南极海洋保护区设立的适宜性评价研究

庞小平 季青 李沁彧 李冰洁



南极海洋保护区设立的适宜性评价研究

庞小平1,2,3季青1,2李沁彧3李冰洁1

(1武汉大学中国南极测绘研究中心, 湖北 武汉 430079;2武汉大学国家领土主权与海洋权益协同创新中心, 湖北 武汉 430072;3武汉大学资源与环境科学学院, 湖北 武汉 430079)

南大洋海域因其特殊的地理位置、极端的气候环境和丰富的资源, 具有重要的科学和经济意义。当今世界各国力争国家权益, 积极参与南极海洋保护区设立的国际事务, 然而我国虽对此持续关注, 但相关研究甚少, 在南极海洋保护区设立的适宜性评价指标和区划方法研究方面几近空白。在此背景下, 通过对现有各国南极海洋保护区的提案分析, 尝试构建南极海洋保护区设立的适宜性评价的多级指标体系, 并基于我国南极科学考察数据, 运用层次分析法和加权叠加分析, 对普里兹湾海洋保护区设立的适宜性进行案例研究, 以期为我国南极海洋保护区的设立和相关研究提供参考。

海洋保护区 适宜性评价 评价指标体系 区划分析 南极 案例研究

0 引言

南极海洋保护区(Marine Protected Area, 以下简称“MPA”)是为自然资源提供保护的南极海洋区域, 在南极MPA内, 某些人类活动受到限制, 以满足栖息地保护、生态系统监测或渔业管理等特定保护目标[1]。南极MPA的设立一方面有利于保护南极海洋生态环境, 另一方面也是各国争取和彰显国家影响力的重要举措。因此, 对南极MPA开展研究, 有利于我国参与南极生态系统的保护工作, 维护我国在国际南极治理事务中的话语权和影响力。

为了在《南极海洋生物资源养护公约》等南极条约体系及其他有关国际公约框架下掌握南极国际事务方面的主导权, 国外较早地开展了南极MPA的研究。Constable等[2]针对《南极海洋生物资源养护公约》中保护生态系统的管理方式进行了研究; Hyrenbach[3]分析了海洋生物栖息地的变化, 指出MPA的建立应包括相关监测方案, 以评估设计的有效性; Lombard等[4]针对南极爱德华王子岛专属经济区(EEZ)中MPA的设立进行了研究, 在分析物种、底栖生境和生态系统等空间分布数据后, 划定了三个南极MPA。Griffiths[5]分析了南大洋的海洋生物多样性, 确定了需要保护的主要四个目标物种, 为南极MPA的设立提供了参考; Edgar等[6]则是在世界范围内调查了87个MPA, 总结了效益良好的MPA具有的五个方面主要特征; Ballard[7]以南极罗斯海的9种共存动物为对象, 确定了物种保护的优先顺序; Harris[8]指出南极MPA的建立需要考虑海洋范围内的物种多样性和濒危物种的分布。Agardy[9]建议应根据不同情况采取灵活、多样、有效的策略建立MPA; 综合现有MPA及南极MPA的研究, 虽对MPA设立的目标、特征及方法等给出了指导建议, 但这些建议还缺乏实例分析, 对南极MPA设立过程中的定量分析方法仍有待于进一步探索。

近年来, 国内一些学者开始在南极MPA设立的法律、制度和政策等方面开展了研究。陈力[10]梳理了南极MPA的国际法依据及其特征, 探讨MPA的合法性问题; 杨雷[11]对《南极海洋生物资源养护公约》进行了分析, 并针对MPA科研监测计划、管理计划、养护计划等问题进行了探讨; 桂静[12]以南极MPA为视角分析了不同维度下保护区现状和发展趋势。此外, 也有学者对目前国际上已通过或提出的南极MPA提案进行研究。郑雷[13]分析了南极罗斯海MPA提案的发展趋势, 提出我国应对罗斯海MPA提案的建议; 唐建业[14]分析了各国对罗斯海MPA提案和东南极MPA提案的政治争议。总体而言, 与国外南极MPA研究相比, 我国起步较晚, 目前处于理论分析阶段, 侧重于南极MPA建立的法律和政策基础层面, 而对于南极MPA建立的模型方法及其适宜范围区划还缺少实例研究。

