海水养殖生态环境压力评价及压力点侦测——以北部湾为例

程胜龙,李燕,黄静,付晓,容浩

(广西大学工商管理学院 南宁 530004)

0 引言

2019年,自《关于加快推进水产养殖业绿色发展的若干意见》(以下简称《意见》)提出加强科学布局、改善养殖环境、转变养殖方式和拓宽发展空间等意见,标志着中国水产养殖业进入一个新阶段[1],绿色发展成为水产养殖的必然要求。

海水养殖业是中国水产养殖主要方向[2],优化生产布局,减少生态环境压力,对于提高养殖资源利用水平,实现专业化生产与海水养殖可持续发展具有重要意义。广西海洋生物资源丰富,北部湾地区更是传统渔场之一,海水养殖条件优越[1]。据2020年《广西统计年鉴》,至2020年广西渔业总产值达到538.9亿元,水产品总量达到3 403 345 t,同比增长3.19%,渔业产值指数为106.2%。北部湾地区养殖业已呈现规模化发展,海水养殖对近岸生态环境产生巨大压力:水产养殖过程中投入品、池底污泥[3]、水产排泄物、养殖废水[4]、生物污损[5]以及养殖区抗生素残留[6]等因素均会导致养殖区海洋环境恶化,增加养殖风险的同时造成局部环境污染[7],从而对生态系统与社会经济运转产生长期、隐蔽的威胁。因此,为更好地应对养殖带来的生态环境压力,可通过生态指标、水质指标、地质指标和养殖现状等指标来衡量海水养殖对生态环境的压力并辨析海水养殖主要压力点。

目前,学者们对生态环境压力的研究集中于从农业生产[8]、“生产-加工-消费”[9]和“绿色发展”[1]等不同视角构建指标体系;或是通过层次分析法[10]、熵值法[11]、平均法[12]、灰色关联分析[13]和因子分析与聚类分析[14]等多种方法研究生态环境压力与海水养殖产业结构,缺乏对海水养殖生态环境压力关键点和关键期侦测方面的研究。海水养殖具有区域性和生产周期性,在不同海岸带区域和不同时期产生的压力不同,海水养殖的生态压力在空间和时间上分布不均。对生态环境养殖压力建立综合评价体系,准确测评海水养殖生态压力的关键点和关键期对于养殖调控和生态环境保护具有重要环境学和政策意义。广西北部湾地区是我国南方主要海水养殖区之一,海水养殖业稳步发展,是我国主要的海产品基地之一。本研究综合运用TOPSIS与空间分析等方法,对北部湾地区生态环境压力进行定量评价,对压力点、压力地区进行分析与评价,以期为北部湾地区海水养殖与生态环境治理提供科学的依据和数据。

1 研究区域概况与研究设计

1.1 研究区域概况

广西北部湾地区海岸线长1 595 km,沿岸岛屿约700个,岛屿岸线长约600 km。潮间带滩涂面积约10万hm2,适宜水产养殖面积约6.7万hm2。20 m等深线以内浅海面积约65万hm2,适宜水产养殖面积约57万hm2。水产资源丰富,地理优势明显,海水养殖业快速、稳步发展。北部湾地区海水养殖模式可分为3种:陆基池塘养殖模式,养殖种类包括对虾和海水鱼类,其中南美白对虾占池塘养殖的80%以上;滩涂底播养殖模式,以文蛤、青蛤、泥蚶和大獭蛤等贝类养殖品种为主;浅海养殖模式,又分为浅海筏式养殖模式和浅海网箱养殖模式,浅海筏式养殖模式,以近江牡蛎、马氏珠母贝和扇贝等贝类吊养为主。浅海网箱养殖模式,主要养殖品种为锯缘青蟹、中华乌塘鳢、石斑鱼、真鲷和鲈鱼等。

本研究以北部湾地区的海水养殖区为靶向区位,并作为检测站点。为简化工作量,将同一水域、主要养殖模式相近,主要评价养殖品种一致的较小养殖海域进行合并,得到76个增养殖区域。其中陆基海水养殖区域19个;滩涂增养殖海域22个;浅海增养殖海域30个;深水养殖海域5个(图1)。

图1 北部湾主要养殖类型区域分布

1.2 研究设计

1.2.1 指标选取

生态环境压力的度量,旨在对当地生态环境压力进行评价。为全面评价海水养殖生态环境压力,确保评价指标的合理性,采用理论分析和专家咨询等方法对指标进行筛选。首先,以生态环境压力作为关键词,对涉及生态环境压力的153篇核心期刊进行频度统计,从中选取近5年来使用频率最高的指标;其次对海水养殖生态环境压力的概念进行外拓,咨询10位专家学者,构建海水养殖生态环境压力评价指标体系。该体系中,将生态环境压力分为3个层次(目标层、基础层和指标层)和3种养殖模式:第一层次为目标层,分为社会、经济压力指标和生态环境容量指标;第二层次为基础层次,分为养殖传统、养殖现状、社会环境(此3项属于社会、经济压力指标)和水质指标、生态指标、地质指标、气候条件(此4项属于生态环境容量指标);第三层为指标层(表1)。

