基于復合生態系統理論的海洋生態監控區區劃指標框架研究

徐惠民，丁德文，石洪華，溫 泉，葉屬峰

(1.大連海事大學，大連 116026； 2.遼寧師范大學，大連 116029；3.國家海洋局第一海洋研究所，青島 266061； 4.國家海洋環境監測中心，大連 116023；5.國家海洋局東海環境監測中心，上海 200137)

基于復合生態系統理論的海洋生態監控區區劃指標框架研究

徐惠民1,2，丁德文3,*，石洪華3，溫 泉4，葉屬峰5

(1.大連海事大學，大連 116026； 2.遼寧師范大學，大連 116029；3.國家海洋局第一海洋研究所，青島 266061； 4.國家海洋環境監測中心，大連 116023；5.國家海洋局東海環境監測中心，上海 200137)

海岸帶是海陸生態系統的交錯帶，其生態系統對社會經濟發展和全球變化敏感、脆弱。隨著沿海各省市新一輪開發規劃的實施，近岸海域生態環境面臨巨大壓力，海洋生態管理面臨著新的經濟、環境問題，海洋生態監控區需要進行適應性調整。海洋生態監控區，指依據海洋生態特征和問題沖突特點而確定的、通過生態監測和評價而提出的用于保護管理和開發利用調控的海洋區域。海洋生態監控區是基于生態系統的海洋管理的重要手段，是海洋生態系統管理的重要基礎。基于復合生態系統理論，從自然視角、經濟視角和社會視角3個方面深入分析了海洋生態重要性區域的內涵，并結合生態社會與生態系統服務描述了海洋生態監控區內涵；結合沿海社會經濟發展新趨勢和海洋生態系統管理需要，從管理學、生態學、管理對象及管理實施等方面探討了海洋生態監控區區劃的原則；分析了影響海洋生態監控區的主要因素，結合近岸海域生態系統主要服務功能，構建了區劃指標體系，包括自然環境、生態系統和社會經濟和三大方面14個指標。

復合生態系統；海洋生態監控區；區劃指標；生態系統管理

根據國家海洋局國海發[2004]11號《關于建立海洋生態監控區的意見》，我國開始實施生態監控區制度，至2010年海洋生態監控區達到了18個，總面積達6.4萬km2，分布在我國從北到南的各個海域(表1)[1]，主要生態類型包括河口、海灣、濱海濕地、珊瑚礁、紅樹林和海草床等典型海洋生態系統。

海岸帶是海陸生態系統的交錯帶，對全球變化極其敏感、脆弱。海岸帶也是人類活動最集聚、經濟最活躍的區域。近年來，國務院先后批復了沿海各省海洋經濟及相關的發展規劃，我國迎來了新一輪海洋經濟開發高潮，我國近岸海域生態環境面臨新的巨大壓力。在生態文明建設大力推進、國際海洋爭端加劇的形勢下，基于復合生態系統理論深入認識海洋生態監控區的概念內涵和區劃指標體系，促進海洋生態監控區進行適應性調整，為針對性的解決海洋社會經濟發展與海洋生態環境保護的矛盾提供基礎，促進我國海洋生態管理的順利開展，從而為海洋經濟發展服務，為和諧社會建設服務，具有重要意義。

表1 我國海洋生態監控區基本情況[1]Table 1 The data of the national marine ecology monitoring & regulation areas[1]

1 海洋生態監控區的內涵

海洋生態監控區(MEMRA)，指依據海洋生態特征和問題用于沖突特點而確定的、通過生態監測和評價而提出的用于保護管理和開發利用調控的海洋區域。

海洋生態監控區不是生態系統分區(生態區劃)，也不以直接利用海洋資源為主(海洋功能區劃、海洋空間規劃)[2-7]。生態監控區是一個特定的區域，這個區域可以是典型的近岸生態系統(具有明確的邊界)、典型的海洋功能區或多種功能的組合區、或者開發利用與保護矛盾沖突嚴重的區域；可以通過明確的邊界內的監測，反映區域內保護與開發利用的問題、功能損害問題或開發與保護關系失調問題，從而指導人類活動調控和生態恢復措施的制定和實施，達到既有效利用生態系統的服務，又不超出生態系統的承載能力。

海洋生態監控區是海洋生態重要區(MEIA)的復合體(圖1)。生態重要性區域可以從3個角度定義：

(1)自然視角 原有的物質、能量、信息的總量/質量、各個成分的構成比例發生了不利于人類/其他自然系統利用的變化，且這種變化暫不能由系統自我恢復的海洋生態要素或大型生態系統所在的區域。

