廈門海域底棲生物多樣性保護目標確定

傅世鋒，吳海燕，蔡曉瓊

(自然資源部第三海洋研究所，福建 廈門 361005)

在海洋生態環境保護規劃中，生態環境保護目標的設定是非常重要的工作。在目前的規劃目標指標體系中，大多強調水質指標、入海污染物的控制指標等，對生態保護尤其是生物多樣性保護的目標則鮮有體現。水質、入海污染物控制指標只能對排污、具體的開發利用活動進行約束，但是無法從海域整體的角度給予海洋生態保護的管理決策和建議。從海域整體的角度綜合評價海域利用強度，了解海洋生態系統承受的總體壓力，研究海域利用強度與生物多樣性的關系，才能預測不同情景下海洋生物多樣性的變化趨勢，采取相應的保護和管理措施，來更好地保護海洋生物多樣性[1]。

相對于其他生物，底棲生物對逆境的逃避相對遲緩，受環境影響更為深刻，大型底棲生物被認為是海洋生態系統有力的指示生物，能夠響應多種類型的人為擾動[2-4]。因此，該研究嘗試以廈門海域為研究對象，以底棲生物為指示生物，通過構建近岸海域利用強度指數，建立海域利用強度與底棲生物多樣性之間的關系模型，預測未來不同海域利用情景下底棲生物多樣性的目標值。研究結果能夠為相關規劃中海洋生態保護目標的設定、相關保護和管理措施建議提供科學依據；以期解決在確定生態保護目標時，人為主觀因素導致誤差較大的問題，提高生態保護目標的客觀性和準確性。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

廈門海域地處福建省東南部、臺灣海峽西南向。海域面積約355 km2，大部分水深5～20 m，西部有福建省第二大河流——九龍江注入。從空間上一般劃分為九龍江口、西海域、東部海域、南部海域、同安灣和大嶝海域共6個區塊(圖1)。廈門海域利用經歷了4個階段：1980—1990年代表基本未開發階段，該階段廈門海域利用活動主要是傳統的水產養殖；2005—2007年為廈門海灣型城市建設的開始階段，利用強度相對較低，主要為集中在西海域、同安灣、九龍江口附近海域的填海造地；2009—2012年廈門市提出“以港立市”概念，在西海域、同安灣等海域大力實施清淤整治工程，保障港口發展；2013—2016年為廈門海灣型城市建設的優化發展階段，海域利用程度大大降低，開發利用活動主要為大嶝海域的填海造地。

1.2 海域利用強度指數構建

參考國內外相關研究，選擇圍填海、旅游娛樂、港口航運、漁業和工業5類用海方式共14種用海活動(表1)作為典型的近岸海域利用方式。收集、統計和分析特定時期內14種用海活動的數據，對每種海域利用活動進行0～3級的定量化評價：0代表未受到該種海域利用活動的干擾；1代表受到該種海域利用活動的輕度干擾；2代表受到該種海域利用活動的中度干擾；3代表受到該種海域利用活動的強烈干擾[5]。海域利用強度指數的計算公式為

表1 海域利用類型界定Table 1 Definition of sea area utilization types

(1)

式(1)中，Pj為第j個區塊的海域利用強度指數；Pi為第j個區塊第i種開發利用活動的強度值；Sj為第j個區塊的面積，km2。

(2)

式(2)中，Pt為研究區總海域利用強度指數；St為研究區總面積，km2。

1.3 底棲生物多樣性表征

收集4個階段324組底棲生物多樣性數據[6]，底棲生物多樣性采用物種數(S)、生物量(W)、棲息密度(D)、香農多樣性指數(H′)、豐富度指數(d)和均勻度指數(J)來表征,計算公式分別為

(3)

d=(S-1)/log2N，

(4)

J=H′/log2S。

(5)

式(3)～(5)中，ni為第i種底棲生物的個體豐度；N為所有物種總個體豐度。

研究區總體香農多樣性指數Ht′的計算公式為

(6)

廈門海域多年底棲生物多樣性變化情況見表2。

表2 1980—2016年廈門海域底棲生物多樣性 Table 2 The benthic biodiversity of Xiamen Sea area during 1980-2016

