水生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià) 理論框架指標(biāo)體系與定量方法PPT課件

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1、提 綱I. 生態(tài)系統(tǒng)健康研究現(xiàn)狀I(lǐng)I. 理論框架及其應(yīng)用 湖泊生態(tài)系統(tǒng) 海灣生態(tài)系統(tǒng)III. 評(píng)價(jià)方法及其應(yīng)用 直接監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)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(xué)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(duì)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(gè)發(fā)展階段：多樣化定義多樣化定義 綜合定義 學(xué)科定義 多樣化定義: 生態(tài)學(xué)家、經(jīng)濟(jì)學(xué)家、哲學(xué)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

2、、具有多樣性或復(fù)具有多樣性或復(fù)雜性、雜性、系統(tǒng)的穩(wěn)定性或恢復(fù)力強(qiáng)、系統(tǒng)的穩(wěn)定性或恢復(fù)力強(qiáng)、增長(zhǎng)活力大、及增長(zhǎng)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(xué)科定義( (ISEH,1998) ) “具有診斷、預(yù)測(cè)和預(yù)防特征的具有診斷、預(yù)測(cè)和預(yù)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(guān)系的態(tài)系統(tǒng)健康與人類健康之間關(guān)系的交叉性的系統(tǒng)科學(xué)交叉性的系統(tǒng)科學(xué)” 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(biāo)診斷指標(biāo)（1 1） 單指標(biāo) 多指標(biāo) 綜合指標(biāo)v單指標(biāo)( (早期階段) ): : 用特殊的種或成份作為衡量指標(biāo)，如 o毒理學(xué)家: 生物個(gè)體

3、健康；o生態(tài)學(xué)家: 種群豐度；o魚類生態(tài)學(xué)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(biāo)不夠全面，不能反映生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性；o易于使用（特別對(duì)管理者） 第3頁/共52頁v多指標(biāo)（當(dāng)前主流）: o Karr 等 (1986)：生物完整性指數(shù)(IBI)： 12個(gè)指標(biāo)o Rapport 等 (1985)：生態(tài)系統(tǒng)脅迫指標(biāo)：即營(yíng)養(yǎng)物、初級(jí)生產(chǎn)力、體長(zhǎng)分布、種群多樣性及系統(tǒng)的恢復(fù)能力。o Ulanowicz (1986)：網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)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(gè)重要特征。o Kay 等 (1991) ：河

4、流生態(tài)系統(tǒng)健康指標(biāo)：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(shì)度等來評(píng)價(jià)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(fù)力指數(shù)恢復(fù)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(biāo)：生物量, 收成, N 通量, 系統(tǒng)管理費(fèi)用, P/B, H/E, 效率, Shinn 指數(shù), Fin

5、n 循環(huán)指數(shù), 優(yōu)勢(shì)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(biāo)體系，包括生態(tài)結(jié)構(gòu)指標(biāo)、生態(tài)功能指標(biāo)及生態(tài)系統(tǒng)指標(biāo)。脅迫指標(biāo)和響應(yīng)指標(biāo)。 研究現(xiàn)狀研究現(xiàn)狀 診斷指標(biāo)診斷指標(biāo)（2 2） 第4頁/共52頁v 綜合指標(biāo)（發(fā)展趨勢(shì)）： （人口 + + 資源 + + 環(huán)境 + + 社會(huì)社會(huì) + + 經(jīng)濟(jì)經(jīng)濟(jì) + + 災(zāi)害）災(zāi)害） o 美、加聯(lián)合項(xiàng)目美、加聯(lián)合項(xiàng)目“大湖生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)大湖生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)”： o 生 物 、 生 態(tài) 、 社 會(huì) 經(jīng) 濟(jì) 和 人 口 健 康 等 方 面 的 綜 合 指 標(biāo) 體 系生 物 、 生 態(tài) 、 社 會(huì) 經(jīng) 濟(jì) 和

6、 人 口 健 康 等 方 面 的 綜 合 指 標(biāo) 體 系（Shear,1996）研究現(xiàn)狀研究現(xiàn)狀 診斷指標(biāo)診斷指標(biāo)（3 3） 第5頁/共52頁研究現(xiàn)狀研究現(xiàn)狀 診斷指標(biāo)診斷指標(biāo)（4 4） 第6頁/共52頁研究現(xiàn)狀研究現(xiàn)狀 進(jìn)展與問題進(jìn)展與問題 近年來，在可持續(xù)發(fā)展思想的推動(dòng)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(dòng)下，生態(tài)系統(tǒng)健康研究已成為國(guó)際生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域新的研究究已成為國(guó)際生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域新的研究熱點(diǎn)熱點(diǎn)和聯(lián)系地球科和聯(lián)系地球科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、生態(tài)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)及社會(huì)科學(xué)等學(xué)科的學(xué)、環(huán)境科學(xué)、生態(tài)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)及社會(huì)科學(xué)等學(xué)科的橋橋梁梁。 在北美在北美, 生態(tài)系統(tǒng)健康學(xué)已成為環(huán)境、生態(tài)、公眾健康、生

