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湿地生态系统健康评价探讨

编辑:赵桂玲? 点击次数:21503? 发布时间:2016-01-08
宋百忠
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(2016年1月7日)
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??? 【摘要】湿地生态系统健康评价是湿地生态系统管理的重要途径。本文以不同类型湿地为研究对象,介绍了湿地生态系统健康的标准、评价指标体系以及湿地生态系统健康的时空尺度问题,提出了我院在健康评价指标研究方面的作用。
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??? 关键词? 湿地生态系统健康? 评价?? 指标
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??? 生态系统健康是一个新概念,也是一个新的研究领域,目前国内外都没有形成一个比较完整的体系。对湿地生态系统健康进行监测、评价,国外研究要早于国内。
??? 17世纪末18世纪初工业革命带来了城市化和工业化,但同时也带来了环境退化,尤其是水体污染问题。为评价环境现状,人们便建立了早期的湿地生态系统健康诊断指标,但最初指标主要集中在化学和生物上,包括水、沉积物和有机物的化学组成,物种的丰度、繁殖和生长,种群规模的变化,物种组成和多样性,生态系统生物量和生产率。这些指标之所以被广泛应用,主要是因为它们比较容易测定,花费也较低,能够提供生态系统受损的早期预警,同时对生态变化具有极高的敏感性,也能为决策者提供有利依据。
??? 目前,对于湿地生态系统健康评价的方法可以归纳为指示物种法和指标体系法两种。指示物种法主要是依据该生态系统关键物种、特有物种、环境敏感物种以及濒危物种等的生产力、生物量、数量及其他生理、生态指标来进行。如应用生态完整性指数,用鱼类群的组成分布种多度以及关键种敏感种固有种和外来种的变化来评价水生态系统;当生态系统受到外界胁迫,如水体污染、围湖造田等,湖泊生态系统的结构和功能将受到影响,指示物种的适宜生境也将受到胁迫,其结构功能和数量的变化可以用来表征湖泊生态系统的健康程度。目前,指示物种法多以鱼类、硅藻、底栖无脊椎动物作为指示因子,此方法以其简洁、针对性强而得到了广泛应用,但是,指示物种法也存在以下缺点:①仅依靠单一指标对生态系统健vck,康进行评价有一定的片面性;②指示物种的筛选标准不明确,而且指示物种的减少是否会对系统产生重要影响及其在生态系统中的作用均难以确定;③未考虑社会经济与人类健康因素,难以全面反映生态系统的健康状况。
??? 随着人们对生态系统结构、功能理解不断深入,生态系统对外界压力的反应开始引起了世人关注,物理压力指标也逐渐加入到湿地生态系统健康诊断指标体系之中。1990年美国在一项环境监测与评价规划中,特别强调了响应指标、暴露指标、栖息环境指标以及干扰因子在评价河口湿地生态系统健康方面的作用,并要求以此来管理和规划河口湿地。澳大利亚联邦科学与工业研究组织的学者,在多年实践基础上建立了一种评价流域环境质量的指标体系——流域健康诊断指标,从环境背景、环境变化趋势及经济变化趋势三方面出发,对流域湿地生态系统健康进行了较为系统的量化评价。1998年加拿大学者根据景观生态学理论,以河流作为案例研究总结了评价湿地生态系统健康的三类指标:生物、物理与社会经济指标,社会经济指标的加入使得湿地健康评价指标体系更加完善。随着经济的发展,人类对湿地的干扰日趋严重,对湿地所承受压力的研究成了湿地生态系统健康研究的一个主要方面。在对佛罗里达州退化湿地进行研究的基础上提出了一个基于景观水平的退化湿地评价指标——LDII,以直观、有效地把人类对某一区域范围内湿地的干扰程度进行了量化。
