水生态系统健康评价理论框架指标体系与定量方法学习教案.pptx

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1、会计学 1水生态系统健康(jinkng)评价 理论框架指标体系与定量方法第一页，共52 页。v v 1980s:“1980s:“健康 健康”概念被引入生态学研究，出现 概念被引入生态学研究，出现“生态健康 生态健康”和 和“生态系统健康 生态系统健康”的概念，研究胁迫作用对生态系统的影响及 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。受胁迫生态系统的管理等问题。v v 三个发展阶段：多样化定义 三个发展阶段：多样化定义 综合定义 综合定义 学科定义 学科定义 v v 多样化定义 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 生态学家、经济学家、哲学家、政治

2、家、环境管理人员v v 综合定义 综合定义(Costanza,1992)(Costanza,1992)v v 系统能维持自我平衡 系统能维持自我平衡(pnghng)(pnghng)、系统无疾病、系统无疾病、具有多样性或复杂性、具有多样性或复杂性、系统的稳定性或恢复力强、系统的稳定性或恢复力强、增长 增长活力大、及 活力大、及 系统成份间保持平衡 系统成份间保持平衡(pnghng)(pnghng)。v v 学科定义 学科定义(ISEH,1998)(ISEH,1998)v v“具有诊断、预测和预防特征的 具有诊断、预测和预防特征的,研究生态系统管理以及生态系统健康与人类健康之间关系的交叉性的系统科

3、学 研究生态系统管理以及生态系统健康与人类健康之间关系的交叉性的系统科学”研究现状 概念起源(qyun)与发展第2 页/共52 页第二页，共52 页。研究现状研究现状(xinzhung)(xinzhung)诊断指标诊断指标（11）单指标 单指标 多指标 多指标 综合指标 综合指标单指标 单指标(早期阶段 早期阶段):):用特殊的种或成份作为衡量 用特殊的种或成份作为衡量(hng ling)(hng ling)指标，如 指标，如 毒理学家 毒理学家:生物个体健康；生物个体健康；生态学家 生态学家:种群丰度；种群丰度；鱼类生态学家 鱼类生态学家:种群的年龄结构 种群的年龄结构;Hannon(198

4、5):Hannon(1985):生态总产量 生态总产量(GEP)(GEP)(类似 类似GDP)GDP)这样的指标不够全面，不能反映生态系统的复杂性；这样的指标不够全面，不能反映生态系统的复杂性；易于使用（特别对管理者）易于使用（特别对管理者）第3 页/共52 页第三页，共52 页。v v 多指标（当前主流）多指标（当前主流）:v v Karr Karr 等 等(1986)(1986)：生物完整性指数：生物完整性指数(IBI)(IBI)：12 12个指标 个指标v v Rapport Rapport 等 等(1985)(1985)：生态系统胁迫指标：即营养物、初级：生态系统胁迫指标：即营养物、初

5、级生产力、体长分布、种群多样性及系统的恢复能力。生产力、体长分布、种群多样性及系统的恢复能力。v v Ulanowicz(1986)Ulanowicz(1986)：网络优势指数（：网络优势指数（INA INA）：包括种群丰度、）：包括种群丰度、生态位、发育循环 生态位、发育循环(xnhun)(xnhun)与反馈，及总活力等生态系统 与反馈，及总活力等生态系统的四个重要特征。的四个重要特征。v v Kay Kay 等 等(1991)(1991)：河流生态系统健康指标：生物量、输入、：河流生态系统健康指标：生物量、输入、输出、生产力、呼吸、循环 输出、生产力、呼吸、循环(xnhun)(xnhun)

6、、Finn Finn 循环 循环(xnhun)(xnhun)指数及优势度等来评价 指数及优势度等来评价Crystal Crystal 河流生态系统健康 河流生态系统健康（或完整性）。（或完整性）。v v Costanza(1992)Costanza(1992)：系统健康指数：系统健康指数：HI=HI=系统活力指数 系统活力指数*系统 系统组织指数 组织指数*系统恢复力指数 系统恢复力指数v v Jorgensen(1995):Exergy Jorgensen(1995):Exergy（Ex Ex）、）、Structural Exergy Structural Exergy（Exst Exst）