目前, 在国际南极海洋生物资源养护委员会(CCAMLR)的会议中, 一些国家已提出了关于设立南极MPA的提案, 但这些提案中并没有统一的有关MPA设立过程中的适宜性评价指标体系。适宜性即合适性, 是指对策略或计划的目标、要求等符合的情况。南极MPA适宜性评价是针对保护生物栖息地、监测生态系统、管理渔业等特定目标, 对南大洋或其某一海域海洋环境是否适宜及其程度差异的综合评定与区划。然而, 目前我国尚未构建南极MPA适宜性评价的指标体系和模型, 对南大洋MPA区划方法的实例研究也很不充分。综合当前的国际背景与研究现状, 我国非常有必要加强关于南极MPA的研究。本文即在此背景下, 在分析现有南极MPA提案的基础上, 尝试构建MPA的适宜性评价指标体系, 并以南极普里兹湾为例开展适宜性评价方法的实例研究, 以期为我国南极MPA建设及全面参与国际南极治理提供参考。

1 现有南极海洋保护区提案分析

2005年, 在CCAMLR科学委员会的授权下, 美国牵头召开了在《南极海洋生物资源养护公约》框架下的第一次关于南极MPA的专题研讨会, 就怎样使用MPA促进《南极海洋生物资源养护公约》目标、建立MPA的相关原则和实践、建立MPA需要的科学信息等问题开展讨论。2007年, CCAMLR通过了南大洋生物地理分区图。

2009年英国提出了南奥克尼群岛南陆架海洋保护区(the Southern Shelf of the South Orkney Island MPA, 简称SOISS MPA)的提案并获得通过, 该MPA设立后规定该区域范围内不允许任何捕捞活动。南奥克尼群岛南陆架MPA保护对象明确, 主要是保护CCAMLR 渔业分区中第48.2分区内的海洋生物多样性。建立该MPA的关键任务之一是评估南大洋生物区域化, 用以鉴定各区域的生物多样性。其中生物区域化的指标包括地质与地貌、海洋、气候、海冰、生物群、动态模型结构以及潜在压力等内容。然而需要指出的是, 南奥克尼群岛南陆架MPA提案中尚未制定MPA管理和科学监测计划。

2011年美国和新西兰分别向CCAMLR上交关于建设南极罗斯海海洋保护区(The Ross Sea Region Marine Protected Area, 简称RSR MPA)的提案, 但经审议未通过。后提案经过多次修改和合并, 最终于2016年获得通过。南极罗斯海MPA由一般保护区、特别研究区和磷虾保护区组成。保护区旨在实现特定的保护和科学目标, 同时允许在MPA内进行一些捕鱼活动。南极罗斯海MPA提案中的适宜性指标体系是根据保护区的具体目标确定了科学研究的优先事项, 以评估这些目标的实现程度, 其中生态系统、渔业研究、气象变化及海洋学为其科研和监测的具体内容。值得注意的是, 南极罗斯海MPA的评价指标体系不具有普遍性, 若以南大洋的大规模角度选取海洋保护区的范围, 该框架并不一定适用。

此外, 还有一些暂未通过审议的南极MPA提案, 如东南极MPA(澳大利亚)、威德尔海MPA(德国率先提出)等提案。东南极MPA提案的适宜性评价指标体系是根据全面性、充分性以及代表性原则进行构建的。全面性是指评价指标体系尽可能涵盖所有类型的生态系统; 充分性是指选定的指标涉及维持 MPA 内部所有不同大小或位置的生物多样性, 并能够适应气候及其变化的影响; 代表性是确保所有生物多样性在 MPA 系统中得到表现和保护。威德尔海MPA提案则是从环境数据和生态数据两个方面对适宜性指标进行分类和体系构建, 但该提案未考虑保护区的科研价值和潜在压力。目前已设或已提交提案的南极MPA空间分布如图1所示。

图1 已设或已提交提案的MPA空间分布

Fig.1. Spatial distribution of the Antarctic MPA passed by or submitted to CCAMLR