??? 湿地是一个自然—经济—社会复合生态系统,其评价指标涉及多学科、多领域。目前大部分学者认为,一个完整的湿地生态系统健康评价指标体系应该包括三类指标(生物、物理与社会经济指标),并把人类作为湿地生态系统的一个组成部分。但由于各国各地区湿地类型、规模及环境背景差异较大,目前国际上尚未形成统一的湿地生态系统健康评价指标体系,特别是适合于我国湿地具体特征的湿地生态系统健康评价体系仍急需研究。生态系统健康评价除了需要对其小尺度生态过程进行研究监测外,从景观尺度进行环境质量监测也是必不可少的步骤。将遥感、地理信息系统和景观生态学原理等宏观技术手段与地面研究紧密配合,通过景观结构变化了解其功能过程。例如,景观敏感性与土地利用变化关系密切,因此可以通过土地利用变化评估环境质量变化。此外,遥感信息具有快速、客观、实时、可大面积获取且不受地形、地貌限制等特点,因此,加强高新技术利用,建立客观、科学、可操作性强且符合我国湿地具体特征的评价指标体系研究仍是今后的主要任务之一。
湿地生态系统健康评价指标主要包括湿地特征、湿地功能和社会经济。国内外一些已有的湿地生态系统健康评价指标体系不够全面,有的只包括了一到两个方面的指标,并且大部分未涉及社会经济指标。近年来,我国学者也提出了一些包括湿地特征、湿地功能和社会经济指标的湿地生态系统健康评价指标体系,但是由于大部分指标很难量化和基础数据缺失,很少应用于实践中。
??? 2009年9月国家林业局湿地保护管理中心委托中国科学院遥感应用研究所承担并实施“湿地生态系统评价体系研究”(WEEIS)项目,致力于建立一套科学的、可操作性强的湿地生态系统评价指标体系,为我国制订合理的湿地保护对策提供科学依据,提高我国的湿地生态环境管理水平。“湿地生态系统评价体系研究”经文献调研、野外实验与专家咨询,以“可监测、可报告、可操作”为指导原则,从湿地生态系统健康、功能、价值三方面构建了我国湿地生态系统评价指标体系。该评价体系作为较新的湿地生态系统健康评价指标体系,全面总结了湿地生态系统健康评价几十年来的研究成果,从水文、土壤、生物、景观和社会指标五个方面对湿地生态系统的健康状况进行反映,其监测结果具有很高的可靠性,可以作为湿地生态系统健康定量评价指标体系。但是面临的问题是,该指标体系30项指标大多来源于遥感技术、实验室采样分析等,要求使用人员具有较高的技术水平和多方面的专业知识背景,适用人群限制较强,很难由保护区工作人员使用,所以不利于湿地保护区生态系统健康状况的实时跟踪和动态评价或者是湿地保护项目实施效果的动态跟踪评价。
?? ?湿地作为一个生态系统,具有多种功能和价值,是人类最重要的环境资本之一,被称为“自然之肾”。湿地在蓄洪防旱调节气候、控制土壤侵蚀、降解环境污染等方面起着檄其重要的作用,不仅如此.湿地还向人类提供大量的生产和生活资料。然而,近些年来一些状况令人担忧,特别是在目前湿地利用中存在着只注重短期效益而忽视了长期的可持续性,给湿地生态系统健康及其管理带来诸多不利因素。对湿地生态系统健康评价的饿研究将为人类对湿地生态系统的饿管理和可持续利用提供科学的依据,最终以实现生态、社会、经济的整合与协调。
??? 1. 湿地生态系统健康的概念
?? ?生态系统健康是环境管理的一个新方法,也是环境管理的新目标。根据国际生态系统健康学的定义,湿地生态系统健康是指生态系统没有病痛反应、稳定且可持续发展,即生态系统随着时间的进程有活力并且能维持其织及自主性,在外界胁迫下容易恢复” 。
??? 2.湿地生态系统健康的标准和影响因子
