河流生态系统健康评价及展望

****河流生态系统健康评价及展望1引言人类社会的可持续发展归根结底是生态系统的可持续发展问题，而生态系统管理是合理利用和保护资源、实现可持续发展的有效途径[1]。河流对人类的发展非常重要,不仅可提供食物、工农业及生活用水,还具商业、交通、休闲娱乐等诸多服务功能。作为重要的生态系统类型，河流生态系统还是生物圈物质循环的主要通道之一，很多营养盐及污染物在河流中得以迁移和降解[2]。但在过去的几十年中，河流生态系统不断受到人类活动的干扰和损害。随着工业文明的迅速发展，人类对水资源的需求大量增加，很多河流因用水过度而面临断流或枯竭；此外，大量污染物的排入和森林及河岸缓冲带的乱砍乱伐严重影响了河流水环境状况，其结构受到极大破坏，诸多生态功能也因人类活动的干扰而逐渐丧失。在1999年联合国环境计划署组织的“面向21世纪水资源委员会”对流域面积最大的25条世界大河进行调查后的总结报告中指出，世界的大江大河水质欠佳，多数河流水量日益减少，而污染程度则日渐加重。在被调查的河流中，中国的黄河，流入中亚咸海的前苏联锡尔河、阿姆河，美国科罗拉多河，印度的恒河和墨西哥的莱尔马河6条河水质极差，被评为最不卫生的河流；只有南美的亚马逊河、印度支那半岛的湄公河和北美的圣劳伦斯河水质较好。由此可见，如何维持现有河流生态系统的服务功能，修复受损系统，促进河流及其流域的经济、社会和环境的可持续发展已经成为一个全球性的问题。作为可持续发展概念的一个重要目标，恢复和维持健康的生态系统迅速成为科学家的共识，用健康来描述一个环境的状况是科学发展和社会价值观进步的必然结果，维持和恢复一个健康的生态系统已成为近年来环境管理的重要目标[3-5]。生态系统健康评价在森林、河流、农田、湿地等不同类型生态系统领域迅速展开[6-8]。而如何评价河流生态状况正成为水利科学、环境科学和生态学领域研究的热点之一。研究河流健康状况的评价不仅可应用于对河流现状的客观描述和评估，而且有助于管理决策者确定河流管理活动，对于河流的可持续管理及区域生态环境建设都具有非常重要的意义。2生态系统健康概念生态系统的概念首先是由英国植物生态学家A.G.Tansley于1935年提出的，最初定义是包括一个定义的空间中所有的动物、植物和物理环境的相互作用，以及由生物与环境形成的自然系统。其后有Lindeman.R的能量动态理论、Odum家族提出的生态系统发展中结构和功能特征的变化规律、Kumar.H.L的超级系统理论，以及马世骏等提出的社会－经济－自然复合生态系统模型（SENCE）等。总之，生态系统是一定空间范围内，有生物群落与其环境所组成，具有一定时空格局，它自身借助于功能流而形成的稳定系统。它具有整体性、生态功能、服务功能、自我维持和调控功能，并且具有动态的、生命的特征，是一个复杂的生命有机休，具有健康、可持续发展特性。因此，对生态系统进行健康评价研究甚为重要。****生态系统健康是研究生态系统的综合特性，通过研究生态系统的结构（包括组织结构和空间结构）、功能（生态功能和服务功能）、适应力（弹性）和社会价值来判断它们的健康状况。生态健康是指生态系统处于良好状态，Costanza等[9]从生态系统自身出发把生态系统健康的概念归纳为：（1）健康是系统的自动平衡；（2）健康是没有疾病；（3）健康是多样性或复杂性；（4）健康是稳定性或可恢复性；（5）健康是有活力或增长的空间；（6）健康是系统要素间的平衡。从这个概念看出，一个健康的生态系统必须保持新陈代谢活动能力，保持内部结构和组织，对外界的压力必须有恢复力。也就是说，测定生态健康应该包括系统恢复力、平衡能力、组织（多样性）和活力（新陈代谢）。从生态系统层次出发，一个健康的生态系统应该是稳定和可持续的，即生态系统随着时间的进程有活力并且能维持其组织及自主性，在外界胁迫下容易恢复[10]。但很多学者认为只强调生态系统健康的生态学指标不够完善，更全面的是把人类健康也包括进来，也就是生态系统健康应该包含两方面内涵：满足人类社会合理要求的能力和生态系统本身自我维持与更新的能力。