海洋保護(hù)區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)綜合評價(jià)方法初步研究*
——以濱州貝殼堤島與濕地國家級自然保護(hù)區(qū)為例

廖國祥，劉夢琪，劉長安，熊德琪，許道艷，叢丕福

(1.國家海洋環(huán)境監(jiān)測中心 大連 116023； 2.大連海事大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 大連 116026)

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海洋保護(hù)區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)綜合評價(jià)方法初步研究*
——以濱州貝殼堤島與濕地國家級自然保護(hù)區(qū)為例

廖國祥1，劉夢琪2，劉長安1，熊德琪2，許道艷1，叢丕福1

(1.國家海洋環(huán)境監(jiān)測中心 大連 116023； 2.大連海事大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 大連 116026)

從保護(hù)對象及其生境的保護(hù)與管理角度出發(fā)，構(gòu)建了基于概率和損失度的海洋保護(hù)區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的綜合評價(jià)方法。以濱州貝殼堤島與濕地自然保護(hù)區(qū)為例，通過歷史數(shù)據(jù)、遙感資料分析，篩選風(fēng)暴潮、海岸侵蝕、海水污染、圍填海、海冰、溢油等6種風(fēng)險(xiǎn)源，利用層次分析法確定權(quán)重并計(jì)算綜合風(fēng)險(xiǎn)概率；根據(jù)貝殼堤、灘涂、養(yǎng)殖池塘等9種生境的自然生態(tài)、社會經(jīng)濟(jì)屬性及生境的脆弱度，計(jì)算各生境的綜合損失度；在地理信息系統(tǒng)(GIS)技術(shù)支持下，完成保護(hù)區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的綜合評價(jià)，對不同級別的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)提出管理對策。對發(fā)展我國海洋保護(hù)區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)方法以及保護(hù)區(qū)范圍科學(xué)選劃調(diào)整等管理工作都有參考價(jià)值。

海洋保護(hù)區(qū)；區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)；濱州；貝殼堤島；濱海濕地；GIS技術(shù)

我國擁有1.8萬km的大陸海岸線，建立了眾多的海洋保護(hù)區(qū)，使各種海洋珍稀瀕危物種、海洋自然遺跡及典型海洋生態(tài)系統(tǒng)得到有效的保護(hù)[1]。隨著我國海洋經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，圍填海及海岸工程等劇烈人類活動，導(dǎo)致近海海洋環(huán)境污染、海洋生態(tài)破壞日益嚴(yán)重。與此同時，全球氣候變化也加劇了風(fēng)暴潮、赤潮等海洋災(zāi)害的頻次和強(qiáng)度。在自然災(zāi)害和人類活動的共同影響下，海洋保護(hù)區(qū)重要物種和生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重威脅，生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能日益脆弱。近年來，越來越多的海洋自然保護(hù)區(qū)申請范圍及功能區(qū)調(diào)整，正是反映了這些威脅帶來的影響[2]。在此背景下，科學(xué)評估海洋保護(hù)區(qū)面臨的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間分布及變化趨勢，對現(xiàn)有的海洋保護(hù)區(qū)加強(qiáng)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)管理和優(yōu)化調(diào)整功能區(qū)范圍，或者為擬新選劃的海洋保護(hù)區(qū)確定合理范圍，都有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

目前我國海洋保護(hù)區(qū)大多數(shù)位于濱海濕地區(qū)域[1]，近年來有關(guān)濱海濕地生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)研究工作為海洋保護(hù)區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)研究提供理論方法參考。例如，付在毅等、許學(xué)工等構(gòu)建區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)方法，分別以遼河三角洲、黃河三角洲為例開展了生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)與管理對策研究[3-4]。巫麗蕓等應(yīng)用景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)方法評價(jià)了山東島保護(hù)區(qū)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)[5]。馬喜君等借鑒許學(xué)工等的方法，評價(jià)了鹽城海濱濕地的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)[6]。張瑋等應(yīng)用相對風(fēng)險(xiǎn)模型評價(jià)了昌黎黃金海岸國家級自然保護(hù)區(qū)的土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)[7]。然而，現(xiàn)有研究主要關(guān)注整體生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，而沒有重點(diǎn)從保護(hù)對象的保護(hù)與管理角度來分析評價(jià)海洋保護(hù)區(qū)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