??? 2.1 湿地生态系统健康的标准
??? 湿地生态系统健康的标准按照其所属范畴可细分为生物物理标准和社会经济标准,分别如下:
活力,是测量系统活动、新陈代谢或初级生产力的一项重要指标具体指标,即生态系统的能量输入和营养循环容量,在一定范围内生态系统的能量输入越多,物质循环越快,活力就越高;② 恢复力,即胁迫消失时,系统克服压力及反弹回复的容量,具体指标为自然干扰的恢复速率和生态系统对自然干扰的抵抗力,一般认为受胁迫生态系统比不受胁迫生态系统的恢复力更小:③组织,即系统的复杂性,这一特征会随生态系统的次生演替而发生变化和作用,具体指标为生态系统中r一对策种与k一对策种的比率,短命种与长命种的比率,外来种与乡土种的比率,共生程度,乡土种的消亡等,一般认为,生态系统的组织越复杂就越健康:④服务功能,这是人类评价生态系统健康的一条重要标准,一般是对人类有益的方面,如分解有毒化学物质,净化水质、减少水土流失和调蓄洪峰等,不健康的生态系统的上述服务功能的质和量均会削弱:⑤邻近系统的影响,健康的生态系统在运行过程中对邻近的系统的破坏趋向于零,而不健康的系统会对相连的系统产生破坏作用,如污染的河流会对受其灌溉的农田产生巨大的破坏作用:⑥人类健康,生态系统的变化可通过多种途径影响人类健康,人类的健康本身可作为生态系统健康的反映,对人类影响小的生态系统为健康的系统。
??? 上述的6个标准中,前3个是最主要的。Costanaza经过总结,提出了系统健康指数,H=VXRX0,其中V是系统活力,用系统的总产量来表示:TST=ΣTij。0是系统组织多样性和连接性指标,I=ETij/TXlog(TijXT/TjX Ti),Tij为第i种组成成分转化为第j种的生物量,T为系统转移的总量,Ti为成分i转移的总量,T 为成分j转移的总量。R是恢复力指标,R=MS/P,r,MS为生态系统从一种状态到另一种状态的临界值,Rr为生态系统从胁迫状态到正常状态所需的时间
??? 2.2 湿地生态系统健康的影响因子??
??? ①自然因素? 自然干扰的改变,如火灾、河流改道、地震、病虫害爆发等可引起湿地生态统功能的削弱甚至消失;自然子系统的退化,如河流生态系统的退化、湖泊生态系统的退化土壤生态系统的退化等,可直接导致湿地生态系统功能的减弱。
??? ②人为因素?? 主要是指过度开发利用、物理重建、有毒污染物和含过量养分工业废水任意排放、外来种入侵和全球环境变化问题。
??? 3. 湿地生态系统健康评价指标
? ??由于各国各地区湿地类型及规模的差异,环境背景又各不相同,因此,统一的湿地生态系统健康诊断指标很难确定下来。在过去几十年里,湿地生态系统健康的评价指标主要集中在化学和生物指标上。随着研究的不断进行,又将物理指标、压力指标考虑在内,健康评价指标体系不断完善。在这方面的研究过去主要集中在外国,但近年来,国内在这个方面的研究也不断深入,出现了众多指标体系,其指标主要集中在生态特征、功能作用、社会经济影响等方面。结合众多相关方面研究,我认为加拿大学者Rappor指制定的测度湿地生态系统健康的几类指标更为科学,它们是生物指标,包括生物多样性,固有种与外来种的比例,优势种分布尺度;物理指标,包括水分循环、土壤有机质的保持度、水及能流的生物圈控制;社会经济指标,包括农业、林业、渔业的投资和效益等。这些指标,将社会目标和生物物理过程进行整合,是湿地生态系统健康研究的新进展(表1)
??? 表1? 湿地生态系统健康评价指标
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????? 指标类型
指标内容
评价
生态系统机能障碍物
动物的质变及种群退化 动物畸形或繁殖障碍 美学价值退化 栖息地丧失
