海岛生态系统承载力空间分异性评估——以庙岛群岛南部岛群为例

池 源,石洪华*,王媛媛,郭 振,麻德明(.国家海洋局第一海洋研究所,山东 青岛 6606；.青岛理工大学环境与市政工程学院,山东 青岛 66033)

海岛生态系统承载力空间分异性评估
——以庙岛群岛南部岛群为例

池 源1,石洪华1*,王媛媛2,郭 振1,麻德明1(1.国家海洋局第一海洋研究所,山东 青岛 266061；2.青岛理工大学环境与市政工程学院,山东 青岛 266033)

构建了一套能够反映陆海双重特征及其空间分异性的海岛生态系统承载力评估模型,以庙岛群岛南部岛群为研究区开展应用.结果显示:研究区生态系统总体上处于轻度超载状态,其中岛陆子系统为轻度超载,环岛近海子系统为临界超载.不同海岛中,南长山岛、北长山岛和庙岛为轻度超载,小黑山岛和大黑山岛为临界超载,其他 5个海岛为可载.空间分布上,海岛生态系统承载力表现出了显著的异质性特征,不同承载力等级分区面积由大到小依次为临界超载区、轻度超载区、可载区、中度超载区和重度超载区.控制建设规模、优化开发布局、改进利用方式以及开展合理的生态建设,是提升海岛生态系统承载力的重要途径.

海岛生态系统；承载力；空间分异性；陆海特征；不同尺度；庙岛群岛南部岛群

近几十年来,承载力概念由自然生态系统的种群承载力到引入人类干扰的资源环境承载力,又发展至生态系统承载力[1].海岛是重要生态功能的贮存库,是维护国家权益的重要平台,也是人类居住生活的载体以及保护与利用海洋的支点

[2-4],海岛生态系统是包含了岛陆和环岛近海两个子系统的自然和人文因子相互联系、相互作用形成的生态系统[4].由于特殊的位置、有限的规模和明显的隔离,海岛生态系统具有显著的脆弱性,主要表现在其面临干扰时更容易受到损害,且难以通过自身调节能力恢复[5-7].随着人类活动的日益频繁,海岛生物多样性受到威胁,生态系统生产力趋于下降,景观格局发生显著变化[8-10],海岛生态系统的承载力问题逐渐引起关注.

全面地评估海岛生态系统承载力,首先要考虑其陆海双重性.岛陆子系统具有陆地生态系统的一般特征,其生物群落和生境与大陆基本相似

[11-12],环岛近海子系统拥有海洋生态系统的特征.二者差异明显但又相互联系,实现岛陆和环岛近海生态系统承载力在空间上的统一是个重要课题.另外,我国海岛往往集群分布,形成岛群,岛群中各岛具有较为一致的地质背景和自然条件,但在面积、形状等基础地理信息上存在较大不同

[13],海岛内部在地形和土壤因子等方面也具有一定的空间差异,再加上人类活动在海岛之间和海岛内部的非均质发展,造成海岛生态系统承载力具有明显的空间分异性.当前,诸多学者从不同角度、针对不同生态系统进行了承载力评估方法构建和案例研究工作[14-16],也建立了专门的海岛承载力评估方法[17-18],但目前的方法均未涉及或难以充分反映海岛生态系统的陆海特征及其空间分异性.

因此,本文以我国北方典型海岛群——庙岛群岛南部岛群为研究区,构建一套能够反映陆海双重特征及其空间分异性的海岛生态系统承载力评估模型并开展评估,以期阐明海岛生态系统承载力的空间变化规律,为合理开发利用海岛、维护海岛生态平衡提供依据,也为全国海岛生态系统承载力评估提供一定参考.

