海岸带生态健康评价方法综述

全峰，朱麟

（海南师范大学 生命科学学院，海南 海口571158）

海岸带生态健康评价方法综述

全峰，朱麟*

（海南师范大学 生命科学学院，海南 海口571158）

生态健康是指人与环境关系的健康，是测度人的生产生活环境及其赖以生存的生命支持系统的代谢过程和服务功能完好程度的系统指标，包括人体和人群的生理和心理生态健康、人居物理环境、生物环境和代谢环境的健康及产业和区域生态服务功能的健康.文章综述了海岸带生态健康评价的主要方法.这些方法不仅可用于海岸带的生态健康评价，同样可用于其他生态系统的健康评价.

生态健康；海岸带；评价方法

海岸带是大陆与海洋的连接地带，海岸带丰富的资源与有利的环境条件逐步使沿海地区发展成为人口稠密、经济发达、人类活动影响不断增强的区域.由于全球气候变化和人为活动的影响，加之对海岸带不合理的开发，海岸带生态系统健康存在着诸多问题，对海岸带生态系统健康进行符合实际的评价，有利于有效利用海岸带资源，合理开发海岸带，在海南国际旅游岛建设的过程中，这一点尤为重要.

一般认为，生态系统的健康状况可通过生态系统的活力、组织结构、恢复力、生态系统服务功能的维持、管理决策、外部输入减少、对邻近系统的影响及人类健康影响等8个方面指标来衡量[1].由于生态健康内容的广泛性，因而在评价过程中，到目前为止尚无统一的方法.不同的学者根据研究内容的不同或对某一方面的侧重点不同，采用不同的方法对海岸生态系统健康进行评价.但总的来说，主要有定性和定量两种方法，具体评价方法呈多元化趋势.本文对这些方法进行综述，以供相关研究人员参考.

1 定性评价

1.1 生态系统失调综合症诊断法

生态系统失调主要表现为生物多样性下降（包括生境、物种、基因水平）、营养资源受损、初级生产者的减少、生物组成的变化、外来物种和r-对策物种优势度增加、种群振幅增大、生物分布生境大小的降低、能流的变化、污染物或有毒物质在生态系统中积累等，可以选择一组关键指标来评估生态系统处于有害环境压力下的特征[2].

对于海岸带生态系统，可通过监测水体是否富营养化、沉积物和底栖动物中重金属含量是否超标等来诊断生态系统是否失调[3].

1.2 生态系统功能快速评价法

通过定性地研究生态系统功能的变化，可了解生态系统的健康情况.以湿地生态系统为例，20世纪70年代美国的Larson&Mazzarse[4]提出了第一个湿地快速评价模型；Brison[5]提出“五步”湿地生态系统功能快速评价方法.当前美国广泛采用的湿地系统功能评价技术有包括描述法、湿地评价技术、威斯康新州快速评价法、维吉尼亚州滨海平原非潮汐湿地功能评价技术、北卡罗来纳州湿地等级指南、马里兰州湿地功能评价的环境方法、湿地快速评价程序等8种方法[6].这些方法快速简便但较为粗糙，海岸带具有众多的湿地类型，在一定的条件下也可采用类似的方法进行评价.

1.3 生态系统健康风险评估法

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的概率以及不同概率下不良事件所造成的后果的严重性，并制定相应的可行性对策[7].评估着眼点在于风险决策管理,生态系统风险评估的最终受体除人类外，还包括生态系统的各组织水平即个体、种群、群落、生态系统及环境，同时要考虑到生物间及不同组织水平之间生态风险的相互作用，以预防性地保护生态系统健康[3].

1.4 营养级分析法

将某一营养级的全部生物浓度作为判断系统健康的依据，如可以用近海中的浮游植物的密度（每立方米中叶绿素a浓度或生物量）表示富营养化水平，进而定性反映近海的健康状况.也有用鱼类密度来定性评价一个生态系统，较高的鱼类密度代表了一个良好的生态系统状态[8].

