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摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 32 卷 第 19 期摇 摇 2012 年 10 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
中国野生东北虎数量监测方法有效性评估 张常智,张明海,姜广顺 (5943)……………………………………
城市居民食物氮消费变化及其环境负荷———以厦门市为例 于摇 洋,崔胜辉,赵胜男,等 (5953)………………
珠江口水域夏季小型底栖生物群落结构 袁俏君,苗素英,李恒翔,等 (5962)……………………………………
2010 年夏季雷州半岛海岸带浮游植物群落结构特征及其与主要环境因子的关系
龚玉艳,张才学,孙省利,等 (5972)
……………………………
……………………………………………………………………………
阿根廷滑柔鱼两个群体间耳石和角质颚的形态差异 方摇 舟,陈新军,陆化杰,等 (5986)………………………
黄河三角洲滨海草甸与土壤因子的关系 谭向峰,杜摇 宁,葛秀丽,等 (5998)……………………………………
盘锦湿地净初级生产力时空分布特征 王莉雯,卫亚星 (6006)……………………………………………………
菜豆根瘤菌对土壤钾的活化作用 张摇 亮,黄建国,韩玉竹,等 (6016)……………………………………………
花生植株和土壤水浸液自毒作用研究及土壤中自毒物质检测 黄玉茜,韩立思,杨劲峰,等 (6023)……………
遮荫对金莲花光合特性和叶片解剖特征的影响 吕晋慧,王摇 玄,冯雁梦,等 (6033)……………………………
火干扰对小兴安岭草丛、灌丛沼泽温室气体短期排放的影响 顾摇 韩,牟长城,张博文,等 (6044)……………
古尔班通古特沙漠南部植物多样性及群落分类 张摇 荣,刘摇 彤 (6056)…………………………………………
黄土高原樟子松和落叶松与其他树种枯落叶混合分解对土壤的影响 李摇 茜,刘增文,米彩红 (6067)………
长期集约种植对雷竹林土壤氨氧化古菌群落的影响 秦摇 华,刘卜榕,徐秋芳,等 (6076)………………………
H2O2 参与 AM真菌与烟草共生过程 刘洪庆,车永梅,赵方贵,等 (6085)………………………………………
北京山区防护林优势树种分布与环境的关系 邵方丽,余新晓,郑江坤,等 (6092)………………………………
旱直播条件下强弱化感潜力水稻根际微生物的群落结构 熊摇 君,林辉锋,李振方,等 (6100)…………………
不同森林类型根系分布与土壤性质的关系 黄摇 林,王摇 峰,周立江,等 (6110)…………………………………
臭氧胁迫下硅对大豆抗氧化系统、生物量及产量的影响 战丽杰, 郭立月,宁堂原,等 (6120)…………………
垃圾填埋场渗滤液灌溉对土壤理化特征和草本花卉生长的影响 王树芹,赖摇 娟,赵秀兰 (6128)……………
稻麦轮作系统冬小麦农田耕作措施对氧化亚氮排放的影响 郑建初,张岳芳,陈留根,等 (6138)………………
不同施氮措施对旱作玉米地土壤酶活性及 CO2 排放量的影响 张俊丽,高明博,温晓霞,等 (6147)…………
北方农牧交错区农业生态系统生产力对气候波动的响应———以准格尔旗为例
孙特生,李摇 波,张新时 (6155)
…………………………………
…………………………………………………………………………………
辽宁省能源消费和碳排放与经济增长的关系 康文星,姚利辉,何介南,等 (6168)………………………………
基于 FARSITE模型的丰林自然保护区潜在林火行为空间分布特征 吴志伟,贺红士,梁摇 宇,等 (6176)……
不同后作生境对玉米地天敌的冬季保育作用 田耀加,梁广文,曾摇 玲,等 (6187)………………………………
云南紫胶虫种群数量对地表蚂蚁多样性的影响 卢志兴,陈又清,李摇 巧,等 (6195)……………………………
阿波罗绢蝶种群数量和垂直分布变化及其对气候变暖的响应 于摇 非,王摇 晗,王绍坤,等 (6203)……………
专论与综述
海水养殖生态系统健康综合评价:方法与模式 蒲新明,傅明珠,王宗灵,等 (6210)……………………………
海草场生态系统及其修复研究进展 潘金华,江摇 鑫,赛摇 珊,等 (6223)…………………………………………
水华蓝藻对鱼类的营养毒理学效应 董桂芳,解绶启,朱晓鸣,等 (6233)…………………………………………
环境胁迫对海草非结构性碳水化合物储存和转移的影响 江志坚, 黄小平,张景平 (6242)……………………
生态免疫学研究进展 徐德立,王德华 (6251)………………………………………………………………………
研究简报
喀斯特峰丛洼地不同森林表层土壤有机质的空间变异及成因 宋摇 敏,彭晚霞,邹冬生,等 (6259)……………
准噶尔盆地东南缘梭梭种子雨特征 吕朝燕,张希明,刘国军,等 (6270)…………………………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*336*zh*P* ￥ 70郾 00*1510*35*
室室室室室室室室室室室室室室
2012鄄10
封面图说: 岸边的小白鹭———鹭科白鹭属共有 13 种,其中有大白鹭、中白鹭、白鹭(小白鹭)、黄嘴白鹭等,体羽皆是全白,世通
称白鹭。 夏季的白鹭成鸟繁殖时枕部着生两条狭长而软的矛状羽,状若双辫,肩和胸着生蓑羽,冬季时蓑羽常全部
脱落,白鹭虹膜黄色,嘴黑色,脚部黑色,趾呈黄绿色。 小白鹭常常栖息于稻田、沼泽、池塘水边,以及海岸浅滩的红
树林里。 白天觅食,好食小鱼、蛙、虾及昆虫等。 繁殖期 3—7月。 繁殖时成群,常和其他鹭类在一起,雌雄均参加营
巢,次年常到旧巢处重新修葺使用。
彩图提供: 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 32 卷第 19 期
2012 年 10 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 32,No. 19
Oct. ,2012
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:我国近海海洋综合调查与评价专项课题(908鄄02鄄04鄄07),海洋公益性行业科研专项经费项目(200805069)
收稿日期:2011鄄06鄄27; 摇 摇 修订日期:2012鄄06鄄14
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: fumingzhu@ fio. org. cn
DOI: 10. 5846 / stxb201106270959
蒲新明,傅明珠,王宗灵,张新军.海水养殖生态系统健康综合评价:方法与模式.生态学报,2012,32(19):6210鄄6222.
