全 文 ：应 用 生 态 学 报 年 月 第 卷 第 期
, , 一
生 态 系 统 健 康 评 价 方 法 初 探 ‘
孔红梅‘ 赵景柱
’ ‘
姬兰柱 , 陆兆华 , 邓红兵 , 马克明‘ 张 萍 ,
‘ 中国科学院生态环境研究中心系统生态重点实验室 , 北京 中国科学院沈阳应用生态研究所 , 沈阳
中国矿业大学恢复生态学研究所 , 北京
【摘要 】 生态系统是维持人类环境的最基本单元 , 生态系统功能主要体现在两个方面 一是生态服务功能
二是价值功能 记 这两种功能是人类生存和发展的基础 生态系统健康是保证生态系统功
能正常发挥的前提 , 结构和功能的完整性 、具有抵抗干扰和恢复能力 、稳定性和可持续性是生
态系统健康的特征 生态系统健康评价需要基于生态系统的结构 、功能过程来确定指标 , 包括生态系统的
完整性 、适应性和效率 生态系统健康评价主要有两种方法 一是指示物种评价 , 二是结构功能指标评价
结构功能指标评价包括单指标评价 、复合指标评价和指标体系评价 指标体系评价中又包括 自然指标体系
评价 、社会一经济一 自然复合生态系统指标体系评价 本文针对生态系统健康的不同评价方法进行了对比研
究 同时 , 针对不同的生态系统类型应选择其健康评价方法方面进行了简要的阐述
关键词 生态系统健康 评价 方法
文章编号 一 一 一 中图分类号 , 文献标识码
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引 官
由于全球性和区域性的环境问题 如温室效应 、 水资源
和水污染问题 、酸雨 、 生物多样性衰减 、水土流失 、 土地荒漠
化 、 能源短缺等 逐渐加剧 , 严重威胁到了人类和地球环境的
健康〔‘·
,
地球的自然生命支持系统受到了严重的干扰和
破坏 , 自然生态系统对人类和环境的服务功能大大减弱 , 人
们开始重视人类生存的持续性间题 , 随即出现了“ 公众健康
学 ” 和 “ 环 境健 康 学
日 ” ‘ , ‘ 年 , 月 。 定义 ’ “ 月
司 ’’ , 并使用 “ 加 ” 来描述土地功能紊乱
, 年在新西兰出版了 杂志 , 这
一杂志积极倡导有机农业 , 并以“ 健康的土壤 健康的食品
健康的人 ” 为研究主题 反 等 首次探讨了生
态系统健康的度量问题 , 但是没有给出明确的定义
即找 首次论述了生态系统健康的内涵 , 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 , 并认
为生态系统健康可以通过活力 、 组织结构 。
和恢复力 个特征来定义困 活力表示生态
系统的功能 , 可根据新陈代谢或初级生产力等来测度 组织
结构可根据生态系统组分间相互作用的多样性及其数量来
评价 恢复力可根据结构和功能的维持程度和时间来测度
生态系统健康包括从短期到长期的时间尺度 、从地方到
区域空间尺度的社会系统 、经济系统和 自然系统的功能 , 从
区域到全球胁迫下的地球环境与生命过程 其目标是保护和
, 国家重点基础研究发展规划项目 、 中国科学院知
识创新项 目 大 一 , 一 和国家自然科学基金重点项
目 ,
, 通讯联系人
一 一 收稿 , 一 一 接受
期 孔红梅等 生态系统健康评价方法初探
增强区域甚至地球环境容量及恢复力 , 维持其生产力并保持
地球环境为人类服务的功能 生态系统健康是衡童生态系统
功能特征的隐喻标准 , 是评价生态系统状态的一种方式 针
对地表层任何自然生态系统的评价 , 均有过研究 一 川 , 但
是从生态系统健康的角度进行度量的方法和评价体系均不
系统 , 本文参考近 年来生态系统健康评价的研究成果 , 对
最常用的指示物种评价和结构功能指标评价进行对比研究
生态系统健康的主要制约因素
生态系统健康的制约因素很多 , 多为人类活动所致 例
如 污染物排放 、 非点源污染 、 过度捕捞 、 围湖造 田 、 水土流
失 、外来种人侵和水资源不合理利用等均是生态系统健康的
主要制约因素
自然因素主要有 自然干扰的改变 记
, 如火灾 、 河流改道 、 地展 、 病虫害爆发
等 可引起生态系统功能的消弱甚至消失 自然生态系统的
退化 , 如草地生态系统的退化 、 森林生态系统的退化 、土坡生
态系统的退化等 , 可直接导致生态系统功能的减弱
人为因素主要有 过渡开发利用 。 , 指
对陆地 、水体生态系统的过渡收获 , 主要后果是物种的消失 、
生态系统结构的失调 、功能的减弱甚至消失 如过度捕捞 , 人
