翁駿超, 袁 琳, 張利權(quán), 李 蕙

(華東師范大學(xué) 河口海岸學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200062)

象山港海灣生態(tài)系統(tǒng)綜合承載力評估

翁駿超, 袁 琳, 張利權(quán), 李 蕙

(華東師范大學(xué) 河口海岸學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200062)

象山港是我國典型的狹長型半封閉海灣生態(tài)系統(tǒng)，然而近年來在人類活動(dòng)的作用下，海灣的資源、環(huán)境和服務(wù)功能出現(xiàn)退化.本研究以象山港海灣生態(tài)系統(tǒng)為研究對象，基于生態(tài)承載力理論，構(gòu)建象山港海灣生態(tài)系統(tǒng)綜合承載力評價(jià)指標(biāo)體系，分別從資源供給能力、環(huán)境納污能力和人類支持能力等三個(gè)方面評價(jià)象山港海灣生態(tài)系統(tǒng)綜合承載力.研究結(jié)果表明，2003—2011年，象山港海灣生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境納污能力表現(xiàn)為逐年下降的趨勢，且過載區(qū)域面積所占比例也從2003年的17.2%，逐年增加到2011年的41.8%，水體無機(jī)氮和活性磷酸鹽是造成海灣各功能區(qū)環(huán)境納污能力過載的主要環(huán)境因子；資源供給能力逐年下降，可載區(qū)域面積所占比例從2003年的87.4%，逐年下降到2011年的0.1%，表現(xiàn)為從海灣口門處向內(nèi)灣逐漸降低的趨勢；人類支持能力可載區(qū)域面積所占比例略有改善，處于可載狀態(tài).基于環(huán)境納污能力、資源供給能力和人類支持能力的象山港海灣生態(tài)系統(tǒng)綜合承載力也逐年下降，表現(xiàn)為過載區(qū)域的面積逐年增加，內(nèi)灣的綜合承載力低于口門，其中環(huán)境納污能力下降是造成象山港海灣生態(tài)系統(tǒng)綜合承載力過載的主要原因.研究結(jié)果客觀地反映了象山港海灣生態(tài)系統(tǒng)綜合承載力狀況，文章提出的海灣生態(tài)系統(tǒng)承載力的評估方法和模式可應(yīng)用到我國其他海灣生態(tài)系統(tǒng)，為我國海灣生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)和管理提供了理論依據(jù)和技術(shù)支撐.

海灣生態(tài)系統(tǒng)； 綜合承載力； 環(huán)境納污能力； 資源供給能力； 人類支持能力； 象山港

0 引 言

海灣三面環(huán)陸，是陸海相互作用的關(guān)鍵區(qū)域，也是人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的密集區(qū).由于其獨(dú)特的自然條件和區(qū)位優(yōu)勢，海灣在提供生物資源、水質(zhì)凈化、氣候調(diào)節(jié)等生態(tài)服務(wù)功能的同時(shí),也成為國土資源開發(fā)強(qiáng)度最高的區(qū)域，倍受人類活動(dòng)的影響.然而，海灣高強(qiáng)度的開發(fā)活動(dòng)在取得顯著經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，對海灣生態(tài)環(huán)境也造成了嚴(yán)重的負(fù)面影響，海灣生態(tài)系統(tǒng)正面臨著生態(tài)環(huán)境惡化、海灣資源過度利用、不合理開發(fā)等巨大壓力，區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和海灣生態(tài)系統(tǒng)之間的矛盾不斷激化[1].

