象山港生态系统脆弱性及其评价体系构建

张 健，李佳芮，刘书明，刘 捷，杨 翼

(国家海洋信息中心，天津 300171)

象山港生态系统脆弱性及其评价体系构建

张 健，李佳芮，刘书明，刘 捷，杨 翼*

(国家海洋信息中心，天津 300171)

本文利用“暴露-敏感-适应”模型，建立了象山港生态系统脆弱性评价体系，经过分析与计算得出象山港生态系统脆弱性为中等脆弱，影响的主要胁迫因子为临港工业发展和海水养殖活动；系统敏感因子包括海洋生物多样性指数，鱼卵、仔稚鱼密度；最佳适应策略是完善环保法律法规和管理机制、加强入海污染物控制、提高污水处理率、提升公民环保意识和参与程度。

象山港；生态脆弱性；评价体系

0 引言

生态环境脆弱性指的是某一区域生态环境受到外界活动干扰时发生变化，并且向着不利于人类生存和资源持续利用、发展的方向变化，同时这种改变很难恢复[1]。对某一地区的生态系统进行脆弱性评价是判断该地区生态质量状况的有效方法之一，已普遍受到国内外众多生态专家的关注和重视。近年来国内外纷纷展开了对生态环境脆弱性的研究，其中包括探讨脆弱生态环境的成因、表现和程度以及对其进行评价和采取何种整治措施等。这些研究大多数只针对陆域生态系统进行，而涉及海洋生态系统脆弱性的研究相对较少[2]。与陆域生态系统相比，海洋生态系统的结构和组分更为复杂。近年来，在海洋生态系统脆弱性评价方面也出现了一些较优秀的研究案例，如2011年MUJABAR et al[3]采用基于GIS的方法对印度某省海岸带地区的生态脆弱性进行了评价，其主要关注气候变化下海岸带侵蚀造成的影响，将脆弱性从极低到极高分为5级，对不同生境单元作出了脆弱性判断；2012年FRANCA et al[4]对葡萄牙海湾在人类活动影响下的脆弱性进行了评价，亦是将评价指数从0～4分为5级，采用鱼类群落的分布与生态指数来对生境丧失和退化进行衡量，与生态系统健康评价有相似之处。

由于每个研究的目的、对象和方向都不相同，其生态脆弱性的评价方法和标准也没有统一的规定。目前，国外的生态脆弱性评价方法以定性或半定量为主，采用的主要评价手段多为概念性函数，函数表达方式不统一，计算方式各异[5-15]。国内生态脆弱性评价则基本采用基于指标体系的定量或半定量评价，指标组成方式多采用主流的数学统计方法如层次分析法、模糊分析法等[16-24]。从评价理念上看，国外更注重对脆弱性的理解和分析，而国内的研究更倾向于得到具体的评价结果值。POLSKY et al[6]在研究中逐渐衍生发展了基于“暴露-敏感-适应”的VSD评价整合模型。VSD模型将脆弱性分解为暴露程度、敏感性和适应能力3个维度，用“方面层-指标层-参数层”逐级递进、细化的方式组织评价数据，流程规范清晰，具有一定的使用价值，因而得到广泛的应用。本文拟结合国内外的研究特点，采用VSD模型，参照国内的定量评价方法，建立一个简明有效的评价体系，对象山港生态系统脆弱性进行评价研究，以期为合理利用象山港海洋资源，因地制宜进行生态保护提供一些科学依据以作参考。

1 研究区域概况

象山港位于宁波大陆海岸线中段，在六横岛西侧，背面紧靠杭州湾，南邻三门湾，东侧为舟山群岛，为一狭长型的半封闭式港湾。象山港沿NE—SW向伸入内陆，跨越北仑、鄞州、奉化、宁海和象山五个县(市、区)，港域纵深长约60 km，口门宽度约20 km，港内一般宽度在3～8 km之间。港中有3个内港，分别为西沪港、黄墩港和铁港，港区总面积563.3 km2，其中海域面积约391.76 km2，滩涂面积约171.53 km2。象山港是浙江省最大的水产养殖基地，其海湾海岸曲折，而且港中有湾，湾中有港。近些年，随着象山港区域工业、农业以及水产养殖业的迅猛发展和城镇化后人口的激增，导致该港湾周围的海洋生态环境受到严重影响。

本文研究区域的生态环境数据来源于2009年7月至2014年4月，每年1，4，7和11月的象山港海域环境监测数据；社会与经济数据来源于象山县国民经济和社会发展统计公报及象山县基本情况与国民经济主要统计数据。