类对鱼类资源的需求激增 , 过度捕捞造成种群数量减少 , 破
坏了生态系统原有的结构 , 致使其功能发生变化 ’ 由于植
被破坏导致水土流失 , 水土流失所产生的泥沙会影响到水体
的物理性质 浊度 、 透明度以及水的动力学性质等 , 破坏水
表 生态系统健康评价的指示物种
肠 ,脚 “ ”叮成细 加 , , , , 此
生生物群落的组成 、结构和功能 , 导致水生态系统健康状况
的恶化 ‘
·
物理重建 ”以 倾 , 指为 某种
目的来改变生态系统结构和功能 , 可能导致生物多样性的减
少 , 水质下降 , 有毒物质增加 , 从而影响生态系统健康 如
围湖造田 , 围湖造田一方面缩小了湖泊面积 , 导致湿润生境
丧失 , 引起水生植物的局域灭绝和 干旱植物的入侵 另一方
面 , 截断了湖群之间的物质 、能量和物种交流 , 破坏了水生态
系统的完整性 , 严重威胁水生态系统的存续 这种行为的生
态影响是毁灭性的 ’ 外来种的侵人 或引人 耐
。 , 引进外来种引起乡土种消失或生态系统水
平的退化 , 值得指出的是 , 这些因家对生态系统健康的影响
机理不一定相同 , 有时是单一因子的胁迫 , 有时是多因子综
合胁迫 , 生态系统内个体 、 种群 、群落和生态系统不同层次对
胁迫的反映也不一致 长环境污染加剧 , 如点源污染 , 工业
废水和生活污水中含有多种有毒污染物和过量养分 , 它们对
生态系统健康产生不同程度的影响 面源污染 , 现代农业中
农药和化肥的大量施用 , 导致地表径流含有多种污染物和过
量养分 , 经常引起水体污染和富营养化 , 使水生态系统的结
构和功能发生改变
生态系统健康评价方法
指示物种法
鉴于生态系统的复杂性 , 我们经常需要采用一些指示类
群 来监侧生态系统健康〔‘, 以水生态系统和
森林生态系统为例进行分析 表
生态系统类型
加 ,
指示物种
, 沐
度 因子
刀
水生态系统
沉冶
浮游生物
底栖无脊椎动物
压 比
营养顶级的鱼类
曲 仙
鑫璧暑筹雾生物群落‘包括病毒
、 细称 “养浮游生物 ’
, 纤毛原生生物 ,
底栖群落的结构和动态 , 了解有机污染程度方法 、多样性指标 、 生物指标 ,
确定一系列环境状态的参照群落 , 生态系统健康的功能侧定 , 长期的毒理
和胁迫效应
对化学污染比其它种群更加敏感 , 综合反映了其它生物的变化 , 最简便的
方法是跟踪鱼类种群对环境退化的响应 重要指标包括 平均年龄 、产卵
能力和条件因素 如 , 银大马哈鱼可以指示北美大湖区的生态系统健康
采用继鱼为指示种来监测湖泊贫营养化
生物的综合运用
沁吨让 , ”
森林生态系统
凡 ,
指示植物 川
敏感植物 灰 朽 】朋
特有植物 户沈
特有动物 。
森林鸟类 臼
森林土坡动物 , 画 】
森林土集徽生物 ‘ ,
亚细胞 、细胞 、生物个体 、 种群 、群落和生态系统的相关信息 生物个体对
化学污染的初级和次级响应进行侧定 底泥毒性化学分析 、 组织化学分
析 、病理分析和群落结构的综合研究
指示种 , 关键种 , 长寿命种
对环境变化非常敏感 如 , 森林生态系统中特有的早春植物等
某一森林生态系统特有植物 这些植物只适应于这一特定的生境
特定森林生态系统为其提供最适 或唯一 生境和食物 如 , 毛竹等为大熊
猫提供最适食物等
特定森林生态系统为其提供最适生境和食物
只能生存在森林土城生境中的土集动物 , 可用其单位面积的数 来描述
徽生物对土城环境反应特别教感 , 但是用土城徽生物来评价森林生态系
统健康方面的研究尚属空白
指示物种评价生态系统健康 , 主要是依据生态系统的关
键物种 、特有物种 、指示物种 、濒危物种 、 长寿命物种和环境
敏感物种等的数量 、生物量 、 生产力 、结构指标 、 功能指标及
其一些生理生态指标来描述生态系统的健康状况 指示物种
评价法比较适用于一些自然生态系统的健康评价 生态系统
在没有外界胁迫的条件下 , 通过自然演替为这些指示物种造
就了适宜的生境 对有些反方向的指示物种 , 是不为其造就
生境 , 致使这些指示物种与生态系统趋于和谐的稳定发展
状态 反方向的指示物种 , 尤其不可能适宜生境 当生态系
统受到外界胁迫后 生态系统的结构和功能受到影响 , 这些
应 用 生 态 学 报 卷
指示物种的适宜生境受到胁迫 或破坏 反方向指示物种的 适的 另外 指示物种的一些监测参数的选择不恰当也会给
生境开始形成 , 指示物种结构功能指标将产生明显的变化 生态系统健康评价带来偏差 可见 , 在生态系统健康研究中 ,
