我国近岸海洋生物多样性空间分区方法与应用探讨

黄 浩，安丽娜，李伟文，王 磊

(自然资源部第三海洋研究所，福建 厦门 361005)

划区管理工具(含海洋保护区)被国际社会公认为养护和可持续利用生物多样性最为有效的手段，也是当前联合国关于国家管辖外海域生物多样性(BBNJ)养护和可持续谈判最为重要的议题。由于持续的全球变化和人类活动，海洋生物多样性不断降低[1-2]。考虑到生物在地球上分布的不均匀性，为了有效利用资源和能力，必须选择最具有价值的区域或生物类别开展生物多样性的保护。因此，生物多样性保护的一项关键任务在于识别“对生物多样性保护具有关键意义的优先区域”，在此基础上，综合考虑社会经济、人类活动影响等因素，开展划区管理。本研究主要开展3个方面的研究，首先，综述生物多样性和划区管理的全球研究进展，其次，根据我国海域的地理要素特征，确定适合的分区原则和指标，最后，探讨在我国管辖海域范围内开展生物多样性保护分区的实践应用。

1 生物多样性与生物地理分区

生物多样性在全球的分布并不是均质性，而是遵循由气候、地质、地球进化史、物种进化史等因素所决定的复杂模式，形成不同的生物地理区系，并向人类呈现不同的生物多样性格局[3]。就某生物地理区系而言，对外表现为生活着一系列地理上独特的物种、自然群落和环境条件的集合体，其以生物多样性为中心，根据生物的标准来划定，因此，在划区管理时，不应受行政管辖边界的限制。一个生物地理区系的边界往往并不是固定和明显的，而是与重要的环境要素和生物进化过程密切相关的，并随之而变动。

鉴于此，开展生物多样性的划区管理必须要基于生物地理相关要素，即研究物种、生态系统等不同尺度上生物地理区系的分界线，或者说研究限制海洋生物多样性分布的真正要素，并基于这些要素进行区系划分和划区管理，这对海洋生物多样性保护具有非常重要的科学意义。

在较大尺度上，影响海洋生物多样性分布格局及生物扩散的主要因素是自然地理环境的阻碍，例如潮间带、大陆架斜坡、大洋及深海生物由于地理空间的限制，其主导生物分布的能量流通和物质流通方式也各不相同，进而导致多样性格局的差异。而在较小的尺度上，洋流主要影响浮游生物、游泳生物和底栖生物的分布，地形地貌则主要影响底栖生物的分布，浮游生物和游泳生物则主要受到光、温度、盐度等因素的影响。同时，与陆地不同，海洋生物多样性具有高度的三维性和易变性，这就决定了海洋生物地理分区及海洋生物多样性保护的复杂性和困难性[4]。

2 全球海洋分区及划区管理研究进展

在以往研究中，大海洋生态系(Large Marine Ecosystems，LMEs)的理论和方法被广泛应用。大海洋生态系认为，海洋是由若干个独立的区域组成，在每一个区域内，其自然环境、生物群落、生态系统之间相互紧密联系，应将其作为一个区域性的生态单元进行管理。大海洋生态系以生物地理学为基础，主张考虑影响一个生物区系内生物多样性特征和分布的所有因素，而不仅仅是采用狭隘的行业管理的方法。依据大海洋生态系的理论和方法，全球海洋生态系统共划分为64个大海洋生态系，我国的南海大生态系、黄海大海洋生态系和东海大海洋生态系都是大海洋生态系的组成部分。大海洋生态系的范围涵盖从河流和河口的海岸带到朝向海岸的大陆架及主要洋流系统的外缘带，分区依据为：①海洋地形地貌，②水文地理学，③生产力，④从营养上支撑的人口数量。在全球尺度，64个大海洋生态系生产了世界上95%的渔业生产量。

除了大海洋生态系的概念外，如1997年世界自然基金会发起的“全球200”项，以生态区为保护单元，按主要生境类型将具有代表性的生物多样性丰富地区划分成238个热点地区，其中包括43个海洋生态区[5-7]，1999年，保护国际基金会在全球范围内进行了生物多样性热点地区评估，并于2004年确定了34个物种最丰富且受到威胁最大的热点地区[8]；2002年，世界自然基金会联合中国、韩国和日本的一些非政府环保组织和研究机构在黄海生态区确定了111个生态重要区以及23个潜在优先区域，并于2006年公布了黄海生态区潜在保护区域图[3]，目前该研究成果已被联合国开发计划署采纳。此外，还有运用于沿海地区以及大陆架水域的世界海洋生态区分类(MEOW)，以及运用于全球开放海域和深海海底的分类计划(GOODS)。

在不同的尺度上，划区所依据的要素也不同，全球主要生物地理分区研究及依据要素如表1。

表1 全球主要生物地理分区及依据的要素Tab.1 Major global biogeographic classifications and the classifying factors

