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)境保護規(guī)劃中，生態(tài)環(huán)境保護目標(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，大多強調(diào)水質(zhì)指標(biāo)、入海污染物的控制指標(biāo)等，對生態(tài)保護尤其是生物多樣性保護的目標(biāo)則鮮有體現(xiàn)。水質(zhì)、入海污染物控制指標(biāo)只能對排污、具體的開發(fā)利用活動進行約束，但是無法從海域整體的角度給予海洋生態(tài)保護的管理決策和建議。從海域整體的角度綜合評價海域利用強度，了解海洋生態(tài)系統(tǒng)承受的總體壓力，研究海域利用強度與生物多樣性的關(guān)系，才能預(yù)測不同情景下海洋生物多樣性的變化趨勢，采取相應(yīng)的保護和管理措施，來更好地保護海洋生物多樣性[1]。

相對于其他生物，底棲生物對逆境的逃避相對遲緩，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[2-4]。因此，該研究嘗試以廈門海域為研究對象，以底棲生物為指示生物，通過構(gòu)建近岸海域利用強度指數(shù)，建立海域利用強度與底棲生物多樣性之間的關(guān)系模型，預(yù)測未來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)果能夠為相關(guān)規(guī)劃中海洋生態(tài)保護目標(biāo)的設(shè)定、相關(guān)保護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)保護目標(biāo)時，人為主觀因素導(dǎo)致誤差較大的問題，提高生態(tài)保護目標(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個區(qū)塊(圖1)。廈門海域利用經(jīng)歷了4個階段：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，利用強度相對較低，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)利用活動主要為大嶝海域的填海造地。

1.2 海域利用強度指數(shù)構(gòu)建

參考國內(nèi)外相關(guān)研究，選擇圍填海、旅游娛樂、港口航運、漁業(yè)和工業(yè)5類用海方式共14種用?；顒?表1)作為典型的近岸海域利用方式。收集、統(tǒng)計和分析特定時期內(nèi)14種用?；顒拥臄?shù)據(jù)，對每種海域利用活動進行0～3級的定量化評價：0代表未受到該種海域利用活動的干擾；1代表受到該種海域利用活動的輕度干擾；2代表受到該種海域利用活動的中度干擾；3代表受到該種海域利用活動的強烈干擾[5]。海域利用強度指數(shù)的計算公式為

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個區(qū)塊的海域利用強度指數(shù)；Pi為第j個區(qū)塊第i種開發(fā)利用活動的強度值；Sj為第j個區(qū)塊的面積，km2。

(2)

式(2)中，Pt為研究區(qū)總海域利用強度指數(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)來表征,計算公式分別為

(3)

d=(S-1)/log2N，

(4)

J=H′/log2S。

(5)

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

研究區(qū)總體香農(nóng)多樣性指數(shù)Ht′的計算公式為

(6)

廈門海域多年底棲生物多樣性變化情況見表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 生物多樣性保護情景設(shè)計

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

“趨勢情景”是根據(jù)研究區(qū)過去海域利用強度的變化，推斷2035年海域利用格局的變化趨勢。該情景假設(shè)對現(xiàn)有的海域利用方式不做任何改進，按照現(xiàn)有的人類對海洋生態(tài)保護不作為的趨勢發(fā)展下去，圍填海的趨勢沒有遏制，污水收集率、處理率沒有提高，污水排放量按照城市化速率持續(xù)增加，預(yù)測到2035年廈門海域的利用強度。

“規(guī)劃情景”是基于國家、福建省、廈門市政府對污染排放、產(chǎn)業(yè)布局、保護區(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)測到2035年廈門海域的利用強度。

“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，在既能實現(xiàn)地區(qū)經(jīng)濟發(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)測到2035年廈門海域的利用強度。

1.5 統(tǒng)計分析

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度類型的多重相關(guān)性，采用逐步回歸法)，計算各區(qū)塊底棲生物多樣性與不同海域利用類型強度(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種海域利用活動的強度；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)利用活動強度的定量關(guān)系。

2 結(jié)果與分析

2.1 廈門海域利用強度的時空變化

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

Person相關(guān)性分析表明，海域利用強度指數(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度指數(shù)基本可靠。

表4 海域利用強度指數(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，對香農(nóng)多樣性指數(shù)(H′)與海域利用強度(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，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)測主要針對H′進行。

2.3 廈門海域底棲生物多樣性預(yù)測

2.3.1趨勢情景

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

在現(xiàn)有的利用強度背景下，到2035年，廈門海域的利用強度見表5。根據(jù)預(yù)測模型，“趨勢情景”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 “趨勢情景”下廈門海域2035年的海域利用強度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)殖利用強度均為0；與此同時，同安灣、大嶝海域和東部海域的捕撈壓力會有所增加。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保持高強度，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)，海域利用強度相對較低。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)廈門新機場。到2035年，新機場以及周邊產(chǎn)業(yè)區(qū)投入使用后，向周邊海域排污的壓力及海上運輸壓力會明顯增加。到2035年，海水水質(zhì)達標(biāo)率達75%，主要通過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減少入海污染，排放入海的工業(yè)廢水和生活污水量會大大減少。由此，2035年“規(guī)劃情景”下廈門海域各區(qū)域的海域利用強度指數(shù)計算結(jié)果見表8。根據(jù)預(yù)測模型，“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，實際施工時間截至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造成的影響。捕撈活動在廈門海域的分布并不均勻，且隨著各區(qū)域發(fā)展趨勢的變化會產(chǎn)生明顯的改變。廈門海域的捕撈活動主要分布在同安灣、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)測變化不大。而大嶝海域的發(fā)展方向變化較大，未來10 a，大嶝海域的發(fā)展主要圍繞機場及機場服務(wù)業(yè)，當(dāng)?shù)鼐用竦木蜆I(yè)機會將會大大增加，且大嶝海域仍然可以進行藻類養(yǎng)殖，因此捕撈的壓力預(yù)測將會降低。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，廈門2020年底前未實現(xiàn)污水直排入?；径沤^、城鎮(zhèn)和農(nóng)村污水收集處理率達95%的目標(biāo)，到2035年近岸海域功能區(qū)水質(zhì)達標(biāo)率達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年的海域利用強度見表9。根據(jù)預(yù)測模型，“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

目前國內(nèi)外對海域利用強度的定量化評價已經(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)手段實現(xiàn)海域利用強度評價。該研究在國內(nèi)外研究的基礎(chǔ)上建立海域利用強度定量化評價方法，簡單易行，具有較強的適用性。

相對于其他生態(tài)系統(tǒng)[13-14]，海洋生物多樣性保護目標(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。相對于構(gòu)建復(fù)雜的海洋生物多樣性評價體系，以設(shè)定底棲生物多樣性保護目標(biāo)來表征海洋生態(tài)系統(tǒng)多樣性具有較強的可操作性。香農(nóng)多樣性指數(shù)是我國生物多樣性的常規(guī)評價指標(biāo)，能夠客觀評價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目標(biāo)時，應(yīng)考慮區(qū)域差異，加強利用強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)保護和修復(fù)。