生态系统的风险评估范文

评价终点的选择

生态系统水平上的外界压力带来的生态风险体现在生态系统的各个方面,即生态系统作为一个系统化的整体成为了生态风险评价的“受体对象”.因此,本文以“生态系统服务”(以下简称生态服务)作为评价终点来表征生态系统水平的生态风险评价结果.目前有关生态服务指标的讨论较多.本文以联合国“千年生态系统评估”报告中构建的生态服务分类为基础,结合相关文献调研,筛选了10项具体的河流生态服务指标作为评价终点.这些指标分别为营养元素循环、初级生产、食物供给、淡水供给、基因资源、气候调节、水调节、水净化、娱乐价值和美学价值.

系统水平的“压力-响应”模式分析与量化

本文将生态风险评价涉及的源、受体、终点等评价要素通过内部与相互间复杂多样的联系而产生生态风险的全过程称之为“压力-响应”过程.外界压力通过“压力源”(Source)和“胁迫因子”(Stressor)来描述.压力源指各种自然和人为的活动,这些活动从生态系统外部施加一种或多种胁迫因子;胁迫因子指那些化学、物理或生物作用,这些因子会给特定的生态系统成分带来扰动.外界压力对评价终点(即生态服务)的影响过程可用如图2所示的“影响链”来表示.由于生态系统水平的生态风险评价涉及的压力源种类、影响方式及效应的多样化,采用单一的类似毒理学数据作为风险的量化方式无法实现.为此,本文对涉及的生态风险量化采用如下方式:把各项压力源的影响力(类似于“剂量”)按照其在不同区域(河段)的绝对数值的大小转化为压力源排序指数;把各项生态系统指标对应的生态系统要素对外界压力的抵抗力按照其在不同区域(河段)的绝对数值转化为弹性指数;把各风险组分之间的影响根据其方式、强度、效果等特征转化为统一的影响指数.前两者分别用压力源排序矩阵和生态系统弹性指数矩阵来表示;后者则用4项关系矩阵来表示.

对于一河流,可综合水体生态功能与相应压力源区域的关系,将其划分为若干河段(区域).压力源排序矩阵SRM由r行(表示r种压力源)和1列构成.元素iksr反映了在河段(区域)i中的压力源k的排序指数.生态系统弹性指数矩阵HRM由e行(表示e种生态系统指标)和1列构成,其中元素ieei反映了特定的生态系统指标e在相应河段i的弹性指数.借鉴“相对风险模型”中的赋值方法,这两个矩阵中的元素取值可分别用2、4、6这三个指数值来量化,数值越低,说明该河段(区域)对应的压力源作用越小,或者对应的生态系统指标的弹性越大(弹性越强则相同压力下的影响程度越弱,在数值上表现越低).SRM中的元素赋值采用排序法获得;HRM中的元素则结合相应的研究给出的好、中、差的定性结果,或结合实地调查或者实验的方法获的分级标准来赋值.四项关系矩阵分别为“压力源-胁迫因子关系矩阵”SSM、“胁迫因子-生态系统指标关系矩阵”SEM、“生态系统指标相互关系矩阵”AEM和“生态系统指标与生态服务关系矩阵”EEM.这四类矩阵采用层次打分法进行赋值.考虑到不同的风险组分之间的影响方式各异,因此各矩阵赋值所采用的判定标准存在差异.其评价过程如图3所示.

在对相应风险组分及其相互间关系量化基础上,即可进行压力源对河流生态系统的生态服务的影响程度量化表征.某一河段压力源产生的胁迫因子程度为:式中:i表示河段,j表示压力源,k表示胁迫因子SRMij表示i河段的压力源j的排序指数,CSSik表示i河段所有的压力源产生的第k类胁迫因子的累积影响评价得分.而胁迫因子对于生态系统指标的影响有:式中:h表示生态系统指标.SEMkh表示胁迫因子k对生态系统指标h的影响指数,CESik表示i河段所有的胁迫因子对第h类生态系统指标的累积影响评价得分.

对于生态系统的不同弹性,即对相同的外界压力所具有的不同响应程度,有:式中:HRMih表示i河段的生态系统指标h的弹性指数;ECESih为考虑了生态系统指标弹性之后的i河段所有的胁迫因子对第h类生态系统指标的有效累积影响得分.由于生态系统内部存在相互关系,某些生态系统指标受影响后会对其他指标产生间接影响.这种关系可表示为:式中:TCESih为考虑了生态系统指标弹性以及生态系统指标之间相互关联的情况下,i河段所有的胁迫因子对第h类生态系统指标的完全有效累积影响得分式中:Impacti为i河段所有的胁迫因子对所有的生态服务的影响总和,即i河段总的生态风险得分.同时,上式可以拆解为针对压力源、胁迫因子、生态系统指标和生态服务这四类风险组分对总的风险得分贡献.通过对这些风险组分的得分贡献排序,可以识别出压力源和生态效果的优先序及其需要关注的问题.

