水生态系统健康评价 理论框架指标体系与定量方法.pptx

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1、提 纲I.生态系统健康研究现状II.理论框架及其应用 湖泊生态系统海湾生态系统III.评价方法及其应用直接监测评价法（DMM）生态健康指数法（EHIM）生态模型法（EMM）IV.结论第1页/共52页v 1980s:“健康”概念被引入生态学研究，出现“生态健康”和“生态系统健康”的概念，研究胁迫作用对生态系统的影响及受胁迫生态系统的管理等问题。v三个发展阶段：多样化定义多样化定义 综合定义 学科定义 多样化定义:生态学家、经济学家、哲学家、政治家、环境管理人员综合定义(Costanza,1992)1992)系系统统能能维维持持自自我我平平衡衡、系系统统无无疾疾病病、具具有有多多样样性性或或复复杂

2、杂性性、系系统统的的稳稳定定性性或或恢恢复复力力强强、增增长长活活力力大大、及及系系统统成份间保持平衡。成份间保持平衡。学科定义(ISEH,1998)“具具有有诊诊断断、预预测测和和预预防防特特征征的的,研研究究生生态态系系统统管管理理以以及及生生态系统健康与人类健康之间关系的态系统健康与人类健康之间关系的交叉性的系统科学交叉性的系统科学”研究现状 概念起源与发展第2页/共52页研究现状研究现状 诊断指标诊断指标（1 1）单指标 多指标 综合指标v单指标(早期阶段):用特殊的种或成份作为衡量指标，如 o毒理学家:生物个体健康；o生态学家:种群丰度；o鱼类生态学家:种群的年龄结构;oHannon

3、(1985):生态总产量(GEP)(类似GDP)o这样的指标不够全面，不能反映生态系统的复杂性；o易于使用（特别对管理者）第3页/共52页v多指标（当前主流）:oKarr 等(1986)：生物完整性指数(IBI)：12个指标oRapport 等(1985)：生态系统胁迫指标：即营养物、初级生产力、体长分布、种群多样性及系统的恢复能力。oUlanowicz(1986)：网络优势指数（INA）：包括种群丰度、生态位、发育循环与反馈，及总活力等生态系统的四个重要特征。oKay 等(1991)：河流生态系统健康指标：生物量、输入、输出、生产力、呼吸、循环、Finn 循环指数及优势度等来评价Crysta

4、l 河流生态系统健康（或完整性）。oCostanza(1992)：系统健康指数：HI=系系统统活活力力指指数数*系系统统组组织织指指数数*系系统统恢复力指数恢复力指数oJorgensen(1995):Exergy（Ex）、Structural Exergy（Exst）和和 生生态缓冲容量态缓冲容量等。oDalsgaard(1995,1996)：农业生态系统健康指标：生物量,收成,N 通量,系统管理费用,P/B,H/E,效率,Shinn 指数,Finn 循环指数,优势度,Ex,Exst及生态缓冲容量。oXu等(1999，2001)：湖泊生态系统健康生态指标体系，包括生态结构指标、生态功能指标及生

5、态系统指标。胁迫指标和响应指标。研究现状研究现状 诊断指标诊断指标（2 2）第4页/共52页v综合指标（发展趋势）：（人口 +资源 +环境 +社会社会 +经济经济 +灾害）灾害）o 美、加联合项目美、加联合项目“大湖生态系统健康评价大湖生态系统健康评价”：o生生 物物、生生 态态、社社 会会 经经 济济 和和 人人 口口 健健 康康 等等 方方 面面 的的 综综 合合 指指 标标 体体 系系（Shear,1996）研究现状研究现状 诊断指标诊断指标（3 3）第5页/共52页研究现状研究现状 诊断指标诊断指标（4 4）第6页/共52页研究现状研究现状 进展与问题进展与问题 近年来，在可持续发展思

