基于复合生态系统理论的海洋生态监控区区划指标框架研究

徐惠民，丁德文，石洪华，温 泉，叶属峰

(1.大连海事大学，大连 116026； 2.辽宁师范大学，大连 116029；3.国家海洋局第一海洋研究所，青岛 266061； 4.国家海洋环境监测中心，大连 116023；5.国家海洋局东海环境监测中心，上海 200137)

基于复合生态系统理论的海洋生态监控区区划指标框架研究

徐惠民1,2，丁德文3,*，石洪华3，温 泉4，叶属峰5

(1.大连海事大学，大连 116026； 2.辽宁师范大学，大连 116029；3.国家海洋局第一海洋研究所，青岛 266061； 4.国家海洋环境监测中心，大连 116023；5.国家海洋局东海环境监测中心，上海 200137)

海岸带是海陆生态系统的交错带，其生态系统对社会经济发展和全球变化敏感、脆弱。随着沿海各省市新一轮开发规划的实施，近岸海域生态环境面临巨大压力，海洋生态管理面临着新的经济、环境问题，海洋生态监控区需要进行适应性调整。海洋生态监控区，指依据海洋生态特征和问题冲突特点而确定的、通过生态监测和评价而提出的用于保护管理和开发利用调控的海洋区域。海洋生态监控区是基于生态系统的海洋管理的重要手段，是海洋生态系统管理的重要基础。基于复合生态系统理论，从自然视角、经济视角和社会视角3个方面深入分析了海洋生态重要性区域的内涵，并结合生态社会与生态系统服务描述了海洋生态监控区内涵；结合沿海社会经济发展新趋势和海洋生态系统管理需要，从管理学、生态学、管理对象及管理实施等方面探讨了海洋生态监控区区划的原则；分析了影响海洋生态监控区的主要因素，结合近岸海域生态系统主要服务功能，构建了区划指标体系，包括自然环境、生态系统和社会经济和三大方面14个指标。

复合生态系统；海洋生态监控区；区划指标；生态系统管理

根据国家海洋局国海发[2004]11号《关于建立海洋生态监控区的意见》，我国开始实施生态监控区制度，至2010年海洋生态监控区达到了18个，总面积达6.4万km2，分布在我国从北到南的各个海域(表1)[1]，主要生态类型包括河口、海湾、滨海湿地、珊瑚礁、红树林和海草床等典型海洋生态系统。

海岸带是海陆生态系统的交错带，对全球变化极其敏感、脆弱。海岸带也是人类活动最集聚、经济最活跃的区域。近年来，国务院先后批复了沿海各省海洋经济及相关的发展规划，我国迎来了新一轮海洋经济开发高潮，我国近岸海域生态环境面临新的巨大压力。在生态文明建设大力推进、国际海洋争端加剧的形势下，基于复合生态系统理论深入认识海洋生态监控区的概念内涵和区划指标体系，促进海洋生态监控区进行适应性调整，为针对性的解决海洋社会经济发展与海洋生态环境保护的矛盾提供基础，促进我国海洋生态管理的顺利开展，从而为海洋经济发展服务，为和谐社会建设服务，具有重要意义。

表1 我国海洋生态监控区基本情况[1]Table 1 The data of the national marine ecology monitoring & regulation areas[1]

1 海洋生态监控区的内涵

海洋生态监控区(MEMRA)，指依据海洋生态特征和问题用于冲突特点而确定的、通过生态监测和评价而提出的用于保护管理和开发利用调控的海洋区域。

海洋生态监控区不是生态系统分区(生态区划)，也不以直接利用海洋资源为主(海洋功能区划、海洋空间规划)[2-7]。生态监控区是一个特定的区域，这个区域可以是典型的近岸生态系统(具有明确的边界)、典型的海洋功能区或多种功能的组合区、或者开发利用与保护矛盾冲突严重的区域；可以通过明确的边界内的监测，反映区域内保护与开发利用的问题、功能损害问题或开发与保护关系失调问题，从而指导人类活动调控和生态恢复措施的制定和实施，达到既有效利用生态系统的服务，又不超出生态系统的承载能力。

海洋生态监控区是海洋生态重要区(MEIA)的复合体(图1)。生态重要性区域可以从3个角度定义：

(1)自然视角 原有的物质、能量、信息的总量/质量、各个成分的构成比例发生了不利于人类/其他自然系统利用的变化，且这种变化暂不能由系统自我恢复的海洋生态要素或大型生态系统所在的区域。

