厦门海域底栖生物多样性保护目标确定

傅世锋，吴海燕，蔡晓琼

(自然资源部第三海洋研究所，福建 厦门 361005)

在海洋生态环境保护规划中，生态环境保护目标的设定是非常重要的工作。在目前的规划目标指标体系中，大多强调水质指标、入海污染物的控制指标等，对生态保护尤其是生物多样性保护的目标则鲜有体现。水质、入海污染物控制指标只能对排污、具体的开发利用活动进行约束，但是无法从海域整体的角度给予海洋生态保护的管理决策和建议。从海域整体的角度综合评价海域利用强度，了解海洋生态系统承受的总体压力，研究海域利用强度与生物多样性的关系，才能预测不同情景下海洋生物多样性的变化趋势，采取相应的保护和管理措施，来更好地保护海洋生物多样性[1]。

相对于其他生物，底栖生物对逆境的逃避相对迟缓，受环境影响更为深刻，大型底栖生物被认为是海洋生态系统有力的指示生物，能够响应多种类型的人为扰动[2-4]。因此，该研究尝试以厦门海域为研究对象，以底栖生物为指示生物，通过构建近岸海域利用强度指数，建立海域利用强度与底栖生物多样性之间的关系模型，预测未来不同海域利用情景下底栖生物多样性的目标值。研究结果能够为相关规划中海洋生态保护目标的设定、相关保护和管理措施建议提供科学依据；以期解决在确定生态保护目标时，人为主观因素导致误差较大的问题，提高生态保护目标的客观性和准确性。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

厦门海域地处福建省东南部、台湾海峡西南向。海域面积约355 km2，大部分水深5～20 m，西部有福建省第二大河流——九龙江注入。从空间上一般划分为九龙江口、西海域、东部海域、南部海域、同安湾和大嶝海域共6个区块(图1)。厦门海域利用经历了4个阶段：1980—1990年代表基本未开发阶段，该阶段厦门海域利用活动主要是传统的水产养殖；2005—2007年为厦门海湾型城市建设的开始阶段，利用强度相对较低，主要为集中在西海域、同安湾、九龙江口附近海域的填海造地；2009—2012年厦门市提出“以港立市”概念，在西海域、同安湾等海域大力实施清淤整治工程，保障港口发展；2013—2016年为厦门海湾型城市建设的优化发展阶段，海域利用程度大大降低，开发利用活动主要为大嶝海域的填海造地。

1.2 海域利用强度指数构建

参考国内外相关研究，选择围填海、旅游娱乐、港口航运、渔业和工业5类用海方式共14种用海活动(表1)作为典型的近岸海域利用方式。收集、统计和分析特定时期内14种用海活动的数据，对每种海域利用活动进行0～3级的定量化评价：0代表未受到该种海域利用活动的干扰；1代表受到该种海域利用活动的轻度干扰；2代表受到该种海域利用活动的中度干扰；3代表受到该种海域利用活动的强烈干扰[5]。海域利用强度指数的计算公式为

表1 海域利用类型界定Table 1 Definition of sea area utilization types

(1)

式(1)中，Pj为第j个区块的海域利用强度指数；Pi为第j个区块第i种开发利用活动的强度值；Sj为第j个区块的面积，km2。

(2)

式(2)中，Pt为研究区总海域利用强度指数；St为研究区总面积，km2。

1.3 底栖生物多样性表征

收集4个阶段324组底栖生物多样性数据[6]，底栖生物多样性采用物种数(S)、生物量(W)、栖息密度(D)、香农多样性指数(H′)、丰富度指数(d)和均匀度指数(J)来表征,计算公式分别为

(3)

d=(S-1)/log2N，

(4)

J=H′/log2S。

(5)

式(3)～(5)中，ni为第i种底栖生物的个体丰度；N为所有物种总个体丰度。

研究区总体香农多样性指数Ht′的计算公式为

(6)

厦门海域多年底栖生物多样性变化情况见表2。

表2 1980—2016年厦门海域底栖生物多样性 Table 2 The benthic biodiversity of Xiamen Sea area during 1980-2016