续表1

3 我国近岸海洋生物多样性划区研究

3.1 范围界定

研究范围以中国领海为主，兼顾专属经济区，重点研究范围见图1，共计约105.04万km2，约占我国管辖内海域面积的三分之一。

3.2 分区原则和要素

3.2.1 分区原则 生物多样性分区既要立足其自身特征，同时兼顾管理的需求，分区要求简单实用，具体分区原则如下：

①遵循研究区域生物地理特征的原则。生物地理特征包括气候、生物、化学、水文、地形、地貌等。

②实用性原则。划区的目的在于发现生物多样性重要、关键的区域，并提供可行的管理单元，因此分区单元必须实用。

③简单表征原则。分区必须有简单清晰的界限，可为地理界限或生物区系界限，并能够包含大多数该区域的生态特征或者关键因素特征。

④分区名称应能表征该区的主要特征。

3.2.2 分区要素 分区要素主要分为地理学、生物学、水文学、地球化学四类要素，在具体区划中，应根据研究区域的生物多样性特征，选取全部或者部分相关指标开展分区。

①地理学要素：显著的海岸线地形特征、已知的生物地理分割线、底质特征等。

②生物学要素：生物分布界限、特殊生境分布界限等，例如，海岛、珊瑚礁、海草床、红树林的生境分布单元。

③水文学要素：水温、水深、盐度、海流等。

④地球化学要素：营养元素分布、陆源输入点、沉积物化学特征等。

针对我国近岸管辖海域，参考生物地理的方法，考虑我国海洋生物多样性的独特性、丰富性、自然地理、生态过程、环境因子等特征，采用三级分区的方法，分区所依据的主要因子如表2。

图1 研究范围示意图Fig.1 Schematic diagram of the research areas

表2 分区所依据的因子

Tab.2 Factors used for marine spatial classification

分区等级一级分区二级分区三级分区分区要素地理特征、气侯特征、地理轮廓、岸线特征、水团特征海岸地形、地貌、底质类型(泥滩、砂滩、生物滩)、海流(上升流等)、水深温度、盐度、水体营养盐、沉积物营养盐、特殊小生境类型(河口、海湾、海岛等)

3.3 分区过程

分区过程在ESRI公司的ARCGIS软件平台完成，首先，将选定的分区要素矢量化，形成GIS数据库中的标准点、线、面矢量格式，其次，在ARCGIS软件的TOOLBOX中选取UNION工具，将所有要素图层叠加，输出为不同特征要素在空间上分区单元，根据要素等级，共形成3个尺度的分区单元，最后，为了保证分区单元不会过于片段化和破碎化，去除面积小于邻近单元面积10%的碎片，执行TOOLBOX中GENERALIZE工具，形成相对较大的分区单元。

在分区过程中，各要素在GIS分数据库采用的处理方法有所不同。其中，地貌通过显著的自然单元来确定边界，包括大、中、小3种类型地貌；环境化学要素通过梯度的显著自然断点来分区；生物因素则考虑物种和种群两方面，物种通过其分布范围确定边界，或者说限制物种分布的地理隔离来划分分区，种群通过其聚类关系划分为不同地理区系，并形成分区单元。

3.4 分区结果

根据上述方法，共形成一级分区6个，二级分区16个，三级分区101个。

一级分区(6个)：根据海域地理位置、气候特征、地理轮廓、岸线特征、地形、地貌等因素所表现的差异，将中国近海划分为黄海、渤海、东海、台湾海峡过渡区、南海和三沙岛礁区6大生物多样性空间分区(图2)。

图2 我国近岸海洋生物多样性一级空间分区Fig.2 Primary spatial classification of marine biodiversity in nearshore China

渤海和黄海的分界线是从辽东半岛南端老铁山角至山东半岛北端蓬莱角的连线。黄海与东海的分界线是西起长江口北岸启东角，东至朝鲜半岛南侧济州岛西南角之间的连线。台湾海峡过渡区指福建沿海与台湾岛之间的海峡区域。南海区指广东、广西和海南三省近海海域管辖范围，三沙岛礁区指西沙、南沙、中沙重要岛礁分布区。

二级分区(16个)：依据地理环境因素，兼顾行政界限和管理需求，在一级分区的基础上，参考我国海岸地形、岸滩类型、海底地貌等因素差异，区划为北黄海近岸海域、南黄海近岸海域、辽东湾、渤海湾、莱州湾、渤海中央水域、苏北及旧黄河口、长江口及杭州湾、浙江东南沿海、台湾海峡过渡区、珠江口及广东沿海、环海南岛沿海、北部湾及广西沿海、西沙岛礁区、南沙岛礁区、中沙岛礁区，共计16个二级生物多样性空间分区(图3)。