(2)经济视角 对人类具有重大直接和间接价值，以及对其他生态系统具有至关重要作用，并处于相对不稳定状态且自恢复力较差，或其数量、质量有较大下降而自我调节能力较弱的海洋生态要素或大型海洋生态系统所处的海洋区域。

(3)社会视角 生态资产减少、生态健康受影响、生态安全受到威胁且自我恢复力弱的海洋生态要素或大型海洋生态系统所在的海洋区域。

图1 海洋生态监控区与海洋生态重要区的关系Fig.1 The relationship of marine ecology monitoring & regulation area and marine ecological important areasMEIA:海洋生态重要区; MEMRA:海洋生态监控区

图2 自然-人类-社会复杂生态系统Fig.2 The complex ecosystem of nature-human-society

生态重要性是针对人类社会而言。在经济全球化、气候变化全球化以及信息网络全球化的背景下，人类对生态环境的影响无处不在，人类已成为自然-人-社会复杂生态系统的核心(图2)。在资源环境的自然有机体与社会经济的社会有机体中，无机物质/有机物质与产品进行转化，质量不变，但可能会产生污染；自然能/生物能传递，能量守恒，但产生衰减；自然信息/遗传信息传递，信息守恒，但产生增值。自然有机体对社会有机体的重要性基于自然有机体的服务功能(生态系统服务功能[8])，而服务功能则决定于社会有机体的价值偏好(人类社会的价值偏好)、价值选择以及社会伦理，生态资产、生态安全是这一偏好、选择的归纳阐述(图3)。生态赤字是生态资产减少在生态经济系统的表现，而生态危机则是生态安全在生态社会系统中的体现，两者从不同角度表述了生态重要性。

图3 生态社会与生态系统服务功能组成Fig.3 Eco-society & the component of ecosystem service

2 海洋生态监控区区划原则

海洋生态监控区区划即划定海洋生态监控区范围及监控对象。鉴于海洋生态监控区的内涵，以及海洋环境的连通性、海洋资源环境利用的空间特性，海洋生态系统边界的模糊性(与陆地相比)，海域使用方式具有立体空间性和一定程度的非排它性。

(1)符合生态系统为基础的管理科学原则

区划范围应符合生态系统管理的要求。区划内的要素应满足生态管理要素的要求[9]。

生态系统管理是寻求人类社会与资源有限的自然生态系统之间的平衡，该平衡是动态的、发展的。该平衡包括自然生态系统中内部要素之间的平衡、人类社会内部各组成部分的平衡、以及自然生态系统状态和人类社会损益之间的平衡。

生态系统管理于1988 年Agee和Johnson 的《公园和野生地生态系统管理》[10]中明确提出，并讨论了生态系统管理要有适当的边界划定、明确的目标、管理机构间的合作、管理效果的监测以及政府决策层的参与等问题；1995年美国环保局认为生态系统管理是指恢复和维持生态系统的健康、可持续性和生物多样性，同时支撑可持续的经济和社会[11]；1996年美国生态学会认为生态系统管理有明确的管理目标，并执行一定的政策和规划，基于实践和研究并根据实际情况作调整，基于对生态系统作用和过程的最佳理解，管理过程必须维持生态系统组成、结构和功能的可持续性[12-14]。

(2)符合海洋生态学与生态系统科学原则

生态监控区的边界划分与要素选择应能够反应生态系统功能和整体性，能够反应生态监控区内生态系统的状态和变化趋势。海洋生态学研究成果为生态监控区的建立和发展提供了科学解释和监控依据。

生态系统的生态学完整性决定于系统内部生态学过程的完整性。只有主要生态学过程完整的系统才是完整的生态系统，才有可能发挥出它所具有的正常生态功能。生态系统管理所关心的生态学过程主要包括：水文学过程、生物生产力、生物地球化学循环、有机物的分解、生物多样性维持等。通常情况下，这些生态学过程往往是跨越很大的空间和时间尺度，并且不同生态学过程的空间和时间尺度差异很大。科学地确定生态监控区的边界，以保证生态学的完整性，达到便于研究、使管理决策能够有效地调控生态学过程的目的。生态监控区区划应保证生态学完整性，保护总的自然多样性和维持生物多样性有关的生态学格局和生态学过程[12-13,15]。