1.4 生物多样性保护情景设计

通过收集社会经济发展、海域利用、生态环境和海洋生物多样性保护等方面的数据资料，结合与海洋生物多样性保护相关的海洋政策、规划和保护目标，建立分别基于“趋势情景”“规划情景”以及“优化情景”下，不同海域利用强度和保护目标的海洋生物多样性情景设计方案，构建厦门海域底栖生物多样性保护情景。

“趋势情景”是根据研究区过去海域利用强度的变化，推断2035年海域利用格局的变化趋势。该情景假设对现有的海域利用方式不做任何改进，按照现有的人类对海洋生态保护不作为的趋势发展下去，围填海的趋势没有遏制，污水收集率、处理率没有提高，污水排放量按照城市化速率持续增加，预测到2035年厦门海域的利用强度。

“规划情景”是基于国家、福建省、厦门市政府对污染排放、产业布局、保护区建设、滨海湿地修复、生态红线划定等所制定的规划目标能够实现的情况下，预测到2035年厦门海域的利用强度。

“优化情景”是根据政府部门规划目标之间的冲突分析以及其他地区案例研究所取得的经验，在既能实现地区经济发展目标，又能完成生态系统服务的优化目标情况下，预测到2035年厦门海域的利用强度。

1.5 统计分析

采用SPSS 软件，选用多元线性回归分析(为消除不同海域利用强度类型的多重相关性，采用逐步回归法)，计算各区块底栖生物多样性与不同海域利用类型强度(Pj)之间的定量关系：

X=a0+a1P1+a2P2+…+aiPi。

(7)

式(7)中，X为生物多样性指数；Pi为区块第i种海域利用活动的强度；ai为回归方程的回归系数，表示生物多样性指数与开发利用活动强度的定量关系。

2 结果与分析

2.1 厦门海域利用强度的时空变化

由表3可知，厦门湾利用强度呈现显著的时空差异。空间上，西海域、九龙江河口是海域利用强度最高的区域；时间上，厦门所有海域的海域利用强度均在2019—2012年达到最大值。

Person相关性分析表明，海域利用强度指数与所有底栖生物多样性指数呈负相关，其中与物种数、H′、d和J呈显著负相关(表4)，表明该研究建立的海域利用强度指数基本可靠。

表4 海域利用强度指数和底栖生物多样性指数的相关性分析Table 4 Correlation analysis between sea area utilization intensity index and benthic biodiversity indices

2.2 多元线性回归模型分析

根据多元线性回归模型，对香农多样性指数(H′)与海域利用强度(P)建立显著相关的关系模型(调整R2=0.47)：H′=3.948-14.92P填-15.06P捕-16.43P废。由关系模型可见，H′主要受填海造地、捕捞和工业、生活污水的排放影响。该研究的底栖生物多样性预测主要针对H′进行。

2.3 厦门海域底栖生物多样性预测

2.3.1趋势情景

厦门海域1990、2007、2012、2016年的海域利用强度指数表明，厦门海域的海域利用强度在2009—2012年达到最大值，2013—2016年厦门海湾型城市建设进入优化发展阶段，开发利用活动程度大大降低，利用强度指数出现下降趋势，海域利用主要集中在大嶝海域的填海造地和港口航运的持续发展，此外还有城市化规模不断扩大情况下向海域的污水排放量增长。

在现有的利用强度背景下，到2035年，厦门海域的利用强度见表5。根据预测模型，“趋势情景”下，2035年厦门海域底栖生物平均香农多样性指数H′为2.88 (表6)。

表5 “趋势情景”下厦门海域2035年的海域利用强度Table 5 Prediction of the utilization intensity of Xiamen Sea area in 2035 under the "Trend Scenario"

表6 不同情景下厦门海域底栖生物香农多样性指数(H′)预测Table 6 Prediction of benthic Shannon diversity index (H′)of Xiamen Sea area under different scenarios

2.3.2“规划情景”

