趙漫 余景 陳丕茂 馮雪

摘要：【目的】了解深圳鵝公灣典型漁業(yè)水域的生態(tài)系統(tǒng)健康狀況，為人工魚礁的生態(tài)效果評估、近海資源增殖和養(yǎng)護提供技術(shù)支撐。【方法】基于2012和2013年對深圳鵝公灣海域生態(tài)環(huán)境的綜合調(diào)查資料，應(yīng)用壓力狀態(tài)響應(yīng)模型（PSR）綜合指數(shù)法評估深圳鵝公灣漁業(yè)水域生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況。【結(jié)果】2012～2013年鵝公灣漁業(yè)水域生態(tài)系統(tǒng)的綜合健康狀況處于較健康和健康狀態(tài)，綜合健康指數(shù)（EHI）由高到低依次為春季>冬季>秋季>夏季，影響其健康狀況的主要因子是有機污染指數(shù)。鵝公灣海域人工魚礁區(qū)的綜合健康狀況優(yōu)于對照區(qū)，其中，人工魚礁區(qū)的浮游植物密度、底棲生物生物量、浮游植物多樣性和底棲生物多樣性指標均處于健康狀態(tài)，富營養(yǎng)指數(shù)、石油類污染指數(shù)、浮游動物生物量指標處于較健康狀態(tài)，有機污染指數(shù)、魚卵仔魚密度和游泳生物資源密度處于亞健康狀態(tài)。【結(jié)論】深圳鵝公灣海域生態(tài)系統(tǒng)處于較健康到健康狀態(tài)，受有機污染指數(shù)、魚卵仔魚密度和游泳生物資源密度等因素的影響，投放人工魚礁有助于改善魚卵仔魚密度和底棲生物資源的健康狀況。

