彈性思維在珊瑚礁資源管護中的應用*

張振冬,溫 泉,樊景鳳,梁 斌,蔡悅蔭,郭 皓

(國家海洋環境監測中心 大連 116023)

彈性思維在珊瑚礁資源管護中的應用*

張振冬,溫 泉,樊景鳳,梁 斌,蔡悅蔭,郭 皓

(國家海洋環境監測中心 大連 116023)

文章從生態彈性理論出發,分析了生態彈性的內涵、特征和影響因素,闡釋了生態彈性對于維持社會—生態系統的穩定和生態服務功能的持續發揮具有重要意義。通過分析珊瑚礁生態系統在經歷多重干擾后發生態勢轉換,說明生態彈性對于維持系統的穩定和可持續性至關重要。而在諸多決定珊瑚礁生態系統彈性的因素中,生物多樣性的喪失會導致系統更容易受到外界干擾的影響而不斷退化。在國內外相關研究工作的基礎上,結合我國珊瑚礁生態系統監測能力,提出了一套針對我國珊瑚礁生態系統的彈性評價指標體系,為深入了解我國珊瑚礁生態系統的彈性提供參考,建立以保障和提高珊瑚礁生態系統彈性為宗旨的管理方式,將為解決珊瑚礁資源退化問題提供更多的選擇。

生態彈性;珊瑚礁生態系統;態勢轉換;生物多樣性

1 生態彈性與系統可持續發展

生態學的彈性思維是國際恢復聯盟(resilience alliance)在可持續發展背景下提出的新的資源管理思維方式,是近年來可持續發展研究中比較熱點的領域,并被許多學者認為是可持續發展管理的理論基礎[1]。生態彈性(ecological resilience)是指生態系統受外界干擾和影響后,通過自身的重塑來調節、適應這種壓力和擾動,依然保持其原有的結構和生態功能[2]。本研究談及的彈性并不是指系統受到干擾后恢復到以前狀態的速度,而是指系統受到干擾后仍然保持原有屬性的能力。包括人類在內的任何個體或系統,都必須保持有一定的彈性能力,來緩解各種壓力與干擾的影響而保持系統不崩潰。目前,生態彈性理論已成為可持續發展研究的新視角。

生態彈性是維持系統在遭受干擾后不發生態勢轉換的能力。這種特性已經被越來越多的科學家認為是系統可持續發展的基石。一個具有彈性的社會—生態系統在受到外界干擾時,避免發生態勢轉換的能力更強,進而為人類持續提供供給、調節和支撐的生態服務能力也就更強。此外,一個具有彈性的社會—生態系統除了保持自身的生態服務功能之外,能夠隨著整個世界的變化而變化,并能應對由于管理失誤而引發的問題。在自然生態系統中,一場干旱可能會導致一片農場嚴重退化,但對另一片農場的影響并不大,那是因為后一個農場生態系統的彈性比前一個更強,能在遭受干旱的干擾后繼續保持其基本結構和功能。可持續發展需要創新的思維,運用彈性思維管理我們賴以生存的社會-生態系統,要求我們盡可能深入了解社會-生態系統作為一個整體的運作方式和內在機理,明確人類是與自然相互聯系的系統中的一分子,并將諸多問題置于一個具有彈性的生態系統中去思考,進而制訂和實施旨在保持系統彈性的管理方式。

2 珊瑚礁生態系統彈性

珊瑚礁生態系統是大自然賜予人類寶貴的資源,這里的生物多樣性極為豐富,是天然的物種庫,被稱為海洋中的 “熱帶雨林”,為人類的生產和生活提供豐富的海產品、藥品和工業原材料,并在防浪護岸、生態旅游和科學研究等方面具有重要的生態服務價值。最新的研究結果表明,珊瑚礁生態系統比其他海洋棲息地更容易產生新的物種,是物種進化的搖籃[3]。同時,珊瑚礁生態系統也是全球較為脆弱的生態系統之一,對于海洋環境的變化和外界的干擾相對比較敏感。近幾十年來,全球大約20%的珊瑚礁已經消失,還有20%的珊瑚礁正遭受人為和自然的多重威脅而處于嚴重的退化狀態[4]。近日召開的世界珊瑚礁大會的報告稱,亞洲珊瑚大三角(coral triangle)地區85%的珊瑚礁正直接受到沿岸開發、流域污染和過度捕撈等人類活動的威脅。