7、和）和 生态缓冲容量等。生态缓冲容量等。v v Dalsgaard(1995,1996)Dalsgaard(1995,1996)：农业生态系统健康指标：生物量：农业生态系统健康指标：生物量,收成 收成,N,N 通量 通量,系统管理费用 系统管理费用,P/B,H/E,P/B,H/E,效率 效率,Shinn,Shinn 指 指数 数,Finn,Finn 循环 循环(xnhun)(xnhun)指数 指数,优势度 优势度,Ex,Exst,Ex,Exst及生态缓冲 及生态缓冲容量。容量。v v Xu Xu等 等(1999(1999，2001)2001)：湖泊生态系统健康生态指标体系，包：湖泊生态系统健康

8、生态指标体系，包括生态结构指标、生态功能指标及生态系统指标。胁迫指 括生态结构指标、生态功能指标及生态系统指标。胁迫指标和响应指标。标和响应指标。研究现状研究现状 诊断诊断(zhndun)(zhndun)指标（指标（22）第4 页/共52 页第四页，共52 页。v v综合(zngh)指标（发展趋势）：v v（人口+资源+环境+社会+经济+灾害）v v v v 美、加联合项目“大湖生态系统健康评价”：v v v v生物、生态、社会经济和人口健康等方面的综合(zngh)指标体系（Shear,1996）研究(ynji)现状 诊断指标（3）第5 页/共52 页第五页，共52 页。研究(ynji)现状

9、诊断指标（4）第6 页/共52 页第六页，共52 页。研究研究(ynji)(ynji)现状现状 进展与问题进展与问题 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 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 为国际生态环境(shn(shn ti hun jn ti hun jn)领域新的研究热点和联系 领域新的研究热点和联系地球科学、环境科学、生态学、经济学及社会科学等学科的桥 地球科学、环境科学、生态学、经济学及社会科学等学科的桥梁。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、医学、生态系统健康学已成为环境、生态、公众健康、医学、兽医等专

10、业的一门课程 兽医等专业的一门课程 v 研究对象(duxing)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 页第七页，共52 页。研究研究(ynji)(ynji)现状现状国内研究国内研究(ynji)(ynji)现状现状v v 起步晚，发展快 起步晚，发展快v v 相关文献 相关文献-中国 中国(zhn(zhn u)u)期刊网 期刊网v v 检索词：生态健康 检索词：生态健康 or or v v 生态系统健康 生态系统健康v v 主题：主题：93 93 年，第一篇 年，第一篇 v v 篇名：篇名：99 99 年，第一篇 年，第一篇 综述(zngsh)文章 研究文

11、章305173第8 页/共52 页第八页，共52 页。II-理论(lln)框架及其应用 n n 湖泊(h p)生态健康指标n n 海湾生态健康指标第9 页/共52 页第九页，共52 页。湖泊 湖泊(h p)(h p)生 生态系统 态系统指标体系开发(kif)评价方法(fngf)确定 定性定量评价 胁迫因素识别 生态系统响应分析 理理 论论 框框 架架（胁迫（胁迫-响应关系）响应关系）应 用湖泊 湖泊 生态系统 生态系统海湾 海湾 生态系统 生态系统第10 页/共52 页第十页，共52 页。富营养化(f yn yn hu)酸化重金属污染(wrn)杀虫剂污染(wrn)油污染湖泊生态结构、生态功能和

12、系统水平的胁迫效应湖泊化学污染胁迫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 页第十一页，共52 页。湖泊对化学污染胁迫(xip)的响应 湖泊生态结构响应 湖泊生态结构响应 浮游植物细胞 浮游植物细胞(xbo)(xbo)：变大：变大 浮游动物个体：变小 浮游动物个体：变小 浮游植物生物量（浮游植物生物量（BA)BA)：增加：增加 浮游动物生物量 浮游动物生物量(BZ)(BZ)：减少：减少 小型浮游动物生物量 小型浮

13、游动物生物量(BZmicro):(BZmicro):增 增加 加 大型浮游动物生物量 大型浮游动物生物量(BZmacro):(BZmacro):减 减少 少 种群多样性指数：减小 种群多样性指数：减小 BZ/BA BZ/BA比率 比率:减小 减小(BZmacro)/BZmicro(BZmacro)/BZmicro比率：减小 比率：减小 湖泊生态功能响应 浮游植物初级生产力：降低 浮游植物碳吸收率：变小(bin xio)浮游动物碳吸收率：变小(bin xio)生态转移效率：降低 毛生产力呼吸率：偏离1 毛生产力生物量：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l(Exer