關(guān)鍵詞： 漁業(yè)水域；生態(tài)系統(tǒng)健康評價；PSR模型綜合指數(shù)法；深圳鵝公灣

中圖分類號： S932.2 文獻標志碼：A 文章編號：2095-1191（2016）06-1025-07

0 引言

【研究意義】海灣生態(tài)系統(tǒng)是海洋生態(tài)系統(tǒng)的一種，擁有全球最高的生產(chǎn)力，也是人類活動最頻繁的地區(qū)。我國海灣地區(qū)城市化程度高，人口密集，承載著全國42%的人口，創(chuàng)造了60%以上的國民經(jīng)濟產(chǎn)值（康婧等，2012）。海洋產(chǎn)業(yè)中海水增養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展迅速，至2014年海水增養(yǎng)殖產(chǎn)量占海水產(chǎn)品產(chǎn)量的比重已上升到55.41%，逐漸成為重要的食物來源之一（姜歡歡，2012；彭霈，2014）。近海工業(yè)和增養(yǎng)殖業(yè)的迅速發(fā)展極易造成水體富營養(yǎng)化、營養(yǎng)鹽失衡、生物群落結(jié)構(gòu)異常、赤潮、堤壩被侵蝕、倒塌等危害頻發(fā)，生態(tài)環(huán)境惡化（Yu et al.，2010；彭霈，2014），因此海灣生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況成為人們廣泛關(guān)注的熱點。【前人研究進展】在國外，海灣生態(tài)系統(tǒng)健康評價較早的研究案例是美國切薩皮克灣（Boesch，2000），自2006年起美國環(huán)保局選取生物完整性指數(shù)作為生物指標對切薩皮克灣的環(huán)境質(zhì)量進行綜合評價。與此同時，歐盟國家也分別建立了沿岸海域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合評價方法（韓彬和王保棟，2006）。國內(nèi)較早的海灣生態(tài)系統(tǒng)健康評價是在萊州灣西部海域（楊建強等，2003），隨后，在大亞灣（林琳，2007；楊進等，2011；李純厚等，2015）、杭州灣（張海波，2009）、廉州灣（李利，2011）、膠州灣（孫永坤，2013）、深澳灣（謝玲等，2014）、東山灣（陸志強等，2015）等海灣也進行了相關(guān)研究，從不同時空尺度對海灣的生態(tài)系統(tǒng)健康狀況進行評價，結(jié)果反映這些海灣受到頻繁且高強度的開發(fā)利用，其健康狀況已發(fā)生不同程度的退化。目前，海灣生態(tài)系統(tǒng)健康評價的方法主要有兩種：指示物種法和多指標體系綜合指數(shù)法（劉焱序等，2015）。其中，指示物種法在生態(tài)系統(tǒng)健康評價研究的應(yīng)用較早，但研究對象單一，難以全面反映復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)健康狀況，具有一定的局限性；多指標體系綜合指數(shù)法根據(jù)指標的分類可分為綜合指數(shù)法、活力組織恢復(fù)（Vigor-organization-resilience，VOR）綜合指數(shù)法和壓力狀態(tài)響應(yīng)模型（Pressure-state-response model，PSR）綜合指數(shù)法（趙漫等，2015），能夠綜合反映生態(tài)系統(tǒng)過程，已被廣泛應(yīng)用于生態(tài)系統(tǒng)健康評價，尤其是綜合指數(shù)法和PSR模型成功應(yīng)用于深澳灣（謝玲等，2014）和東山灣（陸志強等，2015）的健康評價。【本研究切入點】PSR模型綜合指數(shù)法是根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)對外界壓力的反應(yīng)而建立的生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標體系，具有綜合性、系統(tǒng)性、整體性、靈活性等特點，已成功應(yīng)用于海洋生態(tài)系統(tǒng)研究（Atkins et al.，2011；Shao et al.，2014；謝玲等，2014），但未見應(yīng)用于深圳鵝公灣海域生態(tài)環(huán)境評估。【擬解決的關(guān)鍵問題】基于2012和2013年對深圳鵝公灣海域生態(tài)環(huán)境的綜合調(diào)查資料，應(yīng)用PSR模型綜合指數(shù)法對該海域生態(tài)系統(tǒng)健康狀況進行評價，并對該海域人工魚礁區(qū)和對照區(qū)的健康狀況進行對比分析，以期為人工魚礁的生態(tài)效果評估、近海資源增殖和養(yǎng)護提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1. 1 研究區(qū)域概況

鵝公灣位于深圳市大鵬灣內(nèi)，面積約25 km2，水深0.9～7.6 m。2007年10月～2008年3月在鵝公灣內(nèi)投放人工魚礁，建設(shè)了準生態(tài)公益型人工魚礁和國內(nèi)首座開放型人工魚礁。灣內(nèi)現(xiàn)有淺海養(yǎng)殖區(qū)0.40 km2和人工魚礁區(qū)2.54 km2，養(yǎng)殖方式以網(wǎng)箱、浮筏吊養(yǎng)為主，主要養(yǎng)殖軍曹魚、石斑魚、紅鮋、扇貝等經(jīng)濟品種，是南海近海典型的漁業(yè)水域。

1. 2 調(diào)查時間及站位設(shè)置

于2012年8月（夏季）、11月（秋季）和2013年2月（冬季）、5月（春季）對深圳市鵝公灣海域進行海洋生態(tài)環(huán)境綜合調(diào)查。共設(shè)10個站位（圖1），分別在鵝公灣人工魚礁區(qū)（S1、S2、S3、S4、S5、S6和S7號站）和對照區(qū)（S8、S9和S10號站），調(diào)查站位分布于東經(jīng)114°27′53.08″～114°29′5.05″，北緯22°28′21.97″～22°31′24.10″。

