全 文 ：第 12卷 第 1期
2 0 0 4年 1月
中 国 生 态 农 业 学 报
Chinese Journal of Eco—Agriculture
＼ Ol l2 ＼() l
Jan．， 2004
生态系统健康理论与评价方法探析
沈文君 沈佐锐 王 小艺
(中国农业 大学植 物保 护学院 北京 100094)
摘 要 阐述 了生态系统健康理论 的形成与发展以及评 价生态系统健康 的方法和指标 ，并简 介 了我国生 态系统健
康理论在温 室生 态系统 的应 用。
关键 词 生态 系统健康 可持续发展 生 态系统退化
Ecosystem health theory and its analysis method．SHEN W en—Jun，SHEN Zuo—Rui，WANG Xiao—Yi(Colege of Plant
Protection，China Agricultural University，Beijing 100094)，(JEA，2004，12(1)：159～161
Abstract In this paper，the emergence and development of the ecosystem health theory，some a,kses．sment methods and
indexes to study ecosystem health degree are provided，and its practices on greenhouse ecosystem in the country are intro—
duced also．
Key words Ecosystem health，Sustainable de、relopment．Ecosystem degradation
l 生态系统健康理论形成与发展
生态系统健康学是环境保护领域一门新兴的科学，反映生态系统内部秩序和组织的整体状况，已被许多
领域用于监测或评估生态系统和景观状况与质量。1994年国际生态系统健康学会 (International Society of
Ecosystem Health，ISEH)成立，标志着生态系统健康作为新兴的科技领域的诞生。生态系统健康概念的由
来可追溯至 20世纪 40年代初 ，1941年美国著名生态学家 、土地学家 Aldo Leopold首先定义了土地健康 ，并
使用“土地疾病”描绘土地功能紊乱 。l942年新西兰土壤学会出版发行了《土壤与健康》杂志，积极倡导有
机农业，提出“健康的土壤一健康的食品一人”。60～70年代以来伴随全球生态环境日趋恶化，生态学得以
迅速发展。进入 80年代人们 日益关注胁迫生态系统的管理问题 ，1984年美国生态学会主办了题为“胁迫生
态系统描述与管理的整体方法”研讨会。1988年 Schaeffer D．J． 等首次探讨了有关生态系统健康度量问
题，1989年 Rapport D．J． 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。
对于生态系统健康的定义目前尚无普遍认同的观点。Karr J．R．等 认为如果一个生态系统的潜能能
够得到实现且条件稳定，受干扰时具有 自我修复能力，则该生态系统是健康的。Schaefer D．J．等 认为当
生态系统功能未超过阈限时则该生态系统是健康的(这里的阈限定义为“当超过后可使危及生态系统持续发
展的不利因素增加的任何条件，包括内部的和外部的”)。Costanza R．’ 则认为若生态系统稳定且可持续 ，系
统具有活力，能维持其组织且保持 自我运作能力，对外界压力有一定弹性，则该生态系统可视为健康的：
Haworth L．等 。认为生态系统健康可从系统功能和系统 目标两方面理解 ，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。Mageau提出健康的生态系统应生机勃勃，充满活力；受到干
扰有良好的恢复能力；有一个良好的有机组织。综合上述观点，沈佐锐定义生态系统健康为具有稳定的、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(Ecosystem Distress Syndrome，简称 EDS)。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、废弃物吸收并再循环)能力等。故健康的生态系统能够维持其复杂性并满足人类需求。
* 国家自然科学基金项目(39870493)资助
**通 讯作者
收稿 日期 ：2002—10—28 改回 日期 ：2002—11—30
中 国 生 态 农 业 学 报 第 l：卷
自生态系统健康概念提出后，20世纪 80年代末～90年代初一些与生态系统健康研究相关的国际学会
