趙 蕾, 曹議丹, 高偉明

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昌黎縣海洋環(huán)境承載力評(píng)估研究

趙 蕾, 曹議丹, 高偉明

(河北師范大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 河北省環(huán)境演變與生態(tài)建設(shè)實(shí)驗(yàn)室, 河北石家莊050024)

選取昌黎縣海岸線人工化指數(shù)、海域開(kāi)發(fā)資源效應(yīng)指數(shù)、海水水質(zhì)等指標(biāo)構(gòu)建昌黎縣海洋資源環(huán)境承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系, 采用專(zhuān)項(xiàng)評(píng)價(jià)和綜合評(píng)價(jià)相結(jié)合的方法, 對(duì)河北省昌黎縣資源環(huán)境承載力進(jìn)行評(píng)估研究。結(jié)果表明, 受入海懸沙量變化和入海污染物的影響文昌魚(yú)棲息地遭到嚴(yán)重破壞, 海洋生態(tài)承載狀況為嚴(yán)重超載, 因此需要采取控制污染源, 加強(qiáng)監(jiān)管等手段來(lái)改善文昌魚(yú)生長(zhǎng)環(huán)境壓力。

海洋資源環(huán)境承載力; 指標(biāo)體系; 評(píng)估; 文昌魚(yú); 河北省昌黎縣

近幾十年隨著海洋經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展海洋環(huán)境正面臨著巨大壓力, 為高效開(kāi)發(fā)利用海洋資源環(huán)境, 需要對(duì)其承載力進(jìn)行科學(xué)評(píng)估研究[1-2]。馬爾薩斯(1789)是第一個(gè)認(rèn)識(shí)到環(huán)境限制因子對(duì)人類(lèi)社會(huì)物質(zhì)增長(zhǎng)過(guò)程有著重要影響的科學(xué)家[3]。1995年, 諾貝爾獎(jiǎng)獲得者Arrow在Science上發(fā)表了《經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、承載力和環(huán)境》, 在學(xué)界和政界均引起了極大的反響[4]。21世紀(jì)初, 國(guó)內(nèi)研究的視角才逐步轉(zhuǎn)移到區(qū)域資源環(huán)境承載力的綜合研究[5-7]。

昌黎縣位于河北省東北部, 東瀕渤海, 全縣海域面積757.88 km2, 海岸線長(zhǎng)64.94 km。昌黎縣海域資源豐富, 其中岸線主要用于漁業(yè)和旅游岸線開(kāi)發(fā), 灘涂(潮間帶)資源以沙灘為主, 被評(píng)為中國(guó)最美的八大海岸之一, 淺海資源水質(zhì)清潔, 海洋生物豐富, 是生物進(jìn)化研究的“活化石”——文昌魚(yú)在渤海的主要棲息地。但近年來(lái), 文昌魚(yú)生境退化, 生物量呈下滑趨勢(shì)。除文昌魚(yú)外昌黎縣其他海域資源也受到不同程度的破壞, 因此為更加科學(xué)的管理昌黎縣海洋資源環(huán)境, 促進(jìn)其可持續(xù)發(fā)展, 需要對(duì)其承載力進(jìn)行系統(tǒng)、準(zhǔn)確的評(píng)估研究。

1 評(píng)估數(shù)據(jù)及方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源及處理

所用數(shù)據(jù)主要來(lái)源于保護(hù)區(qū)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù), 監(jiān)測(cè)站位共19個(gè)(1-19號(hào)站)(圖1), 另外還從海域使用管理部門(mén)、漁業(yè)管理部門(mén)等相關(guān)部門(mén)及區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)和海洋經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)資料中獲取所需的原始數(shù)據(jù), 對(duì)2014年遙感影像進(jìn)行預(yù)處理、解譯獲得部分?jǐn)?shù)據(jù), 利用Mapinfo等地圖信息系統(tǒng)平臺(tái)將實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與影像圖進(jìn)行編輯, 輸出獲取所需數(shù)據(jù)。

