陳春亮,梁春林,孫省利

(廣東海洋大學海洋資源與環(huán)境監(jiān)測中心 湛江 524088)

基于生態(tài)環(huán)境脆弱的海岸帶承載力評價研究*
——以雷州半島為例

陳春亮,梁春林,孫省利

(廣東海洋大學海洋資源與環(huán)境監(jiān)測中心 湛江 524088)

為了探究海岸帶生態(tài)環(huán)境退化的原因,確保其承載力評價的科學性和合理性。文章以雷州半島為例,基于生態(tài)環(huán)境脆弱對海岸帶承載力評價進行了探討。根據雷州半島海岸帶生態(tài)環(huán)境現狀分析其生態(tài)環(huán)境脆弱的原因,然后就其存在的主要生態(tài)問題構建承載力評價指標體系,并依據野外調查數據對承載力進行評價。結果表明,雷州半島海岸帶生態(tài)環(huán)境的可載能力整體水平高,該方法能有效地對海岸帶承載力作出評價,為同類問題提供一種新的解決方案。

生態(tài)脆弱性;生態(tài)承載力;指標體系;定量評價;海岸帶

1 引言

海岸帶是海洋與大陸交叉耦合和相互作用的地帶,其生態(tài)系統(tǒng)處于陸地生態(tài)系統(tǒng)與海洋生態(tài)系統(tǒng)的交界過渡區(qū)域,具有復合性、邊緣性和活躍性等特征。同時,海岸帶生態(tài)系統(tǒng)受到大陸和海洋環(huán)境的共同作用[1],響應環(huán)境擾動靈敏,表現為系統(tǒng)穩(wěn)定性較差,是典型的生態(tài)環(huán)境脆弱帶。

眾多調查研究表明,由于濕地資源銳減、海水水質污染加劇、自然災害頻發(fā)以及海水增殖破壞環(huán)境等因素所引起的生態(tài)環(huán)境惡化問題均是人類對海岸自然資源的過度開發(fā)利用和無約束的污染排放造成的[2-3]。因此,基于生態(tài)環(huán)境的脆弱性研究海岸帶的生態(tài)承載力,有效規(guī)劃和管理自然資源的開發(fā)利用,控制污染物的排放,將人類的生活、生產活動控制在海岸帶的生態(tài)承載能力內,對人類的社會、經濟可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

2 生態(tài)環(huán)境現狀

2.1 自然條件

雷州半島是我國第三大半島,與海南島遙遙相望,地勢平緩,西北高、東南低,海拔多在100 m以下,岸線曲折,大陸岸線長約1 556 km,連海島岸線總長達2 226 km,漫長的海岸線擁有各種類型的海岸,包括海岸平原、河流三角洲、灘涂與濕地、海灘與沙丘、珊瑚礁、紅樹林、潟湖、基巖等。半島共有大小港灣107處,露出海面的島嶼(含沙洲、礁石)有104個[4],近岸底質以砂礫和黏土質堆積為主,灘涂面積廣闊,共約9.9萬hm2[5]。

雷州半島地處北回歸線以南,屬熱帶季風氣候,日照時間長,太陽輻射強,年均日照時間達10.4 h,年均太陽總輻射量為427.05～494.04 kJ/m2,陸地年平均氣溫23℃,海區(qū)年平均氣溫為23.15℃[6]。半島降水充足、雨季長,但地域和季節(jié)性差異顯著,北部和夏秋雨量多,南部和冬季雨量少, 5—10月為雨季,9月為暴雨鼎盛期,12月至翌年3月的降水量不及年總量的10%,且年變率大,有明顯的干季和濕季之分[4]。陸地年均降水量1 300～1 700 mm,年均蒸發(fā)量達1 788～2 157 mm,蒸發(fā)量大于降雨量,有85%以上的年份發(fā)生冬連春旱,重旱年占60%～80%,無旱年僅為6%～15%;海區(qū)年均降雨量為1 300.1 mm,峰值出現在8—9月,月平均降雨286.8 mm。受季風環(huán)流影響,海區(qū)風況有明顯的季節(jié)性變化[4],年均風速5.0 m/s,平均每年登陸或影響半島地區(qū)的臺風有3.93次,其中登陸的強臺風占13.6%,臺風占10.2%,熱帶低壓占3.4%,受到影響的強臺風、臺風和熱帶低壓分別占31.4%、28%和13.6%。

