南海北部海岛周边海域生态环境质量综合评价

孙元敏，陈 彬，黄海萍，马志远 （国家海洋局第三海洋研究所，福建 厦门 361005）

南海北部海岛周边海域生态环境质量综合评价

孙元敏*，陈 彬，黄海萍，马志远 （国家海洋局第三海洋研究所，福建 厦门 361005）

基于国内外海洋生态环境质量综合评价方法，结合我国海洋生态环境调查数据，从环境和生物学要素中选取12个指标建立评价指标体系，确定5个评价等级及标准，采用层次分析法确定指标权重，构建我国海岛周边海域生态环境质量综合评价方法.选取南海北部10个代表性海岛，对其周边海域生态环境质量进行综合评价，结果表明：研究海岛中特呈岛和内伶仃岛评价等级为中，其余 8个海岛均为良；离岸距离、陆源污染物排放量和海水交换能力直接影响评价结果.该方法能较好地反映海岛周边海域生态环境状况，可操作性强，可作为今后我国海岛周边海域生态环境质量评价的参考.

生态环境综合评价；海岛周边海域；南海北部

海岛作为海陆兼备的海上国土，具有重要的生态、资源和权益价值.入海污染物的增加会导致海岛生态环境状况日益恶化，影响海岛生态系统的稳定、健康.评估海岛周边海域生态环境质量状况，进而评价海岛生态系统健康状况，可为我国发展海岛地区经济、保护海岛生态环境提供科学依据.因此，评估人为压力下海岛周边海域生态环境质量，已成为我国海洋综合管理的迫切需要.由于长期以来对海岛的重视程度不够，我国针对海岛及其周边海域的调查研究较少.早期的研究对象主要局限在单个海岛或群岛，评价指标单一，缺少综合评价和区域性的研究成果.2003年，国家启动了我国近海海洋综合调查与评价项目（908专项），实现了海岛调查资料的全面更新［1］，为我国海岛生态系统综合评价奠定了基础.

目前，国际上被广泛应用的海洋生态环境质量综合评价方法有欧盟的“生态状况综合评价法”［2］和美国的“沿岸海域状况综合评价法”［3］.近年来国内学者在相关方面的研究也取得了一定的进展［4-6］，2005年国家海洋局发布了《海洋生态健康评价指南》［7］.但对于海岛周边海域而言，仍存在着现有调查数据不能支撑评价指标要求、评价标准适用性等问题，因此，亟需建立符合我国海洋管理实际的海岛周边海域生态环境质量综合评价方法.

本文在借鉴上述研究成果的基础上，探索并建立一种符合我国海洋管理实际的海岛周边海域生态环境质量综合评价方法，并据此对我国南海北部海岛周边海域生态环境质量进行综合评价，以期为海洋管理部门提供科学依据.

1 研究方法

1.1 评价指标体系

根据指标选取的科学性、代表性、可操作性等原则［8］，结合海岛周边海域生态环境组成特征和调查数据情况，将评价指标分为环境指标和生物学指标，其中环境指标包括海水质量、沉积物质量，生物学指标包括叶绿素a浓度、浮游植物、浮游动物、底栖生物物种多样性指数.

1.1.1 环境指标 海水质量指标包括溶解氧、无机氮、活性磷酸盐、石油类等指标；沉积物质量包括底质有机碳、硫化物指标［2-3，7］.

1.1.2 生物学指标 物种多样性指数可以定量反映生物群落内物种多样性程度，代表了群落组织水平和功能的基本特征，常被用来判断环境污染的指标.其中最常用的指数有Shannon-Wiener指数（H′）［9］和Margalef种类丰富度指数（D）［10］，其计算公式分别为：

式中：pi为测站第 i种海洋生物的栖息密度与总栖息密度的比值，S为测站的物种数，N为测站的总栖息密度.

此外，叶绿素a含量也是表征环境污染的重要指标［11-12］.

