海州湾生态修复效果评价_符小明.doc
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1、 第 32 卷第 1 期 大 连 海 洋 大 学 学 报 Vol 32 No 1 2 0 1 7 年 2 月 JOURNAL OF DALIAN OCEAN UNIVERSITY Feb 2 0 1 7 DOI: 10 16535 / j cnki dlhyxb 2017 01 016 文章编号 : 2095 1388( 2017) 01 0093 06 海州湾生态修复效果评价 符小明 1 , 唐建业 1、 2 ,吴卫强 3 ,张硕 1、 2 ( 1. 上海海洋大学 海洋科学学院,上海 201306; 2. 大洋渔业资源可持续开发省部共建教育部重点实验室,上海 201306; 3. 连云 港市
2、海洋与渔业局,江苏 连云港 222003) 摘要 : 为评价海州湾生态修复工程实施的效果, 在分 析 2014 年 春 、 夏 、 秋 3 个季节本底调查数据的基础 上 , 以 “ 资 源 环 境 ” 作为准则层 , 共筛 选 16 项具体的评价因子建立生态修复效果评价指标体系 , 并用 德 尔菲法和熵权法组合赋权 , 通过效用函数估算海州湾 生态修复 治理目标的实现程 度 。 结果表 明: 通过 投 放人工鱼礁 , 海州湾生态修复率达 到 30. 14%, 其中 , 生物资源 平均修复率 为 17. 96%, 海洋环境平均修复 率为 33. 15%,生态修复治理目标综合值为 0. 400 2
3、,综合修复等级为中等 。 研究表明,海州湾生态修复工 程对水质环境的改善效果较为明显,但对生物资源的恢复效果还有待进一步提高 。 关键词 : 海州湾 ; 生态修复 ; 效果评估 中图分类号 : S953. 1 文献标志码 : A 海洋生态修复是指在生态系统受损的海域依靠 生态系统的自我调节,并辅之以必要的人工手段, 通过改善水体环境 、 提高水域生产力,逐步实现生 态系统结构功能恢复的过程 。 国内外大量研究表 明,科学实施生态系统修复工程能显著改善水体环 境 、 提高水域生产力 、 丰富渔业资源 。 目前,中国 海洋生态修复主要通过移植盐沼草木 、 培育藻场 、 投放鱼礁 、 培植生物礁等形
4、式来实现,通常在同一 海域存在多种修复形式组合, 以达到最好的效果 。 如广东大亚湾 、 浙江嵊泗海域 、 江苏海州湾 、 山东 莱州湾 、 大连獐子岛海域等 1 2 已成为国内海洋生 态修复的示范区域 。 恢复近海生态是中国生态文明建设的重要任 务,也是实施生态红线制度和推进海洋主体功能区 规划的工作基础 。 目前,中国海洋生态修复水平与 发达国家相比尚有差距,不合理的修复方式以及沿 海地区对生态环境的持续性破坏,致使修复效果并 不理想 3 。 为总结海洋生态修复经验 、 提 高海洋 生态修复管理水平,必须对海洋生态修复效果进行 科学评价 。 目前,在海洋生态修复效果评价方面, 国际上还 未
5、有统一标准 。 日本主要通过渔业资源评 估来实现修复效果的评价 4 5 ,而欧美学者更偏好 通过环境数据来反映修复效果 6 7 。 中国在开展海 洋生态修复过程中,一方面针对水质污染实施科学 地修复治理,另一方面也十分注重其在渔业方面的 综合利用 8 9 ,因此,通过环境和渔业资源数据相 结合的方法来评价修复效果较为合适 。 海州湾曾是 中国传统的渔场,也是重要的生态修复区,针对该 海域开展生态修复工作并进行定量评价,对后续生 态修复措施的改进和生态功能的提升具有重要意义 。 1 评价对象与方法 1. 1 评价对象 1. 1. 1 海州湾基本情况 海州湾是连云港东北部 的开敞型海湾,海岸线从岚