濱州貝殼堤島與濕地國家級自然保護(hù)區(qū)位于渤海西南部的濱海濕地區(qū)域，屬于海洋自然遺跡類保護(hù)區(qū)。近年來，與其他海洋保護(hù)區(qū)情況相似，各種自然災(zāi)害和人類活動導(dǎo)致該保護(hù)區(qū)面臨著日益增高的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，亟須加強(qiáng)主要保護(hù)對象的保護(hù)與管理[8-11]。為此，本研究在對國內(nèi)外研究的基礎(chǔ)上，參考區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)理論方法，并且運(yùn)用地理信息系統(tǒng)(GIS)技術(shù)，以濱州貝殼堤島與濕地國家級自然保護(hù)區(qū)為例，探討和建立了適用于我國海洋保護(hù)區(qū)管理需求的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)方法。

1 評價(jià)方法

1.1 綜合評價(jià)模型

參考許學(xué)工等[4]的黃河三角洲濕地區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)方法，本研究建立海洋保護(hù)區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的綜合評價(jià)模型。該模型的原理是：首先利用GIS技術(shù)將保護(hù)區(qū)離散為多個風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)，通過計(jì)算各種風(fēng)險(xiǎn)源在所有小區(qū)的發(fā)生概率，評估自然生態(tài)和社會經(jīng)濟(jì)的重要性及其脆弱度；由此計(jì)算出每個小區(qū)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值；最后綜合所有小區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)值來獲得整個保護(hù)區(qū)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間分布特征。模型基本公式[4]如下：

Rk=Pk×Dk

(1)

式中：Rk為第k個風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)值；Pk為第k個風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)的綜合風(fēng)險(xiǎn)概率；Dk為第k個風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)的綜合損失度。

其中，綜合風(fēng)險(xiǎn)概率Pk的計(jì)算[4]如下：

Pk=∑βj·Pjl

(2)

式中：Pjl為k小區(qū)內(nèi)j類l級生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的概率；βj為j類風(fēng)險(xiǎn)的權(quán)重。

綜合損失度指數(shù)Dk的計(jì)算[4]如下：

(3)

式中：Ski為第k個風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)內(nèi)第i類生境的面積;Sk為第k個風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)總面積;Di為第i類生境的損失度指數(shù)。

海洋保護(hù)區(qū)內(nèi)通常存在資源開發(fā)利用活動，因而每一類生境應(yīng)包含自然屬性和社會屬性。在相同風(fēng)險(xiǎn)條件下，不同生境的脆弱性存在差異，其承受的綜合損失度是不同的。因此，損失度指數(shù)Di可表示為：

Di=(Ei+Si)·Fi

(4)

式中：Ei、Si、Fi分別為第i類生境的自然生態(tài)指數(shù)、社會經(jīng)濟(jì)指數(shù)、脆弱度指數(shù)。

1.1.1 自然生態(tài)指數(shù)(Ei)

借鑒文獻(xiàn)[4]的計(jì)算方法，采用保護(hù)對象重要性指數(shù)、生物多樣性指數(shù)、自然度指數(shù)共3個指標(biāo)來計(jì)算自然生態(tài)指數(shù)。

(1)保護(hù)對象重要性指數(shù)(Xi)。若某一生境內(nèi)存在的自然遺跡類和生態(tài)系統(tǒng)類保護(hù)對象，根據(jù)其典型性、稀有性采用專家判斷法來評定重要性指數(shù)。為方便判斷，可按照全球、國內(nèi)、省、常見等級別快速賦予數(shù)值1.0、0.8、0.6、0.4。對于生物物種類保護(hù)對象，則根據(jù)某一生境類型在養(yǎng)護(hù)國家重點(diǎn)保護(hù)或?yàn)l危物種中的地位，以這一生境中各級保護(hù)生物種數(shù)占整個評價(jià)區(qū)域內(nèi)相應(yīng)保護(hù)和瀕危生物種數(shù)的比例來表示。計(jì)算公式[4]如下：

(5)

式中：Xi為i類生境的保護(hù)對象重要性指數(shù)；Cij為i類生境中j級保護(hù)生物種數(shù)；Cj為評價(jià)區(qū)中j級保護(hù)生物種數(shù)；aij為j級保護(hù)生物在i類生境中的生態(tài)權(quán)值。

