全 文 ：农业生态系统健康的基本内涵及其评价指标 3
章家恩 3 3 　骆世明
(华南农业大学热带亚热带生态研究所 ,广州 510642)
【摘要】　农业生态系统健康在国际上日益受到关注 ,并成为农业生态学研究的热点和前沿领域之一. 农业
生态系统健康是食物安全和人类健康的基础. 农业生态系统健康是指具有良好的生态环境、健康的农业生
物、合理的时空结构、清洁的生产方式 ,以及具有适度的生物多样性和持续农业生产力的一种系统状态和
动态过程. 农业生态系统是一类典型的人工2自然复合生态系统 ,其健康状况在很大程度上受人类活动的
调控与影响 ,并往往以农产品品质、食物安全和生物安全为标准. 农业生态系统健康可采用生物学、环境
学、生态经济学几个方面的指标 ,进行综合评价. 其评价方法可采用综合指数法、生态毒理学方法、生态风
险评估方法等.
关键词 　生态系统健康 　评价指标 　农业生态系统
文章编号 　1001 - 9332 (2004) 08 - 1473 - 04 　中图分类号 　S181 　文献标识码 　A
A discussion on basic content and evaluation index system of agroecosystem health. ZHAN G Jia’en ,LUO
Shiming ( Institute of Tropical and S ubt ropical Ecology , South China A gricultural U niversity , Guangz hou
510642 , China) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,2004 ,15 (8) :1473～1476.
Agroecosystem health is the fundament of food security and human health ,and becoming one of the hot spots and
frontier fields in agricultural ecology study with more and more international concerns ,which can be interpreted
as a sustainable state and a dynamic process involving good eco2environment ,healthy agricultural organisms ,ratio2
nal spatial and temporal structure ,clean production pattern ,optimal biodiversity and high productivity. Agroe2
cosystem is a kind of typical artificial and natural compound ecosystem. Its health is strongly influenced and con2
trolled by human activities ,and usually linked with agro2products quality ,food security and biological security. A
series of indices including biological ,environmental and eco2economic indicators could be integrated to assess the
situation and level of agroecosystem health ,and some methods including comprehensive index assessment ,eco2
toxicological assessment and ecological risk assessment could be used for the evaluation of agroecosystem health.
Key words 　Ecosystem health , Evaluation index , Agroecosystem.3 广东省科学技术攻关项目 (2002C5050201) 、广州市科学技术星火
计划项目 ( 2002C12 E0021) 、广东省自然科学基金项目 ( 010274、
980148、032246)和美国洛克菲勒兄弟基金资助项目.3 3 通讯联系人.
2004 - 01 - 13 收稿 ,2004 - 04 - 13 接受.
1 　引 　　言
生态系统健康 (ecosystem health) 是近 10 多年来出现的
一个新的研究领域 ,它的产生具有一定的时代背景. 人类社
会自产生以来 ,就开始关注自身的健康 ,但从来没有象今天
这样关注过生态环境或生态系统的健康. 因为只有到了今
天 ,由于人类长期的干扰与破坏而导致的全球生态环境恶
化 ,威胁到人类自身健康时 ,人类才逐步意识到生态环境健
康与人类自身的健康息息相关. 由于农业生态系统健康与食
物安全和人类健康直接相关 ,因此 ,近年来农业生态系统健
康研究在国际上也日益受到多学科科学家的关注 ,已成为农
业生态学研究的热点和前沿领域之一 [11 ,12 ,25 ] . 目前 ,农业生
态系统健康研究的主要内容包括 [12 ] :农业生态系统健康评
价方法[25 ,29 ,30 ] ,土壤质量和水质与农业生态系统健康的联
系 ,农业生态系统健康与人类健康的关系 ,害虫生态管理
( EBPM)对农业生态系统健康的贡献 ,杂草综合管理在农业
生态系统健康中的作用 ,从生态病理学 (ecopathology)到农业
生态系统健康[7 ] ,线虫群落 (nematode communities)作为农业
生态系统健康指示生物的研究 [12 ,25 ] ,转基因作物 (transgenic
crops)对农业生态系统健康的生态影响评价 [1 ] ,农业投入政
策对农业生态系统健康的影响 [3 ] ,景观生态学在农业生态系
统健康评价中的应用 [2 ,24 ] ,农业生态系统健康与绿色食品开
发等方面[12 ] . 然而 ,农业生态系统健康是一个涉及多学科的
研究领域 ,目前在基本理论和研究方法上还存在许多需要解
决的问题 ,例如 ,农业生态系统健康的基本内涵是什么 ? 如
何确定农业生态系统健康的评价指标体系 ? 如何对评价指
标进行定量化 ? 如何确定一个健康的农业生态系统的标准 ?