1.2 评价标准及赋分

为了能有效区分各指标的数值差异，将各指标划分为优、良、中、差、劣5个等级，分别赋予5、4、3、2、1分［6，13-15］.环境质量标准参照《海水水质标准》［16］、《海洋沉积物质量标准》［17］，并根据文献将标准调整为5级，各等级之间尽量做到等间距，以减少间距不均所带来的误差［6，18］；Shannon-Wiener指数、Margalef指数、叶绿素a含量标准参考孟伟的研究成果［14］.具体评价指标和标准见表1.

表1 评价指标及标准Table 1 Indices and the respective standards

1.3 指标权重

本文采用层次分析法计算各评价指标权重.该方法是将人的主观判断用数量的形式表达和处理，确定层次中诸因素的相对重要性，是一种定性分析和定量分析相结合的评价方法，已广泛应用于各种综合评价［19］.具体方法为首先向全国30多位海洋生物学、海洋生态学、海洋化学专家发放指标权重调查问卷，专家对各指标的相对重要性进行打分，然后通过YAAHP软件计算各指标权重值，并进行一致性检验.各指标权重值见表2.

表2 各指标权重Table 2 Weights of the assessment indices

1.4 评价等级划分

指标权重与各指标分值的乘积结果即综合评价指数，1～1.5，1.5～2.5，2.5～3.5，3.5～4.5和4.5～5，分别对应生态环境状况劣、差、中、良、优五种状态.

2 研究区概况及数据来源

南海北部海岛涵盖广东省、广西壮族自治区所有海岛，以及海南岛周边海岛，该区海岛众多，大部分为基岩岛，自然环境条件优越，开发程度较高.本文依据海岛自然条件及地理分布特征，选取南澳岛等10个海岛作为研究对象，阐明南海北部海岛周边海域的生态环境状况.各研究海岛概况见表3，位置分布图见图1.

本文的调查数据来源于我国近海海洋综合调查与评价（908专项），各海岛周边海域的研究范围为海岛低潮线至周围 20～30m 水深之间［20］. 2006年3月～2008年1月对上述海岛周边海域海水质量、海洋生物进行了春、夏、秋、冬四个季节的调查，沉积物质量进行了春季或秋季的调查.样品的采集、处理、保存和分析，均按《908 专项海洋生物生态调查技术规程》［21］、《908 专项海洋化学调查技术规程》［22］中的方法进行.各指标数据均采用全年均值进行评价.

表3 研究海岛概况Table 3 Characteristics of the islands in this study

图1 研究海岛地理分布Fig.1 Location of the islands in this study

3 结果

3.1 研究区环境质量现状

表 4为研究区各环境因子的浓度范围及年均值，对照国家海水质量标准和沉积物质量标准，可以看出，研究区海水溶解氧、沉积物硫化物和有机碳质量现状较好，年均值全部符合海水水质、海洋沉积物质量一类标准.部分海岛海水中无机氮、活性磷酸盐、石油类有所超标.其中无机氮超标数最多，内伶仃岛无机氮含量超四类水质标准，另有3个海岛超一类水质标准；内伶仃岛活性磷酸盐含量超二类、三类水质标准，特呈岛石油类含量超四类水质标准（见图2）.单因素方差分析结果表明，除溶解氧和硫化物外，其他调查环境因子均表现出海南、广西的海岛显著优于广东的海岛（P＜0.05），这与海岛及附近陆域开发活动强度有关.

表4 研究区各海岛周边海域环境因子浓度Table 4 Concentrations of environmental factors of study islands

3.2 研究区生物学指标现状

图3为研究区海洋生物多样性指数.单因素方差分析结果表明，海南、广西的海岛叶绿素 a浓度和浮游植物 H′显著高于广东海岛（P＜0.05），而浮游动物、底栖生物多样性差异不显著. Pearson 相关分析结果表明，叶绿素 a浓度和浮游植物 H′呈极显著负相关关系（P＜0.01），浮游动物 H′和浮游动物 D呈极显著正相关关系 （P＜0.01）；而底栖生物H′和底栖生物D呈正相关关系，但相关性不显著.