珊瑚礁生物減少,造礁珊瑚覆蓋率降低,導致珊瑚礁生態系統彈性及其提供的生態服務能力也日益降低。生態彈性的降低,會導致系統在受到一定的干擾時發生態勢轉換,進入到一種我們不希望的生產力和生態服務水平較低的態勢。如今的加勒比海珊瑚礁生態系統在經歷一場颶風的襲擊時將飽受摧殘,但在幾百年前,同樣級別的颶風卻并不能對這里的珊瑚礁產生多大的破壞。正是由于加勒比海珊瑚礁生態系統賴以為系的許多重要功能群生物在旅游開發、過度捕撈、陸源污染以及氣候變化的多重壓力下大量喪失,導致該系統的生態彈性大大降低[1]。

西沙珊瑚礁是我國現存珊瑚礁群落中最古老最原始的群落,也是我國近海海域保存相當完好和珍貴的珊瑚礁區域。但是隨著全球變暖和人類活動的影響,西沙珊瑚礁生態系統退化嚴重。調查表明,西沙珊瑚礁生態監控區內的造礁珊瑚種類逐年下降,由2006年記錄的87種減少到了2011年的25種,造礁珊瑚的平均覆蓋度也呈現明顯的下降趨勢,從2005—2006年的70%左右下降到了2011年的2.3%。隨著造礁珊瑚種類和覆蓋度的下降,珊瑚礁魚類的種群密度呈現了明顯的下降趨勢,由2005年的310尾/100 m2下降到2009年的106尾/100 m2,下降了65.8%。由此可見,西沙珊瑚礁生態系統關鍵物種種群數量的下降,大大降低了系統的生態彈性,在我國南海海域夏季表層海水溫度升高的壓力下,該地區的珊瑚礁生態系統面臨著發生態勢轉換的風險。

3 生物多樣性對生態系統彈性的作用

研究表明,生物多樣性狀況對于維持系統的生態彈性是非常重要的[5-6]。加勒比海區曾有世界上最為壯麗的珊瑚礁生態系統。由于多年來海岸帶開發活動和過度捕撈的影響,加之混亂的生態保護和管理,導致了該地區珊瑚礁生態系統的生物多樣性下降,最終引起了系統彈性的降低。在過去的30多年里,這里80%的珊瑚礁已經消失,而現存的珊瑚礁處境也很危險。研究表明,由于過度捕撈導致了生活在加勒比海域的鯊魚、梭魚和其他大型魚類數量不斷下降,其中在珊瑚礁區以藻類為食的鸚嘴魚種群數量也在逐漸減少[7]。此外,再加上陸源污染物刺激了藻類的過度生長,使得該海區的藻類在和珊瑚的競爭中勝出,原來占優勢的硬珊瑚逐漸被肉質海藻所取代,生態系統發生了態勢轉換(regime shift)(圖1)。

圖1 球-盆體模型二維示意圖:珊瑚礁生態系統的態勢轉換

即使作為全球保護最好的珊瑚礁生態系統澳大利亞的大堡礁,在過去50年里也折損了50%,但并沒有出現像加勒比海珊瑚礁那樣災難性的衰退。其中部分原因在于大堡礁沒有遭受相同強度的漁業捕撈壓力和陸源污染,而另外一個更為重要的原因在于大堡礁具有更高的物種多樣性,那里的珊瑚礁種類和魚類種群比加勒比海區豐富得多。澳大利亞的大堡礁有造礁珊瑚有350多種,海洋魚類有1 500～2 000種,軟體動物超過4 000種。加勒比海區的珊瑚礁種類僅占大堡礁的14%左右,魚類種群約為大堡礁珊瑚礁魚類的28%[1]。

由此可見,澳大利亞大堡礁由于豐富的生物多樣性和相對完善的生態保護管理,保證了那里的珊瑚礁生態系統具有較強的彈性能力,能更好地維持生態系統的功能并能有效地應對外界干擾。因此,通過提高系統生物多樣性來恢復和增強生態系統的彈性能力,有利于珊瑚礁生態系統應對人類活動和氣候變化的干擾。而在進行生態系統彈性能力的恢復和構建過程中,關鍵的一點就是對生物多樣性的保護和恢復。