Pu X M,Fu M Z, Wang Z L, Zhang X J. Integrated assessment of marine aquaculture ecosystem health: framework and method. Acta Ecologica Sinica,
2012,32(19):6210鄄6222.
海水养殖生态系统健康综合评价:方法与模式
蒲新明1,2,傅明珠1,2,*,王宗灵1,2,张新军3
(1. 国家海洋局第一海洋研究所,青岛摇 266061; 2. 海洋生态环境科学与工程国家海洋局重点实验室,青岛摇 266061;
3. 山东省荣成市海洋与渔业局, 荣成摇 264300)
摘要:我国海水养殖业快速、大规模发展的同时给生态系统带来巨大的压力,养殖自身的健康和持续发展也受到影响。 为了评
估海水养殖生态系统所承受的环境压力、系统的状态和发展趋势,以海湾养殖生态系统为典型,根据系统性、动态性、生态鄄社
会鄄经济相结合的原则,构建了基于指标体系法和层次分析法的海水养殖生态系统健康综合评价的方法与模式,以期为养殖海
域生态系统健康评估和适应性管理提供科学工具。
关键词:海水养殖;生态系统健康评价;层次分析法;指标体系
Integrated assessment of marine aquaculture ecosystem health: framework
and method
PU Xinming1,2,FU Mingzhu1,2,*, WANG Zongling1,2, ZHANG Xinjun3
1 First Institute of Oceanography, State Oceanic Administration,Qingdao 266061,China
2 Key Laboratory of Science and Engineering for Marine Ecological Environment, State Oceanic Administration, Qingdao 266061,China
3 Rongcheng Fishery and Ocean Bureau, Rongcheng 264300, China
Abstract: Since the notion of ‘health爷 was introduced to the field of ecosystem assessment in the late 1980s, ecosystem
health has become a source of concern for scientists, environment managers and the public, and protecting this health is the
new goal of ecosystem management. Ecosystem health is generally accepted in terms of ‘system organization, resilience and
vigor, as well as the absence of signs of ecosystem distresses忆, which also includes the presence of essential functions and
key attributes that sustain the life of the system. A healthy ecosystem is defined as being ‘ stable and sustainable爷;
maintaining its organization and autonomy over time; and resilient to stress. Due to the complexity and diversity of
ecosystems, various conceptual frameworks, methods and indicators have been put forth for assessing ecosystem status and
environmental quality. Although more and more attention has been given to marine ecosystems of late, assessment studies of
these systems are still in their infancy.
The rapid development of extensive mariculture in China is placing pressures on marine ecosystems, which in turn
affects the health and sustainability of mariculture development. The mariculture ecosystem is a special and complex
system, which is under intense pressure by human activities. The main features of this ecosystem are simple biological
community structures, dysfunctional material and energy recycling, and an easily degradable system. The ecological
problems in mariculture ecosystems include the deterioration of water and sediment environment, increased eutrophication,
damage of natural biological communities, and decreased biodiversity. The degraded habitats will subsequently impact the
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development of mariculture by causing decreased seafood quality and frequent occurrence of diseases.
In China, health assessments of various natural coastal ecosystems have been attempted in recent years, such as the
Yangtze River Estuary, Yellow River Estuary, Jiaozhou Bay and some coastal wetland ecosystems. However, there still
remains no published study focusing on the health of mariculture ecosystems. To assess the pressure, state and responses of
the ecosystems that support aquaculture, an integrated framework and method was developed in the present paper for
assessing the health of mariculture ecosystems represented by those in embayments.
The framework and method was developed through an analytic hierarchical process and included 25 indicators. The
assessment approach followed the Pressure鄄State鄄Response (PSR) processes. The Pressure layer included two components:
external pollution pressure (influx of nutrients, oil and heavy metals into the mariculture system) and aquaculture pressure
( aquaculture density / scale, degree of self鄄pollution and cultured species diversity ) . The State layer included four
components: hydrological condition (water exchange capacity), water quality (concentrations of nutrients, oil and heavy
metals, dissolved oxygen level / COD, water transparency / SPM), sediment quality ( content of organic carbon / nitrogen /
phosphorus, concentration of oil and heavy metals, ORP ) and biological community quality ( biodiversity index of
phytoplankton, zooplankton and benthos, abundance of microbe / fecal coliforms, and integrity of significant habitats) . The
Response layer included four components: HABs occurrence, aquaculture diseases, aquaculture product quality, invasion
of alien species. This is the first attempt to establish an evaluation method concerned exclusively with marine aquaculture
ecosystems in China. This method is expected to be a tool for ecosystem health assessment and adaptive marine management
in mariculture domains.