6、山头到高公岛,长达 87 km,海域面积 876. 39 km2 。 沿岸有绣针河 、 龙 王河 、 临洪河等 18 条大型河流汇入,年平均径流 量达 17 亿 m3 ,为海州湾提供了大量的营养盐 。 据 调查,海州湾有浮游植物 148 种 、 浮游动物 50 种 、 底栖生物 84 种 。 海产经济动物众多,包括 200 多 种鱼类 、 30 多种虾类 、 80 多种贝类 、 47 种软体动 物和 7 种腔肠动 物 10 。 海 州湾还有珍贵的鸟类 、 哺乳类 、 爬行 类 、 两栖类等野生动物资源 。 此外, 海州湾的风能 、 潮汐能 、 太阳能等清洁能源储量丰 富,极具开发潜力,天然水深
7、超过 25 m,非常适合 收稿日期 : 2016 04 25 基金项目 : 国家公益性行业 ( 农业 ) 科研专项 ( 201303047); 海州湾海洋牧场示范项目 ( D 8006 12 0018, D8006 15 8014) 作者简介 : 符小明 ( 1990 ) ,男,硕士研究生 。 E mail: m130302632 st. shou. edu. cn 通信作者 : 张硕 ( 1976 ) ,男,博士,副教授 。 E mail: s zhang shou. edu. cn 大 连 海 洋 大 学 学 报 第 32 卷 94 发展港口航运业 。 海州湾因具备特殊的生物种群 、独特的
8、岸线地 貌和优越的气候条件,先后建成了海州湾海洋牧场 示范区 (2007 年 )、 海州湾海湾生态与自然遗迹海 洋特别保护区 (2008 年 )、 中国对虾国家级水产种 质资源保护区 (2009 年 )、 国内首批也是面积最大 的国家级海洋公园 ( 2011 年 ) 和国内首批国家级 海洋牧场示范区 (2015 年 )。 1. 1. 2 海州湾生态修复现状 20 世纪 90 年代后 期,连云港海域的水环境污染 、 生物资源衰退等生 态问题日渐严重 。 为了修复生态环境 、 恢复生物资 源,从 2002 年起,连云港政府在海州湾渔场中心 区域陆续投放人工鱼礁,修复受损的渔场生态环 境,迈出了海洋
9、经济从开发利用向生态修复转变的 第一步 。 2012 年起又实施了连云港港 30 万 t 航道 生态修 复 以 及 连 岛 、 竹岛周边的海岛修 复 。 自 2002 年海州湾人工鱼礁生态修复方案启动实施开 始,到 2015 年已累计完成渔业生态修 复 水 域 修复前后生态系统结构和功能的变化量,并不仅仅 是对生态系统固有的现状进行评价 。 1. 1. 3 评价数据的获取 本研究中主要探讨了海 州湾生态修复前后的生态系统结构和功能的变化, 并通过资源和环境方面的特征指标予以反映 。 评价 的数据主要包括环境监测数据 、 生物调查数据和经 济社会效益统计数据 。 直接反映环境生态状况的环 境生物
10、数据主要来自上海海洋大学和江苏省海洋水 产研究所历 年的跟踪调查 ; 间接反映生态修复产生 效应的经济社会数据部分来自调 研, 部分来自 连云港渔业统计年报 、 连云港统计年鉴 ( 2015 年 ) 和 环境状况公报 。 1. 2 评价方法 生态修复效果是个较为抽象的概念,目前尚无 统一的定义 。 本研究中以海州湾生态修复前后,各 项监测指标的加权变化率 Zi 作为综合修复率的基 础数据,定义 Zi 为整体修复率, Z环境 为环境整 160. 25 km2 ,航运生态修复海域面积达 22. 5 km2 。 体修复率, Z资源 为资源整体修复率 。 设定无量纲 经过长期的跟踪调查,修复海域生物资
11、源和生态环 境均有不同程度的恢复 11 。 海 州湾海洋生态修 复主要采 用 “ 投放鱼礁 +生 态养 殖 +人工放 流 ” 模 式 ,人工鱼礁修复改善的海 域面积已 超 过海州湾 海域总面积 的 20% 11 。 该 模 式的主要修复机制为 : (1) 投放鱼礁来改善海底环 境,一方面为海洋生物提供更优质的栖息地,另一 方面也 能 有效阻止近海拖网 对海底生态环境的 破 坏 。 (2) 通过生态养殖调节海洋水质,在生态修复 区域进行贝类底播增殖和大型藻类浮 $养殖,不但 降低了海水中营养盐 12 以及重金属 13 浓度,而且 能显著提高海域生产力,提升经济效益 。 (3) 通过 人工增殖放流