1 研究区概况

如图1所示,庙岛群岛南部岛群位于山东半岛北侧,黄、渤海交会处,是长岛国家级自然保护区的重要依托.该区域属于东亚季风气候区,年均气温 12.0℃,年均降水量约 537mm,年均日照时数2612h.海岛均属于基岩岛,最高点海拔约为189m,以剥蚀丘陵为主要地貌类型;土壤以棕壤为主,多砂砾,土质较差[19].庙岛群岛南部岛群是长岛县政治、经济、文化中心,城镇建设程度相对较高,海水养殖区广布,交通运输频繁,但空间上又存在显著差异,这使得海岛生态系统面临较大的压力,但又存在着明显的空间分异性.评估海岛包括南长山岛、北长山岛、庙岛、小黑山岛、大黑山岛 5个有居民海岛和挡浪岛、螳螂岛、羊砣子岛、牛砣子岛和南砣子岛 5个面积较大(大于 0.02km2)的无居民海岛;根据海岛人类活动主要影响区域,以海岛轮廓最外侧点向四周延伸2km构成矩形,作为环岛近海的研究范围,其中岛陆总面积约31.71km2,环岛近海总面积约255.04km2.

图1 研究区示意Fig.1 Map of study area

2 研究方法

2.1 评估模型

2.1.1 指标体系 基于海岛生态系统典型特征和我国海岛实际状况,构建海岛生态系统承载力评估指标体系,如表 1所示,共包含 2个一级指标,9个二级指标.

2.1.2 指标计算方法 (1)开发强度:岸线开发强度(I11)计算方法:

式中:I11L为海岛人工岸线长度;I11T为海岛岸线总长度.

岛陆开发强度(I12)计算方法:

式中:I12C为岛陆开发利用规模;I12T为岛陆总面积.I12C的计算公式为:

式中:IAi为第 i类岛陆利用类型面积;IFi为第 i类岛陆利用类型的生态系统影响系数.不同岛陆利用类型的生态系统影响具有差异,交通用地不仅深刻改变海岛地表形态,破坏生物栖息地和群落结构,割裂自然景观,还通过船舶、车辆排放污染物等方式对海岛带来持续的影响[4];建筑用地同样具有上述影响,但其往往连片分布,形状规整[20],且在运营期产生的污染物相对较少;广场和晒场的影响主要表现在侵占生物栖息地并破坏群落结构,同时一定程度的改变地形和景观格局;农田开垦将自然界的植物改造成大面积种植的特定农作物,改变植物群落结构,影响生物多样性[21];人工林建设能够帮助维持海岛生态系统稳定性,但会对原生植物群落构成威胁,实质上也是一种人为干扰[22-23].如表2所示,根据不同岛陆利用类型对自然生态系统的影响特点,得到其影响系数.

表1 海岛生态系统承载力评估指标体系Table 1 Evaluation indices system of island ecosystem carrying capacity

表2 岛陆利用类型的影响系数Table 2 Influence coefficients of island use types

海域开发强度(I13)计算方法:

式中:I13C为海域开发利用规模;I13T为海域总面积.I13C的计算公式为:

式中:SAi为第i类用海方式面积;SRi为第i类用海方式的生态系统影响系数.用海方式是根据海域使用特征及对海域自然属性的影响程度划分的海域使用方式.建设填海造地和非透水构筑物的施工工艺类似,其直接改变海域面积、海底地形等自然属性,显著影响水动力和泥沙冲淤环境,侵占生物栖息地,施工期排放污染物[24-25].围海养殖改变自然生境,影响生物多样性和近海水沙环境,一定程度地破坏海底地形,并带来大量的污染物排放[26-27],而开放式养殖的影响主要表现在改变群落结构和排放一定污染物,与围海养殖相比较小[4,28].跨海桥梁对地形地貌、水动力、生物栖息地等均具有一定影响[29],主要是由桥墩建造带来的,而桥墩的空间仅占跨海桥梁全部用海面积的小部分,且分散分布,其生态系统影响相对较小

[30-31].海砂开采对采砂区的地形地貌带来直接影响,但由于动态补偿作用,本研究区的采砂工程对海底地形的影响总体不大[32],同时一定程度地影响水沙环境[33].透水构筑物、港池和海底电缆等用海方式从不同方面对海洋生态系统构成影响,但影响总体较小.此外,与岛陆不同的是,海水的流动性使海域开发利用不仅对其占用海域产生影响,同时会对周边海域带来一定影响[34],根据用海方式的不同,其影响程度也具有差别.研究发现,围填海等用海活动对 200m以内的海域影响较明显,之后随着距离的增加影响逐渐减小[35].分别对用海活动占用海域 0,0～200,200～500, 500～1000m范围的影响进行评估.如表3所示,根据不同用海方式的生态系统影响特征,得到其影响系数.