图2 研究区各海岛海水中无机氮、活性磷酸盐、石油类含量Fig.2 Concentrations of DIN， PO4-P and oils in sea water surrounding the islands

图3 研究区各海岛海洋生物多样性指数和叶绿素a浓度Fig.3 Shannon-Wiener and Margalef indices of marine biology and concentration of chlorophyll a in study islands

3.3 综合评价结果

表5为研究区生态环境质量评价结果，从中可以看出，综合分值范围在 3.25～4.39，大部分海岛评价等级为良，内伶仃岛和特呈岛评价等级为中.内伶仃岛位于珠江口海域，受陆源排污影响明显；特呈岛处于湛江港内，该港腹大口小，海水交换能力差，易表现出污染富集以及对海洋生物造成影响［23］.

将评价结果与各岛的离岸距离（表 3）比较发现，距离大陆越远的海岛，其生态环境质量越好.如广西的涠洲岛评价结果明显好于陆连岛澫尾岛，广东的桂山岛优于上川岛、南澳岛.海南岛周边海岛由于远离大陆，排海陆源污染物少，其海岛评价结果排序总体靠前，其中过河园位于昌化江河口区，其生态环境质量在海南3个海岛中较差.

表5 研究区海岛周边海域生态环境质量综合评价结果Table 5 Assessment results of ecological environment quality of sea areas surrounding the islands

4 讨论

4.1 评价方法的科学性

为了实现对海岛周边海域生态环境质量状况的客观评价，本文在参照国内外研究成果的基础上，建立的海岛周边海域生态环境质量综合评价指标体系以生物学要素（尤其是底栖生物）为主，环境要素（包括海水水质、沉积物质量）为辅.评价指标均为我国海洋调查的常规指标，对于我国海域具有广泛的适用性，可用于比较研究，对我国海洋管理具有重要意义.通过对评价结果进行分析，表明该方法对南海北部区海岛是适用的，增强了方法的可信度.

在指标权重方面，生物学指标权重远大于环境指标权重，这与国内外的相关研究成果一致［7，24］.底栖生物由于运动能力弱且对环境扰动敏感，能够迅速地通过群落特征的改变来反映环境的变化，被广泛用作海洋环境状况的指示生物［25-26］.因此，在生物学指标中底栖生物多样性指数权重最大.

适当的评价标准对评价结果的准确性至关重要.目前，国家制定了环境要素指标的相应标准，但生物学要素的评价标准研究较少，本文参考了孟伟在渤海区的研究成果［14］，在其它海区的适用性还需要进一步检验.美国和欧盟的研究都强调对不同的海域应该设置专属的评价标准或参考基准值，统一的评价标准可能忽略了不同研究区域自然条件的差异.今后我国应加强生物学要素评价参考基准值的研究，应对受人为活动干扰强度较小区域（如海洋保护区）进行长期的生态环境监测，用于评价标准的制定.对于海岛周边海域来讲，生物多样性背景值的计算应针对不同海域的河口型海岛、近岸海岛以及远岸海岛分别探讨.

4.2 评价结果与管理对策

从评价结果来看，南海北部海岛环境要素和生物学要素评价结果基本一致，表现出海岛距离大陆越远，环境质量越好，生物多样性越高；较封闭港湾内的海岛，生态环境质量较差.内伶仃岛和桂山岛位于珠江口海域，每年有大量污染物排放入该海域.根据《2007年中国海洋环境质量公报》［27］，当年由珠江排放入海的营养盐高达11.41万t，造成该海域海水中无机氮和活性磷酸盐出现不同程度地超标现象，环境质量较差，在所有评价海岛中排序靠后；但两个海岛的海洋生物多样性较高，在所有评价海岛中桂山岛生物多样性指数排序第一.这和采样点生物的栖息环境有一定关系，影响底栖生物多样性的因素除污染程度外，还包括底质类型、盐度、洋流等［28-30］.由于珠江淡水的剧烈影响，珠江口海域表现出明显的盐度梯度，自珠江口内向外海急剧升高，海洋生物群落优势种也从低盐河口种逐渐变为广盐河口种、广盐近岸种

