趙 蕾, 曹議丹, 高偉明

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昌黎縣海洋環(huán)境承載力評估研究

趙 蕾, 曹議丹, 高偉明

(河北師范大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 河北省環(huán)境演變與生態(tài)建設(shè)實驗室, 河北石家莊050024)

選取昌黎縣海岸線人工化指數(shù)、海域開發(fā)資源效應(yīng)指數(shù)、海水水質(zhì)等指標(biāo)構(gòu)建昌黎縣海洋資源環(huán)境承載力評價指標(biāo)體系, 采用專項評價和綜合評價相結(jié)合的方法, 對河北省昌黎縣資源環(huán)境承載力進(jìn)行評估研究。結(jié)果表明, 受入海懸沙量變化和入海污染物的影響文昌魚棲息地遭到嚴(yán)重破壞, 海洋生態(tài)承載狀況為嚴(yán)重超載, 因此需要采取控制污染源, 加強(qiáng)監(jiān)管等手段來改善文昌魚生長環(huán)境壓力。

海洋資源環(huán)境承載力; 指標(biāo)體系; 評估; 文昌魚; 河北省昌黎縣

近幾十年隨著海洋經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展海洋環(huán)境正面臨著巨大壓力, 為高效開發(fā)利用海洋資源環(huán)境, 需要對其承載力進(jìn)行科學(xué)評估研究[1-2]。馬爾薩斯(1789)是第一個認(rèn)識到環(huán)境限制因子對人類社會物質(zhì)增長過程有著重要影響的科學(xué)家[3]。1995年, 諾貝爾獎獲得者Arrow在Science上發(fā)表了《經(jīng)濟(jì)增長、承載力和環(huán)境》, 在學(xué)界和政界均引起了極大的反響[4]。21世紀(jì)初, 國內(nèi)研究的視角才逐步轉(zhuǎn)移到區(qū)域資源環(huán)境承載力的綜合研究[5-7]。

昌黎縣位于河北省東北部, 東瀕渤海, 全縣海域面積757.88 km2, 海岸線長64.94 km。昌黎縣海域資源豐富, 其中岸線主要用于漁業(yè)和旅游岸線開發(fā), 灘涂(潮間帶)資源以沙灘為主, 被評為中國最美的八大海岸之一, 淺海資源水質(zhì)清潔, 海洋生物豐富, 是生物進(jìn)化研究的“活化石”——文昌魚在渤海的主要棲息地。但近年來, 文昌魚生境退化, 生物量呈下滑趨勢。除文昌魚外昌黎縣其他海域資源也受到不同程度的破壞, 因此為更加科學(xué)的管理昌黎縣海洋資源環(huán)境, 促進(jìn)其可持續(xù)發(fā)展, 需要對其承載力進(jìn)行系統(tǒng)、準(zhǔn)確的評估研究。

1 評估數(shù)據(jù)及方法

1.1 數(shù)據(jù)來源及處理

所用數(shù)據(jù)主要來源于保護(hù)區(qū)的監(jiān)測數(shù)據(jù), 監(jiān)測站位共19個(1-19號站)(圖1), 另外還從海域使用管理部門、漁業(yè)管理部門等相關(guān)部門及區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計和海洋經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計資料中獲取所需的原始數(shù)據(jù), 對2014年遙感影像進(jìn)行預(yù)處理、解譯獲得部分?jǐn)?shù)據(jù), 利用Mapinfo等地圖信息系統(tǒng)平臺將實測數(shù)據(jù)與影像圖進(jìn)行編輯, 輸出獲取所需數(shù)據(jù)。

在對生態(tài)承載狀況(2)指標(biāo)中的浮游動物變化狀況(2-F)指標(biāo)計算時, 以2012年-2014年的平均值作為理想值對浮游動物密度()和生物量()進(jìn)行無量綱化處理, 而文昌魚棲息地退化狀況(2-H)的計算則以2002年-2014年的平均值作為理想值進(jìn)行計算。海洋生態(tài)風(fēng)險狀況(3)以2004年-2014年的以來昌黎縣所轄海域內(nèi)赤潮年均發(fā)生頻次來確定, 其他指標(biāo)的計算均使用2014年數(shù)據(jù)。