表3 海域使用方式的影响系数Table 3 Influence coefficients of sea area use ways

(2)生态状况

I21主要依据CASA模型,基于遥感数据、气象资料和现场调查进行计算,主要计算过程如下:

式中:I21(x, t)为 x点 t月净初级生产力,g C /(m2·month);APAR(x, t)为x点t月吸收的光合有效辐射,MJ /(m2·month);ξ(x, t)为x点t月的实际光能利用率,g C /MJ;PAR(x, t)为x点t月的光合有效辐射,MJ /(m2·month);FPAR(x, t)为x点t月光合有效辐射吸收比例,%;ft(t)和fw(t)分别为研究区t月的气温胁迫因子和水分胁迫因子,%;ξmax为植被最大光能利用率,g C /MJ.根据各月的计算结果得到全年净初级生产力的平均密度,g C /(m2·a),详细的计算方法见文献[8].

I22和I25采用目前在国内外相关研究中普遍应用的Shannon-Wiener指数(H’)和Pielou指数(J)进行表征,前者侧重于反映物种的复杂程度,后者则更加强调物种的均匀度.计算方法如下[36]:

式中:H’s、Js分别为样地/站位 s的 Shannon-Wiener指数和Pielou指数;Ns为样地/站位s的物种数量.IVs,i为各样地/站位内不同物种的重要值,方法如下:

式中:IVs,i为样地/站位s中物种i的重要值,Abs,i为样地/站位s内物种i的多度,Abs为样地/站位s内物种多度之和.

I23和I26基于岛陆土壤和环岛近海海水因子,采用内梅罗综合指数法计算,方法如下:

式中:I23和 I26分别为岛陆土壤质量综合指数和海水水质综合指数;n为因子个数,Pi为因子 i的质量指数,Pmax为所有因子质量指数中的最大值.

Pi

由下式得出:

式中:Ci为因子i的实测值,Si为因子i的标准值,执行相应的环境标准.长岛县及其临近大陆基本没有污染工业,避免了重金属对环境要素的污染,多年的环境质量公报显示,研究区各环境要素中重金属均符合最严标准.由于自身条件的特殊性,研究区土壤质地较差且较为贫瘠,对植物生长构成制约,本文土壤质量主要对其肥力状况进行评估.环岛近海中海水养殖、生活污水排放等人类活动带来了 COD、氮磷等污染源,且航运频繁,存在溢油风险,石油类也是重要的影响因子,重点对这些因子进行评估.

I24使用叶绿素法,依据Cadee等[37]提出的简化公式进行计算,方法如下:

式中:I24为该季节每日初级生产力,mg C /(m2·d);Ps为表层水(1m以内)中浮游植物潜在生产力,mg C/(m2·h);E为真光层的深度,取透明度的3倍,m;D为白昼时间,h.

Ps由下式得出:

式中:Ca为表层叶绿素a的含量,mg /m3;Q为同化系数,mg C /[(mg Chl-a)·h],采用经验系数3.7.进而,由不同季节初级生产力结果计算得到环岛近海全年初级生产力.

2.1.3 海岛生态系统承载力评估方法 (1)海岛生态系统综合承载力:对各二级指标进行评估,方法如下:

式中:RIi为指标i的评估值;Ii为指标计算值,Si为指标标准值.在本研究中,I11～I13和 I26为负向指标, I21～I25为正向指标.表4为各指标标准值,其中开发强度指标标准值参考文献[38]得到,生态状况指标标准值采用区域平均值或相应的环境质量标准.

表4 二级指标评估标准Table 4 Evaluation standards of secondary indices

续表4

海岛生态系统综合承载力结果取二级指标评估结果的平均值,其中岛陆子系统承载力取岛陆指标评估结果的平均值,环岛近海子系统承载力取环岛近海指标评估结果的平均值.根据表 5可判断承载力等级.

表5 海岛生态系统承载力等级划分Table 5 Classification of island ecosystem carrying capacity

(2)海岛生态系统承载力空间分异性:根据评估对象差异和评估单元大小,从单岛尺度和区块尺度开展海岛生态系统承载力空间分异性评估.单岛尺度上,计算各岛的岛陆指标,得到不同海岛的生态系统承载力结果.区块尺度上,借助GIS,将研究区划分为 100m×100m的规则区块,区块分为岛陆区块和环岛近海区块,分别采用岛陆指标和环岛近海指标计算得到各区块生态系统承载力,形成海岛生态系统承载力空间分布图,并统计不同承载力等级区域的面积.