2.2 物種資源

雷州半島地處南亞熱帶,是我國受人類活動影響較少的近岸海域,海洋及內陸水域的生物種類繁多,是我國水生生物多樣性最高的區(qū)域之一,是難得的天然物種資源庫。受到外海水和沿岸水的影響,半島物種組成復雜,常見的魚類達173種,甲殼類118種,貝類有547種[4];浮游植物以暖水種類為主,硅藻和甲藻共198種;浮游動物以橈足類最多,有26種[7],春季平均生物量為271 mg/m3,秋季平均生物量為374 mg/m3。

在已記錄的水生動物種類中,有儒艮和中華白海豚兩種國家一級保護動物,有大珠母貝、白氏文昌魚和綠海龜等9種國家二級保護動物[8],共有30種水生動物受到國家法律或國際公約保護,還有列入我國瀕危物種紅皮書和世界自然保護聯(lián)盟紅皮書的極危、瀕危、易危物種名錄40種,是我國最為重要的熱帶近海珍稀水生動物的避難所。

雷州半島獨流入海的干支流22條,且集水面積1 000 km2以上的河流有4條。河流每年攜帶大量的淡水、泥沙和營養(yǎng)物質入海,為不同的紅樹植物提供適宜的生境,現有紅樹林面積約1.24萬hm2。林區(qū)內擁有數量和種類眾多的鶴類、鸛類、鷺類等水禽及其他濕地動物,其中國家一級重點保護鳥類4種,國家二級重點保護鳥類12種;列入各種國際保護協(xié)定名錄的有82種[9]。同時,在半島的南端燈樓角至流沙灣一帶海區(qū),保存著我國大陸面積最大、種類最多、最完整的自然珊瑚區(qū),面積達1.08萬hm2,其中密集區(qū)約0.6萬hm2,已發(fā)現的品種有49種[10],其中石珊瑚35種,軟珊瑚14種。

2.3 環(huán)境質量

雷州半島近岸海域面積約200萬hm2,其中達到一類海水水質標準的為70.0%,二類為2.0%,三類為22.6%,四類為3.2%,劣四類為2.2%[6]。未達到清潔水質標準的海域面積較小,水質總體保持穩(wěn)定,以一類和三類水為主,海水質量良好,其中西部海域明顯比東部海水質量高。同時,空氣質量符合國家的二級標準,空氣污染指數在26～54之間,其中達到一級標準的天數占統(tǒng)計周期的95.1%,其余天數均為二級[6],大氣質量持續(xù)良好。生活垃圾無害化處理率為97.4%,污水集中處理率為87.2%[6]。森林覆蓋率為28.1%,共有國家級生態(tài)示范區(qū)3個,自然保護區(qū)20個,總面積 (包括海域) 20 813 km2,其中國家級自然保護區(qū)3個,國家地質公園1個。

3 生態(tài)環(huán)境脆弱性分析

3.1 生態(tài)環(huán)境現狀評價

3.1.1 海洋環(huán)境污染

據湛江市統(tǒng)計年鑒記載,雷州半島近岸海域海水質量逐年改善,一類海水水質標準的海域面積比例增加顯著,未達到清潔水質標準的海域面積明顯減少,但是湛江灣內的海水質量沒有改善,仍然處于三類海水水質標準;工業(yè)和生活廢水的化學需氧量 (COD)排放總量明顯減少,但總量仍然很大;工業(yè)和生活廢氣的二氧化硫排放總量大,增加迅速,但重點工業(yè)的各項排放總量均有明顯下降;工業(yè)廢水處理達標率有下降趨勢,廢氣排放總量有上升勢頭;生活污水處理能力充足,處理率較高。半島近岸海域海水質量的改善明顯得益于生活污水的集中處理和多個國家級自然保護區(qū)的建立,但是工業(yè)廢水集中處理能力的發(fā)展停滯不前,工業(yè)廢氣排放總量持續(xù)增加,半島近岸海域環(huán)境質量仍面臨壓力。

