典型海洋生态系统生态修复成效评估研究进展与展望 - 海洋生态系统服务评估

摘 要：近年来，海洋生态系统生态修复成效评估研究日益受到关注。本文梳理了国内外在红树林、珊瑚礁、海草床、盐沼湿地等四类典型海洋生态系统生态修复成效评估指标和评估方法方面的研究进展。结果表明，典型海洋生态系统在进行生态修复成效评估时，基于修复目标和修复方法，评估指标选取虽各有侧重，但主要包括生物和生境状况两个方面。多数生态修复项目的监测、评估都是在短期内进行的，缺乏长期、连续性监测，社会和经济相关指标的研究还相对较为缺乏。成效评估方法目前没有比较清晰、全面的分类。实际应用的评估方法较为单一，对海洋生态系统服务价值揭示不够全面。建议未来应立足生态系统过程，加强各典型海洋生态系统生态修复中长期成效评估，开展基于生态修复方式的成效评估，以及社会经济文化效益评估等方面的研究。本文通过对成效评估指标和方法的梳理，以期更好地为典型海洋生态系统生态修复成效评估的理论和实践研究提供参考。

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关键词：海洋生态修复；成效评估；海洋生态系统；评估方法；评估指标

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典型海洋生态系统包括红树林、珊瑚礁、盐沼湿地、海草床等，它们具有极高的生物多样性和生产力，为人类提供了丰富的自然资源、为海洋生物提供了产卵和养育的场所、同时保护生态海岸以防受到海浪和飓风等侵蚀 （王丽荣 等，2018；童晨等，2018）。然而，受大规模围填海工程、入海污染物大量排放、过度捕捞、近海油气矿产资源的开发与密集运输等人类活动影响 （Zhao et al，2016；Ladd et al，2019），以及全球气候变化、自然灾害等自然因素的共同作用，典型海洋生态系统出现了诸如生境丧失、资源衰减、富营养化，以及水动力条件紊乱和生物多样性下降等一系列生态系统退化问题 （童晨 等，2018）。据研究，全球约 80%的滨海湿地、35%的红树林、20%的珊瑚礁及近 29%的海草床资源已丧失或退化 （Maynard et al，2016；Valiela et al，2001；Blasco et al，2001；Waycott etal，2009）。我国自 20 世纪 50 年代以来，近 50%的红树林已经消失；珊瑚礁面积从 20 世纪 90 年代以来减少了 80%；当前约 14% （10 种） 的海草种类面临灭绝 （陈彬 等，2019）。随着退化程度的日益加剧，海洋生态修复受到国内外高度关注。海洋生态修复是在停止或减少人为干扰的基础上，采用适当的生物、生态及工程技术辅助，使受损海洋生态环境得以恢复到原来或与原来相近的结构和状态 （姜欢欢 等，2013；钱伟等，2018）。目前海洋生态修复的理论与方法研究，主要集中在生态系统退化诊断及退化机制研究、生态修复技术方法研究等方面，而在生态修复成效评估方面的研究较为缺乏。现阶段各典型海洋生态系统已在不同区域，针对其生态退化诊断结果实施了大量的生态修复工程，亟须开展成效评估相关研究，以判定生态修复成效，及时纠正误区，满足适应性管理的需要。

  本文回顾了近年来国内外红树林、珊瑚礁、海草床、盐沼湿地 4 类典型海洋生态系统的生态修复成效评估研究，通过系统总结生态修复成效评估指标和评估方法两个方面的研究进展，指出目前存在的问题，并对今后的典型海洋生态系统成效评估研究内容进行了展望，以期提高修复成效评估指标及方法的科学性和可操作性，促进典型海洋生态系统生态修复研究。

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1 成效评估指标

评估指标是进行生态修复成效评估研究的关键。随着对典型海洋生态系统研究的深入，大量的指标被引入生态修复成效评估体系中，更多的指标固然可以更加全面地反映生态修复的成效，但也会带来指标的重复且大大增加评估的工作量。因此，目前生态修复成效评估面临的主要问题就是如何选取评估指标，如何建立指标体系。

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  本文重点梳理了理论与实践研究中常用的评估指标，为相应研究的开展提供借鉴和参考。