这些问题都需要加以研究 ,给予回答. 因此 ,本文拟对农业生
态系统健康的基本内涵及其评价指标加以探讨.
2 　生态系统健康的基本内涵
生态系统健康概念的提出只有 10 余年的时间 [17 ,22 ] ,但
与之相关的理念与思想却有不短的历史. Clements、Tansley
等先后把地球和生态系统等看成一个能够自我维持和自我
调节 ,并能从低级向高级成熟方向演替的“有机体”(生
应 用 生 态 学 报 　2004 年 8 月 　第 15 卷 　第 8 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Aug. 2004 ,15 (8)∶1473～1476
物) [14 ] . 1941 年 , Aldo Leopold[9 ] 提出了“土地健康”( land
health)的概念 ,并使用了“土地疾病”(land sickness) 这一术
语 ,这就表明了可以用“健康”概念来描述自然环境因子的存
在状态. 1942 年新西兰土壤学会出版发行了《土壤与健康》
杂志 (Soil and Health) ,提出了“健康的土壤 →健康的食品 →
健康的人”这样的理念[21 ] . Woodwell 和 Barrett 极力提倡胁
迫生态学 (stress ecology) [21 ] . 这些研究均在不同程度上推动
了生态系统健康概念的发展. 1979 年 ,Rapport 等[20 ]提出了
“生态系统医学”(ecosystem medicine) 的名词 ,后来这些名词
都被应用到生态系统健康的概念中. 1988 年 ,Schaeffer 等[22 ]
首次探讨了有关生态系统度量的问题 ,但没有明确定义生态
系统健康. 1989 年 ,Rapport [17 ]论述了生态系统健康的内涵.
同年 ,国际“水生生态系统健康与管理学会”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. 1990
年 ,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[32 ] . 1992 年
《Journal of Aquatic Ecosystem Health》诞生. 同年 ,美国国会通
过了“森林生态系统健康和恢复法”[21 ] . 1994 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举行 ,
并成立了“国际生态系统健康学会”( International Society for
Ecosystem Health , 简 称 ISEH ) [18 ] . 1995 年 ,《 Ecosystem
Health》和《Journal for Ecosystem Health and Medicine》两个杂
志创刊[21 ,32 ] . 1996 年 , ISEH 召开了“第二届国际生态系统健
康学术研讨会”,本次大会与“‘96’生态高峰会”联合在丹麦
哥本哈根召开. 1999 年 8 月 ,“国际生态系统健康大会 ———
生态系统健康的管理”在美国加州举行 [32 ] . 由此可见 ,近年
来 ,国内外对生态系统健康的研究十分活跃.
目前 ,关于“生态系统健康”的概念很多. 许多学者分别
从不同的角度对生态系统健康概念进行了阐述. Rapport
等[18 ,19 ]认为 ,生态系统健康是“以符合适宜的目标为标准来
定义的一个生态系统的状态、条件或表现”,即生态系统健康
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. 一个生态系统稳定而且可
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 ,那么该生态系统才是健康的 [6 ,25 ] . 生
态系统健康是一种状态 ,在此状态中 ,生态系统为人类提供
需求的同时 ,维持着系统本身的复杂特征 [13 ] . 生态系统健康
是一种程度 ,是生态可能性与当代人需要之间的重叠程
度[13 ] .袁兴中等[31 ]认为 ,生态系统健康可以被理解为生态
系统的内部秩序和组织的整体状况 ,系统正常的能量流动和
物质循环未受到损伤 ,关键生态成分保留下来 (如野生动植
物、土壤和微生物区系) ,系统对自然干扰的长期效应应具有
抵抗力和恢复力 ,系统能够维持自身的组织结构长期稳定 ,
具有自我调节能力 ,并且能够提供合乎自然和人类需求的生
态服务.