综合已设或已提交的南极MPA提案, 南奥克尼群岛南陆架MPA提案中的评价指标是从地质与地貌学、海洋、气象、海冰、生物群、动态模型结果和压力7个类别33个指标进行细分(表1); 罗斯海MPA提案则是以生态系统、渔业、气候变化和海洋学4类, 对其内部的5个区域进行针对性的评价(表2), 并将保护区分成特别研究区、磷虾研究区和一般保护区3类; 东南极MPA提案是从生态系统和气候适应2个类别建立全面性、充分性、代表性的评价其指标体系; 威德尔海提案则从环境和生态2类选取代表性的16个评价指标(表3)。纵观已有的提案中南极MPA评价指标体系, 虽侧重不同导致评价指标有所差异, 但仍具有一定的共性。南极MPA的根本目的是养护海洋生物资源, 维持海洋生态系统的平衡, 因此海洋生物资源及其生物种群的调查是南极MPA必要的评价指标; 此外, 基于“风险预防”的原则, 南极MPA应具有抵抗外界威胁、维持自身稳定性的功能, 因此, 南极MPA提案中需要将环境、气候变化、人类捕捞活动等潜在压力因素纳入评价指标中。另外, 从综合管理的角度出发, 海洋保护区不仅要具有生物多样性和生态系统的保护功能, 还应该承担一定的科学研究和动态监测的责任, 因此科学研究价值也是不可缺少的南极MPA评价指标。

在CCAMLR官网(https://www.ccamlr.org/)中收录了关于南极MPA设立的相关文件, 其中在“WS-MPA-05”文件中, 明确指出MPA需要保护的封闭区域类型和范围是根据保护区的代表性、易受影响性、科研价值以及生态系统功能而界定的。通过上述对现有MPA提案的分析, 除了对各提案的指标体系的共性特征进行总结外, 还可以总结出MPA指标构建原则: (1)构建评价指标体系首先应明确评价目标, 应从南大洋生态系统现状出发, 根据保护对象的代表性、易受人类活动影响的区域、科学研究目的、生态系统功能方面确定保护的方向, 确保指标体系的目标性; (2)不拘泥于某一类型指标, 评价指标应具备全面性, 使得评价结果更具说服力; (3)在开展评价时, 除了现状的考量还应考虑潜在的压力; (4)应重视专家的定性分析, 并结合相应的评价模型, 将定性与定量相结合开展科学的综合评价。

表1 南奥克尼群岛南陆架MPA评价指标体系

表2 罗斯海MPA评价指标体系

表3 威德尔海MPA适宜性评价指标体系

2 南极海洋保护区设立适宜性评价体系的构建

2.1 评价目标与一级评价指标的确定

构建南极MPA评价指标体系的目标在于评估区域是否适合作为MPA, 即是否具有MPA设立的“适宜性”及其“适宜程度”。在确定评价目标后, 即可有层次地构建多级评价指标。CCAMLR针对南极MPA的专题会议中将保护区特征归纳为代表性、保护易受人类活动影响性、科研价值以及保护生态系统功能性。本文借鉴和综合各提案中指标的优点, 并结合《南极海洋生物资源养护公约》的宗旨和目的, 总结归纳出海洋生物资源、环境养护、科研价值、现有或潜在压力作为适宜性评价的一级指标。

海洋生物资源是指对某一海域生态系统完整性或代表性的判断, 建立MPA的目标是为了维护其生物多样性或环境适宜性, 所以一级指标首先考虑的应是生物资源的保护; 环境养护是指对生态系统中生物赖以生存的环境进行适宜性的评估, 考察环境是否利于生物繁殖、生长或者是否具有不稳定性; 科学研究价值评价旨在评估海域对于科学研究是否有推动性和指导性, 南大洋具有自己独特的海洋资源、气候、地貌地形等特征, 它的科研价值使得各国都积极投身于对其重点海域的保护和研究中; 现有或潜在压力是对某一海域生态脆弱性的判断, 以及对人为行为在某一生态系统中产生干扰的分析, 判断某一海域是否易受或者将会受到人类活动影响或威胁。

确定了评价指标体系的目标层和一级指标层后, 即可选取一级指标对应的具有代表性的要素作为二级指标层中的内容, 再根据二级指标分类对每个类进行细分, 得到评价指标体系的终端细分指标内容。

2.2 评价指标体系的构建

根据指标体系构建原则, 指标应该以满足目标性、全面性、层次性、独立性、定量与定性相结合等为原则进行梳理和筛选。筛选处理主要是保证指标之间的独立性, 这样在对指标计算与评价过程中, 不会因指标间的相关性较大而产生冗余, 从而保证了评价结果的科学性。本文最终构建针对整个南大洋海洋保护区多层级评价指标体系(表4)。