(2)經濟視角 對人類具有重大直接和間接價值，以及對其他生態系統具有至關重要作用，并處于相對不穩定狀態且自恢復力較差，或其數量、質量有較大下降而自我調節能力較弱的海洋生態要素或大型海洋生態系統所處的海洋區域。

(3)社會視角 生態資產減少、生態健康受影響、生態安全受到威脅且自我恢復力弱的海洋生態要素或大型海洋生態系統所在的海洋區域。

圖1 海洋生態監控區與海洋生態重要區的關系Fig.1 The relationship of marine ecology monitoring & regulation area and marine ecological important areasMEIA:海洋生態重要區; MEMRA:海洋生態監控區

圖2 自然-人類-社會復雜生態系統Fig.2 The complex ecosystem of nature-human-society

生態重要性是針對人類社會而言。在經濟全球化、氣候變化全球化以及信息網絡全球化的背景下，人類對生態環境的影響無處不在，人類已成為自然-人-社會復雜生態系統的核心(圖2)。在資源環境的自然有機體與社會經濟的社會有機體中，無機物質/有機物質與產品進行轉化，質量不變，但可能會產生污染；自然能/生物能傳遞，能量守恒，但產生衰減；自然信息/遺傳信息傳遞，信息守恒，但產生增值。自然有機體對社會有機體的重要性基于自然有機體的服務功能(生態系統服務功能[8])，而服務功能則決定于社會有機體的價值偏好(人類社會的價值偏好)、價值選擇以及社會倫理，生態資產、生態安全是這一偏好、選擇的歸納闡述(圖3)。生態赤字是生態資產減少在生態經濟系統的表現，而生態危機則是生態安全在生態社會系統中的體現，兩者從不同角度表述了生態重要性。

圖3 生態社會與生態系統服務功能組成Fig.3 Eco-society & the component of ecosystem service

2 海洋生態監控區區劃原則

海洋生態監控區區劃即劃定海洋生態監控區范圍及監控對象。鑒于海洋生態監控區的內涵，以及海洋環境的連通性、海洋資源環境利用的空間特性，海洋生態系統邊界的模糊性(與陸地相比)，海域使用方式具有立體空間性和一定程度的非排它性。

(1)符合生態系統為基礎的管理科學原則

區劃范圍應符合生態系統管理的要求。區劃內的要素應滿足生態管理要素的要求[9]。

生態系統管理是尋求人類社會與資源有限的自然生態系統之間的平衡，該平衡是動態的、發展的。該平衡包括自然生態系統中內部要素之間的平衡、人類社會內部各組成部分的平衡、以及自然生態系統狀態和人類社會損益之間的平衡。

生態系統管理于1988 年Agee和Johnson 的《公園和野生地生態系統管理》[10]中明確提出，并討論了生態系統管理要有適當的邊界劃定、明確的目標、管理機構間的合作、管理效果的監測以及政府決策層的參與等問題；1995年美國環保局認為生態系統管理是指恢復和維持生態系統的健康、可持續性和生物多樣性，同時支撐可持續的經濟和社會[11]；1996年美國生態學會認為生態系統管理有明確的管理目標，并執行一定的政策和規劃，基于實踐和研究并根據實際情況作調整，基于對生態系統作用和過程的最佳理解，管理過程必須維持生態系統組成、結構和功能的可持續性[12-14]。

(2)符合海洋生態學與生態系統科學原則

生態監控區的邊界劃分與要素選擇應能夠反應生態系統功能和整體性，能夠反應生態監控區內生態系統的狀態和變化趨勢。海洋生態學研究成果為生態監控區的建立和發展提供了科學解釋和監控依據。

生態系統的生態學完整性決定于系統內部生態學過程的完整性。只有主要生態學過程完整的系統才是完整的生態系統，才有可能發揮出它所具有的正常生態功能。生態系統管理所關心的生態學過程主要包括：水文學過程、生物生產力、生物地球化學循環、有機物的分解、生物多樣性維持等。通常情況下，這些生態學過程往往是跨越很大的空間和時間尺度，并且不同生態學過程的空間和時間尺度差異很大。科學地確定生態監控區的邊界，以保證生態學的完整性，達到便于研究、使管理決策能夠有效地調控生態學過程的目的。生態監控區區劃應保證生態學完整性，保護總的自然多樣性和維持生物多樣性有關的生態學格局和生態學過程[12-13,15]。