4 珊瑚礁生態系統彈性評價指標體系

生態彈性對于維持系統的穩定具有重要的意義,是系統可持續性的基石,因此,分析評價一個系統的彈性大小對于我們運用彈性思維深入了解和管理社會—生態系統至關重要。目前有關生態彈性評價的研究已經逐漸吸引了國內外學者的目光。Cabell[8]將社會—生態系統的彈性理論應用到農業生態系統當中,提出了13個指標用于對復雜農業生態系統的彈性進行評價。高江波等[6]為了分析青藏鐵路穿越區生態系統的彈性,選擇物種多樣性、植被覆蓋度、群落生物量作為彈性評價指標,利用基于GIS的均方差決策法對青藏鐵路穿越區生態系統的彈性能力進行了定量評估,并認為通過對生態系統彈性能力的評價研究,可找出生態系統對外界干擾的薄弱環節,并確定從哪些方面入手進行恢復更有效,以盡量減少人為和自然干擾對生態系統造成的不利影響。在珊瑚礁生態系統彈性評價方面,世界自然保護聯盟的報告稱珊瑚礁生態系統的健康狀況主要是由其承受外界干擾并保持其原有結構和功能的彈性能力所決定的,并建立了一套用于珊瑚礁生態彈性評價的指標體系[9]。本研究在參考世界自然保護聯盟的珊瑚礁生態彈性評價指標體系的基礎上,結合我國目前在珊瑚礁生態系統監測與評價方面的工作基礎,提出了一套適用于我國珊瑚礁生態系統彈性評價的指標體系(表1)。

表1 珊瑚礁生態系統彈性評價指標體系

指標體系主要包括底棲覆蓋度、珊瑚礁群落、珊瑚礁生物、環境狀況和人類活動影響等五大方面。底棲覆蓋度方面選擇了硬珊瑚、軟珊瑚和大型藻類蓋度等3個指標來反映珊瑚礁和藻類之間的平衡狀況,是表征珊瑚礁生態系統健康程度最基本的指標;珊瑚礁群落方面選擇了造礁珊瑚種類、硬珊瑚補充量、珊瑚礁白化和珊瑚礁病害情況來具體反映珊瑚礁的群落結構和健康水平;在珊瑚礁生物方面選擇了草食性魚類種群、小熱帶魚種群以及敵害生物狀況來反映珊瑚礁生態系統食物鏈上關鍵物種的群落結構,這些生活在珊瑚礁區關鍵物種的種群數量對于珊瑚礁生態系統保持彈性和活力至關重要;在環境狀況方面選擇了溫度、p H、海水可見度以及底質類型來反映珊瑚礁生長繁殖的環境適宜程度;人類活動方面主要選擇了目前對于珊瑚礁生態系統威脅較大的過度捕撈和污染物排放兩個指標,來反映人類活動對于珊瑚礁生態系統的壓力。

我國的珊瑚礁資源較為豐富,珊瑚礁總面積達到了7 300 km2,占全球珊瑚礁總面積的2.57%,位居世界第八位。富有彈性的淺海珊瑚礁生態系統是構成強健的海洋生態系統和保障沿海社會經濟可持續發展的一個關鍵因素。但隨著沿海地區經濟的高速發展,我國的珊瑚礁生態系統承受了前所未有的壓力,在陸源污染、過度捕撈、旅游開發和敵害生物爆發等多重干擾的影響下,我國的珊瑚礁生態系統呈現了嚴重的退化趨勢,其生產力水平和生態服務功能顯著下降,承受各種壓力與干擾的能力也越發薄弱。旨在保持系統彈性的管理方式,提倡將諸多問題置于一個具有彈性的生態系統中去思考,并將人類視同系統中的一分子,通過深入分析影響系統彈性的要素特征確定系統所處的態勢和彈性的大小。在這一過程中可發現系統對外界干擾的薄弱環節,通過制訂和實施相應的恢復措施,鞏固和提高系統的彈性能力,從而保障系統的可持續性。

國家海洋局已對我國多個珊瑚礁重點區域開展了連續多年的珊瑚礁生態系統健康監測與評價工作,在此基礎上于2011年開展了我國典型珊瑚礁生態系統物種多樣性狀況及變化趨勢的監測工作。珊瑚礁生態系統的生物多樣性狀況與系統的彈性密切相關,特別是不同功能群的物種多樣性直接影響系統的彈性。因此,在科學發展觀的統領下,我們應認真開展珊瑚礁生態系統的生物多樣性監測與評價工作,制訂和實施提高我國珊瑚礁生態系統彈性的方法措施,從而實現我國珊瑚礁資源的可持續利用。

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海洋行業公益項目(200905005)、(200905011)和(201305030);國家海洋局全國近岸生態監控區監測專項.