集约用海对海洋生态环境影响的评价方法

罗先香，朱永贵，张龙军，杨建强

(1.海洋环境与生态教育部重点实验室，中国海洋大学，青岛 266100;2.国家海洋局北海分局，青岛 266033;3.山东省海洋生态环境与防灾减灾重点实验室，青岛 266033)

巨大的人口压力、城市化和工业化使沿海区域成为受人类活动干扰最剧烈的地区［1］，不合理的开发活动对近岸海域生态系统已造成极其有害的影响［2］。其中围填海是对海洋生态系统影响最大的一种人类活动。大规模的围填海工程人为改变了海岸线位置，威胁着近海生态平衡，导致河口和港湾景观破坏、泥沙淤积、环境质量下降、生境退化和海岸带生物多样性的减少等一系列生态环境负面效应［3］。过去的几十年间，沿海生态系统服务功能利用与海岸带生态保护并重的观念深入人心［4-9］，保持其生态的可持续性已经成为迫切需求，这就要求采取措施使人类活动对海岸带生态系统的影响减至最小，并尽可能地提高沿海生态系统功能［9-11］。集约用海是寻求海洋开发与保护的协调和平衡，促进海岸带资源可持续利用的新理念，它在结构上改变了传统的粗放用海方式，在适宜海域实行集中连片适度规模开发［12］。相对单个围填海工程，集约用海是一种更为高效、生态和科学的用海方式，是促进社会、经济和环境协调发展的有效措施。但集约用海也不可避免会干扰海洋生态系统，甚至带来海洋环境污染和生态破坏。区域发展对沿海生态环境影响的综合评价是管理者进行科学决策的依据［13］，因此，如何将集约用海工程对海洋生态的影响降到最低，进行集约用海对海洋生态影响的科学评价是十分重要的。海洋环境监测和评价方法的研究一直是海洋生态学领域的热点问题［14-16］。美国环保局和国家海洋和大气局通过监测化学污染物的空间分布和迁移转化趋势，确定了5类首要的指数因子:水质、沉积物质量、底栖生物、沿岸生境和鱼类组织污染物［17］，用指数法评估环境污染特征;欧盟国家整合了生态系统的物理、化学和生物因子要素，作为评估海洋生态环境质量的基本因子［18］;国内学者更多从生态－经济的角度对填海造地的海洋生态服务功能的价值损失进行评估［3，19-20］。

本文借鉴国内外研究成果，采用指标体系法的思想，从“生境质量”和“生态响应”两个方面对海洋生态环境质量进行表征，构建了集约用海对海洋生态影响的评价指标体系，研究集约用海对海洋生态影响的评价技术和方法，为集约用海科学管理提供技术支撑。

1 集约用海对海洋生态影响分析及评价内容

集约用海是指在统一规划和部署下，一个区域内多个围填海项目集中成片开发的用海方式。为保护好海洋生态环境，集约用海的区域选址非常重要，一定要避开海洋自然保护区、海洋生物资源产卵场、索饵场、洄游通道等生态敏感区;同时，将用海规模控制在允许的范围内。同时，需要对集约用海前后海洋生态环境的变化情况进行科学地评价，将其影响降到最低。因此，集约用海对海洋生态影响评价的内容应包括以下几个方面:

(1)集约用海工程规划分析

分析集约用海工程规划的方案和类型，了解工程概况、规模和性质，根据工程所在区域的海洋功能区划和社会环境状况，确定评价等级、范围和生态影响评价要素因子。

(2)构建集约用海对海洋生态影响的评价指标体系

根据集约用海工程规划分析和所在区域海洋功能性质，在确定评价等级、范围和要素因子基础上，建立评价指标体系，包括评价指标、标准、因子权重和评价方法。评价指标体系的构建是进行集约用海对海洋生态影响评价研究的核心内容。

(3)集约用海对海洋生态影响评价

集约用海对海洋生态影响评价包括现状评价、回顾评价和预测评价。在生态现状调查和公众参与基础上，进行集约用海工程所在区域的海洋生态现状评价;针对研究区已经建成的集约用海工程进行生态影响回顾评价，重点考虑历史用海工程活动的累积性生态影响;针对研究区尚在规划中的集约用海工程，开展预测评价。

(4)集约用海对海洋生态影响的综合评估

在研究区域生态现状评价、回顾评价和预测评价的基础上进行生态影响等级识别和评估。重点对尚未建设的集约用海工程的规划方案进行综合评价，并开展公众参与和生态影响评价，筛选可行的规划方案，优化空间布局，确定可接受的集约用海规模，提出减缓生态影响的建议和措施，拟定监测和跟踪评价计划。