1. 3 調(diào)查項目及樣品分析方法

鵝公灣海域海洋生物資源狀況調(diào)查項目包括：浮游動植物密度、底棲生物生物量、游泳生物資源密度、魚卵仔魚密度等。調(diào)查過程中所有樣品的采集和分析方法均按照《海洋調(diào)查規(guī)范》（GB/T 12763-2007）和《海洋監(jiān)測規(guī)范》（GB/T 17378-2007）規(guī)定的方法進行監(jiān)測分析。評價標準所參考的歷史數(shù)據(jù)來自1964～1965年南海北部底拖網(wǎng)魚類資源調(diào)查報告（海南島以東）和南海北部近海海域綜合調(diào)查資料（中國水產(chǎn)科學(xué)研究院南海水產(chǎn)研究所，1966；賈曉平等，2012）。

1. 4 數(shù)據(jù)處理

在專家問卷調(diào)查的基礎(chǔ)上，通過層次分析法計算指標權(quán)重，利用SPSS 19.0對指標權(quán)重進行篩選并剔除指標權(quán)重的異常值，獲得各指標的權(quán)重。

1. 5 健康評價指標體系和評價標準

1. 5. 1 壓力狀態(tài)響應(yīng)（PSR）評價體系 設(shè)定鵝公灣典型漁業(yè)水域生態(tài)系統(tǒng)健康評價的指標體系包括壓力指標、狀態(tài)指標和響應(yīng)指標三大類，其中壓力指標包括有機污染指數(shù)（Organic pollution）、富營養(yǎng)指數(shù)（Eutrophication，E）和石油類污染指數(shù)（Pollution index，PI），狀態(tài)指標包括浮游植物密度（cells/m3）、浮游動物生物量（mg/m3）、底棲生物生物量（g/m2）、魚卵仔魚密度（cells/m3）和游泳生物資源密度（kg/km2），響應(yīng)指標包括浮游植物多樣性指數(shù)和底棲生物多樣性指數(shù)。在此基礎(chǔ)上構(gòu)建鵝公灣典型漁業(yè)水域生態(tài)系統(tǒng)健康評價體系層次結(jié)構(gòu)，分別為目標層（A層）、指標層（B層）和分指標層（C層）3個層次（圖2）。其中，有機污染指數(shù)、富營養(yǎng)指數(shù)和石油類污染指數(shù)屬于水質(zhì)指標，狀態(tài)指標和響應(yīng)指標均為生物生境指標。

1. 5. 2 評價標準 評價標準優(yōu)先參考國家標準，其次參考行業(yè)標準或相關(guān)研究案例。具體評價標準選擇如表1所示。

1. 5. 3 評價模型 綜合健康指數(shù)（Ecosystem Health Index，EHI）的計算參考公式（1）：

EHI=■wi×EHIi，j（1）

式中，EHI為綜合健康指數(shù)，EHIi，j為評價因子i在j點的健康指數(shù)，wi為第i個指標通過層次分析法獲得的權(quán)重，n為評價指標數(shù)。由此得出的健康指數(shù)均處于[0，1]區(qū)間內(nèi)（表2），且健康指數(shù)越接近1生態(tài)系統(tǒng)健康狀況就越接近評價標準（林琳，2007；楊進等，2011）。