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1.1 海草床生态修复成效评估指标

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海草床生态修复的主要方法有种子法、植株移植法和生境修复法 （Zhao et al，2016），相应的成效评估指标大致划分为海草群落、生物多样性、水环境和底质环境等。其中，海草群落指标反映了生态修复后海草床植被的恢复情况，是评估海草床生态系统修复状况最常见的指标 （Muko et al，2011；Statton et al，2012；Susan et al，2014；Scapin etal， 2019），其具体指标包括海草覆盖率 （陈石泉等，2021）、海草种类组成 （Fonseca et al，1996；Scapin et al，2019）、海草枝条密度 （Fonseca et al，1996；Scapin et al，2016）、海草冠层高度（Fonsecaet al，1996；Sheridan，2004） 等。由于海草覆盖率指标更为直接有效，很多项目甚至只考虑这一项指标。除此以外，海草群落指标还包括了移植单元成活率、修复斑块新分枝率和播种萌发后的成活率等 （李森 等，2010；Scapin et al，2019；陈石泉等，2021），这些指标在种子法和植株移植法的成效评估中尤为重要。生物多样性指标主要有游泳生物、底栖生物的种类和生物量等指标 （Fonseca etal，1996；Scapin et al，2016，2019；宁秋云 等，2020），还可考虑用一些具体的指示物种来评估海草床生态修复效果 （Scapin et al，2016）。宁秋云等 （2020） 在评估基于移植法的广西竹山海草生态修复项目成效时，选取的生物多样性指标有浮游动植物多样性和底栖生物多样性，该研究还引入了社会和工程管护指标，其中，工程管护性指标包括了管护制度建立情况、管护经费和人员有效性、警示标牌有效性、病虫害情况、监测情况等。

  在非生物指标方面，反映海水物理特征的水环境指标有盐度和水温等 （Fonseca et al， 1996；Sheridan 2004；Muko et al， 2011），还有底质环境指标即沉积物指标，包括有机物含量和沉积物粒度等 （Fonseca et al，1996；Sheridan，2004）。

  在一些海草床生态修复成效评估中，还会考虑社会和经济指标，如王明 （2015） 在评估基于种子法的庙岛群岛大叶藻生态修复中，考虑了修复投入产出比、渔业产品商用率等经济指标，以及管理结构合理性、管理者素质、教育科研和休闲旅游等社会指标。

  海草床生态系统生态修复成效评估指标的选取与修复方法密切相关，除了一些通用的指标外，不同修复方法的指标选取各有侧重。在海草床生态修复项目监测、评估时间方面，大多数项目的监测、评估都是在短时间内进行的，缺乏连续长期的监测，有研究认为理想的监测时长应为 5 年以上（Muko et al， 2011；Statton et al， 2012）。 

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1.2 珊瑚礁生态修复成效评估指标

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已有的珊瑚礁生态修复方法有构建人工珊瑚礁法、构建人工礁结合珊瑚移植法、珊瑚幼虫收集-培养-移植法、珊瑚有性繁殖法、珊瑚杂交培育法、珊瑚礁噪音模拟法等 （郑新庆 等，2021），其中，前三种方法较为常见，成效评估研究也主要围绕这三种方法展开。目前，针对不同生态修复方法的成效评估指标研究已较丰富，但仍未形成一套标准化的指标体系 （Hein et al，2017）。已有的指标主要是生态指标，集中在生物指标和环境指标两方面。常用的生物指标有移植珊瑚生长状况、移植珊瑚存活率、珊瑚盖度等 （Muko et al，2011；李元超 等 ， 2014；Hein et al， 2017；郑 新 庆 等 ，2021），这些都是最广泛运用于表征珊瑚礁生态修复情况的指标。其他生物指标还有硬珊瑚补充量、珊瑚种类多样性、珊瑚健康状况、珊瑚结构复杂性、珊瑚幼虫相关指标、礁栖生物多样性和生产力等 （McClanahan et al，2012；李元超 等 ，2014；Hein et al，2017；郑新庆 等，2021）。珊瑚幼虫相关指标有珊瑚幼虫附着率、珊瑚幼虫生长状况和珊瑚幼虫补充量等 （Oren et al，1997；McClanahan etal，2012）。礁栖生物相关指标有鱼类群落多样性及丰度、底栖生物和大型藻类的多样性及丰度（Muko et al，2011；McClanahan et al，2012；李元超 等，2014；Johns et al，2014；Hein et al，2017；Ladd et al，2019；Seraphim et al，2020）。关于鱼类群落多样性指标，大多数研究都集中在植食性鱼类指标 （Raymundo et al，2007；Hein et al，2017；Ladd et al，2019），而对肉食性鱼类指标的关注较少。实际上，由于缺乏充足的定量研究，以鱼类作为指标的修复成效评估案例相对较少。Seraphims 等 （2020） 研究表明肉食性鱼类指标可能对指示珊瑚礁生态系统修复成效有着重要意义。

