珠海外伶仃岛海域海洋牧场选址探讨

谢笑艳 ，陈丕茂，佟 飞，袁华荣，冯 雪，余 景，于 杰，舒黎明

1. 中国水产科学研究院南海水产研究所/农业农村部海洋牧场重点实验室/国家数字渔业 (海洋牧场) 创新分中心/中国水产科学研究院海洋牧场技术重点实验室/农业农村部南海渔业资源环境科学观测实验站/广东省海洋休闲渔业工程技术研究中心，广东 广州 510300

2. 上海海洋大学 海洋科学学院，上海 201306

发展海洋牧场是中国修复近海渔业资源、改良渔业水域环境和促进近海渔业可持续发展的重要政策[1]。万山群岛海域地处珠江口东南部，外伶仃岛海域位于万山群岛东北部。历史上万山群岛的万山渔场是我国著名渔场之一。然而，多年来受过度捕捞和环境污染等因素影响，万山群岛海域渔业资源衰退、生态环境退化严重[2]，渔民生产、生活受到严重影响，建设万山群岛海洋牧场、修复海洋资源环境、促进渔业转型升级，已成当务之急。

海洋牧场选址是对拟建海洋牧场海域的地理条件、生物环境条件、物理化学条件及其他因素进行综合调查与分析，确定海洋牧场适宜建设区域的过程。选址作为海洋牧场建设的首要环节，其适宜性关系到建设效果甚至成败。目前，国内外关于海洋牧场的研究多集中于生境建设、生物增殖和利用等方面[3-4]，而海洋牧场选址适宜性研究尚处于探索阶段。已有研究对阿拉伯湾海域结合海区实际的水深、流速和盐度等海况要素进行人工鱼礁选址[5]；许强[6]选取海域功能、可接近性、流速、水质、水深、坡度、底质类型、初级生产力、渔业资源等9个典型指标使用层次分析法进行选址评价；曾旭等[7]基于多准则决策方法，结合专家系统、层次分析法、GIS空间分析，对浙江舟山群岛东北部马鞍列岛海域海洋牧场进行选址适宜性评价；李英雪[8]选取环境化学指标 (叶绿素浓度、化学需氧量、无机氮和活性磷酸盐)、环境生物学指标 (浮游动植物生物量、底栖动物生物量和鱼类资源密度)和物理环境指标 (水深、透明度、悬浮物和沉积物粒径) 等三大指标使用层次分析法进行人工鱼礁选址生态适宜性评价。地理条件是海洋牧场选址的决定性因素之一，但基于海洋地理条件用海适宜性进行海洋牧场选址尤其是基于海岸线稳定性、海洋生态红线、养殖水域滩涂规划等指标进行岛礁海洋牧场选址适宜性评价的研究尚未见报道。

本研究从海岸线稳定性、海洋功能区划、海洋生态红线、养殖水域滩涂规划、海洋工程和设施等5个方面选取34个指标 (表1—表5) 作为海洋牧场选址适宜性评价的因素，建立海洋牧场选址指标体系，并采用地理信息系统空间分析方法对珠海外伶仃岛海域海洋牧场选址进行适宜性评价，以期为海洋牧场选址尤其是岛礁海洋牧场选址提供参考。

表1 基于海岸线变迁强度的海洋牧场选址评价指标分析Table 1 Evaluation index of marine ranching location based on coastline change intensity

表2 基于海洋基本功能分区及管理要求的海洋牧场选址评价指标分析Table 2 Evaluation index of marine ranching site selection based on marine basic function zoning and management requirements

表3 基于红线区分类管控要求的海洋牧场选址适宜性分析Table 3 Suitability analysis of marine ranching site selection based on classification and management requirements of red line area

表4 基于水域滩涂划分管理要求的海洋牧场选址评价指标分析Table 4 Evaluation index of marine ranching site selection based on management requirements of tidal flat division

表5 基于海洋工程和设施的海洋牧场选址评价指标分析Table 5 Evaluation index of marine ranching site selection based on marine engineering and facilities

