全 文 ：生态系统可持续性的一个测度框架 3
胡　聃　(中国科学院生态环境研究中心 , 北京 100080)
【摘要】　生态系统可持续性是指生态系统持久地维持或支持其内在组份、组织结构和功
能动态健康及其进化发展的潜在和显在能动性的总和. 它是由生态整合性、自维持活力、
自调节力和自组织力所构成的 1 个四元能力体系. 生态系统持续性是由系统自身的组份、
结构和功能动态来体现的. 因此 ,对系统组份、结构和功能动态的辨识和评估是测度生态
系统持续性的方法论基础. 本文提出了 1 个由 12 项测度内容和 30 多类测度变量组成的生
态系统可持续性的指标度量框架 ,反映了生态系统持续性的基本特点. 从测度方法上看 ,
基于指标的测度方法是生态系统持续性的基本测度方法 ,但它需要和整合测度方法相结
合 ,以便提供一个完整的测度途径.
关键词 　生态系统 　可持续性 　测度指标
An indicating framework for ecosystem sustainability. Hu Dan ( Research Center for Eco2Environ2
mental Sciences , Beijing 100080) . 2Chin. J . Appl . Ecol . ,1997 ,8 (2) :213～217.
Ecosystem sustainability is defined as the capacity of ecosystem in sustaining or maintaining the health
and evolution of its components , structures and functions which consists of the capacities of ecological
integrity , self2maintenance , self2regulating and self2organization. As ecosystem sustainability is e2
merged by its components , structures and functions , a methodological basis of measurement should be
established by their identification and assessment. In this paper , an indicator2based framework of
measurement with 12 items and more than 30 variables is presented to indicate the essential dynamic
attributes of sustainable ecosystem. Although such an indicator2based approach is very necessary for
the measurement of ecosystem sustainability , it needs to be combined with integrated methods of mea2
surement to establish a complete system for measuring ecosystems of sustainability.
Key words 　Ecosystems ,Sustainability ,Indicators.
　　3 国家自然科学基金资助项目 (39470145) .
　　1995 年 7 月 28 日收稿 ,1995 年 10 月 6 日接受.
1 　引 　　言
　　近年来可持续性已成为生态学者密切
关注的论题[10 ] ,大量关于“可持续性”或
“可持续发展”的讨论出现在生态、经济以
及社会等学科的文献中. 这些讨论主要从
人类发展和资源管理意义上展开 ,一般都
将可持续性作为生态系统管理的目标 , 而
对生态系统持续性的内在机理研究不够.
事实上 ,可持续性是生态系统内在性 ( In2
ternality)的构成部分 ,从生态系统内部动态
去探讨其持续性问题具有重要的生态学意
义. 一般来讲 ,“可持续性”是指某一客观事
物可以持久或无限地维持或支持下去的能
力. 从动态意义上看 ,意味着持久或无限地
维持或支持一个系统健康生存和发展的能
力. 生态系统在同其周围环境的相互作用
过程中 ,存在两种基本的可能性 :一是难以
适应或不能抵抗环境变化的干扰而退化甚
至消亡 ,意味着系统健康受到消弱或者破
坏 ,使系统难以持续或不能持续 ;二是吸收
和创造性地适应环境干扰或胁迫并改善和
优化自身的结构与功能 ,意味着系统的发
展或进化. 对一个可持续的生态系统来说 ,
应 用 生 态 学 报 　1997 年 4 月 　第 8 卷 　第 2 期 　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHINESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY,Apr. 1997 ,8 (2)∶213～217
同环境的相互作用最终会促进系统健康和
发展而不是退化或消亡 (但在一定程度内
的涨落也是存在的) . 生态系统健康就是其
组份、结构和功能三者的完整存在和正常
运转 ;而生态系统发展就是这三者在量和
质上的增长 ,因此 ,生态系统组份、结构 (或
组织)与功能动态的健康与发展构成了系
统可持续性的基本属性. 据此 ,可以给生态
系统可持续性下一个完整的定义 :生态系
统持久地维持或支持其内在组份、组织结
构和功能动态健康及其进化发展的潜在和
显在的能动性的总和称为生态系统可持续
性.
