南海北部海島周邊海域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合評價

孫元敏，陳 彬，黃海萍，馬志遠 （國家海洋局第三海洋研究所，福建 廈門 361005）

南海北部海島周邊海域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合評價

孫元敏*，陳 彬，黃海萍，馬志遠 （國家海洋局第三海洋研究所，福建 廈門 361005）

基于國內(nèi)外海洋生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合評價方法，結(jié)合我國海洋生態(tài)環(huán)境調(diào)查數(shù)據(jù)，從環(huán)境和生物學要素中選取12個指標建立評價指標體系，確定5個評價等級及標準，采用層次分析法確定指標權(quán)重，構(gòu)建我國海島周邊海域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合評價方法.選取南海北部10個代表性海島，對其周邊海域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進行綜合評價，結(jié)果表明：研究海島中特呈島和內(nèi)伶仃島評價等級為中，其余 8個海島均為良；離岸距離、陸源污染物排放量和海水交換能力直接影響評價結(jié)果.該方法能較好地反映海島周邊海域生態(tài)環(huán)境狀況，可操作性強，可作為今后我國海島周邊海域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價的參考.

生態(tài)環(huán)境綜合評價；海島周邊海域；南海北部

海島作為海陸兼?zhèn)涞暮Ｉ蠂?，具有重要的生態(tài)、資源和權(quán)益價值.入海污染物的增加會導致海島生態(tài)環(huán)境狀況日益惡化，影響海島生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定、健康.評估海島周邊海域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況，進而評價海島生態(tài)系統(tǒng)健康狀況，可為我國發(fā)展海島地區(qū)經(jīng)濟、保護海島生態(tài)環(huán)境提供科學依據(jù).因此，評估人為壓力下海島周邊海域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，已成為我國海洋綜合管理的迫切需要.由于長期以來對海島的重視程度不夠，我國針對海島及其周邊海域的調(diào)查研究較少.早期的研究對象主要局限在單個海島或群島，評價指標單一，缺少綜合評價和區(qū)域性的研究成果.2003年，國家啟動了我國近海海洋綜合調(diào)查與評價項目（908專項），實現(xiàn)了海島調(diào)查資料的全面更新［1］，為我國海島生態(tài)系統(tǒng)綜合評價奠定了基礎(chǔ).

目前，國際上被廣泛應(yīng)用的海洋生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合評價方法有歐盟的“生態(tài)狀況綜合評價法”［2］和美國的“沿岸海域狀況綜合評價法”［3］.近年來國內(nèi)學者在相關(guān)方面的研究也取得了一定的進展［4-6］，2005年國家海洋局發(fā)布了《海洋生態(tài)健康評價指南》［7］.但對于海島周邊海域而言，仍存在著現(xiàn)有調(diào)查數(shù)據(jù)不能支撐評價指標要求、評價標準適用性等問題，因此，亟需建立符合我國海洋管理實際的海島周邊海域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合評價方法.

本文在借鑒上述研究成果的基礎(chǔ)上，探索并建立一種符合我國海洋管理實際的海島周邊海域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合評價方法，并據(jù)此對我國南海北部海島周邊海域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進行綜合評價，以期為海洋管理部門提供科學依據(jù).

1 研究方法

1.1 評價指標體系

根據(jù)指標選取的科學性、代表性、可操作性等原則［8］，結(jié)合海島周邊海域生態(tài)環(huán)境組成特征和調(diào)查數(shù)據(jù)情況，將評價指標分為環(huán)境指標和生物學指標，其中環(huán)境指標包括海水質(zhì)量、沉積物質(zhì)量，生物學指標包括葉綠素a濃度、浮游植物、浮游動物、底棲生物物種多樣性指數(shù).

1.1.1 環(huán)境指標 海水質(zhì)量指標包括溶解氧、無機氮、活性磷酸鹽、石油類等指標；沉積物質(zhì)量包括底質(zhì)有機碳、硫化物指標［2-3，7］.

1.1.2 生物學指標 物種多樣性指數(shù)可以定量反映生物群落內(nèi)物種多樣性程度，代表了群落組織水平和功能的基本特征，常被用來判斷環(huán)境污染的指標.其中最常用的指數(shù)有Shannon-Wiener指數(shù)（H′）［9］和Margalef種類豐富度指數(shù)（D）［10］，其計算公式分別為：

式中：pi為測站第 i種海洋生物的棲息密度與總棲息密度的比值，S為測站的物種數(shù)，N為測站的總棲息密度.

此外，葉綠素a含量也是表征環(huán)境污染的重要指標［11-12］.

