南極海洋保護區設立的適宜性評價研究

龐小平 季青 李沁彧 李冰潔

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南極海洋保護區設立的適宜性評價研究

龐小平1,2,3季青1,2李沁彧3李冰潔1

(1武漢大學中國南極測繪研究中心, 湖北 武漢 430079;2武漢大學國家領土主權與海洋權益協同創新中心, 湖北 武漢 430072;3武漢大學資源與環境科學學院, 湖北 武漢 430079)

南大洋海域因其特殊的地理位置、極端的氣候環境和豐富的資源, 具有重要的科學和經濟意義。當今世界各國力爭國家權益, 積極參與南極海洋保護區設立的國際事務, 然而我國雖對此持續關注, 但相關研究甚少, 在南極海洋保護區設立的適宜性評價指標和區劃方法研究方面幾近空白。在此背景下, 通過對現有各國南極海洋保護區的提案分析, 嘗試構建南極海洋保護區設立的適宜性評價的多級指標體系, 并基于我國南極科學考察數據, 運用層次分析法和加權疊加分析, 對普里茲灣海洋保護區設立的適宜性進行案例研究, 以期為我國南極海洋保護區的設立和相關研究提供參考。

海洋保護區 適宜性評價 評價指標體系 區劃分析 南極 案例研究

0 引言

南極海洋保護區(Marine Protected Area, 以下簡稱“MPA”)是為自然資源提供保護的南極海洋區域, 在南極MPA內, 某些人類活動受到限制, 以滿足棲息地保護、生態系統監測或漁業管理等特定保護目標[1]。南極MPA的設立一方面有利于保護南極海洋生態環境, 另一方面也是各國爭取和彰顯國家影響力的重要舉措。因此, 對南極MPA開展研究, 有利于我國參與南極生態系統的保護工作, 維護我國在國際南極治理事務中的話語權和影響力。

為了在《南極海洋生物資源養護公約》等南極條約體系及其他有關國際公約框架下掌握南極國際事務方面的主導權, 國外較早地開展了南極MPA的研究。Constable等[2]針對《南極海洋生物資源養護公約》中保護生態系統的管理方式進行了研究; Hyrenbach[3]分析了海洋生物棲息地的變化, 指出MPA的建立應包括相關監測方案, 以評估設計的有效性; Lombard等[4]針對南極愛德華王子島專屬經濟區(EEZ)中MPA的設立進行了研究, 在分析物種、底棲生境和生態系統等空間分布數據后, 劃定了三個南極MPA。Griffiths[5]分析了南大洋的海洋生物多樣性, 確定了需要保護的主要四個目標物種, 為南極MPA的設立提供了參考; Edgar等[6]則是在世界范圍內調查了87個MPA, 總結了效益良好的MPA具有的五個方面主要特征; Ballard[7]以南極羅斯海的9種共存動物為對象, 確定了物種保護的優先順序; Harris[8]指出南極MPA的建立需要考慮海洋范圍內的物種多樣性和瀕危物種的分布。Agardy[9]建議應根據不同情況采取靈活、多樣、有效的策略建立MPA; 綜合現有MPA及南極MPA的研究, 雖對MPA設立的目標、特征及方法等給出了指導建議, 但這些建議還缺乏實例分析, 對南極MPA設立過程中的定量分析方法仍有待于進一步探索。

近年來, 國內一些學者開始在南極MPA設立的法律、制度和政策等方面開展了研究。陳力[10]梳理了南極MPA的國際法依據及其特征, 探討MPA的合法性問題; 楊雷[11]對《南極海洋生物資源養護公約》進行了分析, 并針對MPA科研監測計劃、管理計劃、養護計劃等問題進行了探討; 桂靜[12]以南極MPA為視角分析了不同維度下保護區現狀和發展趨勢。此外, 也有學者對目前國際上已通過或提出的南極MPA提案進行研究。鄭雷[13]分析了南極羅斯海MPA提案的發展趨勢, 提出我國應對羅斯海MPA提案的建議; 唐建業[14]分析了各國對羅斯海MPA提案和東南極MPA提案的政治爭議。總體而言, 與國外南極MPA研究相比, 我國起步較晚, 目前處于理論分析階段, 側重于南極MPA建立的法律和政策基礎層面, 而對于南極MPA建立的模型方法及其適宜范圍區劃還缺少實例研究。