其评价的基本思路如图1所示。

图1 评价思路及流程Fig.1 Evaluation thought and process

2 集约用海对海洋生态影响的评价指标体系的构建

2.1 评价目标等级的划分

集约用海工程对海洋生态的影响程度与所在区域海洋生态环境特征有关，我国近岸海域不同的环境功能区对应着不同的生态环境质量要求。因此，在建立集约用海对海洋生态影响及评价指标体系时，参照《海洋功能区划技术导则(GB/T 17108—2006)》［21］和《海洋工程环境影响评价技术导则(GB/T 19485—2004)》［22］将沿岸海域分为海洋生态环境敏感区、海洋生态环境亚敏感区和海洋生态环境非敏感区3种不同的类型。

2.2 评价因子的确定及评价指标体系的建立

海洋生态系统是由非生物因子和生物因子组成的多层次复杂开放体系，人类活动对特定生态系统的生态影响就是对其非生物因子和生物因子所产生的有害或有益的作用，导致其发生结构和功能变化的过程。因此，集约用海工程对海洋生态的影响可以从海洋生态系统的非生物因子和生物因子两个方面进行评价。非生物因子主要反映海洋生物栖息环境的质量状态，用“生境质量”指标来表征，它主要包括生物栖息地的水环境和沉积环境质量指标，以及反映区域环境质量状态的重要指标——典型物种的生物质量。每个指标下又包括具体反映环境质量的各种环境因子。水和沉积环境质量指标主要包括能反映研究海域水质和沉积物特征和受集约用海工程影响可能发生较大变化的指标，评价海域典型物种的生物质量能反映围填海开发活动过程以及后期环境污染物在生物体中的累积，主要包括对生物体危害较大的重金属和持久性有机污染物。生物因子的特征能反映出研究海域生物对环境变化的响应，用“生态响应”指标来表征，集中反映了集约用海工程影响的海洋生态系统的生态效应，它主要包括生物群落结构指标和生态敏感区结构、功能指标两个二级指标，每个二级指标下又包括具体反映生态响应的生态因子。

表1是构建的集约用海对海洋生态影响的评价指标体系。

表1 集约用海对海洋生态影响的评价指标体系Table 1 Evaluation index system in the impact of Intensive Sea Use on the marine ecology

针对海洋生态环境敏感区，需要评价两个一级指标下的所有二级指标，三级指标可以根据评价海域生态系统的特点有所差异，所考虑的侧重点和评价因子可以不同;针对海洋生态环境亚敏感区和非敏感区的生态影响评价的指标可以根据实际需要有所删减。

3 集约用海对海洋生态影响的评价方法

3.1 生境质量评价方法

生境质量指标包括水环境、沉积环境和生物质量3个指标，其计算公式如下式:

式中，HQIj表示j站位的海洋生境质量综合指数，其赋值范围为 0—100，WQIj、SQIj和 BQIj分别为 j站位的水质综合指数、沉积物质量综合指数和生物质量综合指数赋值，评价时水质、沉积物和生物质量的指数权重分别为25%、25%、50%，各指标的评价标准和权重为推荐值，可根据评价海域实际情况采用专家评判法或层次分析法确定。

水环境质量、沉积环境质量和生物质量评价按照集约用海所在海域不同的使用功能和保护目标，依据海水水质、海洋沉积物质量和海洋生物质量标准［23-25］，采用单因子指数评价基础上的“综合指数法”进行评价。例如，水质综合指数(WQI)按式

(2)、(3)计算。

式中，WQIj为j站位的水质综合指数;Iij为j站位第i种因子的单因子环境质量指数;Cij为j站位因子i的实测浓度值(mg/L);Si为因子i的环境质量标准限值(mg/L);n为所有参评水质的项数。

沉积物质量综合指数(SQI)和生物质量综合指数(BQI)依据以上同样的方法计算，评价标准值之间的评价指数赋值采用线性内插法赋值，各综合指数对应的评价等级和环境状况见表2。

表2 生境质量评价等级及标准Table 2 Evaluation scales and standards of marine habitat quality

3.2 生态响应评价方法

生态响应指标评价因子依据表1中评价指标体系的三级指标确定，具体海域根据评价海域的生态敏感性情况酌情增减评价因子。其计算公式如下式:

式中，ERIj表示海洋生态响应综合指数的赋值范围为 0—100，PDj、ZDj、ZBj、BDj、BBj、SDj、PPj和 Ddj分别为浮游植物密度、浮游动物密度、浮游动物生物量、底栖动物密度、底栖动物生物量、鱼卵及仔鱼密度、初级生产力和生态敏感指数的综合评价赋值，评价时权重推荐值分别为10%、10%、10%、10%、10%、10% 、15% 、25% 。