综合上述不同学者的见解 ,笔者认为 ,生态系统健康应
包括以下几个方面的涵义 :1)一个健康的生态系统必须具有
健康的生物组分 (无疾病的)和非生物组分 (无污染的) ,以及
和谐的内部秩序与组织结构 ;2) 具有通畅的物质、能量和信
息的流动与转化过程 ; 3) 具有一定的自组织能力、活力、弹
力、恢复能力和可持续性 ;4) 具有一定的物质能量转化能力
和效率 ,以及一定的物质与能量储备 ,能够提供合乎自然和
人类需求的生态服务 ;5)对邻近的其他生态系统不产生危害
或危害最小化 ;6)生态系统健康既是一种状态 ,又是一个过
程或条件 ;7)生态系统健康具有空间、时间 ,以及不同尺度上
的特殊性和限制性 ;8)生态系统健康的判断标准在某种程度
上取决于人类利益 ,即或多或少地带有人类的感情色彩.
尽管生态系统健康已成为生态学一个热点研究领域 ,但
同时也有一些学者对生态系统健康概念持否定态度.
Suter[23 ]认为 ,生态系统不是生物 ,不会象生物一样生活 ,也
不会拥有生物的健康特性. Wicklum 等 [26 ]也认为 ,生态系统
健康和生态系统完整性的概念在生态上是不适宜的.
Calow[5 ]认为 ,生态系统不是自我复制的整体 ,也不存在遗传
记忆 ,因而也无健康而言.
虽然有些学者对生态系统健康概念的准确性还存在怀
疑 ,但笔者认为生态系统健康仍然不失为一个十分有意义的
科学概念. 因为它在生态系统评价、退化生态系统恢复、生态
系统管理以及可持续发展实践中是一个无法回避的问题和
参照标准.
3 　农业生态系统健康的基本内涵
与自然生态系统相比 ,农业生态系统是一类自然2人工
复合生态系统. 它既具有自然生态系统的某些特点 ,也具有
人工生态系统的特性. 它不仅直接为人类提供衣食住行等生
活资料 ,而且还履行着重要的环境功能和文化教育功能. 农
业生态系统健康是食物安全和人类健康的基础. 近年来 ,农
业生态系统健康问题在国际上也倍受关注. 然而 ,与生态系
统健康概念一样 ,目前在农业生态系统健康的内涵方面也未
形成一个统一的认识.
农业生态系统健康 (agroecosystem health) 是指农业生态
系统免受发生“失调综合症”、处理胁迫的状态和满足持续生
产农产品的能力[12 ] . 这个定义较为抽象 ,操作性不强. 笔者
认为 ,农业生态系统健康是指具有良好的生态环境、健康的
农业生物、合理的时空结构、清洁的生产方式 ,以及具有适度
的生物多样性和持续农业生产力的一种系统状态或动态过
程. 具体来说 ,它至少包括下面内容 : 1) 农业生物健康 ,即高
产、高抗和优质的品种 ,无病源微生物 ,无恶性入侵生物或害
虫 ,无转基因物种风险等 ;2)土壤健康 ,即无养分亏缺或养分
冗余 ,无污染 ,无土传病害 ;3)农业水环境健康 ,即无污染、无
化学异常 ,无亏缺与冗余 (干旱与洪涝) ;4)大气环境健康 ,即
无污染 ,无化学异常 (如酸沉降) ;5)农业生态系统结构和谐 ,
即合理的物种空间配置和时间配置 ,适度的生物多样性 ,农
作物无构件冗余 (如茎叶冗余、根系冗余等) ;6) 具有持续的
农业生产力 (产量)和一定的抗灾 (如天气灾害、病虫害等) 能
力 ;7)具有物质源/ 汇功能、小气候调节、空气调节、对周围系
统不输出或少输出废物等健康的环境服务功能. 8) 生产安
4741 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　15 卷
全、无污染、有营养的健康产品.
农业生态系统是人类强烈干预的生态系统 ,其健康状况
在很大程度上受人类活动的调控与影响 ,如土地过垦而引起
的水土流失、土壤退化、乱砍滥伐、环境污染、农药化肥超量
与不当使用、引入不安全的转基因生物和有害外来物种等.
