海洋生态系统健康评价

通过对生态系统的监测与观察，人们会获取数以万计的数据和资料，但这些信息是杂乱无序的。Karr（1999）指出需要建立一种方法，将这些复杂的生态系统信息转化为简易、可读的信息，并用来支持管理决策，此方法即生态系统健康评价。生态系统健康评价，不仅包括了个体、种群、群落和系统的综合水平，还兼收了物理生化指标、社会经济和人类健康指标，反映了生态系统为人类社会提供生态系统服务的质量与可持续性（Rapport，1998；李瑾等，2001）。生态系统的健康评价的目的并不仅限于为生态系统诊断疾病，而是要定义生态系统的一个期望状态，确定生态系统被破坏的阈限，并在文化、道德、政策、法律的约束下，实施有效的生态系统管理。

（一） 评价标准

生态系统健康概念是随着人的主观认识与需求而发生改变的，虽然对象是生态系统，但是以人的感受和利益为出发点，只不过人们越来越把自身的角色放入生态系统中来考虑。管理者、决策者、普通公众需要知道海洋生态系统处于一个什么状态。与评估人的身体健康程度类似，评估海洋生态系统的健康状态需要具体量化的指标。显而易见，这些指标的选取对不同类型、不同区域的海洋生态系统来说，并非完全一致。同时海洋生态系统健康评价是具有时空属性的。时空性不仅是指评估对象的具体空间范围、评估的时间尺度；更是指人们对海洋生态系统健康的认识，随着社会经济发展水平和区域性差别而不同。从某种角度来说，各种评价标准与指标的选择均没有错误（没有对与错之分），只是它们反映不同的价值取向，代表不同研究者的认识。

生态系统健康评价的具体标准可分为活力、恢复力、组织力、生态系统服务的维持、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，其中最重要的是前三个部分（Costanza，1992；肖风劲和欧阳华，2002）。

（1）活力，即活性、代谢及初级生产力，表示生态系统的能量输入和营养循环容量，具体指标为初级生产力和物质循环。在海洋生态系统中用海洋浮游植物叶绿素含量表示海区初级生产力的高低。能量输入越多，物质循环越快，活力就越高，但过多的能量输入可能会导致局部海域水体富营养化，叶绿素含量过高，最终形成赤潮等危害。

（2）恢复力也称抵抗力，表示胁迫消失时，系统克服压力及反弹恢复的容量，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。这也是判定海洋生态系统是否健康的重要标准之一。健康的海洋生态系统在面对自然干扰时，必须拥有着较强的抵抗力和较快的恢复速率。例如，红树林保持健康状态，能够使近岸海洋生态系统承受住海啸和飓风等自然灾害，并在灾后得到有效恢复，维持较好的恢复力。

（3）组织力根据系统组分间相互作用的多样性及数量来评价，可选用物种多样性指数和丰富度指数来反映海洋生态系统的组织力。一般认为海洋生态系统组织类群庞大，海洋生态系统的组织性越复杂，即生物多样性越高，就代表着该海洋生态系统越健康。

（4）生态系统服务的维持是指服务于人类社会的功能维持，如提供海洋食物和能源。健康的海洋生态系统会充分地提供这些生态服务，但是越来越多的人类需求和不合理利用，使得海洋生态系统服务减少，不能很好地维持。

（5）管理选择是指健康的生态系统支持许多潜在的生态系统服务，如提供休闲娱乐场所等。退化或遭受破坏的生态系统则不具备这些服务，如被石油污染的海滩一定时期内不再具有供人们休闲娱乐的服务。

（6）外部输入减少意味着健康的生态系统不需要额外的投入来维持其生产力，尽量减少每单位产出的投入量，不增加人类健康的风险。

（7）对邻近系统的影响指健康的生态系统不以其他相邻的系统的破坏为代价来维持自身系统的发展，能够做到和平共处。

（8）人类健康本身就是很好的评价生态系统是否健康的标准，健康的海洋生态系统应该有能力维持人类的健康。

（二）评价方法

（1）指示物种法。利用特定物种的有无来判定生态系统健康与否的一种方法。由于某些特定生物与环境质量之间有着显著的相关性，所以可以用该物种来反映生态系统的健康程度，如鱼类和其他海洋哺乳类等。

