我國近岸海洋生物多樣性空間分區方法與應用探討

黃 浩，安麗娜，李偉文，王 磊

(自然資源部第三海洋研究所，福建 廈門 361005)

劃區管理工具(含海洋保護區)被國際社會公認為養護和可持續利用生物多樣性最為有效的手段，也是當前聯合國關于國家管轄外海域生物多樣性(BBNJ)養護和可持續談判最為重要的議題。由于持續的全球變化和人類活動，海洋生物多樣性不斷降低[1-2]。考慮到生物在地球上分布的不均勻性，為了有效利用資源和能力，必須選擇最具有價值的區域或生物類別開展生物多樣性的保護。因此，生物多樣性保護的一項關鍵任務在于識別“對生物多樣性保護具有關鍵意義的優先區域”，在此基礎上，綜合考慮社會經濟、人類活動影響等因素，開展劃區管理。本研究主要開展3個方面的研究，首先，綜述生物多樣性和劃區管理的全球研究進展，其次，根據我國海域的地理要素特征，確定適合的分區原則和指標，最后，探討在我國管轄海域范圍內開展生物多樣性保護分區的實踐應用。

1 生物多樣性與生物地理分區

生物多樣性在全球的分布并不是均質性，而是遵循由氣候、地質、地球進化史、物種進化史等因素所決定的復雜模式，形成不同的生物地理區系，并向人類呈現不同的生物多樣性格局[3]。就某生物地理區系而言，對外表現為生活著一系列地理上獨特的物種、自然群落和環境條件的集合體，其以生物多樣性為中心，根據生物的標準來劃定，因此，在劃區管理時，不應受行政管轄邊界的限制。一個生物地理區系的邊界往往并不是固定和明顯的，而是與重要的環境要素和生物進化過程密切相關的，并隨之而變動。

鑒于此，開展生物多樣性的劃區管理必須要基于生物地理相關要素，即研究物種、生態系統等不同尺度上生物地理區系的分界線，或者說研究限制海洋生物多樣性分布的真正要素，并基于這些要素進行區系劃分和劃區管理，這對海洋生物多樣性保護具有非常重要的科學意義。

在較大尺度上，影響海洋生物多樣性分布格局及生物擴散的主要因素是自然地理環境的阻礙，例如潮間帶、大陸架斜坡、大洋及深海生物由于地理空間的限制，其主導生物分布的能量流通和物質流通方式也各不相同，進而導致多樣性格局的差異。而在較小的尺度上，洋流主要影響浮游生物、游泳生物和底棲生物的分布，地形地貌則主要影響底棲生物的分布，浮游生物和游泳生物則主要受到光、溫度、鹽度等因素的影響。同時，與陸地不同，海洋生物多樣性具有高度的三維性和易變性，這就決定了海洋生物地理分區及海洋生物多樣性保護的復雜性和困難性[4]。

2 全球海洋分區及劃區管理研究進展

在以往研究中，大海洋生態系(Large Marine Ecosystems，LMEs)的理論和方法被廣泛應用。大海洋生態系認為，海洋是由若干個獨立的區域組成，在每一個區域內，其自然環境、生物群落、生態系統之間相互緊密聯系，應將其作為一個區域性的生態單元進行管理。大海洋生態系以生物地理學為基礎，主張考慮影響一個生物區系內生物多樣性特征和分布的所有因素，而不僅僅是采用狹隘的行業管理的方法。依據大海洋生態系的理論和方法，全球海洋生態系統共劃分為64個大海洋生態系，我國的南海大生態系、黃海大海洋生態系和東海大海洋生態系都是大海洋生態系的組成部分。大海洋生態系的范圍涵蓋從河流和河口的海岸帶到朝向海岸的大陸架及主要洋流系統的外緣帶，分區依據為：①海洋地形地貌，②水文地理學，③生產力，④從營養上支撐的人口數量。在全球尺度，64個大海洋生態系生產了世界上95%的漁業生產量。

除了大海洋生態系的概念外，如1997年世界自然基金會發起的“全球200”項，以生態區為保護單元，按主要生境類型將具有代表性的生物多樣性豐富地區劃分成238個熱點地區，其中包括43個海洋生態區[5-7]，1999年，保護國際基金會在全球范圍內進行了生物多樣性熱點地區評估，并于2004年確定了34個物種最豐富且受到威脅最大的熱點地區[8]；2002年，世界自然基金會聯合中國、韓國和日本的一些非政府環保組織和研究機構在黃海生態區確定了111個生態重要區以及23個潛在優先區域，并于2006年公布了黃海生態區潛在保護區域圖[3]，目前該研究成果已被聯合國開發計劃署采納。此外，還有運用于沿海地區以及大陸架水域的世界海洋生態區分類(MEOW)，以及運用于全球開放海域和深海海底的分類計劃(GOODS)。

在不同的尺度上，劃區所依據的要素也不同，全球主要生物地理分區研究及依據要素如表1。

表1 全球主要生物地理分區及依據的要素Tab.1 Major global biogeographic classifications and the classifying factors