1 材料与方法

1.1 研究区概况

外伶仃岛是珠海市担杆镇政府所辖38个海岛之一，也是镇政府所在地，西距珠海市区27 nmile，北距深圳29 nmile，香港长洲6 nmile。该岛面积4.23 km2，地势东西高，北部和中部低，东部沿岸较陡，岛中央主峰伶仃峰高311.8 m。岛上水、电、交通、通讯等基础设施齐备，珠海市区有定期客货船只来往，珠海九洲机场开通直升机直航外伶仃岛旅游项目。是珠海十大美丽海岛之一、国家AAAA级海岛风景区，旅游资源丰富。

1.2 指标选取与数据来源

1.2.1 海洋牧场选址的主要影响因素和等级划分

根据建设目的，海洋牧场分为养护型、增殖型和休闲型3类，这3类海洋牧场均为综合型海洋牧场，具有不同程度的资源养护、生物增殖和休闲渔业功能，均可相互转化；资源养护功能占主导地位的为养护型海洋牧场，生物增殖功能占主导地位的为增殖型海洋牧场，休闲渔业功能占主导地位的为休闲型海洋牧场，故本文不再根据建设海洋牧场的目的来讨论分区适宜性。基于地理条件的海洋牧场选址涉及海岸线稳定性、海洋功能区划、海洋生态红线、养殖水域滩涂规划和交通、港口设施等多种因素。因此，在选址时既要确保评价指标全面，又要根据具体实例分析研究区域影响海洋牧场建设的主要因素，使指标体系全面、准确、简洁、有效。目前，海洋牧场选址适宜性尚无明确统一的评价标准，本研究结合已有成果[9-12]，建立基于地理条件的海洋牧场选址适宜性评价指标体系，开展海洋牧场选址适宜性评价，并依据各项指标对海洋牧场布设的适宜性程度和限制性强度进行等级划分，并赋予相应的数值，用于分析各评估指标在海洋牧场选址适宜性上的相对空间差异，赋值越高代表越适宜海洋牧场建设，最适宜的赋值3，较适宜的赋值2，一般适宜的赋值1，不适宜的赋值0。

1) 基于海岸线稳定性的指标评价和等级划分：海岸线是人类开发利用的重要区域，临近海岸和岛礁的海洋牧场选址要优先考虑海岸线是否稳定，不稳定的海岸线会对海洋牧场长远发展不利。本研究采用某时段内海岸线长度和面积的平均变化百分比来表示海岸线稳定性，岛屿海岸线长度和面积变化强度计算公式如下[13-14]：

参考张心玉[14]的研究结果，将海岸线变化强度评价结果划分为海洋牧场选址最适宜、较适宜和一般适宜3个等级，分别赋值为3、2和1 (表1)。

2) 基于海洋基本功能分区的指标评价和等级划分：根据《广东省海洋功能区划》[15]海洋基本功能分区及管理要求 (表2)，农渔业区养殖区中的底播养殖区、农渔业区中的增殖区、捕捞区、水产种质资源保护区中未与其他保护区重叠区、旅游休闲娱乐区、海洋特别保护区的适度利用区和保留区中通过科学规划和严格论证的海域最适宜选址建设海洋牧场，赋值为3；其次，农渔业区养殖区中的筏式养殖区与网箱养殖区、海洋自然保护区中的实验区、海洋特别保护区中的重点保护区和生态与资源恢复区均为一般适宜选址建设海洋牧场，赋值为1；其他类型的海洋基本功能分区均不适宜选址建设海洋牧场，赋值为0。

3) 基于红线区分类的指标评价和等级划分：海洋生态红线本质上是一种海洋区划管理制度[16]，海洋牧场选址位置应考虑是否符合其管理要求。根据《广东省海洋生态红线》[17]红线区分类管控要求 (表3)，海洋自然保护区限制类红线区中的实验区、海洋特别保护区限制类红线区中的生态与资源恢复区及适度利用区、重要河口生态系统生态红线区、重要海滨湿地生态红线区、重要渔业海域生态红线区、特别保护海岛生态红线区中的限制类红线区、重要滨海旅游区生态红线区、重要砂质岸线及邻近海域生态红线区、沙源保护海域生态红线区均为一般适宜选址建设海洋牧场，赋值为1；其他类型均不适宜选址建设海洋牧场，赋值为0。