1.2 評價指標(biāo)及方法

所用的評價指標(biāo)和評估依據(jù)均采用國家海洋局《海洋資源環(huán)境承載能力監(jiān)測預(yù)警指標(biāo)體系和技術(shù)方法指南》中所涉及的相關(guān)評估標(biāo)準(zhǔn)。

將海岸線開發(fā)強(qiáng)度(1)和海域開發(fā)強(qiáng)度(2)作為海洋空間資源承載能力評估的二級指標(biāo)[8], 采用單因子評價法, 分別獲取指標(biāo)評估結(jié)果并按評估依據(jù)進(jìn)行分級評估[9]。

計算海岸線人工化指數(shù):

其中,總為海岸線總長度,mBmH分別為圍池壩和交通運(yùn)輸2種海岸線利用類型長度,BH分別為這2種海岸線利用類型的海洋資源環(huán)境影響因子。

以省級海洋功能區(qū)劃為基礎(chǔ)構(gòu)建海岸線開發(fā)利用評價標(biāo)準(zhǔn):

其中,i為第i類海洋功能區(qū)毗鄰海岸線長度,i為第i類海洋功能區(qū)海洋開發(fā)對海岸線的影響因子,總為海岸線總長度。

海岸線開發(fā)強(qiáng)度:

海域開發(fā)資源效應(yīng)指數(shù):

其中,為海域使用類型數(shù),i為第i種類型的用海面積,i為第i種類型用海的資源耗用指數(shù),為海域使用總面積。

海洋資源效應(yīng)指數(shù)評估標(biāo)準(zhǔn):

其中,i為第 i 類海洋功能區(qū)面積,i為第 i 類海洋功能區(qū)海洋開發(fā)對海域空間資源的影響因子,總為海洋功能區(qū)劃面積之和。

海域開發(fā)強(qiáng)度:

依據(jù)海洋生態(tài)環(huán)境保護(hù)的主要內(nèi)容, 將海洋環(huán)境承載狀況(1)、海洋生態(tài)承載狀況(2)和海洋生態(tài)環(huán)境災(zāi)害風(fēng)險狀況(3)作為海洋生態(tài)環(huán)境承載能力評估的二級指標(biāo)。除海洋生態(tài)承載狀況采用“短板效應(yīng)”的綜合評價法外, 其他承載力狀況均采用單因子評價法。

海洋環(huán)境承載狀況分級評估:

其中,i為符合海洋功能區(qū)水質(zhì)要求的第 i 類功能區(qū)面積,總為昌黎縣所轄海域總面積。

借鑒《近岸海洋生態(tài)健康評價指南》(HY/T 087)相關(guān)評價方法[10], 來計算浮游動物變化狀況(2-F):

其中,D和D分別為近3年區(qū)域內(nèi)浮游動物密度()和生物量()的平均值。

文昌魚棲息地退化狀況依據(jù)底棲生物變化狀況進(jìn)行評估。與基準(zhǔn)年(2002年)及評價區(qū)域多年相對密度平均值1-ave進(jìn)行比較反映棲息地退化狀況(B1)。

以海洋赤潮災(zāi)害狀況(3-A)作為海洋生態(tài)環(huán)境風(fēng)險狀況(3)的評估結(jié)果。依據(jù)《赤潮監(jiān)測技術(shù)規(guī)程》(HY/T 096)統(tǒng)計2004年以來昌黎縣所轄海域內(nèi)赤潮年均發(fā)生頻次, 評估海洋生態(tài)環(huán)境風(fēng)險狀況[11]。

采用均值化方法來消除量綱和數(shù)量級的影響[12]。

根據(jù)昌黎縣海洋開發(fā)利用狀況及海洋資源環(huán)境狀況對昌黎縣海洋環(huán)境承載力各指標(biāo)構(gòu)建承載力評價指標(biāo)體系框架(圖2), 采用層次分析法, 分別賦予各指標(biāo)一個權(quán)重, 使其能充分體現(xiàn)各自的重要性[13-14], 從而得到各因素的權(quán)重分配集{1,2,3,…,i}, 其一致性檢驗步驟如下[15]。

計算一致性比值, 檢驗判斷矩陣的一致性:

表1 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)取值

2 各指標(biāo)承載能力評估

2.1 海洋空間資源承載能力評估

2.1.1 岸線開發(fā)強(qiáng)度

依據(jù)2014年衛(wèi)星影像遙感數(shù)據(jù)解析結(jié)果, 獲得河北省大陸岸線開發(fā)利用類型及現(xiàn)狀, 昌黎縣圍池壩和交通運(yùn)輸?shù)膶嶋H使用長度分別為45.323, 0.375 km,經(jīng)計算得出P為0.423。將海洋功能區(qū)劃圖與河北省岸線圖在Mapinfo中進(jìn)行疊加得到農(nóng)漁業(yè)區(qū), 旅游休閑娛樂區(qū), 海洋保護(hù)區(qū)毗鄰岸線長度(圖3), 經(jīng)計算P0約為0.682。因此海岸線開發(fā)強(qiáng)度1約為0.62, 按照表2進(jìn)行評估昌黎縣海岸線承載狀況為臨界超載。

表2 海岸線開發(fā)強(qiáng)度分級評估

2.1.2 海域開發(fā)強(qiáng)度

依據(jù)海洋功能區(qū)劃技術(shù)導(dǎo)則所劃定的農(nóng)漁業(yè)區(qū)、旅游休閑娛樂區(qū)、海洋保護(hù)區(qū)[16], 確定昌黎縣海域海洋功能區(qū)范圍(圖3), 結(jié)合截至2014年年底的海域使用確權(quán)數(shù)據(jù), 利用公式(4), (5)分別計算得出海域開發(fā)資源效應(yīng)指數(shù)P約為0.80, 海洋空間開發(fā)利用評價標(biāo)準(zhǔn)P0約為0.48。按照表3進(jìn)行評估海域承載狀況為臨界超載。

表3 海域開發(fā)強(qiáng)度分級評估

2.2 海洋生態(tài)環(huán)境承載能力

2.2.1 海洋環(huán)境承載狀況

各類型海洋功能區(qū)海水水質(zhì)以海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評價[17]。通過對昌黎縣2014年海域圖, 2014年河北省海洋水質(zhì)圖和河北省海洋功能區(qū)劃圖(2011~ 2020年)在MapInfo中疊加(如圖4)并計算可得到表4。經(jīng)計算2014年昌黎縣海洋環(huán)境承載狀況值約為0.80, 依據(jù)表5可得出目前昌黎海洋環(huán)境承載狀況為剛剛超載。

2.2.2 海洋生態(tài)承載狀況

2.2.2.1 浮游動物變化狀況(2-F)

依據(jù)2012~2014年河北省近岸大型浮游動物密度和生物量監(jiān)測結(jié)果[18], 評價昌黎縣浮游動物變化狀況, 由公式(8)計算出2-F值為81.3%, 按照表6進(jìn)行評估浮游動物變化狀況(2-F)為超載。

表4 河北省昌黎縣海域各功能區(qū)海水水質(zhì)所占面積

表5 海洋環(huán)境承載狀況分級評估

表6 浮游動物變化狀況分級評估

2.2.2.2 珍稀瀕危生物棲息地退化狀況(2-H)

2014年文昌魚棲息密度降至歷史最低(圖5), 經(jīng)計算得出2014年文昌魚的數(shù)量與基準(zhǔn)年(2002年)相比變化比例為48%, 文昌魚相對密度下降了19%, 按照表7進(jìn)行評估文昌魚棲息地退化狀況為嚴(yán)重超載。

表7 珍稀瀕危生物棲息地退化狀況分級評估方法

綜合浮游動物變化狀況(2-F)和珍稀瀕危生物棲息地退化狀況(2-H)的評估結(jié)果, 根據(jù)“短板效應(yīng)”對比2-F和2-H可看出文昌魚棲息地退化狀況最差, 所以海洋生態(tài)承載狀況(2)為嚴(yán)重超載。

2.2.3 海洋生態(tài)環(huán)境風(fēng)險狀況

經(jīng)統(tǒng)計2009年新開河口附近和2011年新開口海域發(fā)生赤潮[19], 因此, 海洋赤潮災(zāi)害狀況(3-A)約為0.2小于0.5, 按照表8進(jìn)行評估昌黎海洋生態(tài)環(huán)境風(fēng)險狀況為可載。