(3)問題導向原則

問題導向是確定生態監控區的重要條件之一，也是監控的依據和對象。

結合海洋功能區劃、海洋經濟發展規劃，分析生態系統問題，考慮相關的生態系統和功能區與社會經濟之間的相互影響，由此影響而進一步考慮如何調控問題或解決問題，進而確定生態監控區的邊界、監控對象和內容。

(4)可業務化操作原則

生態監控區即為生態系統管理提供信息支持，又是生態系統管理的對象之一。因此，生態監控區內監測工作、監測數據的評價，以及對生態監控區內的管理、生態恢復與重構工作等都需在現有的技術經濟條件下能夠開展，從而便于業務化操作。

因此，海洋生態監控區是自然單元、社會單元和信息單元的復合。

3 海洋生態監控區區劃工作步驟

海洋生態監控區區劃分4步(圖4)。

首先，根據海域生態環境狀況和海域使用狀況，考慮社會發展的需求，確定海域現在的及潛在的生態環境問題。

其次，確定海域主導的生態服務功能，結合生態環境問題確定是否為生態重要性區域，以及生態監控區的主要監控內容。主導服務功能、重要生態區域及監控內容的確定可通過專家調查來確定。

再次，結合海域生態系統生態環境特征、生態系統生物學特征，以及生態過程，計算海域生態系統完整性。

最后，結合海域自然條件，確定海洋生態監控區邊界。

圖4 海洋生態監控區區劃技術路線圖Fig.4 The technology solution frame of division of marine ecology monitoring & regulation area

4 海洋生態監控區區劃指標體系

影響海洋生態監控區的直接因素主要包括四個方面：海域自然環境、海洋生態系統、海洋污染環境以及社會經濟。間接影響因素包括過度海洋生態資源利用、污染物排放強度過大及管理問題。

基于海洋生態監控區區劃步驟和GPMSC框架(圖 5)[16-17]，海洋生態監控區劃指標體系包括自然因素和社會因素兩部分。自然因素包括自然生態、環境因素，社會因素包括海域及鄰近地區經濟活動、管理活動等因素。通過多因子指數值確定區域范圍。

圖5 目標-壓力-機制-狀態-調控(GPMSC)框架[20]Fig.5 The framework of goal-pressure-mechnism-statement-control[20]

海域主導生態服務功能確定。海洋生態系統提供氣體調節、氣候調節、干擾調節、水分調節、水分供給、侵蝕控制和層積物保持、土壤形成、養分循環、廢棄物處理、傳粉植物、生物控制、棲息地、食物生產、原材料、遺傳資源、休閑等服務功能[8,18]。本文篩選、合并后選擇5項服務功能(表2)。

表2 海域主導生態系統服務功能Table 2 The main ecosystem service of the sea area

生態系統完整性是支持和維持平衡的、完整的、適應的生物群落的能力,這個群落具有自然生境條件下可比的物種結構、多樣性和功能組織的能力[19]。生態系統完整包括生態成分完整、組織結構完整、功能完整3部分[20]。本文選擇6項指標(表3)：浮游植物多樣性指數、浮游動物多樣性指數、底棲生物多樣性指數、葉綠素a、水質指數、底質污染指數(表3)。這6項指標可以與海域主導服務功能(上述5項服務功能中選擇)中的指標進行合并或刪減。

自然環境指標(表3)選擇鹽度、海流情況和水溫3項。

社會經濟指標選擇5項，包括沿海地區工業主要污染排放量、人口密度、人類干擾度、人均GDP和污水處理率(表3)。其中，人類干擾度可通過人工岸線與自然岸線比值或海域利用面積與總區域面積之比來度量。

5 討論

海洋生態監控區是集社會、經濟、資源、環境于一體的工作海域，監測和調控工作既包括對自然環境、生態系統因子以及生態系統，也包括人類社會經濟活動。由于海洋自然環境和生態系統，以及人類海洋開發利用保護活動與傳統陸地環境、生態系統和人類活動的區別，海洋生態監控區區劃與傳統的生態區劃有較大的差別。

海洋生態監控區其基本內涵是生態重要性區域。但依據復合生態系統理論，海洋生態監控區的內涵中重要的一點是生態環境發生了改變，或受到了巨大威脅。生態系統對環境變化的敏感性是海洋生態監控區區劃的基礎，而生態系統完整性和生態健康則是設定海洋生態監控區的最終目標。根據海洋生態監控區監控的結果發現生態環境問題和社會經濟發展過程中的問題，從而為海洋生態管理、以及沿岸社會經濟發展規劃管理提供基礎和依據，則是設定海洋生態監控區的目的。