前者是后者的目标，而后者是前者的基础。国际生态系统健康学会将“生态系统健康”定义为“研究生态系统管理的预防性的、诊断的和预兆的特征，以及生态系统健康与人类健康之间关系的一门系统的科学”。生态系统健康的标准有活力、组织、恢复力、生态系统服务功能的维持、管理选择、外部输入减少、对邻近系统的影响及对人类健康影响等8方面，它们分属于不同的自然和社会科学范畴，并同时考虑了一定的时空范畴。这8个标准中最重要的是前3项[11]。活力（Vigor）表示生态系统的能量输入和营养循环容量，可根据新陈代谢或初级生产力等具体指标来测量；组织（Organization）即生态系统组成及途径的多样性，可根据系统组分间相互作用的多样性及数量比率来评价，一般认为，生态系统的组织越复杂就越健康；恢复力（Resilience）也称抵抗能力，即胁迫消失时，系统克服压力及反弹回复的容量，根据自然干扰的恢复速率和生态系统对自然干扰的抵抗力来评价。在过去的几年里，一些国家级和国际间的环境工程已开始发展生态系统健康指标。这些指标主要从生物物理观点来考虑，但随着发展越来越从综合社会经济与人类的健康角度考虑。一个著名的项目是加拿大和美国政府联合进行的大湖地区生态系统健康状况的评价。1997年，美国实施了一项全国生态系统健康状况评价项目，要在4年时间内完成全国的森林、农田、海岸和海洋等主要生态系统健康状况评价报告[12]。在加拿大,生态系统健康已经成为国际发****展研究中心(InternationalDevelopmentResearchCenter,IDRC)的主要关注热点和研究领域。IDRC目前实施的一项核心计划是“人类健康的生态系统方法”。这个项目主要资助发展中国家开展人口增长、资源利用、技术进步与人类健康间关系的研究，利用生态系统方法促进人类健康与环境可持续发展。另外，“政府间气候变化委员会”（IntergovernmentalPanelonClimateChange,IPCC）领导的一个人类健康工作组，正在进行气候变化对人类健康风险的调查研究[13]。生态学家虽至今未就生态系统健康的概念达成共识，但这一形象的比喻已引起了公众及决策部门给予人类活动对生态系统影响及环境退化等问题更多的关注。不同专业的学者正致力于将自然、社会及健康科学等多门学科交叉，寻求更加合理的、可测度的评价标准来评价生态系统的健康。因此，对河流生态系统健康状况、评价标准、服务功能的实现等的研究就成为水利科学工作者关注的热点问题。3河流生态系统健康及评价方法3.1河流生态系统健康内涵及意义河流生态系统健康与社会、经济、人类、生态环境等密切相关，在区域水平上可以理解为是资源安全、环境安全和经济安全的有机统一。一个健康的河流生态系统应该具有合理的组织结构和良好的运转功能，系统内部的物质循环和能量流动未受到损害，对长期或突发的自然或人为扰动能保持着弹性和稳定性，并表现出一定的恢复能力，整体功能表现出多样性、复杂性。能够满足所有受益者的合理目标要求，具体表现为根据区域发展需求，合理利用分配水资源，保证不同区域利益的均衡，同时改善生态环境。其内涵是动态变化的，在不同时间尺度和不同空间尺度具有不同涵义。河流生态系统具有调节气候、改善生态环境、维护生物多样性以及一定的社会服务等众多功能，需要采用一定的指标和方法来监测河流环境条件的各个方面，即从多角度来评估河流的健康状况，从而提供对其整治以及管理有用的信息，提高受损河流的健康状况，保护健康河流，满足当代以及下一代人的环境、社会和经济需要。研究国内主要河流的健康状况，可以提供进行横向比较的基准，构建一套适用于我国的河流生态系统健康评价理论体系，评价国内河流健康状况，能够诊断我国不同地理区位河流健康状况的差异，设立恢复优先权，同时对于不同区域的类似河流，评价结果可用于互相参考比较，从而提高恢复活动的有效性。