在對(duì)生態(tài)承載狀況(2)指標(biāo)中的浮游動(dòng)物變化狀況(2-F)指標(biāo)計(jì)算時(shí), 以2012年-2014年的平均值作為理想值對(duì)浮游動(dòng)物密度()和生物量()進(jìn)行無(wú)量綱化處理, 而文昌魚(yú)棲息地退化狀況(2-H)的計(jì)算則以2002年-2014年的平均值作為理想值進(jìn)行計(jì)算。海洋生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)狀況(3)以2004年-2014年的以來(lái)昌黎縣所轄海域內(nèi)赤潮年均發(fā)生頻次來(lái)確定, 其他指標(biāo)的計(jì)算均使用2014年數(shù)據(jù)。

1.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)及方法

所用的評(píng)價(jià)指標(biāo)和評(píng)估依據(jù)均采用國(guó)家海洋局《海洋資源環(huán)境承載能力監(jiān)測(cè)預(yù)警指標(biāo)體系和技術(shù)方法指南》中所涉及的相關(guān)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。

將海岸線開(kāi)發(fā)強(qiáng)度(1)和海域開(kāi)發(fā)強(qiáng)度(2)作為海洋空間資源承載能力評(píng)估的二級(jí)指標(biāo)[8], 采用單因子評(píng)價(jià)法, 分別獲取指標(biāo)評(píng)估結(jié)果并按評(píng)估依據(jù)進(jìn)行分級(jí)評(píng)估[9]。

計(jì)算海岸線人工化指數(shù):

其中,總為海岸線總長(zhǎng)度,mBmH分別為圍池壩和交通運(yùn)輸2種海岸線利用類(lèi)型長(zhǎng)度,BH分別為這2種海岸線利用類(lèi)型的海洋資源環(huán)境影響因子。

以省級(jí)海洋功能區(qū)劃為基礎(chǔ)構(gòu)建海岸線開(kāi)發(fā)利用評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn):

其中,i為第i類(lèi)海洋功能區(qū)毗鄰海岸線長(zhǎng)度,i為第i類(lèi)海洋功能區(qū)海洋開(kāi)發(fā)對(duì)海岸線的影響因子,總為海岸線總長(zhǎng)度。

海岸線開(kāi)發(fā)強(qiáng)度:

海域開(kāi)發(fā)資源效應(yīng)指數(shù):

其中,為海域使用類(lèi)型數(shù),i為第i種類(lèi)型的用海面積,i為第i種類(lèi)型用海的資源耗用指數(shù),為海域使用總面積。

海洋資源效應(yīng)指數(shù)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn):

其中,i為第 i 類(lèi)海洋功能區(qū)面積,i為第 i 類(lèi)海洋功能區(qū)海洋開(kāi)發(fā)對(duì)海域空間資源的影響因子,總為海洋功能區(qū)劃面積之和。

海域開(kāi)發(fā)強(qiáng)度:

依據(jù)海洋生態(tài)環(huán)境保護(hù)的主要內(nèi)容, 將海洋環(huán)境承載狀況(1)、海洋生態(tài)承載狀況(2)和海洋生態(tài)環(huán)境災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)狀況(3)作為海洋生態(tài)環(huán)境承載能力評(píng)估的二級(jí)指標(biāo)。除海洋生態(tài)承載狀況采用“短板效應(yīng)”的綜合評(píng)價(jià)法外, 其他承載力狀況均采用單因子評(píng)價(jià)法。

海洋環(huán)境承載狀況分級(jí)評(píng)估:

其中,i為符合海洋功能區(qū)水質(zhì)要求的第 i 類(lèi)功能區(qū)面積,總為昌黎縣所轄海域總面積。

借鑒《近岸海洋生態(tài)健康評(píng)價(jià)指南》(HY/T 087)相關(guān)評(píng)價(jià)方法[10], 來(lái)計(jì)算浮游動(dòng)物變化狀況(2-F):

