海水養(yǎng)殖對(duì)海島生態(tài)系統(tǒng)脆弱性影響評(píng)估初探

王媛,劉述錫(.大連海洋大學(xué)水產(chǎn)與生命學(xué)院,遼寧大連603;.國家海洋環(huán)境監(jiān)測中心,遼寧大連603)

海水養(yǎng)殖對(duì)海島生態(tài)系統(tǒng)脆弱性影響評(píng)估初探

王媛1,劉述錫2
(1.大連海洋大學(xué)水產(chǎn)與生命學(xué)院,遼寧大連116023;2.國家海洋環(huán)境監(jiān)測中心,遼寧大連116023)

為研究海水養(yǎng)殖業(yè)對(duì)海島生態(tài)系統(tǒng)脆弱性的影響,通過分析海島生態(tài)系統(tǒng)本身所具有的脆弱性,探討了海水養(yǎng)殖活動(dòng)對(duì)海島生態(tài)系統(tǒng)脆弱性的影響機(jī)制。根據(jù)海島生態(tài)系統(tǒng)的特點(diǎn),將海島生態(tài)系統(tǒng)劃分為島陸子系統(tǒng)、潮間帶子系統(tǒng)和近海子系統(tǒng);采用指標(biāo)評(píng)價(jià)法構(gòu)建VDS(暴露—敏感—適應(yīng))框架,初步探索了海水養(yǎng)殖業(yè)對(duì)海島生態(tài)系統(tǒng)脆弱性影響的評(píng)估指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)方法。本研究結(jié)果可為今后海水養(yǎng)殖影響下的海島生態(tài)系統(tǒng)脆弱性評(píng)估工作提供思路。

海島;生態(tài)脆弱性;影響機(jī)制;指標(biāo)體系;評(píng)價(jià)方法

改革開放初期,中國的漁業(yè)生產(chǎn)主要以捕撈為主,但隨著人們對(duì)水產(chǎn)品需求量的日益增加,漁業(yè)資源日漸枯竭,人們開始轉(zhuǎn)捕為養(yǎng),水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)逐漸興起[1],并且迅速發(fā)展。先后經(jīng)歷了“藻、蝦、魚、貝、參冶五次產(chǎn)業(yè)浪潮,至2014年全國水產(chǎn)品總產(chǎn)量達(dá)6461.52萬t,其中海水養(yǎng)殖產(chǎn)量為1812.65萬t,占全國水產(chǎn)品產(chǎn)量的28.06%。海水養(yǎng)殖品種有魚類、貝類、甲殼類(蝦、蟹)、藻類等。全國水產(chǎn)養(yǎng)殖面積為8.39伊106hm2,其中海水養(yǎng)殖面積為2.31伊106hm2,占養(yǎng)殖總面積的27.49%。隨著海水養(yǎng)殖業(yè)的不斷發(fā)展,中國一些沿海城市周邊的海島,如遼寧省大連市的長山群島、山東省煙臺(tái)市的廟島群島、廣東省汕頭市的南澳島等,已成為發(fā)展海水養(yǎng)殖的重點(diǎn)地區(qū)。

生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性是系統(tǒng)自身特性和外界干擾相互作用產(chǎn)生的結(jié)果[2]。目前,國內(nèi)外有關(guān)脆弱性的研究主要集中于專項(xiàng)脆弱性研究和綜合脆弱性研究兩方面。專項(xiàng)脆弱性研究包括生態(tài)系統(tǒng)和服務(wù)功能的脆弱性,例如,全球比較關(guān)注的氣候變化下生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性;綜合脆弱性研究是指從多方面、多角度去研究不同尺度區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)脆弱性。生態(tài)系統(tǒng)脆弱性的研究以陸地為開端發(fā)展到現(xiàn)今的海岸帶和近海區(qū)域脆弱性研究[3],而位于海洋生態(tài)系統(tǒng)中的海島生態(tài)系統(tǒng)脆弱性的相關(guān)研究國內(nèi)外均鮮有涉及,且國內(nèi)外學(xué)者出發(fā)點(diǎn)也不同。國外研究人員認(rèn)為,脆弱性是海島的固有特征,人類活動(dòng)起到的僅是調(diào)控作用,而國內(nèi)研究人員則認(rèn)為,人類活動(dòng)是導(dǎo)致海島脆弱性的驅(qū)動(dòng)力之一。在海島周邊發(fā)展海水養(yǎng)殖業(yè)勢必會(huì)影響海島生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性,在其影響下海島內(nèi)部部分環(huán)境因子會(huì)發(fā)生相應(yīng)的轉(zhuǎn)變。了解海水養(yǎng)殖活動(dòng)對(duì)海島生態(tài)系統(tǒng)脆弱性的影響機(jī)制,找到海水養(yǎng)殖影響下海島生態(tài)系統(tǒng)脆弱性評(píng)價(jià)方法,可以為海島生態(tài)系統(tǒng)脆弱性的深入研究、調(diào)控和保護(hù)工作提供基本思路,為海水養(yǎng)殖業(yè)的健康和可持續(xù)發(fā)展提供可靠的理論依據(jù)。