2.3 昌黎縣海洋資源環(huán)境承載力評估結(jié)果

利用層次分析法, 對昌黎縣海洋環(huán)境承載力進(jìn)行綜合評估[20-21], 綜合評價結(jié)果如下(表9)。

表8 海洋赤潮災(zāi)害狀況評估結(jié)果及分級標(biāo)準(zhǔn)

表9 昌黎縣海洋環(huán)境承載力綜合評估結(jié)果

綜合評估結(jié)果表明各指標(biāo)對承載力影響的重要程度為: 海洋生態(tài)承載狀況(2)>岸線開發(fā)強(qiáng)度(1)>海洋環(huán)境承載狀況(1)>海域開發(fā)強(qiáng)度(2)>生態(tài)環(huán)境風(fēng)險狀況(3)。

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

綜合評估結(jié)果表明, 海洋生態(tài)承載狀況對昌黎縣海洋環(huán)境承載力影響較大, 而海洋生態(tài)承載狀況是通過綜合浮游動物變化狀況(2-F)和珍稀瀕危生物棲息地退化狀況(2-H)反映的, 根據(jù)“短板效應(yīng)”對比2-F和2-H的評估結(jié)果得出海洋生態(tài)承載狀況主要是取決于文昌魚棲息地退化狀況, 因此海洋生態(tài)承載狀況為嚴(yán)重超載。

3.1.1 文昌魚棲息地退化的原因

3.1.1.1 入海懸沙量變化的影響

監(jiān)控區(qū)文昌魚棲息地的形成得益于灤河輸沙沉積, 在近岸形成以細(xì)沙、中細(xì)沙為主的平緩地帶, 但近年來, 隨著引灤工程的建設(shè), 灤河三角洲的入海淡水量及懸沙量嚴(yán)重減少, 三角洲發(fā)育的物源短缺, 明顯退化。多年平均輸沙量減少了95%, 引灤工程的建成, 灤河每年削減13×108 m3的水量已成定局, 在連續(xù)干旱年份, 灤河幾乎無水入海(灤縣水文站)[26]。造成文昌魚生境退化, 棲息地底質(zhì)沙源補(bǔ)充嚴(yán)重不足。

3.1.1.2 入海污染物的影響

文昌魚對環(huán)境污染極其敏感。監(jiān)控區(qū)海域內(nèi)南為灤河口, 北為大蒲河口, 每年都有大量污染物由河口排入, 陸源污染源主要來自工農(nóng)業(yè)廢水和生活污水, 主要包括化學(xué)需氧量(COD)、油類、重金屬、營養(yǎng)鹽、砷等, 污染物排放超標(biāo), 使監(jiān)控區(qū)海域水質(zhì)下降, 文昌魚及其他海洋生物的生存環(huán)境備受威脅[22]。另外近年來養(yǎng)殖面積猛增, 規(guī)模不斷擴(kuò)大, 昌黎海域2009年海水養(yǎng)殖面積為44 350 hm2, 并呈逐年上升趨勢, 到2011年海水養(yǎng)殖面積增至51 025 hm2(由于區(qū)劃調(diào)整, 部分昌黎海水養(yǎng)殖面積歸入北戴河新區(qū), 使2012年后昌黎海水養(yǎng)殖面積減少)其中淺海養(yǎng)殖面積占94%(2010年-2014年《秦皇島統(tǒng)計年鑒》), 養(yǎng)殖病害及養(yǎng)殖貝類糞沉降到海底也加劇了文昌魚棲息環(huán)境的改變[23]。育苗室、儲水池等向海內(nèi)排放的養(yǎng)殖廢水, 導(dǎo)致水體中N、P等含量升高, 臨近水域營養(yǎng)鹽含量不斷增加, 進(jìn)而加速了藻類在春夏季的大量繁殖和水體的富營養(yǎng)化[24-25]。這些都導(dǎo)致文昌魚的生物量呈下滑趨勢。

