湖泊生态系统健康评价指标体系

任 黎,杨金艳,相欣奕

(1.河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,江苏南京 210098;2.河海大学水文水资源学院,江苏 南京 210098;3.江苏省水文水资源勘测局苏州分局,江苏 苏州 215006;4.西南大学地理科学学院,重庆 400715)

由于生态系统的复杂性和不稳定性,如何界定生态系统的健康状态存在很大争议.湖泊是生态系统的一种重要组成形式,由于其复杂性和综合性,对其健康内涵的定义、评估等仍然处于发展阶段,相关方法亦需进一步完善.已有研究提出的评价指标包括生态系统胁迫[1]、生物完整性[2]、优势营养级[3]、生态系统综合健康指数[4]、能质、结构能质及生态缓冲容量等[5].已有研究对评价生态系统健康提供了有益的思路.然而,由于生态系统健康评价缺乏比较的标准而只提供了一些评价指标的相对大小,因此这些评价指标只能用于同一生态系统的比较.如何从众多有效的生态系统健康评价指标中挑选出具有代表性的指标来定量地、定性地、全面地评估生态系统是当前亟需解决的问题.为此,本文对此问题进行了研究.

1 生态系统健康的概念和内涵

近年来,在可持续发展思想的推动下,生态系统健康研究已成为国际生态环境领域的热点以及联系地球科学、环境科学、生态学、经济学及社会科学等学科的桥梁[6].

生态系统健康概念的界定是研究任何生态体系的前提和基础,一些学者针对不同的侧重点给出了不同的定义.Schaeffer等[7]探讨了有关生态系统健康度量的问题,认为生态系统健康就是生态系统没有疾病.Rapport[8]在此基础上论述了生态系统健康的内涵,认为一个健康的生态系统应具有可持续性和稳定性,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.肖风劲等[9]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的话,则这个生态系统是健康的.胡志新等[10]认为湖泊生态系统健康包含2个方面:满足人类社会合理要求的能力和湖泊生态系统自我维持与更新的能力.高桂芹[11]认为健康是指物质循环、能量流动未受损害,关键组分和有机组织保存完整,对扰动保持弹性和稳定性,整体呈现多样性和复杂性.目前,广泛受到学术界认可的生态系统健康概念是由McMichael等[12]提出的.McMichael等[12-14]认为一个健康的生态系统对外界的压力必须有恢复力,保持内部结构和组织的多样性和稳定性,保持新陈代谢的能力.根据McMichael等关于生态系统健康的定义,湖泊生态系统健康可理解为湖泊内的关键生态组分和有机组织完整且没有疾病,受突发的自然或人为扰动后能保持原有的功能和结构,物质循环、能量和信息流动未受到损害,整体功能表现出多样性、复杂性和活力[15].

指标体系法是生态系统健康评价研究的趋势,可以从某一角度反映生态系统的健康状况.研究至今,学者们提出了众多评价指标,如生物完整性指标,淡水生态系统的结构、功能和系统指标以及包含生物、生态、社会经济和人口健康等的综合指标体系等[16].但由于湖泊类型多样,不同的湖泊生态系统所处的自然、社会和经济状态一般不同,同一生态系统发展的不同阶段所具有的特点也不同,因此尚未形成统一的湖泊生态系统健康评价指标体系.

2 湖泊生态系统健康评价指标体系构建原则

由于湖泊生态系统是一个自然-社会-经济复合系统,系统结构复杂,层次众多,子系统之间既有相互作用,又有相互间的输入和输出,某些因素及某些子系统的改变可能导致整个系统发生质的变化.评价指标是度量生态系统特征的参数,评价指标的选取在湖泊生态系统评价中起决定性的作用,评价指标的选用必须遵循一定的原则,在实际应用中容易统计和实测,最好能用统计资料和定点的观测站的时间序列资料,便于对生态系统进行适时的定性评价.因此,在构建评价指标体系时,必须遵循以下评价指标选取原则[17-18]:(a)完备性原则.指标体系应作为一个整体反映复合生态系统的主要特征.(b)独立性原则.为避免指标重复叠加,指标之间尽可能相互独立.(c)地域性原则.地域不同,评价指标的选取也有所不同,所选择的指标应能反映区域地方特色和环境问题.(d)层次性原则.指标体系具有一定的合理性和清晰的层次结构.(e)可靠性原则.选取稳定性强、相关性好、能够较好反映生态系统健康的指标.(f)定性与定量相结合原则.生态系统健康描述不可避免地存在定性描述,尽可能选择可量化指标,若重要指标难以量化则可以采用定性描述指标.(g)可操作性原则.指标体系尽可能简化、易接受,所需数据相对容易获得,并尽可能与社会经济、环境统计数据等结合.

