深圳鹅公湾渔业水域生态系统健康状况评价

赵漫 余景 陈丕茂 冯雪

摘要：【目的】了解深圳鹅公湾典型渔业水域的生态系统健康状况，为人工鱼礁的生态效果评估、近海资源增殖和养护提供技术支撑。【方法】基于2012和2013年对深圳鹅公湾海域生态环境的综合调查资料，应用压力状态响应模型（PSR）综合指数法评估深圳鹅公湾渔业水域生态系统的健康状况。【结果】2012～2013年鹅公湾渔业水域生态系统的综合健康状况处于较健康和健康状态，综合健康指数（EHI）由高到低依次为春季>冬季>秋季>夏季，影响其健康状况的主要因子是有机污染指数。鹅公湾海域人工鱼礁区的综合健康状况优于对照区，其中，人工鱼礁区的浮游植物密度、底栖生物生物量、浮游植物多样性和底栖生物多样性指标均处于健康状态，富营养指数、石油类污染指数、浮游动物生物量指标处于较健康状态，有机污染指数、鱼卵仔鱼密度和游泳生物资源密度处于亚健康状态。【结论】深圳鹅公湾海域生态系统处于较健康到健康状态，受有机污染指数、鱼卵仔鱼密度和游泳生物资源密度等因素的影响，投放人工鱼礁有助于改善鱼卵仔鱼密度和底栖生物资源的健康状况。

关键词： 渔业水域；生态系统健康评价；PSR模型综合指数法；深圳鹅公湾

中图分类号： S932.2 文献标志码：A 文章编号：2095-1191（2016）06-1025-07

0 引言

【研究意义】海湾生态系统是海洋生态系统的一种，拥有全球最高的生产力，也是人类活动最频繁的地区。我国海湾地区城市化程度高，人口密集，承载着全国42%的人口，创造了60%以上的国民经济产值（康婧等，2012）。海洋产业中海水增养殖业发展迅速，至2014年海水增养殖产量占海水产品产量的比重已上升到55.41%，逐渐成为重要的食物来源之一（姜欢欢，2012；彭霈，2014）。近海工业和增养殖业的迅速发展极易造成水体富营养化、营养盐失衡、生物群落结构异常、赤潮、堤坝被侵蚀、倒塌等危害频发，生态环境恶化（Yu et al.，2010；彭霈，2014），因此海湾生态系统的健康状况成为人们广泛关注的热点。【前人研究进展】在国外，海湾生态系统健康评价较早的研究案例是美国切萨皮克湾（Boesch，2000），自2006年起美国环保局选取生物完整性指数作为生物指标对切萨皮克湾的环境质量进行综合评价。与此同时，欧盟国家也分别建立了沿岸海域生态环境质量综合评价方法（韩彬和王保栋，2006）。国内较早的海湾生态系统健康评价是在莱州湾西部海域（杨建强等，2003），随后，在大亚湾（林琳，2007；杨进等，2011；李纯厚等，2015）、杭州湾（张海波，2009）、廉州湾（李利，2011）、胶州湾（孙永坤，2013）、深澳湾（谢玲等，2014）、东山湾（陆志强等，2015）等海灣也进行了相关研究，从不同时空尺度对海湾的生态系统健康状况进行评价，结果反映这些海湾受到频繁且高强度的开发利用，其健康状况已发生不同程度的退化。目前，海湾生态系统健康评价的方法主要有两种：指示物种法和多指标体系综合指数法（刘焱序等，2015）。其中，指示物种法在生态系统健康评价研究的应用较早，但研究对象单一，难以全面反映复杂的生态系统健康状况，具有一定的局限性；多指标体系综合指数法根据指标的分类可分为综合指数法、活力组织恢复（Vigor-organization-resilience，VOR）综合指数法和压力状态响应模型（Pressure-state-response model，PSR）综合指数法（赵漫等，2015），能够综合反映生态系统过程，已被广泛应用于生态系统健康评价，尤其是综合指数法和PSR模型成功应用于深澳湾（谢玲等，2014）和东山湾（陆志强等，2015）的健康评价。【本研究切入点】PSR模型综合指数法是根据生态系统对外界压力的反应而建立的生态系统健康评价指标体系，具有综合性、系统性、整体性、灵活性等特点，已成功应用于海洋生态系统研究（Atkins et al.，2011；Shao et al.，2014；谢玲等，2014），但未见应用于深圳鹅公湾海域生态环境评估。【拟解决的关键问题】基于2012和2013年对深圳鹅公湾海域生态环境的综合调查资料，应用PSR模型综合指数法对该海域生态系统健康状况进行评价，并对该海域人工鱼礁区和对照区的健康状况进行对比分析，以期为人工鱼礁的生态效果评估、近海资源增殖和养护提供技术支撑。