雷州半島近岸海域共有5個年份發(fā)現赤潮災害,出現赤潮災害海域均為湛江港灣內局部海域。赤潮原本是一種自然現象,但高速的社會經濟發(fā)展所帶來的環(huán)境污染加劇了這一現象發(fā)生的次數和危害的程度。近年來,湛江港灣內赤潮發(fā)生的周期越來越短,殃及的海域面積有擴大趨勢。

3.1.2 生態(tài)環(huán)境退化

雷州半島沿岸是紅樹林的天然分布區(qū),紅樹林資源豐富,生態(tài)系統(tǒng)較為穩(wěn)定,由于圍海造田、圍塘養(yǎng)殖以及城市發(fā)展等原因曾遭到嚴重破壞。在1950—1985年間,覆蓋面積從1.4萬hm2銳減到0.58萬hm2,沿海生態(tài)環(huán)境十分脆弱。自1990年以來,半島累計人工種植紅樹林面積約0.2萬hm2,覆蓋總面積增加到0.77萬hm2。特別是國家紅樹林保護區(qū)成立后,保護管理機構完善,管理規(guī)定相繼出臺,公眾的保護意識日益提高,紅樹林資源得到有效保護,一定程度遏制了半島沿海生態(tài)功能退化的勢頭,這對抵御海潮、風浪等自然災害,維護和改善海灣、河口地區(qū)生態(tài)環(huán)境具有不可替代的作用。

雷州半島珊瑚礁群落集中分布在南部海域,受人類直接干擾破壞、生態(tài)災害及污染物排放等威脅,其生態(tài)系統(tǒng)結構和功能已經出現退化,處于亞健康狀態(tài),蓋度逐年下降,死亡率上升。其中水尾角活珊瑚的平均蓋度從2004年的40%銳減至2009年的14%,放坡珊瑚的平均死亡率達到60%以上[11]。珊瑚礁出現少量白化現象,珊瑚群落結構已經發(fā)生改變,優(yōu)勢種由秘密角蜂巢珊瑚轉變成對沉積物耐受力較強的二異角孔珊瑚。在水尾角北部的流沙灣附近存在大量的魚類和貝類養(yǎng)殖場,所產生的食物殘屑和廢料隨水流進入珊瑚礁區(qū)域,形成高營養(yǎng)水體,從而對珊瑚生長造成不利的影響。海水水質惡化,沉積物增加,透明度降低是南部海域珊瑚死亡和品種單一化的直接原因。

3.1.3 水生生物多樣性下降

雷州半島沿岸生態(tài)系統(tǒng)健康狀況略有下降,主要表現在生物群落結構狀況惡化,浮游植物、浮游動物和底棲生物的密度偏低,呈逐年下降的趨勢。半島近岸海域網箱養(yǎng)殖、底播增殖等海水養(yǎng)殖規(guī)?；潭雀?填海造地及海洋工程建設等沿岸開發(fā)活動引起水體懸浮物含量增加、透明度降低、石油類污染加重,近岸海洋生物在一定程度上受到汞污染,部分生物體內鎘殘留水平超一類海洋生物質量標準[11],導致近岸海洋生物群落結構已經發(fā)生明顯改變,群落結構趨于簡單化,生物多樣性低,處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

3.1.4 自然災害頻發(fā)