1 海島生態(tài)系統(tǒng)脆弱性分析

1.1 海島生態(tài)系統(tǒng)及其脆弱性

《聯(lián)合國海洋法公約》第八部分“島嶼制度冶中提出了島嶼的概念:島嶼是四周環(huán)水并且在高潮時(shí)高于水平面的自然形成的陸地。一般認(rèn)為,海島是指面積較小、四面環(huán)水、散布在海洋之中的陸地[4]。海島一般按成因可以分為大陸島、海洋島(火山島和珊瑚島)和沖擊島等。與其他生態(tài)系統(tǒng)相比,海島生態(tài)系統(tǒng)是指海洋和陸地相互交錯(cuò)的地帶,即生態(tài)交錯(cuò)區(qū)(過渡帶、脆弱帶),海島一般遠(yuǎn)離大陸,地域結(jié)構(gòu)都比較簡單,土壤比較貧瘠、肥力低,其上生長的植物種類有限,有限的植物種類和營養(yǎng)物質(zhì)使其能夠供養(yǎng)的動(dòng)物種類也相對(duì)較少,形成的食物鏈和食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)比較簡單,導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)和功能均不穩(wěn)定,易受外界影響而發(fā)生變化,這也決定了海島本身固有的脆弱性特質(zhì)。

另外,特殊的地理位置,較小的面積導(dǎo)致海島容易受到來自自然界的干擾,例如,海島周邊的氣象條件、水文條件和地質(zhì)災(zāi)害等引起的自然災(zāi)害(臺(tái)風(fēng)、地震、海嘯等)[7],加重了海島生態(tài)環(huán)境的脆弱性;此外,海島人類活動(dòng)的日益頻繁和對(duì)海島開發(fā)力度的逐漸加大,如海島旅游業(yè)的蓬勃興起,海水養(yǎng)殖業(yè)的大力發(fā)展,以及海島城鄉(xiāng)建設(shè)的日益完善等,從另一個(gè)層面上增加了海島生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性。

1.2 海水養(yǎng)殖條件下海島生態(tài)系統(tǒng)范圍的界定

海島生態(tài)系統(tǒng)位于海洋之中,是陸地與海洋復(fù)合形成的生態(tài)系統(tǒng)。根據(jù)海島生態(tài)系統(tǒng)的二相性特征和不同生物群落生境的差異,一般將海島生態(tài)系統(tǒng)劃分為島陸(海島的陸地部分)、潮間帶(多年平均高潮線以下至多年平均低潮線以上的區(qū)域)、近海(多年平均低潮線以下的淺海區(qū)域)3個(gè)子系統(tǒng)。其中,海島近海生態(tài)系統(tǒng)的劃定方法根據(jù)研究的目的不同而具有一定差異,如有學(xué)者在海島生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中,將近海濕地范圍視為海島近海水域范圍[5],在海島生態(tài)健康評(píng)價(jià)中有學(xué)者則將潮下帶至陸架邊緣近海區(qū)域作為海島的近海水域。根據(jù)海水養(yǎng)殖活動(dòng)對(duì)海水環(huán)境的需求和對(duì)海島周邊水域生態(tài)環(huán)境的影響,在海島生態(tài)脆弱性評(píng)估中,近海海域范圍應(yīng)選取后者更為合理[6]。

2 海水養(yǎng)殖對(duì)海島生態(tài)系統(tǒng)脆弱性的影響機(jī)制

海水養(yǎng)殖在一定程度上解決了資源短缺給海洋資源帶來的巨大壓力,養(yǎng)殖規(guī)模擴(kuò)大、養(yǎng)殖數(shù)量增多、養(yǎng)殖種類的豐富增加了經(jīng)濟(jì)收入[8],卻同時(shí)加劇了海島生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性。其中對(duì)海島生態(tài)系統(tǒng)造成的壓力主要包括:(1)養(yǎng)殖污染(養(yǎng)殖自污染、藥物污染、底泥富集污染);(2)水動(dòng)力特征的改變;(3)天然濕地的破壞;(4)海島岸線的變化;(5)基因污染和生物群落的改變;(6)海水養(yǎng)殖對(duì)島陸的影響。

