我国红树林生态系统健康评价研究现状及展望

汪晖 章金鸿

(广州市环境保护科学研究院 广东广州 510620)

红树林是生长在热带亚热带海岸低能潮间带的木本植物群落。她不仅有独特的生态特性和生态服务功能,且蕴藏着极丰富生物多样性和生物资源,在保障沿海生态安全和生物多样性保护等方面有着举足轻重的地位 ,已引起有关国家政府和学者的深切关注[1,2]。然而近几十年来,人类不合理开发活动导致了红树林湿地面积剧减、生物多样性下降、生态服务功能变弱,致使红树林保护管理难度加大。迄今为止,在国内红树林湿地生态学研究涉及了红树林与全球变化、生态系统服务功能、污染生态、生态恢复等诸方面,但生态系统健康评价研究仍未得到足够重视。开展红树林生态系统健康评价研究,分析该生态系统的结构与功能过程,不仅有助于探明其健康维持机制,而且可以对红树林的退化进行预警,继而针对不同的健康状况制定适应性的管理策略,最终实现保护、恢复和合理利用红树林资源的目的。本文就我国在红树林生态系统健康评价方面的研究现状进行了总结,并对今后的相关研究予以展望。

1 湿地生态系统健康的定义和评价方法

1.1 湿地生态系统健康的定义

生态系统健康是新兴的生态系统管理学概念,在20世纪80年代由加拿大学者Schaeffer率先提出。Costanza(1992)[3]定义生态系统健康如下:若一个生态系统是稳定的、可持续的,或有活力的,随时间推移可保持其组织力和自主性,且在胁迫下易恢复,那么它是一个健康的和远离胁迫综合症的生态系统。

1980年以来,湿地生态系统健康评价逐渐成为湿地科学领域研究热点之一。开展湿地生态系统健康方面的相关研究,不仅可加深民众对湿地健康的认识,促进受损湿地恢复重建,且有助于湿地合理开发利用和可持续经营管理,实现生态、社会、经济的整合及协调[4]。目前,表述较为完整的湿地生态系统健康定义有两个。ISEH(International Society for Ecosystem Health)[5]的定义:湿地生态系统健康是指湿地生态系统无疾病反应、稳定的和可持续发展,即生态系统随着时间的推移仍具有活力,且可维持其组织及自主性,在外部应力下易恢复。崔保山等的定义:湿地生态系统健康是指在生态系统内的能量流动和物质循环未遭受损害,关键的生态组分和有机组织保存完整且无疾病,对长期或突发的扰动可保持弹性和稳定性,整体功能表现为复杂性、多样性、活力和相应的生产率,其发展的终极是生态整合性[6]。

1.2 湿地生态系统健康的评价方法

湿地生态系统健康评价是为了给湿地生态系统的健康定义一个期望状态,确定其遭受破坏的阈限,且在政策、法律法规、道德等的约束下,实施有效综合管理[7]。迄今,湿地生态系统健康评价方法常用的为指标体系法和指示物种法。

1.2.1 指示物种法

指示物种法是指依据生态系统的关键物种、特有物种或环境敏感物种等的数量、生物量和生产力等,来反应湿地生态系统的健康状况。研究上述物种的丰度、均度、多样性、个体的化学组成、生长繁殖等特性,可以接反映湿地健康状况[8]。用以评价的指标物种有:幼苗(天然更新的)、海草、硅藻、鸟类、鱼类、哺乳动物和爬行动物等[9]。指示物种法的不足之处如下:(1)有些研究选用的生物类群不能有效反映健康状态[7];(2)指示物种的筛选标准待明确;(3)某些类群或指标的指示作用强弱仍不明确[10];(4)无法实现在不同组织水平、不同尺度的健康评价[11]。

1.2.2 指标体系法

指标包括活力、组织结构、恢复力、生态系统服务功能维持、管理选择、对相邻系统的影响、外源输入减少、对人类健康危害等方面,而其中活力、组织结构和恢复力是最主要指标。

近些年,国内学者对各种湿地类型都建立了生态系统健康评价指标体系。在河口滨海湿地方面,徐福留等(2004)选取了经典的、热动力学的等一系列综合指标,分别从时间和空间维度评价了香港吐露港海岸生态系统健康状况[12]。俞小明等(2006)建立了一套适用于河口滨海湿地的评价指标体系,该体系包括了反映生态特征及功能的各级指标 ,实现了对河口滨海湿地的生态演替阶段、生态特征和生态服务功能的综合评价[13]。

