生態農業健康評估探究
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1生態系統健康的概念與發展狀況
對于生態系統健康目前尚無一個確切而普遍認同的定義[6],Karr等[7]認為,如果一個生態系統的潛能能夠得到實現,條件穩定,受干擾時具有自我修復能力,這樣的生態系統就是健康的。Schaeffer等[8]認為當生態系統的功能閾限沒有超過時,生態系統是健康的。這里的閾限定義為“當超過后可使危及生態系統持續發展的不利因素增加的任何條件,包括內部的和外部的”。Costanza[9]則認為如果一個生態系統穩定而且可持續,系統具有活力,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,那么該生態系統才可視為是健康的。Haworth等[10]認為生態系統健康可以從系統功能和系統目標2個方面來理解。系統功能是指生態系統的完整性、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的標準,討論什么是生態系統健康是一個困難的主題,而且評判某個狀態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,關于生態系統健康一般包含了如下幾個方面的含義:①一個健康的系統必須是穩定、有彈性、可持續的;②生態系統健康具有尺度限制;③應用生態系統健康概念的目標是管理資源;④一個生態系統健康的標準狀態必須包括人類作為生態系統的一部分,并認識到人口統計學的影響;⑤生態系統功能的保持,生態系統的可持續性等必須考慮到區域或空間分配等。
Rapport[11]提出,生態系統健康學將會發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]認為應該給出一個假設的標準,圍繞該標準派生出各種健康狀態。健康分類在某些方面是有用的,但這不應該有嚴格的限定。農業生態系統健康和農業可持續發展的思想是分不開的,一個有病或不健康的生態系統是不可持續的。健康的農業生態系統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業生態系統,其目標是高產出、低投入、合理的耕作方式、有效的作物組合、農業與社會的相互適應、良好的環境保護、豐富的物種多樣性等。這對人類的生存和發展都十分重要。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,為人類的生存與發展創造一個良好的空間。農業的可持續發展一定程度上受到工業的影響,并不能只從農業的角度出發去考慮,因為破壞生態環境的污染物主要來源于工業,特別是化學工業[11]。另外,社會和經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影響農業生態系統健康的脅迫因子
生態系統在受到壓力脅迫(stress)的情況下會產生健康風險。廣義的脅迫可概括為引起生態系統發生變化、產生反應或功能失調的作用因子。然而并非所有脅迫都影響生態系統的生存力和可持續性,實際上許多生態系統依靠某種脅迫而維持[13]。這些脅迫已成為自然生態系統的組成部分,可稱為正向脅迫(eustress)。但在更一般的意義上,脅迫常指給生態系統造成負面效應的逆向脅迫(dysstress)。對于農業生態系統,主要的脅迫因子有以下一些。
2.1農藥等環境污染化合物
農業生產中大量使用殺蟲劑、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]、對害蟲天敵種群結構的破壞、對農業生態系統生物多樣性的不良影響[15]。但是,與工業污染物特別是有毒化合物及重金屬相比,農藥的破壞作用還是較輕的。
2.2生物技術
基因改良生物體釋放于環境可能會產生潛在的不良效應。轉基因植物的釋放對環境影響的問題,現在越來越多地引起了人們的重視,因為轉基因植物本身可能變為雜草或使其他野生近緣種變為雜草。如果轉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,破壞生物多樣性,從而改變生物群落的結構,影響生態系統的能流和物質循環[16]。
2.3生態入侵
生態入侵是指外源生物引入本地區,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象。生態入侵對生態系統的穩定性影響很大,有時甚至能使整個生態系統發生不可逆轉的崩潰。
2.4不當的農業生產活動
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,也是影響農業生態系統健康的重要因素。
2.5其他
一些偶發性的自然災害如地震、火山爆發、洪水、干旱、龍卷風、森林火災、戰爭、毒物暴露等對生態系統的破壞也較大。
3農業生態系統健康的評估
評估生態系統健康的方法是非常復雜的,一般要選擇一套指示物(indicator),共同將功能完好與病態的生態系統區分開來。然后進行系統的分析,從而診斷產生病態的原因并制定預防及恢復系統健康的方法。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測,觀察這些指示物在施加壓力(包括經濟、社會和環境壓力)前后是如何反應的。
3.1生態系統健康的評估基礎
生態系統具有一種自發地趨向和保持穩定的機制。一般來說,生態系統的復雜程度決定其穩定性,多數生態學過程都有一個閾值,低于或超過這個閾值,生態過程就會變得不連續、混亂甚至終止。Vilchek[17]提出根據系統穩定性、彈性和脆弱性綜合評估生態系統健康。Bertollo[18]認為,健康不應根據系統的自然化程度,而應根據其自我保持和更新能力來評判。評估生態系統健康關鍵是分析恰當的時間與空間尺度,選擇不同尺度分析的結果差異很大。如果選擇的尺度太細微,正常的擾動即可能使評估結果顯示為嚴重災難;如果選擇尺度太粗放,又可能漏掉某些隱蔽的危險。
3.2生態系統健康的評估方法
對于農業生態系統的健康評估方法很多,常用的有如下幾類。
3.2.1生態系統失調綜合癥的診斷
生態系統失調綜合癥(ecosystemdistresssyndrome)是指系統被破壞后導致其在正常生命期限前終結的不可逆過程,生態系統失調綜合癥的診斷就是選擇一組關鍵指標來評估生態系統處于有害環境壓力下的特征[3,4,11]。如生物多樣性的減少(包括生境、物種、基因水平上)、營養資源受損、初級生產者的減少、生物組成的變化、外來物種和r-類對策物種在生態系統中的優勢度增加、生態系統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等。
3.2.2生態系統的緩沖力和持續性評估