（2）生物类别比例法。利用系统内不同种类的生物比例来判断生态系统的健康状态，如浮游植物与浮游动物的比例等。

（3）特定化合物指示法。即由某些化合物的浓度来判断生态系统的状态，如总氮和总磷浓度所指示的富营养化程度等。

（4）营养级分析法。将某一营养级的全部生物浓度作为判断系统健康的依据。例如，浮游植物浓度可指示富营养化水平，高营养级生物种群数量较高则代表了一个良好的生态系统状态。

（5）生态过程速率法。利用初级生产速率、死亡率或呼吸速率等进行判定的方法。例如，较高的初级生产率表示系统较为健康，而死亡率较高则代表系统存在问题。

（6）指标体系法。通常利用一组指标来表示生态系统的健康状态。例如，EPODUM是用来反映生态系统早期和成熟期的混合指标（包括能量指标、结构指标和稳定性指标），可以利用这些指标来判断系统是处于初期发展阶段还是成熟稳定的系统。

（7）整体指标法。使用生态系统的抵抗力、恢复力、缓冲能力、多样性等能够表征生态系统整体特征的指标来判断生态系统的健康状态。这种方法如同中医诊断，通过一些能够代表生态系统特征、反映生态系统变化的指标来判断生态系统的健康程度。

（8）热力学指标法。根据热力学变量等指标来判断生态系统的健康，这些指标并不分析系统的细节和内部过程，如系统所捕获的能量、成本/效益指标（系统的生态和经济贡献）等。

海洋生态系统健康评价方法主要有指示物种法、指标体系法、营养级分析法和生态过程速率法，最为常用的方法是指示物种法和指标体系法。

指示物种法主要利用某些关键海洋生物的健康程度来反映生态系统健康，包括单物种评价法和多物种评价法。前者是选择一种最为敏感的物种，用以反映生态系统所受影响的程度以及恢复程度（沈文君等，2004）。多物种评价法主要是选定一系列指示生物，建立多物种评价指标体系，用以反映生态系统的健康程度（张宏锋等，2003）。该方法简单，需要数据较少，具有良好的可操作性。但是随着研究发现，该方法还存在着明显的缺点：指示物种的筛选标准不能很好地确定，很难选择合适的海洋类群来表征其状态；监测参数的选择也会给评价带来偏差。

1978年由美国学者倡议，成立了国际性贻贝监测计划工作组，制订了贻贝监测计划又称“贻贝合中计划”（见插文）。旨在通过监测海洋贝类体内污染物的残留水平，反映近岸海域的环境质量状况。监测的贝类品种除贻贝和牡蛎外，还有菲律宾蛤仔（Ruditapes philippinarum）、文蛤（Meretrix meretrix）、四角蛤蜊（Mactra veneriformis）、毛蚶（Scapharca subcrenata）、缢蛏（Sinonovacula constricta）等。2004年的监测结果显示，我国近岸海域镉、铅、砷等污染物在部分贝类体内的残留水平较高，部分地点贝类体内石油烃、六六六、滴滴涕和多氯联苯的残留量有超标现象，表明近岸环境受到不同程度污染（2004年中国海洋环境质量公报）。

贻贝监测计划

贻贝监测计划（Mussel Watch Program）是利用双壳类软体动物（主要是贻贝和牡蛎作为指示生物）体内的污染物残留量，监测和评价海洋化学污染状况及化学浓度场空间和时间的分布趋势（阎启仑等，1996）。国际贻贝监测计划始于20世纪70年代末，我国1982年也正式参加了这个计划。贻贝和牡蛎是世界海洋的广分布种，又是广大人民喜爱的海产食品和重要海洋生物养殖种类，对多种污染物有很高的累积能力。因此贻贝监测计划的实施，可以揭示世界和区域海洋环境的污染现状和变化趋势，评估人类活动对近岸海洋环境质量造成的影响。

指标体系法运用海洋生态系统的多个相关评价因子，更适应海洋生态系统的复杂性、多样性，是目前国内外最常用的海洋生态系统健康评价方法。该方法根据生态系统特征选择能够表征其特点的参数，建立指标体系，并对指标进行度量，确定每项指标的权重系数，最后构建评价体系。该方法综合了多学科研究内容，虽然运行周期长、获取资料费用大，但是适用范围较大，其结果可以综合反映生态系统内部不同要素之间的相互作用和同一要素层上不同种群之间的相互作用。同时该方法还考虑到了不同生态尺度变化时监测指标的改变，适用于具有复杂性和不稳定性的海洋生态系统健康状况评价（丁德文等，2009）。