2 定量评价

定量评价指通过数量化的方法及指标对生态系统健康进行评价，这种方法能反映客观的健康状况.当然，在定量过程中也存在诸多的问题，如采样方法是否准确，调查是否合理全面，选择的指标是否能准确反映所研究对象的健康状况等.目前的主要方法有生态系统功能价值定量化评价法[3]、测量活力、组织结构和恢复力的健康指数法[9]、生物评价法（包括指示物种法、生物指数法等）、指标体系法、基于3S技术和景观生态学的综合评价以及生态过程速率法、特定化合物指示法、热力学指标法、整体指标法[8]等方法，不同类型和尺度的生态系统和研究区域可以选用不同的评估方法及相应的指标.

在海岸带生态系统健康评价中，目前最常用的方法有两种：指示物种法和指标体系法.前者主要利用生物的健康程度来反映生态系统健康，最终反映人类的健康；后者则充分考虑到生态系统的复杂性，将多种指标与信息集成在一起，充分全面地反映了生态系统的健康状况[10].另外，基于3S技术和景观生态学的综合评价也逐渐成为一种新兴的定量研究方法，这种宏观尺度的评价日益受到重视①郭艳丽.湿地生态系统健康评价研究综述.中国地理学会百年庆典学术论文摘要集,2009:92..

2.1 生物评价法

生物评价法也称生物学评价，是指用生物学方法按一定标准对一定范围内的环境质量进行评定和预测.该法主要包括用单一的或多种的指示物种，群落水平的生物指数法和图析法去评价，以及快速生物评价法.

2.1.1 指示物种法

指示物种指对环境条件有着极其狭小幅度要求的生物种（狭适应种），由于它的存在，可表示生活环境的条件处于狭小的幅度中.指示物种能够反映某一地区或水域的环境特征和质量的变化，在数量、形态、生理或行为上有明显的特征.指示物种法主要针对海岸带区域内自然生态系统进行健康评价，即根据生态系统的关键种、指示种、特有种、濒危种、长寿种、环境敏感种等物种的数量、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衡量生态系统的健康状况，包括单物种生态系统健康评价和多物种生态系统健康评价[11].指示物种及其早期预警指标的研究日受重视，尤其是关键生态系统中的生物指示物种的研究更显重要[3]，指示物种法已由最初的根据指示生物出现与否的定性评价，慢慢成为一种定量评价方法.

1916年，德国学者Wilhelmi提出用小头虫（Cap⁃itella capitala）指示海洋有机质污染，开辟了利用生物评估海洋污染的研究领域[12].目前，指示物种的类群也扩大到包括原核生物的细菌；原生动物[13]；线虫动物；环节动物，如多毛类的小头虫和寡毛类的颤蚓（Tubifexspp.）[14]；软体动物，如紫贻贝Myti⁃lus edulis和加洲贻贝M.californianus[15]；节肢动物，如甲壳类的糠虾目（Mysidacea）、蜾赢蜚属（Co⁃rophium）和石蝇幼虫[16]；棘皮动物[17]；半索动物的柱头虫（Balanoglossus gigas）[18]；鱼类，如弯月银汉鱼（Archomenidia sallei）和裸项栉虾虎鱼（Cenogobius gymnachen）[19]；两栖动物，如海娃[3]；鸟类；哺乳动物，如南方水獭[20]；高等水生植物[21]等.

除了在个体或种群水平去研究这些物种的指示作用外，还可在细胞、亚细胞等水平应用毒理学和分子生物学的检测方法去研究生理生化指标，更加定量地反映环境污染和生态健康现状.遗传毒理学方法，如利用细胞微核技术、四分体微核技术、监测水体污染[22]；分子生态毒理学方法，如把腺三磷酶等酶作为生物学标志，测量动物体内各种酶的活性，并以其活性强弱作为多种污染物胁迫的指标[23]；水生生物环境诊断技术（AOD），采用红鳍鱼（Tanichthys albonubes）和淡水虾（Paratya compres⁃sa）检测水体环境中的低毒性物质[24]；SOS显色法[25]；四膜虫（Tetrahymena pyrofimris）刺泡发射法[26]等技术得到广泛应用.

采用指示物种法评价生态系统健康时存在指示物种的筛选标准不明确，不同的区域和污染环境指示生物应有所不同，有些采用了不合适的类群等，Hiliy和Merenlender针对这些问题提出了一个逐步筛选过程[27].另外，一些监测参数的选择不恰当给生态系统健康评价带来偏差等问题[28].所以，在生态系统健康研究中，指示物种和指标的选择应该谨慎，要综合考虑到它们的敏感性和可靠性.