7、態(tài)系統(tǒng)健康學(xué)已成為環(huán)境、生態(tài)、公眾健康、醫(yī)學(xué)、獸醫(yī)等專業(yè)的醫(yī)學(xué)、獸醫(yī)等專業(yè)的一門課程一門課程 v 研究對(duì)象單一：?jiǎn)我簧鷳B(tài)系統(tǒng)；v 研究?jī)?nèi)容不深入：評(píng)價(jià)指標(biāo)、評(píng)價(jià)方法； 第7頁/共52頁研究現(xiàn)狀研究現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀國(guó)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(guān)文獻(xiàn)相關(guān)文獻(xiàn) - 中國(guó)期刊網(wǎng)中國(guó)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(yīng)用 湖泊生態(tài)健康指標(biāo) 海灣生態(tài)健康指標(biāo)第9頁/共52頁指標(biāo)指標(biāo)體

8、系開發(fā)體系開發(fā) 評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)方法方法確定確定 定性定量定性定量評(píng)價(jià)評(píng)價(jià) 脅迫脅迫因素識(shí)別因素識(shí)別 生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)響應(yīng)分析分析 理理 論論 框框 架架 （脅迫-響應(yīng)關(guān)系）應(yīng)應(yīng) 用用第10頁/共52頁富營(yíng)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(yīng)湖泊化學(xué)污染湖泊化學(xué)污染脅迫脅迫效應(yīng)的系統(tǒng)分析效應(yīng)的系統(tǒng)分析實(shí)測(cè)數(shù)據(jù): 富營(yíng)養(yǎng)化(國(guó)內(nèi)30個(gè)+ 國(guó)外31個(gè)), 酸化+油污染+重金屬污染+殺蟲劑污染(數(shù)十個(gè))試驗(yàn)數(shù)據(jù): 酸化(4個(gè))+油污染(2個(gè))+重金屬污染(2個(gè))+殺蟲劑污染(13個(gè)) 湖泊生態(tài)系統(tǒng)指標(biāo)開發(fā)第11頁/共52頁湖泊生態(tài)結(jié)構(gòu)響應(yīng)l 浮游植物細(xì)胞：變大浮游

9、植物細(xì)胞：變大l 浮游動(dòng)物個(gè)體：變小浮游動(dòng)物個(gè)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(dòng)物生物量浮游動(dòng)物生物量(BZ)：減少：減少l 小型浮游動(dòng)物生物量小型浮游動(dòng)物生物量(BZmicro): 增加增加l 大型浮游動(dòng)物生物量大型浮游動(dòng)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(yīng)l 浮游植物初級(jí)生產(chǎn)力：降低浮游植物初級(jí)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(dòng)物碳吸收率：變小浮游動(dòng)物碳吸收率：變

10、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(yīng)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(qiáng)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(biāo)體系綜合指標(biāo)體系第13頁/共52頁Location Mainland China海灣生態(tài)系統(tǒng)指標(biāo)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

11、物理 響應(yīng)響應(yīng)化學(xué)化學(xué) 響應(yīng)響應(yīng)生物生物 響應(yīng)響應(yīng)系統(tǒng)水平系統(tǒng)水平 響應(yīng)響應(yīng)生態(tài)服務(wù)功能響應(yīng)生態(tài)服務(wù)功能響應(yīng)脅迫脅迫 指標(biāo)指標(biāo)響應(yīng)響應(yīng) 指標(biāo)指標(biāo)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 C

12、ove, 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

13、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 1989Pig

14、s: 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

15、,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 - 17

16、0,000 tons per acre 120,000 (average)Stresses -第23頁/共52頁P(yáng)ollution loading14716474580060001986Stresses -第24頁/共52頁P(yáng)hysical 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 responsesEc

17、osystem 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(biāo)體系綜合指標(biāo)體系第30頁/共52頁III - 評(píng)價(jià)方法及其應(yīng)用 直接監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)法(相對(duì)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P(yáng)roce

18、dureSelect indicators Measure directly or calculate indirectly indicator values Assess lake ecosystem health 直接監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)法（DMM）及其應(yīng)用實(shí)例第32頁/共52頁Case study ： Lake Chao (Indicators & Data)直接監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)法（DMM）及其應(yīng)用實(shí)例第33頁/共52頁Case study ： Lake Chao (Results)直接監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)法（DMM）及其應(yīng)用實(shí)例Bad Good:Aug. Oct (C)Apr. May (A)Jun. Jul. (B

19、)Nov. Dec. (D)Jan. Mar. (E)第34頁/共52頁Tolu Harbor 生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià) (indicators and data)第35頁/共52頁Tolu Harbor 生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià) (Results)第36頁/共52頁EHI 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì)第37頁/共52頁步步 驟驟第38頁/共52頁計(jì)算公式計(jì)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

20、-th indicator第39頁/共52頁計(jì)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(gè)意大利湖泊生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)定量診斷結(jié)果個(gè)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)Indi

21、cators 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(yàn)驗(yàn) 證證計(jì)計(jì) 算算 生生 態(tài)態(tài) 指指 標(biāo)標(biāo) 值值評(píng)評(píng) 價(jià)價(jià) 湖湖 泊泊 生生 態(tài)態(tài) 健健 康康 狀狀 態(tài)態(tài)確定指標(biāo)確定指標(biāo) 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

22、指標(biāo)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(píng)價(jià)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 - Conclusion

23、s (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 in

24、cluding 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.

25、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

26、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 Assess

27、ment. 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

28、 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. La

29、ke 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 effec

30、ts 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(guān)論著有關(guān)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