傅世鋒，吳海燕，蔡曉瓊

(自然資源部第三海洋研究所，福建 廈門 361005)

在海洋生態(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃中，生態(tài)環(huán)境保護(hù)目標(biāo)的設(shè)定是非常重要的工作。在目前的規(guī)劃目標(biāo)指標(biāo)體系中，大多強(qiáng)調(diào)水質(zhì)指標(biāo)、入海污染物的控制指標(biāo)等，對(duì)生態(tài)保護(hù)尤其是生物多樣性保護(hù)的目標(biāo)則鮮有體現(xiàn)。水質(zhì)、入海污染物控制指標(biāo)只能對(duì)排污、具體的開發(fā)利用活動(dòng)進(jìn)行約束，但是無(wú)法從海域整體的角度給予海洋生態(tài)保護(hù)的管理決策和建議。從海域整體的角度綜合評(píng)價(jià)海域利用強(qiáng)度，了解海洋生態(tài)系統(tǒng)承受的總體壓力，研究海域利用強(qiáng)度與生物多樣性的關(guān)系，才能預(yù)測(cè)不同情景下海洋生物多樣性的變化趨勢(shì)，采取相應(yīng)的保護(hù)和管理措施，來(lái)更好地保護(hù)海洋生物多樣性[1]。

相對(duì)于其他生物，底棲生物對(duì)逆境的逃避相對(duì)遲緩，受環(huán)境影響更為深刻，大型底棲生物被認(rèn)為是海洋生態(tài)系統(tǒng)有力的指示生物，能夠響應(yīng)多種類型的人為擾動(dòng)[2-4]。因此，該研究嘗試以廈門海域?yàn)檠芯繉?duì)象，以底棲生物為指示生物，通過(guò)構(gòu)建近岸海域利用強(qiáng)度指數(shù)，建立海域利用強(qiáng)度與底棲生物多樣性之間的關(guān)系模型，預(yù)測(cè)未來(lái)不同海域利用情景下底棲生物多樣性的目標(biāo)值。研究結(jié)果能夠?yàn)橄嚓P(guān)規(guī)劃中海洋生態(tài)保護(hù)目標(biāo)的設(shè)定、相關(guān)保護(hù)和管理措施建議提供科學(xué)依據(jù)；以期解決在確定生態(tài)保護(hù)目標(biāo)時(shí)，人為主觀因素導(dǎo)致誤差較大的問(wèn)題，提高生態(tài)保護(hù)目標(biāo)的客觀性和準(zhǔn)確性。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

廈門海域地處福建省東南部、臺(tái)灣海峽西南向。海域面積約355 km2，大部分水深5～20 m，西部有福建省第二大河流——九龍江注入。從空間上一般劃分為九龍江口、西海域、東部海域、南部海域、同安灣和大嶝海域共6個(gè)區(qū)塊(圖1)。廈門海域利用經(jīng)歷了4個(gè)階段：1980—1990年代表基本未開發(fā)階段，該階段廈門海域利用活動(dòng)主要是傳統(tǒng)的水產(chǎn)養(yǎng)殖；2005—2007年為廈門海灣型城市建設(shè)的開始階段，利用強(qiáng)度相對(duì)較低，主要為集中在西海域、同安灣、九龍江口附近海域的填海造地；2009—2012年廈門市提出“以港立市”概念，在西海域、同安灣等海域大力實(shí)施清淤整治工程，保障港口發(fā)展；2013—2016年為廈門海灣型城市建設(shè)的優(yōu)化發(fā)展階段，海域利用程度大大降低，開發(fā)利用活動(dòng)主要為大嶝海域的填海造地。

1.2 海域利用強(qiáng)度指數(shù)構(gòu)建

參考國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究，選擇圍填海、旅游娛樂(lè)、港口航運(yùn)、漁業(yè)和工業(yè)5類用海方式共14種用?；顒?dòng)(表1)作為典型的近岸海域利用方式。收集、統(tǒng)計(jì)和分析特定時(shí)期內(nèi)14種用海活動(dòng)的數(shù)據(jù)，對(duì)每種海域利用活動(dòng)進(jìn)行0～3級(jí)的定量化評(píng)價(jià)：0代表未受到該種海域利用活動(dòng)的干擾；1代表受到該種海域利用活動(dòng)的輕度干擾；2代表受到該種海域利用活動(dòng)的中度干擾；3代表受到該種海域利用活動(dòng)的強(qiáng)烈干擾[5]。海域利用強(qiáng)度指數(shù)的計(jì)算公式為

表1 海域利用類型界定Table 1 Definition of sea area utilization types

(1)