Key Words: mariculture; ecosystem health assessment; analytic hierarchical process (AHP); index system
我国海水养殖业的发展速度快、规模大,但发展的同时也给海水养殖生态系统带来巨大的压力,并引起一
系列的生态环境问题[1鄄4]。 这些问题包括养殖环境中的水体和沉积物环境质量恶化、富营养化程度加剧、自
然生物群落结构被破坏、海洋生物多样性降低等。 生态环境的退化又反作用于海水养殖业,造成养殖产品的
产量和质量降低、病害情况加剧等[5鄄6],严重威胁海水养殖业的健康可持续发展。 为了准确认识海水养殖生
态系统所承受的环境压力、系统的状态和面临的问题,以对养殖海域进行适应性的有效管理,需要对海水养殖
生态系统健康进行科学和综合评价。
海水养殖生态系统作为海洋生态系统的一个特殊类型,是人类为了获取更大生态服务功能而干预下产生
的自然鄄社会鄄经济复合生态系统,具有生物结构简单、物质能量循环受阻、自我调控能力差、受人类活动干扰
强烈等特点,这决定了该生态系统的结构和功能更易退化。 然而,目前我国对海洋生态系统健康评价研究还
处于初始阶段,研究区域主要为长江口[7]、黄河口[8]、浙江近海[9]、胶州湾[10]以及部分滨海湿地生态系
统[11鄄12]等自然生态系统,对海水养殖生态系统健康状况的综合评价方法目前还未见有报道。
本文将以建立系统的、定量性的和具有较强可操作性的海湾型海水养殖生态系统的评价理论和方法为目
标,探讨能够比较全面准确反映海水养殖生态系统存在问题与现状的评价理论与方法。 这对于认识海水养殖
所面临的环境和生态问题,提出科学合理的修复方案和管理对策,将具有重要的指导意义。
1摇 生态系统健康的概念与评价方法概述
生态系统健康的概念目前已经得到公众、学者和管理者的广泛关注,并成为生态系统管理的重要依据。
虽然生态系统健康目前尚没有统一和明确的概念,但它所包涵的意义已被逐渐认识:(1)生态系统的健康就
是指某个生态系统结构稳定、功能健全,对外界环境压力具有抵抗力和恢复力,不发生生态灾害;(2)生态系
统健康不是仅指生态系统的自然状态,还取决于人的价值观[13];(3)需要用整体性和系统性的观点看待生态
系统的现状和问题,才能准确认识生态系统的健康。 生态系统健康的概念提法很多,目前一般认为,如果一个
生态系统是稳定、持续和活跃的,能够维持其组织结构,受到干扰后能够在一段时间内自动恢复过来,则这个
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生态系统是健康的[14鄄15]。
目前,生态系统健康评价方法主要有 8 种,适用于海洋生态系统的有 4 种,分别为指示物种法、营养级分
析法、生态过程速率法和指标体系法[16],但最常用的为指示物种法和指标体系法[17鄄18]。 前者主要依据生态系
统的关键物种、特有物种等的数量、生产力、多样性及一些生理生态指标描述生态系统的健康状况;后者则充
分考虑了生态系统的复杂性,将多种指标与信息集成在一起,全面地反映生态系统的健康状况[19]。 由于指示
物种法具有筛选标准不明确、难以选择合适的生物类群等缺点,近年来指标体系法在海洋生态系统健康评价
中得到了更为广泛的应用,例如缅因湾[20]、Chesapeak 湾[21]、芬迪湾[22]、香港的 Tolo 港[23]、长江口[7]、黄河
口[8]以及浙江近海[9]等采用不同的指标体系进行了环境质量与生态系统的评价。
不同的海洋生态系统具有独特的生物群落结构和生态系统功能,因此建立广泛应用的评价指标体系是十
分困难的,需要对不同的生态系统制定具有针对性的评价方法。 海水养殖生态系统的演变与退化包括一般生
态系统演变的几个环节,即:在养殖活动和污染等环境压力下,反映生态系统的结构和功能现状的状态指标发
生了变化,并进一步导致了一系列的环境与生态问题。 因此本文以压力鄄状态鄄响应这 3 个步步承接又相对独
立的层次为主线,采用指标体系法和层次分析法建立了海水养殖生态系统综合评价方法,以阐明生态系统健
康存在的问题、引发的原因和导致的后果等。
2摇 海水养殖生态系统健康评价目标与原则
海洋生态系统健康评价的目的不仅在于能给出一个生态系统健康的分数或级别,更在于在海洋生态系统
调查和研究与海洋的管理方案、保护措施以及民众知情之间建立一个沟通的桥梁,把晦涩难懂的科学语言和
符号经过分析、提炼、综合,以容易理解的方式向管理者或公众解释目标海域生态系统的基本特点、面临的主
要环境压力和存在的主要环境问题,以指导有关该海域的开发、利用、保护等各种行为。
生态系统本身的模糊性、波动性等特点决定了不可能对其健康程度给出非常精确的数量化描述;但为了
体现生态系统的历史演化趋势和不同生态系统间的差别,应该给出生态系统健康的可量化指标。 为了协调这
二者之间的矛盾,以等级划分这种半定量的方式对生态系统进行健康评价是适宜的。
海水养殖生态系统健康评价的主体是海水养殖生态系统,因此需要从生态系统的整体性、稳定性和可持
续性等出发,全面综合地反映生态系统的健康状况和存在问题,为优化管理方案提供依据,以实现海水养殖产
业的健康持续发展。 海水养殖生态系统评价应遵循以下原则:
(1)系统性原则摇 评价应系统反映海水养殖生态系统的结构、功能、主要胁迫因子等多个方面,防止以少
数几个指标以偏概全。
(2)动态性原则摇 动态性原则包括两个含义,一是海水养殖生态系统健康程度是随着各种自然和人为活
动的变化而动态变化的;另一含义是不同评价指标的权重在不同生态系统之间是变化的。
(3)模块化原则摇 直接评价养殖生态系统由于设计参数多难以入手,仅一个综合评价指标也难以全面反
映生态系统的现状和问题。 因此有必要采取模块化的评价方法,将养殖压力、污染压力、生态系统结构、生态
系统功能等分别评价,最后通过系统的原理与方法将它们结合起来,得到综合全面的评价结果。
(4)生态、经济和社会相结合的原则摇 海水养殖生态系统除了其自然属性,还具有显著的社会和经济属
性,其主要经济和社会功能是提供高产优质的海产品,要在评价过程中予以综合考虑。
3摇 评价模块和指标体系
3. 1摇 评价模块与指标体系
本文以压力鄄状态鄄响应(P鄄S鄄R)为主线,基于指标体系法和层次分析法,对海水养殖生态系统分为 3 个层
次 10 个模块并筛选了 25 类指标对其健康状况进行评价,评价框架图详见图 1。
3. 2摇 评价指标权重
采用专家咨询法来确定各指标的初始权重。 通过问卷调查,咨询了有关研究领域的专家 50 余人次,得到
有效问卷 24 份。 以生态系统健康的总评价指标为 100 分计,各评价指标的权重值见表 1,括号内的数值为某
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图 1摇 海水养殖生态系统健康综合评价层次结构图(括号内数字为初始权重)
Fig. 1摇 The hierarchical structure of the integrated assessment of marine aquaculture ecosystem health (number in brackets are initial weights
of indicators)
一指标或模块在其上一级层次中所占的归一化权重。
通过专家咨询法得到的权重是主观权重,反映了各评价指标在一般情况下重要程度的差异。 但在实际的