2.2 数据来源与处理

2.2.1 遥感影像 采用WorldView-1卫星2013年全色波段遥感影像,空间分辨率为 0.45m.通过ArcGIS10.0软件提取海岛轮廓,得到海岛面积、周长等基本信息;进而开展人机交互解译,将岛陆利用类型划分为交通用地、建筑用地、广场和晒场、农田、人工林和未利用地(草地和裸地),同时将海岛岸线划分为人工岸线和自然岸线.采用LANDSAT8卫星2013年4月21日、8月11日、11月15日和2014年1月2日(代表不同季节)4个时相30m分辨率的无云影像,利用ENVI4.7软件对影像进行裁切、辐射定标、波段运算得到不同季节的NDVI值.

2.2.2 现场调查 2014年7月开展海岛现场勘察,对研究区岛陆利用类型和岸线类型进行现场验证,根据验证结果校正现有数据,计算得到岸线开发强度和岛陆开发强度.2012年夏季进行植物群落调查,以均匀分布为原则,考虑群落类型、地形等因素,如图2所示,共设置50个20m×20m大小的样地.运用GPS手持机和电子罗盘测量各样地的经纬度、海拔、坡度和坡向;记录样方内出现的全部乔木种,测量所有DBH≥3cm的植株胸径、树高、冠幅等信息,记录其存活状态;记录样方内出现的全部灌木种,选择面积为10m×10m的两个对角小样方进行调查,对其中的全部灌木分种计数,并测量基径、高度等信息;记录样方内出现的全部草本种类,在每个样地的4角和中心共设置5个1m×1m草本植物样方,记录样方内草本植物种类、多度、盖度、高度等信息;样地数据取样地内各样方平均值.经调查,研究区木本植物种类较少,且多为人工种植,但草本植物发育完整且分布广泛[9],以草本植物为代表进行岛陆植物多样性分析.采用多点混合取样法在每个样地内选取 3个土壤取样点,均匀混合后作为该样地的土壤样品,在实验室内测定其理化因子,以有机质、全氮、有效磷、有效钾为评估因子计算土壤质量指数.

2012年11月和2013年2月、5月、8月共开展了 4个航次的环岛近海生态环境调查和采样工作,按照代表性、均匀性的原则,如图2所示,共布设21个站位.海水表层温度(SST)、pH值、盐度、透明度现场测定,表层水样在带回实验室24h之内(石油类10h之内)分析,得到海水DO、COD、DIN、DIP、石油类和叶绿素 a等数据.根据叶绿素 a和透明度等数据计算环岛近海初级生产力;以DO、COD、DIN、DIP、石油类作为评估因子计算海水水质综合指数.浮游植物样品采用甲醛溶液固定,避光保存在4℃的0.5L聚乙烯(PE)瓶中.采用 Utermöhl方法(1958)进行浮游植物的鉴定与计数,细胞丰度用 cells/m3表示,进而计算环岛近海浮游生物多样性.

图2 庙岛群岛南部岛群调查样地/站位Fig.2 Sampling plots on southern Miaodao Archipelago

2.2.3 资料收集 降雨量、气温、日照时数、相对湿度来自长岛县气象站监测数据,太阳总辐射来自烟台福山气象站监测数据,结合遥感影像数据计算得到岛陆净初级生产力;研究区海域使用现状等数据由长岛县海洋与渔业局提供,由此计算环岛近海开发强度.

2.3 海岛生态系统承载力评估

2.3.1 开发利用状况 图3为开发利用状况.南长山岛人工岸线比例较高,其次为北长山岛和庙岛,其余海岛人工岸线总体较少.交通用地、建筑用地、广场和晒场在南长山岛分布广泛,其次为北长山岛,在其他海岛上总体较少;农地在北长山岛和大黑山岛有一定规模的分布;人工林建设(黑松林和刺槐林)在各岛具有普遍性.海域开发利用类型较多,以开放式养殖为主要用海方式,用海多分布于近岸海域.

