吳瑩瑩, 雷新明, 黃暉, 張?jiān)￡?yáng), 丁德文,3

1. 中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所, 廣東 廣州 510301;

2. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué), 北京 100049;

3. 自然資源部第一海洋研究所, 山東 青島 266061

生態(tài)系統(tǒng)是指在自然界一定的空間內(nèi), 生物與環(huán)境構(gòu)成的統(tǒng)一整體。生態(tài)系統(tǒng)健康是指在這個(gè)統(tǒng)一整體中, 生物與環(huán)境之間相互影響、相互制約, 并在一定時(shí)期內(nèi)處于相對(duì)穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)(林麗芳 等, 2018; 孫有方 等, 2018)。生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)研究有助于更好地理解和管理人類行為以提升環(huán)境質(zhì)量, 近年來(lái)其研究尺度從群落到生態(tài)系統(tǒng)、到景觀不斷拓展, 其成果已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用到河流生態(tài)系統(tǒng)、湖泊生態(tài)系統(tǒng)、海洋生態(tài)系統(tǒng)中。較早出現(xiàn)的評(píng)價(jià)方法是“生物指標(biāo)評(píng)價(jià)法”(Idris et al, 2006;牛文濤 等, 2009), 該方法較好地解決了用單一類型指標(biāo)快捷評(píng)價(jià)珊瑚礁健康狀況的問(wèn)題(Pennisi, 1997;Jameson et al, 2001; Risk et al, 2001), 其局限性主要在于未引入生態(tài)系統(tǒng)水平上的綜合指標(biāo), 具體體現(xiàn)在兩個(gè)方面: 一是僅從生態(tài)系統(tǒng)脅迫角度評(píng)價(jià)生態(tài)系統(tǒng)健康不適用于系統(tǒng)整體健康發(fā)展趨勢(shì)的預(yù)測(cè)需求; 二是評(píng)價(jià)指標(biāo)的全面性和反應(yīng)靈敏度不足。由于單一物種與整體生態(tài)系統(tǒng)功能和性質(zhì)變化相關(guān)性較弱, 系統(tǒng)受脅迫初期指標(biāo)因素可能會(huì)發(fā)生反應(yīng)滯后或超前或不能區(qū)分正常擾動(dòng)和異常波動(dòng)等問(wèn)題。此外, 前人提出的物種篩選方法并沒(méi)有建立統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn), 因而也影響了研究效果。另一種較為常用的健康評(píng)價(jià)方法是“結(jié)構(gòu)功能指標(biāo)評(píng)價(jià)法”, 相關(guān)的評(píng)價(jià)模型有“生態(tài)-經(jīng)濟(jì)-社會(huì)”評(píng)價(jià)模型(崔保山 等,2003)、“壓力-狀態(tài)-響應(yīng)”模型(肖佳媚, 2007)、“活力-組 織 力-恢 復(fù) 力”模 型(Argüelles-Jiménez et al,2020)。結(jié)構(gòu)功能指標(biāo)評(píng)價(jià)法能夠反映外界脅迫的長(zhǎng)期累積效應(yīng), 優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)健性較高。但其敏感性較低,對(duì)環(huán)境和健康狀況的變化反映需要較長(zhǎng)時(shí)間的監(jiān)測(cè)分析。結(jié)構(gòu)功能指標(biāo)評(píng)價(jià)法存在三方面問(wèn)題: 一是缺少系統(tǒng)性的理論支撐, 在原理層面沒(méi)有系統(tǒng)性地闡述珊瑚礁生態(tài)健康評(píng)價(jià)方法的理論依據(jù), 例如沒(méi)有提出評(píng)價(jià)模型構(gòu)建機(jī)制、指標(biāo)體系建立的理論依據(jù); 二是指標(biāo)組合不成體系, 沒(méi)有建立指標(biāo)篩選原則和篩選標(biāo)準(zhǔn); 三是模型時(shí)空普適性不夠, 評(píng)價(jià)模型之間差異較大, 不利于在不同地域和發(fā)展時(shí)期的遷移使用, 影響研究結(jié)論之間的比較分析。

海洋生態(tài)系統(tǒng)是一類復(fù)雜的社會(huì)-經(jīng)濟(jì)-自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng), 其龐大的組織結(jié)構(gòu)、循環(huán)交錯(cuò)的能量流動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、動(dòng)態(tài)平衡的群落演替等特征, 決定了其并不適合通過(guò)選取有限的幾個(gè)指示物種進(jìn)行綜合健康評(píng)價(jià)的方法。珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)健康水平下降導(dǎo)致珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)逐漸被其他生態(tài)系統(tǒng)替代, 珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)與其他生態(tài)系統(tǒng)組成的更高層級(jí)的系統(tǒng)整體受損, 更嚴(yán)重的將會(huì)造成高層級(jí)系統(tǒng)內(nèi)物質(zhì)能量循環(huán)斷開(kāi)或受阻, 珊瑚生存環(huán)境更加窘迫?？梢?jiàn), 僅討論珊瑚礁本身的壓力和響應(yīng)不能體現(xiàn)珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的健康水平和發(fā)展趨勢(shì), 需要拓寬評(píng)價(jià)視野,將人與自然系統(tǒng)作為一個(gè)整體去考慮, 建立涵蓋面廣、信息量大的指標(biāo)體系, 從更高層級(jí)反映珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的實(shí)際狀態(tài)和未來(lái)趨勢(shì)。綜上, 本文提出珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)方法的設(shè)計(jì)思路為: 1) 健康的生態(tài)系統(tǒng)具有良好的組織力。組織力是維系復(fù)雜活躍的珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)調(diào)控機(jī)制的統(tǒng)稱, 是個(gè)體獨(dú)特的基因構(gòu)成、發(fā)育路徑、組織規(guī)律和進(jìn)化動(dòng)力學(xué)共同作用的結(jié)果。生態(tài)系統(tǒng)健康的概念已經(jīng)不單純是一個(gè)生態(tài)學(xué)上的定義, 在系統(tǒng)組織力的維系下,生態(tài)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、人類健康三個(gè)領(lǐng)域合在一起形成了獨(dú)一無(wú)二的生物物種和生態(tài)組合規(guī)律。2) 健康的珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部物種結(jié)構(gòu)是完整有序的, 例如種間關(guān)系和功能良好, 生物多樣性或系統(tǒng)復(fù)雜性高。在時(shí)間水平上, 同一段時(shí)間內(nèi)群落演替保持有序進(jìn)行, 演替進(jìn)程未因外界環(huán)境變化而中斷, 具有良好的系統(tǒng)彈性; 在空間水平上, 同一區(qū)域內(nèi)物種之間遵循互惠共生的法則(牛文濤 等, 2009, 2010),系統(tǒng)處于高效產(chǎn)能狀態(tài), 未受到外界擾動(dòng)。3) 在組織力調(diào)節(jié)下, 各種構(gòu)成個(gè)體聚集成為與個(gè)體特性簡(jiǎn)單相加完全不同的全新的整體特性。其生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)理論體系不僅包括生態(tài)系統(tǒng)生理方面的要素,而且還應(yīng)包括復(fù)雜的人類價(jià)值及生物的、物理的、倫理的、藝術(shù)的、哲學(xué)的和經(jīng)濟(jì)學(xué)的觀點(diǎn)。