评价过程中,往往不同的养殖生态系统由于本身自然环境以及养殖活动的特殊性,所产生的生态问题的性质
和程度也会有所不同。 所以对于某一给定的养殖生态系统,各个指标在生态系统健康评价中的权重应该是具
有特殊性。 因此有必要采取动态权重的方法,既反映一般海水养殖生态系统的共性,又反映不同养殖生态系
统的具体情况,以得到更合理的评价结果。
确定动态权重的原则一般是指标的差异程度。 一般认为差异程度越大的指标越重要,因为从统计学的角
度看,偏差大的指标更能反映各系统之间的差异。 但很多时候指标的差异程度与其重要性并不一致。 对海水
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养殖生态系统来说,超标程度较大或评价得分较低的指标对生态系统的影响程度较明显,应该给予更大关注
或赋以更大权重,所以指标权重应该与指标的评价得分具有负相关关系。
综合考虑专家的主观权重和指标值的客观权重,某一指标的动态权重可以计算为:
Dij = Wij / P ij (1)
式中,Dij 为 i模块中 j指标的动态权重;Wij 为 i模块中 j指标的专家权重;P ij 为 i模块中 j指标的评价得分。
4摇 评价标准与方法
海水养殖生态系统的评价标准,主要参考了我国现行的《海水水质标准》、《渔业水质标准》、《海洋沉积物
质量标准》、《海洋生物质量标准》、《海水增养殖区监测技术规程》、《海洋调查规范:海洋生态调查指南》、《近
岸海洋生态健康评价指南》等的相关标准与方法[25鄄31]。 对于标准中不包含的指标,则根据文献报道中关于海
洋养殖区以及自然海区相关参数的历史研究结果来设定评价标准,具体评价标准分别见表 1—表 3。
4. 1摇 压力层次
4. 1. 1摇 外源污染压力模块
对于养殖海区的外源污染压力采用污染压力指数法进行评价(参考海洋调查规范第 9 部分:海洋生态调
查指南[29],并进行了适当修改):某一污染物的污染压力指数等于该污染物每年入海通量除以评价海区中该
污染物总量。
P i = F i / (C i 伊 Vi) (2)
式中,P i 为 i污染物的污染压力指数;F i 为 i污染物每年进入评价海区的通量,单位为 kg;C i 为 i 污染物在评
价海区中的平均浓度,单位为 kg / m3;Vi 为评价海区的水体体积,单位为 m3。
外源污染物中主要考虑营养盐、重金属和石油类。 对于营养盐污染物主要考虑氮和磷,在评价中氮的优
先顺序为总氮(TN)、总无机氮(TIN)、氨氮(NH4 鄄N)和硝态氮(NO3 鄄N),磷的优先顺序为总磷(TP)、活性磷酸
盐(PO4 鄄P)。 营养盐的外源污染压力,选择氮和磷中压力较大的。 重金属的污染压力分别计算 Hg、Cd、As、
Pb、Cu等几种我国近海主要金属污染物的污染压力,并取其中的最大值。 评价标准见表 1。
表 1摇 压力层次各指标评价得分标准
Table 1摇 Assessment criteria of indicators in ecosystem pressures
模块
Module
指标
Indicator
评分标准
Assessment criteria
外源污染压力
External pollution
pressure
外源污染压力 >10 5—10 2—5 0. 5—2 <0. 5
养殖压力
Aquaculture
pressure
养殖面积所占
比例 / % 80—100 60—80 40—60 20—40 <20
自身污染压力 >10 5—10 2—5 0. 5—2 <0. 5
养殖品种多样性 /
互补性
只养殖一个品种
或同一生态位的
几个品种
主要养殖品种占
有不同生态位,但
在生态关系搭配
上没有合理比例
主要养殖品种在
生态位上具有一
定的互补关系
养殖品种较多;不
同养殖品种之间
在空间和季节上
的搭配比较合理
实现了科学合理
的养殖密度和多
品种 的 混 养、 轮
养,能够在不同营
养级之间、不同区
域和不同季节充
分利用自然资源
的同时,将对环境
和生态系统的压
力降低到最小化
得分 1 2 3 4 5
4. 1. 2摇 养殖压力模块
(1) 养殖密度 /规模摇 采用养殖面积占海湾面积的比例进行计算,见表 1。
4126 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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(2) 养殖自身污染压力
对于养殖自身污染压力也采用污染压力指数法进行评价:某一污染物的污染压力指数等于该污染物通过
养殖生物的入海通量除以评价海区中该污染物总量。 养殖污染考虑的污染物是氨氮和磷酸盐。 如果养殖活
动增加了沉积物向水体释放营养盐的速率,应把增加的释放通量计算在内。
F i =移
n
j = 1
Q j 伊 E i j (3)
式中,Q j 为评价海区中 j养殖生物每年的养殖产量,单位为 kg;E ij 为在一个养殖周期中 j养殖生物向水体中输
出的 i污染物的量,单位为 kg / kg。 污染压力指数 P i 的计算方法与评价标准同 4. 1. 1 外源污染压力部分。
(3)养殖品种多样性 /互补性
采用专家评判法。 通过对了解目标海水养殖生态系统的专家、养殖户或管理人员进行问卷调查得到评价
得分。
4. 2摇 状态层次
4. 2. 1摇 水文环境模块
海水养殖生态系统的水文环境模块评价主要考虑海湾的水交换能力,可采用海水的半交换周期进行评
价。 这里的半交换周期是指物质浓度降低为原始浓度一半时所经历的时间长度。 评价标准通过参考与对比
我国近海不同海湾海水半交换周期的数值模拟研究结果进行确定[32鄄41]。
表 2摇 状态层次各指标评价得分标准
Table 2摇 Assessment criteria of indicators in ecosystem state
模块 Module 指标 Indicator 评价标准 Assessment criteria
水文环境
Hydrological environment 半交换周期 Half鄄life time / d >60 40—60 20—40 10—20 <10
水体环境质量
Water quality
富营养化指数
Eutrophication index (EI) >15 5—15 2—5 1—2 <1
重金属潜在风险指数
Potential ecological risk index for
heavy mental (RI)
>200 100—200 60—100 30—60 <30
溶解氧(奈墨罗指数)
DO(Nemerow index) >2 1. 5—2 1—1. 5 0. 5—1 <0. 5
悬浮物浓度 suspended substance
concenration / (mg / L) >100 50—100 10—50 5—10 <5
油类 / (mg / L) >0. 5 0. 1—0. 5 0. 05—0. 1 0. 02—0. 05 <0. 02
底质环境质量
Sediment quality
有机碳含量
Organci carbon content / % >4 2—4 1—2 0. 5—1 <0. 5
重金属潜在风险指数 Potential
ecological risk index for heavy
mental (RI)
>200 100—200 60—100 30—60 <30
氧化还原电位 Oxidation鄄