其中,D和D分別為近3年區(qū)域內(nèi)浮游動(dòng)物密度()和生物量()的平均值。

文昌魚(yú)棲息地退化狀況依據(jù)底棲生物變化狀況進(jìn)行評(píng)估。與基準(zhǔn)年(2002年)及評(píng)價(jià)區(qū)域多年相對(duì)密度平均值1-ave進(jìn)行比較反映棲息地退化狀況(B1)。

以海洋赤潮災(zāi)害狀況(3-A)作為海洋生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)狀況(3)的評(píng)估結(jié)果。依據(jù)《赤潮監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)程》(HY/T 096)統(tǒng)計(jì)2004年以來(lái)昌黎縣所轄海域內(nèi)赤潮年均發(fā)生頻次, 評(píng)估海洋生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)狀況[11]。

采用均值化方法來(lái)消除量綱和數(shù)量級(jí)的影響[12]。

根據(jù)昌黎縣海洋開(kāi)發(fā)利用狀況及海洋資源環(huán)境狀況對(duì)昌黎縣海洋環(huán)境承載力各指標(biāo)構(gòu)建承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系框架(圖2), 采用層次分析法, 分別賦予各指標(biāo)一個(gè)權(quán)重, 使其能充分體現(xiàn)各自的重要性[13-14], 從而得到各因素的權(quán)重分配集{1,2,3,…,i}, 其一致性檢驗(yàn)步驟如下[15]。

計(jì)算一致性比值, 檢驗(yàn)判斷矩陣的一致性:

表1 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)取值

2 各指標(biāo)承載能力評(píng)估

2.1 海洋空間資源承載能力評(píng)估

2.1.1 岸線開(kāi)發(fā)強(qiáng)度

依據(jù)2014年衛(wèi)星影像遙感數(shù)據(jù)解析結(jié)果, 獲得河北省大陸岸線開(kāi)發(fā)利用類(lèi)型及現(xiàn)狀, 昌黎縣圍池壩和交通運(yùn)輸?shù)膶?shí)際使用長(zhǎng)度分別為45.323, 0.375 km,經(jīng)計(jì)算得出P為0.423。將海洋功能區(qū)劃圖與河北省岸線圖在Mapinfo中進(jìn)行疊加得到農(nóng)漁業(yè)區(qū), 旅游休閑娛樂(lè)區(qū), 海洋保護(hù)區(qū)毗鄰岸線長(zhǎng)度(圖3), 經(jīng)計(jì)算P0約為0.682。因此海岸線開(kāi)發(fā)強(qiáng)度1約為0.62, 按照表2進(jìn)行評(píng)估昌黎縣海岸線承載狀況為臨界超載。

表2 海岸線開(kāi)發(fā)強(qiáng)度分級(jí)評(píng)估

2.1.2 海域開(kāi)發(fā)強(qiáng)度

依據(jù)海洋功能區(qū)劃技術(shù)導(dǎo)則所劃定的農(nóng)漁業(yè)區(qū)、旅游休閑娛樂(lè)區(qū)、海洋保護(hù)區(qū)[16], 確定昌黎縣海域海洋功能區(qū)范圍(圖3), 結(jié)合截至2014年年底的海域使用確權(quán)數(shù)據(jù), 利用公式(4), (5)分別計(jì)算得出海域開(kāi)發(fā)資源效應(yīng)指數(shù)P約為0.80, 海洋空間開(kāi)發(fā)利用評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)P0約為0.48。按照表3進(jìn)行評(píng)估海域承載狀況為臨界超載。