式(1)中，Pj為第j個(gè)區(qū)塊的海域利用強(qiáng)度指數(shù)；Pi為第j個(gè)區(qū)塊第i種開發(fā)利用活動(dòng)的強(qiáng)度值；Sj為第j個(gè)區(qū)塊的面積，km2。

(2)

式(2)中，Pt為研究區(qū)總海域利用強(qiáng)度指數(shù)；St為研究區(qū)總面積，km2。

1.3 底棲生物多樣性表征

收集4個(gè)階段324組底棲生物多樣性數(shù)據(jù)[6]，底棲生物多樣性采用物種數(shù)(S)、生物量(W)、棲息密度(D)、香農(nóng)多樣性指數(shù)(H′)、豐富度指數(shù)(d)和均勻度指數(shù)(J)來(lái)表征,計(jì)算公式分別為

(3)

d=(S-1)/log2N，

(4)

J=H′/log2S。

(5)

式(3)～(5)中，ni為第i種底棲生物的個(gè)體豐度；N為所有物種總個(gè)體豐度。

研究區(qū)總體香農(nóng)多樣性指數(shù)Ht′的計(jì)算公式為

(6)

廈門海域多年底棲生物多樣性變化情況見(jiàn)表2。

表2 1980—2016年廈門海域底棲生物多樣性 Table 2 The benthic biodiversity of Xiamen Sea area during 1980-2016

1.4 生物多樣性保護(hù)情景設(shè)計(jì)

通過(guò)收集社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、海域利用、生態(tài)環(huán)境和海洋生物多樣性保護(hù)等方面的數(shù)據(jù)資料，結(jié)合與海洋生物多樣性保護(hù)相關(guān)的海洋政策、規(guī)劃和保護(hù)目標(biāo)，建立分別基于“趨勢(shì)情景”“規(guī)劃情景”以及“優(yōu)化情景”下，不同海域利用強(qiáng)度和保護(hù)目標(biāo)的海洋生物多樣性情景設(shè)計(jì)方案，構(gòu)建廈門海域底棲生物多樣性保護(hù)情景。

“趨勢(shì)情景”是根據(jù)研究區(qū)過(guò)去海域利用強(qiáng)度的變化，推斷2035年海域利用格局的變化趨勢(shì)。該情景假設(shè)對(duì)現(xiàn)有的海域利用方式不做任何改進(jìn)，按照現(xiàn)有的人類對(duì)海洋生態(tài)保護(hù)不作為的趨勢(shì)發(fā)展下去，圍填海的趨勢(shì)沒(méi)有遏制，污水收集率、處理率沒(méi)有提高，污水排放量按照城市化速率持續(xù)增加，預(yù)測(cè)到2035年廈門海域的利用強(qiáng)度。

“規(guī)劃情景”是基于國(guó)家、福建省、廈門市政府對(duì)污染排放、產(chǎn)業(yè)布局、保護(hù)區(qū)建設(shè)、濱海濕地修復(fù)、生態(tài)紅線劃定等所制定的規(guī)劃目標(biāo)能夠?qū)崿F(xiàn)的情況下，預(yù)測(cè)到2035年廈門海域的利用強(qiáng)度。

“優(yōu)化情景”是根據(jù)政府部門規(guī)劃目標(biāo)之間的沖突分析以及其他地區(qū)案例研究所取得的經(jīng)驗(yàn)，在既能實(shí)現(xiàn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展目標(biāo)，又能完成生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的優(yōu)化目標(biāo)情況下，預(yù)測(cè)到2035年廈門海域的利用強(qiáng)度。

1.5 統(tǒng)計(jì)分析

采用SPSS 軟件，選用多元線性回歸分析(為消除不同海域利用強(qiáng)度類型的多重相關(guān)性，采用逐步回歸法)，計(jì)算各區(qū)塊底棲生物多樣性與不同海域利用類型強(qiáng)度(Pj)之間的定量關(guān)系：

X=a0+a1P1+a2P2+…+aiPi。

(7)

式(7)中，X為生物多樣性指數(shù)；Pi為區(qū)塊第i種海域利用活動(dòng)的強(qiáng)度；ai為回歸方程的回歸系數(shù)，表示生物多樣性指數(shù)與開發(fā)利用活動(dòng)強(qiáng)度的定量關(guān)系。

2 結(jié)果與分析

2.1 廈門海域利用強(qiáng)度的時(shí)空變化

由表3可知，廈門灣利用強(qiáng)度呈現(xiàn)顯著的時(shí)空差異?？臻g上，西海域、九龍江河口是海域利用強(qiáng)度最高的區(qū)域；時(shí)間上，廈門所有海域的海域利用強(qiáng)度均在2019—2012年達(dá)到最大值。

