廣東省川山群島開發(fā)利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

李曉敏，張 杰，曹金芳，馬 毅

國家海洋局第一海洋研究所， 青島 266061

廣東省川山群島開發(fā)利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

李曉敏*，張 杰，曹金芳，馬 毅

國家海洋局第一海洋研究所， 青島 266061

隨著海洋經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，海島的開發(fā)利用程度不斷加大，海島生態(tài)環(huán)境遭到極大地沖擊和破壞，導(dǎo)致海島生態(tài)系統(tǒng)出現(xiàn)環(huán)境惡化、災(zāi)害加劇的趨勢(shì)。廣東省川山群島，主島為上川島和下川島，因島上旅游娛樂和養(yǎng)殖用海等開發(fā)利用活動(dòng)頻繁，使其生態(tài)系統(tǒng)面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。根據(jù)EPA提出的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)框架，分析了川山群島的生態(tài)終點(diǎn)、生境類型和壓力源狀況，構(gòu)建了一個(gè)用以描述川山群島壓力源、生境和評(píng)估終點(diǎn)間相互關(guān)系的概念模型，采用RRM模型思想進(jìn)行了川山群島開發(fā)利用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：上川島屬于開發(fā)利用的高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，主要風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域是潮間帶和近海兩個(gè)生態(tài)子系統(tǒng)，其中以巖灘的開發(fā)利用壓力最大，旅游娛樂和養(yǎng)殖用海是風(fēng)險(xiǎn)壓力的主要來源，珍稀水禽是主要受威脅的物種；下川島較上川島的開發(fā)利用風(fēng)險(xiǎn)低，其島陸、潮間帶和近海3個(gè)生態(tài)子系統(tǒng)的開發(fā)利用壓力都不大，養(yǎng)殖用海、旅游娛樂和城鎮(zhèn)用地是風(fēng)險(xiǎn)壓力的主要來源，也是威脅珍稀水禽和猛禽的主要壓力源。基于此，從旅游管理、養(yǎng)殖用海管理等方面給出了上川島和下川島的風(fēng)險(xiǎn)管理對(duì)策，以期為海島環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)利用提供科學(xué)依據(jù)。

海島生態(tài)系統(tǒng)；生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)；開發(fā)利用；相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)模型；川山群島

生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是伴隨著環(huán)境管理目標(biāo)和環(huán)境觀念的轉(zhuǎn)變而逐漸興起并得到發(fā)展的一個(gè)新的研究領(lǐng)域[1]。美國國家環(huán)保局(Environmental Protection Agency, EPA)1992年對(duì)其的定義為：對(duì)由于一種或多種應(yīng)力(物理、化學(xué)和生物應(yīng)力等)接觸的結(jié)果而發(fā)生的或正在發(fā)生的負(fù)面生態(tài)影響概率的評(píng)估過程[2]。作為一種重要的生態(tài)環(huán)境管理手段，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)已應(yīng)用到湖泊流域[3- 6]、三角洲濕地[7- 8]、海岸帶和海灣地區(qū)[9- 11]、行政區(qū)域[12- 13]等方面。

海島是海洋國土的重要組成部分，具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和國防價(jià)值；同時(shí)，海島是一種特殊的生態(tài)系統(tǒng)，生態(tài)環(huán)境單一、脆弱性強(qiáng)。隨著海洋經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，海島的開發(fā)利用程度不斷加大，使得海島生態(tài)環(huán)境遭到極大地沖擊和破壞，海島生態(tài)系統(tǒng)出現(xiàn)環(huán)境惡化、災(zāi)害加劇的趨勢(shì)。長(zhǎng)久以來，自然災(zāi)害一直是海島生態(tài)系統(tǒng)的主要風(fēng)險(xiǎn)源，但近年來人類開發(fā)利用活動(dòng)已發(fā)展成為海島生態(tài)系統(tǒng)的首要風(fēng)險(xiǎn)源。然而，關(guān)于海島生態(tài)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的研究還不多。國家海洋局第一海洋研究所承擔(dān)的國家自然科學(xué)基金委主任基金“海島生態(tài)系統(tǒng)評(píng)價(jià)方法研究”開展了海島生態(tài)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法研究。在該基金的支持下，王小龍等發(fā)展了非線性海島自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型和基于相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)模型的海島人類開發(fā)利用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法[14- 15]，辛紅梅等提出了基于景觀格局的海島自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法和模型[16]，王常穎等建立了基于景觀格局的海島開發(fā)利用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型[17]，這些方法均在渤海海域長(zhǎng)島南五島中得到了應(yīng)用。

廣東省川山群島分布在珠江口西側(cè)，為粵中海上重要屏障。因長(zhǎng)期受海洋季風(fēng)影響，氣候溫暖宜人，以豐富獨(dú)特的旅游資源吸引著八方游客，還分布有沙堤港、南澳港等許多天然優(yōu)良港灣，所以島上旅游娛樂和養(yǎng)殖用海等開發(fā)利用活動(dòng)頻繁，導(dǎo)致川山群島生態(tài)系統(tǒng)面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。本文根據(jù)EPA提出的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)框架，對(duì)川山群島生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)利用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，以期為海島生態(tài)環(huán)境保護(hù)、可持續(xù)開發(fā)利用提供決策支持和管理依據(jù)。