6、想的推动下，生态系统健康研究近年来，在可持续发展思想的推动下，生态系统健康研究已成为国际生态环境领域新的研究已成为国际生态环境领域新的研究热点热点和联系地球科学、和联系地球科学、环境科学、生态学、经济学及社会科学等学科的环境科学、生态学、经济学及社会科学等学科的桥梁桥梁。在北美在北美,生态系统健康学已成为环境、生态、公众健康、生态系统健康学已成为环境、生态、公众健康、医学、兽医等专业的医学、兽医等专业的一门课程一门课程 v 研究对象单一：单一生态系统；v 研究内容不深入：评价指标、评价方法；第7页/共52页研究现状研究现状国内研究现状国内研究现状v起步晚，发展快起步晚，发展快v相关文献相关文献

7、-中国期刊网中国期刊网o检索词：生态健康检索词：生态健康 or 生态系统健康生态系统健康o主题：主题：93年，第一篇年，第一篇 o篇名：篇名：99年，第一篇年，第一篇 综述文章综述文章 研究文章研究文章305173第8页/共52页II-理论框架及其应用 湖泊生态健康指标海湾生态健康指标第9页/共52页湖泊湖泊湖泊湖泊 生态系统生态系统生态系统生态系统指标指标体系开发体系开发 评价评价方法方法确定确定 定性定量定性定量评价评价 胁迫胁迫因素识别因素识别 生态系统生态系统响应响应分析分析 理理 论论 框框 架架（胁迫-响应关系）应应 用用湖泊湖泊湖泊湖泊 生态系统生态系统生态系统生态系统海湾海湾海

8、湾海湾 生态系统生态系统生态系统生态系统第10页/共52页富营养化酸化重金属污染杀虫剂污染油污染湖泊生态结构、生态功能和系统水平的胁迫效应湖泊化学污染湖泊化学污染胁迫胁迫效应的系统分析效应的系统分析实测数据:富营养化(国内30个+国外31个),酸化+油污染+重金属污染+杀虫剂污染(数十个)试验数据:酸化(4个)+油污染(2个)+重金属污染(2个)+杀虫剂污染(13个)湖泊生态系统指标开发第11页/共52页湖泊对化学污染胁迫湖泊对化学污染胁迫湖泊对化学污染胁迫湖泊对化学污染胁迫的的的的响应响应响应响应湖泊生态结构响应l浮游植物细胞：变大浮游植物细胞：变大l浮游动物个体：变小浮游动物个体：变小l浮

9、游植物生物量（浮游植物生物量（BA)：增加：增加l浮游动物生物量浮游动物生物量(BZ)：减少：减少l小小型型浮浮游游动动物物生生物物量量(BZmicro):增加增加l大大型型浮浮游游动动物物生生物物量量(BZmacro):减少减少l种群多样性指数：减小种群多样性指数：减小lBZ/BA比率比率:减小减小l(BZmacro)/BZmicro比比 率率：减减小小 湖泊生态功能响应l浮游植物初级生产力：降低浮游植物初级生产力：降低l 浮游植物碳吸收率：变小浮游植物碳吸收率：变小l浮游动物碳吸收率：变小浮游动物碳吸收率：变小l 生态转移效率：降低生态转移效率：降低l 毛生产力呼吸率：偏离毛生产力呼吸率：

10、偏离1l 毛生产力生物量：减小毛生产力生物量：减小l 生物量能流比率：减小生物量能流比率：减小 湖泊生态系统响应l生态缓冲容量：降低生态缓冲容量：降低l (Exergy)：降低：降低l (Structural exergy)：降低：降低 火 用结构火 用随胁迫加强第12页/共52页湖泊湖泊 生态系统健康定量表征生态系统健康定量表征 综合指标体系综合指标体系第13页/共52页Location Mainland China海湾生态系统指标开发（香港吐露港）城市化城市化工业化工业化农业发展农业发展资源开发资源开发物理物理 响应响应化学化学 响应响应生物生物 响应响应系统水平系统水平 响应响应生态服务

