提 綱I. 生態(tài)系統(tǒng)健康研究現(xiàn)狀II. 理論框架及其應用 湖泊生態(tài)系統(tǒng) 海灣生態(tài)系統(tǒng)III. 評價方法及其應用 直接監(jiān)測評價法（DMM） 生態(tài)健康指數(shù)法（EHIM） 生態(tài)模型法（EMM）IV. 結(jié)論第1頁/共52頁v 1980s: “健康”概念被引入生態(tài)學研究，出現(xiàn)“生態(tài)健康”和“生態(tài)系統(tǒng)健康”的概念，研究脅迫作用對生態(tài)系統(tǒng)的影響及受脅迫生態(tài)系統(tǒng)的管理等問題。v三個發(fā)展階段：多樣化定義多樣化定義 綜合定義 學科定義 多樣化定義: 生態(tài)學家、經(jīng)濟學家、哲學家、政治家、環(huán)境管理人員 綜合定義( (Costanza,1992)1992) 系統(tǒng)能維持自我平衡、系統(tǒng)能維持自我平衡、系統(tǒng)無疾病、系統(tǒng)無疾病、具有多樣性或復具有多樣性或復雜性、雜性、系統(tǒng)的穩(wěn)定性或恢復力強、系統(tǒng)的穩(wěn)定性或恢復力強、增長活力大、及增長活力大、及系統(tǒng)系統(tǒng)成份間保持平衡。成份間保持平衡。 學科定義( (ISEH,1998) ) “具有診斷、預測和預防特征的具有診斷、預測和預防特征的, 研究生態(tài)系統(tǒng)管理以及生研究生態(tài)系統(tǒng)管理以及生態(tài)系統(tǒng)健康與人類健康之間關系的態(tài)系統(tǒng)健康與人類健康之間關系的交叉性的系統(tǒng)科學交叉性的系統(tǒng)科學” 研究現(xiàn)狀 概念起源與發(fā)展第2頁/共52頁研究現(xiàn)狀研究現(xiàn)狀 診斷指標診斷指標（1 1） 單指標 多指標 綜合指標v單指標( (早期階段) ): : 用特殊的種或成份作為衡量指標，如 o毒理學家: 生物個體健康；o生態(tài)學家: 種群豐度；o魚類生態(tài)學家: 種群的年齡結(jié)構(gòu);oHannon(1985): 生態(tài)總產(chǎn)量(GEP) (類似GDP)o這樣的指標不夠全面，不能反映生態(tài)系統(tǒng)的復雜性；o易于使用（特別對管理者） 第3頁/共52頁v多指標（當前主流）: o Karr 等 (1986)：生物完整性指數(shù)(IBI)： 12個指標o Rapport 等 (1985)：生態(tài)系統(tǒng)脅迫指標：即營養(yǎng)物、初級生產(chǎn)力、體長分布、種群多樣性及系統(tǒng)的恢復能力。o Ulanowicz (1986)：網(wǎng)絡優(yōu)勢指數(shù)（INA）：包括種群豐度、生態(tài)位、發(fā)育循環(huán)與反饋，及總活力等生態(tài)系統(tǒng)的四個重要特征。o Kay 等 (1991) ：河流生態(tài)系統(tǒng)健康指標：生物量、輸入、輸出、生產(chǎn)力、呼吸、循環(huán)、Finn 循環(huán)指數(shù)及優(yōu)勢度等來評價Crystal 河流生態(tài)系統(tǒng)健康（或完整性）。o Costanza (1992)：系統(tǒng)健康指數(shù)：HI =系統(tǒng)活力指數(shù)系統(tǒng)活力指數(shù)*系統(tǒng)組織指數(shù)系統(tǒng)組織指數(shù)*系統(tǒng)系統(tǒng)恢復力指數(shù)恢復力指數(shù)o Jorgensen (1995): Exergy（Ex）、）、Structural Exergy （Exst）和）和 生生態(tài)緩沖容量態(tài)緩沖容量等。o Dalsgaard (1995, 1996)：農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康指標：生物量, 收成, N 通量, 系統(tǒng)管理費用, P/B, H/E, 效率, Shinn 指數(shù), Finn 循環(huán)指數(shù), 優(yōu)勢度, Ex, Exst及生態(tài)緩沖容量。o Xu等 (1999，2001)：湖泊生態(tài)系統(tǒng)健康生態(tài)指標體系，包括生態(tài)結(jié)構(gòu)指標、生態(tài)功能指標及生態(tài)系統(tǒng)指標。脅迫指標和響應指標。 