本文在借鑒前人評(píng)價(jià)方法的基礎(chǔ)上, 基于生態(tài)學(xué)和系統(tǒng)復(fù)雜性原理提出了一種普適性較強(qiáng)且指標(biāo)體系較為完整的珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)方法, 擬命名為“組織力及系統(tǒng)功能評(píng)價(jià)法”。同時(shí), 系統(tǒng)地提出了珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)工作的完整流程,即: 建立珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)通用型評(píng)價(jià)框架→篩選關(guān)鍵指標(biāo)形成健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系→設(shè)計(jì)符合區(qū)域特點(diǎn)的評(píng)價(jià)模型→結(jié)合實(shí)地調(diào)研及歷史數(shù)據(jù)復(fù)核評(píng)價(jià)模型的科學(xué)性和有效性→完善通用型評(píng)價(jià)框架, 促使評(píng)價(jià)框架和指標(biāo)不斷在實(shí)踐中得到完善和提升。本文研究成果將為珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)與管理提供科學(xué)支撐。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象及數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究的實(shí)驗(yàn)對(duì)象為西沙群島海域珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)源于實(shí)地調(diào)查及南海珊瑚礁科學(xué)考察報(bào)告、海南省統(tǒng)計(jì)年鑒、海南省生態(tài)環(huán)境廳生態(tài)環(huán)境及海洋環(huán)境公報(bào)。生物類數(shù)據(jù)來(lái)自2005—2008年西沙群島部分島礁(永興島、趙述島、金銀島、東島、北島、羚羊礁、西沙洲、晉卿島、甘泉島)的56個(gè)調(diào)查站位每年2個(gè)航次的生物調(diào)查結(jié)果, 調(diào)查范圍為109°13′—112°51′E、16°60′—18°13′N。環(huán)境類數(shù)據(jù)來(lái)自國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局、海南省生態(tài)環(huán)境廳、國(guó)家自然資源部南海局2001—2019年發(fā)布的有關(guān)中國(guó)近岸及海南省的生態(tài)環(huán)境及海洋環(huán)境公報(bào)。經(jīng)濟(jì)類數(shù)據(jù)來(lái)自國(guó)家統(tǒng)計(jì)局2010—2019年海南省統(tǒng)計(jì)年鑒。具體包括: 1) 海南省海洋與漁業(yè)科學(xué)院,《西沙珊瑚礁生態(tài)監(jiān)控區(qū)報(bào)告》(2014—2018年); 2)海南省海洋與漁業(yè)科學(xué)院, 《海南省海洋自然保護(hù)區(qū)生物多樣性調(diào)查報(bào)告》(2016—2018年); 3) 中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所,《珊瑚礁生態(tài)調(diào)查研究報(bào)告》(2005年、2006年、2015年); 4) 海南省統(tǒng)計(jì)局,《海南統(tǒng)計(jì)年鑒》(2010—2019年); 5) 國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局,《中國(guó)近岸海域(生態(tài))環(huán)境質(zhì)量公報(bào)》(2001—2018年); 6) 海南省生態(tài)環(huán)境廳(原海南省海洋與漁業(yè)廳), 《海南省(生態(tài))環(huán)境狀況公報(bào)》(2009—2019年);7) 海南省生態(tài)環(huán)境廳(原海南省海洋與漁業(yè)廳),《海南省海洋環(huán)境狀況公報(bào)》(2005—2018年); 8) 國(guó)家自然資源部南海局, 《南海區(qū)海洋環(huán)境狀況公報(bào)》(2009—2016年)。

1.2 評(píng)價(jià)指數(shù)

珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)采用分級(jí)指標(biāo)評(píng)分法,逐級(jí)加權(quán), 綜合評(píng)定健康指數(shù), 然而目前并沒(méi)有統(tǒng)一公認(rèn)的等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)。珊瑚礁健康狀況通常劃分為4級(jí): 理想狀況、健康、亞健康、不健康(表1)。

表1 珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)估分級(jí)表Tab. 1 Grading results of coral health appraisal

評(píng)價(jià)為“健康”表明珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)保持其自然屬性, 生物多樣性及生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基本穩(wěn)定, 生態(tài)系統(tǒng)主要服務(wù)功能正常發(fā)揮, 病害或人為活動(dòng)所產(chǎn)生的生態(tài)壓力在生態(tài)系統(tǒng)的承載范圍之內(nèi)。評(píng)價(jià)為“亞健康”表明珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)基本保持其自然屬性,生物多樣性及生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)生一定程度的改變,生態(tài)系統(tǒng)主要服務(wù)功能不能完全正常發(fā)揮, 病害或人為活動(dòng)所產(chǎn)生的生態(tài)壓力超出生態(tài)系統(tǒng)的承載能力, 但生態(tài)系統(tǒng)在去除人為干預(yù)的情況下尚能自然修復(fù)。評(píng)價(jià)為“不健康”表明珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)自然屬性明顯改變, 生物多樣性及生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)生較大程度改變, 生態(tài)系統(tǒng)主要服務(wù)功能嚴(yán)重退化或喪失,病害或人為活動(dòng)所產(chǎn)生的生態(tài)壓力超出生態(tài)系統(tǒng)的承載能力, 生態(tài)系統(tǒng)在短期內(nèi)難以恢復(fù)。