14、gy)：降低l(Structural exergy)：降低 火 用 结构火 用随胁迫加强第12 页/共52 页第十二页，共52 页。湖泊(h p)生态系统健康定量表征 综合指标体系第13 页/共52 页第十三页，共52 页。Location Mainland China海湾(hiwn)生态系统指标开发（香港吐露港）城市化工业化农业发展资源开发物理 响应化学 响应生物 响应系统水平 响应生态服务功能响应胁迫 指标响应 指标环境污染第14 页/共52 页第十四页，共52 页。Land-lockedLength:15 kmAverage depth:10-20 mSurface area:52 km

15、2Velocity: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 页第十五页，共52 页。Urbanization Urbanization19712001Area:21.1 28.3 km2Population:24,000 625,000Stresses-Sha Tin New Town 第16 页/共5

16、2 页第十六页，共52 页。19712001Tai Po New Town Area:1.5 5 km2Population:21,000 321,000Urbanization UrbanizationStresses-第17 页/共52 页第十七页，共52 页。Industrialization Industrializationn 1971:isolated small factoriesn 1989:seven industry regions with total area of more then 200 ha1989Stresses-第18 页/共52 页第十八页，共52 页。A

17、gricultural development Agricultural developmentn n Livestock breeding Livestock breeding图3-6 香港1963年-1999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 页第十九页，共52 页。Water resource exploration Water resource explorationMake a dam,Pump sea water Stresses

18、-第20 页/共52 页第二十页，共52 页。200Fishy resource exploration Fishy resource explorationStresses-第21 页/共52 页第二十一页，共52 页。Area&production:30%of the total Mariculture Fish in Tolu Harbor Mariculture Fish in Tolu HarborFour mariculture fish zones第22 页/共52 页第二十二页，共52 页。Ore mine exploration Ore mine explorationMa

19、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 页第二十三页，共52 页。Pollution loading Pollution loading14716474580060001986Stresses-第24 页/共52 页第二十四页，共52 页。Physical responses Physical responsesEcosystem responses1936 1965 196819731

20、9688138.5 km265.3 km23.5 m2 m53%65%第25 页/共52 页第二十五页，共52 页。Ecosystem responses Ecosystem responsesChemical responses Chemical responsesBOD5TNTPFaecal coli.第26 页/共52 页第二十六页，共52 页。Biological responses Biological responsesEcosystem responses第27 页/共52 页第二十七页，共52 页。Red tides occurrence Red tides occurrenc

21、e in Tolo Harbour in Tolo Harbour434Biological responsesEcosystem responses第28 页/共52 页第二十八页，共52 页。Ecosystem-serve-function responses Ecosystem-serve-function responsesEcosystem responses第29 页/共52 页第二十九页，共52 页。v 海湾 生态系统健康(jinkng)定量表征 综合指标体系第30 页/共52 页第三十页，共52 页。III-评价方法(fngf)及其应用n n 直接监测评价法 直接监测评价法(相

22、对 相对(xingdu)(xingdu)比较法 比较法)（DMM DMM）n n 生态系统健康指数法（生态系统健康指数法（EHIM EHIM）n n 生态模型法 生态模型法（EMM)EMM)第31 页/共52 页第三十一页，共52 页。Procedure ProcedureSelect indicators Measure directly or calculate indirectly indicator values Assess lake ecosystem health 直接监测(jin c)评价法（DMM）及其应用实例第32 页/共52 页第三十二页，共52 页。Case study

23、 Case study：Lake Chao Lake Chao(Indicators&(Indicators&Data Data)直接(zhji)监测评价法（DMM）及其应用实例第33 页/共52 页第三十三页，共52 页。Case study Case study：Lake Chao Lake Chao(Results(Results)直接监测(jin c)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 页第三十四页，共52 页。Tolu Harbor Tolu Har

24、bor 生态系统健康 生态系统健康(jinkng)(jinkng)评价 评价(indicators and data)(indicators and data)第35 页/共52 页第三十五页，共52 页。Tolu Harbor Tolu Harbor 生态系统健康 生态系统健康(jinkng)(jinkng)评价 评价(Results)(Results)第36 页/共52 页第三十六页，共52 页。生态健康指数 生态健康指数(zhsh)(zhsh)法（法（EHIM EHIM）及其应用）及其应用EHI 设 计第37 页/共52 页第三十七页，共52 页。步 骤生态 生态(shngti)(shn