图3 海岛岸线状况(a)、岛陆开发利用现状(b)和海域开发利用现状(c)Fig.3 Island coastline status (a), island use status (b), and sea area use status (c)

2.3.2 生态状况 图4为生态状况.岛陆NPP平均值为331.06g C/(m2·a),具有明显的空间分异性.环岛近海初级生产力整体较低,最高不足 80g C/(m2·a).岛陆植物多样性 Shannon-Wiener指数在1.39～2.46之间,Pielou指数在0.83～1之间.环岛近海浮游植物多样性总体较高,但大黑山岛南部海域相对较低.岛陆土壤质量总体较差,环岛近海海水水质则处于较好的水平.

图4 岛陆净初级生产力(a)、环岛近海初级生产力(b)、岛陆植物多样性(c,d)、环岛近海浮游植物多样性(e,f)、岛陆土壤质量(g)和环岛近海海水水质(h)Fig.4 Land net primary productivity (a), surrounding waters primary productivity (b), land plant diversity (c&d), surrounding waters phytoplankton diversity (e&f), land soil quality (g) and surrounding waters quality (h)

3 结果与讨论

3.1 海岛生态系统综合承载力

海岛生态系统综合承载力结果为 1.043,处于轻度超载状态;岛陆子系统承载力结果为1.121,环岛近海子系统承载力结果为 0.946,分别处于轻度超载和临界超载状态.

表6 海岛生态系统综合承载力评估结果Table 6 Evaluation results of island ecosystem comprehensive carrying capacity

3.2 海岛生态系统承载力空间分异性

3.2.1 单岛尺度 图5和图6为各岛开发强度、生态状况和生态系统承载力评估结果.就开发强度而言,南长山岛较高,其余海岛均较低;就生态状况而言,羊驼子岛和牛砣子岛一般,其余海岛状况较差.各岛生态系统承载力评估结果显示,南长山岛、北长山岛和庙岛处于轻度超载状态,大黑山岛和小黑山岛处于临界超载状态,5个无居民海岛均处于可载状态.

3.2.2 区块尺度 图7和图8为海岛开发强度、生态状况和生态系统承载力空间分异性评估结果.就开发强度而言,岛陆和环岛近海均表现出明显的空间分异性,岛陆子系统中城乡建设集中区开发强度相对较高,环岛近海子系统中临岸海域以及养殖分布区总体较高;就生态状况而言,岛陆表现出了明显的空间分异性,在开发强度较高的区域其生态状况相应较差,环岛近海空间分异性相对不明显,但可以发现庙岛湾处于生态状况“低谷区”,其他海域总体相一致.同时,各区块开发强度和生态状况具有显著的相关性(P＜0.01).海岛生态系统承载力表现出显著的异质性特征,由表7可知,不同承载力等级分区面积由大到小依次为临界超载区、轻度超载区、可载区、中度超载区和重度超载区.

图5 不同海岛开发强度(a)和生态状况(b)Fig.5 Exploitation intensity (a) and ecological status (b) on different islands

图6 不同海岛生态系统承载力Fig.6 Ecosystem carrying capacity on different islands

图7 海岛开发强度(a)和生态状况(b)的空间分异性Fig.7 Spatial heterogeneity of island exploitation intensity (a) and ecological status (b)

图8 海岛生态系统承载力空间分异性Fig.8 Spatial heterogeneity of island ecosystem carrying capacity

表7 海岛生态系统承载力空间分区统计结果(%)Table 7 Statistics results of spatial distribution of island ecosystem carrying capacity (%)

3.3 评估模型探讨

本研究构建的评估模型包含开发强度和生态状况两个一级指标.开发强度包含岸线开发强度、岛陆开发强度和海域开发强度3个方面,反映了海岛人类活动类型、规模、强度的空间分布特征及其对生态系统的影响;生态状况各指标中,生产力反映了生态系统的活力,是判定碳源/汇和调节生态过程的重要因子[45],多样性在调控生态系统物质循环、能量流动和稳定性等方面具有基础性作用[46],土壤不但为植物生长提供场所和养分,还在污染物净化、元素循环中发挥着关键作用[47],海水水质反映了海水在污染物排放压力下表现出的对生物或人类存在发展的适宜程度.分析人类开发压力下海岛生态系统生产力、生物多样性和环境质量的变化特征,能够较为全面地反映海岛生态系统承载力状况.