1 材料与方法

1. 1 研究区域概况

鹅公湾位于深圳市大鹏湾内，面积约25 km2，水深0.9～7.6 m。2007年10月～2008年3月在鹅公湾内投放人工鱼礁，建设了准生态公益型人工鱼礁和国内首座开放型人工鱼礁。湾内现有浅海养殖区0.40 km2和人工鱼礁区2.54 km2，养殖方式以网箱、浮筏吊养为主，主要养殖军曹鱼、石斑鱼、红鮋、扇贝等经济品种，是南海近海典型的渔业水域。

1. 2 调查时间及站位设置

于2012年8月（夏季）、11月（秋季）和2013年2月（冬季）、5月（春季）对深圳市鹅公湾海域进行海洋生态环境综合调查。共设10个站位（图1），分别在鹅公湾人工鱼礁区（S1、S2、S3、S4、S5、S6和S7号站）和对照区（S8、S9和S10号站），调查站位分布于东经114°27′53.08″～114°29′5.05″，北纬22°28′21.97″～22°31′24.10″。

1. 3 调查项目及样品分析方法

鹅公湾海域海洋生物资源状况调查项目包括：浮游动植物密度、底栖生物生物量、游泳生物资源密度、鱼卵仔鱼密度等。调查过程中所有样品的采集和分析方法均按照《海洋调查规范》（GB/T 12763-2007）和《海洋监测规范》（GB/T 17378-2007）规定的方法进行监测分析。评价标准所参考的历史数据来自1964～1965年南海北部底拖网鱼类资源调查报告（海南岛以东）和南海北部近海海域综合调查资料（中国水产科学研究院南海水产研究所，1966；贾晓平等，2012）。

1. 4 数据处理

在专家问卷调查的基础上，通过层次分析法计算指标权重，利用SPSS 19.0对指标权重进行筛选并剔除指标权重的异常值，获得各指标的权重。

1. 5 健康评价指标体系和评价标准

1. 5. 1 压力状态响应（PSR）评价体系 设定鹅公湾典型渔业水域生态系统健康评价的指标体系包括压力指标、状态指标和响应指标三大类，其中压力指标包括有机污染指数（Organic pollution）、富营养指数（Eutrophication，E）和石油类污染指数（Pollution index，PI），状态指标包括浮游植物密度（cells/m3）、浮游动物生物量（mg/m3）、底栖生物生物量（g/m2）、鱼卵仔鱼密度（cells/m3）和游泳生物资源密度（kg/km2），响应指标包括浮游植物多样性指数和底栖生物多样性指数。在此基础上构建鹅公湾典型渔业水域生态系统健康评价体系层次结构，分别为目标层（A层）、指标层（B层）和分指标层（C层）3个层次（图2）。其中，有机污染指数、富营养指数和石油类污染指数属于水质指标，状态指标和响应指标均为生物生境指标。

1. 5. 2 评价标准 评价标准优先参考国家标准，其次参考行业标准或相关研究案例。具体评价标准选择如表1所示。

1. 5. 3 评价模型 综合健康指数（Ecosystem Health Index，EHI）的计算参考公式（1）：

EHI=■wi×EHIi，j（1）

式中，EHI为综合健康指数，EHIi，j为评价因子i在j点的健康指数，wi为第i个指标通过层次分析法获得的权重，n为评价指标数。由此得出的健康指数均处于[0，1]区间内（表2），且健康指数越接近1生态系统健康状况就越接近评价标准（林琳，2007；杨进等，2011）。

评价指标中，有机污染指数、石油类污染指数、富营养指数的健康指数计算参考公式（2）：

EHIi，j =1，C■≤C■■，C■>C■（2）

式中，EHIi，j为健康分指数，Ci，j为评价因子i在j点的实测值，Cs，j为评价因子i的评价标准值。

鱼卵仔鱼密度、游泳生物资源密度、浮游植物多样性指数、底栖生物多样性指数的健康指数计算参考公式（3）：

EHIi，j =1，C■≥C■■，C■式中，EHIi，j为健康分指数，C■为评价因子i在j点的实测值；C■为评价因子i的评价标准值。

浮游植物密度、浮游动物生物量、底栖生物生物量，评价标准是数集区间的指标，分指标健康指数计算参考公式（4）：

EHIi，j = 1，C■∈[C■，C■]■，C■>C■■，C■

2. 3 鹅公湾渔业水域人工礁区与对照区的健康评价结果

鹅公湾渔业水域人工礁区（S1～S7站位）和对照区（S8～S10站位）的综合健康状况如表5所示，总体上表现为人工礁区的综合健康状况优于对照区。其中，人工鱼礁区的浮游植物密度、底栖生物生物量、浮游植物多样性指数和底栖生物多样性指数等均处于健康状态，富营养指数、石油类污染指数、浮游动物生物量指标处于较健康状态，有机污染指数、鱼卵仔鱼密度和游泳生物资源密度处于亚健康状态。对照区的富营养指数、浮游植物密度、浮游植物多样性指数和底栖生物多样性指数等处于健康状态，其他指标均处于亚健康状态。