Reduction Potential / mv <
-100 -100—0 0—100 100—200 >200
硫化物含量
Sulphite content(10-6)
>600 400—600 200—400 100—200 <100
油类 Oil(10-6) >1000 500—1000 200—500 100—200 <100
生物群落质量 生物多样性 biodiversity (H忆) <1 1—1. 5 1. 5—2 2—3 >3
Biological
community quality
水体粪大肠菌群 Fecal coliforms
density in water / ( ind / L) >2000 1000—2000 500—1000 100—500 <100
底质粪大肠菌群 Fecal coliforms
density in sediment / ( ind / g wt) >100 60—100 40—60 20—40 <20
养殖对海区生境和野生生物的
影响 Impacts of aquaculture on the
wildlife and their habitats
原生境受到
极大破坏或
完全丧失
原生境显著
改变;面积显
著减少或功
能显著降低
占有了部分
原重要生境
或对相邻重
要生境造成
破坏性影响
养殖活动占
用了少量重
要生境
养殖活动对重
要 生 境 没 有
破坏
得分 Score 1 2 3 4 5
5126摇 19 期 摇 摇 摇 蒲新明摇 等:海水养殖生态系统健康综合评价:方法与模式 摇
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4. 2. 2摇 水体环境质量模块
水体环境质量模块包括营养盐、重金属、溶氧 /化学耗氧量、悬浮颗粒物 /透明度、油类污染物 5 类评价指
标。 海水养殖海域水质环境评价标准,适用于中华人民共和国海水水质标准(GB3097鄄82)第二类海水水质标
准。 首先对每一类评价指标单独进行评价。
(1) 营养盐
采用邹景忠等[42]提出的海湾富营养化评价指数和《近岸海域环境监测技术规范》:
EI = COD 伊 DIN 伊 DIP / 4500 (4)
式中,EI为富营养化指数;COD 为化学耗氧量浓度,mg / L;DIN 为无机氮浓度,滋g / L;DIP 为无机磷浓度,
滋g / L。
(2)重金属
采用单项污染指数评价法和 Hakanson[40]提出的潜在生态风险指数法对多种重金属的污染情况进行综合
评价。
RI =移
m
i = 1
Ti Ci
Si
(5)
式中,RI为多种金属潜在生态风险指数;Ti 为第 i 种重金属的毒性系数,用于反映重金属的毒性水平和生物
对重金属污染的敏感程度;Ci为第 i 种重金属的实测浓度,Si为第 i种重金属的标准浓度。 毒性系数 Ti[41]和
标准浓度的取值见表 3,其中标准浓度 S采用《海水水质标准》(GB3097—1997)中的域类海水中的重金属标
准值。 多种金属潜在生态风险指数 RI的评分标准见表 2,借鉴了 Hakanson 的划分标准,并参考蒋增杰等[42]
的相关研究进行了适当调整。
表 3摇 水体重金属污染评价的毒性系数和标准浓度
Table 3摇 Toxic coefficients and standard concentrations for the assessment of heavy metals in water column
金属 Heavy metals Hg Cd As Pb Cu
毒性系数 Toxic coefficient T_ 40 30 10 5 5
标准浓度 Standard concentration S / (mg / L) 0. 0002 0. 005 0. 030 0. 005 0. 010
(3)溶解氧
对溶解氧的评价指数采取萘墨罗(N. L. Nemerow)指数公式进行计算:
Ii(DO) =
Cmax - C i
Cmax - Si
(6)
式中,Cmax 为监测期间(如枯水、平水、丰水期)饱和溶解氧的最大值;C i 为底层溶氧的实测浓度,Si 为海水溶
氧的标准浓度,取值为 5. 0 mg / L。 Cmax 采用 Weiss 提出的综合考虑温度和盐度的饱和溶解氧计算公式
(Weiss方程) 进行计算:
lnC=A1+A2(100 / T)+A3 ln(T / 100)+A4 ln(T / 100)+S[B1+B2(T / 100)+B3(T2 / 104)]
A1 = -173. 4292,A2 =249. 6399,A3 =143. 3483,A4 = -21. 8492
B1 = -0. 033093,B2 =0. 014259,B3 = -0. 0017000
(7)
式中,C是氧气的溶解度,单位为 mL / L (1 mg / L=1. 428 mL / L);T是热力学温度,单位为 K;S为海水盐度。
(4) 悬浮颗粒物 /透明度
(5) 油类污染物摇 采用单项污染指数评价法,评价标准参考《海水水质标准》 GB3097—1997 并进行了适
当调整。
4. 2. 3摇 底质环境质量模块
底质环境质量模块包括四类评价指标,分别为 1)有机物 /总氮总磷含量;2)氧化还原电位 /硫化物含量
(如果两项指标均有评价结果,则以硫化物含量的评价结果为准);3)油类污染物和 4)重金属。 前三类指标
6126 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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均采用单项污染指数评价法,评价标准的制定是在参考《海洋沉积物质量》GB18668—2002 以及不同海区特
别是养殖海区沉积物相关参数实测值的基础上制定的[43鄄58]。 沉积物重金属评价方法同 4. 2. 2 水体重金属污
染评价方法,只是金属背景值取值采用海洋沉积物质量标准(GB18668—2002)中的一类沉积物质量标准值
(而不是工业化前沉积物中污染物背景值,在多数海湾这一背景值难以获得)。
4. 2. 4摇 生物群落质量模块
(1) 浮游植物、浮游动物和底栖动物
浮游植物、浮游动物和底栖动物是海洋生态系统中最重要的几个生物类群。 生物多样性是其群落质量的
最佳评价指标,指示生物多样性变化最常用的是 Shannon鄄Weaver指数,其计算公式如下:
H忆 = - 移
s
i = 1
(
ni
N
) log2(
ni
N
) (8)
式中,S为样品中的种类总数;N为样品中的总个体数;ni为样品中第 i 种的个体数。
评价标准的确定参考陈清潮提出的生物多样性阈值评价标准[3]以及《海水增养殖区监测技术规程》 [30]
中底栖生物多样性的评价标准,并进行了适当的调整,见表 2。
(2)微生物
对微生物的评价采用单项指数法,对水体和底质中的粪大肠菌群分别进行评价,评价结果选择评价得分
较低者,见表 2。
(3)养殖对海区生境和野生生物的影响
采用专家评判法。 通过对了解目标海水养殖生态系统的专家、养殖户或管理人员进行问卷调查得到评价
得分,见表 2。
4. 3摇 响应层次
对于海水养殖生态系统的生态问题和响应采用专家评判法。 通过对了解目标海水养殖生态系统的专家、
养殖户或管理人员进行问卷调查得到评价得分。
表 4摇 响应层次各指标评价得分标准