1.3 評(píng)價(jià)框架

珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)開(kāi)放的復(fù)雜系統(tǒng), 由珊瑚蟲(chóng)、海星、海膽、螺類等底棲生物、藍(lán)藻等浮游生物、珊瑚礁魚(yú)類、細(xì)菌真菌類等無(wú)數(shù)個(gè)體聚集而成的相對(duì)獨(dú)立的一個(gè)整體(雷新明 等, 2019)。珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)框架作為健康評(píng)價(jià)工作的基礎(chǔ)和核心, 應(yīng)體現(xiàn)出珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)這種獨(dú)一無(wú)二的生物物種和生態(tài)組合規(guī)律?；谏鷳B(tài)學(xué)和系統(tǒng)復(fù)雜性理論, 將珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)、能量循環(huán)及動(dòng)態(tài)平衡等獨(dú)特的整體特征納入框架, 同時(shí)結(jié)合珊瑚礁調(diào)查和觀測(cè)情況, 梳理統(tǒng)籌生物群落、物理化學(xué)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、人類健康等各方面因素, 形成了關(guān)于珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)健康的評(píng)價(jià)框架(趙帥 等,2013; 柴立和 等, 2004)。

本研究根據(jù)珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和壓力-狀態(tài)-響應(yīng)模型、珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能重要因素的比重關(guān)系, 邀請(qǐng)業(yè)內(nèi)專家, 根據(jù)西沙群島珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)獨(dú)特的物候條件和高度豐富的物種結(jié)構(gòu)以及近年島礁開(kāi)發(fā)情況, 篩選了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能方面的關(guān)鍵要素組成評(píng)價(jià)框架(表2)。該評(píng)價(jià)框架包括四大模塊, 分別是珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能、珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)與其他海洋生態(tài)系統(tǒng)間關(guān)系、與人類社會(huì)生態(tài)系統(tǒng)間關(guān)系、珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展制約因素。第一模塊為生物類因素, 是體系評(píng)價(jià)的固定板塊;第二至第四模塊統(tǒng)稱為環(huán)境類因素, 可隨地域特性和調(diào)查情況設(shè)置個(gè)性化的評(píng)價(jià)指標(biāo)及權(quán)重參與生態(tài)系統(tǒng)整體評(píng)價(jià)。

表2 珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)框架Tab. 2 Evaluation framework of coral reef ecosystem

本文提出的珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)框架, 是對(duì)珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)方法規(guī)范化和范式化的一次新嘗試。它涵蓋了生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、生態(tài)功能、壓力、物理化學(xué)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)及人類健康等各類指標(biāo),能從綜合層面反映珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境質(zhì)量。評(píng)價(jià)框架的第一模塊是生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能, 這個(gè)大類包含三小類系統(tǒng)能力, 分別是系統(tǒng)內(nèi)生物共生能力、互惠能力和系統(tǒng)彈性恢復(fù)能力。系統(tǒng)互惠是指物質(zhì)能量循環(huán)順暢時(shí), 系統(tǒng)內(nèi)生物能夠通過(guò)物質(zhì)能量交換來(lái)獲得必須的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì); 系統(tǒng)彈性是指珊瑚繁殖率及補(bǔ)充量高時(shí), 系統(tǒng)能夠在逆境中保持種群的延續(xù)性。本文將從物種和種群兩個(gè)水平上分別評(píng)估共生能力。在物種水平上, 共生關(guān)系的基礎(chǔ)是組織黏性和關(guān)鍵種存量, 當(dāng)消費(fèi)者、生產(chǎn)者、分解者存量豐富且組成交錯(cuò)牢固的食物鏈時(shí), 會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的組織黏性; 造礁石珊瑚關(guān)鍵種存量較高且無(wú)天敵威脅的情況下, 能夠構(gòu)建堅(jiān)固的珊瑚礁礁體(黃林韜等, 2020), 為珊瑚礁生物提供賴以生存的物理生境(蔡澤富 等, 2015)。種群水平上的共生體現(xiàn)為種群組成的動(dòng)態(tài)平衡, 建立于物種多樣性和均勻度較高的基礎(chǔ)之上(Huang et al, 2006)。評(píng)價(jià)框架的第二模塊是生態(tài)系統(tǒng)與其他海洋生態(tài)系統(tǒng)間關(guān)系。系統(tǒng)間關(guān)系按地質(zhì)地貌分為陸地和水域兩大類, 陸地模塊包括生物棲息地保護(hù)和城市建設(shè)、自然災(zāi)害、地理分布和深度三類指標(biāo), 例如用森林及保護(hù)區(qū)占比衡量生物棲息地情況, 用巨浪天數(shù)、潮高超標(biāo)次數(shù)衡量自然災(zāi)害破壞水平。水域模塊包括水域富營(yíng)養(yǎng)化程度和季節(jié)性洋流軌跡變化。評(píng)價(jià)框架的第三模塊是生態(tài)系統(tǒng)與人類社會(huì)生態(tài)系統(tǒng)間關(guān)系, 分為人類社會(huì)系統(tǒng)壓力和人類社會(huì)系統(tǒng)彈性兩類。壓力來(lái)源為人口與環(huán)境(施祺 等, 2007), 具體的壓力指標(biāo)包括生存資源占用、治污排污技術(shù)水平。彈性來(lái)源于城市建設(shè)、經(jīng)濟(jì)政治博弈, 具體為城市生態(tài)文明建設(shè)的實(shí)際舉措和遠(yuǎn)景規(guī)劃、漁業(yè)、運(yùn)輸業(yè)、旅游業(yè)發(fā)展以及主權(quán)領(lǐng)土和能源爭(zhēng)奪戰(zhàn)爭(zhēng)。評(píng)價(jià)框架的第四模塊是生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展制約因素, 包括了人文因素、水域因素、氣候因素、時(shí)間因素。人文因素具體為人口增長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)及制造業(yè)發(fā)展、國(guó)家政策及國(guó)際形勢(shì)、城市建設(shè)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展等; 水域因素為洋流、溫室效應(yīng)、富營(yíng)養(yǎng)化及石油泄漏等; 氣候因素為自然災(zāi)害等; 時(shí)間因素為引發(fā)系統(tǒng)健康整體改變的時(shí)間累積效應(yīng)。