［31］.此外，珠江口浅海沉积物类型由内向外海由粗砂变为粉砂质黏土和黏土质砂［32］.这些都是影响珠江口海洋生物群落特征的重要原因，造成采样点生物多样性较高.同时，仍然表现出距离河口较远的桂山岛生物学要素评价结果优于内伶仃岛.

从南海北部海岛周边海域生态环境现状来看，该区海岛总体上处于“良”～“中”的状态，河口区和较封闭港湾内的海岛受到氮、磷和石油类污染较严重，需要引起管理部门的重视.针对上述问题，管理部门应采取有针对性的管理措施，在制定沿海经济发展相关规划时着重考虑生态环境承载力，同时加大污染物处理力度，进行生态修复，建立多种类型的海洋保护区，有效保护海岛周边海域海洋生态系统，从而实现海岛地区经济环境的协调发展.

5 结论

5.1 本文从环境要素和生物学要素中选取了12个指标建立评价指标体系，确定5个评价等级及标准，采用层次分析法确定指标权重，构建了符合我国海洋管理实际的海岛周边海域生态环境质量综合评价方法.

5.2 南海北部海岛周边海域大部分生态环境质量良好，仅有位于半封闭港湾内的特呈岛和位于珠江口的内伶仃岛周边海域生态环境质量评价结果为“中”，需要进行重点监控和修复.

5.3 从评价要素来看，南海北部海岛环境要素和生物学要素评价结果基本一致，表现出海岛距离大陆越远，环境质量越好，生物多样性越高.陆源污染物的排放量、海水交换能力等也是影响评价结果的重要因素.

［1］ 我国近海海洋综合调查与评价（908专项）专题调查（海岛） ［J］.海洋测绘， 2005，25（5）：6.

［2］ European Community. Establishing a framework for community action in the field of water policy. 2000/60/EC.

［3］ USEPA. National coastal condition report III ［R］. Washington DC： U.S. Environmental Protection Agency， Office of Research and Development/Office of Water， 2008.

［4］ 韩 彬，王保栋.河口和沿岸海域生态环境质量综合评价方法评介 ［J］. 海洋科学进展， 2006，24（2）：254-258.

［5］ 胡 婕.沿岸海域生态环境质量综合评价方法研究 ［D］. 大连：大连理工大学， 2007.

［6］ 王保栋，韩 彬.近岸生态环境质量综合评价方法及其应用 ［J］.海洋科学进展， 2009，27（3）：400-404.

［7］ 国家海洋局.近岸海洋生态健康评价指南 ［S］. HY/T 087-2005.

［8］ O'Connor J S， Dewling R T. Indices of marine degradation： Their utility ［J］. Environmental Management， 1986，10（3）：335-343.

［9］ Shannon C E， Wiener W. The Mathematical Theory of Communication ［M］. Chicago： University of Illinois Press， 1963.

［10］ Margalef R. Perspectives in Ecological Theory ［M］. Chicago： The University of Chicago Press， 1969.

［11］ 王保栋，孙 霞，韦钦胜，等.我国近岸海域富营养化评价新方法及应用 ［J］. 海洋学报， 2012，34（4）：61-66.

［12］ 高 嵩，范士亮，韩秀荣，等.浒苔绿潮与南黄海近岸海域水质的关系 ［J］. 中国环境科学， 2014，34（1）：213-218.

［13］ Dauvin J C， Alizier S， Rolet C， et al. Response of different benthic indices to diverse human pressures ［J］. Ecological Indicators， 2012，12（1）：143-153.

