生态环境学报

生态环境学报2009,18(1):[e-mail]基金项目：环境保护部科技支撑项目（1440800002）作者简介：於方（1972年生），女，副研究员，博士，主要从事环境经济核算、环境规划等方面的研究。E-mail:[e-mail]*通讯作者，E-mail:[e-mail]收稿日期：2008-11-26生态恢复的环境效应评价研究进展於方1，周昊1*，许申来2,31.环境保护保部环境规划院，北京100012；2.中国科学院生态环境中心城市与区域国家重点实验室，北京100085；3.中国科学院研究生院，北京100039摘要：生态恢复环境效应评价即对受损生态系统恢复进行评价，是恢复生态学研究的重点。对生态恢复的环境效应进行科学、客观和准确的评价，不仅是生态恢复的重要组成内容，而且也为生态恢复进一步实施提供重要指导。文章在系统总结生态恢复的环境效应评价研究进展的基础上，归纳了目前生态恢复的环境效应评价研究中存在的问题，对今后生态恢复环境效应评价研究进行了展望：（1）将实地监测结果应用到区域恢复效应评价中；（2）提高生态恢复评价指标体系的普适性与实用性；（3）推进生态恢复效应评价指标贡献的量化研究；（4）加强生态恢复区域效应的研究；（5）重视外来种对生态恢复评价的影响。关键词：生态恢复；环境效应；评价；进展中图分类号：X142文献标识码：A文章编号：1674-5906（2009）01-0374-06生态恢复是指使受到损害的生态系统从远离其初始状态的方向回到干扰前的初始状态所作的努力[1]。生态恢复包括了重建、改建、改造、再植等含义。生态恢复不是自然生态系统的自然演替，而是人们对退化生态系统有目的的改造；不是物种的简单恢复，而是对生态系统的结构、功能、生物多样性进行全面的恢复。自20世纪90年代以来，中国已经实施了一大批生态恢复工程,如退耕还林还草工程。因此针对国家生态恢复与生态建设的环境效应和国家对生态建设效应评估的需求，对生态恢复工程的环境效应进行科学、客观和准确的评价，不仅为生态恢复提供重要的理论指导和实施方向，而且为实现生态系统健康持续发展提供科学依据。本文在系统总结生态恢复环境效应评价研究进展的基础上，指出了目前生态恢复环境效应评价研究中存在的问题，并对今后生态恢复的环境效应评价研究进行了展望，从而为生态恢复环境效应评价提供新思路和新方法。1生态恢复效应评价研究进展及其存在的问题1.1生态恢复效应评价指标生态恢复效应评价主要包括生态效应评价，经济效应评价和社会效应评价，经济效应评价和社会效应评价合称为生态效益评价。生态效应评价的内容主要是生态指标的评价，例如：期望出现物种的频度，植物和动物多样性，自然更新能否发生，适量的固氮树种数，目标种出现，适当的植物覆盖率，土壤表面稳定性，土壤有机质含量，水土保持等。生态效益评价的内容主要是社会经济指标的评价，例如：人口稳定，商品价格稳定，食物和能源供应充足，农林业平衡，从恢复中得到经济效益与支出平衡，对肥料和除草剂的需求等。2004年国际生态恢复协会(ser)提出了评价生态恢复效应分析的主要方向[2]，作为恢复的生态系统应该具有以下特点：（1）与参考地点具有类似的物种多样性和群落多样性；（2）本地物种的出现；（3）对于生态系统长期稳定起重要作用的功能群体的出现；（4）生态系统能够为种群繁殖提供生境的能力；（5）生态系统功能维持能力；（6）生态系统景观的整体性；（7）生态系统潜在威胁的消除；（8）生态系统对于自然干扰的恢复力；（9）生态系统自我支持能力。以上9个方面总体上可以分成三类指标,即生物多样性指标、植被结构指标和生态过程指标。对它们的评价可以反映生态系统恢复的轨迹和自我维持的能力。因此生态恢复效应评价可以从以上三类指标中选择能反映生态系统功能的指标，并选取两个参考地点来评价生态恢复效应。1.1.1生物多样性指标生物多样性是生态恢复的基础和源泉，生物多样性总体水平的提高又是生态恢复的主要目标。