1.2 評價標準及賦分

為了能有效區(qū)分各指標的數(shù)值差異，將各指標劃分為優(yōu)、良、中、差、劣5個等級，分別賦予5、4、3、2、1分［6，13-15］.環(huán)境質(zhì)量標準參照《海水水質(zhì)標準》［16］、《海洋沉積物質(zhì)量標準》［17］，并根據(jù)文獻將標準調(diào)整為5級，各等級之間盡量做到等間距，以減少間距不均所帶來的誤差［6，18］；Shannon-Wiener指數(shù)、Margalef指數(shù)、葉綠素a含量標準參考孟偉的研究成果［14］.具體評價指標和標準見表1.

表1 評價指標及標準Table 1 Indices and the respective standards

1.3 指標權(quán)重

本文采用層次分析法計算各評價指標權(quán)重.該方法是將人的主觀判斷用數(shù)量的形式表達和處理，確定層次中諸因素的相對重要性，是一種定性分析和定量分析相結(jié)合的評價方法，已廣泛應(yīng)用于各種綜合評價［19］.具體方法為首先向全國30多位海洋生物學、海洋生態(tài)學、海洋化學專家發(fā)放指標權(quán)重調(diào)查問卷，專家對各指標的相對重要性進行打分，然后通過YAAHP軟件計算各指標權(quán)重值，并進行一致性檢驗.各指標權(quán)重值見表2.

表2 各指標權(quán)重Table 2 Weights of the assessment indices

1.4 評價等級劃分

指標權(quán)重與各指標分值的乘積結(jié)果即綜合評價指數(shù)，1～1.5，1.5～2.5，2.5～3.5，3.5～4.5和4.5～5，分別對應(yīng)生態(tài)環(huán)境狀況劣、差、中、良、優(yōu)五種狀態(tài).

2 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來源

南海北部海島涵蓋廣東省、廣西壯族自治區(qū)所有海島，以及海南島周邊海島，該區(qū)海島眾多，大部分為基巖島，自然環(huán)境條件優(yōu)越，開發(fā)程度較高.本文依據(jù)海島自然條件及地理分布特征，選取南澳島等10個海島作為研究對象，闡明南海北部海島周邊海域的生態(tài)環(huán)境狀況.各研究海島概況見表3，位置分布圖見圖1.

本文的調(diào)查數(shù)據(jù)來源于我國近海海洋綜合調(diào)查與評價（908專項），各海島周邊海域的研究范圍為海島低潮線至周圍 20～30m 水深之間［20］. 2006年3月～2008年1月對上述海島周邊海域海水質(zhì)量、海洋生物進行了春、夏、秋、冬四個季節(jié)的調(diào)查，沉積物質(zhì)量進行了春季或秋季的調(diào)查.樣品的采集、處理、保存和分析，均按《908 專項海洋生物生態(tài)調(diào)查技術(shù)規(guī)程》［21］、《908 專項海洋化學調(diào)查技術(shù)規(guī)程》［22］中的方法進行.各指標數(shù)據(jù)均采用全年均值進行評價.

表3 研究海島概況Table 3 Characteristics of the islands in this study

圖1 研究海島地理分布Fig.1 Location of the islands in this study

3 結(jié)果

3.1 研究區(qū)環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀

表 4為研究區(qū)各環(huán)境因子的濃度范圍及年均值，對照國家海水質(zhì)量標準和沉積物質(zhì)量標準，可以看出，研究區(qū)海水溶解氧、沉積物硫化物和有機碳質(zhì)量現(xiàn)狀較好，年均值全部符合海水水質(zhì)、海洋沉積物質(zhì)量一類標準.部分海島海水中無機氮、活性磷酸鹽、石油類有所超標.其中無機氮超標數(shù)最多，內(nèi)伶仃島無機氮含量超四類水質(zhì)標準，另有3個海島超一類水質(zhì)標準；內(nèi)伶仃島活性磷酸鹽含量超二類、三類水質(zhì)標準，特呈島石油類含量超四類水質(zhì)標準（見圖2）.單因素方差分析結(jié)果表明，除溶解氧和硫化物外，其他調(diào)查環(huán)境因子均表現(xiàn)出海南、廣西的海島顯著優(yōu)于廣東的海島（P＜0.05），這與海島及附近陸域開發(fā)活動強度有關(guān).

表4 研究區(qū)各海島周邊海域環(huán)境因子濃度Table 4 Concentrations of environmental factors of study islands

3.2 研究區(qū)生物學指標現(xiàn)狀

圖3為研究區(qū)海洋生物多樣性指數(shù).單因素方差分析結(jié)果表明，海南、廣西的海島葉綠素 a濃度和浮游植物 H′顯著高于廣東海島（P＜0.05），而浮游動物、底棲生物多樣性差異不顯著. Pearson 相關(guān)分析結(jié)果表明，葉綠素 a濃度和浮游植物 H′呈極顯著負相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），浮游動物 H′和浮游動物 D呈極顯著正相關(guān)關(guān)系 （P＜0.01）；而底棲生物H′和底棲生物D呈正相關(guān)關(guān)系，但相關(guān)性不顯著.