12、维持生物多样性,也是对渔业资源最 直接的补充 。 自海洋生态修复工程实施以来,连云 港政府每年都向海州湾放流大量中国对虾 、 梭子蟹 、 鱼类 、 贝类 、 刺参和鲍鱼等多种海珍品苗种 11 。 近年来,海州湾生态的相关研究已有不少报 道,但大部分研究集中在海州湾海洋环境 14 、 海 洋生物资源 15 和海洋地 形 16 等方面,大多是基于 生态环境自然状况,且相对独立,没有考虑生态系 统的整体效应,忽略了生态修复工程的因素 。 海州 湾生态修复的研究主要集中在修复技术手段方面, 包括人工鱼礁技术 、 生态养殖技术及其相关技术在 海洋生态修复中的应用 17 ,如 C3D 侧扫技术用于 栖息底
13、质变化研究 14 ,稳定同位素技术用于食物 网结构分析 11 等 。 生态修复效果主要是考虑生态 F 作为评价生态修复治理目标实现程度的综合值, 并根据 F 的值将生态修复治理效果划分为 4 个等级 。 1. 2. 1 指标的确定 一个功能完善的评价指标体 系应该具备解释 、 评价和预测预报的功能 18 。 海 洋生态修复效果主要体现在生物资源的恢复和生态 环境的改善 。 本研究中综合资源和环境两方面因 素,以生态修复指数为目标,资源恢复水平和环境 改善水平为准则层,按照指标的独立性 、 代表性 、 数据的可获得性等原则选取了 4 类指标的 16 组评 价因子,对评价因子的方向加以判断,并采取
14、合理 的量化处理方式,建立直观的生态修复效果评价指 标体系 ( 表 1)。 其中,生物多样性通过计算香农 威纳指数来量化,渔业资源结构采用计算渔获物平 均营养级 的方法来量化,营养盐类和水质指标直接 由检测值即可实现量化 。 1. 2. 2 权重的确定 权重的计算方法可分为主观 赋值法和客观赋值法 。 主观赋值法就是将难以量化 的指标,按照决策者自己设定的相关标准进行层次 等级划分,赋予权重的过程取决于人的主观因素 。 这样的计算方法更倾向于决策者目标的需要,缺点 是忽略评价对象的自身属性,评价结果往往不能反 映被评价对象的真实状况,典型的有德尔菲法 、 层 次分析法等 19 。 客观信息赋值
15、法就是充分利用评 价对象自身的信息内容,根据各组数据观测结果的 内部差异来进行统计学分析 ,计算出权重值,此类 评价结果相对更接近真实值,但由于评价过程常常 第 1 期 符小明 , 等 : 海州湾生态修复效果评价 95 3 4 3 4 2 不能兼顾决策者的需求,而不为项目管理者所青 睐,常见的有主成分分析法 、 信息熵权法等 20 。 表 1 基于资源 环境框架的海洋生态修复效果评价指标体 系 Tab. 1 Assessment indictors of marine ecological restora- tion effect based on the framework of resou
16、rces and ecological environment 打分 。 影响不显著的,计 1 分 ; 影响较低的,计 2 分 ; 影响一般的,计 3 分 ; 影响较高的,计 4 分 ; 被认为是主要影响因素的,计 5 分 。 最后计算每一 项因子的得分之和,与所有因子总分之和的比值, 即可得到每一项因子的主观权重 W1j 。 1. 2. 3 综合指数的计算 采用效用函数的计算方 法,即将每个评价因子根据评价目标,按照一定的 评价 目标 objective 评价 准则 criterion 评价 指标 indicator 评价 因子 factor 指标 方向 direction 计算生成对评价问
17、题测量的一个量化值,再按照一 定的合成模型加权 、 求和,计算出总评价值 : 资 生物多样性 源 指标 恢 复 水 渔业资源 生 平 结构指 标 态 修 复 效 营养盐 果 环 指标 评 境 价 改 善 水 平 水质 指标 底栖生物多样性 正 游泳生物多样性 正 浮游生物多样性 正 鱼类平均营养级 正 甲壳类平均营养级 正 头足类平均营养级 正 活性硅酸盐 SiO2 Si 负 活性磷酸盐 PO3 P 负 硝酸盐 NO N 负 铵盐 NH+ N 负 亚硝酸盐 NO N 负 初级生产力 P 正 生化需氧量 BOD5 负 化学需氧量 COD 负 溶解氧 DO 正 悬浮物 SS 负 n F = Wj