(2)生物多樣性指數(shù)(Vi)用某一生境中的物種數(shù)(如濕地鳥類)占整個評價(jià)區(qū)的物種(如濕地鳥類)種數(shù)的比例來表示，計(jì)算公式[4]如下：

(6)

式中：Vi為i類生境的生物多樣性指數(shù)；Ni為i類生境中物種種數(shù)；N為評價(jià)區(qū)區(qū)域內(nèi)物種的種數(shù)。

(3)自然度指數(shù)(Zi)與人類對生境的干擾程度成負(fù)相關(guān)，用廊道的密度來表征人類對生境的干擾程度[4]，計(jì)算公式如下：

(7)

式中：Zi為i類生境的自然度；Si為i類生境的總面積；Li為i風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)內(nèi)廊道(如道路、堤壩、溝渠)的總長度。顯然，自然度越大，生境的生態(tài)意義就越大。

根據(jù)式(5)至式(7)計(jì)算出Xi、Vi、Zi等指標(biāo)后，由于數(shù)值的量綱不同，須進(jìn)行歸一化處理，并在此基礎(chǔ)上加權(quán)合成各生境的自然生態(tài)指數(shù)(Ei)為：

Ei=aXi+bVi+cZi

(8)

式中：a、b、c為各指標(biāo)的權(quán)重，分別取值0.6、0.3、0.1。

1.1.2 社會經(jīng)濟(jì)指數(shù)(Si)

目前，我國海洋自然保護(hù)區(qū)和特別保護(hù)區(qū)允許進(jìn)行合理的資源開發(fā)利用活動，例如生態(tài)旅游、海水養(yǎng)殖、海洋工業(yè)、居民生活生產(chǎn)等。當(dāng)發(fā)生自然災(zāi)害或突發(fā)環(huán)境污染事故，經(jīng)濟(jì)社會活動也會遭受損失。然而，海洋保護(hù)區(qū)建立的基本要求是自然生態(tài)屬性大于社會經(jīng)濟(jì)屬性，為了體現(xiàn)自然生態(tài)的重要性，某一生境的社會經(jīng)濟(jì)指數(shù)采用式(9)計(jì)算：

Si=Emax×d

(9)

式中：Emax為自然生態(tài)指數(shù)的最大值；d為系數(shù)，取值范圍為0～1。為方便計(jì)算，采用專家判斷法來確定不同類型生境的社會經(jīng)濟(jì)指數(shù)系數(shù)d，如按高、較高、中、較低、低來分別賦值0.9、0.7、0.5、0.3、0.1。

1.1.3 脆弱度指數(shù)(Fi)

一般情況下，處于初級演替階段、食物鏈結(jié)構(gòu)簡單、生物多樣性指數(shù)小的生態(tài)系統(tǒng)(生境)較為脆弱。而受人為作用強(qiáng)、可以通過管理輸入負(fù)熵的生態(tài)系統(tǒng)類型，如耕地，往往比其他生境類型穩(wěn)定。參考文獻(xiàn)[4]的處理方法，本研究采用主觀排序賦值和歸一化來確定各類生境的脆弱度指數(shù)。

(f1,f2,f3,…)

(10)

式中：B為生境類型向量；F為排序及歸一化后的向量。

1.1.4 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化

數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算是將不同數(shù)量級和不同量綱的各指標(biāo)計(jì)算值統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化為0～1之間，使各指標(biāo)具有可比性。本研究采用歸一化法進(jìn)行各指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化，計(jì)算公式如下：

(11)

式中：yi是歸一化后的值；xi表示樣本數(shù)據(jù)；xmin表示樣本數(shù)據(jù)中的最小值；xmax表示樣本數(shù)據(jù)中的最大值。

1.2 評價(jià)等級劃分

區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)是多風(fēng)險(xiǎn)源、多受體、大尺度范圍的評價(jià)，機(jī)理非常復(fù)雜，可將評價(jià)結(jié)果視為灰箱輸出。因此，本文采用ArcGIS軟件的自然斷點(diǎn)法(natural breaks)，將評價(jià)區(qū)域的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值由高至低劃分為4～5個風(fēng)險(xiǎn)等級。