表3 海域開(kāi)發(fā)強(qiáng)度分級(jí)評(píng)估

2.2 海洋生態(tài)環(huán)境承載能力

2.2.1 海洋環(huán)境承載狀況

各類(lèi)型海洋功能區(qū)海水水質(zhì)以海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)[17]。通過(guò)對(duì)昌黎縣2014年海域圖, 2014年河北省海洋水質(zhì)圖和河北省海洋功能區(qū)劃圖(2011~ 2020年)在MapInfo中疊加(如圖4)并計(jì)算可得到表4。經(jīng)計(jì)算2014年昌黎縣海洋環(huán)境承載狀況值約為0.80, 依據(jù)表5可得出目前昌黎海洋環(huán)境承載狀況為剛剛超載。

2.2.2 海洋生態(tài)承載狀況

2.2.2.1 浮游動(dòng)物變化狀況(2-F)

依據(jù)2012~2014年河北省近岸大型浮游動(dòng)物密度和生物量監(jiān)測(cè)結(jié)果[18], 評(píng)價(jià)昌黎縣浮游動(dòng)物變化狀況, 由公式(8)計(jì)算出2-F值為81.3%, 按照表6進(jìn)行評(píng)估浮游動(dòng)物變化狀況(2-F)為超載。

表4 河北省昌黎縣海域各功能區(qū)海水水質(zhì)所占面積

表5 海洋環(huán)境承載狀況分級(jí)評(píng)估

表6 浮游動(dòng)物變化狀況分級(jí)評(píng)估

2.2.2.2 珍稀瀕危生物棲息地退化狀況(2-H)

2014年文昌魚(yú)棲息密度降至歷史最低(圖5), 經(jīng)計(jì)算得出2014年文昌魚(yú)的數(shù)量與基準(zhǔn)年(2002年)相比變化比例為48%, 文昌魚(yú)相對(duì)密度下降了19%, 按照表7進(jìn)行評(píng)估文昌魚(yú)棲息地退化狀況為嚴(yán)重超載。

表7 珍稀瀕危生物棲息地退化狀況分級(jí)評(píng)估方法

綜合浮游動(dòng)物變化狀況(2-F)和珍稀瀕危生物棲息地退化狀況(2-H)的評(píng)估結(jié)果, 根據(jù)“短板效應(yīng)”對(duì)比2-F和2-H可看出文昌魚(yú)棲息地退化狀況最差, 所以海洋生態(tài)承載狀況(2)為嚴(yán)重超載。

2.2.3 海洋生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)狀況

經(jīng)統(tǒng)計(jì)2009年新開(kāi)河口附近和2011年新開(kāi)口海域發(fā)生赤潮[19], 因此, 海洋赤潮災(zāi)害狀況(3-A)約為0.2小于0.5, 按照表8進(jìn)行評(píng)估昌黎海洋生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)狀況為可載。

2.3 昌黎縣海洋資源環(huán)境承載力評(píng)估結(jié)果

利用層次分析法, 對(duì)昌黎縣海洋環(huán)境承載力進(jìn)行綜合評(píng)估[20-21], 綜合評(píng)價(jià)結(jié)果如下(表9)。

表8 海洋赤潮災(zāi)害狀況評(píng)估結(jié)果及分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

表9 昌黎縣海洋環(huán)境承載力綜合評(píng)估結(jié)果

綜合評(píng)估結(jié)果表明各指標(biāo)對(duì)承載力影響的重要程度為: 海洋生態(tài)承載狀況(2)>岸線開(kāi)發(fā)強(qiáng)度(1)>海洋環(huán)境承載狀況(1)>海域開(kāi)發(fā)強(qiáng)度(2)>生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)狀況(3)。

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

綜合評(píng)估結(jié)果表明, 海洋生態(tài)承載狀況對(duì)昌黎縣海洋環(huán)境承載力影響較大, 而海洋生態(tài)承載狀況是通過(guò)綜合浮游動(dòng)物變化狀況(2-F)和珍稀瀕危生物棲息地退化狀況(2-H)反映的, 根據(jù)“短板效應(yīng)”對(duì)比2-F和2-H的評(píng)估結(jié)果得出海洋生態(tài)承載狀況主要是取決于文昌魚(yú)棲息地退化狀況, 因此海洋生態(tài)承載狀況為嚴(yán)重超載。