反方向指示物种开始单生 ’ 因此 , 可以通过这些指示物 指示物种及其指示物种的结构功能指标的选择应该谨慎 , 要
种的结构功能指标和数量的变化来表示生态系统的健康程 综合考虑到它们的敏感性和可靠性 , 要明确它们对生态系统
度 或受胁迫程度 , 同时也可以通过这些指示物种的恢复能 健康指示作用的强弱
力表示生态系统受胁迫的恢复能力 结构功能指标法
虽然采用生物类群指示生态系统健康的研究取得很大 前面介绍的生态系统健康评价的指示物种方法虽然简
进展 , 成为生态系统健康研究常用的基本方法 , 但是仍然存 便易行 , 但存在一些问题 , 比较明显的起码有 点 应该选
在着一些问题 例如 , 指示物种的筛选标准不明确 , 有些采用 择不同组织水平的物种类群 应该考虑不同的尺度 同
了不合适的类群等 在研究分析文献中提出的筛选标准后发 一组织水平内应考虑到指示物种间的相互作用 应考虑
现 , 这些标准并不一致 而且 , 生物保护文献中提出的作为生 到指示物种在不同尺度转换时的监测指标变化 因此 , 必须
态系统健康指示的 种脊椎动物和 种无脊椎动物 , 很 建立指标体系 , 对大量复杂信息进行综合 生态系统健康的
少有哪个脊椎动物能够符合多个标准〔 因为它们中的很 评价技术需要结合物理 、化学和生物学的方法 , 应该借鉴一
多物种都具有很强的移动能力 , 对胁迫的耐受程度比较低 , 些常规的化学 、 湖沼学 、生理学 、 生态学和毒理学手段 同时 ,
与生态系统变化的相关性比较弱 大多数无脊椎动物也同样 必须超越传统途径 , 发展创新性的 、敏感的 、 自动化程度比较
缺乏与生态系统变化的相关性 , 但是满足其它的选择标准 高的和节省费用的方法 包括采用计算机辅助技术 ’ 归纳
然而 , 用于指示生态系统健康的无脊椎动物经常是分类等级 起来 , 结构功能指标评价生态系统健康主要有以下几种方法
比较高 , 且包括了很多物种 , 因此难于侧定每个物种的作用 , 表
同时这些物种中有些可能不是必需的 , 有些甚至可能是不合 结构功能指标评价生态系统健康的优点是综合了生态
裹 生态系统健康评价的结构功能指标法
卜 阅 时 ‘ 叭 朋 川加 叮 加 胜 别 , 砒
生态系统类型 功能指标体系
邓
评价指标
户口 , 份
水生态系统
曰汉巧
生态毒理学方法 污染物的特性指标 污染物的反应指标 污染物的毒性监侧 水生生物对污染物的病态反应 徽生物食物网 营养状态指标 多样性指数 浮游植物
级冲能力 浮游动物群落指标 浮游动物和浮游植物的生物 比例等
流行病学方法
沁
生态系统医学
阴
自然 、社会及经济指标结合
目一 , 犯云 一吧 们。
重要的生态过程指标 , 如
环境的关系指标 动物流
质指标等
分解 、补充 、 捕食者与食物关系等 人类流行病与
行病与环境的关系指标 兽医学方法评价河流水
受报生态系统症状 生
性指数 水生生物数量
程度 生态系统生物量和生产力 多样
水质成分等
生物地球化学指标 社会指
标 环境适宜性
环境监侧指标
经济指标 环
变化 环境退
生态
标 人 护
不同尺度信息的综合评价
扣 , , 哭透
个指社学
森林生态系统
汉 ”
单结构指标评价
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单功能指标评价
嗯 咖
复合结构指标评价
肠 】 二
复合功能指标评价
讨 即
复合自然指标体系评价
加
社会经济
一 自然复合指标体系评价
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群落结构指标 生态系统结构指标 水平结构指标 垂直结构指标等
群落生物量 、 生产力 生态系统生物最 、 生产力
统物质流 生态系统价值流 生态系统土地利用
生态系统产品功能 生态系统 、 群落 、物种 、基因
能 流 生态系
系统服务功能
综合生态系统 、群落等结构指标 , 建立指标
结构 、分布特点 、坡度 、坡向 、海拔等环境梯
体系评价 , 包括水平结构 、 垂直
度因子
综合生态系统 、 群落功能指标 , 建立指标体系 , 包括生物量 、 生产力 、 能量
流 、物质流 、价值流 、多样性 、生态系统服务功能 、 生态系统产品功能等
综合生态系统结构 、 功能方面的自然指
物质流
、多样性 、结构 、环境梯度因子等
用直接观侧 、野外侧试的生态系统和群
物量 、 生产力 、 能量流 、