农业生态系统健康往往以农产品质量、食物安全与生物安全
为标准 ,这些都是在农业生态系统管理中值得注意的.
4 　农业生态系统健康的评价
411 　农业生态系统健康的评价指标
生态系统健康是一个被人们逐渐接受的科学概念 ,然
而 ,在其评价指标、标准及其评价方法等方面仍然存在难题.
目前 ,关于生态系统健康的评价指标 ,大致可分为 3 类表述
方法.
第 1 类方法采用综合性指标 ,即用一个或几个综合指数
来反映生态系统的健康状况 ,如 Rapport 等[17～19 ]和 Costanza
等[6 ]用活力 (vigor) 、组织结构 (organization) 和恢复力 ( re2
silience) 等 3 个主要的测量指标构建生态系统健康指数
(health index ,H) ,进而度量生态系统的健康水平 ,即 H = V
(活力) ×O (系统组织指数) ×R (系统弹性指数) 来表示. 从
理论上讲 ,通过综合计算可以确定一个生态系统的健康状
况 ,但在实际操作中常常是很复杂的 ,因为每个生态系统都
有很多组分、结构和功能 ,各有一套独立的系统 ,许多功能、
指标都难以匹配[8 ] . 因此 ,这类方法可操作性不强 ,其结果也
较难指明不同类型生态系统健康的具体特征.
第 2 类方法采用多要素、多层次的指标进行评价 ,如一
些学者在评价生态系统健康时 ,采用系统综合水平指标 (如
生态系统失调综合症、系统可持续能力、生物完整性指数、活
化能、结构活化能、生态缓冲量等指标) 、群落水平指标 (如类
群组成、物种多样性、生物量、生物体型分布、营养结构、关键
种等) 、种群水平 (如指示种 ,种群的出生率、死亡率、年龄结
构、性比率、体型结构 ,种群的地理分布、丰富度、产量和生物
量等指标)及个体水平 (如个体的先天性疾病 ,机体对环境的
耐受能力、对疾病的敏感度、行为效应、雌性化等指标) 等多
种尺度的生态指标 [2 ,8 ,10 ,16 ] ,以及物理的、化学的指标 (如土
壤结构、肥力 ,水体富营养化程度、大气成分组成、环境污染
程度等) ,加上社会、经济、人类健康指标 (如经济发展的可持
续性水平、经济增长率、资源稀缺与耗绝产生的经济限制、人
寿状况、公共卫生状况、营养状况、疾病状况、社会福利、文化
教育状况和政府决策等) ,来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 [10 ,13 ,15 ,27 ] . 这类方法比较
综合 ,反映的信息量大 ,但往往需要获取的数据多且不易取
得 ,工作量大 ,各个指标的权重很难客观确定 ,各因素之间的
交互影响也很大 ,并且涉及到生态系统尺度转换问题.
第 3 类方法采用诊断性指标或指示生物物种的方法来
判断生态系统的健康状况. 诊断指标 (diagnostic indicators) 是
确定评价对象退化或者偏离健康的原因指标 ,如敏感个体的
生长率、形态结构畸变、营养顶级生物、土壤动物等 [4 ,10 ,15 ] ,
这种方法比较简便 ,在生产实践上具有一定的可操作性 ,但
该方法采用有限的几个诊断指标较难全面反映生态系统的
健康水平 ,特别是对生态系统的一些“亚健康”状态.
总之 ,上述几种方法各有其优缺点. 在进行生态系统健
康评价时 ,可根据对生态系统信息资料掌握的实际情况选择
使用或结合使用.