3 讨论

3. 1 鹅公湾渔业水域生态系统健康状况及其影响因素

在我国，作为典型渔业水域的黄海桑沟湾、南海深澳湾和大亚湾均开展过生态系统健康评价。其中，桑沟湾是我国北方以筏式养殖利用为主的典型海湾，养殖密度和规模是影响其生态系统健康的主要因素（傅明珠等，2013）；深澳湾是粤东地区典型的海水养殖基地，养殖品种过多和养殖面积过大是影响该海湾生态系统整体健康状况的主要原因（谢玲等，2014）；大亚湾是一个半封闭海湾，湾内海水与外海交换较慢（Yu et al.，2010），其生态系统综合状况处于亚健康状态（李纯厚等，2015）。本研究采用PSR模型综合指数法对鹅公湾渔业水域在2012～2013年期间的生态系统健康状况进行评价，结果表明，鹅公湾渔业水域生态系统的健康状况逐渐好转，综合健康状况的季节变化趋势为春季>冬季>秋季>夏季。对鹅公湾渔业水域生态系统健康状况影响最明显的因素为有机污染指数，主要超标因子是化学需氧量和活性磷酸盐，结合近年来深圳市海洋局对大鹏湾7个陆源入海排污口水质监测的结果推测，陆源入海排污可能是导致鹅公湾水域化学需氧量和活性磷酸盐超标的主要因素。

本研究调查结果显示，春季鹅公湾渔业水域生态系统的EHI最高，综合健康状况最佳，主要影响因子是浮游动物生物量和游泳生物资源密度，其浮游动物生物量在四个季节中最高，各调查站位的浮游动物生物量普遍高于评价区间上限值。春季游泳生物资源密度最低，导致春季的浮游动物生物量和游泳生物资源密度的评价结果为不健康。冬季鹅公湾渔业水域的EHI次之，影响其健康状况的主要因子是富营养指数。由于冬季游泳生物资源密度最高，生物排泄物增多，进而增加了海域溶解性无机氮的含量，对冬季海水中总无机氮浓度和化学需氧量浓度均有一定影响（杨进等，2011）。冬季鹅公湾渔业水域生态系统的富营养指数除6号站外，其他调查站位均高于评价标准，处于不健康状态，且较其他季节的富营养健康状况差。夏季鹅公湾渔业水域生态系统的EHI最小，健康状况最差，影响其健康状况的主要因子是有机污染指数，可能与夏季海水溶解氧浓度较低导致有机污染指数的评价结果较高有关（刘洋等，2011）。本研究还发现，鹅公湾水域渔业资源分指标的健康状况呈季节性变化，且整个调查期间，人工鱼礁区（S1～S7号站）渔业资源分指标的健康状况比较稳定。对照区（S8～S10号站）在秋季底栖生物生物量高于评价标准、鱼卵仔鱼密度低于评价标准，而春季的游泳生物资源密度低于评价标准，从而影响了该海域的综合健康状况。可见，人工鱼礁投放可有效改善海域生态系统的健康状况，且具有资源增殖和养护的作用。

3. 2 鹅公湾人工鱼礁区与对照区健康状况对比分析

鹅公湾渔业水域人工鱼礁区的EHI较高，方差较小，健康状况优于对照区，且比较稳定。人工鱼礁投放后，改变了海域原有的流场，形成上升流、背涡流和滞缓流。其中，上升流把底层的营养带到表层，背涡流和滞缓流使营养物质在礁体周围停留，有利于礁体周围生物的生长和代谢，增加礁体周围水域的初级生产力，进而产生集鱼效应（Yu et al.，2015）。有关礁区海域的调查结果显示，人工鱼礁能为鱼类和底栖生物提供适宜的索饵场、产卵和栖息场所，为仔幼鱼提供庇护场所，使礁区附近海域渔业资源量有所增加（王宏等，2009；陈应华，2009；陈丕茂等，2013）。本研究结果表明，人工鱼礁区海域的鱼卵仔鱼密度、底栖生物生物量和底栖生物生物多样性指数的健康状况均优于对照区，初步显示出人工鱼礁的增殖效应。影响人工鱼礁区健康状况的主要因子是化学需氧量，在春季和冬季，礁区化学需氧量浓度较高，超过了海水水质一类标准（陈应华，2009），造成人工鱼礁区有机污染指数和富营养指数评价结果较高，健康状况较差。这可能是由于人工鱼礁区摄食生物增多，生物扰动增加，进而加速沉积物中有机物质的分解，导致礁区化学需氧量浓度较高。人工鱼礁区海湾生态系统的健康状况受人类活动、环境条件等的影响而发生相应变化，具有一定的时间效应和尺度效应（陈应华，2009），因此，评价系统中评价因子的选取、评价指标的确定及各指标权重的确定等均有待进一步研究。

4 結论

深圳鹅公湾海域生态系统处于较健康到健康状态，受有机污染指数、鱼卵仔鱼密度和游泳生物资源密度因素的影响，投放人工鱼礁有助于改善鱼卵仔鱼密度和底栖生物资源的健康状况。

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（责任编辑 兰宗宝）