3.1.1 文昌魚(yú)棲息地退化的原因

3.1.1.1 入海懸沙量變化的影響

監(jiān)控區(qū)文昌魚(yú)棲息地的形成得益于灤河輸沙沉積, 在近岸形成以細(xì)沙、中細(xì)沙為主的平緩地帶, 但近年來(lái), 隨著引灤工程的建設(shè), 灤河三角洲的入海淡水量及懸沙量嚴(yán)重減少, 三角洲發(fā)育的物源短缺, 明顯退化。多年平均輸沙量減少了95%, 引灤工程的建成, 灤河每年削減13×108 m3的水量已成定局, 在連續(xù)干旱年份, 灤河幾乎無(wú)水入海(灤縣水文站)[26]。造成文昌魚(yú)生境退化, 棲息地底質(zhì)沙源補(bǔ)充嚴(yán)重不足。

3.1.1.2 入海污染物的影響

文昌魚(yú)對(duì)環(huán)境污染極其敏感。監(jiān)控區(qū)海域內(nèi)南為灤河口, 北為大蒲河口, 每年都有大量污染物由河口排入, 陸源污染源主要來(lái)自工農(nóng)業(yè)廢水和生活污水, 主要包括化學(xué)需氧量(COD)、油類(lèi)、重金屬、營(yíng)養(yǎng)鹽、砷等, 污染物排放超標(biāo), 使監(jiān)控區(qū)海域水質(zhì)下降, 文昌魚(yú)及其他海洋生物的生存環(huán)境備受威脅[22]。另外近年來(lái)養(yǎng)殖面積猛增, 規(guī)模不斷擴(kuò)大, 昌黎海域2009年海水養(yǎng)殖面積為44 350 hm2, 并呈逐年上升趨勢(shì), 到2011年海水養(yǎng)殖面積增至51 025 hm2(由于區(qū)劃調(diào)整, 部分昌黎海水養(yǎng)殖面積歸入北戴河新區(qū), 使2012年后昌黎海水養(yǎng)殖面積減少)其中淺海養(yǎng)殖面積占94%(2010年-2014年《秦皇島統(tǒng)計(jì)年鑒》), 養(yǎng)殖病害及養(yǎng)殖貝類(lèi)糞沉降到海底也加劇了文昌魚(yú)棲息環(huán)境的改變[23]。育苗室、儲(chǔ)水池等向海內(nèi)排放的養(yǎng)殖廢水, 導(dǎo)致水體中N、P等含量升高, 臨近水域營(yíng)養(yǎng)鹽含量不斷增加, 進(jìn)而加速了藻類(lèi)在春夏季的大量繁殖和水體的富營(yíng)養(yǎng)化[24-25]。這些都導(dǎo)致文昌魚(yú)的生物量呈下滑趨勢(shì)。

3.1.2 改善文昌魚(yú)生長(zhǎng)環(huán)境壓力的建議與對(duì)策

首先, 應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)管力度。近年來(lái)除灤河輸沙量逐年銳減外, 由于監(jiān)管力度不夠盜沙采沙活動(dòng)頻繁發(fā)生, 造成文昌魚(yú)棲息地的沙源嚴(yán)重破壞, 需要逐步加強(qiáng)對(duì)監(jiān)控區(qū)海域附近挖沙船的管理[26]; 其次, 應(yīng)控制污染源。監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi), 灤河、新開(kāi)口、大蒲河入海污染物及近岸養(yǎng)殖排污等是主要污染源, 因此, 積極開(kāi)發(fā)綠色有機(jī)農(nóng)業(yè)、漁業(yè), 減少農(nóng)、漁業(yè)生產(chǎn)對(duì)沿岸海域造成的環(huán)境污染, 加強(qiáng)工業(yè)廢水的處理, 發(fā)展清潔生產(chǎn)技術(shù), 從源頭上削減陸源排污總量, 降低陸域污染排放對(duì)海洋生物多樣性的破壞。另外, 需要合理發(fā)展海水養(yǎng)殖, 調(diào)控養(yǎng)殖規(guī)模, 優(yōu)化養(yǎng)殖模式與結(jié)構(gòu), 在養(yǎng)殖容量許可范圍內(nèi)科學(xué)用海[27], 為文昌魚(yú)的生長(zhǎng)繁殖提供一個(gè)良好的環(huán)境。