2.1 養(yǎng)殖污染

海水養(yǎng)殖過程中自身產(chǎn)生的污染稱其為養(yǎng)殖污染,它包括海水養(yǎng)殖過程中產(chǎn)生的餌料廢物,一般以溶解和顆粒狀態(tài)的有機(jī)物為主[9],許多國內(nèi)外學(xué)者通過對(duì)蝦蟹、魚類養(yǎng)殖地區(qū)進(jìn)行實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn),有14%~20%的餌料未被利用[10],從而變成廢棄物。其次,養(yǎng)殖污染還包括養(yǎng)殖生物產(chǎn)生的排泄物、糞便和生物遺體。他們的主要組成成分中含有N、P等有機(jī)物質(zhì),存在于水體中,隨著水流的流動(dòng)和沉降作用擴(kuò)散到周圍的海域或沉積到底質(zhì)中,造成水體和底質(zhì)的N、P含量增加,進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致水體的富營養(yǎng)化發(fā)生,產(chǎn)生赤潮等不利的災(zāi)害發(fā)生;沉積到底泥中的有機(jī)污染物為底質(zhì)中的微生物提供了大量的養(yǎng)分,致使微生物大量繁殖,導(dǎo)致底質(zhì)周圍溶解氧含量降低,加之有機(jī)污染物的分解能力仍有限,剩余的污染物在缺氧的還原環(huán)境中很容易產(chǎn)生氨氣、硫化氫等有毒氣體。除了殘餌和生物自身對(duì)水體產(chǎn)生的污染外,人類養(yǎng)殖過程中使用的消毒劑、抗菌素、激素等還會(huì)產(chǎn)生其他附加影響:一方面對(duì)水體中其他生物產(chǎn)生影響;另一方面,藥品會(huì)通過食物鏈或食物網(wǎng)的生物富集作用使其毒性逐級(jí)放大,進(jìn)入到一些水產(chǎn)品中,最終一部分被人類攝取,對(duì)人類健康與安全造成威脅。人類在養(yǎng)殖環(huán)境中施用的各種藥品一般為化學(xué)藥品,而各種化學(xué)藥品之間,化學(xué)藥品與物理環(huán)境之間,以及化學(xué)藥品與生物環(huán)境之間會(huì)產(chǎn)生怎樣的相互作用,對(duì)生物有怎樣的影響,會(huì)對(duì)環(huán)境以及人類本身造成怎樣的影響,仍然有許多未知的問題亟待進(jìn)一步探究。

2.2 水動(dòng)力特征的改變

牡蠣、扇貝、海帶等浮筏式養(yǎng)殖,是將養(yǎng)殖對(duì)象放入到人工制造的網(wǎng)箱或者浮筏上,投入到海水中進(jìn)行養(yǎng)殖的過程[11]。這些網(wǎng)箱和浮筏在海水中的分布均以一定的規(guī)模、密度存在于海水中,隨海水的流動(dòng)而產(chǎn)生相應(yīng)的運(yùn)動(dòng),但養(yǎng)殖網(wǎng)箱及浮筏與海水間的作用是相互的,其隨海水運(yùn)動(dòng)的同時(shí),也會(huì)對(duì)海洋水動(dòng)力特征產(chǎn)生許多影響,除此之外,養(yǎng)殖生物對(duì)海洋水動(dòng)力特征也會(huì)產(chǎn)生一定程度的影響。例如,海水流速、交換律和潮流周期發(fā)生變化會(huì)進(jìn)一步影響?zhàn)B殖區(qū)域內(nèi)海水水質(zhì)狀況、海中營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán),以及浮游動(dòng)植物、底棲動(dòng)物的構(gòu)成與分布,對(duì)海水養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)健康發(fā)展產(chǎn)生不利影響。

2.3 天然濕地的破壞

海島生態(tài)系統(tǒng)由于受地域限制,原有的潮間帶區(qū)域狹窄,而養(yǎng)殖活動(dòng)的開展侵占了大量的濕地,如遼寧省瓦房店市長興島與大陸相連的水道基本上被養(yǎng)殖池塘所占據(jù),改變了海流通路,阻塞了海水的正常交換,破壞了海洋和島陸生態(tài)系統(tǒng)間的物質(zhì)流動(dòng)。原生長于潮間帶之中的底棲動(dòng)物、魚卵等由于濕地的破壞而數(shù)量減少甚至消失,海島周邊大面積的濕地被破壞,濕地的萎縮減弱了海島生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)服務(wù)功能,降低了其生態(tài)服務(wù)價(jià)值,增加了海島生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性。