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  修复过程中各环境指标的稳定性与修复成效密切相关 （郑新庆 等，2021），所以除了生物指标外，还要考虑与珊瑚礁生境状况相关的环境指标，如 海 水 温 度 、 营 养 盐 、 沉 积 物 、 悬 浮 物 等（McClanahan et al，2012）。Hein 等 （2017） 发现，大多数成效评估仅专注于移植珊瑚的短期生物反应———存活和生长等，只有少数评估着眼于修复和礁栖群落或重要生态过程的关系 （Hein et al，2017；Ladd et al，2019）。目前，随着珊瑚生态修复日渐为人们所关注，学者们也开始将社会、经济和管理因素与生态指标相结合用于评估珊瑚生态系统修复成效。Hein 等 （2017） 首次强调应将修复过程中所带来的社会、文化和经济效益应用在珊瑚礁生态修复成效评估中，并结合 6 项生态学指标提出了 4 项社会与经济指标。郑新庆等 （2021） 基于Hein 的指标体系，初步提出了我国珊瑚礁生态修复成效评估指标体系，其中包括用户满意度、社会价值、人文价值和经济价值等经济、社会、人文方面的评估。

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  针对常见的珊瑚礁生态修复方法，珊瑚礁生态修复成效评估指标见表 2。

1.3 盐沼湿地生态修复成效评估指标

盐沼湿地主要进行生境修复和生物资源恢复，生态系统修复成效评估的指标涵盖了生物指标和非生物指标两大类。其中，生物指标有植被覆盖率、植物生长发育状况和生物多样性指标等 （张悦 等，2013），多样性指标主要包括了植被群落、底栖生物、鸟类、微生物、鱼类以及入侵物种 （Neckleset al，2002；Warren et al，2002；张悦 等，2013；Staszak et al，2013；Lynum et al，2020）。非生物指标有水文指标、水环境指标、沉积物及土壤理化性质指标等，常见的水文指标有水体淹没状态（Warren et al，2002；Konisky et al，2006）；水环境指标则有盐度 、 溶 解 氧 、 pH 值 、 水 温 等（Neckles et al，2002；Konisky et al，2006）；沉积物和土壤理化性质有孔隙水 pH 和盐度、土壤地下水位 （Warren et al，2002；Staszak et al，2013），以及土壤有机物含量 （Duarte et al，2012） 等。由于大规模湿地修复规划的出现，景观和区域尺度湿地生态恢复研究也逐渐成为重点，人们开始关注除生态系统结构性指标外的景观和区域尺度相关指标（裴绍峰 等，2015；刘红玉 等，2021）。景观指标包括湿地斑块类型面积、斑块数量、斑块密度以及斑块聚集度等 （永智丞 等，2020）。

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  具体研究案例中，部分指标的代表性仍存在争议，例如 Konisky 等 （2006） 研究缅因湾盐沼湿地的案例时，认为生物指标较非生物指标变化不明显，难以作为成效评估参考依据，而 Staszak 等 （2013） 则认为部分非生物指标只能反映环境条件，可能与修复后生态系统的恢复程度无关。综合以上研究，想要清晰地了解各指标对修复的反馈情况，还需开展更多的调查并进行长期的监测。

  与珊瑚礁生态系统一样，盐沼湿地生态系统生态修复成效评估指标也开始考虑社会和经济方面的内容。宁秋云等 （2014） 评估广西竹山盐沼湿地生态系统修复工程成效时，除了生态状况和环境压力指标外，还加入了工程周边居民的环保意识水平、宣传、人均收入科研水平的社会影响指标及评价工程管理者对工程管理有效性的指标。

  由于针对盐沼湿地生态修复成效评估的相关指标研究较少，本文仅对常见指标进行了梳理 （表3）。因为盐沼湿地往往涉及尺度较大，本文认为，成效评估时可适当考虑景观生态学指标。