1.4 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

按照評(píng)價(jià)框架的模塊劃分, 結(jié)合前人的珊瑚礁調(diào)查資料及篩選標(biāo)準(zhǔn), 選擇一系列關(guān)鍵性指標(biāo),之后運(yùn)用層次分析法將關(guān)鍵指標(biāo)在時(shí)間和空間層級(jí)分類排序, 構(gòu)建起珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)的關(guān)鍵指標(biāo)體系。關(guān)鍵性指標(biāo)是體現(xiàn)一定時(shí)間尺度內(nèi)系統(tǒng)被干擾的指示標(biāo)記。珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)作為一個(gè)復(fù)雜的演化系統(tǒng), “不穩(wěn)定—變化—穩(wěn)定”是組織在干擾中趨向于相對(duì)穩(wěn)定的調(diào)節(jié)過(guò)程, 當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生了顯著不同的波動(dòng)時(shí), 關(guān)鍵性指標(biāo)應(yīng)出現(xiàn)實(shí)時(shí)或滯后的顯著變化(黃暉 等, 2008, 2011)。因此, 本文將關(guān)鍵性指標(biāo)的篩選標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置為: 第一,關(guān)鍵性指標(biāo)應(yīng)是可指示系統(tǒng)受到干擾后的恢復(fù)能力指標(biāo); 第二, 關(guān)鍵性指標(biāo)應(yīng)具有整體關(guān)鍵性,若失去關(guān)鍵要素或關(guān)鍵要素及其相關(guān)的反饋?zhàn)饔冒l(fā)生變化, 將影響本層次甚至更高層次的結(jié)構(gòu)、功能和運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

本研究以南海典型珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和生態(tài)服務(wù)功能為主要評(píng)估內(nèi)容, 建立了南海典型珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)體系(見(jiàn)表3), 共包括5個(gè)層次: 1) 第1層次是目標(biāo)層, 為“生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)”。2) 第2層次是次目標(biāo)層, 包括: ①“生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)平衡水平”, 用于評(píng)價(jià)珊瑚礁在人類活動(dòng)的干擾下與健康狀態(tài)的距離, 以反映系統(tǒng)內(nèi)的穩(wěn)定程度; ②“生態(tài)系統(tǒng)間平衡水平”, 用于評(píng)價(jià)珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)與外部其他生態(tài)系統(tǒng)間的平衡狀態(tài)及趨勢(shì)。3) 第3層次是準(zhǔn)則層, 包括目標(biāo)層中“生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)平衡水平”劃分的“生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)均衡性: 共生關(guān)系”和“生態(tài)系統(tǒng)功能: 互惠關(guān)系”2個(gè)準(zhǔn)則, 以及“生態(tài)系統(tǒng)間平衡水平”劃分的“地理環(huán)境-棲息地破壞水平”“水環(huán)境變化”和“人類社會(huì)環(huán)境發(fā)展水平”3個(gè)準(zhǔn)則。4) 第4層是次準(zhǔn)則層, 包括“物種間共生關(guān)系和功能”“種群組成動(dòng)態(tài)平衡水平”“物質(zhì)能量循環(huán)-魚(yú)類密度與石珊瑚覆蓋率比值”“系統(tǒng)彈性, 繁衍和恢復(fù)力”“人為開(kāi)發(fā)”“自然災(zāi)害”“生產(chǎn)力相關(guān)水文條件”“水質(zhì)條件”“人類生活環(huán)境”“人口素質(zhì)”“環(huán)保水平”“經(jīng)濟(jì)發(fā)展”等12個(gè)次準(zhǔn)則。5) 第5層次是因素層, 包括“組織黏性”“關(guān)鍵物種生物量”“物種多樣性”“物種均勻度”“病害”“幼體補(bǔ)充量”“死亡率”“森林覆蓋率”“自然保護(hù)區(qū)占比”“自然災(zāi)害強(qiáng)度”“自然災(zāi)害頻率”“海水pH”“海表溫度”“海水透明度”“懸浮物”“重金屬含量”“富營(yíng)養(yǎng)水平”“站點(diǎn)油類含量”“污水排放量”“污水水質(zhì)”“人口密度”“文盲率”“農(nóng)村居民人均可支配收入”“城鎮(zhèn)污水處理率”“農(nóng)村生活污水處理率”“工業(yè)固體綜合利用率”“生活垃圾無(wú)害化處理率”“漁業(yè)捕撈發(fā)展”“海水養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展”“貨物吞吐量”“旅游業(yè)發(fā)展”“工業(yè)制造業(yè)發(fā)展”等32大類。6) 第6層是要素層, 包括67項(xiàng)指標(biāo)。

1.5 評(píng)價(jià)模型設(shè)計(jì)

根據(jù)達(dá)爾文自然選擇學(xué)說(shuō)闡述的生物體和生態(tài)系統(tǒng)的適應(yīng)與進(jìn)化過(guò)程, 珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)具有根據(jù)外部環(huán)境條件變化適應(yīng)和進(jìn)化的能力。生態(tài)系統(tǒng)的均衡狀態(tài)是一個(gè)持續(xù)的重組—退化—發(fā)展的動(dòng)態(tài)平衡,當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到自組織的臨界條件時(shí), 系統(tǒng)在適應(yīng)環(huán)境過(guò)程中啟動(dòng)了自調(diào)節(jié)的自組織行為, 逐漸形成珊瑚礁獨(dú)特的整體行為與特征。復(fù)雜的珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)因存在著由大量個(gè)體組成的結(jié)構(gòu)特性而不易于預(yù)測(cè)其發(fā)展趨勢(shì), 其中某些組分變動(dòng)時(shí)可能會(huì)影響到整個(gè)系統(tǒng), 甚至導(dǎo)致系統(tǒng)突然性全面崩潰, 例如極端的白化現(xiàn)象和天敵災(zāi)害對(duì)種群結(jié)構(gòu)會(huì)造成較大損傷。