3 案例研究—— 以南极普里兹湾为例

南极普里兹湾位于印度洋扇区范围内, 是南大洋中面积排名第三的海湾。普里兹湾及周边海域生物资源丰富且具有代表性, 存在企鹅、海豹、鲸类、磷虾以及浮游植物, 生态系统完整。南极普里兹湾海域内的气象环境与整个南大洋的变化非常一致, 具有代表性。我国于 1988 年在普里兹湾东侧海岸设立了南极科学考察站——“中山站”, 自此普里兹湾便成为我国进行南大洋环境研究的一个重点海域[15-17]。我国每年的南极科学考察都会在这里布设固定断面和站点, 进行海洋环境综合调查。基于我国以南极中山站为依托的科学考察优势, 普里兹湾海域积累了大量的现场观测数据[15-17], 因而, 十分适合作为对南极MPA适宜性评价方法进行案例研究的区域。

3.1 南极普里兹湾MPA评价指标的筛选

在前述南极MPA适宜性评价指标体系的基础上, 根据我国“十二五”期间南极考察获得数据(http://geomagnetism.polar.org.cn/index/)的特点, 开展南极普里兹湾MPA的案例研究。

结合南极普里兹湾的区域特征, 对前文中MPA评价指标进行进一步筛选处理。在去除数据缺失或无法定量计算的指标后, 依据评价指标体系的可操作性原则, 最终选取最具代表性的指标作为用于普里兹湾MPA设定适宜性评价和分析的指标(表5)。

3.2 基于层次分析法的普里兹湾MPA设立的适宜性评价

3.2.1 评价指标的权重确定

为了确保评价结果的客观性, 本文采用专家打分法构造判断矩阵[18]。专家打分法可以综合极地方面各学科的专家意见, 获得指标间相对重要性, 是构造判断矩阵的良好的方案。考虑到方案实施的可行性, 邀请了中国极地考察专家库(http://www.polar.org.cn/personList/)中的海洋生物、海洋生态、海洋化学、环境科学、地球物理与海冰研究等方面的专家对各级指标之间的相对重要性打分。综合各专家的评分结果, 最终得到判断矩阵, 并对各判断矩阵的一致性进行检验。经检验, 所有判断矩阵均满足一致性条件。最终通过专家打分结合层次分析法(Analytic Hierarchy Process, AHP)确定的各级指标权重如表6所示。

3.2.2 指标的空间插值与叠加分析

指标数据的获取方法各不相同, 既有走航观测数据, 又有站位点实测数据。因此在对各个指标数据进行叠加分析前, 需要进行空间插值。常用的插值方法有克里金插值法、反距离权重法、样条函数法等[19]。本文通过多次试验, 对不均匀分布数据样点的不同插值误差进行比较。根据比较结果选用克里金插值法, 使得插值结果的残差尽可能小。同时由于各个数据的数值大小和量纲不同, 还需对空间插值的栅格结果进行归一化处理[20]。最后, 将3.2.1节确定的权重与对应指标归一化插值结果进行叠加分析, 可得到四个一级指标的适宜性评价结果(图2)以及总体评价结果(图3)。

表4 南极海洋保护区评价指标体系

表5 普里兹湾MPA设立适宜性评价的指标体系

表6 基于AHP法的普里兹湾MPA各级指标权重

3.3 案例评价结果分析

3.3.1 普里兹湾MPA保护目标

由层次分析法(AHP)计算的权重(表6)可见, 海洋生物资源、环境养护、科学研究价值及现有或潜在压力的影响权重分别是0.492、0.306、0.124和0.078。由此可知, 普里兹湾海洋保护区的主要目标是对其生物资源和环境进行保护。普里兹湾极为丰富的生物资源应作为重点保护对象; 此外保护区的环境是海洋生物赖以生存的地方, 为了养护其独特的物理、气象、动力特征并监测其状态, 环境养护也是保护区的重要目标之一; 科学研究价值与现有或潜在压力的评价对于MPA设立适宜性也有影响, 但其重要性相对弱。因此, 普里兹湾MPA保护目标应以海洋生物资源(尤其是磷虾资源)和环境养护为主, 在保护生态系统的同时合理利用其科学研究价值, 并对保护区的潜在压力进行监测和分析, 保持生态环境完整性并以可持续发展的眼光看待MPA设立的重要性。

图2 一级指标适宜性评分结果

Fig.2. Score of the first-level suitability evaluation index

图3 总体适宜性评分结果

Fig.3. Score of the overall suitability evaluation

3.3.2 保护区区划分析

对适宜性评价结果采用自然分级法进行显示, 将适宜性评分较低区域舍去。选取的分级前三级覆盖的范围(图4)表示总体适宜性评价高、更适宜于设立的海洋保护区范围。

同样, 在普里兹湾MPA适宜范围内, 根据其他二级指标适宜性评价的结果, 对MPA进行区划分析, 分级并优选出前三级覆盖的范围作为MPA中对应一级指标的重点保护区域, 汇总得到普里兹湾MPA区划范围(图5)。

