深圳鵝公灣漁業水域生態系統健康狀況評價

趙漫 余景 陳丕茂 馮雪

摘要：【目的】了解深圳鵝公灣典型漁業水域的生態系統健康狀況，為人工魚礁的生態效果評估、近海資源增殖和養護提供技術支撐。【方法】基于2012和2013年對深圳鵝公灣海域生態環境的綜合調查資料，應用壓力狀態響應模型（PSR）綜合指數法評估深圳鵝公灣漁業水域生態系統的健康狀況。【結果】2012～2013年鵝公灣漁業水域生態系統的綜合健康狀況處于較健康和健康狀態，綜合健康指數（EHI）由高到低依次為春季>冬季>秋季>夏季，影響其健康狀況的主要因子是有機污染指數。鵝公灣海域人工魚礁區的綜合健康狀況優于對照區，其中，人工魚礁區的浮游植物密度、底棲生物生物量、浮游植物多樣性和底棲生物多樣性指標均處于健康狀態，富營養指數、石油類污染指數、浮游動物生物量指標處于較健康狀態，有機污染指數、魚卵仔魚密度和游泳生物資源密度處于亞健康狀態。【結論】深圳鵝公灣海域生態系統處于較健康到健康狀態，受有機污染指數、魚卵仔魚密度和游泳生物資源密度等因素的影響，投放人工魚礁有助于改善魚卵仔魚密度和底棲生物資源的健康狀況。

關鍵詞： 漁業水域；生態系統健康評價；PSR模型綜合指數法；深圳鵝公灣

中圖分類號： S932.2 文獻標志碼：A 文章編號：2095-1191（2016）06-1025-07

0 引言

【研究意義】海灣生態系統是海洋生態系統的一種，擁有全球最高的生產力，也是人類活動最頻繁的地區。我國海灣地區城市化程度高，人口密集，承載著全國42%的人口，創造了60%以上的國民經濟產值（康婧等，2012）。海洋產業中海水增養殖業發展迅速，至2014年海水增養殖產量占海水產品產量的比重已上升到55.41%，逐漸成為重要的食物來源之一（姜歡歡，2012；彭霈，2014）。近海工業和增養殖業的迅速發展極易造成水體富營養化、營養鹽失衡、生物群落結構異常、赤潮、堤壩被侵蝕、倒塌等危害頻發，生態環境惡化（Yu et al.，2010；彭霈，2014），因此海灣生態系統的健康狀況成為人們廣泛關注的熱點。【前人研究進展】在國外，海灣生態系統健康評價較早的研究案例是美國切薩皮克灣（Boesch，2000），自2006年起美國環保局選取生物完整性指數作為生物指標對切薩皮克灣的環境質量進行綜合評價。與此同時，歐盟國家也分別建立了沿岸海域生態環境質量綜合評價方法（韓彬和王保棟，2006）。國內較早的海灣生態系統健康評價是在萊州灣西部海域（楊建強等，2003），隨后，在大亞灣（林琳，2007；楊進等，2011；李純厚等，2015）、杭州灣（張海波，2009）、廉州灣（李利，2011）、膠州灣（孫永坤，2013）、深澳灣（謝玲等，2014）、東山灣（陸志強等，2015）等海灣也進行了相關研究，從不同時空尺度對海灣的生態系統健康狀況進行評價，結果反映這些海灣受到頻繁且高強度的開發利用，其健康狀況已發生不同程度的退化。目前，海灣生態系統健康評價的方法主要有兩種：指示物種法和多指標體系綜合指數法（劉焱序等，2015）。其中，指示物種法在生態系統健康評價研究的應用較早，但研究對象單一，難以全面反映復雜的生態系統健康狀況，具有一定的局限性；多指標體系綜合指數法根據指標的分類可分為綜合指數法、活力組織恢復（Vigor-organization-resilience，VOR）綜合指數法和壓力狀態響應模型（Pressure-state-response model，PSR）綜合指數法（趙漫等，2015），能夠綜合反映生態系統過程，已被廣泛應用于生態系統健康評價，尤其是綜合指數法和PSR模型成功應用于深澳灣（謝玲等，2014）和東山灣（陸志強等，2015）的健康評價。【本研究切入點】PSR模型綜合指數法是根據生態系統對外界壓力的反應而建立的生態系統健康評價指標體系，具有綜合性、系統性、整體性、靈活性等特點，已成功應用于海洋生態系統研究（Atkins et al.，2011；Shao et al.，2014；謝玲等，2014），但未見應用于深圳鵝公灣海域生態環境評估。【擬解決的關鍵問題】基于2012和2013年對深圳鵝公灣海域生態環境的綜合調查資料，應用PSR模型綜合指數法對該海域生態系統健康狀況進行評價，并對該海域人工魚礁區和對照區的健康狀況進行對比分析，以期為人工魚礁的生態效果評估、近海資源增殖和養護提供技術支撐。