1.3 評價(jià)流程

根據(jù)前文的綜合評價(jià)模型，建立如圖1所示的海洋保護(hù)區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)流程，共分為6個主要步驟：① 評價(jià)區(qū)域界定與分析；② 風(fēng)險(xiǎn)受體分析；③ 風(fēng)險(xiǎn)源分析；④ 暴露與危害分析；⑤ 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)綜合評價(jià)；⑥ 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)管理對策。

圖1 保護(hù)區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的評價(jià)流程

2 應(yīng)用實(shí)例

2.1 評價(jià)區(qū)域界定與分析

2.1.1 保護(hù)區(qū)概況

濱州貝殼堤島與濕地國家級自然保護(hù)區(qū)(以下簡稱為“保護(hù)區(qū)”)位于山東省濱州市無棣縣城北60 km處。保護(hù)區(qū)功能分區(qū)有核心區(qū)、緩沖區(qū)、實(shí)驗(yàn)區(qū)，總面積為43 644.65 hm2，主要保護(hù)對象是貝殼堤島和濕地生態(tài)系統(tǒng)。保護(hù)區(qū)內(nèi)有兩列平行于海岸線的新、老貝殼堤。其中：第一列(古貝殼堤)位于保護(hù)區(qū)南部，埋深0.5 ～1 m，距今5 000多年；第二列(新貝殼堤)位于保護(hù)區(qū)北部，屬于裸露開敞型，距今2000～1500年，該貝殼堤仍不斷生長。兩列貝殼堤之間的濕地和向海的潮間濕地與潮下濕地組成了世界罕見的貝殼堤島與濕地系統(tǒng)。保護(hù)區(qū)內(nèi)物種豐富，海洋動植物有50余種，濱海濕地植物有350種。此外，保護(hù)區(qū)是東北亞內(nèi)陸和環(huán)西太平洋鳥類遷徙的中轉(zhuǎn)站和越冬、棲息、繁衍地，區(qū)內(nèi)各種鳥類96種[12]。

2.1.2 評價(jià)范圍

根據(jù)保護(hù)區(qū)的地理環(huán)境特點(diǎn)及日常管理特點(diǎn)，確定保護(hù)區(qū)的功能區(qū)范圍(包括核心區(qū)、緩沖區(qū)和實(shí)驗(yàn)區(qū))為生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)區(qū)域。

2.2 風(fēng)險(xiǎn)受體分析

2.2.1 生態(tài)景觀類型

生態(tài)景觀結(jié)構(gòu)是區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)的基礎(chǔ)[4]。本研究以經(jīng)過幾何校正的2013年Landsat ETM遙感影像數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，于2014年5月前往保護(hù)區(qū)進(jìn)行實(shí)地調(diào)研和GPS定點(diǎn)，建立各種生境類型的解譯標(biāo)志，利用遙感軟件ENVI 4.8解譯保護(hù)區(qū)的生態(tài)景觀類型。同時，通過對最新紙質(zhì)海圖的數(shù)字化，提取淺海和灘涂的分界線。最后，在ArcGIS10.2軟件上，編制保護(hù)區(qū)生態(tài)景觀類型分布圖。

保護(hù)區(qū)共劃分為9種生境類型，即淺海、灘涂、貝殼堤、養(yǎng)殖池塘、鹽田、河流、居民地、灌草叢、耕地。

2.2.2 受體的選取

保護(hù)區(qū)的生境通常是各種動植物(如濱海植物、陸上野生動物、海洋生物)的棲息地，其所承受的風(fēng)險(xiǎn)可用來推斷、分析或代表整個區(qū)域的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。此外，前文分析得到保護(hù)區(qū)生境類型已將主要保護(hù)對象(貝殼堤島和濱海濕地生態(tài)系統(tǒng))納入在內(nèi)。因此，本研究選擇保護(hù)區(qū)的9種生境作為風(fēng)險(xiǎn)受體。

2.2.3 生態(tài)終點(diǎn)