4) 基于水域滩涂划分的指标评价和等级划分：养殖水域滩涂规划是渔业管理的基本制度，通过合理布局水产养殖生产，有利于保护水域生态环境，对海洋牧场稳定发展是必要的。综合各地养殖水域滩涂规划管理要求 (表4)，最适宜海洋牧场选址建设的海域是养殖区中的底播养殖区，赋值为3；较适宜区域包含无居民海岛周边海域限养区、重点近岸海域限养区和无居民海岛周围海域禁养区，赋值为2；一般适宜区域包含养殖区中的筏式养殖区与网箱养殖区、海洋自然保护区限养区、海洋特别保护区限养区和海洋生态红线区限养区，赋值为1；其他类型均不适宜选址建设海洋牧场，赋值为0。

5) 基于海洋工程和设施的指标评价和等级划分：根据《国家级海洋牧场示范区管理工作规范》[18]对海洋牧场选址要求 (表5)，需符合国家和地方海域管理、渔业发展规划和海洋牧场建设规划，以及生态保护红线和其他管控要求，与水利、海上开采、航道、港区、锚地、通航密集区、倾废区、海底管线及其他海洋工程设施和国防用海等不相冲突，即与其他海洋工程和设施用海冲突的海域均不适宜建设海洋牧场，均赋值为0。

1.2.2 数据收集与处理

研究区域数据主要包括：1978、1986、1990、1995、2000、2005、2010、2015、2020年等 9个时相的外伶仃岛周边海域遥感影像数据，遥感影像均来自Landsat系列，轨道号为122/45，选择成像好、云量相对较少且对研究区域无影响的影像。数据来源于美国地质勘探局 (United States Geological Survey, USGS, https://earthexplorer.usgs.gov/)。海域使用类型数据见表6。2019年4月—2021年3月间每月月中当天 (每月第15天) 的船舶航行数据，源于船讯网 (http://www.shipxy.com/)。用ArcGIS 10.7软件绘制地图，数据来源于全国地理信息资源目录服务系统 (https://www.webmap.cn/, 1∶25万全国基础地理数据库，2019公众版)。

表6 研究区域海域使用类型Table 6 Type of sea area usage in survey area

船舶密度分布实质上是指某一水域中船舶的空间分布，本研究通过对船舶航行数据分析获取研究区域的通航密集区。首先对船舶航行数据进行预处理，包括轨迹数据组织、删除错误记录、删除异常位置，然后采用ArcGIS 10.7软件数据处理平台，利用空间分析模块下Line Density命令生成航迹密度图。

2 结果

2.1 研究区域确定

海洋生态空间是整体的、系统的和复合的，海洋资源是流动的、立体的，海洋动态变化性强，区域差异性不显著[21]，由于以上原因目前尚未见有海岛与海岛之间海域区分的研究报道。本研究对外伶仃岛海洋牧场选址研究区域的确定方法，是将其与邻近海岛的最近点进行连线，根据其周围岛礁分布的实际情况，选取外伶仃岛与正北、西北、东北、西南、东南5个方向的岛礁，取这些连线的中点，将这些中点连接成封闭区域，即本研究的研究区域。根据上述方法，计算外伶仃岛到周围岛礁的最短距离 (表7)，确定外伶仃岛拟建海洋牧场区域的面积为78.68 km2(图1)。

表7 外伶仃岛到周围岛礁的最短距离Table 7 Shortest distance from Wailingding Island to surrounding island reefs

图1 研究区位置示意图Fig. 1 Location map of survey area

2.2 外伶仃岛海岸线变迁分析

本研究统计了1978—2020年岛屿海岸线长度和所围面积变化 (图2)。外伶仃岛海岸线总长度从1978年的11.08 km变为2020年的12.04 km，增加了约0.96 km，年均增加0.023 km，变化强度为0.206%，其中2000—2005年和2010—2015年增加较多，2005—2010年则出现较大幅度减少。外伶仃岛海岸线所围成的陆地面积从1978年的4.33 km2增加为2020年的4.38 km2，增加了约0.05 km2，年均增加0.001 km2，变化强度为0.027%，其中1986—1990年增加较多，1995年起开始出现缩小趋势。