那么 ,对于农业生态系统的健康如何来进行评价呢 ? 笔
者认为 ,农业生态系统是一类由人类直接调控的生态系统 ,
因此 ,对其进行健康评价 ,也必然要涉及到生物学、环境学、
生态经济学几个层面的指标. 为了增强可操作性和简便易得
性 ,笔者提出了一套用于农业生态系统健康的综合评价指标
体系 (表 1) . 其中 ,生物学指标主要包括生物生产力、农业生
物多样性指数、生物的病情2虫情指数、有害生物入侵 (包括
转基因生物和外来有害生物) 的生态风险指数 ,用以反映农
业生态系统的生物健康状况 ;环境学指标主要包括土壤肥力
的维持水平、土壤生物 (微生物和动物) 的功能多样性指数、
环境污染综合指数、农业废弃物的无害化处理与资源化利用
程度等几个指标 ,用以反映农业环境健康状况 ;生态经济学
指标包括自然资源综合利用效率、农业生态系统的产投比、
农产品质量水平等几个指标 ,用以反映农业生态系统的生态
经济效益状况. 在这个指标体系中 ,大多数指标都可以定量
表 1 　农业生态系统健康评价指标体系
Table 1 Index system for agroecosystem health evaluation
指标类型
Index type
具体指标
Sub2indicators
生物学指标
Biological
生物生产力水平 Biological productivity
农业生物多样性指数 Agro2biodiversity
农业生物的病情2虫情指数 Incidence of diseases
and pests of agricultural organisms
有害生物入侵的生态风险指数 Ecological risk
index of harmful organism invasion
环境学指标
Environmental
土壤肥力维持水平 Sustainability of soil fertility
土壤生物功能多样性水平 Functional biodiversi2
ty in soil
环境综合污染指数 Comprehensive index of envi2
ronmental pollution
农业废弃物的无害化处理与资源化利用程度
Utilization degree of wastes
生态经济学指标
Eco2economical 自然资源综合利用效率 Comprehensive utiliza2tion degree of natural resources
农业生态系统产出/ 投入比率 Output/ input ra2
tio of agroecosystem
农产品质量水平 Quality level of agricultural
products
化 ,有的需要通过实验观测获得 ,有的可通过调查和统计得
到 ,因而具有一定的可操作性.
412 　农业生态系统健康的评价方法
目前用于生态系统健康评价的方法大致有以下几种 :1)
采用社会、经济、文化学指标与生态学指标相结合的方法 ,建
立评价指标体系 ,利用有关的数学方法 (如加权求和等) 获取
综合指数. 这种方法是以生物学和生态学为基础 ,结合社会、
经济和文化 ,综合运用不同尺度的生态系统内部指标与外部
指标来评价和研究生态系统的健康水平. 2) 生态毒理学方
法[15 ] ,是运用化学、生物化学、毒理学的方法 (如流行病学、
简化论、因果论、生物标记方法等) 与生态学的方法 (生物群
落健康指标、种群过程、群落结构和功能等)来研究环境有害
57418 期 　　　　　　　　　　　　　章家恩等 :农业生态系统健康的基本内涵及其评价指标 　　　　　　　　　　　
物质 (如污染物)对生物健康影响的一种综合方法. 3) 流行病
学[15 ] ,即将人类流行病学和动物流行病学的方法应用于生
态系统健康的评价之中. 4)生态系统医学 [15 ] ,即把医学中的
许多概念和方法应用到非健康或病态生态系统的过程与行
为研究之中 ,具体包括病态生态系统的症状、生态系统健康
诊断、治疗草案、预防性的生态系统药物等. 5) 生态风险评
估 ,就是评价危害生态系统健康的不良事件发生的概率以及
在不同概率下不良事件所造成的后果的严重性 ,并决定应制
定和采取的可行对策 ,其目的是预防性地保护生态系统健
康[25 ] .
农业生态系统健康评价可借鉴和采用上述方法中的一
种方法 ,也可将几种方法结合使用. 在进行农业生态系统健
康评价时 ,通常需要开展以下几个方面的工作 :1) 农业生态
系统基础信息的调查统计与实验观测 ,相关的区域社会经济
资料收集 ; (2)农业生态系统健康诊断 ,包括动植物长势、营
养与生产力综合诊断、土壤结构2土壤养分2土壤微生物综合
诊断、病2虫2草害诊断、环境胁迫诊断、环境 (大气、土壤、水
等要素)污染诊断、农产品品质与营养学诊断 ;3)农业生态系
统健康综合评价指标体系、标准与评价方法的建立 ;4) 农业
生态系统健康的综合评价、预警预测、维护与保障措施.
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作者简介 　章家恩 ,男 ,1968 年生 ,博士 ,副教授 ,硕士生导
师 ,主要从事土壤生态学和农业生态学等方面的研究 ,发表
论文 80 余篇. E2mail :jeanzh @scau. edu. cn.
6741 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　15 卷