生態(tài)終點(diǎn)是指在具有不確定性的風(fēng)險(xiǎn)源作用下，風(fēng)險(xiǎn)受體可能受到的損害以及由此而發(fā)生的區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的損傷[4]。保護(hù)區(qū)可能的生態(tài)終點(diǎn)有以下幾種：① 主要保護(hù)對象(即貝殼堤島與濱海濕地生態(tài)系統(tǒng))的退化，包括貝殼堤島因人為活動或自然災(zāi)害作用受到破壞后蝕退或難以形成新貝殼堤、濱海濕地生物多樣性嚴(yán)重喪失(珍稀鳥類滅絕，地表植被毀壞、海洋生物減少)等；② 保護(hù)區(qū)生態(tài)環(huán)境受損退化，包括陸域和海域環(huán)境質(zhì)量的下降；③ 保護(hù)區(qū)內(nèi)人類合理開發(fā)利用的資源(如居民地)或活動(水產(chǎn)養(yǎng)殖和鹽場)受自然災(zāi)害的損害影響。

2.3 風(fēng)險(xiǎn)源分析

2.3.1 風(fēng)險(xiǎn)源識別

威脅保護(hù)區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)源可分為兩大類：自然風(fēng)險(xiǎn)源和人為風(fēng)險(xiǎn)源。自然風(fēng)險(xiǎn)源主要有海岸侵蝕、海水入侵、風(fēng)暴潮、海冰、赤潮等災(zāi)害。人為風(fēng)險(xiǎn)源主要有海水污染、圍填海(圍墾及沿岸工程修筑)、溢油事故等。

根據(jù)2002-2013年的《北海區(qū)海洋災(zāi)害公報(bào)》《濱州市海洋環(huán)境公報(bào)》《中國海洋災(zāi)害公報(bào)》以及有關(guān)著作、論文等文獻(xiàn)資料[8-19]，分析各自然災(zāi)害發(fā)生的概率、強(qiáng)度及范圍，結(jié)合對保護(hù)區(qū)管理人員的采訪調(diào)研，本研究確定等為海岸侵蝕、風(fēng)暴潮、海冰、海水污染、圍填海、溢油等6種海洋災(zāi)害和人類活動為本區(qū)的主要風(fēng)險(xiǎn)源。

2.3.2 風(fēng)險(xiǎn)源描述

風(fēng)險(xiǎn)源通常采用發(fā)生概率、嚴(yán)重程度、影響范圍來描述。風(fēng)險(xiǎn)源的概率是指一定年限內(nèi)災(zāi)害/事件的發(fā)生年數(shù)與統(tǒng)計(jì)年數(shù)的比值。風(fēng)險(xiǎn)源的嚴(yán)重程度分成重大、較大、一般。

風(fēng)暴潮、海冰等海洋災(zāi)害的發(fā)生概率是根據(jù)各類公報(bào)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)得到；海岸侵蝕的影響范圍根據(jù)文獻(xiàn)[18]研究結(jié)果分析劃定；圍填海發(fā)生概率根據(jù)2004年以來遙感影像數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)得到，并認(rèn)為保護(hù)區(qū)內(nèi)的圍填海危害等級都屬于重大級別；保護(hù)區(qū)附近港口航道是發(fā)生溢油事故的高概率區(qū)(事故發(fā)生概率采用文獻(xiàn)[19]報(bào)道的數(shù)值)，航道周邊區(qū)域被污染概率可根據(jù)不利風(fēng)向頻率和事故發(fā)生概率的乘積來推算；海水污染概率則根據(jù)多年環(huán)境狀況公報(bào)給出的污染頻率來統(tǒng)計(jì)確定。最后，得到6種風(fēng)險(xiǎn)源的概率(表1)。

表1 各風(fēng)險(xiǎn)源概率統(tǒng)計(jì)

注：①表示缺少區(qū)域數(shù)據(jù)，采用文獻(xiàn)[19]報(bào)道的渤海區(qū)船舶和港口溢油事故平均數(shù)據(jù).