1 海島開發(fā)利用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)框架

根據(jù)EPA的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)框架體系[2]，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)框架主要由問題形成、風(fēng)險(xiǎn)分析(包括暴露分析和危害分析)、風(fēng)險(xiǎn)表征和風(fēng)險(xiǎn)管理4個(gè)步驟構(gòu)成。王小龍等[15]在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建了海島開發(fā)利用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)框架，本文采用了該框架。

問題形成階段分析的內(nèi)容包括生態(tài)終點(diǎn)、區(qū)域生境結(jié)構(gòu)、壓力源和概念模型4項(xiàng)。海島生態(tài)系統(tǒng)可選取區(qū)域特有的物種種群及數(shù)量的減少、鳥類種群及數(shù)量的減少、珍稀瀕危鳥類的消失、潮間帶的退化等作為相應(yīng)的生態(tài)終點(diǎn)。區(qū)域生境結(jié)構(gòu)主要是分析評(píng)價(jià)區(qū)域內(nèi)的生境特征、類型及其分布狀況，了解不同生境類型的風(fēng)險(xiǎn)狀況。海島生態(tài)系統(tǒng)壓力源可以分為自然和人為壓力源兩類，自然壓力源包括干旱、熱帶氣旋、蟲害等，人為壓力源包括過度開發(fā)利用、排污污染、化學(xué)物質(zhì)泄漏、溢油等。概念模型的構(gòu)建在極大程度上決定著評(píng)價(jià)結(jié)果的可靠性，正確的概念模型可以真實(shí)地反應(yīng)區(qū)域現(xiàn)實(shí)存在的壓力源-生境-生態(tài)終點(diǎn)的暴露和響應(yīng)路徑，對(duì)于區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和最終的風(fēng)險(xiǎn)管理均具有指導(dǎo)意義。

風(fēng)險(xiǎn)分析階段需要解決的問題是如何對(duì)各類壓力源—生境—生態(tài)終點(diǎn)的暴露和響應(yīng)進(jìn)行度量。采用相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)模型[18](RRM)思想，通過計(jì)算壓力密度和生境豐度，來實(shí)現(xiàn)海島開發(fā)利用壓力與生態(tài)終點(diǎn)之間的暴露和響應(yīng)的定量化。RRM得到的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)關(guān)系是一種相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)關(guān)系，可用于區(qū)域內(nèi)不同評(píng)價(jià)小區(qū)間風(fēng)險(xiǎn)程度的比較。

采用RRM模型進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)表征，主要基于4個(gè)基本假設(shè)：(1) 任意風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)，其壓力源的區(qū)域尺度或密集度越大，則該壓力源釋放的壓力也越大；與生態(tài)終點(diǎn)相聯(lián)系的生境的密集度越大，其暴露于壓力之下的可能性就越高。(2) 評(píng)估終點(diǎn)的類型和種群密度與其相聯(lián)系的生境密切相關(guān)。(3) 風(fēng)險(xiǎn)受體對(duì)壓力源的敏感程度隨生境類型的不同而不同。受體對(duì)壓力源越敏感，則對(duì)壓力的響應(yīng)程度就越高。(4) 為便于負(fù)荷風(fēng)險(xiǎn)壓力的累積，作用于評(píng)估終點(diǎn)的多個(gè)風(fēng)險(xiǎn)壓力可以按其相對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行累加。

風(fēng)險(xiǎn)管理是海島開發(fā)利用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的重要組成部分。根據(jù)RRM模型評(píng)價(jià)結(jié)果，針對(duì)不同區(qū)域、不同的生境以及不同的壓力源，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)較大的區(qū)域、壓力源或生境提出風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避的方法和手段，以達(dá)到降低區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)的目的。

2 研究方法

2.1 川山群島風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)小區(qū)劃分

川山群島行政隸屬于廣東省江門市的臺(tái)山市，位于北緯21°34′—21°47′、東經(jīng)112°25′—112°54′，包括上川島、下川島、漭洲、王府洲、黃麖洲、坪洲、圍夾島、烏豬洲等多個(gè)海島，集中分布于上川島和下川島周邊(圖1)。

圖1 川山群島位置圖Fig.1 Location of Chuanshan Archipelago

風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)是區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分的基礎(chǔ)，每個(gè)風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)是一個(gè)獨(dú)立的單元。通過對(duì)不同風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)內(nèi)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)狀況的評(píng)價(jià)和對(duì)比，可以實(shí)現(xiàn)評(píng)價(jià)區(qū)域范圍內(nèi)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的劃分。風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)的劃分可采用自然存在的或者人為劃定的邊界，如山脈、河流以及保護(hù)區(qū)的界線等；對(duì)于有水域存在的評(píng)價(jià)區(qū)域，往往還采用等深線進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)邊界的界定。本文的海島生態(tài)系統(tǒng)包括島陸、潮間帶和近海部分，因此風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)的劃分結(jié)合自然邊界和海水等深線來確定。參考王小龍等的成果[15]，本文采用海島近海濕地子系統(tǒng)來定義海島生態(tài)系統(tǒng)近海范圍。最終劃分為兩個(gè)相鄰的風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)，分別是上川島區(qū)和下川島區(qū)(圖2)。

(1)上川島區(qū)