图1 象山港区位图Fig.1 The map of Xiangshangang Bay

2 研究方法

2.1 评价指标体系的建立

VSD模型将生态脆弱性分解为3个维度，即暴露程度、敏感性和适应能力。暴露程度是指生态系统在环境变化下的暴露程度，主要评价方式是对暴露源本身的显现情形或暴露程度进行评价；敏感性是指人类和自然复合生态系统受到环境变化影响的程度，主要评价方式是选取受影响的生态系统本身的一些要素进行评价；适应能力是指人类和自然系统在环境变化的胁迫作用下做出的主动响应，其具体评价形式可以是对人类在应对环境变化下采取的措施、调整制度、管理行为等进行描述和评估。评价指标的选取随着具体研究目标和对象的不同具有较大的差异性[25-26]。本文结合象山港调查数据的实际获取情况，选取影响暴露程度、敏感性和适应能力3项脆弱性因子的18项指标构建评价体系，见表1。

暴露程度和敏感性与脆弱性呈正比关系，即暴露程度和敏感性越高，脆弱度就越高，生态系统就越脆弱。适应能力体现的是一种补偿作用，即适应能力越高，脆弱度就越低，生态系统就越不易受到外界干扰，两者之间呈反比关系[27-28]。对于脆弱性的3个组分如何进行组装，学术界尚未出现公认的解决方案。本研究中，暴露程度是促使生态系统趋于脆弱状态的外在诱因；而系统本身的敏感性则是生态系统之所以可以被扰动和胁迫因子激发脆弱性的内在原因；但适应能力却是使生态系统可以在扰动和胁迫的环境下，适当减缓脆弱性的内部和外部的总恢复力。参考TURNER et al[29]的观点，将脆弱性计算公式表达如下：

V=f(E，S，A)=E+S-A

(1)

式中：V代表脆弱性，E代表暴露程度，S代表敏感性，A代表适应能力。

表1 生态系统脆弱性评价指标体系

注：三产比重指第三产业产值占 GDP的比重

2.2 数据的标准化处理

在指标的赋值上，同一指标体系内多个指标的评价标准之间存在着计量单位或正逆方向的差异，为使评价指标具有可比性和可度量性，需对各评价指标的原始数据进行标准化处理，按正向指标和负向指标将原始数据进行无量纲化。本文采用隶属度打分法[30]进行标准化处理：

当评价指标为正向指标时：

(2)

当评价指标为负向指标时：

(3)式中：L表示该指标隶属度(评价值)，X表示该指标的实际值，X1和X2表示该生态指标的另外两个标准参照值，L1表示点X1对应的分值，L2表示点 X2对应的分值。

2.3 评价指标权重的确定

各指标之间关系的分析以及权重的计算主要采用层次分析法[31-32]进行。在研究中，首先将生态脆弱性评价划分为目标层(A)、准则层(B1～B3)和指标层(C1～C18)，构建生态脆弱性指标的判断矩阵。通过计算判断矩阵的最大特征值Xmax及其对应的特征向量，得出各因子或指标的权重，然后进行一致性检验。

运用YAAHP软件0.5.3版进行矩阵运算和一致性检验，层次分析标度采用1～9标度。判断矩阵一致性比例均小于0.1，即判断矩阵具有较满意的一致性，矩阵判断结果可行。计算结果见表2～表5。

表2 准则层判断矩阵及各因子权重

表3 指标层B1-C判断矩阵及各指标权重

表4 指标层B2-C判断矩阵及各指标权重

表5 指标层B3-C判断矩阵及各指标权重

2.4 生态脆弱性评价

生态脆弱度是用于表征区域生态脆弱性程度的量化指标。本研究运用综合指数法计算各评价指标的生态脆弱度分值[33]，结合上文提到的生态脆弱性评价模型，计算公式为：

(4)

式中：V表示象山港生态系统的脆弱性综合指数，Ei为暴露程度指标i的评价值，Wi为暴露程度评价单元各指标i的权重值，n为暴露程度评价单元的指标个数；同理，Sj为敏感性指标j的评价值，Wj为敏感性评价单元各指标j的权重值，m为敏感性评价单元的指标个数；ACk为适应力指标k的评价值，Wk为适应力评价单元各指标k的权重值，p为适应力评价单元的指标个数。V值在[0,1]之间，其值越大，表明生态系统越脆弱。