目前, 在國際南極海洋生物資源養護委員會(CCAMLR)的會議中, 一些國家已提出了關于設立南極MPA的提案, 但這些提案中并沒有統一的有關MPA設立過程中的適宜性評價指標體系。適宜性即合適性, 是指對策略或計劃的目標、要求等符合的情況。南極MPA適宜性評價是針對保護生物棲息地、監測生態系統、管理漁業等特定目標, 對南大洋或其某一海域海洋環境是否適宜及其程度差異的綜合評定與區劃。然而, 目前我國尚未構建南極MPA適宜性評價的指標體系和模型, 對南大洋MPA區劃方法的實例研究也很不充分。綜合當前的國際背景與研究現狀, 我國非常有必要加強關于南極MPA的研究。本文即在此背景下, 在分析現有南極MPA提案的基礎上, 嘗試構建MPA的適宜性評價指標體系, 并以南極普里茲灣為例開展適宜性評價方法的實例研究, 以期為我國南極MPA建設及全面參與國際南極治理提供參考。

1 現有南極海洋保護區提案分析

2005年, 在CCAMLR科學委員會的授權下, 美國牽頭召開了在《南極海洋生物資源養護公約》框架下的第一次關于南極MPA的專題研討會, 就怎樣使用MPA促進《南極海洋生物資源養護公約》目標、建立MPA的相關原則和實踐、建立MPA需要的科學信息等問題開展討論。2007年, CCAMLR通過了南大洋生物地理分區圖。

2009年英國提出了南奧克尼群島南陸架海洋保護區(the Southern Shelf of the South Orkney Island MPA, 簡稱SOISS MPA)的提案并獲得通過, 該MPA設立后規定該區域范圍內不允許任何捕撈活動。南奧克尼群島南陸架MPA保護對象明確, 主要是保護CCAMLR 漁業分區中第48.2分區內的海洋生物多樣性。建立該MPA的關鍵任務之一是評估南大洋生物區域化, 用以鑒定各區域的生物多樣性。其中生物區域化的指標包括地質與地貌、海洋、氣候、海冰、生物群、動態模型結構以及潛在壓力等內容。然而需要指出的是, 南奧克尼群島南陸架MPA提案中尚未制定MPA管理和科學監測計劃。

2011年美國和新西蘭分別向CCAMLR上交關于建設南極羅斯海海洋保護區(The Ross Sea Region Marine Protected Area, 簡稱RSR MPA)的提案, 但經審議未通過。后提案經過多次修改和合并, 最終于2016年獲得通過。南極羅斯海MPA由一般保護區、特別研究區和磷蝦保護區組成。保護區旨在實現特定的保護和科學目標, 同時允許在MPA內進行一些捕魚活動。南極羅斯海MPA提案中的適宜性指標體系是根據保護區的具體目標確定了科學研究的優先事項, 以評估這些目標的實現程度, 其中生態系統、漁業研究、氣象變化及海洋學為其科研和監測的具體內容。值得注意的是, 南極羅斯海MPA的評價指標體系不具有普遍性, 若以南大洋的大規模角度選取海洋保護區的范圍, 該框架并不一定適用。

此外, 還有一些暫未通過審議的南極MPA提案, 如東南極MPA(澳大利亞)、威德爾海MPA(德國率先提出)等提案。東南極MPA提案的適宜性評價指標體系是根據全面性、充分性以及代表性原則進行構建的。全面性是指評價指標體系盡可能涵蓋所有類型的生態系統; 充分性是指選定的指標涉及維持 MPA 內部所有不同大小或位置的生物多樣性, 并能夠適應氣候及其變化的影響; 代表性是確保所有生物多樣性在 MPA 系統中得到表現和保護。威德爾海MPA提案則是從環境數據和生態數據兩個方面對適宜性指標進行分類和體系構建, 但該提案未考慮保護區的科研價值和潛在壓力。目前已設或已提交提案的南極MPA空間分布如圖1所示。

圖1 已設或已提交提案的MPA空間分布

Fig.1. Spatial distribution of the Antarctic MPA passed by or submitted to CCAMLR