2.1.2 生物指数法

从20世纪50年代后期起，由于生物的适应性和生态系统的复杂多样性，单纯用个别或少数种类来指示或判断环境质量似乎过于简单化，难于反映实际情况，因而在评估健康状况时除了采用丰度、生物量等简单参数外，还引入一些反映群落结构稳定性的与生物耐污能力有关的生物指数.此法主要是通过群落生态调查，比较某一区域污染前后群落结构上的差异，或比较相似生境中群落结构上的差异，如不同生物类群的比例，来检查群落结构稳定性的维持情况，进而作为生态健康评价的一个依据[18].常见的生物指数有：香农一威纳多样性指数（H′）、线虫与桡足类数量之比（N/C指数）、生物系数（BC）、O/E指数（Observation/Expectation index）、生物完整性指数（IBI）、底栖动物完整性指数（B-IBI）、底栖生物栖息地质量指数（BHQ）等[29-30].如Karr[31]应用生物完整性指数，通过对鱼类类群的组成与分布、种多样性以及敏感种、耐受种、固有种和外来种的变化来分析海洋生态系统的健康状态；Borja[32]提出了利用大型海洋底栖无脊椎动物的物种丰富度、多样性、生物量及优势种去评价环境健康；海洋线虫群落多样性指数的变化已成为环境监测的一种有效工具[33].

2.1.3 图析法

这是一类与生物指数法相关的群落水平的评价方法，主要有两种：

1）丰度生物量比较曲线法（ABC）：Warwick在1986年提出，并两度修正[34].该法的基本原理是：在稳定的生态环境中，群落的生物量由一个或几个大型的种占优势，种内生物量的分布比丰度分布显优势，若将每个种的生物量和丰富度对应作图在K-优势度曲线上，得出整条生物量曲线位于丰度曲线上方；当群落受到中度污染时，生物量占优势的大个体消失，在此情况下种内丰度的分布与生物量分布优势难分，表现为生物量曲线与丰度曲线相互交叉或重叠；当严重污染时，生物群落的个体数由一个或几个个体非常小的种占优势，种内丰度的分布比生物量分布更显优势，丰度曲线整条位于生物量曲线上方.国内曾用此法反映渤海湾生物群落和海洋环境的健康状况[30].

2）对数正态分布法（The log-normal distribu⁃tion）：又称对数正态图形法，由Gary在1981年提出[35]，该法被认为是一种敏感的测定有机质污染引起的变化的方法，其基本原理是：对一个未受污染处于平衡状态的群落，即种的迁出和移入速率固定，对数正态是一个合适的统计学描述，在轻微的富营养化条件下，有些种增加其丰富度，同污染的条件相比，前者的对数正态图形中包括的几何级数量要多一些，这就导致了对数正态直线的弯折，但只有弯折持续长时间，才可能指明是污染的影响.国内曾用此法评价了厦门湖排污口的污染状况[36].

2.1 .4快速生物评价法

这是20世纪80年代在北美新兴的一种半定性半定量方法，最早用以快速评价的生物是鱼类，近年来，大型底栖无脊椎动物以其独特的优越性已被美国、英国、加拿大和澳大利亚等国环保部门广泛使用[37].在国内较多使用之评价河流及湖泊生态系，在近海区的海岸带应用较少，但该法具有诸多优点，应用前景较广阔，具有优点有[38]：（1）对不同小生境进行半定量和半定性采样，而不是重复定量采样；（2）采用标准化的亚样选取法，即限定亚样的总个体数和单个分类单元个体数的最大值，节省了时间；（3）用多种生物指数综合评价水质，而不是单用某个指数，如Shannon多样性指数、BMWP记分系统等，评价方法和结果易为公众理解；（4）注重对采样点栖境质量的评估，供判别水质时参考.这种方法的关键在于选定一系列不受人为活动干扰或最低限度受损害的地点作为“参照点”，以形成参照组信息数据库[39].