雷州半島地形特殊,呈三面傾斜的 “龜背”地形,對蓄水不利,水庫常年蓄水不豐。但其地處低緯度地區(qū),三面環(huán)海,常處于潮濕不穩(wěn)定狀態(tài),有利于暴雨的形成,暴雨一年四季均有發(fā)生,頻繁的暴雨常造成山洪暴發(fā),江河泛濫,低洼地區(qū)大面積積水,澇浸成災。同時,半島受熱帶季風氣候影響明顯,導致降水時空分布不均,春季冷空氣過強或過弱,都使鋒面偏南或偏北[5],降水偏少,造成春旱,并且氣溫迅速回升,日照強,蒸發(fā)量大,加劇了旱情。此外,半島也時常受到西太平洋和南海兩類臺風災害侵襲,成災強度大,速度快,危害重等。臺風侵襲時,還會伴隨暴雨和暴潮,侵蝕海岸。

極端天氣的臺風、干旱和暴雨等氣象災害對雷州半島沿海生態(tài)環(huán)境有一定影響,但其影響程度有限。臺風引起的風暴潮對東部沙質海岸有海蝕現象出現,但沿岸的防風林完整,影響范圍較小;對珊瑚礁群落造成一定的損害,但礁體水深較大,影響程度很有限,不是珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)退化的主因。暴雨對沿岸陸上生態(tài)環(huán)境有一定影響,洪澇災害主要發(fā)生在半島的幾個主要河流流域地區(qū),但雷州半島特殊的地形有利排洪,洪澇災害持續(xù)時間短,對沿岸陸上生態(tài)環(huán)境的破壞程度不明顯。雷州半島的干旱災害頻發(fā),但是半島地下水資源豐富[6],植被面積持續(xù)增加,并且人工降雨技術日趨成熟,干旱災害對沿海陸上生態(tài)環(huán)境的損害逐年下降。

3.2 主要生態(tài)問題

3.2.1 水質污染

雷州半島經濟總量低,現在正處于經濟高速發(fā)展的黃金期,工業(yè)、港口的快速發(fā)展所帶來的海洋環(huán)境污染有惡化的趨勢。特別是以湛江港為中心的重點工業(yè)發(fā)展區(qū),大量重工業(yè)的進駐、港口運輸業(yè)的快速發(fā)展以及湛江灣內的大面積圍填海,必將使已經處于高度富營養(yǎng)化的湛江灣海域污染加劇,赤潮災害頻發(fā)。污染加劇和人工海岸引起的水動力環(huán)境改變,使得海水的溫度、p H值、含鹽量、透明度、生物種類和數量等性狀發(fā)生改變,對海洋的生態(tài)平衡構成危害,是近岸海洋生態(tài)系統(tǒng)嚴重退化的主因。

同時,半島境內集水面積100 km2以上的干支流有42條[5],其中獨流入海的有22條,且集水面積1 000 km2以上的河流有鑒江、九洲江、南渡河和遂溪河,使陸源污染經河流匯集沿岸海域,污染壓力大。并且半島城鎮(zhèn)化水平低,內陸工業(yè)粗放,農村生活污水和內陸工業(yè)廢水直接排入河流匯集海洋,使河口富營養(yǎng)化嚴重,無機氮、活性磷酸鹽污染面積仍有擴大的趨勢。

3.2.2 典型生態(tài)系統(tǒng)退化

雷州半島西南沿岸的珊瑚礁、海草床等典型生態(tài)系統(tǒng)已經出現退化。其中部分珊瑚群落出現蓋度下降、死亡率上升、白化,生長受到抑制、優(yōu)勢種轉變和珊瑚礁生物量減少等退化現象。海草床生態(tài)系統(tǒng)退化的癥狀為草場面積縮小和植株低矮稀疏等。導致這些典型生態(tài)系統(tǒng)退化的因素包括水質惡化、破壞性漁業(yè)活動、捕撈作業(yè)、養(yǎng)殖活動、船只停泊、旅游業(yè)過度開發(fā)、海岸帶開發(fā)、海岸工程建設和污水排放等。其中,海水養(yǎng)殖模式及管理技術落后,粗放式養(yǎng)殖仍占據較大比例,養(yǎng)殖企業(yè)自身環(huán)保措施薄弱以及水域灘涂養(yǎng)殖開發(fā)管理不盡完善,超容量開發(fā),不注重養(yǎng)殖布局和養(yǎng)殖模式的優(yōu)化,造成自身水體污染,是珊瑚礁、流沙灣海草床等典型生態(tài)系統(tǒng)出現退化的主因。