指标体系法是在考虑不同组织水平的类群和不同尺度的前提下,综合评价生态系统的各组织水平的各类信息[14],指标更全面、更具综合性,克服了指示物种法的不足。指标体系法综合了生态特征、自然功能及社会环境指标,体现了生态系统对外部环境的影响与响应,实现了生态、经济和社会的一体化[7]。

2 我国红树林生态系统健康评价研究现状

近年来,红树林评价与管理已成为国际海洋环境领域热点[15]。Samoura等(2007)在战略环境评价(SEA)基础上,研究了红树林管理中所面临的各类压力,其结果为红树林可持续管理提供了决策依据[16]。Sirikulchayanon等(2004)应用GIS手段研究了2004年印尼大海啸对红树林所造成的影响,发现红树林郁闭度与其消波功能呈正相关,其研究结果将支持今后红树林重建和管理[17]。Kaplowitz(2001)在墨西哥沿海地区评价了红树林生态系统产品及服务功能,调研发现当地红树林受益者并不认为提供木材及木制品是红树林最重要的服务功能[18]。Adeel等(2002)在一些亚太地区发展中国家(柬埔寨、印度尼西亚、马来西亚等),以GIS为基础研究了不同沿海开发和管理方式对红树林生态系统的健康、生物多样性和服务价值影响[19]。

国内,红树林生态系统健康评价研究起步稍晚。陈铁晗(2001)以漳江口红树林湿地为研究对象,从多样性、稀有性、典型性、脆弱性等9方面,对其生态质量予以了评价[20]。区庄葵等(2003)从典型性、多样性、稀有性、自然性等各方面,就珠海淇澳岛红树林生态系统质量进行了评价[21]。徐福留等(2004)在香港吐露港的红树林生态系统健康评价中,提出了海岸带生态系统健康评价5个步骤,所选用的评价指标包括应力指标和响应指标,涵盖物理的、化学的、生物的、一般生态系统和生态系统服务功能各方面[7]。Laura等(2005)将红树林生态系统的生物生态学特征引入评价指标体系,建立了佛罗里达州河口健康评价模型[22]。Holguin等(2006)以墨西哥Ensenada de La Paz泻湖地区为例,研究了城市发展对干旱地带红树林生态系统健康的影响。刘剑秋等(2006)对闽江河口红树林湿地进行了生态系统质量评价,认为其多样性丰富、典型性强、稀有性很强、人为活动强度弱,整体生态质量良好[23]。邓小飞等(2006)围绕着典型性、生物多样性、稀有性等方面,对江门红树林保护区进行了生态评价[24]。唐以杰等(2006)在开展底栖动物调查基础上,运用丰度生物量比较法,评价了湛江红树林保护区环境状况[25]。吴筠等(2007)借鉴森林可持续经营指标体系,针对福建红树林构建了一套红树林可持续经营指标体系,确定了21个评价指标测算方法、各指标参照值及指标值计算方法,利用该评价体系对漳江口红树林保护区的经营现状进行评价[26]。王计平等(2008)以海南东寨港红树林保护区为例,基于社区居民调查,利用模糊数学理论及方法,建立了各评价指标的隶属函数和多级模糊综合评判的数学模型,对该保护区的红树林湿地环境质量进行了评价[27]。

陈传明等(2009)以漳江口红树林湿地保护区为研究对象,采用了多样性、代表性、自然性等7项指标,建立了等级化的生态评价体系,利用AHP法计算指标权重,并对漳江口保护区进行了生态评价[28]。王树功等(2010)基于PSR模型对珠海淇澳岛红树林生态系统的健康状况进行了评价[29]。王玉图(2010)基于PSR模型并结合AHP法,建立了红树林生态系统健康评价指标体系,并通过评价模型计算出各典型样地的综合健康指数,研究得出:我国红树林健康状况的区域性差别比较大,其中福建、广西红树林平均健康状况为亚健康,广东、海南的为健康,但全国范围内总体为亚健康[30]。