案例研究选择黄河为例来说明所构建的评价框架模型的应用.

1评价过程

综合考虑各生态亚区在气候、地貌、水文、水生生物和社会经济活动要素上的差异性和关联性,并结合已有的水系划分和数据可得性原则,将

黄河共分为7个河段,分别为龙羊峡以上(RR1)、龙羊峡至兰州(RR2)、兰州至头道拐(RR3)、头道拐至龙门(RR4)、龙门至三门峡(RR5)、三门峡至花园口(RR6)、花园口以下(RR7).筛选了10项压力源指标,分别为气候变化、种植、畜禽养殖、淡水养殖、工业、生活、城市化、水利设施、上游水质和上游水量.前7类压力源主要来源于本河段所处流域内的自然与社会经济系统;后2类压力源虽不属于该河段所处流域空间内,但能通过上下游的联系对河流生态系统产生影响作用.各项压力源指标的实际数据如表2所示.与之对应的胁迫因子共筛选出11项,分别为有机污染物、营养物质、沉积物、重金属、杀虫剂、外来物种、流量变化、取水、水坝、河道单一化和不透水表面.对得到的各河段的压力源的实际数据,通过排序法将各指标的绝对数转化为排序得分.排序标准则根据ArcGIS的数据分段功能来制定.各河段生态系统指标对应的主要度量指标的实际数据如表3所示.结合相关研究成果,将这些度量指标的绝对数值转化为弹性指数.四类关系矩阵的赋值以图3提出的层次打分法,参照有关专家评价或结合实际数据赋值综合得到.

2评价结果与讨论

由图4可见,生态风险程度较高的河段主要集中在中下游,且依次为龙门至三门峡、三门峡至花园口和花园口以下3个河段.由图5可见,从整体层面看,造成黄河生态风险的主要压力源为城市化、气候变化和种植业;主要的胁迫因子为流量变化、有机污染物和营养物质,且这三项胁迫因子带来的影响占到全部胁迫因子的50%以上;受影响较大的生态系统指标集中在生物组分和生态系统过程这两类,且位于前3位的指标分别为生物多样性、污染物迁移转化和初级生产受影响较大的生态服务为基因资源和水净化.评价结果表明,黄河生态系统的保护应重点关注中下游河段.其主要原因是中下游河段不仅受到本区域社会经济系统和自然条件影响,而且还进一步受到上游影响,因而对于河流生态系统而言,在区域内的压力源种类和强度相同或近似的条件下,下游河段的生态风险一般大于上游河段.其次,从系统整体看,黄河生态系统的风险控制需要重点关注城市和农业这些面源类压力源,并且需要将气候变化纳入风险控制的考虑;同时,黄河生态系统的保护对象也需要从通常的水量、水质等问题面向对生境以及生物等目标上来.第三,各河段生态风险的差异性说明了对于不同河段生态系统的风险控制策略应有所不同.

评价结果也体现了本文建立的评价方法区别于传统方法的优势.该方法从系统层面综合分析多因素带来的宏观结果,可以识别系统的核心要素和关键问题,进而为针对特定要素和特定问题的分析和解决指明方向.其次,该方法将风险评价结果与造成风险的来源,及社会经济要素相关联,进而可以分析社会经济发展特征与河流生态风险特征之间的相互关系,为基于风险反馈的社会经济调控提供依据.

结论

1围绕生态系统与复杂系统的理论概念,以生态服务作为生态系统水平的风险评价终点,通过外界压力与生态系统服务的“压力-响应”过程的量化表征,建立了系统尺度上河流生态系统的指标体系与相应的河流生态系统生态风险评价方法.所建立的评价方法能够为河流生态系统管理提供科学信息支持,进而揭示基于河流生态系统的政策与管理含义.

2以黄河为案例展示了构建的评价方法的应用过程,结果表明:黄河生态系统的保护需要重点关注中下游河段;从整体角度而言,黄河生态系统的风险控制需要重点关注城市和农业这些面源类压力源,并需要将气候变化纳入风险控制考虑范围,同时,黄河生态系统的保护要求也需要从通常的单一水量、水质等问题积极转向对生境以及生物等目标上来。

作者：赵钟楠张天柱单位：清华大学环境学院