2.4 暴露與危害分析

2.4.1 主要海洋災(zāi)害的危害

風(fēng)暴潮可以造成居民死亡，沖毀沿岸養(yǎng)殖池塘、鹽田，損毀沿岸工程，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。如1992年、1997年的兩次特大風(fēng)暴潮，給濱州市造成直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)15億元。風(fēng)暴潮引起的沿岸增水，加劇了海岸侵蝕對沿海環(huán)境的破壞[9]。風(fēng)暴潮災(zāi)還往往擴(kuò)大海水入侵的范圍，加劇海水入侵的危害。

海岸侵蝕使岸線后退，灘面下蝕，直接導(dǎo)致濱海濕地面積損失。濱海濕地基底物質(zhì)流失，營養(yǎng)物質(zhì)缺乏，海水理化性質(zhì)發(fā)生變化，波浪擾動強(qiáng)烈，不利于貝類的生長，難以形成新貝殼堤[10]。

嚴(yán)重的海冰給水產(chǎn)養(yǎng)殖造成巨大損失，許多越冬的水產(chǎn)品因?yàn)榈蜏睾腿毖醵劳觯瑴\海灘涂貝類受災(zāi)嚴(yán)重。2010年海冰災(zāi)害使無棣縣的養(yǎng)殖貝類死亡率達(dá)到了近70%，2011年的海冰災(zāi)害造成無棣近1萬t養(yǎng)殖貝類死亡，經(jīng)濟(jì)損失達(dá)到七八百萬元。

2.4.2 主要人類活動的危害

保護(hù)區(qū)內(nèi)的圍填海主要包括圍墾和沿岸工程的建設(shè)。濱海濕地一旦被圍墾就等于切斷了與海水的直接聯(lián)系，在貝殼堤后幾十米修建養(yǎng)殖池，養(yǎng)殖池防護(hù)堤阻擋潮水向后漫溢，波浪作用在此增強(qiáng)[11]。圍填海，往往導(dǎo)致原有的貝殼堤島的徹底損失，危害極大。

保護(hù)區(qū)內(nèi)外污染物改變了生態(tài)環(huán)境的物質(zhì)基礎(chǔ)，生態(tài)環(huán)境的結(jié)構(gòu)和面貌隨之發(fā)生變化，與原有環(huán)境相適應(yīng)的生物群落因此而退化，生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞[16]。

保護(hù)區(qū)外的港口碼頭建設(shè)工程，加重了海岸侵蝕和淤積。黃驊港和濱州港的修建改變了貝殼堤沿岸潮流特征，加劇了對貝殼堤的侵蝕和沖刷，同時也影響了近岸貝殼堤物種的棲息地環(huán)境；另一方面，這兩個港口如果發(fā)生石油、化學(xué)品等的泄漏事故，對保護(hù)區(qū)的海域會造成巨大影響。

2.5 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)綜合評價(jià)

2.5.1 風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)的劃分

為保證空間數(shù)據(jù)疊加計(jì)算分析的一致性，以保護(hù)區(qū)生境類型分布圖為基礎(chǔ)，采用與Landsat ETM遙感影像數(shù)據(jù)相同的空間分辨率(即30 m×30 m)，將評價(jià)區(qū)域劃分為1 695×1 935個風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)。

2.5.2 綜合風(fēng)險(xiǎn)概率計(jì)算

各主要風(fēng)險(xiǎn)源對風(fēng)險(xiǎn)受體的作用強(qiáng)度是不同的，對形成區(qū)域性生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的作用大小也有差異。采用層次分析法得到各風(fēng)險(xiǎn)源的權(quán)重：風(fēng)暴潮0.38，海岸侵蝕0.26，海水污染0.17，圍填海0.11，溢油0.05，海冰0.03。根據(jù)式(2)，計(jì)算得到各個風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)的綜合風(fēng)險(xiǎn)概率(Pk)，其空間分布如圖2所示。

圖2 保護(hù)區(qū)綜合風(fēng)險(xiǎn)概率分布

2.5.3 綜合損失度計(jì)算

(1)自然生態(tài)指數(shù)。根據(jù)式(5)至式(8)及保護(hù)區(qū)科學(xué)考察報(bào)告、學(xué)術(shù)著作中的物種統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)[12-14]，在ArcGIS平臺上統(tǒng)計(jì)各參數(shù)的分布，通過保護(hù)對象重要性指數(shù)(Xi)(其中該保護(hù)區(qū)的新貝殼堤的重要性指數(shù)直接賦值為1.0)、生物多樣性指數(shù)(Vi)、自然度指數(shù)(Zi)3個分指數(shù)計(jì)算得到各個風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)的自然生態(tài)指數(shù)(Ei)。