上川島是江門市第一大島、廣東省第二大島，海島面積為24474.66 hm2、岸線長(zhǎng)154.039 km，島上設(shè)有上川鎮(zhèn)，常住居民較多，有1.4萬多人，島上交通條件便利。氣候溫暖宜人，因地理緯度與美國夏威夷大致相同，旅游資源與夏威夷媲美，被譽(yù)為“東方夏威夷”，以其豐富獨(dú)特的旅游資源吸引著八方游客；在車騎頂和米筒灣分布有原始次生林，棲息著國家二級(jí)保護(hù)動(dòng)物-獼猴[19]，設(shè)有上川島獼猴省級(jí)自然保護(hù)區(qū)，位于上川島的東北端，東與飛沙灘旅游區(qū)相連，東、西、北三面鄰海，總面積2000多hm2；在島的西南端分布有廣東省八大漁港之一的沙堤漁港。

(2)下川島區(qū)

下川島與上川島毗鄰相望，海島面積為17173.87 hm2、岸線長(zhǎng)91.384 km，人口較上川島少，海島開發(fā)利用程度較低，植被覆蓋好。長(zhǎng)期受海洋季風(fēng)影響，陽光充足，氣候溫和，四季如春，島上椰樹成蔭，有沙質(zhì)優(yōu)良的天然海灘、溫婉秀麗的海灣、引人入勝的古跡、茂密的原始森林，還有南澳港等天然深水良港。

圖2 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)小區(qū)劃分結(jié)果圖Fig.2 The plotting result of risk assessment

2.2 風(fēng)險(xiǎn)表征計(jì)算

按照RRM模型的4個(gè)基本假設(shè)，對(duì)任意評(píng)價(jià)小區(qū)，RRM模型通過綜合計(jì)算區(qū)域壓力源的壓力密度、生境豐度、暴露系數(shù)和響應(yīng)系數(shù)之積，來累積計(jì)算區(qū)域的相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于川山群島開發(fā)利用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，由于選取的生態(tài)終點(diǎn)針對(duì)的是生物群落，因此風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算采用如下公式[15]：

(1)

式中，RS表示相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)值；i為風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)的標(biāo)號(hào)；j為壓力源類型的標(biāo)號(hào)；l為生境類型的標(biāo)號(hào)；m為生態(tài)終點(diǎn)類型的標(biāo)號(hào)；Sij為風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)內(nèi)壓力源的密度等級(jí)；Hil為風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)內(nèi)生境的豐度等級(jí)；Xjl為壓力源-生境暴露途徑的暴露系數(shù)；Elm為生境-生態(tài)終點(diǎn)響應(yīng)途徑的響應(yīng)系數(shù)。

利用公式(1)，對(duì)不同的標(biāo)號(hào)進(jìn)行求和計(jì)算，就可得到針對(duì)不同主體的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果:

針對(duì)不同壓力源類型的潛在風(fēng)險(xiǎn)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

(2)

針對(duì)不同生境類型的潛在風(fēng)險(xiǎn)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

(3)

針對(duì)不同物種的潛在風(fēng)險(xiǎn)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

(4)

針對(duì)不同風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)的潛在風(fēng)險(xiǎn)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

(5)

3 結(jié)果與分析

3.1 問題形成

川山群島生存著上千種植物，動(dòng)物除獼猴(Macacamulatta)外還有蟒蛇(Pythonmolurus)、巨蜥(Varanussalvator)、穿山甲(Manispentadactyla)、小靈貓(Viverriculaindia)、大壁虎(Gekkogecko)等多種珍貴的野生動(dòng)物，以及數(shù)百種海洋生物等。為了保護(hù)區(qū)域環(huán)境和這些寶貴的生物資源，該區(qū)先后建立有省級(jí)自然保護(hù)區(qū)、省級(jí)風(fēng)景名勝區(qū)，對(duì)該區(qū)生態(tài)環(huán)境和物種的保護(hù)起到了積極作用。但是，隨著上下川島經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，作為上下川島經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)的漁業(yè)和旅游業(yè)，以及日益加劇的海島開發(fā)利用，給該區(qū)的生態(tài)環(huán)境造成了潛在的生態(tài)壓力。

3.1.1 生態(tài)終點(diǎn)

經(jīng)過對(duì)該區(qū)物種與區(qū)域生態(tài)的相關(guān)性分析，確定以珍稀水禽、獼猴、蟒蛇和珍稀猛禽4類有代表性的物種的種群數(shù)目、結(jié)構(gòu)變化作為評(píng)估的生態(tài)終點(diǎn)。其中，上川島區(qū)的主要評(píng)估對(duì)象為獼猴、蟒蛇、珍稀水禽和珍稀猛禽；下川島區(qū)的主要評(píng)估對(duì)象為珍稀水禽、珍稀猛禽。

3.1.2 區(qū)域生境

本文研究的海島類型屬于基巖島，且為有居民海島，根據(jù)該類海島生態(tài)系統(tǒng)常見的生境類型以及上述4類物種生存、覓食對(duì)生境的需求，采用遙感解譯的手段，結(jié)合實(shí)地調(diào)研資料，在GIS技術(shù)的支持下，共區(qū)分了7種生境類型：建設(shè)用地、耕地、有林地、養(yǎng)殖水面、內(nèi)陸水體、巖灘和近海水域。其中，除建設(shè)用地生境與選定的評(píng)估終點(diǎn)關(guān)聯(lián)較小外，其余6種生境類型均與選取的評(píng)估終點(diǎn)有較強(qiáng)聯(lián)系。采用遙感影像解譯得到的上下川島區(qū)生境類型分布見圖3，不同生境類型的面積信息見表1。

