昌黎縣海洋環境承載力評估研究

趙 蕾, 曹議丹, 高偉明

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昌黎縣海洋環境承載力評估研究

趙 蕾, 曹議丹, 高偉明

(河北師范大學資源與環境科學學院, 河北省環境演變與生態建設實驗室, 河北石家莊050024)

選取昌黎縣海岸線人工化指數、海域開發資源效應指數、海水水質等指標構建昌黎縣海洋資源環境承載力評價指標體系, 采用專項評價和綜合評價相結合的方法, 對河北省昌黎縣資源環境承載力進行評估研究。結果表明, 受入海懸沙量變化和入海污染物的影響文昌魚棲息地遭到嚴重破壞, 海洋生態承載狀況為嚴重超載, 因此需要采取控制污染源, 加強監管等手段來改善文昌魚生長環境壓力。

海洋資源環境承載力; 指標體系; 評估; 文昌魚; 河北省昌黎縣

近幾十年隨著海洋經濟的迅猛發展海洋環境正面臨著巨大壓力, 為高效開發利用海洋資源環境, 需要對其承載力進行科學評估研究[1-2]。馬爾薩斯(1789)是第一個認識到環境限制因子對人類社會物質增長過程有著重要影響的科學家[3]。1995年, 諾貝爾獎獲得者Arrow在Science上發表了《經濟增長、承載力和環境》, 在學界和政界均引起了極大的反響[4]。21世紀初, 國內研究的視角才逐步轉移到區域資源環境承載力的綜合研究[5-7]。

昌黎縣位于河北省東北部, 東瀕渤海, 全縣海域面積757.88 km2, 海岸線長64.94 km。昌黎縣海域資源豐富, 其中岸線主要用于漁業和旅游岸線開發, 灘涂(潮間帶)資源以沙灘為主, 被評為中國最美的八大海岸之一, 淺海資源水質清潔, 海洋生物豐富, 是生物進化研究的“活化石”——文昌魚在渤海的主要棲息地。但近年來, 文昌魚生境退化, 生物量呈下滑趨勢。除文昌魚外昌黎縣其他海域資源也受到不同程度的破壞, 因此為更加科學的管理昌黎縣海洋資源環境, 促進其可持續發展, 需要對其承載力進行系統、準確的評估研究。

1 評估數據及方法

1.1 數據來源及處理

所用數據主要來源于保護區的監測數據, 監測站位共19個(1-19號站)(圖1), 另外還從海域使用管理部門、漁業管理部門等相關部門及區域社會經濟統計和海洋經濟統計資料中獲取所需的原始數據, 對2014年遙感影像進行預處理、解譯獲得部分數據, 利用Mapinfo等地圖信息系統平臺將實測數據與影像圖進行編輯, 輸出獲取所需數據。

在對生態承載狀況(2)指標中的浮游動物變化狀況(2-F)指標計算時, 以2012年-2014年的平均值作為理想值對浮游動物密度()和生物量()進行無量綱化處理, 而文昌魚棲息地退化狀況(2-H)的計算則以2002年-2014年的平均值作為理想值進行計算。海洋生態風險狀況(3)以2004年-2014年的以來昌黎縣所轄海域內赤潮年均發生頻次來確定, 其他指標的計算均使用2014年數據。

1.2 評價指標及方法

所用的評價指標和評估依據均采用國家海洋局《海洋資源環境承載能力監測預警指標體系和技術方法指南》中所涉及的相關評估標準。

將海岸線開發強度(1)和海域開發強度(2)作為海洋空間資源承載能力評估的二級指標[8], 采用單因子評價法, 分別獲取指標評估結果并按評估依據進行分級評估[9]。

計算海岸線人工化指數:

其中,總為海岸線總長度,mBmH分別為圍池壩和交通運輸2種海岸線利用類型長度,BH分別為這2種海岸線利用類型的海洋資源環境影響因子。

以省級海洋功能區劃為基礎構建海岸線開發利用評價標準:

其中,i為第i類海洋功能區毗鄰海岸線長度,i為第i類海洋功能區海洋開發對海岸線的影響因子,總為海岸線總長度。

海岸線開發強度:

海域開發資源效應指數:

其中,為海域使用類型數,i為第i種類型的用海面積,i為第i種類型用海的資源耗用指數,為海域使用總面積。

海洋資源效應指數評估標準:

其中,i為第 i 類海洋功能區面積,i為第 i 類海洋功能區海洋開發對海域空間資源的影響因子,總為海洋功能區劃面積之和。

海域開發強度:

依據海洋生態環境保護的主要內容, 將海洋環境承載狀況(1)、海洋生態承載狀況(2)和海洋生態環境災害風險狀況(3)作為海洋生態環境承載能力評估的二級指標。除海洋生態承載狀況采用“短板效應”的綜合評價法外, 其他承載力狀況均采用單因子評價法。

海洋環境承載狀況分級評估:

其中,i為符合海洋功能區水質要求的第 i 類功能區面積,總為昌黎縣所轄海域總面積。

借鑒《近岸海洋生態健康評價指南》(HY/T 087)相關評價方法[10], 來計算浮游動物變化狀況(2-F):

其中,D和D分別為近3年區域內浮游動物密度()和生物量()的平均值。

文昌魚棲息地退化狀況依據底棲生物變化狀況進行評估。與基準年(2002年)及評價區域多年相對密度平均值1-ave進行比較反映棲息地退化狀況(B1)。

以海洋赤潮災害狀況(3-A)作為海洋生態環境風險狀況(3)的評估結果。依據《赤潮監測技術規程》(HY/T 096)統計2004年以來昌黎縣所轄海域內赤潮年均發生頻次, 評估海洋生態環境風險狀況[11]。

采用均值化方法來消除量綱和數量級的影響[12]。

根據昌黎縣海洋開發利用狀況及海洋資源環境狀況對昌黎縣海洋環境承載力各指標構建承載力評價指標體系框架(圖2), 采用層次分析法, 分別賦予各指標一個權重, 使其能充分體現各自的重要性[13-14], 從而得到各因素的權重分配集{1,2,3,…,i}, 其一致性檢驗步驟如下[15]。

計算一致性比值, 檢驗判斷矩陣的一致性:

表1 平均隨機一致性指標取值

2 各指標承載能力評估

2.1 海洋空間資源承載能力評估

2.1.1 岸線開發強度

依據2014年衛星影像遙感數據解析結果, 獲得河北省大陸岸線開發利用類型及現狀, 昌黎縣圍池壩和交通運輸的實際使用長度分別為45.323, 0.375 km,經計算得出P為0.423。將海洋功能區劃圖與河北省岸線圖在Mapinfo中進行疊加得到農漁業區, 旅游休閑娛樂區, 海洋保護區毗鄰岸線長度(圖3), 經計算P0約為0.682。因此海岸線開發強度1約為0.62, 按照表2進行評估昌黎縣海岸線承載狀況為臨界超載。

表2 海岸線開發強度分級評估

2.1.2 海域開發強度

依據海洋功能區劃技術導則所劃定的農漁業區、旅游休閑娛樂區、海洋保護區[16], 確定昌黎縣海域海洋功能區范圍(圖3), 結合截至2014年年底的海域使用確權數據, 利用公式(4), (5)分別計算得出海域開發資源效應指數P約為0.80, 海洋空間開發利用評價標準P0約為0.48。按照表3進行評估海域承載狀況為臨界超載。

表3 海域開發強度分級評估

2.2 海洋生態環境承載能力

2.2.1 海洋環境承載狀況

各類型海洋功能區海水水質以海水水質標準進行評價[17]。通過對昌黎縣2014年海域圖, 2014年河北省海洋水質圖和河北省海洋功能區劃圖(2011~ 2020年)在MapInfo中疊加(如圖4)并計算可得到表4。經計算2014年昌黎縣海洋環境承載狀況值約為0.80, 依據表5可得出目前昌黎海洋環境承載狀況為剛剛超載。