這是根據生態系統抵抗壓力的能力大小來評價其健康程度的。即生態系統抵抗自然災害或受自然災害的干擾后恢復原來狀態的能力。生態系統越健康,其抗干擾能力或從干擾中恢復過來的能力就越強。農業生態系統是地球生態系統的一部分,包含有許多復雜的亞系統及其相互間的作用,很多指示因子如土質、水質、作物產量等都可用于監測農業生態系統的健康狀態[19]。Wichert等[20]用魚群結構評價農業排水區域河岸系統的退化(degradation)和恢復(rehabilitation)狀況。他們提出農業生態系統中各組分的健康狀況可通過測量農業排水區域的變化來實現,把該變化作為一個農業生態系統景觀整體因子。有證據顯示,設計維護健康環境的管理措施如通過在排水區域種植草木等可對魚群完整性產生積極影響。
3.2.3生態風險評估
生態系統健康風險評估就是評價危害生態系統健康的不良事件發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,目的是預防性地保護生態系統健康。這是一個多學科、多領域、多層次的綜合管理問題,包括技術、經濟、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,而不是生態系統的反應。其重點放在已知來源的壓力對受壓系統可能產生的影響,進而可以估算出單一或多方面壓力對受壓系統可能產生損害的風險,如生產力降低、物種多樣性或其他生態系統功能的損失。早期的生態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]。但生態系統風險評估的最終受體不僅是人類自己,而且應包括生態系統的各個組建水平:個體、種群、群落、生態系統及環境,并且要考慮生物間以及不同組建水平的生態風險之間的相互作用。
3.3關于評估的指標
指標是用來表達和交流持續發展狀態和過程信息的工具,指標設計和使用的好壞,直接影響決策的正確性和有效性。目前對生態系統評估的指標很多也較混亂,生產力、穩定性、持續性、自組織力、多樣性/復雜性、公平性、恢復力、有效性等是評估農業生態系統或農業生態系統狀況的基礎[22]。其中持久性是農業生態系統重要評估指標之一[23]。然而,對各個農業生態系統是否健康的狀態進行評價,不可能建立一個完整的統一的指標體系,因為不同的農業生態系統所處的自然、社會、經濟狀態不同,同一系統發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測,因而不同系統、同一系統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。當前多數人所接受的做法是,選擇一套對系統變化敏感的生物或理化性質作為指示器,監測指示器對生態環境變化的反應,并以此來判斷生態系統是否健康。如土質、水質、作物產量、生物多樣性等指示因子常被用于監測農業生態系統的健康狀態[19],某些魚類可作為評估水生生態系統健康與否的指示器[20]。關于化學農藥對土壤生態系統安全性的評價,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藥對蚯蚓的毒性作為評估農藥對農業生態系統健康程度的一個指標也是可行的[26,27]。吸蟲(trematode)因為具有復雜的生活周期可作為評估沼澤生態系統健康的一個好的指示器[28]。根據時間序列獲取的衛星數據監測植被對脅迫的物候反應可作為評估生態系統健康的指示器[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,包括土壤濕度、pH值和地面覆蓋度等因子密切相關,可作為監測赤楊沼澤森林生態系統健康狀況的敏感指示器[31];水貂(mink)可作為監測有機氯農藥和重金屬污染的農業生態系統健康狀況的有效生物指示器[32]。
4討論
評估生態系統健康與生態、經濟、人類健康等多方面有關,該領域正得到迅速的發展[33]。廣義上人類是生態系統的一部分,因此生態系統健康包括了人類健康[34]。把農業放在可持續發展的大范圍內考慮,從經濟、社會和環境角度為農業發展定位,在討論農業生態系統健康問題時,除了國家農業宏觀政策層面上的評價外,主要集中在具體的農業生態系統健康狀態評價。農業生態系統的穩定與健康發展的關系,首先表現在農業環境對農業活動的反應及其對破壞作用的承載能力,而農業活動類型及影響主要決定于人們采取的農業政策和技術措施。生態系統健康研究,其核心是要確立農業生態系統的整體觀,從維護和增強農業生態系統健康著想,從恢復或增強農業生態系統中的自然控制作用著手。
因為目前還缺乏客觀根據評價生態系統健康,談到健康總是意味著主觀因素,沒有建立一套區別健康和病態生態系統的嚴格條件,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系統健康的準繩。在關鍵指示生物種類的鑒定、生物指示器(bioindicator)的開發、系統和化學循環的影響及地形和生態區域的影響等方面的評估問題上,也還需要進一步的研究。生態系統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合,將是以后生態系統健康研究的一個重要課題。生態系統健康和生態系統功能間的關系也應該進一步研究并證實。此外,建立脅迫與生態系統產生病變行為(癥狀)的對應關系也是很重要的。農業活動究竟對自然環境有哪些正面和負面影響,不同農業政策又是怎樣對環境產生影響的,這些都是農業生態系統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業生態系統健康狀況的指標體系很難,但目前至少可以構建一套與政策相關的、能反映農業生態系統健康狀態的評估指標分析框架,用來揭示農業領域內的主要自然環境、生態結構及經濟發展問題。農業生態系統具有社會基礎,一系列的社會管理決定了資源的配置、技術的采用,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。科學家注重于長期利益,而政策制定者則注重于實際的、經濟的、短期的效益。科學家應了解政治程序,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多方參考科學家的意見,權衡利弊,從全人類社會長期發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,農民的科學素質對可持續農業生態系統的管理十分重要[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。通過立法來規范人類的生產和科研活動、減少人類對自然界的干擾,也是解決生態風險的有效方法之一,這方面國內外均已開始引起重視了,如我國關于農藥化肥的生產和銷售管理體制正在逐步得到完善。