3 我国红树林生态系统健康评价的研究展望

3.1 我国红树林生态系统健康评价研究中存在的问题

在较早的红树林生态系统健康评价研究中,我国的研究者往往仅选用单指标(单因素、单方面)的评价方法,而红树林湿地健康状况的影响因素既多又繁杂,单方面评价很难全面真实地反映红树林湿地的健康状况。

2007年以后,国内开始出现了多因素、定量的红树林生态系统健康评价研究。吴筠等(2007)采用综合评分法结合AHP法、赋值法,构建了一套红树林可持续经营指标系统,利用漳江口红树林保护区资料,计算出该保护区21个指标变量的实际值、评价值,结果显示该保护区可持续经营综合指数为0.797,经营状况总体为弱可持续性[26]。王计平等(2008)从自然资源环境、环境污染、生态环境治理等5个方面,构建了湿地环境质量评价指标体系,对东寨港红树林湿地的环境质量进行模糊综合评判,得出湿地环境质量总体较好[27]。王玉图(2010)以PSR模型为逻辑基础建成红树林生态系统的健康评价指标体系,对广东、广西、福建、海南等各省的典型红树林湿地进行健康综合评价,且研制出基于Microsoft Visual Basic平台的红树林健康评价数据库。

由于评价方法的不确定性,采用不同方法对同一红树林湿地生态系统进行计算,其健康评估结果差异明显。在现有评价方法中,对不同方法的适用范围、准确性和一致性等问题仍研究得不够。虽然提出对活力、组织和恢复力的评价方法,但实际可操作性较差。国内文献多使用AHP法等方法来评价红树林生态系统的健康状况。综上所述,国内红树林生态系统健康评价研究起步较晚、成果不多,且迄今仍无公认的评价指标体系及标准。

3.2 我国红树林生态系统健康评价研究展望

3.2.1 红树林生态系统健康评价的基础研究

利用RS和GIS等先进技术手段结合传统的野外植被调查等,全面开展红树林湿地及其资源的调查与监测,为该生态系统的健康评价提供详实可靠的基础数据。同时,红树林湿地数据库的编制、不同比例尺红树林湿地的制图,以及红树林生态系统过程与格局时空变化规律、健康维持机制等方面的研究也亟待深入。

3.2.2 红树林生态系统健康评价指标体系的构建

评价指标体系的建立是生态系统健康评价的核心。迄今为止,红树林生态系统健康评价指标方面研究得不多,也未建立公认的、统一的综合评价指标体系。鉴此,红树林生态系统健康评价体系的构建与完善,将是以后红树林生态学领域研究热点之一。

国内的红树林生态健康评价指标体系研究主要考虑了其生态特征指标,但是由于人类活动对湿地的扰动范围与尺度越来越大,已从以往的单一压力向多压力、生态系统尺度向区域尺度乃至全球尺度发展。红树林生态系统健康的评价指标除了包括该生态系统结构、功能和过程指标,也应包括社会经济、人类健康等指标,才能更准确地反应其多尺度、多压力特征。同时,具体构建健康评价指标体系时,也应尽量避免过于庞杂、无所不包(选用的指标过多),否则势必影响其可操作性和可比性。

3.2.3 红树林生态系统健康评价模型方法的完善

生态系统健康评价的具体模型方法通常有综合指标法和模糊综合评价法。综合评价方法(基于AHP法的)在以往的相关研究中应用较广泛,而模糊综合评价法应用得不多。随着生态系统健康评价研究的不断深入,物元分析、人工神经网络等评价方法也可能被引入,而各种方法的适用范围和优缺点各异,在实际应用时应根据具体情况而定。

[1]Alongi, D.M. 2002.Present state and future of the world's mangrove forests[J]. Environmental Conservation, 29(3): 331-349.

[2]王友绍.2008.海上绿色长城—红树林[J].生命世界,226(8):1-1.

[3]Costanza, R. 1992. Toward an operational definition of health[A]. n:Costanza R,Norton B, Haskell B. Ecosystem Health-New Goals for Environmental Management[C]. Washington DC: Island Press.

[4]崔保山,杨志峰.2001.湿地生态系统健康研究进展[J].生态学杂志,20(3):31-36.

[5]李文华,赵景柱.2004.生态学研究回顾与展望[M].北京:气象出版社.