1.4 生物多樣性保護情景設計

通過收集社會經濟發展、海域利用、生態環境和海洋生物多樣性保護等方面的數據資料，結合與海洋生物多樣性保護相關的海洋政策、規劃和保護目標，建立分別基于“趨勢情景”“規劃情景”以及“優化情景”下，不同海域利用強度和保護目標的海洋生物多樣性情景設計方案，構建廈門海域底棲生物多樣性保護情景。

“趨勢情景”是根據研究區過去海域利用強度的變化，推斷2035年海域利用格局的變化趨勢。該情景假設對現有的海域利用方式不做任何改進，按照現有的人類對海洋生態保護不作為的趨勢發展下去，圍填海的趨勢沒有遏制，污水收集率、處理率沒有提高，污水排放量按照城市化速率持續增加，預測到2035年廈門海域的利用強度。

“規劃情景”是基于國家、福建省、廈門市政府對污染排放、產業布局、保護區建設、濱海濕地修復、生態紅線劃定等所制定的規劃目標能夠實現的情況下，預測到2035年廈門海域的利用強度。

“優化情景”是根據政府部門規劃目標之間的沖突分析以及其他地區案例研究所取得的經驗，在既能實現地區經濟發展目標，又能完成生態系統服務的優化目標情況下，預測到2035年廈門海域的利用強度。

1.5 統計分析

采用SPSS 軟件，選用多元線性回歸分析(為消除不同海域利用強度類型的多重相關性，采用逐步回歸法)，計算各區塊底棲生物多樣性與不同海域利用類型強度(Pj)之間的定量關系：

X=a0+a1P1+a2P2+…+aiPi。

(7)

式(7)中，X為生物多樣性指數；Pi為區塊第i種海域利用活動的強度；ai為回歸方程的回歸系數，表示生物多樣性指數與開發利用活動強度的定量關系。

2 結果與分析

2.1 廈門海域利用強度的時空變化

由表3可知，廈門灣利用強度呈現顯著的時空差異。空間上，西海域、九龍江河口是海域利用強度最高的區域；時間上，廈門所有海域的海域利用強度均在2019—2012年達到最大值。

Person相關性分析表明，海域利用強度指數與所有底棲生物多樣性指數呈負相關，其中與物種數、H′、d和J呈顯著負相關(表4)，表明該研究建立的海域利用強度指數基本可靠。

表4 海域利用強度指數和底棲生物多樣性指數的相關性分析Table 4 Correlation analysis between sea area utilization intensity index and benthic biodiversity indices

2.2 多元線性回歸模型分析

根據多元線性回歸模型，對香農多樣性指數(H′)與海域利用強度(P)建立顯著相關的關系模型(調整R2=0.47)：H′=3.948-14.92P填-15.06P捕-16.43P廢。由關系模型可見，H′主要受填海造地、捕撈和工業、生活污水的排放影響。該研究的底棲生物多樣性預測主要針對H′進行。

2.3 廈門海域底棲生物多樣性預測

2.3.1趨勢情景

廈門海域1990、2007、2012、2016年的海域利用強度指數表明，廈門海域的海域利用強度在2009—2012年達到最大值，2013—2016年廈門海灣型城市建設進入優化發展階段，開發利用活動程度大大降低，利用強度指數出現下降趨勢，海域利用主要集中在大嶝海域的填海造地和港口航運的持續發展，此外還有城市化規模不斷擴大情況下向海域的污水排放量增長。

在現有的利用強度背景下，到2035年，廈門海域的利用強度見表5。根據預測模型，“趨勢情景”下，2035年廈門海域底棲生物平均香農多樣性指數H′為2.88 (表6)。

表5 “趨勢情景”下廈門海域2035年的海域利用強度Table 5 Prediction of the utilization intensity of Xiamen Sea area in 2035 under the "Trend Scenario"

表6 不同情景下廈門海域底棲生物香農多樣性指數(H′)預測Table 6 Prediction of benthic Shannon diversity index (H′)of Xiamen Sea area under different scenarios

2.3.2“規劃情景”