1992年联合国环境规划署（United Nations Environment Programme，UNEP）在巴西里约热内卢召开的联合国环境与发展大会（United Nations Conference on Environment and Development，UNCED）明确提出了要建立完整的生态系统健康指标体系以进行海洋生态系统健康监测。2012年，Benjamin S.Halpern等研究者建立了一个综合指数——海洋健康指数（Ocean Health Index，OHI）来评估全球海洋的健康状况和海洋为人类提供福祉的能力（图8-18）。该指数是由10个方面的指标组成的指标体系计算所得的结果，包括了食物供给、非商业性捕捞、天然产品、碳汇、生计、旅游与度假、清洁的水资源、生物多样性、地区归属感、安全海岸线等。每一方面的指标均能够反映一个健康的海洋生态系统为人类提供生态、社会与经济福祉的能力（Halpern等，2012）。

图8-18　海洋健康指数的概念框架

（Halpern等，2012；http://www.conservation.org.cn）

（三） 评价步骤（指标体系法）

海洋生态系统健康评价步骤一般包括现状调查、问题分析、健康诊断和综合管理（图8-19；Rapport等，1999；Xu等，2004）。

图8-19　海洋生态系统健康评价步骤（参考：Rapport等，1999；Xu等，2004）

在现状调查过程中，首先需要确定评价区域边界。其次针对待评价海区的社会发展和生态环境的历史与现状开展调查，如调查海洋资源开发利用情况、海岸工农业发展情况、以及海洋环境和生物资源等情况。然后针对现状调查，分析历史演变趋势，分析待评价海区生态系统的压力以及响应。例如，针对石油污染海域分析其水体、沉积物以及生物体内的物理反应、化学反应、基因系统水平响应以及生态系统功能层次的响应等。

生态系统健康评价的关键点和难点在于健康诊断，包括筛选评价因子、建立评价指标体系、构建评价模型并确定权重、确定健康等级等。正确地选取评价因子是构建海洋生态系统健康评价模型的基础。其选取遵循8项原则（Dale & Beyeler，2001）：容易测量；对生态系统受到的压力敏感；能够有先兆地对压力产生反应；具有预测性，如可以表征生态系统中关键特征将出现的变化；能够预测变化，这种变化是可以利用管理行动控制的；是综合的整体，能测量覆盖所有生态系统重要组成的变化；能够对人类活动的压力产生一种众所周知的响应，并能随时间变化；在响应中存在尽可能少的变动。

确定评价因子的权重也是进行生态系统健康评价的关键。其方法有很多，多数研究者倾向于采用层次分析法等综合评价方法（见插文）。评价指标以及指标权重确定后，可根据评价公式，计算得到海洋生态系统的健康评价指数，并根据各国制定的标准确认待评价区域的健康等级。计算公式如下：

其中，CEHindx为近岸海域生态系统健康综合评价指数；Wi为第i个指标的权重；n为指标总数；Ei为第i个指标值。

层次分析法

层次分析法（analytical hierarchy process，AHP）是由美国学者Thomas L.Saaty于20世纪70年代提出的一种定性与定量相结合的多目标决策分析方法。其原理是将一个复杂的被评价系统，按其内在的逻辑关系，以评价指标为代表构成一个有序的层次结构，然后运用专家的知识、经验、信息和价值观等，对同一层或同一域的指标进行两两比较，从而构建判断矩阵。然后通过求判断矩阵的最大特征值及其正交特征向量，得到这一层指标所对应的权重，在此基础上进行层次总排序和组合一致性检验。

层次分析法的基本过程：①构建层次结构，通过把指标分层次，形成一个自上而下的支配关系构成的层次结构；②建立判断矩阵，对每一层次中要素的相对重要性进行判断，即判断本层次要素对上层对应要素的重要程度，对要素进行两两比较，得到标值，从而建立比较矩阵；③最后通过计算求得判断矩阵的特征向量，即权重值。

海洋生态系统健康评价的最终目的是为海洋管理与决策服务。生态系统健康评价是开展海洋综合管理的基础，同时也是综合管理的目标。生态系统健康评价为海洋环境管理提供了新的手段和技术，而良好的综合管理措施是维持海洋生态系统健康的保证。在综合管理过程中，必需注意生态系统的动态性原理、多样性原理以及层次性原理，只有这样才能实现海洋生态系统健康的可持续性。