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1生態(tài)系統(tǒng)健康的概念與發(fā)展狀況

對于生態(tài)系統(tǒng)健康目前尚無一個確切而普遍認同的定義[6],Karr等[7]認為,如果一個生態(tài)系統(tǒng)的潛能能夠得到實現(xiàn),條件穩(wěn)定,受干擾時具有自我修復(fù)能力,這樣的生態(tài)系統(tǒng)就是健康的。Schaeffer等[8]認為當生態(tài)系統(tǒng)的功能閾限沒有超過時,生態(tài)系統(tǒng)是健康的。這里的閾限定義為“當超過后可使危及生態(tài)系統(tǒng)持續(xù)發(fā)展的不利因素增加的任何條件,包括內(nèi)部的和外部的”。Costanza[9]則認為如果一個生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定而且可持續(xù),系統(tǒng)具有活力,能維持其組織且保持自我運作能力,對外界壓力有一定彈性,那么該生態(tài)系統(tǒng)才可視為是健康的。Haworth等[10]認為生態(tài)系統(tǒng)健康可以從系統(tǒng)功能和系統(tǒng)目標2個方面來理解。系統(tǒng)功能是指生態(tài)系統(tǒng)的完整性、彈性、有效性以及使生境群落保持活力的必要性。因為不存在一個適當?shù)臉藴?討論什么是生態(tài)系統(tǒng)健康是一個困難的主題,而且評判某個狀態(tài)是否健康在很大程度上決定于社會利益。綜合科學家們的觀點,關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)健康一般包含了如下幾個方面的含義:①一個健康的系統(tǒng)必須是穩(wěn)定、有彈性、可持續(xù)的;②生態(tài)系統(tǒng)健康具有尺度限制;③應(yīng)用生態(tài)系統(tǒng)健康概念的目標是管理資源;④一個生態(tài)系統(tǒng)健康的標準狀態(tài)必須包括人類作為生態(tài)系統(tǒng)的一部分,并認識到人口統(tǒng)計學的影響;⑤生態(tài)系統(tǒng)功能的保持,生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)性等必須考慮到區(qū)域或空間分配等。

Rapport[11]提出,生態(tài)系統(tǒng)健康學將會發(fā)展成為一門完整的科學,當然這得先給出一系列原則,包括生物學的、社會學的和健康學等方面的科學原則。Calow[12]認為應(yīng)該給出一個假設(shè)的標準,圍繞該標準派生出各種健康狀態(tài)。健康分類在某些方面是有用的,但這不應(yīng)該有嚴格的限定。農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的思想是分不開的,一個有病或不健康的生態(tài)系統(tǒng)是不可持續(xù)的。健康的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)主要是指那種能夠滿足人類需要而又不破壞甚至能夠改善自然資源的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng),其目標是高產(chǎn)出、低投入、合理的耕作方式、有效的作物組合、農(nóng)業(yè)與社會的相互適應(yīng)、良好的環(huán)境保護、豐富的物種多樣性等。這對人類的生存和發(fā)展都十分重要。要同時達到所有這些要求是很困難的,甚至是不可能的,我們只是要求盡可能地向這些目標看齊,為人類的生存與發(fā)展創(chuàng)造一個良好的空間。農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展一定程度上受到工業(yè)的影響,并不能只從農(nóng)業(yè)的角度出發(fā)去考慮,因為破壞生態(tài)環(huán)境的污染物主要來源于工業(yè),特別是化學工業(yè)[11]。另外,社會和經(jīng)濟等方面的操作對自然資源的破壞作用也是不容忽視的。

2影響農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康的脅迫因子

生態(tài)系統(tǒng)在受到壓力脅迫(stress)的情況下會產(chǎn)生健康風險。廣義的脅迫可概括為引起生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生變化、產(chǎn)生反應(yīng)或功能失調(diào)的作用因子。然而并非所有脅迫都影響生態(tài)系統(tǒng)的生存力和可持續(xù)性,實際上許多生態(tài)系統(tǒng)依靠某種脅迫而維持[13]。這些脅迫已成為自然生態(tài)系統(tǒng)的組成部分,可稱為正向脅迫(eustress)。但在更一般的意義上,脅迫常指給生態(tài)系統(tǒng)造成負面效應(yīng)的逆向脅迫(dysstress)。對于農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng),主要的脅迫因子有以下一些。

2.1農(nóng)藥等環(huán)境污染化合物

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中大量使用殺蟲劑、殺菌劑、除草劑,在有效防治病蟲草害的同時也存在著對非靶標生物的殺傷力[14]、對害蟲天敵種群結(jié)構(gòu)的破壞、對農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性的不良影響[15]。但是,與工業(yè)污染物特別是有毒化合物及重金屬相比,農(nóng)藥的破壞作用還是較輕的。