綜合已設或已提交的南極MPA提案, 南奧克尼群島南陸架MPA提案中的評價指標是從地質與地貌學、海洋、氣象、海冰、生物群、動態模型結果和壓力7個類別33個指標進行細分(表1); 羅斯海MPA提案則是以生態系統、漁業、氣候變化和海洋學4類, 對其內部的5個區域進行針對性的評價(表2), 并將保護區分成特別研究區、磷蝦研究區和一般保護區3類; 東南極MPA提案是從生態系統和氣候適應2個類別建立全面性、充分性、代表性的評價其指標體系; 威德爾海提案則從環境和生態2類選取代表性的16個評價指標(表3)。縱觀已有的提案中南極MPA評價指標體系, 雖側重不同導致評價指標有所差異, 但仍具有一定的共性。南極MPA的根本目的是養護海洋生物資源, 維持海洋生態系統的平衡, 因此海洋生物資源及其生物種群的調查是南極MPA必要的評價指標; 此外, 基于“風險預防”的原則, 南極MPA應具有抵抗外界威脅、維持自身穩定性的功能, 因此, 南極MPA提案中需要將環境、氣候變化、人類捕撈活動等潛在壓力因素納入評價指標中。另外, 從綜合管理的角度出發, 海洋保護區不僅要具有生物多樣性和生態系統的保護功能, 還應該承擔一定的科學研究和動態監測的責任, 因此科學研究價值也是不可缺少的南極MPA評價指標。

在CCAMLR官網(https://www.ccamlr.org/)中收錄了關于南極MPA設立的相關文件, 其中在“WS-MPA-05”文件中, 明確指出MPA需要保護的封閉區域類型和范圍是根據保護區的代表性、易受影響性、科研價值以及生態系統功能而界定的。通過上述對現有MPA提案的分析, 除了對各提案的指標體系的共性特征進行總結外, 還可以總結出MPA指標構建原則: (1)構建評價指標體系首先應明確評價目標, 應從南大洋生態系統現狀出發, 根據保護對象的代表性、易受人類活動影響的區域、科學研究目的、生態系統功能方面確定保護的方向, 確保指標體系的目標性; (2)不拘泥于某一類型指標, 評價指標應具備全面性, 使得評價結果更具說服力; (3)在開展評價時, 除了現狀的考量還應考慮潛在的壓力; (4)應重視專家的定性分析, 并結合相應的評價模型, 將定性與定量相結合開展科學的綜合評價。

表1 南奧克尼群島南陸架MPA評價指標體系

表2 羅斯海MPA評價指標體系

表3 威德爾海MPA適宜性評價指標體系

2 南極海洋保護區設立適宜性評價體系的構建

2.1 評價目標與一級評價指標的確定

構建南極MPA評價指標體系的目標在于評估區域是否適合作為MPA, 即是否具有MPA設立的“適宜性”及其“適宜程度”。在確定評價目標后, 即可有層次地構建多級評價指標。CCAMLR針對南極MPA的專題會議中將保護區特征歸納為代表性、保護易受人類活動影響性、科研價值以及保護生態系統功能性。本文借鑒和綜合各提案中指標的優點, 并結合《南極海洋生物資源養護公約》的宗旨和目的, 總結歸納出海洋生物資源、環境養護、科研價值、現有或潛在壓力作為適宜性評價的一級指標。

海洋生物資源是指對某一海域生態系統完整性或代表性的判斷, 建立MPA的目標是為了維護其生物多樣性或環境適宜性, 所以一級指標首先考慮的應是生物資源的保護; 環境養護是指對生態系統中生物賴以生存的環境進行適宜性的評估, 考察環境是否利于生物繁殖、生長或者是否具有不穩定性; 科學研究價值評價旨在評估海域對于科學研究是否有推動性和指導性, 南大洋具有自己獨特的海洋資源、氣候、地貌地形等特征, 它的科研價值使得各國都積極投身于對其重點海域的保護和研究中; 現有或潛在壓力是對某一海域生態脆弱性的判斷, 以及對人為行為在某一生態系統中產生干擾的分析, 判斷某一海域是否易受或者將會受到人類活動影響或威脅。

確定了評價指標體系的目標層和一級指標層后, 即可選取一級指標對應的具有代表性的要素作為二級指標層中的內容, 再根據二級指標分類對每個類進行細分, 得到評價指標體系的終端細分指標內容。

2.2 評價指標體系的構建

根據指標體系構建原則, 指標應該以滿足目標性、全面性、層次性、獨立性、定量與定性相結合等為原則進行梳理和篩選。篩選處理主要是保證指標之間的獨立性, 這樣在對指標計算與評價過程中, 不會因指標間的相關性較大而產生冗余, 從而保證了評價結果的科學性。本文最終構建針對整個南大洋海洋保護區多層級評價指標體系(表4)。