圖2 研究區(qū)各海島海水中無機氮、活性磷酸鹽、石油類含量Fig.2 Concentrations of DIN， PO4-P and oils in sea water surrounding the islands

圖3 研究區(qū)各海島海洋生物多樣性指數(shù)和葉綠素a濃度Fig.3 Shannon-Wiener and Margalef indices of marine biology and concentration of chlorophyll a in study islands

3.3 綜合評價結(jié)果

表5為研究區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價結(jié)果，從中可以看出，綜合分值范圍在 3.25～4.39，大部分海島評價等級為良，內(nèi)伶仃島和特呈島評價等級為中.內(nèi)伶仃島位于珠江口海域，受陸源排污影響明顯；特呈島處于湛江港內(nèi)，該港腹大口小，海水交換能力差，易表現(xiàn)出污染富集以及對海洋生物造成影響［23］.

將評價結(jié)果與各島的離岸距離（表 3）比較發(fā)現(xiàn)，距離大陸越遠的海島，其生態(tài)環(huán)境質(zhì)量越好.如廣西的潿洲島評價結(jié)果明顯好于陸連島澫尾島，廣東的桂山島優(yōu)于上川島、南澳島.海南島周邊海島由于遠離大陸，排海陸源污染物少，其海島評價結(jié)果排序總體靠前，其中過河園位于昌化江河口區(qū)，其生態(tài)環(huán)境質(zhì)量在海南3個海島中較差.

表5 研究區(qū)海島周邊海域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合評價結(jié)果Table 5 Assessment results of ecological environment quality of sea areas surrounding the islands

4 討論

4.1 評價方法的科學性

為了實現(xiàn)對海島周邊海域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況的客觀評價，本文在參照國內(nèi)外研究成果的基礎(chǔ)上，建立的海島周邊海域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合評價指標體系以生物學要素（尤其是底棲生物）為主，環(huán)境要素（包括海水水質(zhì)、沉積物質(zhì)量）為輔.評價指標均為我國海洋調(diào)查的常規(guī)指標，對于我國海域具有廣泛的適用性，可用于比較研究，對我國海洋管理具有重要意義.通過對評價結(jié)果進行分析，表明該方法對南海北部區(qū)海島是適用的，增強了方法的可信度.

在指標權(quán)重方面，生物學指標權(quán)重遠大于環(huán)境指標權(quán)重，這與國內(nèi)外的相關(guān)研究成果一致［7，24］.底棲生物由于運動能力弱且對環(huán)境擾動敏感，能夠迅速地通過群落特征的改變來反映環(huán)境的變化，被廣泛用作海洋環(huán)境狀況的指示生物［25-26］.因此，在生物學指標中底棲生物多樣性指數(shù)權(quán)重最大.

適當?shù)脑u價標準對評價結(jié)果的準確性至關(guān)重要.目前，國家制定了環(huán)境要素指標的相應(yīng)標準，但生物學要素的評價標準研究較少，本文參考了孟偉在渤海區(qū)的研究成果［14］，在其它海區(qū)的適用性還需要進一步檢驗.美國和歐盟的研究都強調(diào)對不同的海域應(yīng)該設(shè)置專屬的評價標準或參考基準值，統(tǒng)一的評價標準可能忽略了不同研究區(qū)域自然條件的差異.今后我國應(yīng)加強生物學要素評價參考基準值的研究，應(yīng)對受人為活動干擾強度較小區(qū)域（如海洋保護區(qū)）進行長期的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測，用于評價標準的制定.對于海島周邊海域來講，生物多樣性背景值的計算應(yīng)針對不同海域的河口型海島、近岸海島以及遠岸海島分別探討.