(2)社會經(jīng)濟(jì)指數(shù)。保護(hù)區(qū)內(nèi)存在社會經(jīng)濟(jì)活動的風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)(生境)主要有灘涂、養(yǎng)殖池塘、鹽田、耕地、居民地。這些小區(qū)的社會經(jīng)濟(jì)損失度系數(shù)(d)分別賦值為0.3、0.9、0.7、0.5、0.5，其余風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)賦值為0。根據(jù)式(9)計(jì)算得到各個風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)的社會經(jīng)濟(jì)指數(shù)(Si)。

(3)脆弱度指數(shù)。按照最脆弱到最穩(wěn)定來排序，分別保護(hù)區(qū)的9種生境賦以數(shù)值：貝殼堤9，灘涂8，灌草叢7，淺海水域6，河口水域5，養(yǎng)殖池塘4，耕地3，鹽田2，居民地1。根據(jù)式(10)和式(11)，歸一化得到各類生境的脆弱度指數(shù)(Fi)為：貝殼堤1，灘涂0.875，灌草叢0.75，淺海水域0.625，河口水域0.5，養(yǎng)殖池塘0.375，耕地0.25，鹽田0.125，居民地0，并將相應(yīng)的數(shù)值賦予對應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)。

根據(jù)前面的自然生態(tài)指數(shù)(Ei)、社會經(jīng)濟(jì)指數(shù)(Si)和脆弱度指數(shù)(Fi)，利用式(4)計(jì)算各風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)的綜合損失度指數(shù)(Di)及其空間分布(圖3)。

圖3 保護(hù)區(qū)綜合損失度分布

2.5.4 綜合風(fēng)險(xiǎn)值計(jì)算

根據(jù)綜合風(fēng)險(xiǎn)概率和綜合損失度，利用式(1)計(jì)算得到所有風(fēng)險(xiǎn)小區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)值。然后利用ArcGIS軟件的自然斷點(diǎn)法劃分為4個級別的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)(即由高至低排序分別是一級、二級、三級、四級風(fēng)險(xiǎn)區(qū))，得到保護(hù)區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)綜合評價(jià)圖(圖4)。

圖4 保護(hù)區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)綜合評價(jià)

2.6 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)管理對策

2.6.1 一級風(fēng)險(xiǎn)區(qū)

分布區(qū)域：核心區(qū)內(nèi)大口河岸段和北部的灘涂區(qū)域。其中，大口河至高坨子海岸侵蝕影響較大，嚴(yán)重威脅該岸段的貝殼堤。北部灘涂是貝殼堤的物源地，受海底侵蝕和河口長期陸源污染的共同作用，貝類生物的生存環(huán)境受到嚴(yán)重威脅，不利于新貝殼堤的形成和發(fā)展。

管理對策：① 開展海洋環(huán)境動力的監(jiān)測評價(jià)，科學(xué)分析海岸侵蝕和淤積的趨勢及影響，制訂有效的防護(hù)措施，逐步控制和降低黃驊港和濱州港建設(shè)對貝殼堤帶來的損害影響；② 與地方環(huán)境保護(hù)部門共同加強(qiáng)對大口河陸源污染排放的監(jiān)測，控制工業(yè)、生活污水的排放；③ 開展灘涂貝類生物資源修復(fù)工程，為貝殼堤的發(fā)育提供物源條件。

2.6.2 二級風(fēng)險(xiǎn)區(qū)

分布區(qū)域：核心區(qū)高坨子至馬頰河口及近岸灘涂區(qū)域。該區(qū)域受輕微海岸侵蝕和馬頰河的陸源污染影響，馬頰河口的灘涂也存在圍填海風(fēng)險(xiǎn)。

管理對策：① 控制馬頰河陸源污染，減輕工業(yè)污染對灘涂貝類生物的損害；② 加強(qiáng)圍填海管控，降低新貝殼堤直接滅失的概率。

2.6.3 三級風(fēng)險(xiǎn)區(qū)

分布區(qū)域：緩沖區(qū)的淺海水域和第二列貝殼堤后的灌草叢地帶。淺海水域容易受到多種風(fēng)險(xiǎn)源的威脅。后者該區(qū)域珍稀物種及鳥類資源較多，生態(tài)環(huán)境脆弱，容易受到居民活動(保護(hù)區(qū)成立前已有一個村莊)和風(fēng)暴潮的影響。