研究現(xiàn)狀研究現(xiàn)狀 診斷指標診斷指標（2 2） 第4頁/共52頁v 綜合指標（發(fā)展趨勢）： （人口 + + 資源 + + 環(huán)境 + + 社會社會 + + 經(jīng)濟經(jīng)濟 + + 災害）災害） o 美、加聯(lián)合項目美、加聯(lián)合項目“大湖生態(tài)系統(tǒng)健康評價大湖生態(tài)系統(tǒng)健康評價”： o 生 物 、 生 態(tài) 、 社 會 經(jīng) 濟 和 人 口 健 康 等 方 面 的 綜 合 指 標 體 系生 物 、 生 態(tài) 、 社 會 經(jīng) 濟 和 人 口 健 康 等 方 面 的 綜 合 指 標 體 系（Shear,1996）研究現(xiàn)狀研究現(xiàn)狀 診斷指標診斷指標（3 3） 第5頁/共52頁研究現(xiàn)狀研究現(xiàn)狀 診斷指標診斷指標（4 4） 第6頁/共52頁研究現(xiàn)狀研究現(xiàn)狀 進展與問題進展與問題 近年來，在可持續(xù)發(fā)展思想的推動下，生態(tài)系統(tǒng)健康研近年來，在可持續(xù)發(fā)展思想的推動下，生態(tài)系統(tǒng)健康研究已成為國際生態(tài)環(huán)境領域新的研究究已成為國際生態(tài)環(huán)境領域新的研究熱點熱點和聯(lián)系地球科和聯(lián)系地球科學、環(huán)境科學、生態(tài)學、經(jīng)濟學及社會科學等學科的學、環(huán)境科學、生態(tài)學、經(jīng)濟學及社會科學等學科的橋橋梁梁。 在北美在北美, 生態(tài)系統(tǒng)健康學已成為環(huán)境、生態(tài)、公眾健康、生態(tài)系統(tǒng)健康學已成為環(huán)境、生態(tài)、公眾健康、醫(yī)學、獸醫(yī)等專業(yè)的醫(yī)學、獸醫(yī)等專業(yè)的一門課程一門課程 v 研究對象單一：單一生態(tài)系統(tǒng)；v 研究內(nèi)容不深入：評價指標、評價方法； 第7頁/共52頁研究現(xiàn)狀研究現(xiàn)狀國內(nèi)研究現(xiàn)狀國內(nèi)研究現(xiàn)狀v起步晚，發(fā)展快起步晚，發(fā)展快v相關文獻相關文獻 - 中國期刊網(wǎng)中國期刊網(wǎng)o 檢索詞：生態(tài)健康檢索詞：生態(tài)健康 or 生態(tài)系統(tǒng)健康生態(tài)系統(tǒng)健康o 主題：主題：93年，第一篇年，第一篇 o 篇名：篇名：99年，第一篇年，第一篇 綜述文章綜述文章 研究文章研究文章305173第8頁/共52頁II - 理論框架及其應用 湖泊生態(tài)健康指標 海灣生態(tài)健康指標第9頁/共52頁指標指標體系開發(fā)體系開發(fā) 評價評價方法方法確定確定 定性定量定性定量評價評價 脅迫脅迫因素識別因素識別 生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)系統(tǒng)響應響應分析分析 理理 論論 框框 架架 （脅迫-響應關系）應應 用用第10頁/共52頁富營養(yǎng)化酸化重金屬污染殺蟲劑污染油污染湖泊生態(tài)結(jié)構(gòu)、生態(tài)功能和系統(tǒng)水平的脅迫效應湖泊化學污染湖泊化學污染脅迫脅迫效應的系統(tǒng)分析效應的系統(tǒng)分析實測數(shù)據(jù): 富營養(yǎng)化(國內(nèi)30個+ 國外31個), 酸化+油污染+重金屬污染+殺蟲劑污染(數(shù)十個)試驗數(shù)據(jù): 酸化(4個)+油污染(2個)+重金屬污染(2個)+殺蟲劑污染(13個) 湖泊生態(tài)系統(tǒng)指標開發(fā)第11頁/共52頁湖泊生態(tài)結(jié)構(gòu)響應l 浮游植物細胞：變大浮游植物細胞：變大l 浮游動物個體：變小浮游動物個體：變小l 浮游植物生物量（浮游植物生物量（BA)：增加：增加l 浮游動物生物量浮游動物生物量(BZ)：減少：減少l 小型浮游動物生物量小型浮游動物生物量(BZmicro): 增加增加l 大型浮游動物生物量大型浮游動物生物量(BZmacro): 減少減少l 種群多樣性指數(shù)：減小種群多樣性指數(shù)：減小l BZ/BA比率比率: 減小減小l (BZmacro)/BZmicro比率：減比率：減小小 湖泊生態(tài)功能響應l 浮游植物初級生產(chǎn)力：降低浮游植物初級生產(chǎn)力：降低l 浮游植物碳吸收率：變小浮游植物碳吸收率：變小l 浮游動物碳吸收率：變小浮游動物碳吸收率：變小l 生態(tài)轉(zhuǎn)移效率：降低生態(tài)轉(zhuǎn)移效率：降低l 毛生產(chǎn)力呼吸率：偏離毛生產(chǎn)力呼吸率：偏離1l 毛生產(chǎn)力生物量：減小毛生產(chǎn)力生物量：減小l 生物量能流比率：減小生物量能流比率：減小 湖泊生態(tài)系統(tǒng)響應l 生態(tài)緩沖容量：降低生態(tài)緩沖容量：降低l (Exergy)：降低：降低l (Structural exergy)：降低：降低 火 用結(jié)構(gòu)火 用隨脅迫加強第12頁/共52頁湖泊湖泊 生態(tài)系統(tǒng)健康定量表征生態(tài)系統(tǒng)健康定量表征 