生態(tài)承載力反映了生態(tài)系統(tǒng)的自我維持、自我調(diào)節(jié)能力和資源與環(huán)境的供容能力[2].作為衡量區(qū)域經(jīng)濟(jì)、社會和生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的重要標(biāo)志，生態(tài)承載力已成為國內(nèi)外學(xué)者共同研究的熱點(diǎn)[3,4].近年來，圍繞近海環(huán)境容量、海岸帶生態(tài)承載力，國外開展了一系列研究[5-7].Davis等[5]研究了潛水運(yùn)動(dòng)對美國海岸帶的影響，評估了海岸帶生態(tài)環(huán)境閾值，為海岸帶保護(hù)區(qū)的管理提供了理論依據(jù)；Zacarias等[6]以葡萄牙南部福爾摩沙半島的法魯海灘為研究區(qū)域，評估了該區(qū)域在不干擾周圍生態(tài)環(huán)境基礎(chǔ)上，最多能容納多少游客；Jurado等[7]通過構(gòu)建海岸帶旅游區(qū)生態(tài)承載力的指標(biāo)體系，對伊比利亞半島太陽海岸南部進(jìn)行了生態(tài)承載力評價(jià).我國從20世紀(jì)80年代開始陸續(xù)開展了海域污染物自凈能力、環(huán)境容量和河口、海岸帶區(qū)域生態(tài)承載力的相關(guān)研究[8-14].燕守廣等[10]利用生態(tài)壓力與生態(tài)彈性力之間的相互作用關(guān)系構(gòu)建了生態(tài)承載力評價(jià)指標(biāo)體系，對長三角復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)承載力進(jìn)行評價(jià)；張繼民等[11]應(yīng)用“壓力—狀態(tài)—響應(yīng)”模型構(gòu)建黃河口區(qū)域綜合承載力評估指標(biāo)體系，評估了2007—2009年黃河口區(qū)域的綜合承載力；蘇蔚瀟[12]利用“壓力—狀態(tài)—響應(yīng)”概念模型(Pressure-State-Response, P-S-R模型)，構(gòu)建了海岸帶區(qū)域生態(tài)環(huán)境綜合承載力評價(jià)指標(biāo)體系，利用經(jīng)濟(jì)、社會、生態(tài)、環(huán)境及人文等數(shù)據(jù)，評估了2005—2009年天津?yàn)I海新區(qū)海岸帶的綜合承載力；蘇盼盼等[13]以舟山海岸帶為研究區(qū)域，通過構(gòu)建綜合總供給-綜合總需求模型(SAD-SAS模型)，計(jì)算了舟山海岸帶綜合承載力；Wei等[14]利用狀態(tài)空間法，評估了江蘇省南通市2005年、2008年和2009年綜合承載力.然而，縱觀國內(nèi)外生態(tài)承載力評估研究可以發(fā)現(xiàn)，研究對象多集中在陸地、海洋和海岸帶生態(tài)系統(tǒng)，對于海灣這種復(fù)雜的陸海交互生態(tài)系統(tǒng)，其生態(tài)承載力研究尚未深入展開.此外，在開展承載力評估時(shí)，常常只針對環(huán)境容量或某一特定目標(biāo)進(jìn)行評估，從環(huán)境納污、資源供給、人類支持等幾個(gè)生態(tài)承載力核心層面開展綜合承載力評估，從而為海灣生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)或管理提供理論依據(jù)的案例研究還很少.

象山港為我國典型的狹長型海灣，具有豐富的自然資源，但由于該海灣狹長，水體交換能力弱，自凈能力低，生態(tài)系統(tǒng)對人類活動(dòng)和自然變化的響應(yīng)表現(xiàn)出復(fù)雜性、敏感性和脆弱性，嚴(yán)重影響了象山港海灣生態(tài)環(huán)境保護(hù)和資源可持續(xù)利用.因此，本研究基于生態(tài)承載力理論，以象山港海灣生態(tài)系統(tǒng)為研究對象，在3S技術(shù)、歷史數(shù)據(jù)和現(xiàn)場調(diào)查的基礎(chǔ)上，針對狹長型海灣資源開發(fā)中出現(xiàn)的關(guān)鍵問題，構(gòu)建象山港海灣生態(tài)系統(tǒng)綜合承載力評價(jià)指標(biāo)體系，分別從資源供給能力、環(huán)境納污能力和人類支持能力等3個(gè)方面評價(jià)象山港海灣生態(tài)系統(tǒng)綜合承載力，為象山港海灣生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)和管理提供技術(shù)支撐.

1 研究區(qū)域

象山港位于我國大陸海岸線的中部，浙江省中部偏北沿海，北緯29°24′—29°48′，東經(jīng)121°25′—122°03′，是一個(gè)縱長約為 62.8 km、面積 563 km2的半封閉海灣，港中有3個(gè)內(nèi)港，分別為西滬港、黃墩港和鐵港[15].海岸有大小溪流95條，年平均徑流量12.9億m3.象山港主槽較深，一般在10～20 m，最深處可達(dá)47 m.灘涂平坦廣闊，水體交換口門處良好，港底較差[16].

象山港是寧波市經(jīng)濟(jì)發(fā)展最重要的天然資源之一，集“港、漁、涂、島、景”五大優(yōu)勢資源于一身，是浙江省乃至全國重要的海水增養(yǎng)殖基地和多種經(jīng)濟(jì)魚類洄游、索餌和繁育場及菲律賓蛤仔等經(jīng)濟(jì)貝類苗種自然產(chǎn)區(qū)，在寧波市發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)、建設(shè)“海洋經(jīng)濟(jì)強(qiáng)市”中具有重要的地位[16].象山港內(nèi)共有海涂1.7萬hm2，約占寧波市海涂總量約9.6萬hm2的17.7%，周邊常住人口超過60萬，已建成國華(寧海)、大唐(烏沙山)2個(gè)大型濱海電廠.象山港也是寧波市及沿灣各縣市圍填?；顒?dòng)頻繁的區(qū)域之一，到2003年圍填海工程總面積達(dá)到42 km2[17].近年來，圍填?；顒?dòng)、海灣養(yǎng)殖、環(huán)境污染等使象山港海灣水動(dòng)力環(huán)境、環(huán)境容量、生態(tài)承載力和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能等發(fā)生了重大變化[17].