生物多样性评价通常是通过对不同营养级的生物体丰富度和多度来量度[3-4]。另外不同功能群的物种多样性是生态系统的恢复力评价的间接量度。生物多样性评价指标主要包括微生物、真菌、植物、无脊於方等：生态恢复的环境效应评价研究进展375椎动物、脊椎动物的丰富度。生物多样性评价昀常用的是植物丰富度和节肢动物丰富度。例如Kindscher和Tieszen选取多种植物来评价恢复的环境效应[5]；例如vanAardeetal.(1996)通过监测贝足纲节动物、甲虫、鸟类以及啮类动物的丰富度来评价南非海岸沙丘的恢复状况[6]；Nichols(2003)通过监测蚂蚁、爬行动物、鸟类，哺乳动物丰富度来评价澳大利亚采矿后红柳、桉树的恢复状况[7]。随着研究的进一步深入，生物多样性的评价已经开始关注动物多样性，无脊椎动物通常认为可以代表不同的功能群体，因为他们在养分循环中起着非常重要的作用[8]。脊椎动物经常被选取作为以野生动物保护区恢复的生态恢复指标。尽管选取哪一种群体作为评价生态恢复昀好的指标至今没有统一结论，但是选取多种有机群体以及不同营养级上的合适群体对于评价生态恢复效应是至关重要的。1.1.2植被结构指标植被群落结构评价指标主要包括：植被覆盖、植被密度、植被高度、枯枝落叶结构（枯枝落叶层的数量、覆盖以及生物量）[9-10]。例如，Parrota和Knowles(1999)用灌木层盖度、植被密度、灌层高度、枯枝落叶层深度来评价开矿后热带雨林恢复状况[11]。选取植被群落结构作为评价指标的一个重要原因是植被群落结构的恢复是动物群落和生态过程恢复的先决条件[12-13]。例如植被群落结构与鸟类的恢复相关性很强[14]。另外一个重要原因是植物群落结构作为评价指标，其数值很容易测量，而且所需时间较短，几乎不存在季节差异。但是评价鸟类群落的恢复则需要考虑鸟类群落的季节差异[15-16]。同样对于生产力和分解作用的监测由于季节的变异至少需要一年的时间。1.1.3生态过程指标土壤性质的变化、养分循环和生物学的相互作用等生态过程可以反映生态系统的恢复能力。因此生物之间相互作用，营养元素库以及土壤有机质可以作为评价生态过程的基本指标。生物之间相互作用的恢复对于生态系统长期功能至关重要，菌根作为生物之间作用中介，在许多研究中得以应用。例如，Moynahan等(2002)定量评价采矿地金属污染后的植被重建过程中的灌木菌根入侵状况评价矿上生态恢复效应[17]。养分循环指标反映了生态系统有多少有机元素和无机元素支持有机体的生存，因此有些研究引入营养元素以及土壤理化性质等指标来评价生态恢复效应，例如Rhoades等(1998)通过分析土壤氮含量、土壤有机质含量、土壤有机碳以及枯枝落叶量来评价厄瓜多尔山区热带雨林土壤和环境的恢复状况[18]。田应兵等（2004）通过土壤有机质的数量、分布以及质量变化来评价若尔盖高原生态恢复状况[19]。由于生态过程恢复是一个长期的过程，因而生态恢复评价周期应根据生态恢复的特点是适当延长。例如采矿后土壤的恢复需要至少5年的监测来和参考系统对比[20-23]。另外生态过程需要多方面监测，这无疑增加了项目的成本和时间[24]。因此，大多数研究一般进行瞬时监测，或者测量能够表征生态过程的指数。而在实际评价过程中，对于生态过程的量度基本上是测量表征某一生态过程的瞬时指标。1.2生态恢复评价指标体系和评价方法1.2.1生态恢复环境效应评价指标体系评价指标体系的确定是进行生态恢复效应评价研究的关键，评价指标体系的指标必须与相关参考系统相比较，参考系统应该距离恢复生态系统距离很近，受到类似的自然干扰评价时还应该参考系统之间的差异，因此昀好选择两个以上的参考系统。在实际评价过程中，生物多样性、植被群落结构、生态过程已经成为生态系统恢复评价的主要指标，而且一般情况下至少会选择其中的两个指标进行生态恢复评价。