續表1

3 我國近岸海洋生物多樣性劃區研究

3.1 范圍界定

研究范圍以中國領海為主，兼顧專屬經濟區，重點研究范圍見圖1，共計約105.04萬km2，約占我國管轄內海域面積的三分之一。

3.2 分區原則和要素

3.2.1 分區原則 生物多樣性分區既要立足其自身特征，同時兼顧管理的需求，分區要求簡單實用，具體分區原則如下：

①遵循研究區域生物地理特征的原則。生物地理特征包括氣候、生物、化學、水文、地形、地貌等。

②實用性原則。劃區的目的在于發現生物多樣性重要、關鍵的區域，并提供可行的管理單元，因此分區單元必須實用。

③簡單表征原則。分區必須有簡單清晰的界限，可為地理界限或生物區系界限，并能夠包含大多數該區域的生態特征或者關鍵因素特征。

④分區名稱應能表征該區的主要特征。

3.2.2 分區要素 分區要素主要分為地理學、生物學、水文學、地球化學四類要素，在具體區劃中，應根據研究區域的生物多樣性特征，選取全部或者部分相關指標開展分區。

①地理學要素：顯著的海岸線地形特征、已知的生物地理分割線、底質特征等。

②生物學要素：生物分布界限、特殊生境分布界限等，例如，海島、珊瑚礁、海草床、紅樹林的生境分布單元。

③水文學要素：水溫、水深、鹽度、海流等。

④地球化學要素：營養元素分布、陸源輸入點、沉積物化學特征等。

針對我國近岸管轄海域，參考生物地理的方法，考慮我國海洋生物多樣性的獨特性、豐富性、自然地理、生態過程、環境因子等特征，采用三級分區的方法，分區所依據的主要因子如表2。

圖1 研究范圍示意圖Fig.1 Schematic diagram of the research areas

表2 分區所依據的因子

Tab.2 Factors used for marine spatial classification

分區等級一級分區二級分區三級分區分區要素地理特征、氣侯特征、地理輪廓、岸線特征、水團特征海岸地形、地貌、底質類型(泥灘、砂灘、生物灘)、海流(上升流等)、水深溫度、鹽度、水體營養鹽、沉積物營養鹽、特殊小生境類型(河口、海灣、海島等)

3.3 分區過程

分區過程在ESRI公司的ARCGIS軟件平臺完成，首先，將選定的分區要素矢量化，形成GIS數據庫中的標準點、線、面矢量格式，其次，在ARCGIS軟件的TOOLBOX中選取UNION工具，將所有要素圖層疊加，輸出為不同特征要素在空間上分區單元，根據要素等級，共形成3個尺度的分區單元，最后，為了保證分區單元不會過于片段化和破碎化，去除面積小于鄰近單元面積10%的碎片，執行TOOLBOX中GENERALIZE工具，形成相對較大的分區單元。

在分區過程中，各要素在GIS分數據庫采用的處理方法有所不同。其中，地貌通過顯著的自然單元來確定邊界，包括大、中、小3種類型地貌；環境化學要素通過梯度的顯著自然斷點來分區；生物因素則考慮物種和種群兩方面，物種通過其分布范圍確定邊界，或者說限制物種分布的地理隔離來劃分分區，種群通過其聚類關系劃分為不同地理區系，并形成分區單元。

3.4 分區結果

根據上述方法，共形成一級分區6個，二級分區16個，三級分區101個。

一級分區(6個)：根據海域地理位置、氣候特征、地理輪廓、岸線特征、地形、地貌等因素所表現的差異，將中國近海劃分為黃海、渤海、東海、臺灣海峽過渡區、南海和三沙島礁區6大生物多樣性空間分區(圖2)。

圖2 我國近岸海洋生物多樣性一級空間分區Fig.2 Primary spatial classification of marine biodiversity in nearshore China

渤海和黃海的分界線是從遼東半島南端老鐵山角至山東半島北端蓬萊角的連線。黃海與東海的分界線是西起長江口北岸啟東角，東至朝鮮半島南側濟州島西南角之間的連線。臺灣海峽過渡區指福建沿海與臺灣島之間的海峽區域。南海區指廣東、廣西和海南三省近海海域管轄范圍，三沙島礁區指西沙、南沙、中沙重要島礁分布區。

二級分區(16個)：依據地理環境因素，兼顧行政界限和管理需求，在一級分區的基礎上，參考我國海岸地形、岸灘類型、海底地貌等因素差異，區劃為北黃海近岸海域、南黃海近岸海域、遼東灣、渤海灣、萊州灣、渤海中央水域、蘇北及舊黃河口、長江口及杭州灣、浙江東南沿海、臺灣海峽過渡區、珠江口及廣東沿海、環海南島沿海、北部灣及廣西沿海、西沙島礁區、南沙島礁區、中沙島礁區，共計16個二級生物多樣性空間分區(圖3)。