2.2生物技術(shù)

基因改良生物體釋放于環(huán)境可能會產(chǎn)生潛在的不良效應(yīng)。轉(zhuǎn)基因植物的釋放對環(huán)境影響的問題,現(xiàn)在越來越多地引起了人們的重視,因為轉(zhuǎn)基因植物本身可能變?yōu)殡s草或使其他野生近緣種變?yōu)殡s草。如果轉(zhuǎn)基因植物具有很高的適合度和競爭力,就可能引起種群爆發(fā),破壞生物多樣性,從而改變生物群落的結(jié)構(gòu),影響生態(tài)系統(tǒng)的能流和物質(zhì)循環(huán)[16]。

2.3生態(tài)入侵

生態(tài)入侵是指外源生物引入本地區(qū),種群迅速蔓延失控,造成其他土著種類瀕臨滅絕,并伴生其他嚴重危害的現(xiàn)象。生態(tài)入侵對生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性影響很大,有時甚至能使整個生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的崩潰。

2.4不當?shù)霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動

土地的過度開墾和耕作、作物的不當種植方式、過度放牧、化肥的不當使用等,也是影響農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康的重要因素。

2.5其他

一些偶發(fā)性的自然災(zāi)害如地震、火山爆發(fā)、洪水、干旱、龍卷風、森林火災(zāi)、戰(zhàn)爭、毒物暴露等對生態(tài)系統(tǒng)的破壞也較大。

3農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康的評估

評估生態(tài)系統(tǒng)健康的方法是非常復(fù)雜的,一般要選擇一套指示物(indicator),共同將功能完好與病態(tài)的生態(tài)系統(tǒng)區(qū)分開來。然后進行系統(tǒng)的分析,從而診斷產(chǎn)生病態(tài)的原因并制定預(yù)防及恢復(fù)系統(tǒng)健康的方法。群體水平上的健康評估常常對相同的指示生物的早期病癥進行監(jiān)測,觀察這些指示物在施加壓力(包括經(jīng)濟、社會和環(huán)境壓力)前后是如何反應(yīng)的。

3.1生態(tài)系統(tǒng)健康的評估基礎(chǔ)

生態(tài)系統(tǒng)具有一種自發(fā)地趨向和保持穩(wěn)定的機制。一般來說,生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜程度決定其穩(wěn)定性,多數(shù)生態(tài)學過程都有一個閾值,低于或超過這個閾值,生態(tài)過程就會變得不連續(xù)、混亂甚至終止。Vilchek[17]提出根據(jù)系統(tǒng)穩(wěn)定性、彈性和脆弱性綜合評估生態(tài)系統(tǒng)健康。Bertollo[18]認為,健康不應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的自然化程度,而應(yīng)根據(jù)其自我保持和更新能力來評判。評估生態(tài)系統(tǒng)健康關(guān)鍵是分析恰當?shù)臅r間與空間尺度,選擇不同尺度分析的結(jié)果差異很大。如果選擇的尺度太細微,正常的擾動即可能使評估結(jié)果顯示為嚴重災(zāi)難;如果選擇尺度太粗放,又可能漏掉某些隱蔽的危險。

3.2生態(tài)系統(tǒng)健康的評估方法

對于農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的健康評估方法很多,常用的有如下幾類。

3.2.1生態(tài)系統(tǒng)失調(diào)綜合癥的診斷

生態(tài)系統(tǒng)失調(diào)綜合癥(ecosystemdistresssyndrome)是指系統(tǒng)被破壞后導(dǎo)致其在正常生命期限前終結(jié)的不可逆過程,生態(tài)系統(tǒng)失調(diào)綜合癥的診斷就是選擇一組關(guān)鍵指標來評估生態(tài)系統(tǒng)處于有害環(huán)境壓力下的特征[3,4,11]。如生物多樣性的減少(包括生境、物種、基因水平上)、營養(yǎng)資源受損、初級生產(chǎn)者的減少、生物組成的變化、外來物種和r-類對策物種在生態(tài)系統(tǒng)中的優(yōu)勢度增加、生態(tài)系統(tǒng)中某些種群振蕩幅度加大、生物分布生境大小的降低、能流的變化、污染物在生物體和媒介體中的循環(huán)等。