此外,评估模型充分体现了海岛生态系统陆海双重特征及其空间分异性.首先,将海岛生态系统划分为岛陆子系统和环岛近海子系统两个具有清晰边界同时又相互联系的部分;其次,选择具有空间分异性、能够反映两个子系统状况的评估指标;最后,采用相应的评估标准进行承载力计算,实现岛陆和环岛近海生态系统承载力在空间上的统一化、标准化和可比性.评估模型率先开展了生态系统尺度、单岛尺度和区块尺度上海岛生态系统承载力的评估,计算方法清晰简明,适用性强且评估结果具有可比性,可以为全国海岛生态系统承载力评估提供一定参考.

3.4 海岛生态系统承载力提升对策

独特的自身条件让海岛生态系统特别是岛陆子系统具有资源短缺、土壤贫瘠等特点,脆弱性明显[4,48],使得海岛生态承载力受到自然条件的限制.同时,随着海岛开发利用活动类型不断增多,范围不断增大,强度不断增强,人类活动逐渐成为海岛生态系统的主要干扰因子[49].本研究结果显示,研究区开发强度和生态状况具有显著的相关性,这说明开发利用活动不可避免地带来了海岛生态服务功能的降低,进而增大了海岛生态系统的压力.

庙岛群岛南部岛群生态系统总体上处于轻度超载状态,其中岛陆子系统轻度超载,环岛近海子系统临界超载.就开发强度而言,岸线和岛陆开发强度较高,海域开发强度相对较低;就生态状况而言,岛陆土壤质量和环岛近海初级生产力状况较差,岛陆植物多样性和环岛近海浮游植物多样性状况一般,海水水质状况相对较好.应当限制新增人工岸线,修复受损岸线;控制岛陆开发利用规模,优化开发布局;加强海洋生态环境监测,开展生态修复.

单岛尺度的评估结果显示,南长山岛、北长山岛和庙岛为轻度超载,其中南长山岛为长岛县政府所在地,城镇化程度高,应当限制新增建设用地,着重对现状开发利用进行优化改造,加强城镇绿地网络建设;北长山岛和庙岛旅游活动频繁,应当最大限度地减少旅游活动带来的生境破坏、废弃物排放等影响,并通过植被、土壤修复等措施逐渐改善生态状况.小黑山岛和大黑山岛为临界超载,大黑山岛面积较大,在明确功能后可有重点地开发利用,但应注意保持自然生境的连通性和完整性;小黑山岛面积较小,在开展生态修复的同时可循序渐进地小规模推进海岛开发利用.5个无居民海岛均处于可载状态,但其面积均较小,脆弱性更强,且当前生态状况一般,可在保护其生态系统的前提下进行适度的基础设施建设,一方面提升无居民海岛生态系统保护能力,另一方面可为生态旅游活动提供支撑.

区块尺度的评估结果充分显示了海岛生态系统承载力的空间分异性.对岛陆子系统而言,中度和重度超载区集中在南长山岛的城镇建设区以及北长山岛码头区域,轻度超载区分布于南长山岛整岛,北长山岛的城乡建设、农田开垦和旅游区,以及其他海岛的城乡建设区,这些区域应进行优化开发,积极开展受损生境修复;临界超载区位于南、北长山岛的植被集中分布区,并成片分布于其他3个有居民海岛,对于其中的人工林区域,应保证其不受侵占,并通过优化种植结构、加强病虫害防治等手段提升人工林生态系统稳定性;对于其他区域,应严格控制对临界超载区的肆意侵占,在进行论证后可开展适度开发利用.可载区面积较小,在大、小黑山岛和各无居民海岛有所分布,在条件成熟时可因地制宜地进行开发建设活动.对环岛近海子系统而言,超载区主要分布于海岛临岸海域、庙岛湾以及其他海域的用海区;可载区在研究海域分散分布;其余均为临界超载区.环岛近海生态系统承载力空间分异性受到开发强度的影响更大,在海域开发使用过程中,不同用海方式均或轻或重地影响海洋生态环境[50].水动力条件也是影响生态承载力空间分布的重要原因[51],由于南、北长山岛之间的连岛坝以及海岛陆地对海水的阻隔作用,庙岛湾水动力条件较差,造成庙岛湾海域超载明显.对于海岛临岸用海集中区,应优化并改进用海方式,减少用海活动对海洋环境的负面影响;对于庙岛湾,随着南、北长山岛跨海大桥的运营,其承担了南、北长山岛之间的主要交通运输功能,可适时考虑拆除原连岛大坝,从根本上改善庙岛湾的水动力条件,提升庙岛湾的生态状况;此外,还应当积极开展生态修复,建设海洋牧场.