1 材料與方法

1. 1 研究區域概況

鵝公灣位于深圳市大鵬灣內，面積約25 km2，水深0.9～7.6 m。2007年10月～2008年3月在鵝公灣內投放人工魚礁，建設了準生態公益型人工魚礁和國內首座開放型人工魚礁。灣內現有淺海養殖區0.40 km2和人工魚礁區2.54 km2，養殖方式以網箱、浮筏吊養為主，主要養殖軍曹魚、石斑魚、紅鮋、扇貝等經濟品種，是南海近海典型的漁業水域。

1. 2 調查時間及站位設置

于2012年8月（夏季）、11月（秋季）和2013年2月（冬季）、5月（春季）對深圳市鵝公灣海域進行海洋生態環境綜合調查。共設10個站位（圖1），分別在鵝公灣人工魚礁區（S1、S2、S3、S4、S5、S6和S7號站）和對照區（S8、S9和S10號站），調查站位分布于東經114°27′53.08″～114°29′5.05″，北緯22°28′21.97″～22°31′24.10″。

1. 3 調查項目及樣品分析方法

鵝公灣海域海洋生物資源狀況調查項目包括：浮游動植物密度、底棲生物生物量、游泳生物資源密度、魚卵仔魚密度等。調查過程中所有樣品的采集和分析方法均按照《海洋調查規范》（GB/T 12763-2007）和《海洋監測規范》（GB/T 17378-2007）規定的方法進行監測分析。評價標準所參考的歷史數據來自1964～1965年南海北部底拖網魚類資源調查報告（海南島以東）和南海北部近海海域綜合調查資料（中國水產科學研究院南海水產研究所，1966；賈曉平等，2012）。

1. 4 數據處理

在專家問卷調查的基礎上，通過層次分析法計算指標權重，利用SPSS 19.0對指標權重進行篩選并剔除指標權重的異常值，獲得各指標的權重。

1. 5 健康評價指標體系和評價標準

1. 5. 1 壓力狀態響應（PSR）評價體系 設定鵝公灣典型漁業水域生態系統健康評價的指標體系包括壓力指標、狀態指標和響應指標三大類，其中壓力指標包括有機污染指數（Organic pollution）、富營養指數（Eutrophication，E）和石油類污染指數（Pollution index，PI），狀態指標包括浮游植物密度（cells/m3）、浮游動物生物量（mg/m3）、底棲生物生物量（g/m2）、魚卵仔魚密度（cells/m3）和游泳生物資源密度（kg/km2），響應指標包括浮游植物多樣性指數和底棲生物多樣性指數。在此基礎上構建鵝公灣典型漁業水域生態系統健康評價體系層次結構，分別為目標層（A層）、指標層（B層）和分指標層（C層）3個層次（圖2）。其中，有機污染指數、富營養指數和石油類污染指數屬于水質指標，狀態指標和響應指標均為生物生境指標。

1. 5. 2 評價標準 評價標準優先參考國家標準，其次參考行業標準或相關研究案例。具體評價標準選擇如表1所示。

1. 5. 3 評價模型 綜合健康指數（Ecosystem Health Index，EHI）的計算參考公式（1）：

EHI=■wi×EHIi，j（1）

式中，EHI為綜合健康指數，EHIi，j為評價因子i在j點的健康指數，wi為第i個指標通過層次分析法獲得的權重，n為評價指標數。由此得出的健康指數均處于[0，1]區間內（表2），且健康指數越接近1生態系統健康狀況就越接近評價標準（林琳，2007；楊進等，2011）。

評價指標中，有機污染指數、石油類污染指數、富營養指數的健康指數計算參考公式（2）：

EHIi，j =1，C■≤C■■，C■>C■（2）

式中，EHIi，j為健康分指數，Ci，j為評價因子i在j點的實測值，Cs，j為評價因子i的評價標準值。

魚卵仔魚密度、游泳生物資源密度、浮游植物多樣性指數、底棲生物多樣性指數的健康指數計算參考公式（3）：

EHIi，j =1，C■≥C■■，C■式中，EHIi，j為健康分指數，C■為評價因子i在j點的實測值；C■為評價因子i的評價標準值。

浮游植物密度、浮游動物生物量、底棲生物生物量，評價標準是數集區間的指標，分指標健康指數計算參考公式（4）：

EHIi，j = 1，C■∈[C■，C■]■，C■>C■■，C■

2. 3 鵝公灣漁業水域人工礁區與對照區的健康評價結果

鵝公灣漁業水域人工礁區（S1～S7站位）和對照區（S8～S10站位）的綜合健康狀況如表5所示，總體上表現為人工礁區的綜合健康狀況優于對照區。其中，人工魚礁區的浮游植物密度、底棲生物生物量、浮游植物多樣性指數和底棲生物多樣性指數等均處于健康狀態，富營養指數、石油類污染指數、浮游動物生物量指標處于較健康狀態，有機污染指數、魚卵仔魚密度和游泳生物資源密度處于亞健康狀態。對照區的富營養指數、浮游植物密度、浮游植物多樣性指數和底棲生物多樣性指數等處于健康狀態，其他指標均處于亞健康狀態。