图3 我国近岸海洋生物多样性二级空间分区Fig.3 Secondary spatial classification of marine biodiversity in nearshore China

三级分区(101个)：依据海洋生物多样性赖以存在的小尺度生物地理学要素(显著的海岸线特征、已知的生物地理分割线、底质特征等)、水文学指标(水温、水深、盐度、海流、上升流等)以及地球化学指标(营养元素分布、陆源输入、沉积物等)，上述因素中，重点考虑小尺度的岸线特征、地形特征、盐度和水深4个因素，最终划为101个生态区。

黄渤海区总面积约20.6万km2，共计二级分区6个，分别为北黄海近岸海域、南黄海近岸海域、辽东湾、渤海湾、莱州湾、渤海中央水域，三级分区24个；东海区总面积约12.4万km2，共计二级分区3个，分别为苏北及旧黄河口、长江口及杭州湾、浙江东南沿海，三级分区20个；台湾海峡过渡区总面积约为4.2万km2，共计二级分区1个，三级分区20个；南海区总面积约12.7万km2，共计二级分区3个，分别为珠江口及广东沿海、环海南岛沿海、北部湾及广西沿海，三级分区38个(表3)。考虑到西沙岛礁区、南沙岛礁区和中沙岛礁区的生态相似性和完整性，在二级分区的基础上不再进一步细分。

表3 我国近岸海洋生物多样性一级、二级空间分区对应表Tab.3 Corresponding table for the first and secondary spatial classifications of marine biodiversity in nearshore China

空间分区形成一级分区6个，二级分区16个，三级分区101个，其中黄海14个，渤海10个，东海20个，台湾海峡过渡区16个，南海38个，三沙岛礁区3个。具体情况如图4和表4所示。

图4 我国近岸海洋生物多样性三级空间分区Fig.4 Third spatial classification of marine biodiversity in nearshore China

表4 我国近岸和重点区域海洋生物多样性空间分区表

Tab.4 Spatial classification of marine biodiversity in nearshore and key regions of China

一级分区名称面积/km2二级分区个数三级分区个数黄海73 562.6214渤海132 086.4410东海124 005.2320台湾海峡过渡区41 767.4116南海127 188.8338三沙岛礁区551 820.233

3.5 数据集成与存储

数据库采用ESRI公司的Geo-Database，分区数据存储格式为面状矢量，分区过程在ARCGIS软件支持下完成。数据库不仅整合了空间分区矢量数据，还集成了与我国海洋和海岸生物多样性密切相关的生物、地形、地貌、岸线、环境质量等地理要素数据，根据研究需要，地理要素的数据采用矢量线状或面状格式存储。

在分区的基础上，对已获取的数据进行不同尺度的划分，包括一级分区数据、 二级分区数据、 三级分区数据，各个尺度分区数据精度要求不同，其中三级分区的数据精度要求最高。

4 结论与展望

划区管理工具被国际社会公认为生物多样性养护和可持续利用最为有效的手段，与以往以行政单元为划区边界不同，本研究尝试以生物多样性为中心，基于生物地理相关要素开展空间划区的探讨，并以中国管辖的近岸海域为对象，选取关键生物地理要素，开展三级空间划区，形成101个生物多样性空间分区，该研究在国内尚属首次，可为我国近岸海域空间规划与管理、生物多样性保护提供重要的科学支撑。在研究中，仍有以下值得进一步探讨和不足之处：

(1)10 m等深线和20 m等深线讨论。地形地貌是三级分区的重要地理要素，在研究中，我们以20 m等深线为划分依据，主要考虑我国近岸海域位于地势平缓的大陆架之上，向陆地一侧为海岸带的水下部分，以水下岸坡为界自然连接到向海一侧的大陆架其他部分，水下岸坡是沿岸陆地的水下延伸部分，其主要在低潮线0～20 m等深线之间的范围内，因此，以20 m水深为划分依据。

但在我国的渤海、苏北浅滩、北部湾、莱州湾等地，由于地势较为平缓，若以20 m等深线为边界，则范围过大，在管理中并不实际，因此，主要考虑10 m等深线，或者完整的地貌单元边界。

(2)生态完整性。如前所述，划区管理应以生物多样性为中心，分区内生物生态过程相对完整。一般认为，河口、海湾、海岛属于相对完整的生态单元，一般划为一个分区。例如湄洲湾、兴化湾，如果以水深、地貌等相关生物地理要素来划定界限，则整个海湾可能被划分为若干个分区，并不符合分区原则，在研究和管理中也不方便。

(3)以生物指标为主的空间分区。空间划区主要应基于生物要素和地理要素，在研究中，由于生物数据相对较少，主要依据地理要素来开展空间划区，因此，具有一定的欠缺，需要进一步完善生物调查数据。