此外,紅樹林是生長在熱帶、亞熱帶隱蔽海岸潮間帶的木本植物,是連接海洋和陸地的重要紐帶,在中國廣東、廣西和海南島潮間帶地區(qū)均有著廣泛分布,但卻被人類大規(guī)模的圍塘養(yǎng)殖活動(dòng)而破壞,失去了其原有的生態(tài)服務(wù)功能。同時(shí),紅樹林的減少也給當(dāng)?shù)丨h(huán)境帶來一系列影響,熱帶、亞熱帶地區(qū)經(jīng)常有臺(tái)風(fēng)等災(zāi)害性天氣出現(xiàn),由于紅樹面積減少,對(duì)臺(tái)風(fēng)的阻擋能力減弱,一旦臺(tái)風(fēng)發(fā)生就會(huì)給當(dāng)?shù)鼐用竦纳a(chǎn)和生活帶來巨大的損失。紅樹林還能夠固定海水中的N、P等養(yǎng)分,如果面積減少,土地退化現(xiàn)象也極容易發(fā)生[12]。有研究表明,廣東省粵東、珠江口的諸多海島濕地上生長的紅樹林在20年的時(shí)間里減少了約14 km2,而消失的紅樹林多轉(zhuǎn)化為海水養(yǎng)殖用地[13]。

2.4 海島岸線的變化

海島岸線是海島上可利用的寶貴資源,對(duì)于保持海島內(nèi)部生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定、海島生物多樣性的維持等均起到重要作用。自然狀況下的海岸線還是相對(duì)穩(wěn)定的,但是,隨著人類活動(dòng)的逐步介入,對(duì)海島岸線產(chǎn)生的影響也越來越大。就海水養(yǎng)殖來說,養(yǎng)殖池塘的大量建造使得原有的海島岸線變短,海島岸線類型向單一化發(fā)展,岸線附近海域的生物多樣性減少,海島附近水域水動(dòng)力狀況改變,海灘旅游資源退化等一系列問題逐步顯現(xiàn)出來,不僅對(duì)海島自然環(huán)境帶來不利影響,也間接使海島居民的生活質(zhì)量下降[14]。所以養(yǎng)殖活動(dòng)的開展在一定程度上會(huì)破壞海島的天然岸線,進(jìn)一步加劇海島環(huán)境的脆弱性。

2.5 基因污染和生物群落改變

海水養(yǎng)殖是人類有目的地對(duì)適合當(dāng)?shù)丨h(huán)境的高產(chǎn)的適合消費(fèi)市場的養(yǎng)殖物種進(jìn)行培育的過程。選擇培育的物種有當(dāng)?shù)匚锓N和外來引進(jìn)物種,外來物種進(jìn)入到當(dāng)?shù)睾笈c當(dāng)?shù)匚锓N可能存在的關(guān)系有以下幾種:

(1)外來物種能夠很好地融入當(dāng)?shù)丨h(huán)境、食物鏈(網(wǎng))結(jié)構(gòu)中,與當(dāng)?shù)匚锓N保持一種穩(wěn)定的相互關(guān)系。但是,由于外來物種不存在于早期當(dāng)?shù)丨h(huán)境中,該物種的進(jìn)入一定程度上會(huì)改變種間的競爭、捕食、寄生等關(guān)系,導(dǎo)致群落結(jié)構(gòu)的改變。對(duì)廟島群島貝類養(yǎng)殖的相關(guān)研究中表明:無貝類養(yǎng)殖的海水環(huán)境中浮游植物的優(yōu)勢種為4種,當(dāng)進(jìn)行大規(guī)模貝類養(yǎng)殖后,優(yōu)勢種數(shù)量則減少為2種[15]。

(2)外來物種進(jìn)入到本地后,環(huán)境適宜,缺少與其競爭的物種,在一段時(shí)間內(nèi)大量繁殖,直接或間接影響本地物種生存,即所謂的物種入侵。如某地區(qū)水產(chǎn)局為了解決當(dāng)?shù)爻贼~難的問題,未經(jīng)考察就進(jìn)行了羅非魚的增值與放流,導(dǎo)致當(dāng)?shù)亓_非魚泛濫成災(zāi),對(duì)當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境和經(jīng)濟(jì)都造成了巨大損失。

(3)外來物種不能適應(yīng)當(dāng)?shù)丨h(huán)境或競爭能力有限導(dǎo)致物種引入失敗。

人工繁育的物種放流和外逃,并與天然物種雜交,造成種質(zhì)混交,給天然基因庫帶來種質(zhì)污染,會(huì)造成優(yōu)良性狀不可逆的破壞,導(dǎo)致生物污染。例如,與人工繁育魚種相比,一些野生魚的出肉率和繁殖能力較低,但抗病能力較高,野生魚與人工繁育魚種雜交導(dǎo)致本物種的抗病能力下降。另外,如果流散到天然環(huán)境中的人工繁育物種帶有致病細(xì)菌或魚病,對(duì)于野生魚來說災(zāi)難是致命的。