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在模型的指標(biāo)組成方面, 對(duì)具體區(qū)域進(jìn)行健康評(píng)價(jià)時(shí), 結(jié)合研究對(duì)象的地域和生態(tài)特征, 運(yùn)用綜合分析法和層次分析法調(diào)整生物、環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)等方面的關(guān)鍵指標(biāo)及權(quán)重, 可建立起該區(qū)域的珊瑚礁健康評(píng)價(jià)模型。首先, 選擇相應(yīng)的環(huán)境指標(biāo)。在珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)框架基礎(chǔ)上, 結(jié)合地域特征、生態(tài)水平、調(diào)查情況, 對(duì)指標(biāo)體系進(jìn)行保留和優(yōu)化或者查漏補(bǔ)缺, 可以獲得特定區(qū)域的珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)模型。鑒于西沙珊瑚礁距三亞市榆林港和文昌市清瀾港330km, 可將水質(zhì)條件、污水排放、環(huán)保水平、經(jīng)濟(jì)發(fā)展等生態(tài)系統(tǒng)間平衡因素暫不納入至西沙珊瑚礁的健康評(píng)價(jià)模型中。南渡江是海南省主要河流入?？卩徑Ｓ蚝Ｑ蟓h(huán)境質(zhì)量指標(biāo)的最主要監(jiān)測(cè)位點(diǎn), 也是海南省五大河流中污染程度較高的流域, 故可將其納入至南海近岸珊瑚礁健康評(píng)價(jià)模型中, 但不適合列入西沙珊瑚礁健康評(píng)價(jià)模型。其次, 考慮納入生物多樣性評(píng)價(jià)指標(biāo)。建立生物因素與珊瑚礁健康程度的關(guān)聯(lián)關(guān)系, 找到珊瑚群落中的模式, 并確定每個(gè)物種對(duì)場(chǎng)地相似性的貢獻(xiàn)。綜合考慮生物數(shù)據(jù)與珊瑚數(shù)據(jù)的關(guān)系, 以確定每個(gè)因素的權(quán)重。食物鏈從頂端到底端呈現(xiàn)為物種豐富、數(shù)量均衡的狀態(tài), 群落演替才能自然持續(xù)地運(yùn)作下去。由于魚(yú)類、底棲生物、浮游生物是食物鏈的重要種群, 因此增加魚(yú)類種類、底棲種類、魚(yú)類密度、底棲動(dòng)物密度、浮游植物細(xì)胞豐度、浮游動(dòng)物豐度、魚(yú)類平均體長(zhǎng)、底棲動(dòng)物生物量、浮游動(dòng)物生物量等指標(biāo)可以提升評(píng)價(jià)的全面性。

在模型的比較維度方面, 根據(jù)西沙珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境和社會(huì)發(fā)展水平, 選擇2011—2018年和2014—2018年兩個(gè)時(shí)間段, 比較珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)健康水平受社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展累積效應(yīng)的影響。在指標(biāo)體系構(gòu)建方面, 設(shè)置含社會(huì)環(huán)境指標(biāo)、生物多樣性指標(biāo)和不包含相應(yīng)指標(biāo)的兩套評(píng)價(jià)指標(biāo)體系, 比較評(píng)價(jià)結(jié)果受評(píng)價(jià)體系組成的影響。在人類干擾方面,選擇了受人類干擾較強(qiáng)和較弱的島礁進(jìn)行比較。綜上, 根據(jù)研究區(qū)域的環(huán)境和社會(huì)發(fā)展水平, 對(duì)西沙珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)總共設(shè)計(jì)了4個(gè)健康評(píng)價(jià)模型, 分別是: ①2011—2018年含環(huán)境指標(biāo)和生物多樣性指標(biāo)的西沙珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)模型; ②2011—2018年不含環(huán)境指標(biāo)、含生物多樣性指標(biāo)的西沙珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)模型; ③2014—2018年含環(huán)境指標(biāo)和生物多樣性指標(biāo)的西沙珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)模型; ④2014—2018不含環(huán)境指標(biāo)、含生物多樣性指標(biāo)的西沙珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)模型。

本次研究設(shè)計(jì)的4個(gè)評(píng)價(jià)模型旨在通過(guò)時(shí)間、空間、食物鏈等多維度比較來(lái)探索珊瑚礁、人類及環(huán)境之間的相關(guān)性, 以及由相互依賴性產(chǎn)生的數(shù)學(xué)及物理指標(biāo)數(shù)據(jù)間的聯(lián)系, 進(jìn)一步闡釋其內(nèi)在原因和機(jī)理, 作出對(duì)珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)重要特性的粗粒度量化描述, 形成一個(gè)基于數(shù)學(xué)或可計(jì)算的基本原理而構(gòu)建的理論框架, 使今后能夠在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能層面構(gòu)建理想化的可統(tǒng)計(jì)比較的標(biāo)準(zhǔn)量化系統(tǒng), 并基于此為對(duì)照或基數(shù)進(jìn)行在外界環(huán)境條件或進(jìn)化選擇影響下的珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè), 以應(yīng)對(duì)珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展和長(zhǎng)期生存。

1.6 評(píng)價(jià)方法

本研究采用組織力及系統(tǒng)功能評(píng)價(jià)法對(duì)西沙珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行健康評(píng)價(jià)。首先, 對(duì)2011—2018年西沙群島(包括永興島、趙述島、金銀島、東島、北島、羚羊礁、西沙洲、晉卿島、甘泉島)的珊瑚礁進(jìn)行區(qū)域內(nèi)健康狀況整體評(píng)價(jià); 然后, 對(duì)2011—2018年北島、西沙洲、永興島、趙述島4個(gè)島礁的珊瑚礁分別進(jìn)行健康評(píng)價(jià); 最后, 開(kāi)展實(shí)地調(diào)查和居民問(wèn)卷調(diào)查, 對(duì)評(píng)價(jià)方法進(jìn)行科學(xué)性和可行性驗(yàn)證。