2 研究方法

2.1 承載力評估單元?jiǎng)澐?/p>

參考黃秀清等對象山港海洋環(huán)境容量研究中海域區(qū)劃方案[18]，根據(jù)象山港海域自然屬性、資源環(huán)境容量等原則，將象山港海域劃分成7個(gè)相對均質(zhì)的單元(見圖1)，使每個(gè)單元都符合一致性的要求，而任意兩個(gè)相鄰的合并都不會破壞這種一致性原則.其中海區(qū)Ⅰ為象山港的口門，具有極其重要的自然屬性和功能；海區(qū)Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ是自然屬性復(fù)雜程度不一的3個(gè)過水海區(qū)，也是內(nèi)灣的潮流通道；海區(qū)Ⅲ、Ⅵ、Ⅶ為象山港的3個(gè)內(nèi)港所在的內(nèi)灣海域.

2.2 承載力評估指標(biāo)體系的構(gòu)建

在全面了解象山港海灣生態(tài)系統(tǒng)歷史與現(xiàn)狀情況的基礎(chǔ)上，從生態(tài)承載力的三個(gè)核心層面，即環(huán)境納污能力、資源供給能力、人類支持能力三個(gè)方面選取能夠反映海灣生態(tài)系統(tǒng)承載力的指標(biāo)，構(gòu)建指標(biāo)庫.其中海灣環(huán)境納污能力是指一定生活水平和環(huán)境質(zhì)量要求下，在不超過生態(tài)系統(tǒng)耐受限度條件下某一海域環(huán)境子系統(tǒng)所能容納的污染物數(shù)量，以及可支撐的經(jīng)濟(jì)規(guī)模與相應(yīng)人口的能力；資源供給能力是指在環(huán)境容量可容納范圍內(nèi)，生態(tài)系統(tǒng)給予人類以及各種動(dòng)物的生存必須依賴于各種自然資源能力；人類支持能力是指人類在生態(tài)系統(tǒng)中起到的壓力以及支持力的雙重作用[19].

圖1 象山港地理位置與區(qū)域劃分示意圖Fig.1 Geographic position and regional division of the Xiangshan bay

然后，基于科學(xué)性、全面性、代表性、可操作性、穩(wěn)定性與時(shí)序性原則[13]，從指標(biāo)庫中篩選出17個(gè)指標(biāo)用于構(gòu)建適用于象山港海灣生態(tài)系統(tǒng)綜合承載力評估的3層評估指標(biāo)體系(見表1).該指標(biāo)體系第1層為目標(biāo)層，包括環(huán)境納污能力、資源供給能力、人類支持能力，用以描述生態(tài)承載力評價(jià)的目標(biāo)；第2層為要素層，環(huán)境納污能力考慮水體和沉積物兩個(gè)要素，資源供給能力考慮水資源、生物資源、灘涂資源和港口資源4個(gè)要素，人類支持能力考慮管理和建設(shè)水平及社會經(jīng)濟(jì)進(jìn)步； 第3 層為指標(biāo)層， 包含17個(gè)直接用于象山港海灣生態(tài)系統(tǒng)綜合承載力評估的指標(biāo).其中9個(gè)海灣環(huán)境納污能力的評價(jià)指標(biāo)來自于國際經(jīng)合組織提出的環(huán)境績效考核核心指標(biāo)[20]和《中國海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(GB 3097—1997)》、《中華人民共和國海洋沉積物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB 18668—2002)》，另外8個(gè)指標(biāo)是本文在全面了解象山港海灣社會、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)系統(tǒng)歷史與現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，結(jié)合專家打分結(jié)果，根據(jù)象山港海灣自身特點(diǎn)所選取的.