4.2 評價結(jié)果與管理對策

從評價結(jié)果來看，南海北部海島環(huán)境要素和生物學要素評價結(jié)果基本一致，表現(xiàn)出海島距離大陸越遠，環(huán)境質(zhì)量越好，生物多樣性越高；較封閉港灣內(nèi)的海島，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量較差.內(nèi)伶仃島和桂山島位于珠江口海域，每年有大量污染物排放入該海域.根據(jù)《2007年中國海洋環(huán)境質(zhì)量公報》［27］，當年由珠江排放入海的營養(yǎng)鹽高達11.41萬t，造成該海域海水中無機氮和活性磷酸鹽出現(xiàn)不同程度地超標現(xiàn)象，環(huán)境質(zhì)量較差，在所有評價海島中排序靠后；但兩個海島的海洋生物多樣性較高，在所有評價海島中桂山島生物多樣性指數(shù)排序第一.這和采樣點生物的棲息環(huán)境有一定關(guān)系，影響底棲生物多樣性的因素除污染程度外，還包括底質(zhì)類型、鹽度、洋流等［28-30］.由于珠江淡水的劇烈影響，珠江口海域表現(xiàn)出明顯的鹽度梯度，自珠江口內(nèi)向外海急劇升高，海洋生物群落優(yōu)勢種也從低鹽河口種逐漸變?yōu)閺V鹽河口種、廣鹽近岸種

［31］.此外，珠江口淺海沉積物類型由內(nèi)向外海由粗砂變?yōu)榉凵百|(zhì)黏土和黏土質(zhì)砂［32］.這些都是影響珠江口海洋生物群落特征的重要原因，造成采樣點生物多樣性較高.同時，仍然表現(xiàn)出距離河口較遠的桂山島生物學要素評價結(jié)果優(yōu)于內(nèi)伶仃島.

從南海北部海島周邊海域生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀來看，該區(qū)海島總體上處于“良”～“中”的狀態(tài)，河口區(qū)和較封閉港灣內(nèi)的海島受到氮、磷和石油類污染較嚴重，需要引起管理部門的重視.針對上述問題，管理部門應(yīng)采取有針對性的管理措施，在制定沿海經(jīng)濟發(fā)展相關(guān)規(guī)劃時著重考慮生態(tài)環(huán)境承載力，同時加大污染物處理力度，進行生態(tài)修復(fù)，建立多種類型的海洋保護區(qū)，有效保護海島周邊海域海洋生態(tài)系統(tǒng)，從而實現(xiàn)海島地區(qū)經(jīng)濟環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展.

5 結(jié)論

5.1 本文從環(huán)境要素和生物學要素中選取了12個指標建立評價指標體系，確定5個評價等級及標準，采用層次分析法確定指標權(quán)重，構(gòu)建了符合我國海洋管理實際的海島周邊海域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合評價方法.

5.2 南海北部海島周邊海域大部分生態(tài)環(huán)境質(zhì)量良好，僅有位于半封閉港灣內(nèi)的特呈島和位于珠江口的內(nèi)伶仃島周邊海域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價結(jié)果為“中”，需要進行重點監(jiān)控和修復(fù).

5.3 從評價要素來看，南海北部海島環(huán)境要素和生物學要素評價結(jié)果基本一致，表現(xiàn)出海島距離大陸越遠，環(huán)境質(zhì)量越好，生物多樣性越高.陸源污染物的排放量、海水交換能力等也是影響評價結(jié)果的重要因素.

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致謝：感謝陳光程副研究員在本文英文部分修改過程中給予的幫助.

Integrated assessment on ecological environment quality of sea areas around islands in northern South China Sea.

SUN Yuan-min， CHEN Bin， HUANG Hai-ping， MA Zhi-yuan （Third Institute of Oceanography， State Oceanic Administration， Xiamen 361005， China）. China Environmental Science， 2016，36（9）：2874～2880

Based on the integrated assessment methods of marine ecological environment quality， and the survey data in China， an integrated assessment method of ecological environment quality of sea areas around islands was established. Totally 12 indices were selected from environmental and biotic elements to set up an integrated assessment index system，and then 5 classification levels and their evaluation standards were determined. The weights of indices were determined using analytic hierarchy process. 10 representative islands were selected in northern South China Sea according to the characteristics of geographical distribution， around which the ecological environment quality of sea areas were assessed using the above method for case study. The result showed that 8 islands were classified as in ‘Good’ status and the other 2 islands were in ‘Moderate’ status. The northern South China Sea was generally at good status. The ecological environment quality was influenced by the offshore distance， the discharge of land based pollutant， and sea water exchange ability. The integrated assessment method established in this paper was able to objectively reflect the ecological environment status of sea areas around islands.

integrated assessment on ecological environment；sea areas around islands；northern South China Sea

X822

A

1000-6923（2016）09-2874-07

2015-12-27

國家海洋局第三海洋研究所基本科研業(yè)務(wù)費專項資助項目（海三科2014019）；國家“908”專項資助項目（908-02-04-08）

* 責任作者， 工程師， sunyuanmin@tio.org.cn

孫元敏（1984-），男，山東威海人，工程師，碩士，主要從事海島生態(tài)系統(tǒng)評估與恢復(fù)生態(tài)學的研究.發(fā)表論文7篇.