評價指標中，有機污染指數(shù)、石油類污染指數(shù)、富營養(yǎng)指數(shù)的健康指數(shù)計算參考公式（2）：

EHIi，j =1，C■≤C■■，C■>C■（2）

式中，EHIi，j為健康分指數(shù)，Ci，j為評價因子i在j點的實測值，Cs，j為評價因子i的評價標準值。

魚卵仔魚密度、游泳生物資源密度、浮游植物多樣性指數(shù)、底棲生物多樣性指數(shù)的健康指數(shù)計算參考公式（3）：

EHIi，j =1，C■≥C■■，C■式中，EHIi，j為健康分指數(shù)，C■為評價因子i在j點的實測值；C■為評價因子i的評價標準值。

浮游植物密度、浮游動物生物量、底棲生物生物量，評價標準是數(shù)集區(qū)間的指標，分指標健康指數(shù)計算參考公式（4）：

EHIi，j = 1，C■∈[C■，C■]■，C■>C■■，C■

2. 3 鵝公灣漁業(yè)水域人工礁區(qū)與對照區(qū)的健康評價結(jié)果

鵝公灣漁業(yè)水域人工礁區(qū)（S1～S7站位）和對照區(qū)（S8～S10站位）的綜合健康狀況如表5所示，總體上表現(xiàn)為人工礁區(qū)的綜合健康狀況優(yōu)于對照區(qū)。其中，人工魚礁區(qū)的浮游植物密度、底棲生物生物量、浮游植物多樣性指數(shù)和底棲生物多樣性指數(shù)等均處于健康狀態(tài)，富營養(yǎng)指數(shù)、石油類污染指數(shù)、浮游動物生物量指標處于較健康狀態(tài)，有機污染指數(shù)、魚卵仔魚密度和游泳生物資源密度處于亞健康狀態(tài)。對照區(qū)的富營養(yǎng)指數(shù)、浮游植物密度、浮游植物多樣性指數(shù)和底棲生物多樣性指數(shù)等處于健康狀態(tài)，其他指標均處于亞健康狀態(tài)。

3 討論

3. 1 鵝公灣漁業(yè)水域生態(tài)系統(tǒng)健康狀況及其影響因素

在我國，作為典型漁業(yè)水域的黃海桑溝灣、南海深澳灣和大亞灣均開展過生態(tài)系統(tǒng)健康評價。其中，桑溝灣是我國北方以筏式養(yǎng)殖利用為主的典型海灣，養(yǎng)殖密度和規(guī)模是影響其生態(tài)系統(tǒng)健康的主要因素（傅明珠等，2013）；深澳灣是粵東地區(qū)典型的海水養(yǎng)殖基地，養(yǎng)殖品種過多和養(yǎng)殖面積過大是影響該海灣生態(tài)系統(tǒng)整體健康狀況的主要原因（謝玲等，2014）；大亞灣是一個半封閉海灣，灣內(nèi)海水與外海交換較慢（Yu et al.，2010），其生態(tài)系統(tǒng)綜合狀況處于亞健康狀態(tài)（李純厚等，2015）。本研究采用PSR模型綜合指數(shù)法對鵝公灣漁業(yè)水域在2012～2013年期間的生態(tài)系統(tǒng)健康狀況進行評價，結(jié)果表明，鵝公灣漁業(yè)水域生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況逐漸好轉(zhuǎn)，綜合健康狀況的季節(jié)變化趨勢為春季>冬季>秋季>夏季。對鵝公灣漁業(yè)水域生態(tài)系統(tǒng)健康狀況影響最明顯的因素為有機污染指數(shù)，主要超標因子是化學(xué)需氧量和活性磷酸鹽，結(jié)合近年來深圳市海洋局對大鵬灣7個陸源入海排污口水質(zhì)監(jiān)測的結(jié)果推測，陸源入海排污可能是導(dǎo)致鵝公灣水域化學(xué)需氧量和活性磷酸鹽超標的主要因素。