3.4 南极普里兹湾MPA区划

根据一级指标的保护目标, 普里兹湾海洋保护区可分为一般保护区、生物资源保护区、科学研究区以及重点监测区(图6)。图中红色框内是普里兹湾海洋保护区的总范围, 以东经70°—80°、南纬62°以南的经纬线及其与南极大陆、埃默里冰架接壤处为保护区边界, 面积约4.20×106km2。

Fig.4. Classification of overall suitability evaluation score for establishing MPA in Prydz Bay

图5 南极普里兹湾海洋保护区区划范围

Fig.5. Regionalization scope of the MPA in Prydz Bay

其中, 一般保护区可考虑以维持海洋生物多样性、生境及其可持续发展为目的, 通过保护栖息地, 对区域内生物进行必要的保护和持续研究; 海洋生物资源保护区则在一般保护区的基础上, 限制人类活动, 例如降低船舶的经过频次, 对渔业相关的捕捞活动进行禁止或限制; 科学研究区和重点监测区是对科考重点内容的指导, 但两者研究重点不同, 科学研究区主要是与资源探测相关的地球物理研究和与全球变化相关的海冰研究, 而重点监测区是研究气候变化、人为污染对生态效应的影响。

4 结语

本文主要研究工作和结果总结如下: 1)根据各MPA提案中指标的优缺点, 结合递阶层次结构模型的构建思路, 从海洋生物资源、环境养护、科学研究价值、现有或潜在压力4个方面对指标进行细分, 建立了南极MPA设立的适宜性评价指标体系; 2)基于我国南极科学考察数据开展南极普里兹湾MPA适宜性评价的案例研究, 运用GIS空间插值和加权叠加分析, 结果表明海洋生物资源、环境养护、科学研究价值、现有或潜在压力对于普里兹湾MPA的影响权重分别是0.492、0.306、0.124、0.078; 3)根据案例定量分析结果, 考虑将普里兹湾海域内以南纬62°— 69°30′、东经70°—80°为边界范围、总面积约为4.20×106km2的海域作为南极普里兹湾MPA, 并分为一般保护区、生物资源保护区、科学研究区及重点监测区。南极MPA适宜性评价研究可为我国南极MPA建设和积极参与国际南极治理事务提供参考。

图6 南极普里兹湾海洋保护区区划建议

Fig.6. Proposal for regionalization of the MPA in Prydz Bay

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CONSTRUCTION OF THE SUITABILITY EVALUATION INDEX FOR ESTABLISHING ANTARCTIC MARINE PROTECTED AREAS

Pang Xiaoping1,2,3, Ji Qing1,2, Li Qinyu3, Li Bingjie1

(1Chinese Antarctic Center of Surveying and Mapping, Wuhan University, Wuhan 430079, China;2Collaborative Innovation Center for Territorial Sovereignty and Maritime Rights, Wuhan University, Wuhan 430072, China;3School of Resource and Environmental Science, Wuhan University, Wuhan 430079, China)

The Southern Ocean and Antarctic continent have scientific, economic and strategic significance because of their unique geographic location, extreme climate and abundant resources. Many countries have national interests in the region and are actively involved in the establishment of marine protected areas (MPAs) around Antarctica. Although China continues to pay attention to the Antarctic MPA, there are few relevant reports on MPAs, and suitability evaluation indices from model studies on the establishment of an Antarctic MPA are almost blank. Under these circumstances, this study attempted to construct a multilevel evaluation index system to help establish Antarctic MPAs, through analyzing existing proposals for an Antarctic MPA. Using Chinese Antarctic scientific investigation data, we also evaluate the suitability of establishing an MPA in the Prydz Bay. The aim of this study is to develop a reference index for the establishment and relevant researches of MPAs in the Antarctic region.

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2017年8月收到来稿, 2018年7月收到修改稿

国家自然科学基金(41606215, 41576188)、国家海洋局极地科学重点实验室开放基金(PS1502)、中国博士后基金(2016M602342)和中央高校基本科研业务费专项资金(2042018kf0009)资助

庞小平, 女, 1966生。教授, 主要从事极地制图与战略研究。E-mail: pxp@whu.edu.cn

10. 13679/j.jdyj.20170031