表3 海洋生態監控區區劃指標體系Table 3 The index system of marine ecosystem monitoring & regulation area division

人類活動是海岸帶和近岸海域的主要作用力和生態環境變化的主導動力。伴隨新一輪海洋經濟開發的熱潮，近岸海域生態環境面臨巨大的壓力，脆弱的生態系統面臨新的脅迫，現有的生態環境問題將加重，或將出現新的問題：珊瑚礁白化、河口污染、生態退化、物種變化、自然岸線進一步減少、新的污染物、食品安全以及人體健康受到影響等。海洋生態監控區區劃工作也需根據新形勢和地域特點，按照本文提出的區劃原則進行適應性的調整，從而監控近岸海域生態環境變化趨勢和特點，及時反應海域生態環境問題和變化。

本文通過對海洋生態監控區內涵的分析，結合我國海洋生態環境現狀和我國海洋經濟發展的新形勢，初步提出了海洋生態區劃的原則、步驟和指標體系框架。指標體系框架中，指標分為自然環境、生態系統和社會經濟3種指標，其中生態系統指標主要用于監測、提示生態環境現狀與問題，社會經濟指標主要用于提示生態環境壓力，而自然環境指標主要用于進行區劃邊界確定；本文所選指標較為全面且數量較少，能夠滿足生態完整性和生態系統健康要求，便于計算和區劃分區；指標框架分為兩層，第二層具體指標可根據具體情況進行選取，靈活實用，具可操作性。

本文所提出的指標體系中，第2層生態系統部分指標如水質污染指數、底質污染指數屬于2次復合指標，該指標的計算需要根據具體經濟產業和環境問題來具體確定，具體選擇及案例將在后面的文章中進一步探討。

[1] State Oceanic Administration,China.Bulletin of China′s Marine Environmental Status of China for the Year of 2010.(2011-05-16)[2012-05-04].http://www.soa.gov.cn/zwgk/hygb/zghyhjzlgb/hyhjzlgbml/2010ml/201212/t20121206_21292.html.

[2] Wiken E B,Gauthier D,Marshall I B,Lawton K,Hirvonen H.A perspective on Canada′s ecosystems:An overview of the terrestrial and marine ecozones.Occasional Paper no.14.Canadian Council on Ecological Areas:Ottawa,1996.

[3] Bailey R G.Delineation of ecosystem regions.Environmental Management,1983,7(4):365-373.

[4] Omernik J M.Ecoregions of the conterminous United States.Annals of the Association of American Geographers,1987,77(1):118-125.

[5] Bailey R G.Explanatory supplement to Ecoregions map of the Continents.Environmental Conservation,1989,16(4):307-309.

[6] Fu B J,Liu G H,Chen L D,Ma K M,Li J R.Scheme of ecological regionalization in China.Acta Ecologica Sinica,2001,21(1):1-6.

[7] Ouyang Z Y,Wang X K,Miao H.China′s eco-environmental sensitivity and its spatial heterogeneity.Acta Ecologica Sinica,2000,20(1):9-12.

[8] Constanza R,d′Arge R,de Groot R,Farber S,Grasso M,Hannon B,Limburg K,Naeem S,O′Neill R V,Paruelo J,Raskin R G,Sutton P,den Belt M.The value of the world′s ecosystem services and natural capital.Nature,1997,387(6630):253-260.

[9] Ye S F,Wen Q,Zhou Q L.Marine ecosystem management discussion on new pattern of ocean management based on ecosystem.Ocean Development and Management,2006,23(1):77-80.

[10] Agee J K,Johnson D R.Ecosystem Management for Parks and Wilderness.Seattle,Washington:University of Washington Press,1988.

[11] Lackey R T.Seven pillars of ecosystem management.Landscape and Urban Planning,1998,40(1/3):21-30.

[12] Christensen N L,Bartuska A M,Brown J H,Carpenter S,D′Antonio C,Francis R,Franklin J F,MacMahon J A,Noss R F,Parsons D J,Peterson C H,Turner M G,Woodmansee R G.The report of the ecological society of America committee on the scientific basis for ecosystem management.Ecological Applications,1996,6(3):665-691.

[13] Yu G R.Conceptual framework of ecosystem management and the ecological foundation.Journal of Applied Ecology,2001,12(5):787-794.

[14] Ren H,Wu J G,Peng S L,Zhao L Z.Concept of ecosystem management and its essential elements.Chinese Journal of Applied Ecology,2000,11(3):455-458.

[15] Grumbine R E.What is ecosystem management? Conservation Biology,1994,8(1):27-38.