綜合指標體系綜合指標體系第13頁/共52頁Location Mainland China海灣生態(tài)系統(tǒng)指標開發(fā)（香港吐露港）城市化城市化工業(yè)化工業(yè)化農(nóng)業(yè)發(fā)展農(nóng)業(yè)發(fā)展資源開發(fā)資源開發(fā)物理物理 響應響應化學化學 響應響應生物生物 響應響應系統(tǒng)水平系統(tǒng)水平 響應響應生態(tài)服務功能響應生態(tài)服務功能響應脅迫脅迫 指標指標響應響應 指標指標環(huán)境污染環(huán)境污染第14頁/共52頁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頁/共52頁Urbanization19712001Area: 21.1 28.3 km2Population: 24,000 625,000Stresses -Sha Tin New Town 第16頁/共52頁19712001Tai Po New Town Area: 1.5 5 km2Population: 21,000 321,000UrbanizationStresses -第17頁/共52頁Industrializationn 1971: isolated small factoriesn 1989: seven industry regions with total area of more then 200 ha1989Stresses - 第18頁/共52頁Agricultural development Livestock breeding020000040000060000080000063 65 67 69 71 73 75 77 79 81 83 85 87 89 91 93 95 97 99YearPig (heads)05000000100000001500000020000000Chichen (heads)Pig (heads)Chichen (heads)1965 1989Pigs: 3,000 6,000 headsChickens: 5,000,000 15,000,000 heads Stresses -第19頁/共52頁Water resource explorationResvervior Date to use Water-gathering area (ha) Volume (m3) Shing Mun 1936 1202 13,280,000 Lower Shing Mum 1965 252 4,300,000 Plover Cove () 1968 2335 169,920,000 Plover Cove (II) 1973 3217 229,730,000 Make a dam,Pump sea water Stresses -第20頁/共52頁200Fishy resource explorationStresses -第21頁/共52頁Area & production:30 % of the total Mariculture Fish in Tolu HarborFour mariculture fish zones第22頁/共52頁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頁/共52頁Pollution loading14716474580060001986Stresses -第24頁/共52頁Physical responsesEcosystem responses1936 19651968 197319688138.5 km265.3 km23.5 m2 m53%65%第25頁/共52頁Ecosystem responsesChemical responsesBOD5TNTPFaecal coli.第26頁/共52頁Biological responsesEcosystem responses第27頁/共52頁Red tides occurrence in Tolo Harbour434Biological responsesEcosystem responses第28頁/共52頁Ecosystem-serve-function responsesEcosystem responses第29頁/共52頁v 海灣海灣 生態(tài)系統(tǒng)健康定量表征生態(tài)系統(tǒng)健康定量表征 綜合指標體系綜合指標體系第30頁/共52頁III - 評價方法及其應用 直接監(jiān)測評價法(相對比較法)（DMM） 生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)法（EHIM） 生態(tài)模型法 （EMM)第31頁/共52頁ProcedureSelect indicators Measure directly or