2.6 海水養(yǎng)殖對(duì)島陸影響

海島類型因其形成過程、組成物質(zhì)的差異而不同,有的由泥沙堆積而成形成泥沙質(zhì)島,泥沙質(zhì)島嶼適合進(jìn)行海產(chǎn)品的養(yǎng)殖,人們大規(guī)模的進(jìn)行水產(chǎn)養(yǎng)殖活動(dòng),興建養(yǎng)殖池塘和工廠,導(dǎo)致海島的土地利用類型發(fā)生改變,原有島嶼失去本身的島嶼性質(zhì),甚至消失[16]。例如,1992—2005年,山東濱州沿岸上的北砣子島中編號(hào)為52的島嶼,由于養(yǎng)殖活動(dòng)的進(jìn)行,到2005年已經(jīng)完全消失而被開發(fā)為養(yǎng)殖區(qū)。島陸自然土地的減少導(dǎo)致島陸生物棲息地喪失,島陸生物多樣性減少。

此外,島陸海水養(yǎng)殖活動(dòng)中產(chǎn)生的廢水、廢料、工業(yè)垃圾等污染物,如果沒有經(jīng)過適當(dāng)?shù)奶幚砭瓦M(jìn)行排放,則對(duì)島陸土壤、淡水等資源都會(huì)造成不利的影響。

3 指標(biāo)體系的構(gòu)建

脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)中指標(biāo)體系的構(gòu)建方式有多種,但是應(yīng)用最為廣泛的是PSD(壓力—狀態(tài)—響應(yīng))模式和VSD(暴露—敏感—適應(yīng))模式的指標(biāo)體系[17]。二者均是以系統(tǒng)外部的干擾和壓力為出發(fā)點(diǎn),研究生態(tài)系統(tǒng)在其影響下的生態(tài)脆弱性。不同之處在于,PSD框架僅是考慮到在外界影響下系統(tǒng)所處的質(zhì)量和狀態(tài),而VSD框架是根據(jù)脆弱性概念的分解來實(shí)現(xiàn)脆弱性的度量,相對(duì)于PSD框架,VSD框架展示了脆弱性發(fā)生的具體環(huán)節(jié)與過程,有利于脆弱性問題的發(fā)現(xiàn)與調(diào)控。本研究中,以VSD框架為基礎(chǔ),構(gòu)建海島生態(tài)系統(tǒng)脆弱性評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系。VSD模式中暴露的是指養(yǎng)殖活動(dòng)對(duì)海島環(huán)境產(chǎn)生的壓力,包括非生物環(huán)境和生物環(huán)境兩方面。敏感性是海島某些自然敏感屬性(地質(zhì)、地貌)和過度的養(yǎng)殖活動(dòng)綜合作用的結(jié)果[18]。為了避免系統(tǒng)朝著不良的方向發(fā)展,海島生態(tài)系統(tǒng)本身有一定的調(diào)節(jié)能力即自適應(yīng)性。人類社會(huì)的適應(yīng)性是指人類社會(huì)采取一定的保護(hù)和調(diào)控措施減緩或改變其向不良方向發(fā)展的趨勢。經(jīng)過“人—自然冶耦合系統(tǒng)的不斷相互作用,在現(xiàn)有知識(shí)技術(shù)水平和環(huán)境可調(diào)節(jié)能力下,最終得出海島生態(tài)系統(tǒng)的脆弱化程度。

3.1 指標(biāo)體系構(gòu)建原則

首先,指標(biāo)體系的構(gòu)建要以研究內(nèi)容為出發(fā)點(diǎn),考慮與養(yǎng)殖活動(dòng)有關(guān)的暴露指標(biāo),海島生態(tài)系統(tǒng)相對(duì)敏感的指標(biāo)和人為、自然適應(yīng)指標(biāo)。其次,指標(biāo)的選擇要具有代表性,能夠準(zhǔn)確突出地反映養(yǎng)殖活動(dòng)下海島生態(tài)系統(tǒng)中實(shí)際存在的問題。再者,指標(biāo)的全面性也是指標(biāo)選取所必須考慮的方面,這是由海島生態(tài)系統(tǒng)和海水養(yǎng)殖產(chǎn)生影響類型的復(fù)雜性決定的,例如,海水養(yǎng)殖對(duì)近海生態(tài)系統(tǒng)的影響不僅包括對(duì)自然的影響,同時(shí)也涉及到生物等方面。最后,指標(biāo)的選取要考慮到可操作性,在實(shí)際操作中有些指標(biāo)的選取要考慮現(xiàn)有技術(shù)手段和知識(shí)水平以及相關(guān)信息獲得的難易程度。