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 1.4 红树林生态修复成效评估指标

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红树林生态系统的生态修复方法包括生境修复法和植被修复法 （自然恢复法、人工种植法、移植法等），其成效评估指标和盐沼湿地类似，也涵盖了生物指标和非生物指标两类。体现生境条件恢复情况的非生物参数指标包括土壤指标 （如硫化物含量、重金属含量等）、有机质含量、盐度、水文和水环境指标、降水率和蒸发量等 （Zaldivar-Jimenezet al，2010；徐华林 等，2012；冯建祥 等，2017a；Canales -Delgadillo et al， 2019；Pérez -Ceballos etal，2020）。红树林生态修复成效评估指标中的生物指标有红树林植被生长情况、其他生物多样性和反映生态过程恢复状况的生态系统功能指标等。其中，红树林植被生长状况包括了红树林成活率、红树林植物多样性、红树林盖度及密度 （ZaldivarJimenez et al，2010；郑俊鸣 等，2016），以及红树植物健康状况 （冯建祥 等， 2017a） 等。冯建祥等（2017a） 在评估深圳红树林生态系统修复成效时，选择以秋茄的高度和胸径两个生长指标作为监测对象，判断红树林植被修复状况，同时还选择了光合速率、呼吸速率、己糖磷酸异构酶以及 3-磷酸甘油醛脱氢酶用于评价红树林植物健康状况。另一项研究中，冯建祥等 （2017b） 还利用了植物生物量、沉积物碳库和特征动物食物来源比例分别评估碳库功能和食物网支持功能，以此来评估湿地生态系统功能修复情况。其他生物多样性指标包括鸟类和底栖软体动物的多样性及物种相对丰度等 （Walton etal，2007；Frederick et al，2009；冯建祥 等，2017b；Salmo et al，2017；Canales-Delgadillo et al，2019）。例如鸟类中朱鹭和林鹳因对水质变化敏感，它们的存在被认为是修复成功的重要依据 （Frederick etal，2009；Canales-Delgadillo et al，2019）。红树林的生态修复成效评估中常将顶级捕食者、基石物种和蟹类群落组成 （如泥蟹的丰度） 作为生态系统健康的指标 （Walton et al，2007）。

  互花米草作为生长在潮间带的米草属多年生植物，对红树林及其他近岸生态系统的过程和功能会产生严重影响。它们对红树林生态修复过程常带来阻碍，修复项目中常包括了互花米草的生态治理（顾燕飞，2019；林秋莲 等，2020）。因此互花米草生物量、复发率等指标也是成效评估考虑的指标（冯建祥 等，2017a；顾燕飞，2019）。

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  常见红树林生态修复成效评估指标见表 4。

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1.5 小结

国内外学者针对各典型生态系统生态修复成效评估指标开展了较多研究，也进行了较多的实践应用。根据不同的生态修复目的、生态修复方法，评估指标的选取各有侧重，目前尚未形成统一的指标体系。针对红树林和珊瑚礁的指标已有较多成熟的研究，海草床和盐沼湿地的部分指标用于进行成效评估时，存在代表性不足的问题，尚需开展深入研究。各典型生态系统在考虑评估指标时，对反映近期成效的指标关注较多，而结合生态系统过程、反映中长期成效的指标关注较少，缺乏长期、连续性的监测。现有指标还不能完全满足适应性管理的需要，对于评估结果不好的生态修复方案、措施，及时进行调整后，相应的成效评估指标如何考虑还需更深入的研究。

  此外，社会、文化、经济指标在近年来日益为人们所关注，但是相关的实践较少。这些指标要结合典型海洋生态系统修复的具体情况来使用。如针对我国人类活动频繁的沿岸地区，甚至是作为城市生态系统一部分的海洋生态系统，在评估其修复成效的时候，应将社会价值、文化价值、经济价值等指标与生态指标结合起来综合评价。

2 成效评估方法

典型海洋生态系统成效评估主要借鉴陆域生态系统成效评估中较为常用的方法。於方等 （2009）从数据分析的角度，整理了目前主要的生态修复评估方法，将其分为统计学方法、综合评价法、模糊评价法、灰色评价法、压力-状态-响应 （PressureState-Response，PSR） 框架模型和空间主成分分析法。吴丹丹等 （2009） 将中国生态修复成效评估方法定义为基于生物及群落、水土保持功能、水土理化性质、小气候评价、景观格局评价、生态价值评价等系统综合评价指标进行直接评价和综合效益评价的方法。孙晓萌等 （2014） 总结中国生态修复成效评估方法主要有单指标对比法、综合效益评价和生态服务价值评估，并分析了它们的应用方式及优缺点。张立斌等 （2012） 将生态修复成效主要评估方法总结为直接对比法、属性分析法和轨迹分析法。高彦华等 （2003） 则研究了生态系统健康评价方法和生态安全评价方法在生态修复成效评估中的借鉴作用。

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  在海洋典型生态系统生态修复成效评估时，常采用的方法包括直接对比法、综合效益评估法、轨迹分析法、指示物种法等。

  Fonseca 等 （1996） 将位于美国佛罗里达州坦帕湾的几处经过移植修复的海草床 3 年的监测数据与附近的天然海草床进行对比，得到海草床修复率和发展趋势等相关信息，以评估修复成效。Susan等 （2014） 研究坦帕湾一块修复海草床的修复成效，并与参照系统的监测指标进行对比评估。Scapin 等 （2016） 基于威尼斯潟湖海草床修复第一年的监测数据，使用生境鱼类生物指标指数与参照地点进行对比，评估威尼斯潟湖海草床生态系统中的鱼类资源修复成效。宁秋云等 （2020） 使用综合效益评估法从生态环境、工程管护、社会影响等方面对广西竹山海草生态修复工程效果进行了评估。陈石泉 （2021） 通过修复区域和参照区域的指标来对比不同技术方法的修复成效。