[16] Ehler C N,Douvere F.Marine spatial planning a step-by-step approach toward ecosystem-based management.IOC Manual and Guides No.53,ICAM Dossier No.6.Paris:UNESCO,2009.

[17] Xu H M.The establishment of population quality evaluation index system fer city of Dalian.Journal of Liaoning Normal University:Natural Science Edition,2008,31(1):114-117.

[18] Chen S,Zhang Z H,Ma Y,Shi H H,Ma A Q,Zheng W,Wang Q X,Peng Y L,Liu J.Program for service evaluation of marine ecosystems in China waters.Advances in Earth Science,2006,21(11):1127-1133.

[19] Karr J R,Dudley D R.Ecological perspective on water quality goals.Environmental Management,1981,5(1):55-68.

[20] Yan N L,Yu X G.Summary comments on ecosystem integrity.Progress in Geography,2007,26(1):17-25.

參考文獻:

[1] 國家海洋局.2010年中國海洋環境狀況公報.(2011-05-16)[2012-05-04].http://www.soa.gov.cn/zwgk/hygb/zghyhjzlgb/hyhjzlgbml/2010ml/201212/t20121206_21292.html.

[6] 傅伯杰,劉國華,陳利頂,馬克明,李俊然.中國生態區劃方案.生態學報,2001,21(1):1-6.

[7] 歐陽志云,王效科,苗鴻.中國生態環境敏感性及其區域差異規律研究.生態學報,2000,20(1):9-12.

[11] 葉屬峰,溫泉,周秋麟.海洋生態系統管理——以生態系統為基礎的海洋管理新模式探討.海洋開發與管理,2006,23(1):77-80.

[17] 徐惠民.大連市人口素質評價指標體系的構建.遼寧師范大學學報:自然科學版,2008,31(1):114-117.

[18] 陳尚,張朝暉,馬艷,石洪華,馬安青,鄭偉,王其翔,彭亞林,劉鍵.我國海洋生態系統服務功能及其價值評估研究計劃.地球科學進展,2006,21(11):1127-1133.

[20] 燕乃玲,虞孝感.生態系統完整性研究進展.地理科學進展,2007,26(1):17-25.

Reseach of index system framework in marine ecology monitoring & regulation areas division based on complex ecosystem of nature-human-society

XU Huimin1,2,DING Dewen3,*,SHI Honghua3,WEN Quan4,YE Shufeng5

1DalianMarineUniversity,Dalian116026,China2LiaoningNormalUniversity,Dalian116029,China3TheFirstInstituteofOceanography,StateOceanicAdministration,Qingdao266061,China4NationalMarineEnvironmentMonitoringCenter,Dilian116023,China5EastChinaSeaEnvironmentalMonitoringCenter,StateOceanicAdministration,Shanghai200137,China

Coastal zone is the transition zone of marine ecosystem and land ecosystem.Coastal ecosystem is fragile and sensible to global climate change,and environmental pressure from economy development.Now,new pressure and environment questions come from the new marine economy development activities through all provinces along Chinese coastal.Marine ecology monitoring & regulation area(MEMRA) should to be adjusted according to the circumstances.MEMRA is the effective method of evaluating the pressure and environmental questions,the foundation of management based on marine ecosystem.MEMRA is an area for ecological protection and regulation,decided by marine ecology characteristics and environments questions,the regulation is provided by assessment of the ecological data from this area.In this paper,based on the theory of nature-human-society,eco-society and ecosystem service,discussing the concepts of marine ecology important area and MEMRA from nature and economy and society views.Based on management,ecology,and environmental questions,discussing the principles of MEMRA division.Based on marine ecosystem services,management factors,discussing 14 indices for MEMRA division,including natural environment indices,ecology indices,society and economy indices.

complex ecosystem of nature-human-society; marine ecological monitoring & regulation area; index system; ecosystem management

國家自然科學基金資助項目(41206111); 海洋公益性行業科研專項經費項目資助項目(201005009)

2013-05-02;

2013-09-22

*通訊作者Corresponding author.E-mail:dingdw@163.com

10.5846/stxb201305020884

徐惠民，丁德文，石洪華，溫泉，葉屬峰.基于復合生態系統理論的海洋生態監控區區劃指標框架研究.生態學報,2014,34(1):122-128.

Xu H M,Ding D W,Shi H H,Wen Q,Ye S F.Reseach of index system framework in marine ecology monitoring & regulation areas division based on complex ecosystem of nature-human-society.Acta Ecologica Sinica,2014,34(1):122-128.