海湾生态系统结构-功能关系变化特征及机理研究——以胶州湾为例

Bay ecosystem is a non-linear system,in which structure and fuctions are interacting in complex way.However, understanding about the dynamic relaitonship and how it is related with ecosystem degradation is insufficient. To address this issue,an ecological model for assessing relationships among ecosystem structure and fuction,including biotic structure,habitat structure,supporting services,provisioning services,regulating services, and cultural services, is constructed by considering the external disturbance and the key ecological processes. Ecosystem coordination index, defined as matching level of the ecosystem struture and function,is proposed to quantify the long-term change in relationships among structure and function at Jiaozhou Bay.Further,to reveal machanisms of the change,the impact of climate change and human activities on the relaitonships, and how each two structure/function dynamically coordinate with others are analyzed.Based on these analysis,scenarios associated with ecosystem coordiantion are designed to discuss optimal restoration management.

海湾生态系统是非线性系统，其结构-功能之间不是相互独立的，而是存在着复杂的相互作用关系。但目前对海湾生态系统结构-功能关系的变化特征、影响因素以及对生态系统健康的影响，仍然缺乏定量认识。本项目选择胶州湾为研究海区，综合分析海湾的生态压力与关键生态过程，引入生态系统协调度的概念，建立海湾生态系统结构-功能关系评价模型，以生物群落结构、生境结构、支持服务、供应服务、调节服务和文化服务等为主要评价内容，定量分析胶州湾生态系统结构-功能关系变化特征与规律；通过分析全球气候变化、近岸社会经济发展等外部干扰对海湾结构-功能关系的影响，以及系统内部结构-功能之间的关联程度，从外部干扰和内部相互作用的角度，揭示海湾生态系统结构-功能关系变化机理；在此基础上，根据系统结构-功能的协调程度，通过评价模型的情景分析，探讨海湾生态系统结构-功能关系的调控方案。

海湾生态系统健康取决于系统结构-功能之间的相互协调，但目前对海湾生态系统结构-功能的变化特征、影响因素以及对生态系统健康的影响，仍然缺乏定量认识。本研究引入生态系统协调度（Ecosystem Coordination Index），选取胶州湾为研究对象，定量分析海湾生态系统结构-功能关系变化特征与机理。主要有以下研究结果：.（1）1980-2009年，胶州湾生态系统各结构和功能出现了不同程度的退化。生态系统变化度EVI从0.99降至0.62，生态系统协调度ECI从0.96降至0.80，生态系统健康指数EHI变化范围0.98-0.50，表明生态系统处于不健康状态。采用本文方法计算的EHI较以往基于各组分线性叠加的生态系统健康指数低3-17%，说明胶州湾生态系统的健康状况比预期更差。系统不协调约占胶州湾生态系统总体退化8-25%。 .（2）生境结构对系统不协调的贡献为20-52%，成为抑制生态恢复的主要因素。支持服务，调节服务和供应服务对系统协调的作用呈波动上升趋势，表现出生态系统具有的自我调节力。.（3）生境损失分别解释了54%支持服务变化, 43%供应服务变化, 57%调节服务变化和65%文化服务变化。海湾面积、水交换时间、SST、SSS和浮游动物种数等指标与其它指标的相互作用最强（关联度>0.6）。.（4）15对系统结构和功能两两之间的协调度变化范围为1-0.12。ECI(HI-BI)、ECI(BI-CI)、ECI(HI-SI)和ECI(SI-CI)处于最低水平。各协调度大体上在1980s-1990s急剧下降，下降速率在2000s减缓。 .（5）考虑外界驱动力—气候变化和人类干扰对海湾生态系统的影响。2000年之前,胶州湾生态系统协调度与气候变化的关联度高于社会经济条件，2000年之后,社会经济因素更容易导致系统协调度改变。.（6）与不考虑系统协调的恢复方案相比，以消除系统不协调为首要目标的恢复方案平均可取得50%更高的效率。.本研究通过综合分析近30年在沿海经济高速发展背景下的胶州湾生态系统变化，加深对海洋生态系统演变规律的认识，为确定海洋综合管理的重点和优先次序提供一种新思路。