不同引起的生物群落差异性 等因素，海岛生态系统可分为岛陆生态系统、潮间带生态系统和近海海域生态 系统三个子系统( 王小龙，2 0 0 6 ) ，三个子系统之间的相互关系极为密切，存在 能量流动与物质循环。 与其它生态系统相比，海岛生态系统具有5 大独特生态特征( 肖佳媚， 2 0 0 7 ) ： 海陆两相性海岛地理位置独特，与大陆隔离，相对孤立的处在海洋之 中。海岛生态系统的主体是岛陆部分，环岛的潮间带区域和近海海域是其生态 系统的延伸，也是其生态系统中最富活力的生物区。因此，海岛生态系统兼具 了陆地与海洋生态系统的特征。 结构独立完整性海岛四周被海水包围，相对成为一个独立的生态环境 地域小单元，陆域