表1 北部湾地区海水养殖区生态压力评价指标体系

1.2.2 数据来源

养殖现状与养殖传统相关数据由广西大学10位专家现场测评;社会环境(养殖区内具有生产许可的种苗场、注册登记养殖场、原种场、良种场和水产品冷冻加工厂等)与气候条件相关数据由《广西统计年鉴》与各市县政府统计公报计算得出;水质指标、生态指标与地质指标由沿海各市县提供相应监测数据。在对养殖区压力评价中,各自然属性因子,如水质因子、底质因子、海水生态因子等指标,由于很难判断各个指标的相对重要性(即各因子指标的针对某个养殖模式权重大小),因此假定各自然属性因子各指标的主观权重相等,采用其客观权重来衡量各属性因子指标的相对重要性。

1.2.3 研究方法

本研究采用模糊数学灰色统计法、熵权法与逼近理想解排序法(TOPSIS),对社会经济数据与生态环境数据进行评价。

设置决策问题的方案集(评价养殖区集)为M=(M1,M2…M m),指标集为C=(C1,C2,…,Cn),养殖区M i对指标Cj的值记为x ij(i=1,2,…,m;j=1,2,…,n),则可形成多目标决策矩阵X:

两组患者在入院后及时进行禁食禁水相应操作，缓解胃肠道压力，降低胃黏膜对组织的刺激，防止胰腺的分泌，并且适当给予患者质子泵抑制类药物，降低胃酸的分泌，及时给予必要的肠道营养支持[3]。

为了消除各指标量纲不同对方案决策带来的影响,需要对形成的决策矩阵进行无量纲化处理,构建标准化决策矩阵V=(v ij)m×n,式中,v ij为指标特征值归一化值。

对m个养殖备选水域,n个评价指标,可以确定评价指标的熵为:

将无量纲化后的矩阵与各指标的权重相乘,可得到加权决策矩阵R=(rij)m×n:

采用欧氏距离,计算养殖区与正理想解和负理想解之间的距离,如下:

采用计算得到的正、负理想解(S+dt、S-dt)计算各养殖区与理想解的相对贴近程度ζi,并对压力值排序,如下:

根据βi值的大小排序,βi越大,则M i越接近理想解,表明压力越小,反之,压力越大。

2 结果与分析

2.1 整体影响情况分析

表2 北部湾地区海洋生态养殖压力评价结果

通过对比3种养殖区,可发现池塘养殖区环境密闭、更容易蓄积污染,因此池塘养殖区的生态养殖压力最大,平均压力达到0.623;浅海养殖区与海洋生态系统联通,相较于滩涂养殖区与池塘养殖区,生态养殖压力最小,平均压力达到0.445;滩涂养殖区生态压力居中,平均压力到达0.545,即:与自然生态系统联系更为紧密的养殖模式,生态压力相对更小。

2.2 生态环境压力点侦测

对不同养殖方式生态环境压力通过栅格计算,将压力进行叠加,得到海水养殖对北部湾生态的综合压力分布情况(图2)。其中珍珠港湾为压力最大分布区,也是海水养殖对生态环境压力的关键点;茅尾海和湾外鹿耳环江至乌雷为次压力分布区,为养殖对生态环境压力的次关键点;此外西村-彬塘为另外一个次压力分布区和次关键点。珍珠港湾养殖区位于防城港市,是广西海洋牧场示范区,占地面积达到4万hm2,包括浅海养殖区、深海养殖区和珍珠贝养殖中心等七大产区,养殖区占地面积大,养殖品种多,对生态环境的污染与压力不可避免地增加;茅尾海养殖区中主要养殖模式为滩涂养殖,相较于浅海养殖区生态环境压力较大,且茅尾海区域建立了茅尾海红树林自然保护区,对生态环境的关注较大,与之相对应的,养殖对生态环境压力会减小;西村等养殖区域分布区域相较于珍珠港湾与茅尾海较小,因此生态环境压力与珍珠湾与茅尾海等养殖区较小,即:西村等养殖区为三级压力点。

图2 各类养殖模式对北部湾生态环境压力叠加分布

2.3 陆基池塘养殖模式对生态环境压力评价

陆基池塘养殖模式对生态环境压力具体见图3。陆基池塘养殖对生态环境压力的关键时期,受到养殖区的主要养殖品种的影响,关键时期集中于7—8月和10—11月。陆基池塘养殖区域主要分布在大番坡池塘养殖区、白沙池塘养殖区、犀牛角池塘养殖区和竹林营盘池塘养殖区,这些养殖区中养殖品种以南美白对虾为主,南美白对虾成熟期集中在7—8月和10—11月,此时南美白对虾对饵料需求增加,同时为避免养殖区暴发大规模疫病,养殖主增加药物投放;为营造良好的水质环境,在养殖区域投放肥水宝等养殖水质肥料,养殖水域含氧量急剧增加,南美白对虾在快速发育的同时微生物也在不断地积蓄,池塘在一段时间的养殖后,池塘内会淤积大量的淤泥和细菌,以池塘作为主要养殖区的陆基池塘养殖模式自身不能很好地与外界进行物质交换,极易蓄积污染,而池塘的清淤清塘主要依赖于人工,因此陆基池塘养殖模式对生态环境压力影响最大。