Person相關(guān)性分析表明，海域利用強(qiáng)度指數(shù)與所有底棲生物多樣性指數(shù)呈負(fù)相關(guān)，其中與物種數(shù)、H′、d和J呈顯著負(fù)相關(guān)(表4)，表明該研究建立的海域利用強(qiáng)度指數(shù)基本可靠。

表4 海域利用強(qiáng)度指數(shù)和底棲生物多樣性指數(shù)的相關(guān)性分析Table 4 Correlation analysis between sea area utilization intensity index and benthic biodiversity indices

2.2 多元線性回歸模型分析

根據(jù)多元線性回歸模型，對(duì)香農(nóng)多樣性指數(shù)(H′)與海域利用強(qiáng)度(P)建立顯著相關(guān)的關(guān)系模型(調(diào)整R2=0.47)：H′=3.948-14.92P填-15.06P捕-16.43P廢。由關(guān)系模型可見(jiàn)，H′主要受填海造地、捕撈和工業(yè)、生活污水的排放影響。該研究的底棲生物多樣性預(yù)測(cè)主要針對(duì)H′進(jìn)行。

2.3 廈門海域底棲生物多樣性預(yù)測(cè)

2.3.1趨勢(shì)情景

廈門海域1990、2007、2012、2016年的海域利用強(qiáng)度指數(shù)表明，廈門海域的海域利用強(qiáng)度在2009—2012年達(dá)到最大值，2013—2016年廈門海灣型城市建設(shè)進(jìn)入優(yōu)化發(fā)展階段，開發(fā)利用活動(dòng)程度大大降低，利用強(qiáng)度指數(shù)出現(xiàn)下降趨勢(shì)，海域利用主要集中在大嶝海域的填海造地和港口航運(yùn)的持續(xù)發(fā)展，此外還有城市化規(guī)模不斷擴(kuò)大情況下向海域的污水排放量增長(zhǎng)。

在現(xiàn)有的利用強(qiáng)度背景下，到2035年，廈門海域的利用強(qiáng)度見(jiàn)表5。根據(jù)預(yù)測(cè)模型，“趨勢(shì)情景”下，2035年廈門海域底棲生物平均香農(nóng)多樣性指數(shù)H′為2.88 (表6)。

表5 “趨勢(shì)情景”下廈門海域2035年的海域利用強(qiáng)度Table 5 Prediction of the utilization intensity of Xiamen Sea area in 2035 under the "Trend Scenario"

表6 不同情景下廈門海域底棲生物香農(nóng)多樣性指數(shù)(H′)預(yù)測(cè)Table 6 Prediction of benthic Shannon diversity index (H′)of Xiamen Sea area under different scenarios

2.3.2“規(guī)劃情景”

根據(jù)表7的相關(guān)規(guī)劃，到2035年，廈門海域包括灘涂養(yǎng)殖和海水養(yǎng)殖的養(yǎng)殖業(yè)全部退出，僅保留藻類(紫菜、海帶)養(yǎng)殖，研究區(qū)整體養(yǎng)殖利用強(qiáng)度均為0；與此同時(shí)，同安灣、大嶝海域和東部海域的捕撈壓力會(huì)有所增加。西海域的東渡港區(qū)、九龍江口的海滄港區(qū)和招銀港區(qū)為廈門港的重要港區(qū)，海域港口碼頭利用會(huì)保持高強(qiáng)度，而位于東部海域和大嶝海域連接處的翔安港區(qū)則為一般港區(qū)，海域利用強(qiáng)度相對(duì)較低。大嶝海域圍填海完成后，將形成廈門翔安臨空產(chǎn)業(yè)區(qū)，服務(wù)廈門新機(jī)場(chǎng)。到2035年，新機(jī)場(chǎng)以及周邊產(chǎn)業(yè)區(qū)投入使用后，向周邊海域排污的壓力及海上運(yùn)輸壓力會(huì)明顯增加。到2035年，海水水質(zhì)達(dá)標(biāo)率達(dá)75%，主要通過(guò)淘汰落后的高排污產(chǎn)能、提高城鎮(zhèn)污水納管率等方式來(lái)減少入海污染，排放入海的工業(yè)廢水和生活污水量會(huì)大大減少。由此，2035年“規(guī)劃情景”下廈門海域各區(qū)域的海域利用強(qiáng)度指數(shù)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表8。根據(jù)預(yù)測(cè)模型，“規(guī)劃情景”下，2035年廈門海域底棲生物平均香農(nóng)多樣性指數(shù)H′為3.14。

表7 廈門海域“規(guī)劃情景”相關(guān)背景Table 7 Backgrounds related to "Planning Scenario" of Xiamen Sea area

表8 “規(guī)劃情景”下廈門海域2035年的海域利用強(qiáng)度Table 8 Prediction of utilization intensity of Xiamen Sea area in 2035 under "Planning Scenario"