圖3 上下川島區(qū)生境類型分布圖Fig.3 Distribution of habitat types in Shangchuan Island and Xiachuan Island

表1 各類生境面積信息表Table 1 Area of different habitat types in Shangchuan Island and Xiachuan Island

3.1.3 壓力源

隨著改革開放的深入，上下川島進(jìn)入了經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的時(shí)期，城區(qū)面積的不斷擴(kuò)展、島上人口數(shù)量的增加、養(yǎng)殖業(yè)和旅游業(yè)的快速發(fā)展等都給該區(qū)生態(tài)帶來了巨大的壓力。其中，島陸生態(tài)子系統(tǒng)的生態(tài)壓力主要來自于土地利用，包括城鎮(zhèn)用地和農(nóng)業(yè)用地兩大類，其壓力主要集中于島陸的點(diǎn)源污染和排污污染；潮間帶生態(tài)子系統(tǒng)的生態(tài)壓力主要為港口碼頭和旅游娛樂活動(dòng)，其壓力多來自于人為物理擾動(dòng)，此外，城鎮(zhèn)污水的排放對(duì)潮間帶也形成一定壓力；近海生態(tài)子系統(tǒng)的生態(tài)壓力則主要來自海水養(yǎng)殖業(yè)、漁業(yè)和運(yùn)輸業(yè)，其生態(tài)壓力以污染為主，物理擾動(dòng)次之。

為了描述上下川島人類開發(fā)利用行為對(duì)該區(qū)生態(tài)的影響，將與人文有關(guān)的生態(tài)壓力源歸納為六大類：城鎮(zhèn)用地、農(nóng)業(yè)用地、港口碼頭、養(yǎng)殖用海、船舶運(yùn)輸和旅游娛樂。

(1) 城鎮(zhèn)用地

根據(jù)遙感解譯結(jié)果，上下川島城鎮(zhèn)用地面積占全部土地面積的1.89%左右，其中上川島為1.76%，下川島為2.12%。毗鄰山林的城鎮(zhèn)交通和生產(chǎn)噪聲，不僅干擾林地及近海生境中的野生物種，而且來自城鎮(zhèn)的污水、廢棄物還會(huì)引起陸地點(diǎn)源污染，導(dǎo)致近海營養(yǎng)物質(zhì)、毒性物質(zhì)以及渾濁度的增加，進(jìn)而改變近海沉積。這些污染源主要包括：工業(yè)廢水和生活污水。川山群島海區(qū)海島居民生活污水以及生活污水中有害物質(zhì)排放量[20]見表2。

表2 川山群島海區(qū)生活污水及有害物質(zhì)排放量Table 2 Discharge amount of domestic wastewater and harmful substance in Chuanshan Archipelago

(2) 農(nóng)業(yè)用地

農(nóng)業(yè)用地在上下川島土地利用中所占比重雖然很少，但非常重要，農(nóng)業(yè)投放的化肥和農(nóng)藥是該區(qū)生態(tài)環(huán)境的重要壓力源。上下川島多山地，農(nóng)田、菜地位于山坡之上居民點(diǎn)附近，采用梯田種植，來自梯田的徑流所攜帶的大量化肥、農(nóng)業(yè)除草劑和殺蟲劑以及泥土順山坡直接進(jìn)入近海，不僅導(dǎo)致了近海營養(yǎng)物質(zhì)和海水渾濁度的增加，也增加了近海和陸域的毒性物污染，進(jìn)而在生物體內(nèi)形成沉積。此外，農(nóng)業(yè)用地的擴(kuò)張還會(huì)導(dǎo)致自然植被的減少，直接或間接地影響到野生物種。

(3) 港口碼頭

港口和碼頭是海島潮間帶的一種重要生態(tài)壓力源。上川島擁有19個(gè)海灣，大部分條件欠佳，比較隱蔽和水深條件較好的有三洲港和沙堤港；下川島擁有大小港灣17個(gè)，可供港口資源開發(fā)的海灣有南澳港、下川島西南港口、獨(dú)灣港、寧澳灣港和下川東北港口5處[9]。數(shù)目較多的港口、碼頭不僅占用了自然岸線，縮減了潮間帶生物及珍稀水禽的生存和覓食空間，而且出入海港的船只排放的含油廢水也給近岸的海灘和底質(zhì)帶來了污染，改變了近岸底質(zhì)的沉積模式，并導(dǎo)致底質(zhì)沉積物的增加，在某些區(qū)域甚至引起岸灘的貧瘠。此外，港口碼頭的興建和擴(kuò)建鏟除了近岸的植被，降低了沿岸的植被覆蓋度。

(4) 養(yǎng)殖用海

海水養(yǎng)殖會(huì)產(chǎn)生大量廢棄物，養(yǎng)殖投放的殘餌、化肥、消毒藥品會(huì)嚴(yán)重污染海區(qū)水質(zhì)，特別是殘餌溶生的氮、磷等營養(yǎng)元素會(huì)導(dǎo)致海區(qū)水質(zhì)的富營養(yǎng)化，上下川島區(qū)養(yǎng)殖污染給野生物種和區(qū)域生態(tài)帶來了巨大的壓力[20]。從圖4可以明顯地看出2000—2010年間川山群島海區(qū)海水養(yǎng)殖面積的變化情況。