·
自然指标评价体系 可
自然生态系统结构和功能的侧试指标 区域社会指标 区城经济发展指
标 区域环境因子指标 自然生态系统与社会经济相互制约指标等 建立
社会 、经济 、 自然复合指标体系
系统的多项指标 , 反映了生态系统的过程 是从生态系统的
结构 、功能演替过程 , 生态服务和产品服务的角度来度量生
态系统健康 强调生态系统为人类的服务 , 强调生态系统与
区域环境的演变关系 , 同时也反映生态系统的健康负荷能力
及其受胁迫后的健康恢复能力 反映了生态系统的不同尺度
的挂康评价转换 这类方法适用于任何类型的生态系统 例
如 , 在污染生态系统健康综合评价时 , 在小尺度通过研究群
落结构了解了污染物的空间分布 , 但是结果缺乏可比性
在中尺度发现了更大程度的变异 , 能够用于立地分级和优
选 , 却损失了细节信息 , 在大尺度数据具有了更强的可 比
性 , 可以用于区域差异研究 , 但损失了更多的细节‘ 最后 ,
采用多尺度的化学 、毒理学和群落学指标监侧的结构功能指
期 孔红梅等 生态系统健康评价方法初探
标体系评价法评价污染生态系统的健康程度能够带来多种
信息 , 通过指标体系评价将这些信息进行综合 , 反映了生态
系统的健康程度
建立生态系统健康评价指标体系大致可 以从两方面选
择指标 图 , 即生态系统内部指标 , 包括生态毒理学 、 流行
病学和生态系统医学方面 以及生态系统外部指标 例如社
会经济指标 结构功能指标体系评价生态系统健康 , 以可持
续发展思想为指导 , 以生态学和生物学为基础 , 结合社会 、 经
济和文化 , 综合运用不同尺度信息的指标体系应该是未来生
态系统健康评价的发展方向
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生态系统健康评价人
指示生物类群柳甲阳 单指徐叫肛 指标体系评价
指 指 指 结 功 经 复 馨 复不 蓉 夔 指 覆 鬓 合 经 合绘 勺 物 标 毛州 自 鬓 馨因 留 暮 尸 民
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评价方法口
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组织结构
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图 生态系统健康评价体系
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口 闹
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变化的重要关联 , 应用这些基础去发展综合适宜生态系统健
生态系统健康评价的发展方向
生态系统健康评价具有很大的应用价值 , 但是 , 针对一
个或一类生态系统 , 如何去评价它的健康程度 用哪些因子
去度量 这些度量因子的健康标准是多少 通过哪些途径
评价生态系统的稳定性 、 持续性和完整性 这些问题仍需进
一步探讨
生态系统健康评价应该发展适用于特定生态系统的框
架 , 最重要的是考虑生态系统本身的结构和功能 , 在此基础
上 , 明确区分特定生态系统的胁迫状况 , 辨识出最危险的组
分和最应该重视的问题 同时应该研究环境胁迫与生态参数
康指标的管理对策
从生态系统健康研究的现状 , 大致可以总结出它的两个
发展方向 一是实验科学的数量化或半数量化的生物学途
径 主要包括生物指标 、 物种丰富度 、 多样性和均匀度 、多元
分析方法 、 生物完整性指数 、生态系统结构和功能途径等 二
是通过实验科学的定量化和半定量化与理论科学和技术科
学相结合的发展方向 退化生态系统的保护和恢复迫切筋要
生态系统健康评价技术 , 以期获得对尚不明确的生态系统恢
复健康状态的综合评价 由于对生态系统途径 、 生态系统完
整性等的定义还比较模枷 , 因此应该采取一个更加全面和完
整的方式 , 把实验科学的定量化和半定量化能力与现实和适
应 用 生 态 学 报 卷
当的理论科学和技术科学相结合进行综合性健康评价途径
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勺咧 及‘ 应用生态学报 , 一
作者简介 孔红梅 , 女 , 年 , 在职博士生 , 副编审 , 研究
方向为生态系统健康 , 发表学术论文 篇 扭
。