海州灣海洋牧場生態健康評價

趙新生，孫偉富，任廣波，馬 毅

(1.連云港市海域使用保護動態管理中心， 江蘇 連云港 222001； 2.國家海洋局第一海洋研究所，以山東 青島 266061)

海洋牧場是指在一個特定的海域里，為了有計劃地培育和管理漁業資源而設置的人工漁場。海洋牧場需要營造一個適合海洋生物生長與繁殖的生境，并進行水生生物放流(養) ，再由所吸引來的生物與人工放養的生物一起形成人工漁場，依靠一整套系統化的漁業設施和管理體制，將各種海洋生物聚集在一起。建立可以人工控制的海洋牧場，其主要目的是確保作為漁業生產基礎的水產資源的穩定和持續增長，保護海洋生態，實現可持續生態漁業。

世界各國在海洋牧場建設方面都開展了大量工作：日本1971年提出海洋牧場的構想，1977-1987年開始實施“海洋牧場”計劃，并建成了世界上第一個海洋牧場--日本黑潮牧場；韓國1998 年開始實施“海洋牧場”計劃，2007年6月在慶尚南道統營市建成了核心區面積約20平方千米的海洋牧場；美國1968年提出建設海洋牧場計劃，1972年付諸實施，1974年在加利福尼亞海域利用自然苗床，培育巨藻，取得效益。我國的海洋牧場建設還處于起步階段，20世紀80年代提出了建設海洋牧場的設想，到90年代初期建成24個試驗點，取得了較好的經濟效益，至20世紀末中國海洋牧場的開發僅限于投放規模較小的人工魚礁，對沿岸漁業影響甚微，進入21世紀，海洋牧場開發受到重視，科學研究不斷深入。

在社會經濟和人類發開活動等影響下，海洋牧場在高效利用沿岸海域和積極發展增養殖業等方面產生了一定的經濟效益，但同時其受到的生態壓力也日益增大，生態健康遭受威脅，研究海洋牧場的生態健康狀態，對恢復和增加漁業資源、保護海域環境、促進漁業資源和生態環境可持續發展具有重要的意義。海洋牧場生態健康評價的理論與技術問題一直是國內外研究的熱點，近年來，基于層次分析法的生態健康評價研究較多且較為成熟，本研究借鑒前人生態健康評價的成果，結合海州灣海洋牧場的性狀，構建海州灣海洋牧場生態健康評價體系，利用層次分析法對海洋牧場進行生態健康評價。

1 研究區與研究方法

1.1 研究區

海州灣寬42 km，岸線長87 km，海灣面積876 km2，位于暖溫帶向北亞熱帶過渡的近岸淺海區域，潮汐為正規半日潮，年平均氣溫14.3 ℃，鹽度全年在24‰～30‰之間變化。沿岸較大入海河流17條，海區水質肥沃，海洋生物種類繁多，海州灣漁場是我國著名的八大漁場之一。據鑒定，海州灣獨特的生態系統擁有370多種植物，200多種魚類，100余種軟體動物，蝦類30 種，蟹類38種，此外兩棲類、爬行類、哺乳類海島上都有發現。是海參、鮑魚、扇貝等珍貴海產品在江蘇沿海的唯一產地，珍貴的巖礁魚類如鯛類、六線魚等在國內外都有一定的聲譽。鑒于海州灣獨特的地理位置和豐富的生態資源，我國先后在海州灣海域成立了前三島海珍品增養殖保護區、中國對蝦國家級水產種質資源保護區、海州灣海灣生態系統與自然歷史遺跡國家級海洋特別保護區，以期合理保護與開發利用海州灣的生態資源與環境。

1.2 研究方法

層次分析法(Analytic Hierarchy Process，簡稱AHP)是將與決策總是有關的元素分解成目標、準則、方案等層次，在此基礎之上進行定性和定量分析的決策方法。該方法是20世紀70年代初美國運籌學家匹茨堡大學教授薩蒂，在為美國國防部研究“根據各個工業部門對國家福利的貢獻大小進行電力分配”課題時，基于網絡系統理論和多目標綜合評價方法提出的一種層次權重決策分析方法。