(5) 船舶運(yùn)輸

川山群島海區(qū)船舶往來極為頻繁，數(shù)目眾多的船舶給近海生物帶來的不僅是物理擾動(dòng)和噪聲的壓力，由漁船排放的含油廢水已經(jīng)是該海區(qū)水質(zhì)的主要壓力源，根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，到2010年底，川山群島海區(qū)約有大小船舶800多只，總馬力達(dá)到1.52萬。根據(jù)船舶排油量計(jì)算方法：

機(jī)艙廢水產(chǎn)生量=0.005 t/d×馬力

排油量=0.005 t/d×馬力×0.2%(廢水含油濃度)

估算出2010年川山群島海區(qū)船舶廢油日排放量約為150 kg。除油污污染外，大型船舶的壓艙水也存在引入外來物種的威脅。

(6) 旅游娛樂

主要包括島陸旅游活動(dòng)和海灘娛樂活動(dòng)。被譽(yù)為“東方夏威夷”的飛沙灘以及王府洲、金沙灘、銀沙灘等天然優(yōu)質(zhì)海水浴場(chǎng)共20多處，總長(zhǎng)30多km；有棲息著上千只獼猴的原始次生林500多hm2，有被譽(yù)為“植物王國鉆石”的珍稀物種-竹柏60多hm2，被定為省級(jí)自然保護(hù)區(qū)。20世紀(jì)90年代之后，游客人數(shù)逐年上升，到2008年底，川山群島全年接待的游客已經(jīng)突破了100萬人次(圖5)。

圖4 川山群島海區(qū)海水養(yǎng)殖面積的變化Fig.4 Area change of marine aquaculture in Chuanshan Archipelago

圖5 川山群島登島旅游人數(shù)的變化Fig.5 Tourist numbers change in Chuanshan Archipelago

3.1.4 概念模型

概念模型是對(duì)壓力源、壓力、生境和終點(diǎn)之間的關(guān)系的一系列假設(shè)，它通常可以通過圖表來表示，以此來說明風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估各組分之間的假設(shè)關(guān)系。通過分析上文確定的開發(fā)利用風(fēng)險(xiǎn)源及相應(yīng)的評(píng)估終點(diǎn)間的接觸暴露關(guān)系，得到了上下川島區(qū)開發(fā)利用壓力由壓力源到生態(tài)終點(diǎn)的接觸、暴露途徑示意圖(圖6)。

圖6 上下川島開發(fā)利用風(fēng)險(xiǎn)接觸暴露途徑示意圖Fig.6 The contact and exposure approach of exploitation and utilization risk in Shangchuan Island and Xiachuan Island

根據(jù)圖6所示的上下川島開發(fā)利用風(fēng)險(xiǎn)接觸暴露途徑，本文構(gòu)建了一個(gè)概念模型用以描述上下川島區(qū)壓力源、壓力、生境和評(píng)估終點(diǎn)間的相互作用關(guān)系(圖7)。

圖7 上下川島開發(fā)利用風(fēng)險(xiǎn)暴露、響應(yīng)概念模型Fig.7 Conceptual model of exposure and response of exploitation and utilization risk in Shangchuan Island and Xiachuan Island

3.2 風(fēng)險(xiǎn)分析

采用RRM模型思想，通過計(jì)算壓力密度和生境豐度，來開展上下川島開發(fā)利用風(fēng)險(xiǎn)分析工作。

六類開發(fā)利用壓力源在上川島和下川島的分布情況見表3。基于此，計(jì)算得出這六類壓力源在上川島和下川島的壓力密度(表4)。

需要說明的是：采用RRM模型思想評(píng)估得到的區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值反映的是生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)在不同區(qū)域間的空間差異，因此表4中的六類壓力源的壓力密度值僅體現(xiàn)了它們?cè)趨^(qū)域間的相對(duì)多少，是一個(gè)相對(duì)的數(shù)值，壓力密度值高并非代表壓力源在生態(tài)系統(tǒng)中的釋放或引起的絕對(duì)暴露量就大。

對(duì)上下川島風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)內(nèi)各生境類型的豐度進(jìn)行計(jì)算(表5)。

圖7所示的上下川島開發(fā)利用風(fēng)險(xiǎn)暴露、響應(yīng)概念模型中，各條由壓力源-生境-生態(tài)終點(diǎn)的暴露和響應(yīng)途徑的暴露和響應(yīng)程度是各不相同的。為了表征在暴露和響應(yīng)程度上的差異，將上述每條完整的暴露和響應(yīng)途徑分為兩段分析：一段單純地考慮壓力源的暴露過程，主要研究壓力源-生境的暴露量；另一段主要考慮生態(tài)終點(diǎn)對(duì)壓力的響應(yīng)過程，重點(diǎn)分析生境-生態(tài)終點(diǎn)的密切程度，以此反映生態(tài)終點(diǎn)對(duì)壓力的響應(yīng)程度。在此基礎(chǔ)上，以低、較低、中、較高、高5種程度來描述暴露和響應(yīng)的相對(duì)強(qiáng)度，并量化為相應(yīng)的暴露系數(shù)或響應(yīng)系數(shù)0、0.3、0.5、0.7和1。對(duì)于暴露系數(shù)來說，0表示暴露路徑不存在；1表示暴露路徑存在且暴露量大；0.5表示暴露路徑存在但暴露量適中；以此類推。通過對(duì)上川島和下川島的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和數(shù)據(jù)資料收集，給出了上下川島開發(fā)利用風(fēng)險(xiǎn)暴露系數(shù)和響應(yīng)系數(shù)(表6和表7)。代表生態(tài)終點(diǎn)對(duì)壓力源響應(yīng)程度的生境-生態(tài)終點(diǎn)的響應(yīng)系數(shù)是按照風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)給出的，因?yàn)?類與生態(tài)終點(diǎn)相聯(lián)系的物種在各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)并不都出現(xiàn)。