3.1.2 改善文昌魚生長環(huán)境壓力的建議與對策

首先, 應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)管力度。近年來除灤河輸沙量逐年銳減外, 由于監(jiān)管力度不夠盜沙采沙活動頻繁發(fā)生, 造成文昌魚棲息地的沙源嚴(yán)重破壞, 需要逐步加強(qiáng)對監(jiān)控區(qū)海域附近挖沙船的管理[26]; 其次, 應(yīng)控制污染源。監(jiān)測區(qū)域內(nèi), 灤河、新開口、大蒲河入海污染物及近岸養(yǎng)殖排污等是主要污染源, 因此, 積極開發(fā)綠色有機(jī)農(nóng)業(yè)、漁業(yè), 減少農(nóng)、漁業(yè)生產(chǎn)對沿岸海域造成的環(huán)境污染, 加強(qiáng)工業(yè)廢水的處理, 發(fā)展清潔生產(chǎn)技術(shù), 從源頭上削減陸源排污總量, 降低陸域污染排放對海洋生物多樣性的破壞。另外, 需要合理發(fā)展海水養(yǎng)殖, 調(diào)控養(yǎng)殖規(guī)模, 優(yōu)化養(yǎng)殖模式與結(jié)構(gòu), 在養(yǎng)殖容量許可范圍內(nèi)科學(xué)用海[27], 為文昌魚的生長繁殖提供一個良好的環(huán)境。

3.2 結(jié)論

自2002年以來文昌魚棲息地砂含量的嚴(yán)重不足, 隨著沉積物類型和近岸海洋水環(huán)境的改變, 昌黎海區(qū)的文昌魚棲息密度和生物量總體呈明顯的下降趨勢, 2014年文昌魚棲息密度降至歷史最低, 與基準(zhǔn)年(2002年)及評價區(qū)域多年相對密度平均值1-ave相比, 文昌魚棲息地退化狀況為嚴(yán)重超載。而由于漁業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施的擴(kuò)建導(dǎo)致海岸線承載狀況和海域承載狀況為臨界超載, 海洋環(huán)境承載狀況為剛剛超載, 僅海洋生態(tài)環(huán)境風(fēng)險狀況為可載。為高效、和諧的開發(fā)利用海洋資源, 促進(jìn)海洋經(jīng)濟(jì)健康快速發(fā)展, 需要合理發(fā)展海水養(yǎng)殖, 優(yōu)化養(yǎng)殖模式與結(jié)構(gòu), 規(guī)范養(yǎng)殖行為。加強(qiáng)廢水、廢物的處理, 有效控制陸源排污, 減少陸域污染物排放對海洋生物多樣性的破壞。另外, 相關(guān)的方針政策、法律法規(guī)及監(jiān)測預(yù)警機(jī)制也應(yīng)進(jìn)一步完善。

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Assessment of marine environmental carrying capacity in Changli County

ZHAO Lei, CAO Yi-dan, GAO Wei-ming

(College of Resource and Environmental Sciences, Hebei Normal University, Shijiazhuang 050024, China)

In this study, we constructed a marine resource and environmental carrying capacity evaluation index system comprising an artificial coastline to understand the effect of the development on sea resources and sea-water quality in Changli County. We used both specific and comprehensive evaluation methods to assess the marine resource and environmental carrying capacity. The results show that the habitat of amphioxus has been seriously degraded due to sediment transport and marine pollution. Therefore, the marine ecological carrying capacity is currently seriously overloaded, making it absolutely essential to carefully control pollution sources, strengthen environmental monitoring efforts, and take other effective measures to relieve the environmental pressures on amphioxus growth.

marine resource and environmental carrying capacity; index system; classification assessment; amphioxus; Changli County in Hebei Province

(本文編輯: 康亦兼)

[Basic research project of applied basic research program of Hebei Province, No.14273303D]

Dec. 7, 2015

K903

A

1000-3096(2016)08-0084-07

10.11759/hykx20151207001

2015-12-07;

2016-04-16

河北省應(yīng)用基礎(chǔ)研究計劃重點(diǎn)基礎(chǔ)研究項目(14273303D)

趙蕾(1991-), 女, 河北邯鄲人, 碩士研究生, 主要從事資源評價與可持續(xù)利用研究, E-mail: 13731155942@163.com, 電話: 13731155942; 高偉明(1962-), 通信作者, 教授, 主要從事資源評價與可持續(xù)利用研究, E-maill: gaowmd@263.net