表1 象山港海灣生態(tài)系統(tǒng)綜合承載力評估指標(biāo)體系Tab.1 Indicators for integrated carrying capacity assessment of Xiangshan bay ecosystem

注：*數(shù)據(jù)參考寧波市環(huán)境狀況公報(bào)[21-23]與調(diào)查數(shù)據(jù); **數(shù)據(jù)參考寧波市水資源公報(bào)[24-26]；***數(shù)據(jù)參考寧波市統(tǒng)計(jì)年鑒[27-29]

2.3 承載力評估指標(biāo)處理

由于各指標(biāo)對評價(jià)海灣生態(tài)系統(tǒng)承載力的重要性不同，因此需要確定各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重，用來表示各種指標(biāo)變量或要素對于上一層等級要素的相對重要程度.本文采用層次分析法 (Analytic Hierarchy Process，AHP)[30],根據(jù)專家打分結(jié)果確定評價(jià)指標(biāo)的相對重要性，再通過構(gòu)建判斷矩陣確定不同目標(biāo)、要素及指標(biāo)權(quán)重[31](見表1).

在承載力評估指標(biāo)體系中，由于各評價(jià)指標(biāo)類型復(fù)雜，指標(biāo)之間缺乏可比性，不同指標(biāo)其量綱不同，為消除量綱不同的影響，須對各評價(jià)指標(biāo)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理.依據(jù)指標(biāo)的特點(diǎn)，研究區(qū)域的實(shí)際情況，根據(jù)式(1)和(2)，對評價(jià)指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，將與象山港海灣生態(tài)系統(tǒng)綜合承載力負(fù)相關(guān)指標(biāo)(如COD、As(砷)、水產(chǎn)品產(chǎn)量等)及與海灣生態(tài)系統(tǒng)綜合承載力正相關(guān)指標(biāo)(如水資源總量、水利環(huán)保投資、旅游收入等)歸一化至[0，1]區(qū)間[30].在此基礎(chǔ)上，將象山港海灣生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境納污能力、資源供給能力、人類支持能力和綜合承載力評價(jià)結(jié)果劃分為差[0，0.25]、較差(0.25，0.50]、良(0.50，0.75]、優(yōu)(0.75，1]四個(gè)等級.在劃定各指標(biāo)分級區(qū)間時(shí)，如“COD”、“溶解氧”、“無機(jī)氮”、“活性磷酸鹽”、“石油類”等水體和沉積物指標(biāo)，參考《中國海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(GB3097—1997)》、《中華人民共和國海洋沉積物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB 18668-2002)》和地方的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與研究區(qū)歷史數(shù)據(jù)相結(jié)合的方法劃分承載力分級標(biāo)準(zhǔn).沒有國家標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)，則根據(jù)象山港歷史數(shù)據(jù)和地方管理目標(biāo)確定等級區(qū)間上下限.

標(biāo)準(zhǔn)化后的指標(biāo)值在ArcGIS平臺運(yùn)用克里金插值法，進(jìn)行空間插值，使離散數(shù)據(jù)連續(xù)化，得到指標(biāo)的空間化結(jié)果，并利用狀態(tài)空間法[14,31]進(jìn)行定量描述.

(1)當(dāng)評價(jià)指標(biāo)為正指標(biāo)時(shí)

(1)

(2)當(dāng)評價(jià)指標(biāo)為負(fù)指標(biāo)時(shí)

(2)

式中,pij為各指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化賦值結(jié)果；xij為實(shí)際數(shù)值；xu和xv分別為指標(biāo)實(shí)際值xij所對應(yīng)分級區(qū)間的上限和下限；cu和cv分別為xij所對應(yīng)等級的標(biāo)準(zhǔn)化分值區(qū)間的上限和下限.

2.4 承載力的評估

通過計(jì)算象山港海灣生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)每一評價(jià)單元的環(huán)境納污能力指數(shù)(Environmental carrying capacity index，EECC)(式3)、資源供給能力指數(shù)(Resource supplying capacity index，ERSC)(式4)和人類支持能力指數(shù)(Human supporting capacity index，EHSC)(式5)，評價(jià)象山港海灣生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境納污、資源供給和人類支持能力.基于此，再通過計(jì)算綜合承載力指數(shù)(Integrated carrying capacity，EICC)(式6)綜合評價(jià)象山港海灣生態(tài)系統(tǒng)綜合承載力.

(3)

(4)

(5)

EICC=ωE×EECC+ωR×ERSC+ωH×EHSC.

(6)

式中：EICC、ECC、RSC、HSC分別為第j個(gè)評價(jià)單元的綜合承載力、環(huán)境納污能力、資源供給能力、人類支持能力指數(shù)；ωi為第i個(gè)評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重值；xij為第j類承載力第i個(gè)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值.當(dāng)EICC、ECC、RSC、HSC>0.5，可載；當(dāng)EICC、ECC、RSC、HSC≤0.5，過載.

基于ArcGIS平臺，通過空間聚類方法，分別對7個(gè)功能區(qū)的環(huán)境納污能力、資源供給能力、人類支持能力和綜合承載力及過載面積進(jìn)行計(jì)算分析.