表3 上下川島六類壓力源信息表Table 3 six pressure source information in Shangchuan Island and Xiachuan Island

表4 上下川島六類壓力源的壓力密度表Table 4 Pressure density of six pressure source in Shangchuan Island and Xiachuan Island

表5 上下川島的生境豐度表Table 5 Habitat abundance in Shangchuan Island and Xiachuan Island

表6 上下川島開發(fā)利用風(fēng)險(xiǎn)暴露系數(shù)表Table 6 Exposure coefficient of exploitation and utilization risk in Shangchuan Island and Xiachuan Island

C: 污染Contamination, D: 物理擾動(dòng)Physical disturbance, R: 移除原有生境Removing original habitat, S: 改變沉積Changing sediment

表7 上下川島開發(fā)利用風(fēng)險(xiǎn)響應(yīng)系數(shù)表Table 7 Response coefficient of exploitation and utilization risk in Shangchuan Island and Xiachuan Island

F: 覓食Foraging, H: 孵化Hatching, N: 棲息Inhabit

3.3 風(fēng)險(xiǎn)表征

利用公式(2)計(jì)算得到的六類壓力源在上下川島風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)的相對(duì)壓力狀況見圖8。結(jié)果表明：上下川島區(qū)開發(fā)利用風(fēng)險(xiǎn)主要來自城鎮(zhèn)用地、養(yǎng)殖用海和旅游娛樂活動(dòng)的壓力，其中，旅游活動(dòng)壓力最大，城鎮(zhèn)用地和養(yǎng)殖用海次之；對(duì)于上川島區(qū)，旅游活動(dòng)的壓力最大，港口碼頭的壓力最小；對(duì)于下川島區(qū)，養(yǎng)殖用海的壓力最大，港口碼頭的壓力最小。可見，旅游娛樂是該區(qū)的首要風(fēng)險(xiǎn)壓力源，其次是城鎮(zhèn)用地和養(yǎng)殖用海，它們3個(gè)構(gòu)成了上下川島區(qū)生態(tài)壓力的主要來源；而港口碼頭的壓力最小。

圖8 上下川島六類壓力源的相對(duì)壓力狀況對(duì)比圖Fig.8 Relative pressure comparison of six pressure source in Shangchuan Island and Xiachuan Island

利用公式(3)計(jì)算得到的4種主要生境類型在上下川島風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)所受的風(fēng)險(xiǎn)壓力狀況見圖9。結(jié)果表明：在上下川島區(qū)的各類生境中，巖灘和近海水體受到的開發(fā)利用壓力最大，相比而言，上川島近海水體和潮間帶受到的壓力均明顯高于下川島；上川島區(qū)的巖灘壓力最大，且明顯高于其它生境所受的壓力；下川島區(qū)同樣巖灘所受壓力最大，近海水體的壓力也較大；此外，上川島區(qū)的有林地生境也存在著較大壓力。總體來說，在上下川島區(qū)，首要關(guān)注的生境類型應(yīng)是巖灘，其次為近海水體，二者分別對(duì)應(yīng)于海島潮間帶生態(tài)子系統(tǒng)和近海生態(tài)子系統(tǒng)。

圖9 上下川島四種主要生境類型所受的壓力對(duì)比圖Fig.9 Pressure comparison of four habitat types in Shangchuan Island and Xiachuan Island

利用公式(4)計(jì)算得到的四類評(píng)價(jià)物種在上下川島風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)所受的風(fēng)險(xiǎn)壓力狀況見圖10。圖中風(fēng)險(xiǎn)值為零對(duì)應(yīng)的物種并非指該物種不受壓力作用，而是指該物種在這個(gè)島區(qū)不出現(xiàn)或很少出現(xiàn)。從結(jié)果可以看出：珍稀水禽在上下川島區(qū)受到的潛在風(fēng)險(xiǎn)壓力最大，其中，在上川島區(qū)的潛在風(fēng)險(xiǎn)更大些；由于蟒蛇和獼猴僅出沒于上川島區(qū)，因此僅在該島區(qū)進(jìn)行了蟒蛇和獼猴的潛在風(fēng)險(xiǎn)壓力評(píng)估，結(jié)果顯示上川島區(qū)獼猴的壓力略大于蟒蛇。

圖10 上下川島四類評(píng)價(jià)物種的相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)狀況對(duì)比Fig.10 Relative risk comparison of four assessment species in Shangchuan Island and Xiachuan Island

最后，將上下川島區(qū)的開發(fā)利用風(fēng)險(xiǎn)按照海島生態(tài)子系統(tǒng)進(jìn)行綜合，得到上川島區(qū)的區(qū)域綜合風(fēng)險(xiǎn)值為7.745，屬開發(fā)利用的高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)；下川島區(qū)的區(qū)域綜合風(fēng)險(xiǎn)值為2.317，屬開發(fā)利用的低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。