图3 陆基池塘养殖模式对北部湾生态环境压力分布

2.4 浅海筏式养殖模式和浅海网箱养殖模式对北部湾生态环境压力评价分析

浅海筏式养殖模式和浅海网箱养殖模式对生态环境压力具体见图4。浅海养殖模式对生态环境的压力受到养殖品种和养殖区域的影响。由于浅海筏式养殖模式主要养殖品种以近江牡蛎为主,其生态环境压力关键时期集中在7—8月,即:水温最高,牡蛎生长最快速的季节。牡蛎养殖区集中在涠洲岛东南浅海贝类养殖区、茅尾海浅海筏式养殖海域。而浅海网箱养殖模式主要养殖品种为鲈鱼,养殖区域集中于万尾岛南侧浅海养殖海域、涠洲岛北面浅海养殖区,鲈鱼生长快速季节集中在7—8月,此时鲈鱼对饵料的需求增加,养殖户会增加饵料的投放;同时为预防疾病,养殖户也会增加药物的投放,海域药物不断蓄积,饵料投放量超过鲈鱼的消耗量,水质富营养化,浅海生态系统难以通过循环达到生态平衡,生态环境压力在当前时间段不断增加。相较于陆基池塘养殖模式,浅海养殖模式由于位于海洋生态系统中,可通过海洋生态系统消除部分生态环境压力,对生态环境压力的影响较小。

图4 浅海筏式养殖模式和浅海网箱养殖模式对北部湾生态环境压力分布

2.5 滩涂底播养殖模式对北部湾生态环境压力评价分析

滩涂底播养殖模式对生态环境压力具体见图5。滩涂底播养殖模式主要养殖品种为贝类,其中以文蛤为关键物种,养殖区域分布于珍珠港滩涂贝类养殖海域、江山半岛东侧养殖滩涂、犀牛角—麻兰岛滩涂养殖海域和三娘湾—大风江口贝类养殖区。相较于浅海养殖的主要物种:鲈鱼、牡蛎和池塘养殖的对虾,贝类对气候变化的响应不太明显,无明显的生长快速时期,因此滩涂底播养殖模式对生态环境压力全年平均分布,无关键时期。此外,滩涂养殖区可通过滩涂生态系统中微生物在物质循环与流动中达到环境净化、维持滩涂生态系统平衡。

图5 滩涂底播养殖模式对北部湾生态环境压力分布

3 讨论

本研究建立了生态环境压力评测指标体系,进一步探讨了北部湾地区海水养殖生态环境压力并进行关键点侦测,并从陆基池塘养殖模式、浅海养殖模式和滩涂底播养殖模式3个维度出发探讨了海水养殖对生态环境压力的影响,结论如下。

(1)养殖模式显著影响生态环境压力。池塘养殖区生态养殖压力最大,浅海养殖区生态养殖压力最小,滩涂养殖区生态压力居中,即与自然生态系统联系更为紧密的养殖模式生态环境压力更小。

(2)养殖面积与养殖区域的自然环境对生态环境压力有着不同的影响。珍珠港湾、茅尾海、鹿耳环江至乌雷、西村到彬塘均为北部湾地区海水养殖的主要区域,生态环境压力相较于其他零散区域更大,但茅尾海区域建立红树林自然保护区,对生态环境的关注增加,相较于珍珠港等养殖区生态压力较小。

(3)主要养殖物种影响生态环境压力,养殖物种生长更为迅速的时间段是生态环境压力更大的时间点,养殖区域生态环境压力随着主要养殖物种的成长不断变动。

4 结论

海水养殖已成为渔业发展方向,在《2021—2023年广西水产养殖用投入品专项整治工作实施方案》提议下,改善海水养殖生态环境,在实现经济价值的同时实现生态环境的可持续发展成为当前重大议题,因此侦测北部湾地区生态环境压力点,提出有效改善北部湾地区生态环境压力的措施对促进广西养殖产业具有重要意义。

(1)建立如工业化的海水养殖模式[15],完善产业链,进行系统化的研究与开发,实现规范化生产[16]。

(2)针对性地研究养殖业污染控制与治理相关技术[17],完善养殖业的政策措施与法律体系[18],保证水产养殖业在政府的调控下健康发展。

(3)增强政策和资金保障,当前水产养殖在环保政策上强制性加大,而强制性政策需要资金或是相应的政策予以支持,否则将会流于表面[19]。

本研究仅对广西北部湾地区进行生态环境压力与关键点进行研究,有待进一步深化拓展。在未来研究中,可对海水养殖的其他区域进行生态环境压力测评,进而分析生态环境能够承受的极限压力,在微观尺度上分析具体关键时点与关键地区的生态环境压力,并提供相应的生态环境改善措施。