3.2.3 天然岸線和生境減少

雷州半島港灣眾多,大、小港灣共107處,現有灘涂、淺海養(yǎng)殖開發(fā)多局限在風浪平靜的內灣水域和灘涂,已開發(fā)用于海水養(yǎng)殖的淺海灘涂面積僅占總面積的8%,深海水域及開闊型海岸的淺海灘涂未能得到有效利用,導致總體布局明顯不合理,養(yǎng)殖密度大。并且隨著海水養(yǎng)殖新品種的傳播和移植,外來海洋物種數量大,養(yǎng)殖對象經各種方式進入自然海域,繁殖并建立穩(wěn)定種群,不僅與土著生物爭奪生存空間和餌料,奪取優(yōu)越生態(tài)位,并且傳播疾病,與土著生物雜交導致遺傳污染,降低土著生物的生存能力,導致土著生物自然群體降低,甚至瀕于滅絕。

同時,隨著半島城市、港口的發(fā)展和陸上海水養(yǎng)殖的興起,圍填海用地使得海岸線平直化,導致海灣水動力環(huán)境改變和納污能力降低,灘涂濕地銳減,潮間帶生物滅絕。這些都將導致濱海濕地、潮間帶和淺海生物棲息地減少,引起海岸灘涂生態(tài)系統(tǒng)退化,對海洋生物多樣性和海洋生態(tài)系統(tǒng)安全帶來了一定影響。

4 承載力評價指標體系及模型

4.1 指標體系

生態(tài)環(huán)境承載力是指在一定時期內,在維持生態(tài)系統(tǒng)正常功能相對穩(wěn)定的前提下,生態(tài)環(huán)境所能容納的人口密度和經濟規(guī)模的大小。生態(tài)系統(tǒng)退化問題,是人類活動與生態(tài)環(huán)境承載力之間出現沖突的表現。生態(tài)環(huán)境承載力指標體系是區(qū)域生態(tài)環(huán)境特征的定量描述,既要能夠反映區(qū)域生態(tài)環(huán)境客觀自然屬性差異的實質,也要充分體現社會經濟活動對區(qū)域生態(tài)環(huán)境的影響。同時,還要兼顧評價實施的技術可行性。

影響海岸帶生態(tài)環(huán)境脆弱性的原因很多,評價中既不能采用所有要素,也不能遺漏關鍵的因素[3]。全面分析了雷州半島海岸帶生態(tài)環(huán)境脆弱性的成因、特征及各脆弱因子之間的作用形式、作用強度,力圖建立準確、完整的評價指標體系。

指標選取的原則有3個:一是綜合性原則,綜合考慮各種影響因子和表現方式,建立多指標評價體系;二是主導性原則,突出海岸帶生態(tài)環(huán)境脆弱化過程中的主導因素;三是可操作性原則,選取作用大、敏感性強、可測性好的具體要素為指標,做到簡單實用。

依據以上原則,在雷州半島生態(tài)環(huán)境脆弱性分析結果的基礎上,制定適用于其海岸帶生態(tài)環(huán)境承載力的指標體系。海岸帶經生態(tài)環(huán)境承載力指標體系評價后輸出三類承載能力,分別是超載、滿載、可載。其體系結構見圖1。

圖1 海岸帶生態(tài)環(huán)境承載力指標體系

4.2 評價模型

目前,承載力評價的主要方法有指標判別、層次分析,綜合分析和疊加比較法等,這些方法都是基于對所掌握的承載力影響因素,人為地對其進行定性或定量的分析研究,未能真正揭露數據的本質,評價結果容易受主觀因素的影響。在國內外已有研究的基礎上,根據雷州半島海岸帶生態(tài)環(huán)境脆弱性影響因素,借助數據挖掘工具和聚類方法論,基于模糊邏輯理論和C均值算法原理,建立模糊C均值海岸帶生態(tài)環(huán)境承載力評價模型。