Table 4摇 Assessment criteria for the indicators in ecosystem response
指标 Indicators 评分标准 Assessment criteria
有害赤潮问题
HABs
在较大区域频繁发
生,或藻毒素经常超
标,出现中毒事件。
局部海区频繁发生,
或 有 藻 毒 素 超 标
现象
时有发生,在局部对
养殖生物造成影响
偶然小规模发生、未
有明显危害。
没有 有 影 响 的 赤 潮
纪录
养殖病害问题
Aquaculture diseases
出现大规律养殖病
害事件,给养殖活动
造成巨大损失。
养殖病害在局部海
区时常发生,造成明
显经济损失。
局部海区出现养殖
病害,造成一定程度
减产
个别养殖品种出现
病害,未造成严重
后果。
没有发生养殖病害。
养殖产品质量问题
Quality of aquaculture
products
养殖产品中金属、药
残、毒素等某项指标
超标不可食用,或出
现中毒事件。
养殖产品中金属、药
残、毒素等含量升
高,不符合出口更严
格的质量标准,尚未
造成中毒事件。
养殖产品中金属、药
残、毒素等某项指标
偶有超标,但经过处
理后不影响食用。
养殖产品中金属、药
残、毒素等指标达到
标准,但营养价值和
口味有所下降。
养殖产品品质好,各项
污染物均不超标。
外来生物入侵问题
Invasion of alien
species
外来生物漫延性增
长,失去控制,显著
改变原生态系统结
构与功能,损害养殖
活动。
外来生物在在自然
界中已形成局部种
群,改变了局部海区
原生物群落结构。
外来生物在在自然
界中已形成局部种
群,但未对原生物群
落造成很大影响。
出现少量外来生物,
但 外 来 生 物 完 全
可控。
无外来生物入侵事件。
得分 Score 1 2 3 4 5
5摇 综合评价模式
5. 1摇 对各模块和层次的评价结果计算
摇 摇 对于某一个评价因子,其评价依据主要来自调查资料。 但由于调查数据在生态系统中的空间和时间跨度
7126摇 19 期 摇 摇 摇 蒲新明摇 等:海水养殖生态系统健康综合评价:方法与模式 摇
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是有限的,很难全面反映生态系统的特征。 一些短期的生态现象,如赤潮问题,由于其时间跨度一般只有数天
到数周,在很多以季度为周期的调查中可能完全体现不出来。 因此为了保证评价结果的真实和科学性,应深
入调查目标海域的管理者和用海民众,以了解其生态系统的真正问题所在。 尤其在生态问题 /响应层次,应主
要根据当地调访的结果。
对某一项指标进行评价,应对各个站位的调查数据分别计算其评价得分后,取平均值,在无法获得详细的
调查数据时也可用平均数据进行评价。 对一项指标中包含数项评价因子,如外源污染压力中包括多项污染
物,应取因子中的最低评价得分作为指标的得分。 在一个评价模块中包括数项指标的,则根据指标的评价得
分和权重因子计算其模块的评价得分:
Pi = (移
m
j = 1
Pij 伊 Dij) /移
m
j = 1
Dij (9)
式中,P i 是第 i项评价模块的评价得分;m是该模块中评价指标的数量;P ij 是第 j项指标的评价得分;Dij 是第
j项指标的动态权重;Di 是第 i项评价模块的评价权重,等于 m项评价指标的权重之和。
在一个评价层次(压力、状态和响应层次分别计算)中包括数项模块的,首先计算各模块的动态权重 Di,
然后根据评价模块的评价得分和动态权重计算其评价结果:
Di = Wi / P i (10)
Pk = (移
n
i = 1
Pi 伊 Di) /移
n
i = 1
Di (11)
式中,Pk 是海水养殖生态系统健康的 k层次的评价得分;P i 是第 i 项评价模块的评价得分;Wi 是第 i 项评价
模块的评价权重,Di是第 i项评价模块的评价动态权重。
5. 2摇 评价结果与级别划分
海水养殖生态系统健康评价的得分范围在 1. 0—5. 0 之间,5. 0 表示健康程度最高,1. 0 表示健康程度最
低。 根据具体得分将海水养殖生态系统的健康程度划分为 5 级,见表 5:
表 5摇 海水养殖生态系统健康程度级别划分表
Table 5摇 Ranking of marine aquaculture ecosystem health
评价指数 P
Assessment index
压力等级
Pressure ranking
状态等级
State ranking
响应等级
Response ranking
健康等级
Health ranking
颜色表示
Indicating colors
1. 0—1. 8 很大 很差 很差 很差 红
1. 8—2. 6 较大 较差 较差 较差 橙
2. 6—3. 4 中等 中等 中等 中等 黄
3. 4—4. 2 较小 较好 较好 较好 蓝
4. 2—5. 0 很好 很好 绿
根据评价结果,采用国际上通用的 5 等级法来划分养殖生态系统的健康程度,并分别用绿、蓝、黄、橙、红
等色彩表示。 评价结果除了要给出各评价指标、模块和层次的得分,需要配以说明文字来阐述结果。
要分为压力、状态和响应 3 个层次分别进行描述。 根据结果评价生态系统的现状、受到的压力和存在的
问题。 海水养殖生态系统健康综合评价结果表,将表中区域的评价结果填上并标注颜色。 计算评价海区的总
评价得分,并给出总计评价意见,包括海水养殖生态系统在压力、状态和响应的各个方面的特点和问题;并根
据生态学的原理分析这些问题产生的原因,并结合其历史变化情况预测以后的发展方向。 最后根据评级结果
和评价中发现的问题,提出改善海水养殖生态系统的建议,为制定科学有效的管理方案提供依据,最终实现海
水养殖产业的健康持续发展。
致谢:国家海洋局第二海洋研究所、山东省海水养殖研究所、宁波大学、国家海洋环境监测中心、中国海洋大
学、中国科学院海洋研究所、国家海洋局第一海洋研究所等多名专家对本文的评价方法给出了宝贵意见并参
与了专家评分,特此致谢。
8126 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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2226 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 32,No. 19 October,2012(Semimonthly)
CONTENTS
Assessment of monitoring methods for population abundance of Amur tiger in Northeast China
ZHANG Changzhi, ZHANG Minghai, JIANG Guangshun (5943)
…………………………………………
…………………………………………………………………
Changes of residents nitrogen consumption and its environmental loading from food in Xiamen
YU Yang,CUI Shenghui,ZHAO Shengnan, et al (5953)
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Analysis of the meiobenthic community in the Pearl River Estuary in summer