(3)问题导向原则

问题导向是确定生态监控区的重要条件之一，也是监控的依据和对象。

结合海洋功能区划、海洋经济发展规划，分析生态系统问题，考虑相关的生态系统和功能区与社会经济之间的相互影响，由此影响而进一步考虑如何调控问题或解决问题，进而确定生态监控区的边界、监控对象和内容。

(4)可业务化操作原则

生态监控区即为生态系统管理提供信息支持，又是生态系统管理的对象之一。因此，生态监控区内监测工作、监测数据的评价，以及对生态监控区内的管理、生态恢复与重构工作等都需在现有的技术经济条件下能够开展，从而便于业务化操作。

因此，海洋生态监控区是自然单元、社会单元和信息单元的复合。

3 海洋生态监控区区划工作步骤

海洋生态监控区区划分4步(图4)。

首先，根据海域生态环境状况和海域使用状况，考虑社会发展的需求，确定海域现在的及潜在的生态环境问题。

其次，确定海域主导的生态服务功能，结合生态环境问题确定是否为生态重要性区域，以及生态监控区的主要监控内容。主导服务功能、重要生态区域及监控内容的确定可通过专家调查来确定。

再次，结合海域生态系统生态环境特征、生态系统生物学特征，以及生态过程，计算海域生态系统完整性。

最后，结合海域自然条件，确定海洋生态监控区边界。

图4 海洋生态监控区区划技术路线图Fig.4 The technology solution frame of division of marine ecology monitoring & regulation area

4 海洋生态监控区区划指标体系

影响海洋生态监控区的直接因素主要包括四个方面：海域自然环境、海洋生态系统、海洋污染环境以及社会经济。间接影响因素包括过度海洋生态资源利用、污染物排放强度过大及管理问题。

基于海洋生态监控区区划步骤和GPMSC框架(图 5)[16-17]，海洋生态监控区划指标体系包括自然因素和社会因素两部分。自然因素包括自然生态、环境因素，社会因素包括海域及邻近地区经济活动、管理活动等因素。通过多因子指数值确定区域范围。

图5 目标-压力-机制-状态-调控(GPMSC)框架[20]Fig.5 The framework of goal-pressure-mechnism-statement-control[20]

海域主导生态服务功能确定。海洋生态系统提供气体调节、气候调节、干扰调节、水分调节、水分供给、侵蚀控制和层积物保持、土壤形成、养分循环、废弃物处理、传粉植物、生物控制、栖息地、食物生产、原材料、遗传资源、休闲等服务功能[8,18]。本文筛选、合并后选择5项服务功能(表2)。

表2 海域主导生态系统服务功能Table 2 The main ecosystem service of the sea area

生态系统完整性是支持和维持平衡的、完整的、适应的生物群落的能力,这个群落具有自然生境条件下可比的物种结构、多样性和功能组织的能力[19]。生态系统完整包括生态成分完整、组织结构完整、功能完整3部分[20]。本文选择6项指标(表3)：浮游植物多样性指数、浮游动物多样性指数、底栖生物多样性指数、叶绿素a、水质指数、底质污染指数(表3)。这6项指标可以与海域主导服务功能(上述5项服务功能中选择)中的指标进行合并或删减。

自然环境指标(表3)选择盐度、海流情况和水温3项。

社会经济指标选择5项，包括沿海地区工业主要污染排放量、人口密度、人类干扰度、人均GDP和污水处理率(表3)。其中，人类干扰度可通过人工岸线与自然岸线比值或海域利用面积与总区域面积之比来度量。

5 讨论

海洋生态监控区是集社会、经济、资源、环境于一体的工作海域，监测和调控工作既包括对自然环境、生态系统因子以及生态系统，也包括人类社会经济活动。由于海洋自然环境和生态系统，以及人类海洋开发利用保护活动与传统陆地环境、生态系统和人类活动的区别，海洋生态监控区区划与传统的生态区划有较大的差别。