3 案例研究—— 以南極普里茲灣為例

南極普里茲灣位于印度洋扇區范圍內, 是南大洋中面積排名第三的海灣。普里茲灣及周邊海域生物資源豐富且具有代表性, 存在企鵝、海豹、鯨類、磷蝦以及浮游植物, 生態系統完整。南極普里茲灣海域內的氣象環境與整個南大洋的變化非常一致, 具有代表性。我國于 1988 年在普里茲灣東側海岸設立了南極科學考察站——“中山站”, 自此普里茲灣便成為我國進行南大洋環境研究的一個重點海域[15-17]。我國每年的南極科學考察都會在這里布設固定斷面和站點, 進行海洋環境綜合調查。基于我國以南極中山站為依托的科學考察優勢, 普里茲灣海域積累了大量的現場觀測數據[15-17], 因而, 十分適合作為對南極MPA適宜性評價方法進行案例研究的區域。

3.1 南極普里茲灣MPA評價指標的篩選

在前述南極MPA適宜性評價指標體系的基礎上, 根據我國“十二五”期間南極考察獲得數據(http://geomagnetism.polar.org.cn/index/)的特點, 開展南極普里茲灣MPA的案例研究。

結合南極普里茲灣的區域特征, 對前文中MPA評價指標進行進一步篩選處理。在去除數據缺失或無法定量計算的指標后, 依據評價指標體系的可操作性原則, 最終選取最具代表性的指標作為用于普里茲灣MPA設定適宜性評價和分析的指標(表5)。

3.2 基于層次分析法的普里茲灣MPA設立的適宜性評價

3.2.1 評價指標的權重確定

為了確保評價結果的客觀性, 本文采用專家打分法構造判斷矩陣[18]。專家打分法可以綜合極地方面各學科的專家意見, 獲得指標間相對重要性, 是構造判斷矩陣的良好的方案。考慮到方案實施的可行性, 邀請了中國極地考察專家庫(http://www.polar.org.cn/personList/)中的海洋生物、海洋生態、海洋化學、環境科學、地球物理與海冰研究等方面的專家對各級指標之間的相對重要性打分。綜合各專家的評分結果, 最終得到判斷矩陣, 并對各判斷矩陣的一致性進行檢驗。經檢驗, 所有判斷矩陣均滿足一致性條件。最終通過專家打分結合層次分析法(Analytic Hierarchy Process, AHP)確定的各級指標權重如表6所示。

3.2.2 指標的空間插值與疊加分析

指標數據的獲取方法各不相同, 既有走航觀測數據, 又有站位點實測數據。因此在對各個指標數據進行疊加分析前, 需要進行空間插值。常用的插值方法有克里金插值法、反距離權重法、樣條函數法等[19]。本文通過多次試驗, 對不均勻分布數據樣點的不同插值誤差進行比較。根據比較結果選用克里金插值法, 使得插值結果的殘差盡可能小。同時由于各個數據的數值大小和量綱不同, 還需對空間插值的柵格結果進行歸一化處理[20]。最后, 將3.2.1節確定的權重與對應指標歸一化插值結果進行疊加分析, 可得到四個一級指標的適宜性評價結果(圖2)以及總體評價結果(圖3)。

表4 南極海洋保護區評價指標體系

表5 普里茲灣MPA設立適宜性評價的指標體系

表6 基于AHP法的普里茲灣MPA各級指標權重

3.3 案例評價結果分析

3.3.1 普里茲灣MPA保護目標

由層次分析法(AHP)計算的權重(表6)可見, 海洋生物資源、環境養護、科學研究價值及現有或潛在壓力的影響權重分別是0.492、0.306、0.124和0.078。由此可知, 普里茲灣海洋保護區的主要目標是對其生物資源和環境進行保護。普里茲灣極為豐富的生物資源應作為重點保護對象; 此外保護區的環境是海洋生物賴以生存的地方, 為了養護其獨特的物理、氣象、動力特征并監測其狀態, 環境養護也是保護區的重要目標之一; 科學研究價值與現有或潛在壓力的評價對于MPA設立適宜性也有影響, 但其重要性相對弱。因此, 普里茲灣MPA保護目標應以海洋生物資源(尤其是磷蝦資源)和環境養護為主, 在保護生態系統的同時合理利用其科學研究價值, 并對保護區的潛在壓力進行監測和分析, 保持生態環境完整性并以可持續發展的眼光看待MPA設立的重要性。

圖2 一級指標適宜性評分結果

Fig.2. Score of the first-level suitability evaluation index

圖3 總體適宜性評分結果

Fig.3. Score of the overall suitability evaluation

3.3.2 保護區區劃分析

對適宜性評價結果采用自然分級法進行顯示, 將適宜性評分較低區域舍去。選取的分級前三級覆蓋的范圍(圖4)表示總體適宜性評價高、更適宜于設立的海洋保護區范圍。

同樣, 在普里茲灣MPA適宜范圍內, 根據其他二級指標適宜性評價的結果, 對MPA進行區劃分析, 分級并優選出前三級覆蓋的范圍作為MPA中對應一級指標的重點保護區域, 匯總得到普里茲灣MPA區劃范圍(圖5)。