许多学者提出了一些生态系统恢复重建的标准及指标体系。例如，肖辉杰等（2005）选取植物多样性指标（种类、丰富度、均匀度、多样性指数）和生态过程中的土壤理化性质指标（土壤有机质含量、碱解氮、速效钾、细沙、极细沙、粘粒含量、ph值）来评价京郊荒滩生态恢复初期的的环境效应[25]。但是这些指标还不够完整，应该增加维持种群再生能力、景观完整性、系统可持续性等指标，随着研究进一步的深入，大量的生态恢复指标被引入生态恢复评价指标体系，尽管这些指标更加全面的反映了生态恢复的环境效应，但是由于指标种类众多，而且指标之间相关性较大，信息量重复较多，从而导致评价的工作量增加，评价效率降低。目前生态恢复评价面临的主要问题是如何选取评价指标，指标体系如何建立。评价指标的选取应该全面反映生态系统的特点，而且不易过多；指标体系的建立关键在于评价方法的选择，好的评价方法不仅可以弥补指标选取时的弊端，而且关系到评价指标体系的准确性和合理性。华国春等（2005）结合拉鲁湿地的退化现状和环境特征，构造了包含湿地非生物环境特征、湿地生物特征以及湿地系统特征3个综合指标和16个评价因子在内的一整套较为系统、完整且操作性强的湿地评价指标体系[26]，并采用层次分析法完成了拉鲁湿地生态恢复综合评价(把生物多样性和植被结构以及生态过程结合在一起)，得出湿地景观对外界干扰的恢复力降低、376生态环境学报第18卷第1期（2009年1月）湿地景观的生态环境质量明显退化等结论。尽管该研究所选取的指标体系较为完整，而且操作性很强，但是所采用的层次分析法确立各种评价指标的权重时，专家意见主观性较强，导致评价结果缺乏客观性。对于生态恢复评价指标体系的建立应该遵循以下几个原则：(1)科学性：评价指标的建立应该基于生态学的理论，其中包括景观生态学、生态系统健康和生态系统等理论体系。评价指标应该具有明确的科学含义而且能评判生态环境的基本特点以及生态恢复的程度。(2)易操作性：评价指标应该容易获取，而且容易应用。(3)完整性：评价指标应该反映生态系统的发展方向以及特点，其中包括生态系统结构组成、生态系统功能特性、生态系统系统变化以及人类干扰。(4)易比较：各种评价指标应该易于比较，从而有更大的使用范围。(5)代表性和敏感性：评价指标应该对于反映生态环境质量具有代表性，以及对于其变化具有敏感性。(6)独立性：各种评价指标应该相互独立。1.2.2生态恢复评价方法随着生态恢复评价迅猛发展，很多评价方法也随之诞生，目前主要的生态恢复评价的主要方法有统计学方法、综合评价法、模糊评价法、灰色评价法、压力一状态一响应(Pressure-State-Response，PSR)框架模型和空间主成分分析法。常用的统计方法可以分为四类：聚类比较（方差分析、T检验），等级分析（DCA分析，CCA分析、聚类分析），指数法（生物多样性指数），线性比较（回归分析、相关分析、时间轨迹）。例如McKee和Faulkner(2000)选取两个恢复区的不同类型的红树林进行方差分析，评价其生物地球化学循环的恢复状况[27]。例如Watts和Gibbs(2002)利用DCA来分析新西兰草原不同植被结构下地上生活的甲虫的群落组成[28]，评价植被恢复的状况。模糊综合评价法常常要涉及多个因素或者多个指标。比如，要判定某项产品设计是否有价值、每个人都可从不同角度考虑：有人看是否易于投产、有人看是否有市场潜力、有人看是否有技术创新，这时就要根据这多个因素对事物做综合评价。具体过程是：将评价目标看成是由多种因素组成的模糊集合(称为因素U)；再设定这些因素所能选取的评审等级，组成评价的模糊集合(称为评判集v)，分别求出各因素对各个评审等级的归属程度(称为模糊矩阵)；然后根据各个因素在评价目标中的权重分配，通过计算(称为模糊矩阵合成)，求出评价的定量解值。丁立仲等（2006）采用层次分析及模糊综合分析相结合的方法，建立了小流域生态恢复工程效益的