3.2.2生態(tài)系統(tǒng)的緩沖力和持續(xù)性評估

這是根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)抵抗壓力的能力大小來評價其健康程度的。即生態(tài)系統(tǒng)抵抗自然災(zāi)害或受自然災(zāi)害的干擾后恢復(fù)原來狀態(tài)的能力。生態(tài)系統(tǒng)越健康,其抗干擾能力或從干擾中恢復(fù)過來的能力就越強。農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)是地球生態(tài)系統(tǒng)的一部分,包含有許多復(fù)雜的亞系統(tǒng)及其相互間的作用,很多指示因子如土質(zhì)、水質(zhì)、作物產(chǎn)量等都可用于監(jiān)測農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的健康狀態(tài)[19]。Wichert等[20]用魚群結(jié)構(gòu)評價農(nóng)業(yè)排水區(qū)域河岸系統(tǒng)的退化(degradation)和恢復(fù)(rehabilitation)狀況。他們提出農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中各組分的健康狀況可通過測量農(nóng)業(yè)排水區(qū)域的變化來實現(xiàn),把該變化作為一個農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)景觀整體因子。有證據(jù)顯示,設(shè)計維護健康環(huán)境的管理措施如通過在排水區(qū)域種植草木等可對魚群完整性產(chǎn)生積極影響。

3.2.3生態(tài)風險評估

生態(tài)系統(tǒng)健康風險評估就是評價危害生態(tài)系統(tǒng)健康的不良事件發(fā)生的概率以及在不同概率下不良事件所造成后果的嚴重性,并決定應(yīng)該制訂和采取的可行對策。因此評估的著眼點在于風險決策管理,目的是預(yù)防性地保護生態(tài)系統(tǒng)健康。這是一個多學科、多領(lǐng)域、多層次的綜合管理問題,包括技術(shù)、經(jīng)濟、政策、法律、公眾參與、倫理道德等多個方面。風險分析方法偏重于壓力,而不是生態(tài)系統(tǒng)的反應(yīng)。其重點放在已知來源的壓力對受壓系統(tǒng)可能產(chǎn)生的影響,進而可以估算出單一或多方面壓力對受壓系統(tǒng)可能產(chǎn)生損害的風險,如生產(chǎn)力降低、物種多樣性或其他生態(tài)系統(tǒng)功能的損失。早期的生態(tài)風險評估多針對人類健康而言,主要評估化學污染物進入食物鏈后可能對人類造成的影響[21]。但生態(tài)系統(tǒng)風險評估的最終受體不僅是人類自己,而且應(yīng)包括生態(tài)系統(tǒng)的各個組建水平:個體、種群、群落、生態(tài)系統(tǒng)及環(huán)境,并且要考慮生物間以及不同組建水平的生態(tài)風險之間的相互作用。

3.3關(guān)于評估的指標

指標是用來表達和交流持續(xù)發(fā)展狀態(tài)和過程信息的工具,指標設(shè)計和使用的好壞,直接影響決策的正確性和有效性。目前對生態(tài)系統(tǒng)評估的指標很多也較混亂,生產(chǎn)力、穩(wěn)定性、持續(xù)性、自組織力、多樣性/復(fù)雜性、公平性、恢復(fù)力、有效性等是評估農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)或農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)狀況的基礎(chǔ)[22]。其中持久性是農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)重要評估指標之一[23]。然而,對各個農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)是否健康的狀態(tài)進行評價,不可能建立一個完整的統(tǒng)一的指標體系,因為不同的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)所處的自然、社會、經(jīng)濟狀態(tài)不同,同一系統(tǒng)發(fā)展的不同階段所具有的特點也不同,需要由不同的指標來監(jiān)測,因而不同系統(tǒng)、同一系統(tǒng)不同的時間段上要求使用的指標不一樣,這就使得一致性的指標體系難以確定。當前多數(shù)人所接受的做法是,選擇一套對系統(tǒng)變化敏感的生物或理化性質(zhì)作為指示器,監(jiān)測指示器對生態(tài)環(huán)境變化的反應(yīng),并以此來判斷生態(tài)系統(tǒng)是否健康。如土質(zhì)、水質(zhì)、作物產(chǎn)量、生物多樣性等指示因子常被用于監(jiān)測農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的健康狀態(tài)[19],某些魚類可作為評估水生生態(tài)系統(tǒng)健康與否的指示器[20]。關(guān)于化學農(nóng)藥對土壤生態(tài)系統(tǒng)安全性的評價,有人以土壤微生物受到的影響及影響程度作為重要指標[24,25],而另一些研究認為以農(nóng)藥對蚯蚓的毒性作為評估農(nóng)藥對農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康程度的一個指標也是可行的[26,27]。吸蟲(trematode)因為具有復(fù)雜的生活周期可作為評估沼澤生態(tài)系統(tǒng)健康的一個好的指示器[28]。根據(jù)時間序列獲取的衛(wèi)星數(shù)據(jù)監(jiān)測植被對脅迫的物候反應(yīng)可作為評估生態(tài)系統(tǒng)健康的指示器[29]。多種外生菌根(ectomycorrhizas)由于受污染物影響時可顯著降低其地上部分子實體的產(chǎn)生而常被用作生物指示器[30];螺貝類(snails)種群因與森林土壤的理化性質(zhì),包括土壤濕度、pH值和地面覆蓋度等因子密切相關(guān),可作為監(jiān)測赤楊沼澤森林生態(tài)系統(tǒng)健康狀況的敏感指示器[31];水貂(mink)可作為監(jiān)測有機氯農(nóng)藥和重金屬污染的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康狀況的有效生物指示器[32]。