11、功能响应生态服务功能响应胁迫胁迫 指标指标响应响应 指标指标环境污染环境污染第14页/共52页Land-lockedLength:15 kmAverage depth:10-20 mSurface area:52 km2Velocity:0.04-0.08 m/sThree subzones:harbor,buffer,channelCurrent Seven sample sections Two cities:Tai Po,Sha TinThree Reservoirs:Plover Cove,Shing Mun,Lower Shing Mun第15页/共52页Urbanization19

12、712001Area:21.1 28.3 km2Population:24,000 625,000Stresses-Sha Tin New Town 第16页/共52页19712001Tai Po New Town Area:1.5 5 km2Population:21,000 321,000UrbanizationStresses-第17页/共52页Industrializationn 1971:isolated small factoriesn 1989:seven industry regions with total area of more then 200 ha1989Stress

13、es-第18页/共52页Agricultural developmentLivestock breeding图图3-6 3-6 香港香港19631963年年-1999-1999年饲养猪和鸡的数量年饲养猪和鸡的数量1965 1989Pigs:3,000 6,000 headsChickens:5,000,000 15,000,000 heads Stresses-第19页/共52页Water resource explorationMake a dam,Pump sea water Stresses-第20页/共52页200Fishy resource explorationStresses-第

14、21页/共52页Area&production:30%of the total Mariculture Fish in Tolu HarborFour mariculture fish zones第22页/共52页Ore mine explorationMa An Shan Ore Mine,Only one in Hong KongDuration:1906-1976Outputs:900-170,000 tons per acre 120,000(average)Stresses-第23页/共52页Pollution loading14716474580060001986Stresses-

15、第24页/共52页Physical responsesEcosystem responses1936 19651968 197319688138.5 km265.3 km23.5 m2 m53%65%第25页/共52页Ecosystem responsesChemical responsesBOD5TNTPFaecal coli.第26页/共52页Biological responsesEcosystem responses第27页/共52页Red tides occurrence in Tolo Harbour434Biological responsesEcosystem response

16、s第28页/共52页Ecosystem-serve-function responsesEcosystem responses第29页/共52页v海湾海湾 生态系统健康定量表征生态系统健康定量表征 综合指标体系综合指标体系第30页/共52页III-评价方法及其应用直接监测评价法(相对比较法)（DMM）生态系统健康指数法（EHIM）生态模型法（EMM)第31页/共52页ProcedureSelect indicators Measure directly or calculate indirectly indicator values Assess lake ecosystem health 直

17、接监测评价法（DMM）及其应用实例第32页/共52页Case study：Lake Chao (Indicators&Data)直接监测评价法（DMM）及其应用实例第33页/共52页Case study ：Lake Chao(Results)直接监测评价法（DMM）及其应用实例Bad Good:Aug.Oct(C)Apr.May(A)Jun.Jul.(B)Nov.Dec.(D)Jan.Mar.(E)第34页/共52页Tolu Harbor 生态系统健康评价(indicators and data)第35页/共52页Tolu Harbor 生态系统健康评价(Results)第36页/共52页生态

18、健康指数法生态健康指数法（EHIM）及其应用及其应用EHI 设设 计计第37页/共52页步步 骤骤生态健康指数法生态健康指数法（EHIM）及其应用及其应用第38页/共52页计算公式计算公式EHI-synthetic ecosystem health index EHIi-the i-th ecosystem health index for the i-th indicatori-the weighting factor for the i-th indicator生态健康指数法生态健康指数法（EHIM）及其应用及其应用第39页/共52页计算方程 for EHI(BA),EHI(BZ),EHI

19、(BZ/BA),EHI(Ex)&EHI(Exst)第40页/共52页3030个意大利湖泊生态系统健康状态定量诊断结果个意大利湖泊生态系统健康状态定量诊断结果第41页/共52页Case study:Italy Lakes(Discussion：EHI-TSI Relations)Indicators for EHI Calculations:BA,BZ,BZ/BA,Ex,ExstIndicators for TSI Calculations:TP,SD,Chl-a30 Italy Lakes生态健康指数法生态健康指数法（EHIM）及其应用及其应用第42页/共52页分分 析析 湖湖 泊泊 生生 态