［14］ 孟 伟.海岸带生境退化诊断技术 ［M］. 北京：科学出版社，2009.

［15］ 李佳璐，姜 霞，王雯雯，等.蠡湖沉积物质量评估体系的构建［J］. 中国环境科学， 2015，35（2）：565-573.

［16］ GB 3097-1997 海水水质标准 ［S］.

［17］ GB 186682-2002 海洋沉积物质量标准 ［S］.

［18］ 陈朝华，吴海燕，陈克亮，等.近岸海域生态质量状况综合评价方法——以同安湾为例 ［J］. 应用生态学报， 2011，22（7）：1841-1848.

［19］ 肖佳媚，杨圣云. PSR模型在海岛生态系统评价中的应用 ［J］.厦门大学学报：自然科学版， 2007，46（z1）：191-196.

［20］ 全国海岛资源综合调查报告编写组.全国海岛资源综合调查报告 ［M］. 北京：海洋出版社， 1996.

［21］ 国家海洋局908专项办公室.海洋生物生态调查技术规程 ［M］.北京：海洋出版社， 2006.

［22］ 国家海洋局 908专项办公室.海洋化学调查技术规程 ［M］. 北京：海洋出版社， 2006.

［23］ 孙元敏，陈 彬，马志远，等.南亚热带海岛周边海域富营养化评价及原因分析 ［J］. 海洋通报， 2010，29（5）：572-576.

［24］ Borja A， Franco J， Valencia V， et al. Implementation of European water framework directive from the Basque Country （northern Spain）： A methodological approach ［J］. Marine Pollution Bulletin，2004，48：209- 218.

［25］ Bigot L， Grémare A， Amouroux J M， et al. Assessment of the ecological quality status of soft-bottoms in Reunion Island（tropical Southwest Indian Ocean） using AZTI marine biotic indices ［J］. Marine Pollution Bulletin， 2008，56（4）：704-722.

［26］ Medeiros J P， Chaves M L， Silva G， et al. Benthic condition in low salinity areas of the Mira estuary （Portugal）： Lessons learnt from freshwater and marine assessment tools ［J］. Ecological Indicators， 2012，19（8）：79-88.

［27］ 中国海洋信息网. 2007年中国海洋环境质量公报［EB/OL］. http：//www.coi.gov.cn/gongbao/nrhuanjing/nr2007/201107/t20110 729_18803.html/2008-02-21.

［28］ 周时强，郭 丰，吴荔生，等.福建海岛潮间带底栖生物群落生态的研究 ［J］. 海洋学报， 2001，23（5）：104-109.

［29］ 孙元敏，陈 彬，黄海萍，等.中国南亚热带海岛海域沉积物重金属污染及潜在生态危害 ［J］. 中国环境科学， 2011，31（1）：123-130.

［30］ 马九鹏，倪晋仁，刘 唐.潮间带湿地底栖动物生物多样性特征比较分析 ［J］. 北京大学学报：自然科学版， 2014，50（6）：1077-1086.

［31］ 张敬怀，高 阳，方宏达，等.珠江口大型底栖生物群落生态特征［J］. 生态学报， 2009，29（6）：2989-2999.

［32］ 莫理景，陈树珍.珠江口底质沉积特征［A］.//广东省海岸带和海涂资源综合调查领导小组，珠江口海岸带和海涂资源综合调查研究文集（Ⅳ） ［C］. 广州：广东科技出版社， 1986：89-100.

致谢：感谢陈光程副研究员在本文英文部分修改过程中给予的帮助.

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

国家海洋局第三海洋研究所基本科研业务费专项资助项目（海三科2014019）；国家“908”专项资助项目（908-02-04-08）

* 责任作者， 工程师， sunyuanmin@tio.org.cn

孙元敏（1984-），男，山东威海人，工程师，硕士，主要从事海岛生态系统评估与恢复生态学的研究.发表论文7篇.