YUAN Qiaojun, MIAO Suying, LI Hengxiang, et al (5962)
…………………………………………………………
………………………………………………………………………
Community characteristics of phytoplankton in the coastal area of Leizhou Peninsula and their relationships with primary environ鄄
mental factors in the summer of 2010 GONG Yuyan, ZHANG Caixue, SUN Xingli, et al (5972)………………………………
Morphological differences in statolith and beak between two spawning stocks for Illex argentinus
FANG Zhou, CHEN Xinjun, LU Huajie, et al (5986)
………………………………………
……………………………………………………………………………
Relationships between coastal meadow distribution and soil characteristics in the Yellow River Delta
TAN Xiangfeng, DU Ning, GE Xiuli, et al (5998)
…………………………………
…………………………………………………………………………………
Variation analysis about net primary productivity of the wetland in Panjin region WANG Liwen, WEI Yaxing (6006)………………
Mobilization of potassium from Soils by rhizobium phaseoli ZHANG Liang, HUANG Jianguo, HAN Yuzhu, et al (6016)……………
Autotoxicity of aqueous extracts from plant, soil of peanut and identification of autotoxic substances in rhizospheric soil
HUANG Yuqian, HAN Lisi, YANG Jinfeng, et al (6023)
……………
…………………………………………………………………………
Effects of shading on the photosynthetic characteristics and anatomical structure of Trollius chinensis Bunge
LV Jinhui,WANG Xuan, FENG Yanmeng, et al (6033)
…………………………
……………………………………………………………………………
Short鄄term effects of fire disturbance on greanhouse gases emission from hassock and shrubs forested wetland in Lesser Xing忆an
Mountains, Northeast China GU Han,MU Changcheng, ZHANG Bowen, et al (6044)…………………………………………
Plant species diversity and community classification in the southern Gurbantunggut Desert ZHANG Rong, LIU Tong (6056)…………
Effects of mixing leaf litter from Pinus sylvestris var. mongolica and Larix principis鄄rupprechtii with that of other trees on soil
properties in the Loess Plateau LI Qian,LIU Zengwen,MI Caihong (6067)………………………………………………………
Effects of long鄄term intensive management on soil ammonia oxidizing archaea community under Phyllostachys praecox stands
QIN Hua, LIU Borong, XU Qiufang, et al (6076)
…………
…………………………………………………………………………………
Hydrogen peroxide participates symbiosis between AM fungi and tobacco plants
LIU Hongqing,CHE Yongmei, ZHAO Fanggui, et al (6085)
………………………………………………………
………………………………………………………………………
Relationships between dominant arbor species distribution and environmental factors of shelter forests in the Beijing mountain
area SHAO Fangli, YU Xinxiao, ZHENG Jiangkun, et al (6092)…………………………………………………………………
Analysis of rhizosphere microbial community structure of weak and strong allelopathic rice varieties under dry paddy field
XIONG Jun, LIN Huifeng, LI Zhenfang, et al (6100)
……………
……………………………………………………………………………
Root distribution in the different forest types and their relationship to soil properties
HUANG Lin, WANG Feng, ZHOU Lijiang,et al (6110)
……………………………………………………
……………………………………………………………………………
Effect of silicon application on antioxidant system, biomass and yield of soybean under ozone pollution
ZHAN Lijie, GUO Liyue, NING Tangyuan, et al (6120)
………………………………
…………………………………………………………………………