2.2.2 海洋生態承載狀況

2.2.2.1 浮游動物變化狀況(2-F)

依據2012~2014年河北省近岸大型浮游動物密度和生物量監測結果[18], 評價昌黎縣浮游動物變化狀況, 由公式(8)計算出2-F值為81.3%, 按照表6進行評估浮游動物變化狀況(2-F)為超載。

表4 河北省昌黎縣海域各功能區海水水質所占面積

表5 海洋環境承載狀況分級評估

表6 浮游動物變化狀況分級評估

2.2.2.2 珍稀瀕危生物棲息地退化狀況(2-H)

2014年文昌魚棲息密度降至歷史最低(圖5), 經計算得出2014年文昌魚的數量與基準年(2002年)相比變化比例為48%, 文昌魚相對密度下降了19%, 按照表7進行評估文昌魚棲息地退化狀況為嚴重超載。

表7 珍稀瀕危生物棲息地退化狀況分級評估方法

綜合浮游動物變化狀況(2-F)和珍稀瀕危生物棲息地退化狀況(2-H)的評估結果, 根據“短板效應”對比2-F和2-H可看出文昌魚棲息地退化狀況最差, 所以海洋生態承載狀況(2)為嚴重超載。

2.2.3 海洋生態環境風險狀況

經統計2009年新開河口附近和2011年新開口海域發生赤潮[19], 因此, 海洋赤潮災害狀況(3-A)約為0.2小于0.5, 按照表8進行評估昌黎海洋生態環境風險狀況為可載。

2.3 昌黎縣海洋資源環境承載力評估結果

利用層次分析法, 對昌黎縣海洋環境承載力進行綜合評估[20-21], 綜合評價結果如下(表9)。

表8 海洋赤潮災害狀況評估結果及分級標準

表9 昌黎縣海洋環境承載力綜合評估結果

綜合評估結果表明各指標對承載力影響的重要程度為: 海洋生態承載狀況(2)>岸線開發強度(1)>海洋環境承載狀況(1)>海域開發強度(2)>生態環境風險狀況(3)。

3 討論與結論

3.1 討論

綜合評估結果表明, 海洋生態承載狀況對昌黎縣海洋環境承載力影響較大, 而海洋生態承載狀況是通過綜合浮游動物變化狀況(2-F)和珍稀瀕危生物棲息地退化狀況(2-H)反映的, 根據“短板效應”對比2-F和2-H的評估結果得出海洋生態承載狀況主要是取決于文昌魚棲息地退化狀況, 因此海洋生態承載狀況為嚴重超載。

3.1.1 文昌魚棲息地退化的原因

3.1.1.1 入海懸沙量變化的影響

監控區文昌魚棲息地的形成得益于灤河輸沙沉積, 在近岸形成以細沙、中細沙為主的平緩地帶, 但近年來, 隨著引灤工程的建設, 灤河三角洲的入海淡水量及懸沙量嚴重減少, 三角洲發育的物源短缺, 明顯退化。多年平均輸沙量減少了95%, 引灤工程的建成, 灤河每年削減13×108 m3的水量已成定局, 在連續干旱年份, 灤河幾乎無水入海(灤縣水文站)[26]。造成文昌魚生境退化, 棲息地底質沙源補充嚴重不足。

3.1.1.2 入海污染物的影響

文昌魚對環境污染極其敏感。監控區海域內南為灤河口, 北為大蒲河口, 每年都有大量污染物由河口排入, 陸源污染源主要來自工農業廢水和生活污水, 主要包括化學需氧量(COD)、油類、重金屬、營養鹽、砷等, 污染物排放超標, 使監控區海域水質下降, 文昌魚及其他海洋生物的生存環境備受威脅[22]。另外近年來養殖面積猛增, 規模不斷擴大, 昌黎海域2009年海水養殖面積為44 350 hm2, 并呈逐年上升趨勢, 到2011年海水養殖面積增至51 025 hm2(由于區劃調整, 部分昌黎海水養殖面積歸入北戴河新區, 使2012年后昌黎海水養殖面積減少)其中淺海養殖面積占94%(2010年-2014年《秦皇島統計年鑒》), 養殖病害及養殖貝類糞沉降到海底也加劇了文昌魚棲息環境的改變[23]。育苗室、儲水池等向海內排放的養殖廢水, 導致水體中N、P等含量升高, 臨近水域營養鹽含量不斷增加, 進而加速了藻類在春夏季的大量繁殖和水體的富營養化[24-25]。這些都導致文昌魚的生物量呈下滑趨勢。