海洋生态监控区其基本内涵是生态重要性区域。但依据复合生态系统理论，海洋生态监控区的内涵中重要的一点是生态环境发生了改变，或受到了巨大威胁。生态系统对环境变化的敏感性是海洋生态监控区区划的基础，而生态系统完整性和生态健康则是设定海洋生态监控区的最终目标。根据海洋生态监控区监控的结果发现生态环境问题和社会经济发展过程中的问题，从而为海洋生态管理、以及沿岸社会经济发展规划管理提供基础和依据，则是设定海洋生态监控区的目的。

表3 海洋生态监控区区划指标体系Table 3 The index system of marine ecosystem monitoring & regulation area division

人类活动是海岸带和近岸海域的主要作用力和生态环境变化的主导动力。伴随新一轮海洋经济开发的热潮，近岸海域生态环境面临巨大的压力，脆弱的生态系统面临新的胁迫，现有的生态环境问题将加重，或将出现新的问题：珊瑚礁白化、河口污染、生态退化、物种变化、自然岸线进一步减少、新的污染物、食品安全以及人体健康受到影响等。海洋生态监控区区划工作也需根据新形势和地域特点，按照本文提出的区划原则进行适应性的调整，从而监控近岸海域生态环境变化趋势和特点，及时反应海域生态环境问题和变化。

本文通过对海洋生态监控区内涵的分析，结合我国海洋生态环境现状和我国海洋经济发展的新形势，初步提出了海洋生态区划的原则、步骤和指标体系框架。指标体系框架中，指标分为自然环境、生态系统和社会经济3种指标，其中生态系统指标主要用于监测、提示生态环境现状与问题，社会经济指标主要用于提示生态环境压力，而自然环境指标主要用于进行区划边界确定；本文所选指标较为全面且数量较少，能够满足生态完整性和生态系统健康要求，便于计算和区划分区；指标框架分为两层，第二层具体指标可根据具体情况进行选取，灵活实用，具可操作性。

本文所提出的指标体系中，第2层生态系统部分指标如水质污染指数、底质污染指数属于2次复合指标，该指标的计算需要根据具体经济产业和环境问题来具体确定，具体选择及案例将在后面的文章中进一步探讨。

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Reseach of index system framework in marine ecology monitoring & regulation areas division based on complex ecosystem of nature-human-society

XU Huimin1,2,DING Dewen3,*,SHI Honghua3,WEN Quan4,YE Shufeng5

1DalianMarineUniversity,Dalian116026,China2LiaoningNormalUniversity,Dalian116029,China3TheFirstInstituteofOceanography,StateOceanicAdministration,Qingdao266061,China4NationalMarineEnvironmentMonitoringCenter,Dilian116023,China5EastChinaSeaEnvironmentalMonitoringCenter,StateOceanicAdministration,Shanghai200137,China

Coastal zone is the transition zone of marine ecosystem and land ecosystem.Coastal ecosystem is fragile and sensible to global climate change,and environmental pressure from economy development.Now,new pressure and environment questions come from the new marine economy development activities through all provinces along Chinese coastal.Marine ecology monitoring & regulation area(MEMRA) should to be adjusted according to the circumstances.MEMRA is the effective method of evaluating the pressure and environmental questions,the foundation of management based on marine ecosystem.MEMRA is an area for ecological protection and regulation,decided by marine ecology characteristics and environments questions,the regulation is provided by assessment of the ecological data from this area.In this paper,based on the theory of nature-human-society,eco-society and ecosystem service,discussing the concepts of marine ecology important area and MEMRA from nature and economy and society views.Based on management,ecology,and environmental questions,discussing the principles of MEMRA division.Based on marine ecosystem services,management factors,discussing 14 indices for MEMRA division,including natural environment indices,ecology indices,society and economy indices.

complex ecosystem of nature-human-society; marine ecological monitoring & regulation area; index system; ecosystem management

国家自然科学基金资助项目(41206111); 海洋公益性行业科研专项经费项目资助项目(201005009)

2013-05-02;

2013-09-22

*通讯作者Corresponding author.E-mail:dingdw@163.com

10.5846/stxb201305020884

徐惠民，丁德文，石洪华，温泉，叶属峰.基于复合生态系统理论的海洋生态监控区区划指标框架研究.生态学报,2014,34(1):122-128.

Xu H M,Ding D W,Shi H H,Wen Q,Ye S F.Reseach of index system framework in marine ecology monitoring & regulation areas division based on complex ecosystem of nature-human-society.Acta Ecologica Sinica,2014,34(1):122-128.