2.2 指标体系法

较早的完整的生态系统健康指标体系是由UNEP召集，1992年在日内瓦建立的海洋生态系统健康指标体系①.指标体系法是一种系统综合的评价方法，需要遵守一定的指标选取理论、原则及方法.自行合理构建评价该生态系统的指标体系，经指标值标准化和指标权重值确立，最终建立评价模型.该法关键在于如何选择适宜的评价指标和评价标准，难点在于权重的确立.在海岸带生态系统中开展该法应用研究有加拿大的Fundy湾[40]、香港的Tolo港[41]、美国的Chesapeake湾[42].另外，一些国家的海洋局、环保局等开发的调查评价规范，可按此进行指标选取、指标赋值和健康指数计算，张秋丰应用我国的《近岸海洋生态健康评价指南》对天津近岸海域进了评价[43]，美国的湿地快速评价法也属于该类[44].

指标选取的理论及原则[45]、指标选取的方法[46]、指标体系的构建[47]、评价标准和等级的确定[48]、指标标准值的确定及指标值的标准化[49]、权重的确定[50]及评价模型的建立[51]等可参考相关文献.

2.3 基于3S技术和景观生态学的综合评价

由于生态系统在小尺度上常表现出非平衡特征或“瞬变态特征”，因而对生态系统健康的研究多倾向于景观或区域水平，这种大中尺度的自然调节过程可提供较大的稳定性，更能表征生态系统的发生、发展规律，体现自然与社会的相互作用和联系[52].在景观和区域的中大尺度动态性、宏观性、综合性生态系统健康分析和评价研究中，遥感与GIS、GPS技术相结合.及时获取和处理海岸带生态环境动态信息，达到对环境等的动态变化监测与生态系统健康的综合评价[53].景观生态学的理论与方法是中尺度的区域生态系统健康评价的重要依据，应用其作宏观尺度的生态空间研究，具有广阔的发展前景[54].

吴涛[55]综述了基于遥感信息景观生态指标参数的计算和基于河口三角洲景观指标的湿地生态健康评价.也可以评价过程中引入“压力-状态-响应”（PSR）概念模型，运用RS和GIS技术及统计学分析法，形成程序化、系统化的生态系统健康评价技术方法体系，将遥感和景观生态学上得到的各种指标参数有机的结合起来建立评价模型[56]，彭静[57]以城市为案例，对该体系进行验证，其结果与实际情况基本相符，验证了模型的正确性及模型实现技术方法的可操作性.

3 结语

生态系统健康的评价的方法经历了从定性到定量，从个别评价指标向综合指标，从小尺度到大尺度变化的过程.在对种生态系统的健康评价过程中，各种方法层不穷.根据各系统的特性不同，可采用合适的方法进行评价，其最终的目的是要能全面综合地反映某一生态系统的健康状况.

每一种方法均不是独一的，在一个系统中，为达到客观评价的目的，有时需要同时采用几种方法.环境污染，人为活动以及社会经济的发展均会带来一系列生态系统健康问题.而只采用一种方法具有很大的片面性.同时，在评价的过程中，新的更可行的方法仍需不断建立.对各系统特性的研究及外来物的监测，可能是发展新方法的最有效的途径.

在本文所述的各种方法中，大多是针对湿地生态系统健康的评价方法，对陆地生态系统健康的评价方法相对较少，但这些方法同样可用于陆地生态系统的评价.对海岸带来说，其特点兼具陆地和湿地生态系统的特征，因而在评价的方法上比其它生态系统更为复杂，综合应用上述的各种方法，才有可能客观准确地评价海岸带生态系统健康的状况.

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The Methods of Coastal Ecosystem Health Assessment

QUAN Feng，ZHU Lin＊
（College of Life Sciences，Hainan Normal University，Haikou571158，China）

Ecological health refers to human's relation to the environments.It is a measure of environmental quality of human production and living and a system index indicating intact degree of the metabolic processes and service functions of life support systems,including the human body and the physical and mental health of the populations,residential eco⁃logical environments and the physical environments,biological and metabolic environmental health,and also the industry and regional ecological service functional health.This paper briefly reviewed the coastal ecological health evaluation methods.These methods can be used not only in the coastal ecological health assessment,but also can be used for other ecosystem health evaluation.

ecological health；coastal zone；evaluation methods

X 171

A

1674-4942（2011）02-0204-06

2011-02-24

海南省重点科技计划项目（090804）

*通讯作者

Shugart L R.Biological markers and indicators of marine ecosystem health.Foreign trip report,November 21-28,1992,ORNL/FTR-4509,12.

黄 澜