3.2 各個(gè)子系統(tǒng)指標(biāo)體系的構(gòu)建

(1)島陸子系統(tǒng)指標(biāo)體系的選取。島陸是海島生態(tài)系統(tǒng)的主體,也是海島生態(tài)系統(tǒng)唯一的陸地部分,海水養(yǎng)殖活動(dòng)對(duì)于海島陸地生態(tài)子系統(tǒng)產(chǎn)生的壓力主要包括:養(yǎng)殖工廠和池塘建立對(duì)海島陸地景觀的破壞,養(yǎng)殖活動(dòng)產(chǎn)生的固體垃圾對(duì)島陸環(huán)境的污染,廢水對(duì)于海島淡水系統(tǒng)的污染等[19];而島陸相對(duì)敏感的因素包括:島陸生物、土壤、水質(zhì)等方面,島陸從景觀結(jié)構(gòu)、地質(zhì)地貌、保護(hù)區(qū)建立等方面進(jìn)行適應(yīng)[20]。

(2)潮間帶子系統(tǒng)。潮間帶是海洋與陸地交接的地帶,相對(duì)于整個(gè)海島生態(tài)系統(tǒng)來說是真正的脆弱地帶。在潮間帶上生活的生物種類多樣,生物生境復(fù)雜,對(duì)于外界環(huán)境變化相對(duì)于其他兩個(gè)子系統(tǒng)而言更為敏感。養(yǎng)殖活動(dòng)在潮間帶子系統(tǒng)中產(chǎn)生的壓力有:養(yǎng)殖的規(guī)模、種類、養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)、投餌量、投藥量等。潮間帶生態(tài)環(huán)境的敏感性表現(xiàn)在:潮間帶沉積環(huán)境質(zhì)量和生物質(zhì)量,潮間帶海水環(huán)境質(zhì)量,潮間帶生物變化情況,如底棲生物對(duì)于外界環(huán)境變化較為敏感,是很好的指示性物種[21]。潮間帶生態(tài)系統(tǒng)的適應(yīng)包括:海水的水動(dòng)力條件、海上保護(hù)區(qū)的建立、生態(tài)服務(wù)價(jià)值等。

(3)近海子系統(tǒng)指標(biāo)體系構(gòu)建。近海子系統(tǒng)距陸較遠(yuǎn),環(huán)境變化程度較大,海水的初級(jí)生產(chǎn)能力較高,經(jīng)常受到洋流影響,營養(yǎng)物種豐富,是進(jìn)行海水養(yǎng)殖的絕佳場所。近海海域海水養(yǎng)殖品種、方式多樣。海水養(yǎng)殖對(duì)近海環(huán)境產(chǎn)生的壓力主要為養(yǎng)殖的規(guī)模、數(shù)量、密度等;近海子系統(tǒng)發(fā)生變化(敏感性)的主要因子包括海水水質(zhì)、近海生物群落及其基因結(jié)構(gòu)、大型底棲生物量等;而近海生態(tài)系統(tǒng)的自我適應(yīng)包括:水動(dòng)力條件、近海地質(zhì)地貌條件、原有生物群落結(jié)構(gòu)等(表1)。

4 評(píng)價(jià)方法

4.1 海島生態(tài)系統(tǒng)脆弱性評(píng)價(jià)方法

生態(tài)脆弱性研究一般采用的方法有情景分析法、生態(tài)模擬法、指標(biāo)評(píng)價(jià)法。在氣候變化對(duì)生態(tài)環(huán)境的脆弱性影響中,情景分析法應(yīng)用的比較廣泛,而生態(tài)模擬法在養(yǎng)殖活動(dòng)對(duì)海水脆弱性影響中的應(yīng)用還屬于初步發(fā)展階段,主要研究海水中餌料等污染物在海水作用下的運(yùn)動(dòng)路線模擬,并以此來評(píng)價(jià)特定養(yǎng)殖活動(dòng)對(duì)于海域脆弱性的影響[22]。生態(tài)脆弱性的另一種定量評(píng)價(jià)方法——指數(shù)評(píng)價(jià)法在各領(lǐng)域的脆弱性研究中應(yīng)用均比較廣泛,如旅游活動(dòng)對(duì)海島的脆弱性影響研究中,有外國學(xué)者利用指數(shù)評(píng)價(jià)法分析了旅游活動(dòng)對(duì)海島脆弱性的影響[23]。運(yùn)用指標(biāo)評(píng)價(jià)法在VSD框架下進(jìn)行海島生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)能夠更好地表征海島各個(gè)子系統(tǒng)狀態(tài)的暴露、敏感、適應(yīng)性程度。

4.2 指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)確定與分級(jí)