2 　生态系统可持续性的基本构成
　　生态系统持续性的 2 个基本属性———
生存健康和发展进化根基于其组份、组织
结构和功能动态. 组份、组织结构与功能动
态的健康 ,可以用生态整合性、自维持活力
以及自调节力[16 ]来衡量 ;而组份、结构与
功能的进化发展则可以由系统的自组织
力[8 ]来衡量 ,因此 , 生态系统可持续性由
生态整合性、自维持活力、自调节力和自
组织力 4 个内在的能力要素构成 ,这一四
元构架体系反映了一个可持续生态系统应
具有的内在的组织结构的整体性、功能过
程的联结性、在同外界环境的相互作用过
程中 ,对物质能量、信息的汲取与利用能
力 ,自我控制机制和自我进化或自我发展
能力 (表 1) .
3 　生态系统可持续性的测度框架
3. 1 　生态整合性
　　Frey 最早提出了生物整合性 (Bio2
logical Integrity) 概念 , 此后 , Karr 等进一
步发展了这一概念 , 并应用于水资源评价
表 1 　生态系统持续性的四元构架体系 3
Table 1 　Constituents of ecosystems’sustainability
构成要素
Constituents
基本定义
Definitions
内涵特性
Specifications
生态整合性
Ecological integrity
生态系统内在的组份、结构、功能以
及它外在的生物物理环境的完整性
或整体性. 另一个相关概念是“生物
整合性”,指相对特定的自然生境来
说 ,维持生物群落在物种构成、生物
组织结构及功能过程的完整性[4 ,7 ].
1) 既包含生物要素 (如物种) 、环境要素 (如
光、温等)的完备程度 , 也包含生物过程 (如生
理、遗传、生殖等) , 生态过程 (如演替) 和物理
环境过程 (如水文循环) 的健全性 ; 2) 强调组
份间 (如营养层结构) 的依赖性和功能过程
(生态流) 的关联性与和谐性 ; 3) 涉及到生态
系统的多个组织层次 (如从基因水平到景观
水平等)和多个尺度 (时空)意义.
自维持活力
Vigor of self2
maintenance
生态系统通过内在的汲留和转换机
制利用和转化系统内和周围环境中
可利用的物质和能量 ,以支持其生
存、演替或进化的基本需求的能力.
1)对资源 (养份、能量、信息等) 的利用或转换
速率和效率的提高 ;2) 对环境资源 (养份、能
量等)的可汲取和可持留程度 ;3) 系统内环境
资源的自生、异生与替代性使用能力 (如对有
害毒物的降解与转化回收能力) .
自调节力
Self2regulatong 生态系统协调其内部组份相互作用(如种间竞争) 格局 , 系统功能动态
(如生态流过程) 以及灵活地适应、吸
收、衰减或抵抗外界环境胁迫或压
力的机制.
1)系统组份之间内在平衡 : 单一组份的增长
是有限的 ; 2)系统内源性反馈机制 :负反馈作
用常常占优势 ;3) 关键组份 (如优势种) 、关键
过程诱导着系统动态变化 ; 4) 在环境胁迫下
系统具有以组份变化 (物种的消失或变异) 来
补偿和替代系统功能多样性的机制.
自组织力
Self2organization 生态系统充分有效利用环境可获得的能量 (如太阳能) 及外部扰动来改进、重建和发展其内在的组织结构
和功能以达到一个相对发展或进化
状况的能动性.
1)自组织过程是生态系统对环境压力利用的
系统反应 ; 2) 对每一个生态系统自组织过程
将至少有一个最适运作点 (Optimum opera2ting
point ) , 它是驱动系统演化的内外诸动因相互
作用的结果 , 这样推动系统达到并维持在该
点 [8 ] ; 3)利用可得到的环境能量 , 生态系统通
过能量降解和物质分解合成代谢生成新的组
织结构 , 生态系统将倾向于发展使序化能或火
用 ( Exergy)降解达到最大的耗散组织结构[2 ,8 ].3 表中“环境”概念具有系统水平意义下的涵义 ,它指一个生态系统以外的并影响其结构、功能或演替动态的生物物
理条件的总和 , 它本身具有输入和输出及其固有的演化机制.