該模型是一種基于劃分的聚類算法,其思想是使得被劃分到同一簇的對象之間相似度最大,而不同簇之間的相似度最小。模糊C均值算法是普通C均值算法的改進,普通C均值算法對于數據的劃分是硬性的,而該模型則是一種柔性的模糊劃分。

5 承載力評價應用

5.1 野外調查

2010年6月30日至7月12日,在雷州半島近岸海域大約15 m等深線范圍以內共設置19個斷面進行海水采樣調查。其中,每個斷面自陸向海依次設置近岸、中間和遠岸3個調查點,共計57個站位,具體分布如圖2所示。本次調查項目有鹽度、葉氯素a、石油類、溶解氧、活性磷酸鹽以及溶解性無機氮等,調查結果如表1所示。

圖2 雷州半島近岸海域野外調查站位

表1 雷州半島近岸海域野外調查結果

續(xù)表

續(xù)表

5.2 評價結果

根據海岸帶生態(tài)環(huán)境承載力指標體系及評價模型,雷州半島海岸帶承載力評價結果如圖3所示。

圖3 雷州半島海岸帶承載力評價結果

由評價結果可知,經濟欠發(fā)達的雷州半島三面環(huán)海,海岸帶生態(tài)環(huán)境承載力可載能力整體水平高,滿載海域主要出現在港灣以及河口,未出現超載海域。其中,以湛江港為中心的海岸帶承載力評價結果與對氮限制的潛在富營養(yǎng)程度評價結果相符;同時,也與文獻記載的湛江港赤潮發(fā)生面積和頻率相一致。半島南北部海域海岸帶承載力評價結果則與國家海洋局中國海洋環(huán)境質量監(jiān)測結果相符[11],由此可見,海岸帶承載力評價指標體系設置合理,基于模糊C均值的評價方法有效。

雷州半島海岸帶生態(tài)環(huán)境承載力滿載海域僅局限在海上交通運輸繁忙的港灣、淺海養(yǎng)殖密集區(qū)以及主要河口,其中以湛江港為中心的海域面積最大,引起其生態(tài)環(huán)境改變的原因有二:一是該海域涵蓋雷州半島兩條主要河流(鑒江、南渡河)的河口區(qū),陸源污染是生態(tài)環(huán)境改變的原因之一;二是湛江港灣內的大面積圍填海以及高密度的海水養(yǎng)殖在一定程度上改變了水動力環(huán)境,降低了灣內的納污能力,對生態(tài)環(huán)境造成一定的負面影響。當然,以湛江港為中心的海岸帶生態(tài)環(huán)境有進一步惡化的可能;但是,由于其直接面向南海,納污能力強、容量大,發(fā)生的概率較低,生態(tài)環(huán)境修復難度較小。其他滿載海域面積較小,僅發(fā)生在近岸海域。其中,引起海安港生態(tài)環(huán)境改變的主要原因是繁忙的海上交通運輸,其他滿載海域主要是由淺海養(yǎng)殖密度高所致。

6 結束語

海岸帶擁有豐富的自然資源,為人類社會的可持續(xù)發(fā)展提供了強大的物質基礎。然而,隨著海岸帶自然資源利用的縱深發(fā)展,使得其生態(tài)功能已經失調并導致了嚴重的生境退化,正面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)。本研究以雷州半島為例,基于生態(tài)環(huán)境脆弱對海岸帶承載力評價進行了探討,希望能對海岸帶地區(qū)的社會經濟可持續(xù)發(fā)展有所裨益。保護海岸帶生態(tài)環(huán)境,應該建立一個合理的長效機制,以統(tǒng)籌海岸帶自然、經濟與社會的協(xié)調發(fā)展,解決海岸帶開發(fā)利用與生態(tài)環(huán)境保護之間的矛盾。

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海洋公益性科研專項(200905005-05).