指標(biāo)確定與標(biāo)準(zhǔn)化是脆弱性評(píng)價(jià)的關(guān)鍵性步驟,由于指標(biāo)的可得性程度不同,有些屬于定量指標(biāo),可以通過國家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)獲得,或者參考背景值和有關(guān)文獻(xiàn)獲得。而沒有數(shù)據(jù)支持的半定量數(shù)據(jù)和定性數(shù)據(jù)收集后,需要人為對(duì)其空間屬性加以定義。在上述基礎(chǔ)上,根據(jù)指標(biāo)的特征對(duì)指標(biāo)進(jìn)行分級(jí):定量指標(biāo)中有參考標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo),根據(jù)參考文獻(xiàn)等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分級(jí),無參考標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo),則根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)特征利用聚類分析方法分級(jí),例如本文中的外來物種數(shù)和岸線變化比例等;定性指標(biāo)可以利用專家咨詢法對(duì)其加以分級(jí),例如邀請(qǐng)10位以上從事本領(lǐng)域工作20年以上的專家對(duì)“生態(tài)修復(fù)工程建設(shè)情況冶等類似定性指標(biāo)進(jìn)行分級(jí)。

表1 海水養(yǎng)殖影響下海島各生態(tài)子系統(tǒng)脆弱性評(píng)估指標(biāo)Tab.1Assessment indicators of vulnerability of various ecological subsystems in sea islands during mariculture

4.3 指標(biāo)權(quán)重的確定

指標(biāo)權(quán)重可以通過主觀、客觀或二者相結(jié)合的方式進(jìn)行確定。常用的主觀方法包括專家打分法、經(jīng)驗(yàn)權(quán)數(shù)法等,客觀方法如主成分分析法、熵權(quán)法等。專家咨詢法等主觀指標(biāo)賦權(quán)方法以人為喜好為出發(fā)點(diǎn),主觀性大,得到的權(quán)重結(jié)果可靠性差?？陀^賦權(quán)法如熵權(quán)法是一種客觀賦值方法,可根據(jù)指標(biāo)的變異程度,利用信息熵計(jì)算出熵權(quán),即可得到各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重。雖然其得到的結(jié)果客觀、可靠,但對(duì)于數(shù)據(jù)的要求較高,適用于單一指標(biāo)體系中的權(quán)重確定[26]。本研究中的海島生態(tài)系統(tǒng)是包含多個(gè)子系統(tǒng)的復(fù)雜系統(tǒng),各個(gè)子系統(tǒng)中的暴露、敏感、適應(yīng)指標(biāo)各不相同,脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系屬于綜合指標(biāo)體系,采用熵權(quán)法賦予權(quán)重存在一定困難。而層次分析法雖具有一定的主觀性,但是其在定量分析中仍具有一定優(yōu)勢,且在生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)研究中具有一定的應(yīng)用基礎(chǔ)[17,27-28],在不同的決策方案中可以根據(jù)實(shí)際情況確定指標(biāo)權(quán)重。利用層次分析法對(duì)海島生態(tài)脆弱性指標(biāo)進(jìn)行賦權(quán),首先,需要建立指標(biāo)體系層次框架:目標(biāo)層,即生態(tài)脆弱性(海島生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性);分目標(biāo)層,即各個(gè)子系統(tǒng)的脆弱性(島陸、潮間帶、近海子系統(tǒng)的脆弱性);準(zhǔn)則層,即各個(gè)子生態(tài)系統(tǒng)脆弱性從哪幾方面進(jìn)行衡量(暴露、敏感、適應(yīng));指標(biāo)層,即每一準(zhǔn)則層需要用哪些指標(biāo)衡量(圖1)。其次,構(gòu)建判斷矩陣,對(duì)各個(gè)指標(biāo)之間的相對(duì)重要性大小進(jìn)行判斷。最后,對(duì)指標(biāo)進(jìn)行賦權(quán)和一致性檢驗(yàn)。

4.4 評(píng)價(jià)單元?jiǎng)澐峙c生態(tài)脆弱性計(jì)算

海島脆弱性評(píng)價(jià)單元的劃分應(yīng)根據(jù)不同的研究目的、研究方法等有所差異。如為保持海島生態(tài)系統(tǒng)脆弱性評(píng)價(jià)的統(tǒng)一性與可比較性,需要根據(jù)海島的具體面積、地質(zhì)、地貌等狀況結(jié)合GIS中柵格成圖劃分合適的評(píng)價(jià)單元[29]。如果以海島生態(tài)系統(tǒng)各個(gè)子系統(tǒng)區(qū)分式管理為目的,則各個(gè)子系統(tǒng)可以根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)單元的劃分。在此基礎(chǔ)上采用綜合評(píng)價(jià)法,根據(jù)各個(gè)指標(biāo)值及權(quán)重值計(jì)算得出每個(gè)評(píng)價(jià)單元的脆弱值。根據(jù)海島生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性與暴露、敏感程度成正比,與適應(yīng)程度成反比關(guān)系,本研究中評(píng)價(jià)單元脆弱值的計(jì)算公式為