calculate indirectly indicator values Assess lake ecosystem health 直接監(jiān)測評價法（DMM）及其應用實例第32頁/共52頁Case study ： Lake Chao (Indicators & Data)直接監(jiān)測評價法（DMM）及其應用實例第33頁/共52頁Case study ： Lake Chao (Results)直接監(jiān)測評價法（DMM）及其應用實例Bad Good:Aug. Oct (C)Apr. May (A)Jun. Jul. (B)Nov. Dec. (D)Jan. Mar. (E)第34頁/共52頁Tolu Harbor 生態(tài)系統(tǒng)健康評價 (indicators and data)第35頁/共52頁Tolu Harbor 生態(tài)系統(tǒng)健康評價 (Results)第36頁/共52頁EHI 設設 計計第37頁/共52頁步步 驟驟第38頁/共52頁計算公式計算公式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第39頁/共52頁計算方程 for EHI(BA), EHI(BZ) , EHI(BZ/BA), EHI(Ex) & EHI(Exst)(0688. 01119. 5(94948. 02425. 5(10)(ExstExstEHI)/ln(7742. 03878. 0(94948. 02425. 5(10)/(BABZBABZEHI第40頁/共52頁3030個意大利湖泊生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)定量診斷結(jié)果個意大利湖泊生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)定量診斷結(jié)果第41頁/共52頁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第42頁/共52頁分分 析析 湖湖 泊泊 生生 態(tài)態(tài) 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu)模模 型型 驗驗 證證計計 算算 生生 態(tài)態(tài) 指指 標標 值值評評 價價 湖湖 泊泊 生生 態(tài)態(tài) 健健 康康 狀狀 態(tài)態(tài)確定指標確定指標 滿 意 ?YESNO概 念 框 圖模 型 方 程模 型 參 數(shù)構(gòu)構(gòu) 建建 湖湖 泊泊 模模 型型基本基本流程流程第43頁/共52頁火 用巢湖磷循環(huán)模型巢湖磷循環(huán)模型生態(tài)健康指標ExergyStr. Exergy第44頁/共52頁Calibrations巢湖磷循環(huán)模型巢湖磷循環(huán)模型第45頁/共52頁Calibrations巢湖磷循環(huán)模型巢湖磷循環(huán)模型第46頁/共52頁Calculation & Assessment巢湖磷循環(huán)模型巢湖磷循環(huán)模型第47頁/共52頁Results from EMM & DMM(Bad - Good):Aug. Oct (C)Apr. May (A)Jun. Jul. (B)Nov. Dec. (D)Jan. Mar. (E)ABCDEDiscussion評價結(jié)果巢湖磷循環(huán)模型巢湖磷循環(huán)模型第48頁/共52頁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 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 introduced & 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頁/共52頁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 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 Index 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 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.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 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) 有關論著有關論著第50頁/共52頁Thank you for your attentions第51頁/共52頁感謝您的觀看！第52頁/共52頁