昌黎县海洋环境承载力评估研究

赵 蕾, 曹议丹, 高伟明



昌黎县海洋环境承载力评估研究

赵 蕾, 曹议丹, 高伟明

(河北师范大学资源与环境科学学院, 河北省环境演变与生态建设实验室, 河北石家庄050024)

选取昌黎县海岸线人工化指数、海域开发资源效应指数、海水水质等指标构建昌黎县海洋资源环境承载力评价指标体系, 采用专项评价和综合评价相结合的方法, 对河北省昌黎县资源环境承载力进行评估研究。结果表明, 受入海悬沙量变化和入海污染物的影响文昌鱼栖息地遭到严重破坏, 海洋生态承载状况为严重超载, 因此需要采取控制污染源, 加强监管等手段来改善文昌鱼生长环境压力。

海洋资源环境承载力; 指标体系; 评估; 文昌鱼; 河北省昌黎县

近几十年随着海洋经济的迅猛发展海洋环境正面临着巨大压力, 为高效开发利用海洋资源环境, 需要对其承载力进行科学评估研究[1-2]。马尔萨斯(1789)是第一个认识到环境限制因子对人类社会物质增长过程有着重要影响的科学家[3]。1995年, 诺贝尔奖获得者Arrow在Science上发表了《经济增长、承载力和环境》, 在学界和政界均引起了极大的反响[4]。21世纪初, 国内研究的视角才逐步转移到区域资源环境承载力的综合研究[5-7]。

昌黎县位于河北省东北部, 东濒渤海, 全县海域面积757.88 km2, 海岸线长64.94 km。昌黎县海域资源丰富, 其中岸线主要用于渔业和旅游岸线开发, 滩涂(潮间带)资源以沙滩为主, 被评为中国最美的八大海岸之一, 浅海资源水质清洁, 海洋生物丰富, 是生物进化研究的“活化石”——文昌鱼在渤海的主要栖息地。但近年来, 文昌鱼生境退化, 生物量呈下滑趋势。除文昌鱼外昌黎县其他海域资源也受到不同程度的破坏, 因此为更加科学的管理昌黎县海洋资源环境, 促进其可持续发展, 需要对其承载力进行系统、准确的评估研究。

1 评估数据及方法

1.1 数据来源及处理

所用数据主要来源于保护区的监测数据, 监测站位共19个(1-19号站)(图1), 另外还从海域使用管理部门、渔业管理部门等相关部门及区域社会经济统计和海洋经济统计资料中获取所需的原始数据, 对2014年遥感影像进行预处理、解译获得部分数据, 利用Mapinfo等地图信息系统平台将实测数据与影像图进行编辑, 输出获取所需数据。

在对生态承载状况(2)指标中的浮游动物变化状况(2-F)指标计算时, 以2012年-2014年的平均值作为理想值对浮游动物密度()和生物量()进行无量纲化处理, 而文昌鱼栖息地退化状况(2-H)的计算则以2002年-2014年的平均值作为理想值进行计算。海洋生态风险状况(3)以2004年-2014年的以来昌黎县所辖海域内赤潮年均发生频次来确定, 其他指标的计算均使用2014年数据。

1.2 评价指标及方法

所用的评价指标和评估依据均采用国家海洋局《海洋资源环境承载能力监测预警指标体系和技术方法指南》中所涉及的相关评估标准。

将海岸线开发强度(1)和海域开发强度(2)作为海洋空间资源承载能力评估的二级指标[8], 采用单因子评价法, 分别获取指标评估结果并按评估依据进行分级评估[9]。

计算海岸线人工化指数:

其中,总为海岸线总长度,mBmH分别为围池坝和交通运输2种海岸线利用类型长度,BH分别为这2种海岸线利用类型的海洋资源环境影响因子。

以省级海洋功能区划为基础构建海岸线开发利用评价标准:

其中,i为第i类海洋功能区毗邻海岸线长度,i为第i类海洋功能区海洋开发对海岸线的影响因子,总为海岸线总长度。

海岸线开发强度:

海域开发资源效应指数:

其中,为海域使用类型数,i为第i种类型的用海面积,i为第i种类型用海的资源耗用指数,为海域使用总面积。

海洋资源效应指数评估标准:

其中,i为第 i 类海洋功能区面积,i为第 i 类海洋功能区海洋开发对海域空间资源的影响因子,总为海洋功能区划面积之和。

海域开发强度:

依据海洋生态环境保护的主要内容, 将海洋环境承载状况(1)、海洋生态承载状况(2)和海洋生态环境灾害风险状况(3)作为海洋生态环境承载能力评估的二级指标。除海洋生态承载状况采用“短板效应”的综合评价法外, 其他承载力状况均采用单因子评价法。

海洋环境承载状况分级评估:

其中,i为符合海洋功能区水质要求的第 i 类功能区面积,总为昌黎县所辖海域总面积。

借鉴《近岸海洋生态健康评价指南》(HY/T 087)相关评价方法[10], 来计算浮游动物变化状况(2-F):

其中,D和D分别为近3年区域内浮游动物密度()和生物量()的平均值。

文昌鱼栖息地退化状况依据底栖生物变化状况进行评估。与基准年(2002年)及评价区域多年相对密度平均值1-ave进行比较反映栖息地退化状况(B1)。

以海洋赤潮灾害状况(3-A)作为海洋生态环境风险状况(3)的评估结果。依据《赤潮监测技术规程》(HY/T 096)统计2004年以来昌黎县所辖海域内赤潮年均发生频次, 评估海洋生态环境风险状况[11]。

采用均值化方法来消除量纲和数量级的影响[12]。

根据昌黎县海洋开发利用状况及海洋资源环境状况对昌黎县海洋环境承载力各指标构建承载力评价指标体系框架(图2), 采用层次分析法, 分别赋予各指标一个权重, 使其能充分体现各自的重要性[13-14], 从而得到各因素的权重分配集{1,2,3,…,i}, 其一致性检验步骤如下[15]。

计算一致性比值, 检验判断矩阵的一致性:

表1 平均随机一致性指标取值

2 各指标承载能力评估

2.1 海洋空间资源承载能力评估

2.1.1 岸线开发强度

依据2014年卫星影像遥感数据解析结果, 获得河北省大陆岸线开发利用类型及现状, 昌黎县围池坝和交通运输的实际使用长度分别为45.323, 0.375 km,经计算得出P为0.423。将海洋功能区划图与河北省岸线图在Mapinfo中进行叠加得到农渔业区, 旅游休闲娱乐区, 海洋保护区毗邻岸线长度(图3), 经计算P0约为0.682。因此海岸线开发强度1约为0.62, 按照表2进行评估昌黎县海岸线承载状况为临界超载。

表2 海岸线开发强度分级评估

2.1.2 海域开发强度

依据海洋功能区划技术导则所划定的农渔业区、旅游休闲娱乐区、海洋保护区[16], 确定昌黎县海域海洋功能区范围(图3), 结合截至2014年年底的海域使用确权数据, 利用公式(4), (5)分别计算得出海域开发资源效应指数P约为0.80, 海洋空间开发利用评价标准P0约为0.48。按照表3进行评估海域承载状况为临界超载。

表3 海域开发强度分级评估

2.2 海洋生态环境承载能力

2.2.1 海洋环境承载状况

各类型海洋功能区海水水质以海水水质标准进行评价[17]。通过对昌黎县2014年海域图, 2014年河北省海洋水质图和河北省海洋功能区划图(2011~ 2020年)在MapInfo中叠加(如图4)并计算可得到表4。经计算2014年昌黎县海洋环境承载状况值约为0.80, 依据表5可得出目前昌黎海洋环境承载状况为刚刚超载。

2.2.2 海洋生态承载状况

2.2.2.1 浮游动物变化状况(2-F)

依据2012~2014年河北省近岸大型浮游动物密度和生物量监测结果[18], 评价昌黎县浮游动物变化状况, 由公式(8)计算出2-F值为81.3%, 按照表6进行评估浮游动物变化状况(2-F)为超载。

表4 河北省昌黎县海域各功能区海水水质所占面积

表5 海洋环境承载状况分级评估

表6 浮游动物变化状况分级评估

2.2.2.2 珍稀濒危生物栖息地退化状况(2-H)

2014年文昌鱼栖息密度降至历史最低(图5), 经计算得出2014年文昌鱼的数量与基准年(2002年)相比变化比例为48%, 文昌鱼相对密度下降了19%, 按照表7进行评估文昌鱼栖息地退化状况为严重超载。

表7 珍稀濒危生物栖息地退化状况分级评估方法

综合浮游动物变化状况(2-F)和珍稀濒危生物栖息地退化状况(2-H)的评估结果, 根据“短板效应”对比2-F和2-H可看出文昌鱼栖息地退化状况最差, 所以海洋生态承载状况(2)为严重超载。

2.2.3 海洋生态环境风险状况

经统计2009年新开河口附近和2011年新开口海域发生赤潮[19], 因此, 海洋赤潮灾害状况(3-A)约为0.2小于0.5, 按照表8进行评估昌黎海洋生态环境风险状况为可载。

2.3 昌黎县海洋资源环境承载力评估结果

利用层次分析法, 对昌黎县海洋环境承载力进行综合评估[20-21], 综合评价结果如下(表9)。

表8 海洋赤潮灾害状况评估结果及分级标准

表9 昌黎县海洋环境承载力综合评估结果

综合评估结果表明各指标对承载力影响的重要程度为: 海洋生态承载状况(2)>岸线开发强度(1)>海洋环境承载状况(1)>海域开发强度(2)>生态环境风险状况(3)。