在健康評(píng)價(jià)指數(shù)計(jì)算上, 采用層次分析法以確定指標(biāo)權(quán)重。依據(jù)Saaty提出的1～9標(biāo)度法(吳易雯等, 2017)判斷指標(biāo)的相對(duì)重要性, 自上而下對(duì)評(píng)價(jià)體系指標(biāo)及權(quán)重進(jìn)行分析, 可得到相應(yīng)的區(qū)域評(píng)價(jià)模型(趙煥臣 等, 1986; 彭濤 等, 2016)。指標(biāo)權(quán)重的確定方法如下:

1) 構(gòu)建判斷矩陣A: 采用專家打分法, 建立環(huán)境因素與珊瑚礁健康程度的關(guān)聯(lián)矩陣; 對(duì)于從屬于(或影響)上一層每個(gè)因素的同一層諸因素, 用成對(duì)比較法和1～9比較尺度構(gòu)造成對(duì)比較陣, 確定每個(gè)物種對(duì)場(chǎng)地相似性的貢獻(xiàn)。用aij表示第i個(gè)因素相對(duì)于第j個(gè)因素的比較結(jié)果。

2) 計(jì)算權(quán)向量并作一致性檢驗(yàn): 計(jì)算判斷矩陣B的最大特征根及對(duì)應(yīng)的特征向量。計(jì)算公式為:

式中:λmax為B的最大特征根;W為對(duì)應(yīng)于B的正規(guī)化特征向量;W的分量Wi即是相應(yīng)因素單排序的權(quán)值。

對(duì)于每一個(gè)成對(duì)比較陣計(jì)算得到的最大特征根及對(duì)應(yīng)特征向量, 利用一致性指標(biāo)CI、隨機(jī)一致性指標(biāo)RI和一致性比率CR作一致性檢驗(yàn)。當(dāng)CR≤0.1時(shí), 檢驗(yàn)通過(guò), 特征向量(歸一化后)即為權(quán)向量;若不通過(guò), 則需重新構(gòu)造成對(duì)比較陣。一致性檢驗(yàn)公式為:

式中: CI為層次總排序一致性指標(biāo); RI為層次總排序平均隨機(jī)一致性指標(biāo); CR為層次總排序隨機(jī)一致性比率;n為因素個(gè)數(shù)。

3) 層次總排序及指標(biāo)權(quán)重計(jì)算: 利用同一層次中所有層次單排序的結(jié)果, 可以計(jì)算針對(duì)上一層次而言的本層次所有因素重要性的權(quán)值。若中間層包含m個(gè)主因素A1、A2……Am, 其層次總排序權(quán)值分別為a1、a2……am; 而最底層包含n個(gè)子因素B1、B2……Bn, 它們對(duì)于因素Aj的層次單排序權(quán)值分別為b1j、b2j……bmj。當(dāng)Bi與Aj無(wú)聯(lián)系時(shí),bij=0, 最底層的子因素Bi的總權(quán)重公式則為:

本研究采用綜合指數(shù)法進(jìn)行珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)計(jì)算, 珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)綜合指數(shù)(Coral Reef Ecosystem Health Assessment Comprehensive Index, CHI)的數(shù)值范圍是0～100, 計(jì)算公式如下:

式中: CHI為珊瑚礁健康評(píng)價(jià)綜合指數(shù);Wi表示第i個(gè)一級(jí)指標(biāo)的權(quán)重;Yij表示第i個(gè)一級(jí)指標(biāo)中的第j個(gè)二級(jí)指標(biāo)的賦值得分;Wij表示第i個(gè)一級(jí)指標(biāo)中的第j個(gè)二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重。

評(píng)價(jià)指標(biāo)P的指數(shù)計(jì)算方法為:

式中:Er是第q項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的第r個(gè)樣品(或樣方)的賦值;n是評(píng)價(jià)指標(biāo)監(jiān)測(cè)樣品總數(shù)(或監(jiān)測(cè)樣方總數(shù))。

2 評(píng)價(jià)結(jié)果

以2011—2018年度西沙群島生態(tài)系統(tǒng)常規(guī)調(diào)查結(jié)果為基礎(chǔ), 采用包含環(huán)境因素和不包含環(huán)境因素的兩個(gè)珊瑚礁健康評(píng)價(jià)體系, 對(duì)珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行了健康評(píng)價(jià)。結(jié)果顯示, 西沙群島健康指數(shù)年均降低約2.3%～2.4%(圖1—4), 期間未見(jiàn)明顯回升,一直保持在亞健康的水平。

圖1 2011—2018年西沙珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)整體健康狀況評(píng)價(jià)結(jié)果Fig.1 Health evaluation results of entire Xisha coral reef ecosystem (2011-2018)

將2011—2018年西沙群島珊瑚礁健康評(píng)價(jià)指數(shù)和環(huán)境指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析, 結(jié)果顯示, 與島礁珊瑚礁健康狀況顯著相關(guān)(p＜0.01)的環(huán)境因素包括:森林覆蓋率、海洋傾倒量、工業(yè)固體廢物、全省常住人口密度、海水養(yǎng)殖產(chǎn)值占海水產(chǎn)品產(chǎn)值比重、貨物吞吐量、旅游總收入、原油加工量、商品混凝土產(chǎn)量、粗鋼產(chǎn)量。從影響顯著的環(huán)境因子類型可知, 增設(shè)自然保護(hù)區(qū)、控制上島人口、增強(qiáng)工業(yè)生活廢水垃圾處理率、減少海洋傾倒量等措施均有利于珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的自然恢復(fù)。