圖3 我國近岸海洋生物多樣性二級空間分區Fig.3 Secondary spatial classification of marine biodiversity in nearshore China

三級分區(101個)：依據海洋生物多樣性賴以存在的小尺度生物地理學要素(顯著的海岸線特征、已知的生物地理分割線、底質特征等)、水文學指標(水溫、水深、鹽度、海流、上升流等)以及地球化學指標(營養元素分布、陸源輸入、沉積物等)，上述因素中，重點考慮小尺度的岸線特征、地形特征、鹽度和水深4個因素，最終劃為101個生態區。

黃渤海區總面積約20.6萬km2，共計二級分區6個，分別為北黃海近岸海域、南黃海近岸海域、遼東灣、渤海灣、萊州灣、渤海中央水域，三級分區24個；東海區總面積約12.4萬km2，共計二級分區3個，分別為蘇北及舊黃河口、長江口及杭州灣、浙江東南沿海，三級分區20個；臺灣海峽過渡區總面積約為4.2萬km2，共計二級分區1個，三級分區20個；南海區總面積約12.7萬km2，共計二級分區3個，分別為珠江口及廣東沿海、環海南島沿海、北部灣及廣西沿海，三級分區38個(表3)。考慮到西沙島礁區、南沙島礁區和中沙島礁區的生態相似性和完整性，在二級分區的基礎上不再進一步細分。

表3 我國近岸海洋生物多樣性一級、二級空間分區對應表Tab.3 Corresponding table for the first and secondary spatial classifications of marine biodiversity in nearshore China

空間分區形成一級分區6個，二級分區16個，三級分區101個，其中黃海14個，渤海10個，東海20個，臺灣海峽過渡區16個，南海38個，三沙島礁區3個。具體情況如圖4和表4所示。

圖4 我國近岸海洋生物多樣性三級空間分區Fig.4 Third spatial classification of marine biodiversity in nearshore China

表4 我國近岸和重點區域海洋生物多樣性空間分區表

Tab.4 Spatial classification of marine biodiversity in nearshore and key regions of China

一級分區名稱面積/km2二級分區個數三級分區個數黃海73 562.6214渤海132 086.4410東海124 005.2320臺灣海峽過渡區41 767.4116南海127 188.8338三沙島礁區551 820.233

3.5 數據集成與存儲

數據庫采用ESRI公司的Geo-Database，分區數據存儲格式為面狀矢量，分區過程在ARCGIS軟件支持下完成。數據庫不僅整合了空間分區矢量數據，還集成了與我國海洋和海岸生物多樣性密切相關的生物、地形、地貌、岸線、環境質量等地理要素數據，根據研究需要，地理要素的數據采用矢量線狀或面狀格式存儲。

在分區的基礎上，對已獲取的數據進行不同尺度的劃分，包括一級分區數據、 二級分區數據、 三級分區數據，各個尺度分區數據精度要求不同，其中三級分區的數據精度要求最高。

4 結論與展望

劃區管理工具被國際社會公認為生物多樣性養護和可持續利用最為有效的手段，與以往以行政單元為劃區邊界不同，本研究嘗試以生物多樣性為中心，基于生物地理相關要素開展空間劃區的探討，并以中國管轄的近岸海域為對象，選取關鍵生物地理要素，開展三級空間劃區，形成101個生物多樣性空間分區，該研究在國內尚屬首次，可為我國近岸海域空間規劃與管理、生物多樣性保護提供重要的科學支撐。在研究中，仍有以下值得進一步探討和不足之處：

(1)10 m等深線和20 m等深線討論。地形地貌是三級分區的重要地理要素，在研究中，我們以20 m等深線為劃分依據，主要考慮我國近岸海域位于地勢平緩的大陸架之上，向陸地一側為海岸帶的水下部分，以水下岸坡為界自然連接到向海一側的大陸架其他部分，水下岸坡是沿岸陸地的水下延伸部分，其主要在低潮線0～20 m等深線之間的范圍內，因此，以20 m水深為劃分依據。

但在我國的渤海、蘇北淺灘、北部灣、萊州灣等地，由于地勢較為平緩，若以20 m等深線為邊界，則范圍過大，在管理中并不實際，因此，主要考慮10 m等深線，或者完整的地貌單元邊界。

(2)生態完整性。如前所述，劃區管理應以生物多樣性為中心，分區內生物生態過程相對完整。一般認為，河口、海灣、海島屬于相對完整的生態單元，一般劃為一個分區。例如湄洲灣、興化灣，如果以水深、地貌等相關生物地理要素來劃定界限，則整個海灣可能被劃分為若干個分區，并不符合分區原則，在研究和管理中也不方便。

(3)以生物指標為主的空間分區。空間劃區主要應基于生物要素和地理要素，在研究中，由于生物數據相對較少，主要依據地理要素來開展空間劃區，因此，具有一定的欠缺，需要進一步完善生物調查數據。