根据表7的相关规划，到2035年，厦门海域包括滩涂养殖和海水养殖的养殖业全部退出，仅保留藻类(紫菜、海带)养殖，研究区整体养殖利用强度均为0；与此同时，同安湾、大嶝海域和东部海域的捕捞压力会有所增加。西海域的东渡港区、九龙江口的海沧港区和招银港区为厦门港的重要港区，海域港口码头利用会保持高强度，而位于东部海域和大嶝海域连接处的翔安港区则为一般港区，海域利用强度相对较低。大嶝海域围填海完成后，将形成厦门翔安临空产业区，服务厦门新机场。到2035年，新机场以及周边产业区投入使用后，向周边海域排污的压力及海上运输压力会明显增加。到2035年，海水水质达标率达75%，主要通过淘汰落后的高排污产能、提高城镇污水纳管率等方式来减少入海污染，排放入海的工业废水和生活污水量会大大减少。由此，2035年“规划情景”下厦门海域各区域的海域利用强度指数计算结果见表8。根据预测模型，“规划情景”下，2035年厦门海域底栖生物平均香农多样性指数H′为3.14。

表7 厦门海域“规划情景”相关背景Table 7 Backgrounds related to "Planning Scenario" of Xiamen Sea area

表8 “规划情景”下厦门海域2035年的海域利用强度Table 8 Prediction of utilization intensity of Xiamen Sea area in 2035 under "Planning Scenario"

2.3.3“优化情景”

厦门海域2016年以后仅有大嶝海域的填海造地工程，实际施工时间截至2020年。研究表明，大嶝海域围填海造成的生物多样性下降趋势在围填海一年后就已停止并保持稳定，在2020年围填海结束前，区域总物种数已经恢复到围填海前的水平[3]。因此，“优化情景”下，到2035年，大嶝海域围填海对生物多样性的影响已经恢复，可以不考虑填海造地活动造成的影响。捕捞活动在厦门海域的分布并不均匀，且随着各区域发展趋势的变化会产生明显的改变。厦门海域的捕捞活动主要分布在同安湾、大嶝海域和东部海域。同安湾的发展方向主要为休闲旅游观光，并且早已禁止养殖，捕捞的压力预测变化不大。而大嶝海域的发展方向变化较大，未来10 a，大嶝海域的发展主要围绕机场及机场服务业，当地居民的就业机会将会大大增加，且大嶝海域仍然可以进行藻类养殖，因此捕捞的压力预测将会降低。目前厦门正在抓紧建设污水处理厂，提高污水纳管率，鉴于厦门海域目前仍然存在大量污水直排海的现象，且受到上游九龙江入海河流的影响，污水处理厂建设周期也较长，厦门2020年底前未实现污水直排入海基本杜绝、城镇和农村污水收集处理率达95%的目标，到2035年近岸海域功能区水质达标率达75%以上的目标也具有较大的不确定性。因此，“优化情景”下，工业废水和生活污水的排放强度略高于“规划情景”。综上，“优化情景”下，厦门海域2035年的海域利用强度见表9。根据预测模型，“优化情景”下，2035年厦门海域底栖生物香农多样性指数H′为3.06。

表9 “优化情景”下厦门海域2035年的海域利用强度Table 9 Prediction of utilization intensity of Xiamen Sea area in 2035 under "Optimal Scenario"

3 讨论与结论

目前国内外对海域利用强度的定量化评价已经开展了一些研究[5,7-12]，主要是采取定性和定量的方法，结合遥感技术手段实现海域利用强度评价。该研究在国内外研究的基础上建立海域利用强度定量化评价方法，简单易行，具有较强的适用性。

相对于其他生态系统[13-14]，海洋生物多样性保护目标的研究还很少。底栖生物是海洋生态系统公认的指示生物。相对于构建复杂的海洋生物多样性评价体系，以设定底栖生物多样性保护目标来表征海洋生态系统多样性具有较强的可操作性。香农多样性指数是我国生物多样性的常规评价指标，能够客观评价福建近岸海域底栖生物的生态质量状况[15]。该研究中，厦门海域2035年底栖生物多样性保护指标宜为底栖生物香农多样性指数不低于3.06。尽管如此，由于受自然条件和海域利用强度的双重影响，厦门海域的底栖生物多样性状况在不同情景下区域差异较大。因此，在制定厦门海域生物多样性保护目标时，应考虑区域差异，加强利用强度较高以及生物多样性较低的海域(西海域和九龙江河口)的生态保护和修复。