根據(jù)海南省政府及當(dāng)?shù)乜蒲袡C(jī)構(gòu)2014—2018年發(fā)布的《西沙珊瑚礁生態(tài)監(jiān)控區(qū)報(bào)告》和2005—2018年發(fā)布的《海南省海洋環(huán)境狀況公報(bào)》, 2005年和2009年西沙珊瑚礁的健康水平出現(xiàn)了較大幅度的降低, 這兩年為變化峰值年份。吳瑩瑩（2020）采用模擬計(jì)算法測(cè)試了評(píng)價(jià)模型的科學(xué)性和預(yù)測(cè)水平, 含環(huán)境和不含環(huán)境因素的西沙珊瑚礁健康指數(shù)在2003—2017年期間波峰為2005年和2012年, 波谷為2009年, 波峰與波谷指數(shù)差距在10～15左右,與歷史記錄吻合。根據(jù)2019年對(duì)西沙群島漁民捕撈量及捕撈船只的調(diào)查結(jié)果, 2019年11月七連嶼漁民捕魚(yú)1311.5kg, 其中赤口螺、太陽(yáng)螺、毛蟹、紅蟹、排蝦等1124.2kg, 魚(yú)類僅有187.3kg。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),2019年4—11月漁民捕撈的魚(yú)類為19種, 底棲動(dòng)物8種, 共計(jì)2442.1kg, 10年內(nèi)漁業(yè)產(chǎn)量下降了50%～80%。結(jié)合永興島居民入戶調(diào)查問(wèn)卷結(jié)果得知,2006—2008年較快的漁業(yè)發(fā)展、2012年嚴(yán)重的海星泛濫、2014—2015年啟動(dòng)的島礁建設(shè)等歷史事件可能是近10年來(lái)西沙珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生退化的主要因素, 對(duì)西沙珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)造成了較大影響。這與本文的珊瑚礁健康評(píng)價(jià)指數(shù)反映的歷年健康狀況變化也較為吻合, 可以側(cè)面驗(yàn)證本評(píng)價(jià)模型的設(shè)計(jì)與珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)運(yùn)行模式是比較符合的,模型評(píng)價(jià)結(jié)果能夠反映珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的整體健康水平。

圖2 2011—2018年西沙各島礁珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)結(jié)果Fig.2 Coral reef ecosystem health assessment results at various islands in Xisha (2011-2018)

圖3 2014—2018年西沙珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)整體健康狀況評(píng)價(jià)結(jié)果Fig.3 Health evaluation results of entire Xisha coral reef ecosystem (2014-2018)

3 分析與討論

3.1 珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)模型的科學(xué)性

本文提出的珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)方法——組織力及系統(tǒng)功能評(píng)價(jià)法, 在空間層次上將研究范圍拓展到了更高層級(jí)的人與珊瑚礁組成的整體生態(tài)系統(tǒng)。有研究認(rèn)為, 生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的生物個(gè)體及單個(gè)系統(tǒng)不能獨(dú)立生存, 依靠廣泛的、大量的聯(lián)系生存,系統(tǒng)的上、下游是系統(tǒng)物質(zhì)能量流動(dòng)的來(lái)源和去處,系統(tǒng)與周圍其他系統(tǒng)進(jìn)行物質(zhì)能量交換(王賽, 2016;馬孟磊 等, 2020), 在更高層級(jí)上可以理解為所有這些系統(tǒng)再次組合, 并構(gòu)成一個(gè)更大的開(kāi)放性整體。本研究提出的珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)方法將珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)與人類社會(huì)系統(tǒng)間存在的交叉影響進(jìn)行量化比較, 從而體現(xiàn)出島礁生態(tài)系統(tǒng)的獨(dú)特個(gè)性,即人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)、科技、政治等子系統(tǒng)與珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的子系統(tǒng)共同形成的具有地域人文特色的珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)。本研究關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)的理論與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估框架理論的最新進(jìn)展較為接近, 近年來(lái)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究模型由半定性評(píng)價(jià)逐漸過(guò)渡為全定量地對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)、功能、服務(wù)進(jìn)行多層級(jí)的綜合評(píng)估(Armo?kait? et al,2020)。

組織力及系統(tǒng)功能評(píng)價(jià)法在時(shí)間跨度和指標(biāo)體系選擇方面充分考慮了環(huán)境對(duì)系統(tǒng)的影響作用。造成珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)擾動(dòng)的外界環(huán)境作用包括自然選擇和人為干擾兩方面, 來(lái)自自然選擇的干擾有自然災(zāi)害和正常種間競(jìng)爭(zhēng)(張喬民 等, 2007); 來(lái)自人為干擾的有造礁、旅游業(yè)發(fā)展、采礦、捕撈等人類直接接觸傷害, 以及生活污水、溫室效應(yīng)、富營(yíng)養(yǎng)化水體、養(yǎng)殖等人類間接傷害(Eastwood et al, 2017;Tebbett et al, 2018; Ding et al, 2019)。本研究選擇了西沙開(kāi)發(fā)建設(shè)及海南島社會(huì)經(jīng)濟(jì)跨越式發(fā)展的主要時(shí)間段作為調(diào)查時(shí)段, 同時(shí)將自然選擇和人為干擾因素納入評(píng)價(jià)指標(biāo)體系, 比較珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)在人為干擾程度逐年升高過(guò)程中的健康狀況變化。在健康評(píng)價(jià)模型中, 增加了衡量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)或衡量種群組成動(dòng)態(tài)平衡水平的指標(biāo), 例如物種多樣性、均勻度指標(biāo); 增加了衡量食物鏈完整度的指標(biāo), 例如底棲浮游魚(yú)類存量、天敵密度等; 增加了與健康指數(shù)顯著相關(guān)的因素, 如農(nóng)田水利有效灌溉面積、化肥施用量、文盲率、農(nóng)村全年人均可支配收入、城市生活垃圾無(wú)害化處理率、海水捕撈產(chǎn)量占海水產(chǎn)品比重、海水捕撈產(chǎn)值占海水產(chǎn)品產(chǎn)值比重、機(jī)制紙及紙板產(chǎn)量。西沙珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況比較結(jié)果說(shuō)明, 健康指數(shù)下降與島礁近年捕撈量、城市建設(shè)發(fā)展水平上升有顯著相關(guān)關(guān)系, 可見(jiàn)食物鏈完整度類指標(biāo)、種群組成動(dòng)態(tài)平衡類指標(biāo)能夠較好地反映系統(tǒng)健康水平的變動(dòng), 是適合本區(qū)域的關(guān)鍵評(píng)價(jià)指標(biāo)。