3 评价指标系统的建立

湖泊是经过长期的自然变迁和人类社会经济活动对生态系统的影响而形成的自然-社会-经济复合型生态系统,因此,在对湖泊生态系统进行健康评价时应充分考虑这一现实特征,从复合型生态系统的角度进行评价.本文在借鉴相关生态系统健康评价指标体系的基础上[19-22],依据上述评价指标的选取原则,结合湖泊生态系统组成、结构和功能特征的分析,将生态特征、自然功能及社会环境指标综合起来,筛选出23项评价指标,共同构建湖泊生态系统健康评价的指标体系,如表1所示.整个指标体系是一个由目标层、子系统层和评价指标层构成的3层递阶层次结构指标体系.其中目标层由子系统层来反映,子系统层由具体评价指标层加以反映.实际上目标层是子系统层和评价指标层的概括[23].

表1 湖泊生态系统健康评价指标体系Table 1 Evaluation index system for lake ecosystem health

3.1 目标层

作为目标层的综合评价指标,是用来综合衡量湖泊生态特征指标(子系统层B1)、自然功能指标(子系统层B2)、社会环境指标(子系统层B3)的.湖泊生态系统健康评价,需要选择描述性指标和评估性指标,使其能在时间尺度上反映变化趋势,在空间尺度上反映结构特征,在数量上反映影响程度,即A={B1,B2,B3}.

3.2 子系统层

制约湖泊生态系统健康的主要因素,也可以理解为分目标层.本文以湖泊生态特征指标(子系统层B1)、自然功能指标(子系统层B2)、社会环境指标(子系统层B3)作为子系统层的评判依据.

3.3 指标层

指标层由可直接度量的指标构成,是湖泊生态系统健康评价指标体系中最基本的层面,根据子系统层各项目的特征和意义,本文选取表1所示的23个指标作为指标层评价指标.

4 评价指标的量化分级标准

湖泊生态系统综合评价指标的量化分级,依照生态环境质量优劣的标准分为5个等级,用连续的实数区间[0,1]表示,质量处于最理想状态时其值为1,最恶劣状态时其值为0.在量化过程中,根据评价因子程度分级分别确定其相应的强度指数分级标准.具体的评价因子强度量化指数可利用内插法在相应的分级中求取.评价因子的量化分级如表2所示.

表2 湖泊生态系统健康评价指标分级标准Table 2 Grading standards for evaluation indices of lake ecosystem health

5 结 语

本文在提出湖泊生态系统健康概念框架的基础上,参考生态系统健康评价体系,如压力-状态-响应(PSR)模型和相关领域的多位专家的建议,寻求进行生态系统健康整体性评价的合适指标;根据生态系统健康评价的目的和指标筛选的原则,结合湖泊本身的生态特征和所能收集的数据特点及其可获取性等的情况,经过多次筛选和总结,从湖泊生态特征、自然功能和社会环境3个方面的评价指标中筛选出23项指标,得出了适合湖泊生态系统健康评价的指标体系,并对指标数据获取的方法进行了探讨.

由于湖泊生态系统的复杂性,研究尺度(空间尺度和时间尺度)在评价时就显得尤为重要,指标的选取会随该领域以及相关领域研究的深入和扩大而得到逐步补充和完善.另外,在实际评价过程中,评价指标体系的构建要根据研究区的具体情况而定,否则很难对湖泊生态系统健康进行客观的分析和评价.

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