图2 1978—2020年外伶仃岛海岸线长度和面积变化Fig. 2 Changes of coastal line length and area in Wailingding Island from 1978 to 2020

2.3 指标评价结果

2.3.1 海岸线稳定性分析

根据1978—2020年海岸线变化分析，外伶仃岛42年间长度变化强度为0.206%，面积变化强度为0.027%，根据本研究对海岸线适宜性的评价方法，外伶仃岛长度和面积变化强度均小于0.5%，该海域适宜开展海洋牧场建设。

2.3.2 外伶仃岛海域海洋牧场选址适宜性

按照本研究建立的海洋牧场选址适宜性评价指标，结合外伶仃岛实际情况对其进行海洋牧场选址适宜评价 (表8)。按照广东省海洋功能区划和海洋生态红线的要求，研究区域分别位于万山群岛旅游休闲娱乐区、万山群岛重要渔业海域限制类红线区、部分位于万山群岛重要滨海旅游区限制类红线区 (图3)，适宜进行海洋牧场建设。根据珠海市养殖水域滩涂规划的要求，研究区部分海域位于建设用海空间禁养区和海洋生态红线限养区 (图4-a)，剩余海域适宜进行海洋牧场建设。根据《国家级海洋牧场示范区管理工作规范》要求，研究区内包含的海洋工程设施有港口 (图4-b)、锚地 (图4-c)、通航密集区 (图4-d) 和海底管线 (图4-e)。港口及海底管线均需要注意与其留有足够的安全距离，避免发生安全隐患，对未来海洋牧场建设产生不利影响。

图3 外伶仃岛海域海洋功能区划和生态红线区控制图Fig. 3 Marine functional zoning and ecological red line control chart in Wailingding Island sea area

图4 外伶仃岛海域单项因子适宜性评价Fig. 4 Suitability evaluation of individual factors in Wailingding Island sea area

表8 外伶仃岛海域海洋牧场选址适宜性评价结果Table 8 Suitability of marine ranching site selection in Wailingding Island

2.3.3 综合评价结果

本研究中选址适宜性评价结果优先级由高到低依次为不适宜＞一般适宜＞较适宜＞适宜，即研究区域内某一评价指标为不适宜，则该区域最终结果即为不适宜选址建设海洋牧场，故该区域不进行指标相加运算；当所有评价指标均满足适宜条件 (一般适宜、较适宜、最适宜) 时，将指标对应评分相加得出最终评价结果。研究结果表明，综合海岸线稳定性、海洋功能区划、海洋生态红线、养殖水域滩涂规划、海洋工程和设施等因素，最终计算得出外伶仃岛海域一般适宜选址建设海洋牧场区域的分数为15～19，所占面积33.09 km2，不适宜的区域面积为 45.59 km2(图 5)。

图5 珠海外伶仃岛海洋牧场选址适宜性评价结果Fig. 5 Suitability evaluation results of marine ranching site selection in Wailingding Island sea area