管理對策：① 與當(dāng)?shù)卮迕耖_展社區(qū)共管工作，加強(qiáng)宣傳教育，提高村民對貝殼堤島和濕地生態(tài)系統(tǒng)重要性的認(rèn)識；② 加強(qiáng)對貝殼堤與灌草叢獨(dú)特生態(tài)系統(tǒng)和珍稀、瀕危物種的保護(hù)，加強(qiáng)外來人員活動的監(jiān)控，禁止人類活動干擾。

2.6.4 四級風(fēng)險(xiǎn)區(qū)

分布區(qū)域：第二列貝殼堤以南的養(yǎng)殖池塘和鹽田、馬頰河及其河岸灘涂。該區(qū)域存在水產(chǎn)養(yǎng)殖、鹽田等資源開發(fā)利用活動，社會經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高，主要受風(fēng)暴潮及其引起的淹沒影響。但2003年開始建設(shè)防潮堤以來，風(fēng)暴潮對該區(qū)域的威脅概率和程度都在降低。

管理對策：做好較大和特大風(fēng)暴潮災(zāi)害的防范工作，加強(qiáng)對鹽田的保護(hù)，并做好居民的災(zāi)前預(yù)警、疏散工作。

3 結(jié)束語

本研究從主要保對象及其生境的保護(hù)管理角度出發(fā)，參考區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)理論方法，以R=P×D模型為基礎(chǔ)，構(gòu)建ArcGIS支持下的海洋保護(hù)區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)方法。在此基礎(chǔ)上，以濱州貝殼堤島與濕地自然保護(hù)區(qū)為例，完成主要自然災(zāi)害和人類活動共同作用下的保護(hù)區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)綜合評價(jià)。

由于研究中的計(jì)算采用歷史資料的統(tǒng)計(jì)及實(shí)地調(diào)查數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)本身會存在一定的誤差(如文獻(xiàn)資料通常僅給出風(fēng)暴潮、海冰災(zāi)害等級，但缺少損害影響空間分布圖；又如風(fēng)險(xiǎn)概率統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)時間序列較短等)，這給評價(jià)結(jié)果帶來一定的不確定性。下一步工作綜合運(yùn)用多種定量分析技術(shù)(如數(shù)值模擬預(yù)測技術(shù)、遙感技術(shù)、GIS技術(shù))，完善現(xiàn)有的評價(jià)方法；收集更全面和客觀的數(shù)據(jù)資料，提高評價(jià)結(jié)果的可靠性，使其能更有效地服務(wù)保護(hù)區(qū)管理工作。

值得注意的是，目前人類活動的威脅日益增大，越來越多的海洋保護(hù)區(qū)面臨著范圍調(diào)整的巨大壓力。本研究建立的評價(jià)方法能夠以直觀的方式反映保護(hù)區(qū)在自然和人為風(fēng)險(xiǎn)源共同作用下的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)空間分布特征，評價(jià)結(jié)果可以為保護(hù)區(qū)功能區(qū)的優(yōu)化調(diào)整提供科學(xué)決策參考。同理，若在建立新海洋保護(hù)區(qū)之前，對主要保護(hù)對象及其生境所在區(qū)域進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)，有利于更科學(xué)地劃定重點(diǎn)保護(hù)分區(qū)和緩沖分區(qū)，以及減少正式建區(qū)后進(jìn)行范圍調(diào)整的可能性。也就說，海洋保護(hù)區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)方法在海洋保護(hù)區(qū)的選劃論證方面具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

[1] 國家海洋局.2012年中國海洋環(huán)境狀況公報(bào)[R].2013.

[2] 環(huán)境保護(hù)部.關(guān)于調(diào)整天津古海岸與濕地等5處國家級自然保護(hù)區(qū)有關(guān)事項(xiàng)的通知[Z].2009.12.

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國家海洋局近岸海域生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金項(xiàng)目(201303)；山東省海洋生態(tài)環(huán)境與防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金項(xiàng)目(2012008)；國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41306099).

X55

A

1005-9857(2015)10-0059-07