4 討論與結(jié)論

本文根據(jù)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)框架：?jiǎn)栴}形成、風(fēng)險(xiǎn)分析(包括暴露分析和危害分析)、風(fēng)險(xiǎn)表征和風(fēng)險(xiǎn)管理，對(duì)廣東省的川山群島進(jìn)行開發(fā)利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)結(jié)果顯示：在本文劃分的兩個(gè)風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)中，不同壓力源及生境類型的風(fēng)險(xiǎn)各有差異，個(gè)別風(fēng)險(xiǎn)源或生境類型的潛在風(fēng)險(xiǎn)壓力已經(jīng)達(dá)到了較高的程度，亟待進(jìn)行相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)管理。

上川島區(qū)的區(qū)域綜合風(fēng)險(xiǎn)值為7.745，屬開發(fā)利用的高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，其主要風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域是潮間帶和近海兩個(gè)生態(tài)子系統(tǒng)，其中以潮間帶系統(tǒng)中巖灘的開發(fā)利用壓力最大，旅游娛樂和養(yǎng)殖用海是風(fēng)險(xiǎn)壓力的主要來源，珍稀水禽是主要受威脅的物種。基于此，本文給出了上川島區(qū)開發(fā)利用風(fēng)險(xiǎn)管理的三點(diǎn)建議：(1) 控制登島游客的數(shù)量，使其不超過該島的旅游承載力；加強(qiáng)旅游景區(qū)的生態(tài)管理，盡量減少旅游造成的廢物垃圾。(2) 沿岸開發(fā)的養(yǎng)殖池占據(jù)了很長(zhǎng)的岸段，使得原有潮間帶退化，造成珍稀水禽失去了覓食和棲息的環(huán)境，因此建議在開辟新的養(yǎng)殖用海區(qū)前進(jìn)行使用論證，同時(shí)拆除原有違法的養(yǎng)殖池，尤其是在緊鄰保護(hù)區(qū)的岸段。(3) 由于上川島獼猴省級(jí)自然保護(hù)區(qū)位于該區(qū)內(nèi)，保護(hù)著國家二級(jí)保護(hù)動(dòng)物——獼猴及其棲息環(huán)境，具有極為重要的生態(tài)意義，因此建議在獼猴省級(jí)自然保護(hù)區(qū)內(nèi)嚴(yán)禁進(jìn)行生產(chǎn)和開發(fā)活動(dòng)，確保獼猴的棲息環(huán)境不被破壞掉。

下川島區(qū)的區(qū)域綜合風(fēng)險(xiǎn)值為2.317，屬開發(fā)利用的低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，其島陸、潮間帶和近海三個(gè)生態(tài)子系統(tǒng)的開發(fā)利用壓力都不大，養(yǎng)殖用海、旅游娛樂和城鎮(zhèn)用地是風(fēng)險(xiǎn)壓力的主要來源，也是威脅珍稀水禽和猛禽的主要壓力源。為此，本文建議下川島的開發(fā)利用管理采取以下措施：加強(qiáng)養(yǎng)殖用海管理，拆除廢棄和違法的養(yǎng)殖池；加強(qiáng)旅游管理，嚴(yán)格控制游客數(shù)量；應(yīng)妥善處置城鎮(zhèn)的污水和廢物，盡量減少生活垃圾的隨意堆放和污水直接排放。這些措施可確保該區(qū)良好的生態(tài)環(huán)境，使得珍稀水禽和珍稀猛禽不至于失去覓食和棲息環(huán)境。

[1] 付在毅，許學(xué)工. 區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià). 地球科學(xué)進(jìn)展，2001，16(2)：267- 271.

[2] U.S. EPA. Framework for Ecological Risk Assessment. Report No. EPA (6301R- 92/001). US Environmental Protection Agency, Risk Assessment Forum, Washington, D.C, 1992.

[3] 盧宏瑋，曾光明，謝更新，張碩輔，黃國和，金相燦，劉鴻亮. 洞庭湖流域區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià). 生態(tài)學(xué)報(bào)，2003，23(12)：2520- 2530.

[4] 文軍. 千島湖區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究 [D]. 長(zhǎng)沙：中南林學(xué)院，2004.

[5] 許妍，高俊峰，郭建科. 太湖流域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià). 生態(tài)學(xué)報(bào)，2013，33(9)：2896- 2906.

[6] Xie H L, Wang P, Huang H S. Ecological risk assessment of land use change in the Poyang Lake eco-economic zone, China. International Journal of Environment Research and Public Health, 2013, 10(1): 328- 346.

[7] 許學(xué)工，林輝平，付在毅，布仁倉. 黃河三角洲濕地區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià). 北京大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2001，37(1)：111- 120.

[8] 付在毅，許學(xué)工，林輝平，王憲禮. 遼河三角洲濕地區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià). 生態(tài)學(xué)報(bào)，2001，21(3)：365- 373.

[9] 凌虹，孫翔，朱曉東，王慧中，李揚(yáng)帆. 江蘇沿海化工快速發(fā)展下區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型研究. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2010，19(5)：1138- 1142.

[10] Hassaan M A. GIS-based risk assessment for the Nile Delta coastal zone under different sea level rise scenarios case study: Kafr EL Sheikh Governorate, Egypt. Journal of Coastal Conservation, 2013, 17(4): 743- 754.