2 指標體系建立與生態健康指標賦值

2.1 指標體系建立

根據代表性、科學性、相互獨立性和數據可操作性等原則，通過定性和定量的方法，建立海州灣海洋牧場生態健康評價指標體系，將指標體系分為4層，如圖1所示：目標層為海州灣海洋牧場生態健康評價(A)；準則層為水質環境(B1)、生物資源(B2)和外來壓力(B3)；指標層為水色(C1)、水文(C2)、無機氮(C3)、硫化物(C4)、硅酸鹽(C5)、浮游植物(C6)、浮游動物(C7)、游泳生物(C8)、底棲生物(C9)、自然災害(C10)和人為活動(C11)；水色(C1)細化為懸浮物(D1)、溶解氧(D2)和葉綠素(D3)，水文細化為水溫(D4)、透明度(D5)和鹽度(D6)，無機氮細化為硝酸鹽氮(D7)、氨氮(D8)、亞硝酸鹽氮(D9)，自然災害細化為寒潮(D10)和臺風(D11)，人為活動細化為港口(D12)和旅游(D13)。

2.2 生態健康指標賦值

評價指標確立后，根據海州灣海洋牧場所在區域特點以及現場調查得到的實測數據，設定海洋牧場各要素的評價指標，分為四個等級，各個等級的評分標準為：4—好；3—一般；2—較差；1—很差，由此得到評分向量V=(4，3，2，1)T。對評價指標C1，C2，……，Cn。中任一Ci作出得分評定時，存在一個響應的隸屬度向量Ri，用以表征實際指標參數對于四個級別的隸屬關系，表示為Ri=( ri1，ri2，ri3，ri4 )，以海水透明度對水文的影響為例：一年中有0.2概率的透明度達到好，0.2的概率為一般，0.2的概率為較差，0.4的概率為很差，則Ri=(0.2，0.2，0.2，0.4)，那么透明度的指標值：Ai=V*Ri=(4，3，2，1)T*(0.2，0.2，0.2，0.4)=2.2，據此我們可以得到所有評價指標的指標值。

圖1 海州灣海洋牧場生態健康評價指標層次結構

參照《海水水質標準》[1]、《漁業水質標準》[2]、葉綠素含量[3]等標準，得出各指標值及對應的隸屬關系Ri，見表1。

3 生態評價

3.1 權重確定

采用1～9及其倒數標度法(見表2)對指標體系中的各指標進行兩兩比較建立判斷矩陣，判斷矩陣建立后，要進行一致性檢驗。

一致性檢驗CR是將一致性指數CI和平均一致性指標RI進行比較的結果，判斷矩陣的一致性檢驗CR<0.1時，判斷矩陣具有滿意的一致性。

一致性指標

(1)

最大特征根

(2)

一致性比例

式中RI為平均隨機一致性指標，見表3：

計算權重時，首先計算判斷矩陣每一行元素的乘積(式4)，所得乘積開n次方(式5)，對特征向量歸一化得到即指標權重[4](式6)。

(4)

(5)

(6)

根據上述方法，得到各指標權重，見表4.

表4 海州灣海洋牧場判斷矩陣Tab.4 Haizhou Bay marine ranching judgment matrix

3.2 綜合評價

海洋牧場生態健康綜合評價需要計算每一指標層的綜合指標權重，利用指標綜合權重與指標值相乘并歸一化得到綜合值CEI。

指標綜合評價指標值

(7)

綜合值

CEI=Z/Z0

(8)

公式8中Z0為理想值，即取每一個因子在最高等級下的指標值。

參照CEI分級標準，將海州灣海洋牧場CEI分為

5級[5]，見表5。

參照海州灣海洋牧場CEI分等定級標準和生態健康評價計算方法，得到海州灣海洋牧場各指標的綜合值，見表6。

表6 海州灣海洋牧場健康評價指標綜合值

由上表可計算海州灣海洋牧場的綜合評價分值約為0.68，生態環境健康級別屬于中。

4 結語

海洋牧場生態健康評價是海洋牧場生態保護的基礎，本文利用AHP方法進行海州灣海洋牧場的生態健康評價，結果表明：

(1)在準則層中，水質環境對目標層的影響最大為0.65，生物資源的權重次之，為0.28，外來壓力的權重最小，為0.07。在指標層綜合權重中，對海州灣海洋牧場生態狀況影響最大的是溶解氧，其權重為0.2016，浮游植物次之，權重為0.1568，影響力最小的是寒潮，其權重為0.002，亞硝酸鹽氮次小，權重為0.007。

(2)海州灣海洋牧場綜合評價指數CEI=0.68，生態健康狀況為中。

(3)目前，國內對于生態健康評價還沒有統一的標準，權重的確定和分級的標準也具有一定的主觀性，這會造成生態評價的結果具有一定的局限性，在未來的研究中，需要加強指標分級和權重確定的量化研究。

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