4討論

評估生態(tài)系統(tǒng)健康與生態(tài)、經(jīng)濟、人類健康等多方面有關(guān),該領(lǐng)域正得到迅速的發(fā)展[33]。廣義上人類是生態(tài)系統(tǒng)的一部分,因此生態(tài)系統(tǒng)健康包括了人類健康[34]。把農(nóng)業(yè)放在可持續(xù)發(fā)展的大范圍內(nèi)考慮,從經(jīng)濟、社會和環(huán)境角度為農(nóng)業(yè)發(fā)展定位,在討論農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康問題時,除了國家農(nóng)業(yè)宏觀政策層面上的評價外,主要集中在具體的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)評價。農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定與健康發(fā)展的關(guān)系,首先表現(xiàn)在農(nóng)業(yè)環(huán)境對農(nóng)業(yè)活動的反應(yīng)及其對破壞作用的承載能力,而農(nóng)業(yè)活動類型及影響主要決定于人們采取的農(nóng)業(yè)政策和技術(shù)措施。生態(tài)系統(tǒng)健康研究,其核心是要確立農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的整體觀,從維護和增強農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康著想,從恢復(fù)或增強農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的自然控制作用著手。

因為目前還缺乏客觀根據(jù)評價生態(tài)系統(tǒng)健康,談到健康總是意味著主觀因素,沒有建立一套區(qū)別健康和病態(tài)生態(tài)系統(tǒng)的嚴格條件,今后還必須進行比較性研究以提供測量的標準及理解生態(tài)系統(tǒng)健康的準繩。在關(guān)鍵指示生物種類的鑒定、生物指示器(bioindicator)的開發(fā)、系統(tǒng)和化學循環(huán)的影響及地形和生態(tài)區(qū)域的影響等方面的評估問題上,也還需要進一步的研究。生態(tài)系統(tǒng)健康的整體性評價主要是一種定性的判斷,如何將定性評價與定量分析有效結(jié)合,將是以后生態(tài)系統(tǒng)健康研究的一個重要課題。生態(tài)系統(tǒng)健康和生態(tài)系統(tǒng)功能間的關(guān)系也應(yīng)該進一步研究并證實。此外,建立脅迫與生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生病變行為(癥狀)的對應(yīng)關(guān)系也是很重要的。農(nóng)業(yè)活動究竟對自然環(huán)境有哪些正面和負面影響,不同農(nóng)業(yè)政策又是怎樣對環(huán)境產(chǎn)生影響的,這些都是農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康評估所要考慮的。建立一整套完整而普遍適用的反映農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康狀況的指標體系很難,但目前至少可以構(gòu)建一套與政策相關(guān)的、能反映農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)的評估指標分析框架,用來揭示農(nóng)業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的主要自然環(huán)境、生態(tài)結(jié)構(gòu)及經(jīng)濟發(fā)展問題。農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)具有社會基礎(chǔ),一系列的社會管理決定了資源的配置、技術(shù)的采用,因而也決定著壓力的種類和水平。

所以政策制訂者與科學研究者之間要加強交流,信息互通?？茖W家注重于長期利益,而政策制定者則注重于實際的、經(jīng)濟的、短期的效益。科學家應(yīng)了解政治程序,減小與政策制定者的差距,參與政策的制定過程。另一方面政策制訂者在制訂政策時也應(yīng)多方參考科學家的意見,權(quán)衡利弊,從全人類社會長期發(fā)展的角度來合理利用和配置資源,特別是不可再生利用的資源。此外,農(nóng)民的科學素質(zhì)對可持續(xù)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的管理十分重要[35]。通過宣傳教育和傳媒提高公眾的參與意識也是十分重要的。通過立法來規(guī)范人類的生產(chǎn)和科研活動、減少人類對自然界的干擾,也是解決生態(tài)風險的有效方法之一,這方面國內(nèi)外均已開始引起重視了,如我國關(guān)于農(nóng)藥化肥的生產(chǎn)和銷售管理體制正在逐步得到完善。