3 討論

3. 1 鵝公灣漁業水域生態系統健康狀況及其影響因素

在我國，作為典型漁業水域的黃海桑溝灣、南海深澳灣和大亞灣均開展過生態系統健康評價。其中，桑溝灣是我國北方以筏式養殖利用為主的典型海灣，養殖密度和規模是影響其生態系統健康的主要因素（傅明珠等，2013）；深澳灣是粵東地區典型的海水養殖基地，養殖品種過多和養殖面積過大是影響該海灣生態系統整體健康狀況的主要原因（謝玲等，2014）；大亞灣是一個半封閉海灣，灣內海水與外海交換較慢（Yu et al.，2010），其生態系統綜合狀況處于亞健康狀態（李純厚等，2015）。本研究采用PSR模型綜合指數法對鵝公灣漁業水域在2012～2013年期間的生態系統健康狀況進行評價，結果表明，鵝公灣漁業水域生態系統的健康狀況逐漸好轉，綜合健康狀況的季節變化趨勢為春季>冬季>秋季>夏季。對鵝公灣漁業水域生態系統健康狀況影響最明顯的因素為有機污染指數，主要超標因子是化學需氧量和活性磷酸鹽，結合近年來深圳市海洋局對大鵬灣7個陸源入海排污口水質監測的結果推測，陸源入海排污可能是導致鵝公灣水域化學需氧量和活性磷酸鹽超標的主要因素。

本研究調查結果顯示，春季鵝公灣漁業水域生態系統的EHI最高，綜合健康狀況最佳，主要影響因子是浮游動物生物量和游泳生物資源密度，其浮游動物生物量在四個季節中最高，各調查站位的浮游動物生物量普遍高于評價區間上限值。春季游泳生物資源密度最低，導致春季的浮游動物生物量和游泳生物資源密度的評價結果為不健康。冬季鵝公灣漁業水域的EHI次之，影響其健康狀況的主要因子是富營養指數。由于冬季游泳生物資源密度最高，生物排泄物增多，進而增加了海域溶解性無機氮的含量，對冬季海水中總無機氮濃度和化學需氧量濃度均有一定影響（楊進等，2011）。冬季鵝公灣漁業水域生態系統的富營養指數除6號站外，其他調查站位均高于評價標準，處于不健康狀態，且較其他季節的富營養健康狀況差。夏季鵝公灣漁業水域生態系統的EHI最小，健康狀況最差，影響其健康狀況的主要因子是有機污染指數，可能與夏季海水溶解氧濃度較低導致有機污染指數的評價結果較高有關（劉洋等，2011）。本研究還發現，鵝公灣水域漁業資源分指標的健康狀況呈季節性變化，且整個調查期間，人工魚礁區（S1～S7號站）漁業資源分指標的健康狀況比較穩定。對照區（S8～S10號站）在秋季底棲生物生物量高于評價標準、魚卵仔魚密度低于評價標準，而春季的游泳生物資源密度低于評價標準，從而影響了該海域的綜合健康狀況。可見，人工魚礁投放可有效改善海域生態系統的健康狀況，且具有資源增殖和養護的作用。

3. 2 鵝公灣人工魚礁區與對照區健康狀況對比分析

鵝公灣漁業水域人工魚礁區的EHI較高，方差較小，健康狀況優于對照區，且比較穩定。人工魚礁投放后，改變了海域原有的流場，形成上升流、背渦流和滯緩流。其中，上升流把底層的營養帶到表層，背渦流和滯緩流使營養物質在礁體周圍停留，有利于礁體周圍生物的生長和代謝，增加礁體周圍水域的初級生產力，進而產生集魚效應（Yu et al.，2015）。有關礁區海域的調查結果顯示，人工魚礁能為魚類和底棲生物提供適宜的索餌場、產卵和棲息場所，為仔幼魚提供庇護場所，使礁區附近海域漁業資源量有所增加（王宏等，2009；陳應華，2009；陳丕茂等，2013）。本研究結果表明，人工魚礁區海域的魚卵仔魚密度、底棲生物生物量和底棲生物生物多樣性指數的健康狀況均優于對照區，初步顯示出人工魚礁的增殖效應。影響人工魚礁區健康狀況的主要因子是化學需氧量，在春季和冬季，礁區化學需氧量濃度較高，超過了海水水質一類標準（陳應華，2009），造成人工魚礁區有機污染指數和富營養指數評價結果較高，健康狀況較差。這可能是由于人工魚礁區攝食生物增多，生物擾動增加，進而加速沉積物中有機物質的分解，導致礁區化學需氧量濃度較高。人工魚礁區海灣生態系統的健康狀況受人類活動、環境條件等的影響而發生相應變化，具有一定的時間效應和尺度效應（陳應華，2009），因此，評價系統中評價因子的選取、評價指標的確定及各指標權重的確定等均有待進一步研究。

4 結論

深圳鵝公灣海域生態系統處于較健康到健康狀態，受有機污染指數、魚卵仔魚密度和游泳生物資源密度因素的影響，投放人工魚礁有助于改善魚卵仔魚密度和底棲生物資源的健康狀況。

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（責任編輯 蘭宗寶）