此类指标易于检测 最适宜于湖泊生态系统,但美学价值退化 栖息地丧失也适宜于其它湿地
生态系统响应指标
底栖生物生物量 结构 动物相对丰度
特别适应于河口湿地及港湾湿地生态系统健康评价
暴露指标
沉积物污染物浓度 沉积物毒素 水体毒性
对湖泊河口三角洲等使用,有时也用于河流湿地的评价
栖息环境指标
盐度
适用于湖泊河口湿地
干扰因子
淡水排水量 气候波动 污染物负荷量 人口地理分布 河流状况
用于河流及其与其相连的生态系统。将人口地理分布考虑在内是一个进步
水分指标
水深 水周期? 水的流动和滞留时间
适用于小尺度人工构建湿地、沼泽湿地
化学指标
沉积率 化学负荷率
适用于沼泽河流、河缘湿地 湖泊 三角洲湿地生态系统
生物指标
生物多样性 外来种比例 优势种分布 最高生物量
适用于天然沼泽 河漫滩河流等湿地
物理指标
水分循环 土壤有机质保持度
适用大尺度系统 指标测量难度大
社会经济指标
农业 渔业、林业的投资和效益
适用于流域、景观内生态系统,这一指标 不够完善
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?? ?上述指标具有易于被公众清晰表达、具有区域趋势分析可行性及弹性和可适应性强等优点,但是大部分指标侧重系统内指标,如水文指标和生物指标从综合指标来看,定性描述较多,定量比较少,也没有最后给出健康的综台评判模式。
??? 4.湿地生态系统健康评价的尺度问题
?? 生态系统管理的中心问题就是尺度问题。生态系统在小尺度上常表现出非平衡特征或“瞬变态特征”,但在更大尺度上则可能表现为极强的稳定性和可持续性,因此在生态系统健康评价时要重点考虑尺度问题,对尺度的选择或着眼点非常重要。
??? 4.1? 湿地生态系统健康评价的时间尺度问题
?? ?湿地生态系统在不同的时间尺度上,其表现行为不同,每一个阶段都有不同的衡量标准。湿地生态系统的健康发展也是经历着不同的阶段,每个阶段的结构和功能并不相同,各成分之间的能量流动和物质循环在不同的阶段保持着各自相对稳定的动态平衡。并随着环境的变化而发展变化.特别是随着人类行为作用的不断加强,对湿地造成的胁迫也越来越大,对湿地健康的衡量指标也会发生相应的改变.但无论怎样,湿地生态系统的功能整合性是必须要考虑的。
?? 在此我们主要讨论较短时间尺度(n×10 ~n×10 年)内湿地生态系统健康问题。可以分两种情况来讨论,一种是时间“点”的湿地健康问题,另一种是时间“段”的健康表现。
??? 4.1.1 时间“点”的湿地生态系统健康
? 这里的时间“点”是指相对较短的时间“段”,在这一较短时间“段”内湿地所受到外部环境作用相对保持稳定。,湿地生态系统从产生到消亡经历相当长的时期,在每一阶段都有不同的表现形式,时间“点”所研究的是每一阶段的更小间段,在这一间段内湿地处于健康还是疾病当中。
????4.1.2 时间“段”的湿地生态系统健康
?? ?这里讨论的时间段主要指几十年到百年的时间尺度.近几十年或近百年来,人类以空前的规模威胁着湿地,使湿地不断退化或消失,人们的直接和间接的活动在不断地改变着湿地变化的速度。对时间“段”的生态系统健康进行研究,有助于湿地可持续利用和保护,防止有害于湿地的各种变化。时间“段”特征下湿地生态系统健康指标选取的标准常以历史时期数值为参照。
??? 4.2湿地生态系统健康的空间尺度问题
?? ?就空间尺度扩展而言,由生态系统、景观到流域湿地,着眼点不同,衡量指标和研究形式也就有差异(表2),就湿地而言,生态系统侧重于比较均一的湿地地区,景观侧重于中尺度内的空间格局,流域则是从生态、社会、经济多方面考虑湿地问题,在实际研究中,常常从3个尺度方面同时考虑湿地健康问题,这会使所研究的对象更全面、更系统和更有服力.