由于生物指标没有国家统一的评价标准，因此采用相对评价的方法，即依靠现有调查数据，以评价因子的最大值、最小值作为确定相对标准的依据，因此其结果为各评价单元生态质量的相对优劣。表3是海洋生态响应指标和评价标准，评价标准值之间的指数值采用线性内插法赋值。各指标的评价标准为推荐值，可根据评价海域实际情况采用专家评判法或层次分析法确定。A、B、C、D、E、F为评价标准的基准值，其值可以根据评价海域实际情况给出，例如，渤海区不同海域浮游生物、大型底栖生物和鱼卵及仔鱼等评价依据可参考近岸海洋生态健康评价指南［26］中的推荐值，渤海初级生产力评价依据可参考历史渤海区域的量值［27］。生态敏感指数可采用专家评判法给出。

表3 生态响应指标与评价标准Table 3 Ecological response index and evaluation standards

3.3 生态影响综合评价

集约用海工程对海洋生态影响的综合评价，可采用分层次筛选法进行评价，确定围填的工况是否适宜。例如，当拟集约用海区为国家级自然保护区时，应放弃该工况;拟集约用海区为重要经济(或科学、人文)价值的生物的集中分布区、产卵区、育幼区和其它重要生态敏感区时，应该慎重选择工况，并结合其他指标进一步筛选;对难以确定集约用海影响的方案采用生态环境综合指数变化来评价集约用海工况的综合影响，确定集约用海方案的适宜性。

集约用海对海洋生态的综合影响可用海洋生态环境综合指数Ej表示，它包括生境质量(HQIj)和生态响应(ERIj)两类指标，HQIj和ERIj指数权重可分别为25%和75%，指数权重为推荐值，可根据各评价海域实际情况采用专家评判法或层次分析法确定。

生态环境综合指数Ej计算的基本公式:

式中，Ej为j站位的生态环境综合指数;HQIj为j站位生境质量评价指数;ERIj为 j站位生态响应评价指数。

Ej＞75，表示j站位生态环境质量良好;50＜Ej≤75，表示j站位生态环境质量一般;25＜Ej≤50，表示j站位生态环境质量差;Ej≤25，表示j站位生态环境质量很差。

＜5%的站位生态环境质量为差，且＞50%的站位生态环境质量为良好，评价海域生态环境质量为良好;5%—15%的站位生态环境质量为差，或 ＞50%的站位生态环境质量为一般，评价生态环境质量为一般或差;＞15%的站位生态环境质量为差，评价海域生态环境质量为差或很差。

集约用海对海洋生态影响的程度可采用生态环境综合指数变化量ΔE衡量，以确定工程方案的适宜性。综合指数ΔE计算的公式如下:

式中，ΔE为项目建成前、后生态环境综合指标的变化值;Ehj为项目建设后j站位生态环境综合指标;Eqj为项目建设前j站位生态环境综合指标。

以评价区域内生态环境综合指数的变化幅度作为界定该区域受到集约用海活动的生态影响程度，当ΔE＞30%，表示受到严重影响，当15% ＜ΔE≤30%，表示受到较大影响，当5% ＜ΔE≤15%，表示受到一般影响，当 ΔE≤5%，表示受到轻微或无影响。

4 结论与讨论

集约用海对海洋生态影响的评价是集约用海优化技术体系的重要组成部分，是形成基于生态系统的集约用海科学管理模式的基础。本文从海洋生态系统的结构和特征出发，构建了基于“生境质量”和“生态响应”的集约用海对海洋生态影响的评价指标体系，研究了集约用海对海洋生态影响的评价技术和方法，建立了综合指数评价模型。该评价指标体系包含两个相对独立的子系统“生境质量”和“生态响应”，从海洋生物栖息的水环境、沉积环境和典型物种的生物质量3个方面反映集约用海工程影响下的海域生境质量的变化，从海洋生物群落结构特征、生态敏感区结构和功能的角度反映集约用海工程影响下的海域生物对变化环境的生态响应。评价指标体系层次分明，其评价结果能够较全面客观地反映生态系统不同层次子系统内部的特征与状态的变化和受影响程度;评价技术和方法结合了我国海洋生态环境监测和评估的现状，具有较强的可操作性。

以上是集约用海对海洋生态影响评价方法的初步探讨，其中也存在一些问题。例如，指标体系中列出的三级指标较多，会使得评价过程中对数据的要求较高和评价工作繁琐。因此，针对不同的集约用海区域，如何更加科学地选择具有代表性的与生态系统变化相关性较大的特征指标是未来研究的重点。同时，各指标的评价标准、权重和评价等级为推荐值，特别是“生态响应”指标目前尚没有统一的标准，各项指标的评分标准主要是依据现有调查数据的分布范围并根据相关研究拟定的，没有考虑特定生态系统的不同历史时期的差异，这可能会影响评价结果的准确性，有待在以后的工作中进一步完善。集约用海对海洋生态影响的评价中涉及的指标的选择、标准的确定和评价等级的划分是非常复杂的，在实践中，对于不同类型和特点的海洋生态系统，其度量标准与度量方法可能存在一定的差异，需要根据具体情况进行适当调整，如何从不同的时间尺度和空间尺度来正确评价集约用海对海洋生态的影响是今后研究的重要内容。

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