2.3.3“優(yōu)化情景”

廈門海域2016年以后僅有大嶝海域的填海造地工程，實(shí)際施工時(shí)間截至2020年。研究表明，大嶝海域圍填海造成的生物多樣性下降趨勢(shì)在圍填海一年后就已停止并保持穩(wěn)定，在2020年圍填海結(jié)束前，區(qū)域總物種數(shù)已經(jīng)恢復(fù)到圍填海前的水平[3]。因此，“優(yōu)化情景”下，到2035年，大嶝海域圍填海對(duì)生物多樣性的影響已經(jīng)恢復(fù)，可以不考慮填海造地活動(dòng)造成的影響。捕撈活動(dòng)在廈門海域的分布并不均勻，且隨著各區(qū)域發(fā)展趨勢(shì)的變化會(huì)產(chǎn)生明顯的改變。廈門海域的捕撈活動(dòng)主要分布在同安灣、大嶝海域和東部海域。同安灣的發(fā)展方向主要為休閑旅游觀光，并且早已禁止養(yǎng)殖，捕撈的壓力預(yù)測(cè)變化不大。而大嶝海域的發(fā)展方向變化較大，未來(lái)10 a，大嶝海域的發(fā)展主要圍繞機(jī)場(chǎng)及機(jī)場(chǎng)服務(wù)業(yè)，當(dāng)?shù)鼐用竦木蜆I(yè)機(jī)會(huì)將會(huì)大大增加，且大嶝海域仍然可以進(jìn)行藻類養(yǎng)殖，因此捕撈的壓力預(yù)測(cè)將會(huì)降低。目前廈門正在抓緊建設(shè)污水處理廠，提高污水納管率，鑒于廈門海域目前仍然存在大量污水直排海的現(xiàn)象，且受到上游九龍江入海河流的影響，污水處理廠建設(shè)周期也較長(zhǎng)，廈門2020年底前未實(shí)現(xiàn)污水直排入?；径沤^、城鎮(zhèn)和農(nóng)村污水收集處理率達(dá)95%的目標(biāo)，到2035年近岸海域功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率達(dá)75%以上的目標(biāo)也具有較大的不確定性。因此，“優(yōu)化情景”下，工業(yè)廢水和生活污水的排放強(qiáng)度略高于“規(guī)劃情景”。綜上，“優(yōu)化情景”下，廈門海域2035年的海域利用強(qiáng)度見(jiàn)表9。根據(jù)預(yù)測(cè)模型，“優(yōu)化情景”下，2035年廈門海域底棲生物香農(nóng)多樣性指數(shù)H′為3.06。

表9 “優(yōu)化情景”下廈門海域2035年的海域利用強(qiáng)度Table 9 Prediction of utilization intensity of Xiamen Sea area in 2035 under "Optimal Scenario"

3 討論與結(jié)論

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)海域利用強(qiáng)度的定量化評(píng)價(jià)已經(jīng)開展了一些研究[5,7-12]，主要是采取定性和定量的方法，結(jié)合遙感技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)海域利用強(qiáng)度評(píng)價(jià)。該研究在國(guó)內(nèi)外研究的基礎(chǔ)上建立海域利用強(qiáng)度定量化評(píng)價(jià)方法，簡(jiǎn)單易行，具有較強(qiáng)的適用性。

相對(duì)于其他生態(tài)系統(tǒng)[13-14]，海洋生物多樣性保護(hù)目標(biāo)的研究還很少。底棲生物是海洋生態(tài)系統(tǒng)公認(rèn)的指示生物。相對(duì)于構(gòu)建復(fù)雜的海洋生物多樣性評(píng)價(jià)體系，以設(shè)定底棲生物多樣性保護(hù)目標(biāo)來(lái)表征海洋生態(tài)系統(tǒng)多樣性具有較強(qiáng)的可操作性。香農(nóng)多樣性指數(shù)是我國(guó)生物多樣性的常規(guī)評(píng)價(jià)指標(biāo)，能夠客觀評(píng)價(jià)福建近岸海域底棲生物的生態(tài)質(zhì)量狀況[15]。該研究中，廈門海域2035年底棲生物多樣性保護(hù)指標(biāo)宜為底棲生物香農(nóng)多樣性指數(shù)不低于3.06。盡管如此，由于受自然條件和海域利用強(qiáng)度的雙重影響，廈門海域的底棲生物多樣性狀況在不同情景下區(qū)域差異較大。因此，在制定廈門海域生物多樣性保護(hù)目標(biāo)時(shí)，應(yīng)考慮區(qū)域差異，加強(qiáng)利用強(qiáng)度較高以及生物多樣性較低的海域(西海域和九龍江河口)的生態(tài)保護(hù)和修復(fù)。