3.2 結(jié)論

自2002年以來(lái)文昌魚(yú)棲息地砂含量的嚴(yán)重不足, 隨著沉積物類(lèi)型和近岸海洋水環(huán)境的改變, 昌黎海區(qū)的文昌魚(yú)棲息密度和生物量總體呈明顯的下降趨勢(shì), 2014年文昌魚(yú)棲息密度降至歷史最低, 與基準(zhǔn)年(2002年)及評(píng)價(jià)區(qū)域多年相對(duì)密度平均值1-ave相比, 文昌魚(yú)棲息地退化狀況為嚴(yán)重超載。而由于漁業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施的擴(kuò)建導(dǎo)致海岸線承載狀況和海域承載狀況為臨界超載, 海洋環(huán)境承載狀況為剛剛超載, 僅海洋生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)狀況為可載。為高效、和諧的開(kāi)發(fā)利用海洋資源, 促進(jìn)海洋經(jīng)濟(jì)健康快速發(fā)展, 需要合理發(fā)展海水養(yǎng)殖, 優(yōu)化養(yǎng)殖模式與結(jié)構(gòu), 規(guī)范養(yǎng)殖行為。加強(qiáng)廢水、廢物的處理, 有效控制陸源排污, 減少陸域污染物排放對(duì)海洋生物多樣性的破壞。另外, 相關(guān)的方針政策、法律法規(guī)及監(jiān)測(cè)預(yù)警機(jī)制也應(yīng)進(jìn)一步完善。

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Assessment of marine environmental carrying capacity in Changli County

ZHAO Lei, CAO Yi-dan, GAO Wei-ming

(College of Resource and Environmental Sciences, Hebei Normal University, Shijiazhuang 050024, China)

In this study, we constructed a marine resource and environmental carrying capacity evaluation index system comprising an artificial coastline to understand the effect of the development on sea resources and sea-water quality in Changli County. We used both specific and comprehensive evaluation methods to assess the marine resource and environmental carrying capacity. The results show that the habitat of amphioxus has been seriously degraded due to sediment transport and marine pollution. Therefore, the marine ecological carrying capacity is currently seriously overloaded, making it absolutely essential to carefully control pollution sources, strengthen environmental monitoring efforts, and take other effective measures to relieve the environmental pressures on amphioxus growth.

marine resource and environmental carrying capacity; index system; classification assessment; amphioxus; Changli County in Hebei Province

(本文編輯: 康亦兼)

[Basic research project of applied basic research program of Hebei Province, No.14273303D]

Dec. 7, 2015

K903

A

1000-3096(2016)08-0084-07

10.11759/hykx20151207001

2015-12-07;

2016-04-16

河北省應(yīng)用基礎(chǔ)研究計(jì)劃重點(diǎn)基礎(chǔ)研究項(xiàng)目(14273303D)

趙蕾(1991-), 女, 河北邯鄲人, 碩士研究生, 主要從事資源評(píng)價(jià)與可持續(xù)利用研究, E-mail: 13731155942@163.com, 電話: 13731155942; 高偉明(1962-), 通信作者, 教授, 主要從事資源評(píng)價(jià)與可持續(xù)利用研究, E-maill: gaowmd@263.net