2.5 生态脆弱性分级

生态脆弱性等级划分通常根据研究者的经验和研究区域的具体情况而人为设定。吴绍洪 等[34]将生态系统状态划分为4个等级；蒙吉军 等[35]根据生态脆弱性综合指数将研究区分成严重脆弱区、高度脆弱区、中度脆弱区、低度脆弱区和一般脆弱区；MUJABAR et al[3]参考不同的海岸带地形和水文状况将脆弱性从极低到极高划分为5个级别。参考上述文献，结合本文特点，将脆弱性各因子得分赋值为0～1，脆弱度最终计算结果将分布在0到1的连续范围内(表6)。

3 结果与分析

象山港生态系统各评价指标最终计算结果见表7。象山港的生态脆弱性评价结果为 0.510 2，参照表6，属于中度脆弱性。

根据表中数据显示，象山港生态系统暴露程度计算结果为0.485 3，评价等级为中等，说明象山港生态系统面临着一定的外源胁迫。根据暴露程度评价结果计算各指标对总暴露程度的贡献率进行排序发现，工业产值占GDP比的贡献程度最高，为36.27%；其次是海水养殖密度和人均GDP，贡献率分别为25.88%和17.41%；而海洋灾害与人口密度的贡献率分别为12.32%和8.12%。由此数据可以看出，象山的临港工业与海水养殖业是象山港生态系统面临的最大外部威胁，而海洋灾害与人口密度对其影响较小。

表6 评价结果对应的隶属度与等级划分

象山港生态系统敏感性评价最终结果为0.614 0，评价等级为较高，说明象山港生态系统的保存情况较差。根据敏感性评价结果计算各指标对总敏感程度的贡献率进行排序发现，潮间带底栖生物多样性指标的贡献率最高，为21.78%；其次是游泳动物多样性和鱼卵、仔稚鱼密度，贡献率分别是16.87%和14.54%；浮游植物、浮游动物与叶绿素a的贡献率也都超过10%。由此数据可以看出，海洋生物多样性的降低是导致象山港生态系统脆弱的主要原因。

象山港生态系统适应能力评价最终结果为0.589 1，为中等适应性，说明人类社会对象山港生态系统的保护具有一定的积极响应。环保法律法规与政策指标的贡献率最高，为35.63%；其次是三产比重和环境整治与海洋管理，贡献率分别是20.34%和18.88%；而污水治理率的贡献率最低，为10.85%。由此可以看出，环保法规与政策的制定，象山港周边产业发展的规划以及海洋环境保护与管理工作的开展对象山港生态系统的稳定与健康具有重要作用。

表7 象山港生态系统各评价指标计算结果

4 讨论

在进行象山港生态系统脆弱性评价时，将暴露程度的胁迫因子分为自然胁迫和人为胁迫。海洋灾害对象山港的生态系统具有一定的影响，近年来浙江省陆续受到了台风“莫拉克”、“海葵”、“菲特”和“凤凰”的影响，对象山港的生态环境造成了一定的破坏，但海洋灾害带来的威胁远远不如人为因素所造成的一系列破坏，有些破坏甚至是不可逆转的。

4.1 临港工业

从分布来看，象山港沿岸工业主要集中在象山港的湾口和湾底，北面工业较南面工业发达，中间工业较少。主要有湾口部的鄞州滨海开发区和北仑梅山国家级保税区、湾底部的大唐乌沙山电厂、国华宁海电厂和宁海西店镇电镀化工企业以及浙江造船厂为主的9家修造船厂等，包含了火力发电、电镀、化工制造、铸造以及船舶制造修理等行业[36]。这些行业中所有的工业、生活污水绝大多数未经处理就直接排入象山港。据估算，2007年象山港底部主要重金属污染企业直接向海水排放未经处理的污水约70万t，其中铜含量约1.82 t、镍含量3.05 t、氰化物0.81 t、锌1.15 t、总磷17.78 t，过度追求沿岸经济的快速发展，导致了工业及生活污水排放成为象山港主要污染源[36]。

4.2 海水养殖

象山港海水养殖面积呈逐年递增趋势，其中增长最快的是浅海和围塘养殖面积。在浅海养殖中，产量增长最快的是延绳、筏式牡蛎，网箱养鱼的产量也在不断增长。2014年象山县国民经济和社会发展统计公报数据显示，2014年海水养殖面积达到16.12万亩。随着港内养殖面积的迅速增长，尤其是人为增养殖所造成的环境污染，扰乱了原本的生态平衡，不断改变着水域内的生态环境。海水养殖对养殖水体的污染主要是营养物质的污染、药物的使用污染和底泥的富集污染。近年来，象山港屡次遭到赤潮的破坏，2003—2009年，象山港海域共发生赤潮15起，累计面积达 985 km2[36]。