412 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　8 卷
与管理[7 ] . 生态整合性测度包括 3 个基本
内容 :组份的多样性格局、组份间的结构关
联性和生态系统功能过程 ,这 3 个部分可
以用 14 类主要变量来测度. 多样性格局主
要涉及到生态系统的不同层次和尺度范围
的系统组份变异格局 ,可以通过遗传、生
化、物种、生境 (景观) 和理化环境变异性来
衡量 ,而且这种变异性的定量化对层次和
尺度的选择具有直接依赖性. 组份间结构
关联性是生态系统组份间相互作用的结
果 ,可以使用营养联结性、种间亲缘关系及
种间相互作用强度来表述这种结构性特
征.功能过程是系统物质、能量运动相互关
联的整体反映 ,也是组份间关系是否和谐
的度量因子 ,7 种主要功能过程构成了一个
典型生态系统的过程特征 (表 2) .
312 　自维持活力
一定的物质能量运动是生态系统生存
发展的维持基础 ,因此 ,系统的这种自维持
活力对生态系统持续机制来说是一种必然
的系统代价. 一个生态系统的自维持包括
两类基本的途径 ,一是代谢途径 ,它为系统
的物质能量的转化提供了内在机制 ,基础
代谢水平和代谢效率可以用来测定代谢能
力 ;二是涵养途径 ,它为系统的代谢过程提
供基本的养分和能量库 ,养分和能量的储
留空可以用来衡量系统涵养能力的大小.
系统的基础代谢水平、代谢效率和涵养能
力这 3 项测度内容可以由 6 类测度变量来
衡量 (表 2) .
313 　自调节能力
自调节能力是生态系统维持其结构功
能相对稳定的一种内在机制 , 许多生态学
家已经认识到这一机制的重要性 , 并从不
同角度作了探讨[17 ] . Vester 成功地发展了
这一概念来描述生态系统的控制论机
制[16 ] . 生态系统自调节力的测度由 3 项基
本内容组成 , 即内源平衡 (组份间相互作
用平衡) 、缓冲能力 (对环境胁迫或干扰的
容忍范围) 、干扰反应力 (对外部胁迫或扰
动的系统反应能力) . 生态系统的内源平衡
主要取决于系统组份间相互作用的反馈均
衡机制 , 即系统的主动或关键组份 (如优
势种或建群种)和被动或脆弱组份 (如敏感
种和指示种)之间的相互作用均衡.此外 ,物
5122 期 　　　　　　　　　　　胡 　聃 :生态系统可持续性的一个测度框架 　　　　　
种的结构与功能冗余性以及种间共生关系
化 (演替)有序性. 组织成熟度可以用生态
位特化状况、营养结构的合理状况、代谢过
有根本性的意义。
612 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　8 卷
4 　结 　　语
生态系统持续性的测度框架是以生态
系统组纷、结构和功能为基础的 ,而且测度
是动态的 ,它不仅包含了生态系统的现况
和发展进化 ,而且包含了系统持续机制对
等级层次和尺度的高度依赖性. 在一定生
态条件下 ,生态系统持续性一般意指其系
统水平意义上的持续性 ,而非组份或某一
系统属性的持续性 ,由于外部环境干扰或
胁迫 ,生态系统的组份或某一属性常常会
受到操作失甚至根本破坏 ,而作为一个整
体而存在的生态系统却可能仍然会长期进
化或发展下去. 因此 ,不能用一套固定的
“标准”方法去测度一个生态系统的可持续
动态[1 ,9 ] ,而需要在明确的生态背景或在
一定的生态约束条件下 ,从一定的层次水
平和尺度范围来选择和综合相应的测度方
法与测度指标. 以上提供的框架仅反映了
一种对生态系统持续性测度的初步探讨 ,
可作为具体应用时的参考 ,所列测度变量
类型需要在实际操作中加以选择替代或增
减补充. 此外 ,对测度方法的确立仍然是一
个有待深入研究的问题 ,指标测度方法和
整合测度方法的结合可能为探讨生态系统
持续性测度体系提供一条更科学的途径.
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