  珊瑚礁生态修复成效评估相关研究中，Yap 等 （2003）、Raymundo 等 （2007）、李元超等 （2014）、Ladd 等 （2019） 通过跟踪监测修复区的珊瑚礁生态系统，并与参照系统的各项指标进行直接对比,以对修复成效进行评估。Hein 等 （2017） 运用综合效益法，构建了全面反映环境、社会文化、管理和对可持续社区经济贡献的指标体系，用以评估珊瑚礁生态修复成效。

  盐沼湿地生态修复的成效评估相关研究中，Neckles 等 （2002）、Warren 等 （2002）、Konisky等 （2006） 、 Duarte 等 （2012） 、 Staszak 等 （2013）、Lynum 等 （2020） 均是通过将修复盐沼湿地区域和参照区域的多项生物指标和水环境指标进行对比来评估盐沼湿地生态修复的成效。宁秋云等（2014） 采用德尔菲专家法和层次分析法，建立综合评价模型对竹山盐沼修复工程进行了综合效益评价。永智丞等 （2020） 基于压力－状态－响应机制选取了盐沼湿地修复成效的评价指标，利用综合效益评估法评价了退化盐沼湿地生态系统的修复成效。

  红树林生态系统生态修复成效评估方法的研究较其他典型生态系统丰富许多。宁存鑫 （2014） 选取单指标对比分析以及环境质量综合评价手段，通过修复前后以及和参照区域的对比，初步研究了红树林生态系统的修复成效。冯建祥等 （2017b） 从修复红树林湿地的生物群落结构、植物健康状况及环境质量状况等方面，构建特征指标群，使用综合效益评价法开展修复成效评估研究，但是该研究只考虑了生态环境效益，没有涉及经济和社会效益。林秋莲等 （2020） 运用综合效益评价法，选取环境质量和生物质量指标，将修复区和对照区进行对比，对浙江鳌江口红树林修复进行了成效评估。Salmo 等 （2017） 运用轨迹分析法，即监测分析、评估修复系统随时间变化的轨迹模式，并与参照系统进行对比，评估修复成效；同时，运用指示物种法，探究了软体动物可否作为红树林生态系统生态修复的指示物种。Canales-Delgadillo 等 （2019） 通过直接对比法和指示物种法研究了修复区域和参照区域的鸟类群落多样性、物种丰度和水质变化指标，判断红树林修复成效，并探究哪些鸟类可以作为修复成功的指示物种。

  综上所述，典型海洋生态系统生态修复成效评估方法的选择与评估指标的选取密切相关。现阶段针对海草床、珊瑚礁、盐沼湿地生态修复成效评估方法的研究相对较少，评估方法较为单一，有待继续深入完善。在选择评估方法时需注意各自的适用条件，如直接对比法需要选择和确定适合的参照系统；指示物种法对指示物种的代表性要求较高；轨迹分析法要保证监测数据的连续性和完善度；综合效益法需要科学合理分配各指标间的权重。

3 展望

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 当前，国内外对典型海洋生态系统成效评估的评估指标、评估方法进行了大量的研究。本文通过对相关研究的梳理，指出成效评估在指标选取和方法确定上需要重点考虑的因素，并对海草床、珊瑚礁、盐沼湿地、红树林四类典型海洋生态系统在生态修复成效评估时存在的共性问题进行了总结和归纳。

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  基于前文的研究结果，同时考虑到这几类典型海洋生态系统具有复杂的生物与环境的网络关系和交互功能，本文对典型海洋生态系统生态修复成效的评估研究提出几点展望：①典型海洋生态系统生态修复是一个长期的过程，成效评估研究也应立足于生态系统过程，在生态修复的不同阶段开展成效评估研究，尤其应注重参考长期、连续性的监测数据，开展中长期成效评估研究。②现阶段开展的成效评估研究主要针对海洋生态系统的类型展开，今后要结合生态系统退化诊断的结果，针对相应的生态修复的方式 （保育保护、自然恢复、辅助修复、生态重建等） 考虑成效评估指标和方法。③随着海洋生态系统的社会、经济效益日益受到人们的重视，有必要考虑将社会、经济指标纳入成效评估指标，开展相应研究，为促进典型海洋生态系统与周边社区的协同发展奠定基础。

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