因此进行河流生态系统健康状况评价，有助于提高河流管理质量，不仅可揭示河流生态系统的现状，还提供了将不同河流进行比较的基准，同时还可评估受损河流生态恢复的成效，从而提高管理决策能力。3.2河流生态系统健康评价方法对于河流生态系统的评价，最初从生物对水质变化的响应着手，之后开始重视化学物质****对水质的影响进行分析。近20年来，研究发现，河流生物群落具有整合不同时间尺度上各种化学、生物和物理影响的能力。这些生物群落的结构和功能特性能够反映诸如化学物质污染、物理生境的消失和斑块化变化，同时外来物种入侵，水资源的过量抽取和河岸植被带的过度采伐会造成水环境总体退化。因此，生物监测将更多的目光集中在多种生态胁迫对水环境造成的累计效应上。而对于应用生物方法评价河流健康的方法，选择何种指示生物是生态系统健康评价的关键。目前研究中，用的较多的水生生物主要是藻类（以硅藻为主）、无脊椎动物和鱼类[14]。如，使用硅藻相关指数ISP和GDI反映水环境的腐生程度、TDI反映水环境的营养程度，“河流无脊椎动物预测和分类系统”、“澳大利亚河流评价计划”、“南非计分系统”以及底栖生物完整性指数（B-IBI）、营养完全指数（ITC）等都是基于对河流大型无脊椎动物生物多样性及其功能监测基础上的河流健康状况评论模型，Karr于1981年提出的生物完整性指数（IBI）能够在比较的基础上对所研究的河流健康状况做出评价，是当前较普及的一种健康评价方法。尽管关于河流健康评价的方法很多，但从评价原理上，主要可分为两类：在过去的几年里，一些国家级和国际间的环境工程已开始发展生态系统健康指标。这些指标主要从生物物理观点来考虑，但随着发展越来越从综合社会经济与人类的健康角度考虑。一个著名的项目是加拿大和美国政府联合进行的大湖地区生态系统健康状况的评价。1997年，美国实施了一项全国生态系统健康状况评价项目，要在4年时间内完成全国的森林、农田、海岸和海洋等主要生态系统健康状况评价报告[12]。在加拿大,生态系统健康已经成为国际发展研究中心(InternationalDevelopmentResearchCenter,IDRC)的主要关注热点和研究领域。IDRC目前实施的一项核心计划是“人类健康的生态系统方法”。这个项目主要资助发展中国家开展人口增长、资源利用、技术进步与人类健康间关系的研究，利用生态系统方法促进人类健康与环境可持续发展。另外，“政府间气候变化委员会”（IntergovernmentalPanelonClimateChange,IPCC）领导的一个人类健康工作组，正在进行气候变化对人类健康风险的调查研究[13]。生态学家虽至今未就生态系统健康的概念达成共识，但这一形象的比喻已引起了公众及决策部门给予人类活动对生态系统影响及环境退化等问题更多的关注。不同专业的学者正致力于将自然、社会及健康科学等多门学科交叉，寻求更加合理的、可测度的评价标准来评价生态系统的健康。因此，对河流生态系统健康状况、评价标准、服务功能的实现等的研究就成为水利科学工作者关注的热点问题。3河流生态系统健康及评价方法3.1河流生态系统健康内涵及意义河流生态系统健康与社会、经济、人类、生态环境等密切相关，在区域水平上可以理解为是资源安全、环境安全和经济安全的有机统一。一个健康的河流生态系统应该具有合理的组织结构和良好的运转功能，系统内部的物质循环和能量流动未受到损害，对长期或突发的****自然或人为扰动能保持着弹性和稳定性，并表现出一定的恢复能力，整体功能表现出多样性、复杂性。能够满足所有受益者的合理目标要求，具体表现为根据区域发展需求，合理利用分配水资源，保证不同区域利益的均衡，同时改善生态环境。其内涵是动态变化的，在不同时间尺度和不同空间尺度具有不同涵义。河流生态系统具有调节气候、改善生态环境、维护生物多样性以及一定的社会服务等众多功能，需要采用一定的指标和方法来监测河流环境条件的各个方面，即从多角度来评估河流的健康状况，从而提供对其整治以及管理有用的信息，提高受损河流的健康状况，保护健康河流，满