Effect of landfill leachate irrigation on soil physiochemical properties and the growth of two herbaceous flowers
WANG Shuqin,LAI Juan,ZHAO Xiulan (6128)
………………………
……………………………………………………………………………………
Nitrous oxide emissions affected by tillage measures in winter wheat under a rice鄄wheat rotation system
ZHENG Jianchu, ZHANG Yuefang, CHEN Liugen, et al (6138)
………………………………
…………………………………………………………………
Effects of different fertilizers on soil enzyme activities and CO2 emission in dry鄄land of maize
ZHANG Junli, GAO Mingbo, WEN Xiaoxia,et al (6147)
…………………………………………
…………………………………………………………………………
The response of agro鄄ecosystem productivity to climatic fluctuations in the farming鄄pastoral ecotone of northern China: a case
study in Zhunger County SUN Tesheng, LI Bo, ZHANG Xinshi (6155)…………………………………………………………
The relationship between energy consumption and carbon emissiont with economic growth in Liaoning Province
KANG Wenxing,YAO Lihui,HE Jienan,et al (6168)
………………………
………………………………………………………………………………
Spatial distribution characteristics of potential fire behavior in Fenglin Nature Reserve based on FARSITE Model
WU Zhiwei, HE Hongshi, LIANG Yu, et al (6176)
……………………
………………………………………………………………………………
Chill conservation of natural enemies in maize field with different post鄄crop habitats
TIAN Yaojia, LIANG Guangwen, ZENG Ling, et al (6187)
……………………………………………………
………………………………………………………………………
Effect of population of Kerria yunnanensis on diversity of ground鄄dwelling ant
LU Zhixing, CHEN Youqing, LI Qiao, et al (6195)
…………………………………………………………
………………………………………………………………………………
Response of Parnassius apollo population and vertical distribution to climate warming
YU Fei,WANG Han,WANG Shaokun,et al (6203)
…………………………………………………
…………………………………………………………………………………
Review and Monograph
Integrated assessment of marine aquaculture ecosystem health: framework and method
PU Xinming,FU Mingzhu, WANG Zongling, et al (6210)
…………………………………………………
…………………………………………………………………………
Seagrass meadow ecosystem and its restoration: a review PAN Jinhua,JIANG Xin,SAI Shan,et al (6223)……………………………
Nutri鄄toxicological effects of cyanobacteria on fish DONG Guifang, XIE Shouqi, ZHU Xiaoming, et al (6233)………………………
Effect of environmental stress on non鄄structural carbohydrates reserves and transfer in seagrasses
JIANG Zhijian,HUANG Xiaoping,ZHANG Jingping (6242)
………………………………………
………………………………………………………………………
Advances in ecological immunology XU Deli, WANG Dehua (6251)……………………………………………………………………
Scientific Note
The causes of spatial variability of surface soil organic matter in different forests in depressions between karst hills
SONG Min, PENG Wanxia, ZOU Dongsheng, et al (6259)
…………………
………………………………………………………………………
Characteristics of seed rain of Haloxylon ammodendron in southeastern edge of Junggar Basin
L譈 Chaoyan, ZHANG Ximing, LIU Guojun, et al (6270)
…………………………………………
…………………………………………………………………………
《生态学报》2013 年征订启事
《生态学报》是中国生态学学会主办的生态学专业性高级学术期刊,创刊于 1981 年。 主要报道生态学研
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新方法、新技术介绍;新书评介和学术、科研动态及开放实验室介绍等。
《生态学报》为半月刊,大 16 开本,300 页,国内定价 90 元 /册,全年定价 2160 元。
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第 32 卷摇 第 19 期摇 (2012 年 10 月)
ACTA ECOLOGICA SINICA
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