组织如生态恢复学会(Society for Ecological Restoration)、国际生态经济学会(International Societv f)r Ec0lo—
gical Economics)、国际水生生态系统健康与管理学会(Aquatic Ecosystem Health and Management Societv)、国
际环境伦理学会(International Society for Environmental Ethics)、国际生态工程学会(International Ecological
Engineering Society)和国际生态系统健康学会(International J％~ciety forEcosystem Health，简称 ISEH)相继成
立，并由ISEH先后组织召开了“第2届国际生态系统健康学研讨会”和“国际生态系统健康大会——生态系
统健康的管理”关于研讨生态系统健康的大型国际会议 ，积极推动了生态系统健康理论的发展，奠定了国际
生态系统健康学说 发展的里程碑。
生态系统健康学是在传统自然科学、社会科学和健康科学相互交叉基础上发展起来的 1门全新学科，它
以系统方法指导研究工作。系统分析指分析系统的结构、功能以及环境对系统的影响，它以整体为研究对
象 ，注重各部分之间关系和相互作用 ，并将各部分综合 ，用低层次现象解释高层次规律 生态 系统中各成员
相互作用，相互影响，且生态系统健康又与人类健康、经济机会和公众政策问存在高度复杂的联系，故生态系
统健康问题需用系统分析方法整体综合考虑生态系统的结构与功能，系统分析影响生态系统健康的各关键
变化因子，同时考虑生态系统健康的改变与人类健康、社会反应之间的关系。地球生态系统是人类生存和发
展的物质基础，生态系统健康的研究需坚持可持续发展的观点：生态系统健康源于医学，由主要用于人体发
展到用于动植物，先后出现公众健康、环境健康、环境医学及至发展为生态系统健康，可充分利用现代医学科
技理论成果作为生态系统健康的理论基础，进而实现人类医学理论被生态系统健康所用。
2 生态系统健康评价方法与指标
生态系统健康评价是将功能完好与病态的生态系统区分开并对系统进行分析，从而诊断产生病态的原
因，制定预防及恢复生态系统的方法。衡量某个生态系统是否健康可从活力 、恢复力和组织性 3个特征考
虑 Ⅲ ，活力表示生态系统功能，可根据新陈代谢或初级生产力等测量；恢复力也称抵抗能力，根据胁迫出现
时维持系统结构和功能的能力评价 ，当系统变化超过其恢复力时，系统立即“跳跃”到另一 个状态 ；组织结构
和功能根据系统组分间相互作用的多样性及数量评价。目前常用的生态系统健康评价方法一是生态系统失
调综合征的诊断 ，生态系统失调综合征指系统被破坏后导致其在正常生命期限提前终结的不可逆过程，主要
表现为生物多样性下降(包括生境、物种和基因水平)、外来物种和 R一对策物种在生态系统中优势度增加、生
态系统中某些种群振幅增大、污染物或有毒物质在生物体和媒介体中积累等。生态系统失调综合征诊断即
选择 1组关键指标评估生态系统处于有害环境压力下的特征。二是抵抗力和恢复力的评估，即指生态系统
抵抗 自然灾害或受自然灾害扰动后生态系统恢复原有平衡能力的评价。生态系统越健康，其抗干扰能力或
受干扰后系统恢复原有平衡的能力则越强 三是生态风险评估，生态系统健康风险评估即评价危害生态系
统健康的不 良事件发生概率以及不 同概率下 不良事件所造成后果的严重性 ，并制定应采取的可行性对策：
评估着眼点在于风险决策管理，以预防性地保护生态系统健康。
定量评价生态系统健康首先要选用能够表征生态系统主要特征的参数或指标，而不同生态系统所处的
自然 、社会和经济状态不同，且 同一生态系统发展的不同阶段所具有的特点也不 同，需 由不同指标监测 ，且评
价过程中还要综合不同尺度和考虑生态系统的进化史 ，这使得一致性指标体系尚难 以确定 ：目前一般 从
两方面描述生态系统健康评价指标，一是从生态系统分类角度分析，全球生态系统可分为陆地生态系统和海
洋生态系统 ，陆地生态系统又可细分为森林生态系统 、江河湖泊生态系统 、草原生态系统 、荒漠生态系统 、城
市生态系统和农田生态系统 6个子系统，以农田生态系统为例，其健康评价指标包括土地生产力、土壤结构
指数 、土壤侵蚀指数、盐碱化指数 、土地肥力指数 、防护林效益指数 、病虫害危害指数、农产品质量指数和农 民
健康指数等。二是从影响生态系统健康的因素分析，自然生态系统健康评价指标包括人El增量指数、沙漠化
指数、水土流失指数、森林破坏指数、有机农药污染指数 、全球气温变化指数和空气污染指数等；经济生态系
统健康评价指标包括地区发展不平等指数、资源不平等占有和浪费指数以及世界经济一体化指数等；社会生
态系统健康评价指标包括不同地区健康指数、国家流行病检疫指数、人的文化素质指数、科技水平指数和社
会意识形态指数等 。而生态系统健康评价时度量这些参数非常困难，目前生态系统健康评价多带有主观