3.4 南極普里茲灣MPA區劃

根據一級指標的保護目標, 普里茲灣海洋保護區可分為一般保護區、生物資源保護區、科學研究區以及重點監測區(圖6)。圖中紅色框內是普里茲灣海洋保護區的總范圍, 以東經70°—80°、南緯62°以南的經緯線及其與南極大陸、埃默里冰架接壤處為保護區邊界, 面積約4.20×106km2。

Fig.4. Classification of overall suitability evaluation score for establishing MPA in Prydz Bay

圖5 南極普里茲灣海洋保護區區劃范圍

Fig.5. Regionalization scope of the MPA in Prydz Bay

其中, 一般保護區可考慮以維持海洋生物多樣性、生境及其可持續發展為目的, 通過保護棲息地, 對區域內生物進行必要的保護和持續研究; 海洋生物資源保護區則在一般保護區的基礎上, 限制人類活動, 例如降低船舶的經過頻次, 對漁業相關的捕撈活動進行禁止或限制; 科學研究區和重點監測區是對科考重點內容的指導, 但兩者研究重點不同, 科學研究區主要是與資源探測相關的地球物理研究和與全球變化相關的海冰研究, 而重點監測區是研究氣候變化、人為污染對生態效應的影響。

4 結語

本文主要研究工作和結果總結如下: 1)根據各MPA提案中指標的優缺點, 結合遞階層次結構模型的構建思路, 從海洋生物資源、環境養護、科學研究價值、現有或潛在壓力4個方面對指標進行細分, 建立了南極MPA設立的適宜性評價指標體系; 2)基于我國南極科學考察數據開展南極普里茲灣MPA適宜性評價的案例研究, 運用GIS空間插值和加權疊加分析, 結果表明海洋生物資源、環境養護、科學研究價值、現有或潛在壓力對于普里茲灣MPA的影響權重分別是0.492、0.306、0.124、0.078; 3)根據案例定量分析結果, 考慮將普里茲灣海域內以南緯62°— 69°30′、東經70°—80°為邊界范圍、總面積約為4.20×106km2的海域作為南極普里茲灣MPA, 并分為一般保護區、生物資源保護區、科學研究區及重點監測區。南極MPA適宜性評價研究可為我國南極MPA建設和積極參與國際南極治理事務提供參考。

圖6 南極普里茲灣海洋保護區區劃建議

Fig.6. Proposal for regionalization of the MPA in Prydz Bay

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CONSTRUCTION OF THE SUITABILITY EVALUATION INDEX FOR ESTABLISHING ANTARCTIC MARINE PROTECTED AREAS

Pang Xiaoping1,2,3, Ji Qing1,2, Li Qinyu3, Li Bingjie1

(1Chinese Antarctic Center of Surveying and Mapping, Wuhan University, Wuhan 430079, China;2Collaborative Innovation Center for Territorial Sovereignty and Maritime Rights, Wuhan University, Wuhan 430072, China;3School of Resource and Environmental Science, Wuhan University, Wuhan 430079, China)

The Southern Ocean and Antarctic continent have scientific, economic and strategic significance because of their unique geographic location, extreme climate and abundant resources. Many countries have national interests in the region and are actively involved in the establishment of marine protected areas (MPAs) around Antarctica. Although China continues to pay attention to the Antarctic MPA, there are few relevant reports on MPAs, and suitability evaluation indices from model studies on the establishment of an Antarctic MPA are almost blank. Under these circumstances, this study attempted to construct a multilevel evaluation index system to help establish Antarctic MPAs, through analyzing existing proposals for an Antarctic MPA. Using Chinese Antarctic scientific investigation data, we also evaluate the suitability of establishing an MPA in the Prydz Bay. The aim of this study is to develop a reference index for the establishment and relevant researches of MPAs in the Antarctic region.

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2017年8月收到來稿, 2018年7月收到修改稿

國家自然科學基金(41606215, 41576188)、國家海洋局極地科學重點實驗室開放基金(PS1502)、中國博士后基金(2016M602342)和中央高校基本科研業務費專項資金(2042018kf0009)資助

龐小平, 女, 1966生。教授, 主要從事極地制圖與戰略研究。E-mail: pxp@whu.edu.cn

10. 13679/j.jdyj.20170031