20、态 结结 构构模模 型型 验验 证证计计 算算 生生 态态 指指 标标 值值评评 价价 湖湖 泊泊 生生 态态 健健 康康 状状 态态确定指标确定指标 满 意?YESNO概 念 框 图模 型 方 程模 型 参 数构构 建建 湖湖 泊泊 模模 型型生态模型法生态模型法（EMM）及其应用及其应用 基本基本流程流程第43页/共52页火 用生态模型法生态模型法（EMM）及其应用及其应用巢湖磷循环模型巢湖磷循环模型生态健康指标ExergyStr.Exergy第44页/共52页Calibrations生态模型法生态模型法（EMM）及其应用及其应用巢湖磷循环模型巢湖磷循环模型第45页/共52页Calibra

21、tions生态模型法生态模型法（EMM）及其应用及其应用巢湖磷循环模型巢湖磷循环模型第46页/共52页Calculation&Assessment生态模型法生态模型法（EMM）及其应用及其应用巢湖磷循环模型巢湖磷循环模型第47页/共52页Results from EMM&DMM(Bad-Good):Aug.Oct(C)Apr.May(A)Jun.Jul.(B)Nov.Dec.(D)Jan.Mar.(E)ABCDEDiscussion评价结果生态模型法生态模型法（EMM）及其应用及其应用巢湖磷循环模型巢湖磷循环模型第48页/共52页IV-Conclusions(1)A theoretical f

22、rame for aquatic ecosystem health assessment was proposed(3)A procedure with five steps for assessing ecosystem health(3)A set of indicators including structural,functional&system-level aspects for lake ecosystem health assessment were proposed.(4)A set of indicators including stress indicators and

23、response indicators(physical,chemical,biological,system-level&ecosystem-serves-function aspects)for marine coastal ecosystem health assessment were recommended.(5)Three methods(DMM,EMM,EHIM)were introduced&applied to some cases with satisfactory results.DMM for the assessment with poor data EHIM for

24、 the assessment with systematic data EMM for the assessment with the ecological model developed.第49页/共52页1.Jorgensen S.E.,Xu F.-L.Constansan R.,“Handbook of Ecological Indicators for Assessment of Ecosystem Health”.CRC Press,2005.3,pp.439.2010，第二版2.Xu,F.L.,et al.(2006).Restorating marine coastal eco

25、system health as a new goal for integrated catchment management in Tolo Harbour,Hong Kong,China.Environmental Management 37(4):540-552.(SCI)3.Xu,F.L.et al.An Ecosystem Health Index Methodology(EHIM)for Lake Ecosystem Health Assessment.Ecol.Model.,2005,188(2-4):327-339.(SCI)4.Xu,F.L.et al.(2004).Mari

26、ne Coastal Ecosystem Health Assessment:a case study of Tolo Harbour,Hong Kong,China.Ecological Modelling 173(4):355-370.(SCI)5.Xu,F.L.et al.(2004).The Long-term Temporal-spatial Dynamics of Marine Coastal Water Quality in the Tolo Harbour,Hong Kong,China.J.Environ.Sci.(China),169(1):161-166.(SCI)6.X

27、u,F.L.et al.System-level responses of lake ecosystems to chemical stresses using exergy and structural exergy as ecological indicators.Chemosphere,2002,46(2):173-185.(SCI)7.Xu,F.L.et al.Lake ecosystem health assessment:indicators and methods.Water Research，2001,35(13):3157-3167.(SCI)8.Xu,F.L.et al.A

28、 method for lake ecosystem health assessment:an Ecological Modeling Method and its application.Hydrobiologica，2001,443(1-3):159-175.(SCI)9.Xu,F.L.,et al.Modellig the effects of ecological engineering on ecosystem health of the Lake Chao.Ecol Model.,1999,117（2-3）:239-260.(SCI)10.Xu,F.L.Exergy&structural exergy as ecological indicators for the development state of Lake Chao ecosystems.Ecol.Model.,1997,99(1):41-49.(SCI)有关论著有关论著第50页/共52页Thank you for your attentions第51页/共52页感谢您的观看！第52页/共52页