因素，尚未建立 1套完整的区别健康和病态生态系统的严格标准。
3 生态系统健康理论在温室生态系统的应用
温室生态系统时空尺度相对较小，封闭程度相对较高，且较易界定和控制。生态系统健康理论在温室生
第 l期 沈文君 等 ：生态系统健康理论与评价方法探折 161
态系统中的应用一是开发了温室害虫种群动态 自动监测系统，温室生态系统失调综合征 的关键指标是 R一对
策害虫优势度增加。本研究把菜蚜和白粉虱作为温室生态系统健康的关键物种，研制开发了昆虫图像处理
与计算机视觉系统 BugVisux，可对温室 白粉虱种群动态 自动监测计数，并将数据存储计算机系统中，细微诊
断其行为与种群变化的生态过程，并从中发现EDS早期预警指标。二是研制了温室生态系统环境健康监控
系统，试验研制开发了日光温室环境数字监控系统 GH—DigiMan，该系统采用数字式传感器，具有测量精度
高、传输距离远、抗干扰和性能稳定等优点，且采用微机网络通迅，可对前台数据采集／控制器实现远程监控，
并可通过普通双音频电话机查询当前测量数据 ，直接启动或关闭各种控制设备，当系统发现异常情况时 自动
拨打由用户设定的电话或其他报警系统 ，全面实现无人值守 三是进行农药胁迫下温室生态系统健康风险
评估，目前已定量研究了各种亚致死剂量农药对害虫与天敌的影响，并着手建立农药对温室生态系统生物多
样性和丰富度影响的模型，有利于 了解温室生态系统胁迫作用的类型和强度。目前 BugVisux系统尚未解决
蚜虫 自动监测计数及植物叶面积指数和病斑测量问题。GH—DigiMan系统在 自动监测生态环境数据基础上
如何与BugVisux系统相接，实现两系统间数据传输以及 自动建立作物生长与病虫害种群动态数学模型尚待
研究 ，以最终实现温室害虫预测预报和 自动防治调控以及智能温室分析专家系统 。
参 考 文 献
1 王小艺，沈佐锐 农业生态系统健康评估方法研究概况 中国农业大学学报，2001，6(1)：84～90
2 欧阳毅，桂发亮．浅议生态系统健康诊断数学模型的建立 水土保持研究，2000，7(3)194～1 97
3 Leopole A Wilderness as a land laboratory I iving Wilderness．194 1，6(2)：3
4 Schaeffer D J ，Henficks E E ，Kerster H W Ecosystem health：I Measuring ecosystem health Environ Man ．1988，12：445
5 Rapport D．J What constitutes ecosystem health?Perspectives in Biology and Meedicine，1989，33：120～132
6 Karr J R ，Fausch K D ，Angermeier P L ，et“，．Assessing biological integrity in running waters：a method and its rationale Champaigre：
Illinois Natural History Survey Illinois：Special Publication，1 986
7 Schaefer D J ．Cox I)K Establishing ecosystem threshold criteria In：Costanza R ，Norton B ，Haskel B Ecosystem Health一 ＼e、~
Goods for Environmental M anagement W ashington DC ：Island Press，1 992
8 Costanza R Towand an operational definition of health In：Costanza R ，Norton B ，Haskell B Ecosystem Health：New-Goals for Environ。
mental Management W ashington DC：Island Press， 1 992
9 Haworth L ，Brunk C ，Jennex D ，et al A dual—perspective model of agroecosystem health：system functions and system goals(abstract)
Journal of Agroecosystcm and Environmental Ethics，1 997，1 0(2)：1 27～1 52
1 0 Rappo rt D J ，Costanza R ，Epstein P R ，et“， Ecosystem Health Blackwell Science．Malden，MA，USA，1 998