4.3 生物多样性

海洋生物尤其是贝类对海水中的污染物质比如重金属、石油类有很强的富集作用，临港工业中火电能源、钢铁冶炼、港口物流及围填海工程项目的建设过程中向海湾排放的废水、废热和废渣，对海域及海洋生物造成严重污染和损害。而大规模的滩涂围垦活动使得海域面积减少，海域纳潮和纳污能力下降，水体交换能力减弱，影响了海洋生物的生存与繁殖。对环境扰动有较大反应的生物指标有浮游动、植物和鱼卵、仔稚鱼，它们个体小，在生长过程中对于水温和营养物质的要求较严格，也较敏感。因此，当海域生态环境受到破坏时，首先受到影响的就是生物多样性。

4.4 适应策略

随着社会的发展和文明的进步，象山港在环境整治和海洋管理、环保法律法规的完善和公众参与环保的程度方面有了相应的进步和改善，对海湾生态系统具有积极作用。2014年象山县国民经济和社会发展统计公报发布的数据显示，象山县顺利通过国家级生态县创建验收，新增国家级生态乡镇(街道)10个，累计达到17个。实施生态环境综合整治三年行动计划，“五水共治”专项行动取得新突破，完成治水投资12.5亿元，整治“三河”40条，拆除畜禽养殖场622家，建成农村生活污水处理设施108个，企业治污改造136家。2013年，《象山港区域保护和利用规划纲要(2012-2030)》发布实施，为象山港区域未来十几年的发展制定了蓝图。象山县根据当地的民俗风情，开创性地举办了独具特色的“开渔节”，该节日成为了我国著名的民间节日。

综上所述，影响象山港生态系统脆弱性的主要胁迫因子为临港工业的发展和海水养殖活动；敏感因子主要包括海洋生物多样性指数和鱼卵、仔稚鱼密度；最佳适应策略是完善环保法律法规和管理机制、加强入海污染物控制、提高污水处理率及提高公民环保意识和参与程度。

5 小结

本文基于VSD模型建立了象山港生态系统脆弱性评价体系，经过分析与计算得出该海湾生态系统脆弱性评价结果为中等脆弱。今后，在开发利用象山港资源的过程中，建议进一步加强沿岸污染源治理，加快环保基础建设；加强海上生态修复与资源养护，改善海域生态质量；加强环保政策法规的制定，开展环境生态风险评价；开展岸线研究及规划编制，加强主要涉海项目监视监管，多措并举以降低生态风险所产生的危害结果。

致谢 宁波市海洋与渔业研究院提供了象山港相关资料，在此深表谢意！

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The vulnerability of ecosystem and evaluation system construction of Xiangshangang Bay

ZHANG Jian, LI Jia-rui, LIU Shu-ming, LIU Jie, YANG Yi*

(NationalMarineDataandInformationService,Tianjin300171,China)

Using “exposure-sensitive-adaptation” model, the ecological vulnerability evaluation system of Xiangshangang Bay was established through the analysis and calculation. The vulnerability of Xiangshangang Bay ecosystem is moderate fragile, and the main stress factors are the development of harbor industry and aquaculture activities. The sensitive factors are marine biodiversity index, fish eggs and larvae density. The best adaptation strategies are to improve the environmental protection laws and regulations and management mechanism, strengthen the control of pollutants into the sea, improve the sewage treatment rate, improve citizen's environmental protection awareness and participation degree.

Xiangshangang Bay; ecological vulnerability; evaluation system

10.3969/j.issn.1001-909X.2017.02.008.

2016-06-07

2017-02-26

国家海洋公益性行业科研专项项目资助(201405007)

张健(1986-)，男，山东青岛市人，助理研究员，主要从事海洋生态方面的研究。E-mail：889900hhhhhh@163.com

*通讯作者：杨翼(1975-)，男，副研究员，主要从事海洋环境与生态方面的研究。E-mail：yang1314@163.com

X826

A

1001-909X(2017)02-0074-08

10.3969/j.issn.1001-909X.2017.02.008

张健，李佳芮，刘书明，等.象山港生态系统脆弱性及其评价体系构建[J].海洋学研究,2017,35(2):74-81,

ZHANG Jian, LI Jia-rui, LIU Shu-ming, et al. The vulnerability of ecosystem and evaluation system construction of Xiangshangang Bay[J].Journal of Marine Sciences,2017,35(2):74-81, doi:10.3969/j.issn.1001-909X.2017.02.008.