3 結(jié)果與分析

3.1 象山港海灣生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境納污能力評估結(jié)果

2003—2011年象山港海灣生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境納污能力表現(xiàn)為逐年下降的趨勢(見圖2)，且過載區(qū)域面積逐年增加.2003年，象山港海灣生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境納污能力整體為良；僅在Ⅳ、Ⅵ、Ⅶ功能區(qū)部分海域?yàn)檩^差，處于過載狀態(tài)；過載的區(qū)域面積占整個(gè)海灣面積的17.2%.2008年，象山港海灣生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境納污能力與2003年相比整體降低，Ⅱ、Ⅵ、Ⅶ功能區(qū)環(huán)境納污能力等級降低為差，過載的區(qū)域面積占整個(gè)海灣面積的26.6%.2011年，象山港海灣生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境納污能力進(jìn)一步惡化，Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ功能區(qū)納污能力均表現(xiàn)為差，過載的區(qū)域面積增加到占整個(gè)海灣面積的41.8%.

圖2 2003—2011年象山港海灣生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境納污能力評價(jià)結(jié)果Fig.2 Environmental carrying capacity assessment of Xiangshan bay ecosystem from 2003 to 2011

從環(huán)境納污能力評價(jià)指標(biāo)結(jié)果來看，2003—2011年象山港海灣生態(tài)系統(tǒng)沉積物指標(biāo)評價(jià)結(jié)果均大于0.5，表現(xiàn)為優(yōu)、良水平，處于可載狀態(tài)；而水體中無機(jī)氮、活性磷酸鹽的評價(jià)結(jié)果均在0.5以下，處于過載狀態(tài)(見圖3).2003年，象山港海灣生態(tài)系統(tǒng)各功能區(qū)沉積物指標(biāo)中，除Cd外，其余指標(biāo)的評價(jià)結(jié)果均高于0.5，表現(xiàn)為優(yōu)和良，處于可載狀態(tài)；水體中活性磷酸鹽、無機(jī)氮的評價(jià)結(jié)果在Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ功能區(qū)表現(xiàn)為較差、差水平，處于過載狀態(tài)，且在空間上表現(xiàn)為從海灣的口門處到內(nèi)灣逐漸惡化趨勢.2008年，象山港海灣生態(tài)系統(tǒng)各功能區(qū)的水體指標(biāo)中無機(jī)氮和活性磷酸鹽的評價(jià)結(jié)果在Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ功能區(qū)為較差、差水平，處于過載狀態(tài).2011年，象山港海灣生態(tài)系統(tǒng)的水體污染因子仍然主要為無機(jī)氮和活性磷酸鹽，這兩個(gè)評價(jià)指標(biāo)在整個(gè)海域各功能區(qū)均表現(xiàn)為過載.綜合來看，水體中無機(jī)氮和活性磷酸鹽是造成象山港海灣生態(tài)系統(tǒng)各功能區(qū)環(huán)境納污能力過載的主要環(huán)境因子.

圖3 2003—2011年象山港海灣生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境納污能力評價(jià)指標(biāo)及評估結(jié)果Fig.3 Xiangshan bay ecosystem environmental carrying capacity assessment of each indicator from 2003 to 2011

3.2 象山港海灣生態(tài)系統(tǒng)資源供給能力評估結(jié)果

2003—2011年象山港海灣生態(tài)系統(tǒng)資源供給能力表現(xiàn)為逐年下降的趨勢(見圖4)，且過載區(qū)域面積逐年增加，資源供給能力表現(xiàn)為從口門處向內(nèi)灣逐漸降低的趨勢.2003年，象山港海灣生態(tài)系統(tǒng)資源供給能力整體表現(xiàn)為良，僅在Ⅵ、Ⅶ功能區(qū)表現(xiàn)為較差和差，資源供給能力過載區(qū)域面積占整個(gè)海灣面積的12.6%.2008年，Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ功能區(qū)資源供給能力均表現(xiàn)為過載，過載區(qū)域面積明顯增加，占整個(gè)海灣面積的90.9%.2011年，象山港海灣生態(tài)系統(tǒng)資源供給能力已經(jīng)嚴(yán)重超載，過載面積占整個(gè)海灣面積的99.9%，人類活動(dòng)已經(jīng)嚴(yán)重威脅到了海域自然資源的可持續(xù)利用.