[6]崔保山,杨志峰.2003.湿地生态系统健康的时空尺度特征[J].应用生态学报,14(1):121-125.

[7]武海涛,吕宪国.2005.中国湿地评价研究进展与展望[J].世界林业研究,18(4):50-53.

[8]罗跃初,周忠轩,孙轶.2003.流域生态系统健康评价方法[J].生态学报,23(8):1606-1614.

[9]Wang Y K, Stevenson R J, Sweets P R, et al. 2006.Developing and testing diatom indicators for wetlands in the Casco Bay watershed, Maine, USA [J] . Hydrobiologia, 561(1):191-206.

[10]Cole C A. 2002.The assessment of herbaceous plant cover in wetlands as an indicator of function [J] . Ecological Indicators,2 (3): 287 - 293.

[11]罗跃初,周忠轩,孙轶.2003.流域生态系统健康评价方法[J].生态学报,23(8):1606-1614.

[12]Xu F L,Lam K C, Zhao Z Y, et al. 2004.Marine coastal ecosystem health assessment: a case study of the Tolo Harbour,HongKong, China[J].Ecological Modelling,173(4): 355-370.

[13]俞小明,石纯,陈春来,等.2006.河口滨海湿地评价指标体系研究[J].国土与自然资源研究,(2):42-44.

[14]马克明,孔红梅,关文彬,等.2001.生态系统健康评价:方法与方向[J].生态学报,21(12):2106-2116.

[15]Mumby, P. J., Edwards, A. J., Ernesto Arias-Gonzalez, J., et al. 2004. Mangroves enhance the biomass of coral reef fish communities in the Caribbean [J]. Nature, 427, 533-536.

[16]Samoura, K., Bouvier, A.L., Waaub, J.P. 2007.Strategic Environmental Assessment for Planning Mangrove Ecosystems in Guinea[J]. Knowledge, Technology, Policy, Winter, 19(4): 77-93.

[17]Sirikulchayanon, P., Sun, W., Oyana, T.J. 2008.Assessing the impact of the 2004 tsunami on mangroves using remote sensing and GIS techniques[J]. International Journal of Remote Sensing,29(12): 3553-3576.

[18]Kaplowitz, M.2001. Assessing mangrove products and services at the local level: the use of focus groups and individual interviews[J]. Landscape and Urban Planning, 56: 53-60.

[19]Adeel Z, Pomeroy R. 2002.Assessment & management of mangrove ecosystems in developing countries[J]. Trees, 16(2-3),235-238.

[20]陈铁晗.2001.福建漳江口红树林湿地保护区生态系统现状与评价[J].福建林业科技,28(4): 25-26.

[21]区庄葵,郑全胜,黄俊泽,等.2003.珠海淇澳岛湿地红树林保护区现状评价[J].广东林勘设计,(4):1-4.

[22]Laura G, Roberto T, Graem e S, et al. 2005. Marine /Estuarine Site Assessment for Florida: A Frame work for site prioritization September [ EB /OL] . [ 2009-5-4 ]. http: //www.Florida conservation. org /docs/Wild life Habitats/.

[23]刘剑秋,曾从盛,陈宁.2006.闽江河口湿地研究.北京:科学出版社.

[24]邓小飞,黄金玲.2006.广东江门红树林保护区生态评价.林业经济,(8):68-70.

[25]唐以杰,余世孝,柯芝军,等.2006.用ABC曲线法评价湛江红树林保护区的环境状况.高等教育学院学报,26(3):70-74.

[26]吴筠,刘金福,李俊清,等.2007.福建沿海红树林可持续经营评价指标体系构建.江西农业大学学报,29(5):778-783.

[27]王计平,邹欣庆,左平.2007.基于社区居民调查的海岸带湿地环境质量评价-以海南东寨港保护区为例.地理科学,27(2):249-255.

[28]陈传明.福建漳江口红树林湿地保护区的生态评价[J].杭州师范大学学报(自然科学版),2009,8(3):209-213.

[29]王树功,郑耀辉,彭逸生,等.2010.珠江口淇澳岛红树林湿地生态系统健康评价.应用生态学报,21(2):391-398.

[30]王玉图.2010.中国红树林生态系统健康评价体系研究[D].广州:中国科学院南海海洋研究所.