本研究調(diào)查結(jié)果顯示，春季鵝公灣漁業(yè)水域生態(tài)系統(tǒng)的EHI最高，綜合健康狀況最佳，主要影響因子是浮游動物生物量和游泳生物資源密度，其浮游動物生物量在四個季節(jié)中最高，各調(diào)查站位的浮游動物生物量普遍高于評價區(qū)間上限值。春季游泳生物資源密度最低，導(dǎo)致春季的浮游動物生物量和游泳生物資源密度的評價結(jié)果為不健康。冬季鵝公灣漁業(yè)水域的EHI次之，影響其健康狀況的主要因子是富營養(yǎng)指數(shù)。由于冬季游泳生物資源密度最高，生物排泄物增多，進而增加了海域溶解性無機氮的含量，對冬季海水中總無機氮濃度和化學(xué)需氧量濃度均有一定影響（楊進等，2011）。冬季鵝公灣漁業(yè)水域生態(tài)系統(tǒng)的富營養(yǎng)指數(shù)除6號站外，其他調(diào)查站位均高于評價標準，處于不健康狀態(tài)，且較其他季節(jié)的富營養(yǎng)健康狀況差。夏季鵝公灣漁業(yè)水域生態(tài)系統(tǒng)的EHI最小，健康狀況最差，影響其健康狀況的主要因子是有機污染指數(shù)，可能與夏季海水溶解氧濃度較低導(dǎo)致有機污染指數(shù)的評價結(jié)果較高有關(guān)（劉洋等，2011）。本研究還發(fā)現(xiàn)，鵝公灣水域漁業(yè)資源分指標的健康狀況呈季節(jié)性變化，且整個調(diào)查期間，人工魚礁區(qū)（S1～S7號站）漁業(yè)資源分指標的健康狀況比較穩(wěn)定。對照區(qū)（S8～S10號站）在秋季底棲生物生物量高于評價標準、魚卵仔魚密度低于評價標準，而春季的游泳生物資源密度低于評價標準，從而影響了該海域的綜合健康狀況。可見，人工魚礁投放可有效改善海域生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況，且具有資源增殖和養(yǎng)護的作用。

3. 2 鵝公灣人工魚礁區(qū)與對照區(qū)健康狀況對比分析

鵝公灣漁業(yè)水域人工魚礁區(qū)的EHI較高，方差較小，健康狀況優(yōu)于對照區(qū)，且比較穩(wěn)定。人工魚礁投放后，改變了海域原有的流場，形成上升流、背渦流和滯緩流。其中，上升流把底層的營養(yǎng)帶到表層，背渦流和滯緩流使營養(yǎng)物質(zhì)在礁體周圍停留，有利于礁體周圍生物的生長和代謝，增加礁體周圍水域的初級生產(chǎn)力，進而產(chǎn)生集魚效應(yīng)（Yu et al.，2015）。有關(guān)礁區(qū)海域的調(diào)查結(jié)果顯示，人工魚礁能為魚類和底棲生物提供適宜的索餌場、產(chǎn)卵和棲息場所，為仔幼魚提供庇護場所，使礁區(qū)附近海域漁業(yè)資源量有所增加（王宏等，2009；陳應(yīng)華，2009；陳丕茂等，2013）。本研究結(jié)果表明，人工魚礁區(qū)海域的魚卵仔魚密度、底棲生物生物量和底棲生物生物多樣性指數(shù)的健康狀況均優(yōu)于對照區(qū)，初步顯示出人工魚礁的增殖效應(yīng)。影響人工魚礁區(qū)健康狀況的主要因子是化學(xué)需氧量，在春季和冬季，礁區(qū)化學(xué)需氧量濃度較高，超過了海水水質(zhì)一類標準（陳應(yīng)華，2009），造成人工魚礁區(qū)有機污染指數(shù)和富營養(yǎng)指數(shù)評價結(jié)果較高，健康狀況較差。這可能是由于人工魚礁區(qū)攝食生物增多，生物擾動增加，進而加速沉積物中有機物質(zhì)的分解，導(dǎo)致礁區(qū)化學(xué)需氧量濃度較高。人工魚礁區(qū)海灣生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況受人類活動、環(huán)境條件等的影響而發(fā)生相應(yīng)變化，具有一定的時間效應(yīng)和尺度效應(yīng)（陳應(yīng)華，2009），因此，評價系統(tǒng)中評價因子的選取、評價指標的確定及各指標權(quán)重的確定等均有待進一步研究。

4 結(jié)論

深圳鵝公灣海域生態(tài)系統(tǒng)處于較健康到健康狀態(tài)，受有機污染指數(shù)、魚卵仔魚密度和游泳生物資源密度因素的影響，投放人工魚礁有助于改善魚卵仔魚密度和底棲生物資源的健康狀況。

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（責任編輯 蘭宗寶）