圖4 2003—2011年象山港海灣生態(tài)系統(tǒng)資源供給能力評價(jià)結(jié)果Fig.4 Resource supplying capacity assessment of Xiangshan bay ecosystem from 2003 to 2011

從資源供給能力評價(jià)指標(biāo)的評估結(jié)果來看，2003—2011年象山港海灣生態(tài)系統(tǒng)各功能區(qū)水資源總量逐年下降，評價(jià)結(jié)果均為過載；港口吞吐量評價(jià)結(jié)果逐年升高，承載力得到改善(見圖5).2003年，象山港海灣生態(tài)系統(tǒng)各功能區(qū)水產(chǎn)品總量評價(jià)結(jié)果，除Ⅵ功能區(qū)外，均高于0.5，表現(xiàn)為可載；2008年以后，水產(chǎn)品總量的評價(jià)結(jié)果逐年下降，由可載逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)檫^載.灘涂面積評價(jià)結(jié)果在2003—2011年間變化不大，其中Ⅲ、Ⅵ、Ⅶ功能區(qū)表現(xiàn)為可載.

3.3 象山港海灣生態(tài)系統(tǒng)人類支持能力評估結(jié)果

2003—2011年象山港海灣生態(tài)系統(tǒng)人類支持能力也逐年改善(見圖6和圖7).2003年，象山港海灣生態(tài)系統(tǒng)水利環(huán)保投資、港口航運(yùn)投資、科技研究投資和旅游收入的評價(jià)結(jié)果均低于0.25，各功能區(qū)人類支持能力評價(jià)結(jié)果為差.2008年，盡管象山港海灣生態(tài)系統(tǒng)水利環(huán)保投資評價(jià)結(jié)果高于0.5，各功能區(qū)其他指標(biāo)評價(jià)也有所改善，但各功能區(qū)人類支持能力仍低于0.5.2011年，象山港海灣生態(tài)系統(tǒng)水利環(huán)保投資、港口航運(yùn)投資、科技研究與技術(shù)服務(wù)投資、國際旅游收入均有明顯增加，各功能區(qū)人類支持能力也改善為優(yōu).

3.4 象山港海灣生態(tài)系統(tǒng)綜合承載力評估結(jié)果

2003—2011年象山港海灣生態(tài)系統(tǒng)綜合承載力整體表現(xiàn)為逐年下降的趨勢，從象山港海灣口門處到內(nèi)灣(從Ⅰ區(qū)到Ⅶ區(qū))，綜合承載力逐漸減小，且呈現(xiàn)惡化趨勢(見圖8).

圖5 2003—2011年象山港海灣生態(tài)系統(tǒng)資源供給能力評價(jià)指標(biāo)及評估結(jié)果Fig.5 Xiangshan bay ecosystem resource supplying capacity assessment of each indicators from 2003 to 2011

圖6 2003—2011年象山港海灣生態(tài)系統(tǒng)人類支持能力Fig.6 Human supporting capacity status of Xiangshan bay ecosystem from 2003 to 2011

圖7 2003—2011年象山港海灣生態(tài)系統(tǒng)人類支持能力評價(jià)指標(biāo)及評估結(jié)果Fig.7 Human supporting capacity indicators of Xiangshan harbor ecosystem from 2003 to 2011

圖8 2003—2011年象山港海灣生態(tài)系統(tǒng)綜合承載力評價(jià)結(jié)果Fig.8 Integrated carrying capacity status of Xiangshan bay ecosystem from 2003 to 2011

2003年、2008年和2011年象山港EICC綜合評價(jià)結(jié)果分別為0.475、0.437和0.403；處于較差水平；綜合承載力表現(xiàn)為過載的區(qū)域面積比例也逐年增加，從2003年的33.5%增加到2008年的81.4%，到2011年過載區(qū)域面積已達(dá)到84.1%；環(huán)境納污能力的下降，是造成象山港海灣生態(tài)系統(tǒng)綜合承載力過載的主要因素(見圖8).

4 討 論

象山港海灣生態(tài)系統(tǒng)是我國典型的狹長型海灣生態(tài)系統(tǒng)，由于其特殊的地形特點(diǎn)和自然條件，環(huán)境污染物極易在海灣中累積，造成海灣自凈能力下降.同時(shí)，由于其具有獨(dú)特的資源優(yōu)勢，海灣內(nèi)部和周邊高強(qiáng)度的人類開發(fā)活動(dòng)也會造成海灣生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)破壞、功能受損、承載能力降低.因此，如何科學(xué)合理地評估海灣生態(tài)系統(tǒng)綜合承載力是實(shí)現(xiàn)海灣生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)化管理亟需解決的關(guān)鍵問題之一.