18、Yj , j = 1, 2, 3, , n。 (6) j = 1 其中 : 单项因子 Dj 的量化值为 Yj = fj ( Dj ); Wj 为权 重 ; fj 为评价因子 Dj 的效用函数 ; F 为综合评价 值 。 在评价体系已经确定的情况下,效用函数取决 于单项因子的评价值和权重值 。 生态修复效果可以通过比较生态修复前后能反 映各因子变化趋势的量值进行表征,因此,最终生 成的评价因子量化值 Yj 应当是把生态修复前后各因 子的观测值,按 照指标的方向性进行变化率计算 。 因为考虑变化的整体效果,最后将各项计算值与整 体的变化阈值相比较,生成各项因子最后的评价值 Yj 。 如生物多样性是
19、正向指标,其修复率公式为 本研究中采用的是主客观相结合的方法,主观 权重赋值采取专家打分的形式,即德尔菲法,客观 权重赋值方法采取信息熵权法 。 最后利用最小信息 熵原理,取几何平均数的方法 21 将其组合,得到 综合权重 Wj ( j = 1, 2, , n)。 信息熵权法的计 算步骤 22 如下 : Zj = ( X2 X1 ) / X1 100%, (7) 则单项因子评价值计算公式为 Yj = ( X2 X1 ) / X1 ( A B) Wj 。 (8) 如营养盐指标为负向指标,其修复率为公式为 Zj = ( X1 X2 ) / X1 100%, (9) 则单项因子评价值计算公式为 Yj
20、 = ( X1 X2 ) / X1 ( A B) Wj 。 (10) (1) 将各因子同度量化,计算第 j 项因子下第 i 个测量值的权重 Pij : 其中 : X1 、 X2 分别为修复前 、 修复后的水平 ; A、 m Pij = xij / xij 。 (1) i = 1 (2) 计算第 j 项指标的熵值 ej : m ej = (1 / ln m) Pij lnPij 。 (2) i = 1 (3) 计算第 j 项指标的差异性系数 gj : gj = 1 ej 。 (3) (4) 计算权重 W2j : n W2j = gj / gj 。 (4) j = 1 B 分别为各项因子修复率的最
21、大值 Zmax 和最小值 Zmin ; A B 为生态恢复阈值 。 2 评价结果与分析 在权重计算过程中,共发放问卷 54 份,实际 回收 54 份,其中向连云港海洋渔业部门管理人员 发放 14 份,占 25. 93%,向海洋科技专家发放 17 份,占 31. 48%,向海洋政策研究人员发放 23 份, 占 42. 59%。 回收后的问卷按照主观指标计算方式 算出权重 W1 。 根据 2014 年的海洋生物和海洋环境 (5) 计算组合权重 ( W1j W2j ) n 0. 5 0. 5 : 0. 5 调查数据,以生态修复区内的观测结果为修复后的 观测值,生态修复区外对照组的观测结果视为修复 W
22、j = ( W1j W2j ) / ( W1j W2j ) j = 1 。 (5) 前的观测值 。 按照式 ( 1) ( 4) 计算客观权重 W2 , 专家打分法主要通过专家问卷形式实现,专家 们评价每项因 子对生态修复效果的影响程度并据此 按照式 (5) 计算综合权重,结果见表 2。 根据式 (7) (10) 可计算海州湾生态修复对资 大 连 海 洋 大 学 学 报 第 32 卷 96 i = 1 源和环境的修复率,海州湾生态修复效果评价单项 权重 、 修复率和各因子综合值结果见表 3。 再由公 表 2 各项因子综合权重计算值 Tab. 2 Weight of evolution index
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