圖4 2014—2018年西沙各島礁珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)結(jié)果Fig.4 Coral reef ecosystem health assessment results at various islands in Xisha (2014-2018)

本研究對(duì)組織力及系統(tǒng)功能評(píng)價(jià)法在系統(tǒng)調(diào)控和反饋方面也進(jìn)行了探索, 進(jìn)一步完善了評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建的理論基礎(chǔ)。生態(tài)系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)和功能上的調(diào)節(jié)機(jī)制, 既是自上而下的調(diào)節(jié)控制, 也是自下而上的級(jí)聯(lián)反應(yīng)關(guān)系(趙衛(wèi)東 等, 2001)。實(shí)際的生態(tài)系統(tǒng)間影響會(huì)受到周期、頻率、速率、反應(yīng)時(shí)間的限制, 例如發(fā)生反應(yīng)的延遲、抵消及放大效應(yīng), 因此局部或者外觀上的惡化或者短期內(nèi)突發(fā)的白化不一定代表珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)整體的退化(Lanct?t et al,2020; Graham et al, 2020)。為避免評(píng)價(jià)結(jié)果受系統(tǒng)反應(yīng)延遲、抵消或放大影響的局限性, 本研究設(shè)計(jì)了包含生物環(huán)境因素、影響周期長(zhǎng)短因素、局部整體因素、天敵因素等四維度交錯(cuò)的各類評(píng)價(jià)模型。比較含環(huán)境因素與不含環(huán)境因素評(píng)價(jià)體系的健康指數(shù)發(fā)現(xiàn), 含環(huán)境因素的評(píng)價(jià)體系對(duì)珊瑚礁健康水平變化的反應(yīng)更為敏銳。例如, 在2005年、2012年和2015年珊瑚礁健康水平好轉(zhuǎn), 以及2009年和2014年惡化這些轉(zhuǎn)折事件發(fā)生前, 含環(huán)境因素評(píng)價(jià)體系的珊瑚礁健康指數(shù)走向出現(xiàn)了比不含環(huán)境因素評(píng)價(jià)體系的健康指數(shù)更為顯著的上升或下降。因此, 含環(huán)境因素的評(píng)價(jià)體系更符合西沙地域的特點(diǎn), 采用該評(píng)價(jià)模式能夠?yàn)樯汉鹘干鷳B(tài)系統(tǒng)的健康發(fā)展趨勢(shì)提供比較科學(xué)的預(yù)測(cè)。同時(shí), 組織力及系統(tǒng)功能評(píng)價(jià)法能夠通過(guò)調(diào)節(jié)評(píng)價(jià)模型的方式, 對(duì)不同區(qū)域珊瑚礁在組織結(jié)構(gòu)或系統(tǒng)功能等層級(jí)進(jìn)行同一時(shí)期內(nèi)的橫向比較, 也可以對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的內(nèi)外相互作用過(guò)程進(jìn)行不同時(shí)間上的縱向比較, 綜合橫向和縱向評(píng)價(jià)結(jié)果可得到立體的珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)健康動(dòng)態(tài)畫(huà)像。根據(jù)同期對(duì)南海近岸珊瑚礁的評(píng)價(jià)研究結(jié)果得知, 大區(qū)域、長(zhǎng)時(shí)間尺度模型的預(yù)測(cè)結(jié)果更為穩(wěn)健,因此本方法在跨區(qū)間的健康評(píng)價(jià)研究方面是一種能夠綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)組織力和系統(tǒng)功能的動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)方法。

綜上, 組織力及系統(tǒng)功能評(píng)價(jià)法作為珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)方法, 將珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)拓展為人類和珊瑚礁協(xié)調(diào)共生的生態(tài)系統(tǒng), 以珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能、珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)與其他海洋生態(tài)系統(tǒng)間關(guān)系、珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)與人類社會(huì)生態(tài)系統(tǒng)間關(guān)系、珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展制約因素為主要框架,結(jié)合地域特點(diǎn)選擇關(guān)鍵指標(biāo)組成個(gè)性化珊瑚礁健康評(píng)價(jià)體系。與目前已有的評(píng)價(jià)體系相比, 其評(píng)價(jià)框架能夠較好地體現(xiàn)出珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)、能量流及動(dòng)態(tài)平衡等獨(dú)特的整體特征; 其關(guān)鍵指標(biāo)能夠比較全面地表征珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能及與周邊生態(tài)系統(tǒng)間的相互作用, 較好地反映出當(dāng)?shù)厣汉鹘干鷳B(tài)系統(tǒng)的整體健康水平, 具有統(tǒng)籌綜合、結(jié)構(gòu)靈活、計(jì)算便捷的特點(diǎn)。

3.2 珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)模型的潛在應(yīng)用價(jià)值

珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)模型的設(shè)計(jì)意義不僅在于綜合動(dòng)態(tài)地掌握珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況, 更重要的是在于其潛在應(yīng)用價(jià)值: 1) 珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的綜合健康水平能夠用于預(yù)測(cè)已衰退的珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)到自然平衡狀態(tài)的可能性;2) 珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的健康評(píng)價(jià)過(guò)程與記錄能為珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)方案提供設(shè)計(jì)思路和指導(dǎo)方向; 3) 對(duì)珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)規(guī)劃提出關(guān)于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)源、傳輸、采樣方式、數(shù)據(jù)處理方法等的具體需求, 可加快監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)效率; 4) 將珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)框架、指標(biāo)體系、評(píng)價(jià)模型、評(píng)價(jià)過(guò)程及結(jié)果數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)綜合網(wǎng)絡(luò)與人類生態(tài)城市建設(shè)、海洋服務(wù)價(jià)值結(jié)合起來(lái), 可為珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)與人類社會(huì)共同可持續(xù)發(fā)展探索新方向。