生態(tài)承載力是指某一時(shí)期某一地域某一特定的生態(tài)系統(tǒng)，在確保資源的合理開發(fā)利用和生態(tài)環(huán)境良性循環(huán)發(fā)展的條件下，可持續(xù)承載人口數(shù)量、經(jīng)濟(jì)強(qiáng)度及社會總量的能力.它是生態(tài)系統(tǒng)自我維持以及反饋人類活動(dòng)影響的有力表征，能夠客觀反映生態(tài)系統(tǒng)所能承載的人口社會規(guī)模及其相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)方式和總量的能力，體現(xiàn)的是人與生態(tài)系統(tǒng)的和諧、互動(dòng)及共生的關(guān)系[2].近年來，隨著生態(tài)承載力研究的對象由簡單到復(fù)雜，由物質(zhì)性資源到功能性資源，由外在現(xiàn)象到內(nèi)部機(jī)制，研究方法也相應(yīng)由單一到復(fù)合、由描述統(tǒng)計(jì)到綜合建模，體現(xiàn)出多角度、系統(tǒng)化、機(jī)制化和多元化的特色[19].本文基于生態(tài)承載力內(nèi)涵，根據(jù)海灣自身特點(diǎn)，綜合考慮象山港海灣現(xiàn)狀、主要生態(tài)服務(wù)功能和未來管理需求，從生態(tài)承載力的3個(gè)核心層面(環(huán)境納污能力、資源供給能力、人類支持能力)對象山港海灣生態(tài)系統(tǒng)綜合承載力進(jìn)行評估，全面反映了象山港海灣生態(tài)系統(tǒng)在確保資源的合理開發(fā)利用和生態(tài)環(huán)境良性循環(huán)發(fā)展的條件下，可持續(xù)承載環(huán)境污染物、人口數(shù)量、經(jīng)濟(jì)強(qiáng)度及社會總量的能力.

海灣生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)“社會—經(jīng)濟(jì)—自然”為一體的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，它包含人口、社會、經(jīng)濟(jì)、資源、環(huán)境多個(gè)子系統(tǒng)的多個(gè)層次和方面，系統(tǒng)各層次有機(jī)結(jié)合，功能相互匹配，作用相互關(guān)聯(lián)，形成多因素、多層次、內(nèi)部關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜、系統(tǒng)內(nèi)外交流頻繁的復(fù)合的開放式巨系統(tǒng)[32].為了能夠反映海灣生態(tài)系統(tǒng)自我維持、調(diào)節(jié)的能力和系統(tǒng)的受壓狀態(tài)與反饋能力，本文將象山港海灣生態(tài)系統(tǒng)綜合承載力這一總目標(biāo)分層次去評價(jià)，即可實(shí)現(xiàn)對某一特定目標(biāo)的評估，也可滿足從多層面綜合評價(jià)海灣承載力的需求，進(jìn)而為海灣生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)或管理提供理論依據(jù).此外，本文還利用ArcGIS中地理空間數(shù)據(jù)庫、空間分析和圖像表達(dá)，實(shí)現(xiàn)了研究對象的地理位置和相關(guān)屬性信息的有機(jī)結(jié)合，完成地理空間數(shù)據(jù)的采集、處理、存儲、分析、管理和結(jié)果輸出[33].研究得出的空間評價(jià)結(jié)果直觀、清晰，客觀地展示了象山港海灣生態(tài)系統(tǒng)綜合承載力的時(shí)空變化，有助于發(fā)現(xiàn)問題和解決問題.