其中:CVI為評(píng)價(jià)單元的綜合脆弱值;Pindex為評(píng)價(jià)單元的綜合暴露度值;Sindex為評(píng)價(jià)單元的綜合敏感度值;Aindex為評(píng)價(jià)單元的綜合適應(yīng)度值;wip為評(píng)價(jià)單元內(nèi)第i項(xiàng)指標(biāo)壓力值的權(quán)重;Pi為評(píng)價(jià)單元內(nèi)第i項(xiàng)指標(biāo)壓力值;wis為評(píng)價(jià)單元內(nèi)第i項(xiàng)指標(biāo)敏感值的權(quán)重;Si為評(píng)價(jià)單元內(nèi)第i項(xiàng)指標(biāo)敏感值;wia為評(píng)價(jià)單元內(nèi)第i項(xiàng)指標(biāo)適應(yīng)能力的權(quán)重; Ai為評(píng)價(jià)單元內(nèi)第i項(xiàng)指標(biāo)適應(yīng)值。

最后,根據(jù)評(píng)價(jià)單元所得到的綜合脆弱值進(jìn)行脆弱性分級(jí)與不同程度脆弱區(qū)域的劃分。

5 結(jié)論

海水養(yǎng)殖在海島生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性形成過程中的作用已不容忽視。國內(nèi)關(guān)于脆弱性的研究起步相對(duì)較晚,研究理論體系和評(píng)價(jià)方法還不盡完善,加之生態(tài)保護(hù)意識(shí)不足,以及海島生態(tài)系統(tǒng)有其特殊性,關(guān)于海水養(yǎng)殖影響下,海島脆弱性評(píng)估尚未形成一套科學(xué)系統(tǒng)的指標(biāo)體系。本研究中給出的脆弱性指標(biāo)的選取盡可能從實(shí)際和總體角度出發(fā),涵蓋海水養(yǎng)殖活動(dòng)以及海島生態(tài)系統(tǒng)脆弱性評(píng)估相關(guān)的指標(biāo),在實(shí)際應(yīng)用和理論發(fā)展過程中這些指標(biāo)的科學(xué)性還有待進(jìn)一步考證。本研究中僅是初步分析了海水養(yǎng)殖對(duì)海島生態(tài)系統(tǒng)的影響,并以相關(guān)研究為基礎(chǔ),提出了海水養(yǎng)殖下海島生態(tài)系統(tǒng)脆弱性形成機(jī)制(圖1),以及評(píng)估指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)方法,希望為今后相關(guān)研究提供可借鑒的理論基礎(chǔ)和研究思路。本研究中的評(píng)價(jià)指標(biāo)在應(yīng)用實(shí)踐方面有待于進(jìn)一步延伸,比如,本研究中提出的海水養(yǎng)殖影響下,海島生態(tài)系統(tǒng)脆弱性評(píng)估針對(duì)的海島具有普遍性,在實(shí)際研究中還應(yīng)根據(jù)養(yǎng)殖與海島情況對(duì)評(píng)價(jià)的指標(biāo)和評(píng)價(jià)方法進(jìn)行具體分析。此外,海島生態(tài)系統(tǒng)脆弱性評(píng)估還應(yīng)著眼于人類不同活動(dòng)下的不同用島類型的脆弱性評(píng)估,以便進(jìn)一步探索人類活動(dòng)對(duì)海島生態(tài)系統(tǒng)的影響,為海島環(huán)境保護(hù)提供更多的科學(xué)依據(jù)。

圖1 海水養(yǎng)殖對(duì)海島生態(tài)系統(tǒng)脆弱性影響機(jī)制Fig.1Themechanism of im pact ofmariculture on island vulnerability

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Effect ofmariculture on ecological vulnerability in islands

WANG Yuan1,LIU Shu-xi2
(1.College of Fisheries and Life Science,Dalian Ocean University,Dalian 116023,China;2.National Marine Environmental Monitoring Center, Dalian 116023,China)

The vulnerability of an island ecosystem is evaluated and mechanism of the effect ofmariculture on the vulnerability of the island ecosystem is discussed in order to investigate the impact of human activities including mariculture on the vulnerability of island ecological system.An island ecosystem is divided into the island land sub-system,intertidal subsystem and offshore subsystem based on the characteristics of the ecological system formed by the combination of land and sea.The vulnerability of island ecosystem,and the potential factors leading to the fur-ther development of island vulnerability are discussed.The evaluation index system and assessment of vulnerability in mariculture island are preliminarily explored using index evaluation method and establishment of the exposuresensitivity-adaptation model to provide some ideas for assessment of the vulnerability of the island caused by the mariculture impact in the future.

island;ecological vulnerability;impactmechanism;index system;evaluation method

X826

A

10.16535/j.cnki.dlhyxb.2017.03.015

2095-1388(2017)03-0349-07

2016-07-31

國家海洋公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(201405007,201505012)

王媛(1992—),女,碩士研究生。E-mail:ayawang456@163.com

劉述錫(1971—),男,高級(jí)工程師。E-mail:sxliu@nmemc.org.cn