尺度
健康描述
健康研究形式极其特点
生态系统
生态系统健康
系统内组成要素动态特征、系统结构和功能
系统对环境的影响及响应
景观
景观健康
景观的结构功能和变化、景观要素与生态客体
嵌块的动态变化
流域
流域健康
景观格局、生态系统间信息能流和物质循环? 社会经济、自然复合系统
?? 表2 生态系统健康研究的尺度比较? (来源于崔保山 湿地生态系统健康的时空尺度特征)
??? 5.湿地生态系统健康研究趋势
?? 在湿地生态系统健康研究领域还有很多工作要做特别在景观或流域内。湿地是特殊的生态系统,在研究其内部结构和功能的同时,必须将其与外界环境相联系,今后的发展必然集中在生态、社会、经济整合的基础上对湿地生态系统健康进行研究,以此来提出湿地及流域可持续性管理对策。
??? 5.1我院在健康评价指标研究方面的作用
?? ?首先,由于人类对生物圈以及其所在生态系统的扰动尺度和范围越来越大相应的概念范围也应该扩大,亦即应该从过去单一压力引起的局地危害向多压力对区域乃至生物圈尺度发展。其次,必须现实地认识到,理想的自然湿地状态已趋于消失,大部分湿地均受到人类不同程度的影响需要面对的是改变了的湿地生态系统因此,健康指标的确定应该以系统的自组织能力及其稳定性为依据,而不能过多地依赖自然性;第三,随着大区域生态系统特别是河流、湖泊的受损,迫切需要建立一系列在空间上和时间上不同尺度的衔接或耦合机理模型与预测模型,预测未来20~50年或更长时间段湿地生态系统在局域、区域或全球尺度上的健康问题,以达到对湿地生态系统进行预警、调节和减少不良作用的效果。通过我院的的湿地调查报告进一步使人们了解、认识、关心林区湿地。研究林区的湿地健康评价指标。
??? 5.2? 注重新理论、新技术和新方法的应用
?? ?充分运用我院的3S技术成果和经验,用宏观技术手段与地面研究相结合,以达到对对林区湿地健康更为科学的评价。从而通过判读等方法,确定更准确的量化指标。发挥我院监测中心作用建立对林区天然湿地的生态影响评估、并严格论证。开展湿地资源的调查、评价、监测,基本建立林区湿地监测体系和湿地信息管理框架;编制林区湿地发展规划和合理利用示范建设规划。建立湿地监测站,开展湿地野生动植物种群及栖息地的监测。湿地保护与合理利用是新兴事业,科研力量和基础工作薄弱。我院要应尽快开展湿地资源保护与合理利用基础和应用技术的科学研究,进行重点攻关,为湿地保护与管理提供依据。
??? 5.3? 注重与湿地生态系统服务功能价值评估相结合
?? 湿地生态系统服务功能价值评估和起健康评价同属于湿地生态功能评价范畴,二者密切相关。对湿地生态服务功能进行评估,我院监测人员应从生态学、经济学、社会学角度揭示出易被人们忽视的非实物型生态服务功能,可以激起林区人对湿地的保护意识,促使我们对林区湿地的合理利用与保护,最终使湿地向着更为健康的方向发展。
??? 5.4? 湿地生态系统设计
??? 湿地生态系统设计主要根据生态工程原理和方法,构建和恢复湿地。我院应通过对湿地生态系统进行设计,可以为林区湿地生态系统健康研究提供依据,可以为受扰湿地提供有效的生态参照指标。通过我院对湿地的规划设计逐步建立和完善保护与合理利用湿地的经济政策体系,建立湿地开发和利用补偿及生态恢复管理政策。湿地保护是国际社会关注的热点。应积极进行国家重要湿地申报,增加重要湿地名录数量;积极争取国际援助,吸引国内捐助,鼓励社会投资,开展国际交流与合作,推动林区湿地保护和可持续利用发展。
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