4 结论

4.1 庙岛群岛南部岛群生态系统总体上处于轻度超载状态,其中岛陆子系统为轻度超载,环岛近海子系统为临界超载.应当限制新增人工岸线,修复受损岸线;控制岛陆开发利用规模,优化开发布局;加强海洋生态环境监测,积极开展生态修复.

4.2 各岛生态系统承载力评估结果显示,南长山岛、北长山岛和庙岛处于轻度超载状态,应当限制建设规模,采取措施减少开发利用产生的负面影响,积极开展植被和土壤修复.大黑山岛和小黑山岛为临界超载,前者可在明确功能后有重点地进行开发利用,后者在开展生态修复的同时可进行小规模的开发利用.5个无居民海岛均处于可载状态,可在保护其生态系统的前提下进行适度的基础设施建设.

4.3 海岛生态系统承载力表现出了显著的空间分异性特征,不同承载力等级分区面积由大到小依次为临界超载区、轻度超载区、可载区、中度超载区和重度超载区.对岛陆子系统而言,超载区分布于南长山岛整岛以及其他海岛的城乡建设和旅游区,临界超载区位于南、北长山岛的植被集中分布区,并成片分布于其他3个有居民海岛,可载区在大、小黑山岛和各无居民海岛有所分布.对环岛近海子系统而言,超载区主要分布于海岛临岸海域、庙岛湾以及其他海域的用海区;可载区在研究海域分散分布;其余均为临界超载区.

4.4 评估模型体现了海岛生态系统陆海双重特征及其空间分异性,开展了不同尺度海岛生态系统承载力评估,能够为全国海岛生态系统承载力评估提供一定参考.

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Evaluation on spatial heterogeneity of island ecosystem carrying capacity — A case study of southern Miaodao Archipelago.

CHI Yuan1, SHI Hong-hua1*, WANG Yuan-yuan2, GUO Zhen1, MA De-ming1(1.The First Institute of Oceanography, State Oceanic Administration, Qingdao 266061, China；2.School of Environmental and Municipal Engineering, Qingdao Technological University, Qingdao 266033, China). China Environmental Science, 2017,37(3)：1188～1200

An evaluation model of island ecosystem carrying capacity which can reflect the dual characteristics of land and surrounding waters and their spatial heterogeneities was established, and southern Miaodao Archipelago was used as the study area. The island ecosystem was in status of mild overloading as a whole, with land sub-ecosystem in status of mild overloading, and surrounding waters sub-ecosystem in status of critical overloading. In island scale, Nanchangshan Island, Beichangshan Island and Miao Island were in status of mild overloading, Xiaoheishan Island and Daheishan Island were in status of critical overloading, and other 5islands were in status of no overloading. In grid scale, the island ecosystem carrying capacity had a significant spatial heterogeneity, and the different carrying capacity degree zones were critical overloading zones, mild overloading zones, no overloading zones, moderate overloading zones and severe overloading zones in descending order of areas. Control of exploitation scale, optimization of development allocation, improvement of exploitation methods, and reasonable ecological construction were the important measures to enhance the island ecosystem carrying capacity.

island ecosystem；carrying capacity；spatial heterogeneity；characteristics of land and surrounding waters；different scales；southern Miaodao Archipelago

X171

A

1000-6923(2017)03-1188-13

池 源(1988-),男,河南南阳人,助理研究员,硕士,主要从事海岛海岸带生态系统评估研究.发表论文10余篇.

2016-06-26

海洋公益性行业科研专项(201505012);中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金资助项目(2015G13,2014G18)

* 责任作者, 副研究员, shihonghua@fio.org.cn