25、gti)健康指数法（健康指数法（EHIM EHIM）及其应）及其应用 用第38 页/共52 页第三十八页，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 生态健康指数(zhsh)(zhsh)法（法（EHIM EHIM）及其）及其应用 应用第39 页/共52 页第三十九页，共52 页。计算(j sun)方程 for EHI

26、(BA),EHI(BZ),EHI(BZ/BA),EHI(Ex)&EHI(Exst)第40 页/共52 页第四十页，共52 页。30个意大利湖泊生态系统健康状态定量诊断(zhndun)结果第41 页/共52 页第四十一页，共52 页。Case study:Case study:Italy Lakes Italy Lakes(Discussion(Discussion：EHI-TSI EHI-TSI Relations Relations)Indicators for EHI Calculations:BA,BZ,BZ/BA,Ex,ExstIndicators for TSI Calculatio

27、ns:TP,SD,Chl-a30 Italy Lakes生态健康 生态健康(jinkng)(jinkng)指数法（指数法（EHIM EHIM）及其应）及其应用 用第42 页/共52 页第四十二页，共52 页。分 析 湖 泊 生 态 结 构模 型 验 证计 算 生 态 指 标 值评 价 湖 泊 生 态 健 康 状 态确定(qudng)指标 满 意?YESNO概 念 框 图模 型 方 程模 型 参 数构 建 湖 泊 模 型生态模型 生态模型(mxng)(mxng)法（法（EMM EMM）及其应用）及其应用 基本流程 基本流程第43 页/共52 页第四十三页，共52 页。火 用生态模型法（生态模型法

28、（EMM EMM）及其应用）及其应用(yngyng)(yngyng)巢湖磷 巢湖磷循环模型 循环模型生态(shngti)健康指标ExergyStr.Exergy第44 页/共52 页第四十四页，共52 页。Calibrations Calibrations生态 生态(shngti)(shngti)模型法（模型法（EMM EMM）及其应用巢湖磷循环）及其应用巢湖磷循环模型 模型第45 页/共52 页第四十五页，共52 页。Calibrations Calibrations生态模型法（生态模型法（EMM EMM）及其应用）及其应用(yngyng)(yngyng)巢湖磷 巢湖磷循环模型 循环模型第4

29、6 页/共52 页第四十六页，共52 页。Calculation&Assessment Calculation&Assessment生态模型法（生态模型法（EMM EMM）及其应用）及其应用(yngyng)(yngyng)巢湖磷 巢湖磷循环模型 循环模型第47 页/共52 页第四十七页，共52 页。Results from EMM&DMM(Bad-Good):Aug.Oct(C)Apr.May(A)Jun.Jul.(B)Nov.Dec.(D)Jan.Mar.(E)A BC D EDiscussion Discussion评价 评价(pngji)(pngji)结果 结果生态 生态(shngti)

30、(shngti)模型法（模型法（EMM EMM）及其应用巢湖）及其应用巢湖磷循环模型 磷循环模型第48 页/共52 页第四十八页，共52 页。IV-Conclusions(1)A theoretical frame 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

31、 lake ecosystem health assessment were proposed.(4)A set of indicators including stress indicators and 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 in

32、troduced&applied to some cases with satisfactory results.DMM for the assessment with poor data EHIM for the assessment with systematic data EMM for the assessment with the ecological model developed.第49 页/共52 页第四十九页，共52 页。1.Jorgensen S.E.,Xu F.-L.Constansan R.,“Handbook of Ecological Indicators for

33、Assessment of Ecosystem Health”.CRC Press,2005.3,pp.439.2010，第二(d r)版2.Xu,F.L.,et al.(2006).Restorating marine coastal ecosystem 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 Ind

34、ex Methodology(EHIM)for Lake Ecosystem Health Assessment.Ecol.Model.,2005,188(2-4):327-339.(SCI)4.Xu,F.L.et al.(2004).Marine 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

35、Dynamics of Marine Coastal Water Quality in the Tolo Harbour,Hong Kong,China.J.Environ.Sci.(China),169(1):161-166.(SCI)6.Xu,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.

36、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 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 e

37、cological 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(yugun)论著第50 页/共52 页第五十页，共52 页。Thank you for your attentions第51 页/共52 页第五十一页，共52 页。感谢您的观看(gunkn)！第52 页/共52 页第五十二页，共52 页。