3 讨论

3.1 指标选取准则

海洋牧场选址受地理条件、生物环境条件、物理化学条件等诸多因素影响[11,22]，其中地理条件是海洋牧场选址的决定性因素之一，对应的指标包括海岸线稳定性、海洋功能区划符合性、海洋生态红线区符合性、养殖水域滩涂符合性和海洋工程和设施符合性。海岸线是发展海洋经济的前沿阵地，具有重要的生态功能和资源价值。岸线侵蚀和人类主导下围填海造成的人工岸线扩张是海岸线变动的主要因素，岸线侵蚀过程带来的影响有海岸带生物多样性资源损失和滨海生态系统服务功能损坏等[14,23]；人工岸线扩张带来的影响有打破原位及附近海区原有的冲刷与淤积平衡状态、干扰或逆转海岸线的自然演变趋势、海洋环境恶化和海水富营养化问题加重等[14,24-26]，临近海岸和岛礁的海洋牧场选址要考虑海岸线是否稳定，海岸线变动造成的影响不利于海洋牧场建设及其长远发展。海洋功能区划本质上是一种在开发中实施保护的管理方法，而海洋生态红线区划是以生态系统为基础的管理手段[27]，海洋生态红线是海洋功能区划定的参照基础，海洋功能区划是实施海洋牧场选址的重要准则，是海域综合开发利用与管理的集中体现，因此在进行海洋牧场选址评价时要考虑到与海洋功能区划、海洋生态红线的兼容性与排他性。海洋生态红线区符合性、养殖水域滩涂符合性、海洋工程和设施符合性同样是实施海洋牧场选址的重要准则，因此在实际开展海洋牧场选址时，有必要将其考虑在内。李文涛和张秀梅[28]、许强和张守宇[11]进行人工鱼礁或海洋牧场选址研究时均提到将海洋功能区划符合性纳入选址指标，并未考虑海岸线稳定性、海洋生态红线区符合性、养殖水域滩涂符合性、海洋工程和设施符合性。本研究在进行海洋牧场选址评价时将上述指标均纳入评价体系，且外伶仃岛海洋牧场选址评价结果与其已建人工鱼礁区和已规划海洋牧场区范围较相近，未来海洋牧场建设可与已有鱼礁形成大规模稳定的生态人工鱼礁群，有效修复和构建水产生物的生活和栖息场所，优化海域生态环境。

3.2 海洋牧场选址的对比分析

本研究使用创新性方法建立珠海外伶仃岛海洋牧场选址研究区域，因未查到其他文献中有相关方法的研究报道，故未进行对比分析。国内外针对海洋牧场方面的选址研究多倾向于开展人工鱼礁选址，一致认为鱼礁选址过程是整个海洋牧场建设过程中最重要的环节[6]，目前使用最普遍的研究方法是层次分析法 (Analytic Hierarchy Process, AHP)。如王飞等[29]、Mousavi等[30]、许妍等[9]基于AHP模型，结合物理环境、生物资源、化学条件等内容建立选址评价指标，完成人工鱼礁选址过程。但层次分析法在建立层次结构模型过程中需要对各准则进行对比，主观性较强，从而在评价准确性上可能存在偏差[8]。本文使用建立评价指标体系的方法进行海洋牧场选址，说明了排除区域不适合作为海洋牧场选址的原因，具有较强的客观性。评价结果中适宜建设海洋牧场的区域与外伶仃岛已建人工鱼礁区、已规划海洋牧场区范围较相近，进一步验证了本研究建立的评价指标体系方法的可行性和合理性，可为外伶仃岛海洋牧场建设提供技术支撑和参考依据，同时也为我国海洋牧场选址适宜性评价提供借鉴。

许妍等[9]在2016年同样使用构建指标体系的方法对天津市人工鱼礁选址进行适宜性评价，并证明研究结果具有可行性。许强等[22]在对舟山市海洋牧场进行初步选址研究时，选取排除图层的内容仅提出考虑海洋功能区划符合性；Erftemijier等[5]选取排除图层内容时，基于研究区域考虑到管道、电缆、锚地、保护区水深小于5 m的区域等指标，上述研究中的指标体系均不完整，本研究充分考虑研究区域内地理条件用海符合性，对提高海洋牧场选址评价的科学性、有效性和准确性具有较好的参考价值。

3.3 不足与展望

选址是海洋牧场建设的重要环节，科学开展选址工作，是确保海洋牧场在提供生态廊道、保护野生种群、调节流场和物质运输等方面发挥重要作用的基础[31]。一个恰当的选址过程对海洋牧场建设的成功至关重要，许多研究经验表明，选址建设比后续任何一个环节都更加重要[32]。在许多情况下，不良的选址被认为是未能达到预期目标的重要原因[33]。本研究中对海岸线分析，提取的是瞬时水边线，与实际海岸线存在一定误差，未来需要结合海岸线实际调查进行更深入的研究。此外，本研究说明海岸线稳定是适合建设海洋牧场的原因之一，建立评价指标体系说明不适合建设海洋牧场的海域，但并未解释排除后的区域适合建海洋牧场的原因，后续需结合水环境数据、生物资源数据等进行更加深入的研究。