3 讨论与结论

3.1 讨论

综合评估结果表明, 海洋生态承载状况对昌黎县海洋环境承载力影响较大, 而海洋生态承载状况是通过综合浮游动物变化状况(2-F)和珍稀濒危生物栖息地退化状况(2-H)反映的, 根据“短板效应”对比2-F和2-H的评估结果得出海洋生态承载状况主要是取决于文昌鱼栖息地退化状况, 因此海洋生态承载状况为严重超载。

3.1.1 文昌鱼栖息地退化的原因

3.1.1.1 入海悬沙量变化的影响

监控区文昌鱼栖息地的形成得益于滦河输沙沉积, 在近岸形成以细沙、中细沙为主的平缓地带, 但近年来, 随着引滦工程的建设, 滦河三角洲的入海淡水量及悬沙量严重减少, 三角洲发育的物源短缺, 明显退化。多年平均输沙量减少了95%, 引滦工程的建成, 滦河每年削减13×108 m3的水量已成定局, 在连续干旱年份, 滦河几乎无水入海(滦县水文站)[26]。造成文昌鱼生境退化, 栖息地底质沙源补充严重不足。

3.1.1.2 入海污染物的影响

文昌鱼对环境污染极其敏感。监控区海域内南为滦河口, 北为大蒲河口, 每年都有大量污染物由河口排入, 陆源污染源主要来自工农业废水和生活污水, 主要包括化学需氧量(COD)、油类、重金属、营养盐、砷等, 污染物排放超标, 使监控区海域水质下降, 文昌鱼及其他海洋生物的生存环境备受威胁[22]。另外近年来养殖面积猛增, 规模不断扩大, 昌黎海域2009年海水养殖面积为44 350 hm2, 并呈逐年上升趋势, 到2011年海水养殖面积增至51 025 hm2(由于区划调整, 部分昌黎海水养殖面积归入北戴河新区, 使2012年后昌黎海水养殖面积减少)其中浅海养殖面积占94%(2010年-2014年《秦皇岛统计年鉴》), 养殖病害及养殖贝类粪沉降到海底也加剧了文昌鱼栖息环境的改变[23]。育苗室、储水池等向海内排放的养殖废水, 导致水体中N、P等含量升高, 临近水域营养盐含量不断增加, 进而加速了藻类在春夏季的大量繁殖和水体的富营养化[24-25]。这些都导致文昌鱼的生物量呈下滑趋势。

3.1.2 改善文昌鱼生长环境压力的建议与对策

首先, 应加强监管力度。近年来除滦河输沙量逐年锐减外, 由于监管力度不够盗沙采沙活动频繁发生, 造成文昌鱼栖息地的沙源严重破坏, 需要逐步加强对监控区海域附近挖沙船的管理[26]; 其次, 应控制污染源。监测区域内, 滦河、新开口、大蒲河入海污染物及近岸养殖排污等是主要污染源, 因此, 积极开发绿色有机农业、渔业, 减少农、渔业生产对沿岸海域造成的环境污染, 加强工业废水的处理, 发展清洁生产技术, 从源头上削减陆源排污总量, 降低陆域污染排放对海洋生物多样性的破坏。另外, 需要合理发展海水养殖, 调控养殖规模, 优化养殖模式与结构, 在养殖容量许可范围内科学用海[27], 为文昌鱼的生长繁殖提供一个良好的环境。

3.2 结论

自2002年以来文昌鱼栖息地砂含量的严重不足, 随着沉积物类型和近岸海洋水环境的改变, 昌黎海区的文昌鱼栖息密度和生物量总体呈明显的下降趋势, 2014年文昌鱼栖息密度降至历史最低, 与基准年(2002年)及评价区域多年相对密度平均值1-ave相比, 文昌鱼栖息地退化状况为严重超载。而由于渔业基础设施的扩建导致海岸线承载状况和海域承载状况为临界超载, 海洋环境承载状况为刚刚超载, 仅海洋生态环境风险状况为可载。为高效、和谐的开发利用海洋资源, 促进海洋经济健康快速发展, 需要合理发展海水养殖, 优化养殖模式与结构, 规范养殖行为。加强废水、废物的处理, 有效控制陆源排污, 减少陆域污染物排放对海洋生物多样性的破坏。另外, 相关的方针政策、法律法规及监测预警机制也应进一步完善。

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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

(本文编辑: 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

河北省应用基础研究计划重点基础研究项目(14273303D)

赵蕾(1991-), 女, 河北邯郸人, 硕士研究生, 主要从事资源评价与可持续利用研究, E-mail: 13731155942@163.com, 电话: 13731155942; 高伟明(1962-), 通信作者, 教授, 主要从事资源评价与可持续利用研究, E-maill: gaowmd@263.net