根據表7的相關規劃，到2035年，廈門海域包括灘涂養殖和海水養殖的養殖業全部退出，僅保留藻類(紫菜、海帶)養殖，研究區整體養殖利用強度均為0；與此同時，同安灣、大嶝海域和東部海域的捕撈壓力會有所增加。西海域的東渡港區、九龍江口的海滄港區和招銀港區為廈門港的重要港區，海域港口碼頭利用會保持高強度，而位于東部海域和大嶝海域連接處的翔安港區則為一般港區，海域利用強度相對較低。大嶝海域圍填海完成后，將形成廈門翔安臨空產業區，服務廈門新機場。到2035年，新機場以及周邊產業區投入使用后，向周邊海域排污的壓力及海上運輸壓力會明顯增加。到2035年，海水水質達標率達75%，主要通過淘汰落后的高排污產能、提高城鎮污水納管率等方式來減少入海污染，排放入海的工業廢水和生活污水量會大大減少。由此，2035年“規劃情景”下廈門海域各區域的海域利用強度指數計算結果見表8。根據預測模型，“規劃情景”下，2035年廈門海域底棲生物平均香農多樣性指數H′為3.14。

表7 廈門海域“規劃情景”相關背景Table 7 Backgrounds related to "Planning Scenario" of Xiamen Sea area

表8 “規劃情景”下廈門海域2035年的海域利用強度Table 8 Prediction of utilization intensity of Xiamen Sea area in 2035 under "Planning Scenario"

2.3.3“優化情景”

廈門海域2016年以后僅有大嶝海域的填海造地工程，實際施工時間截至2020年。研究表明，大嶝海域圍填海造成的生物多樣性下降趨勢在圍填海一年后就已停止并保持穩定，在2020年圍填海結束前，區域總物種數已經恢復到圍填海前的水平[3]。因此，“優化情景”下，到2035年，大嶝海域圍填海對生物多樣性的影響已經恢復，可以不考慮填海造地活動造成的影響。捕撈活動在廈門海域的分布并不均勻，且隨著各區域發展趨勢的變化會產生明顯的改變。廈門海域的捕撈活動主要分布在同安灣、大嶝海域和東部海域。同安灣的發展方向主要為休閑旅游觀光，并且早已禁止養殖，捕撈的壓力預測變化不大。而大嶝海域的發展方向變化較大，未來10 a，大嶝海域的發展主要圍繞機場及機場服務業，當地居民的就業機會將會大大增加，且大嶝海域仍然可以進行藻類養殖，因此捕撈的壓力預測將會降低。目前廈門正在抓緊建設污水處理廠，提高污水納管率，鑒于廈門海域目前仍然存在大量污水直排海的現象，且受到上游九龍江入海河流的影響，污水處理廠建設周期也較長，廈門2020年底前未實現污水直排入海基本杜絕、城鎮和農村污水收集處理率達95%的目標，到2035年近岸海域功能區水質達標率達75%以上的目標也具有較大的不確定性。因此，“優化情景”下，工業廢水和生活污水的排放強度略高于“規劃情景”。綜上，“優化情景”下，廈門海域2035年的海域利用強度見表9。根據預測模型，“優化情景”下，2035年廈門海域底棲生物香農多樣性指數H′為3.06。

表9 “優化情景”下廈門海域2035年的海域利用強度Table 9 Prediction of utilization intensity of Xiamen Sea area in 2035 under "Optimal Scenario"

3 討論與結論

目前國內外對海域利用強度的定量化評價已經開展了一些研究[5,7-12]，主要是采取定性和定量的方法，結合遙感技術手段實現海域利用強度評價。該研究在國內外研究的基礎上建立海域利用強度定量化評價方法，簡單易行，具有較強的適用性。

相對于其他生態系統[13-14]，海洋生物多樣性保護目標的研究還很少。底棲生物是海洋生態系統公認的指示生物。相對于構建復雜的海洋生物多樣性評價體系，以設定底棲生物多樣性保護目標來表征海洋生態系統多樣性具有較強的可操作性。香農多樣性指數是我國生物多樣性的常規評價指標，能夠客觀評價福建近岸海域底棲生物的生態質量狀況[15]。該研究中，廈門海域2035年底棲生物多樣性保護指標宜為底棲生物香農多樣性指數不低于3.06。盡管如此，由于受自然條件和海域利用強度的雙重影響，廈門海域的底棲生物多樣性狀況在不同情景下區域差異較大。因此，在制定廈門海域生物多樣性保護目標時，應考慮區域差異，加強利用強度較高以及生物多樣性較低的海域(西海域和九龍江河口)的生態保護和修復。