3.1.2 改善文昌魚生長環境壓力的建議與對策

首先, 應加強監管力度。近年來除灤河輸沙量逐年銳減外, 由于監管力度不夠盜沙采沙活動頻繁發生, 造成文昌魚棲息地的沙源嚴重破壞, 需要逐步加強對監控區海域附近挖沙船的管理[26]; 其次, 應控制污染源。監測區域內, 灤河、新開口、大蒲河入海污染物及近岸養殖排污等是主要污染源, 因此, 積極開發綠色有機農業、漁業, 減少農、漁業生產對沿岸海域造成的環境污染, 加強工業廢水的處理, 發展清潔生產技術, 從源頭上削減陸源排污總量, 降低陸域污染排放對海洋生物多樣性的破壞。另外, 需要合理發展海水養殖, 調控養殖規模, 優化養殖模式與結構, 在養殖容量許可范圍內科學用海[27], 為文昌魚的生長繁殖提供一個良好的環境。

3.2 結論

自2002年以來文昌魚棲息地砂含量的嚴重不足, 隨著沉積物類型和近岸海洋水環境的改變, 昌黎海區的文昌魚棲息密度和生物量總體呈明顯的下降趨勢, 2014年文昌魚棲息密度降至歷史最低, 與基準年(2002年)及評價區域多年相對密度平均值1-ave相比, 文昌魚棲息地退化狀況為嚴重超載。而由于漁業基礎設施的擴建導致海岸線承載狀況和海域承載狀況為臨界超載, 海洋環境承載狀況為剛剛超載, 僅海洋生態環境風險狀況為可載。為高效、和諧的開發利用海洋資源, 促進海洋經濟健康快速發展, 需要合理發展海水養殖, 優化養殖模式與結構, 規范養殖行為。加強廢水、廢物的處理, 有效控制陸源排污, 減少陸域污染物排放對海洋生物多樣性的破壞。另外, 相關的方針政策、法律法規及監測預警機制也應進一步完善。

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Assessment of marine environmental carrying capacity in Changli County

ZHAO Lei, CAO Yi-dan, GAO Wei-ming

(College of Resource and Environmental Sciences, Hebei Normal University, Shijiazhuang 050024, China)

In this study, we constructed a marine resource and environmental carrying capacity evaluation index system comprising an artificial coastline to understand the effect of the development on sea resources and sea-water quality in Changli County. We used both specific and comprehensive evaluation methods to assess the marine resource and environmental carrying capacity. The results show that the habitat of amphioxus has been seriously degraded due to sediment transport and marine pollution. Therefore, the marine ecological carrying capacity is currently seriously overloaded, making it absolutely essential to carefully control pollution sources, strengthen environmental monitoring efforts, and take other effective measures to relieve the environmental pressures on amphioxus growth.

marine resource and environmental carrying capacity; index system; classification assessment; amphioxus; Changli County in Hebei Province

(本文編輯: 康亦兼)

[Basic research project of applied basic research program of Hebei Province, No.14273303D]

Dec. 7, 2015

K903

A

1000-3096(2016)08-0084-07

10.11759/hykx20151207001

2015-12-07;

2016-04-16

河北省應用基礎研究計劃重點基礎研究項目(14273303D)

趙蕾(1991-), 女, 河北邯鄲人, 碩士研究生, 主要從事資源評價與可持續利用研究, E-mail: 13731155942@163.com, 電話: 13731155942; 高偉明(1962-), 通信作者, 教授, 主要從事資源評價與可持續利用研究, E-maill: gaowmd@263.net