[11] 陳作志，蔡文貴，徐姍楠，黃梓榮，邱永松. 廣西北部灣近岸生態(tài)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià). 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2011，22(11)：2977- 2986.

[12] 張繼權(quán)，梁警丹，周道瑋. 基于GIS技術(shù)的吉林省生態(tài)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià). 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2007，18(8)：1765- 1770.

[13] 盧亞靈，徐麗芬，馬宗文，顏磊，許學(xué)工. 環(huán)渤海五省市生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià). 生態(tài)學(xué)雜志，2012，31(1)：227- 234.

[14] Wang X L, Zhang J. A nonlinear model for assessing multiple probabilistic risks a case study in South five-island of Changdao National Nature Reserve in China. Journal of Environmental Management, 2007, 85(4): 1101- 1108.

[15] 王小龍. 海島生態(tài)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法及應(yīng)用研究 [D]. 青島：中國科學(xué)院海洋研究所，2006.

[16] 辛紅梅，張杰，王常穎，付軍. 一種基于景觀格局的衛(wèi)星遙感海島自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法. 海洋學(xué)報(bào)，2012，34(1): 90- 94.

[17] 王常穎，張杰，辛紅梅，付軍. 基于景觀格局的海島開發(fā)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià). 生態(tài)學(xué)報(bào)，2008，28(6): 2811- 2817.

[18] Landis W G, Wingers J A. Design considerations and a suggested approach for regional and comparative ecological risk assessment. Human and Ecological Risk Assessment: An International Journal, 1997, 3(3): 287- 297.

[19] 廣東省地方史志編撰委員會(huì). 廣東省志：海洋與海島志. 廣州：廣東人民出版社，2000.

[20] 廣東省海島資源綜合調(diào)查大隊(duì). 廣東省海島資源綜合調(diào)查報(bào)告. 廣州：廣東科技出版社，1995.

Ecological risk assessment of exploitation and utilization in Chuanshan Archipelago, Guangdong province, China

LI Xiaomin*, ZHANG Jie, CAO Jinfang, MA Yi

TheFirstInstituteofOceanography,StateOceanicAdministration,Qingdao266061,China

Islands are an important part of marine territory and of significant economic and military importance. At the same time, islands are a kind of special ecosystem with unique and fragile ecological environment. With the rapid development of marine economy, the exploitation and utilization degree has increased significantly, and the ecological environment of islands has suffered from the great shock and damage. These lead to the trend of environment degradation and disaster exacerbation. For a long period, natural disasters have been the main risk source of island ecosystem, but in recent years human exploitation and utilization activities have been major risk source. The Chuanshan Archipelago consists of the Shangchuan Island, Xiachuan Island, Mangzhou Island and so on. It is located in the west of Pearl River estuary and is an important sea barrier in central Guangdong province, China. Affected by ocean monsoon, the climate there is mild and pleasant. And the tourism resources are abundant and unique, so the number of tourists to island is too many. In addition, it also has many natural harbors such as Shadi harbor and Nao′ao harbor. Therefore, the exploitation and utilization activities such as tourism recreation and marine aquaculture are frequent, which causes the great challenge in the ecosystem of Chuanshan Archipelago. Based on the ecological risk assessment frame proposed by the Environmental Protection Agency (EPA), this paper analyzed the ecological endpoints, habitat types and press sources of Chuanshan Archipelago. A conceptual model which was proposed to characterize the relationships between the above three factors. The ecological risk of exploitation and utilization in Chuanshan Archipelago was evaluated using the Relative Risk Model (RRM). The comprehensive risk value is 7.745 in Shangchuan Island, which shows the utilization risk is high. The two subsystems of Shangchuan Island, tidal flats and shallow sea, are the major risky regions, especially the rocky beach in the tidal flats. The tourism recreation and marine aquaculture are the main sources of risk. The rare waterfowl is the most threatened species. The comprehensive risk value is 2.317 in Xiachuan Island, the exploitation risk is lower than that of Shangchuan Island because the pressure from the three subsystems of insular terrene, tidal flats and shallow sea is small. The main risks come from the marine aquaculture, tourism recreation and urban land-use which also threaten the rare waterfowls and accipiter. Based on the result above, this paper outlines the risk management countermeasure of tourism and marine aquaculture in Shangchuan Island and Xiachuan Island, which includes the following parts: controlling the number of tourists to island strictly, strengthening the ecological management of island, reducing the waste caused by tourism and domestic garbage to the best of their abilities, reinforcing the management of marine aquaculture and removing the abandoned and illegal breeding pools, prohibiting production and exploitation activities in nature reserve, and so on. These findings may provide decision-making support and management basis for the ecological environment protection and sustainable utilization of island.

island ecosystem; ecological risk assessment; exploitation and utilization; relative risk model; Chuanshan Archipelago

中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(GY02- 2009T03)

2013- 07- 15;

2014- 10- 23

10.5846/stxb201307151899

*通訊作者Corresponding author.E-mail: lixiaomin@fio.org.cn

李曉敏，張杰，曹金芳，馬毅.廣東省川山群島開發(fā)利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià).生態(tài)學(xué)報(bào),2015,35(7):2265- 2276.

Li X M, Zhang J, Cao J F, Ma Y.Ecological risk assessment of exploitation and utilization in Chuanshan Archipelago, Guangdong province, China.Acta Ecologica Sinica,2015,35(7):2265- 2276.