象山港海灣生態(tài)系統(tǒng)綜合承載力評估全面反映了象山港環(huán)境子系統(tǒng)所能容納的污染物數(shù)量，海灣資源所能提供的最大限度以及人類為改善海洋環(huán)境起到支持力作用.從本文的結(jié)果來看，影響各功能區(qū)環(huán)境納污能力的因子主要為無機(jī)氮、活性磷酸鹽濃度，這可能是因?yàn)闉硟?nèi)水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)餌料投放、附近化工廠廢水的排放和流域農(nóng)田的不合理施肥，使得象山港水體中無機(jī)氮、活性磷酸鹽濃度升高，造成水域環(huán)境納污能力減弱；Ⅵ、Ⅶ海域由于處在海灣最深處，由于狹長型海灣的特殊性，此處水動(dòng)力和水交換能力最弱，因此污染程度也相對較重.因此，合理布局和規(guī)劃海灣內(nèi)水產(chǎn)養(yǎng)殖方式和規(guī)模，合理控制餌料投放；通過加強(qiáng)水體與外界交換，提高擴(kuò)散能力，促進(jìn)污染物在海灣的遷移傳輸；加強(qiáng)周邊工廠的環(huán)?；A(chǔ)建設(shè)，實(shí)行排污總量控制制度和加強(qiáng)對涉海污染企業(yè)監(jiān)管力度，是今后提高象山港海灣生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境納污能力的有效手段.此外，象山港海灣生態(tài)系統(tǒng)為流域提供了豐富的自然資源，然而隨著人類對海灣資源的依賴日益增大，大量的自然資源得到開發(fā)，造成資源供給能力超出了環(huán)境容量范圍，呈現(xiàn)過載.例如，人類不合理的養(yǎng)殖規(guī)模、方式導(dǎo)致象山港水產(chǎn)品總量高于其允許的養(yǎng)殖容量，造成資源供給能力減弱.因此，應(yīng)逐步建立合理的海灣資源開發(fā)和利用模式，提高生產(chǎn)效率，恢復(fù)其可持續(xù)的資源供給能力.人類支持能力是人類在生態(tài)系統(tǒng)中通過反饋(包括技術(shù)、政策、管理手段等)影響支持力，人類可通過采取多項(xiàng)積極措施，建立合理的海洋資源開發(fā)秩序、減少污染物排海量、實(shí)施生態(tài)修復(fù)措施，從而改善海洋環(huán)境，提高生態(tài)承載力.隨著近年來科技投入的增加和環(huán)保措施的加強(qiáng)，象山港海灣生態(tài)系統(tǒng)人類支持能力也逐漸增加，目前已達(dá)到可載狀態(tài).綜上所述，加強(qiáng)流域排污總量控制，對涉海污染企業(yè)實(shí)施監(jiān)管治理，合理開發(fā)利用生物資源、土地資源、水資源，將有效資金投入到基礎(chǔ)設(shè)施、環(huán)保、水利、科研等方面，是提高象山港海灣生態(tài)系統(tǒng)綜合承載力有效手段.

本文通過對象山港狹長型海灣生態(tài)系統(tǒng)綜合承載力開展評估，更加深入地了解了海灣生態(tài)系統(tǒng)存在的問題及現(xiàn)狀，客觀地反映了象山港海灣生態(tài)系統(tǒng)綜合承載力，從而可以更加有針對性地提出如何合理調(diào)整人類開發(fā)活動(dòng)，減緩綜合承載力下降，維持生態(tài)系統(tǒng)功能的可持續(xù)發(fā)展的管理策略.在未來制定具體的管理方案時(shí)，還可基于綜合評價(jià)結(jié)果，利用情景分析的方法，預(yù)測不同的管理方案在何種程度上可以改善生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境、資源退化的狀況，為狹長型海灣的可持續(xù)發(fā)展提出了有效的理論依據(jù)[30].文中提出的研究思路和綜合評估研究方法可靈活應(yīng)用到其他狹長型海灣生態(tài)系統(tǒng)地區(qū)，為我國特殊海灣生態(tài)系統(tǒng)管理提供了可行的技術(shù)方法和示范案例.

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(責(zé)任編輯 李萬會)

Integrated carrying capacity assessment of Xiangshan bay ecosystem

WENG Jun-chao, YUAN Lin, ZHANG Li-quan, LI Hui

(StateKeyLaboratoryofEstuarineandCoastalResearch,EastChinaNormalUniversity,Shanghai200062,China)

Xiangshan bay is a typical long-narrow and semi-enclosed bay ecosystem in China. In recent years, human activities have caused degradation of resources, environment and service function in Xiangshan bay. In this study, taking Xiangshan bay ecosystem as a case study, based on the theory of ecological carrying capacity, an integrated carrying capacity indicator system was developed from resource supply capacity, environmental carrying capacity and human supporting capacity for the assessment of Xiangshan bay ecosystem carrying capacity. The results indicated that the environmental carrying capacity decreased in Xiangshan bay during 2003 to 2011. The proportion of overloaded area increased from 17.2% in 2003 to 41.8% in 2011. Water inorganic nitrogen and active phosphate were the main reasons caused environmental carrying capacity overloaded. Resource supply capacity had gradually decreased during 2003 to 2011 and showed a declined trend from the mouth to inwards of the bay. The proportion of loaded area decreased from 87.4% in 2003 to 0.1% in 2011 Human supporting capacity were loaded and improved slightly. The integrated carrying capacity decreased yearly from the mouth to inwards of bay and overloaded area increased yearly which was mainly caused by overload of environmental carrying capacity. The results of this study could objectively reveal the integrated carrying capacity of Xiangshan bay ecosystem. The assessment methods and model of integrated carrying capacity could be flexibly applied to other bay ecosystem and provide a feasible technical approach and demonstration cases for other comparable coastal zones in China.

bay ecosystem; integrated carrying capacity; environmental carrying capacity; resource supplying capacity; human supporting capacity; Xiangshan bay

1000-5641(2015)04-0110-13

2014-11

海洋公益性行業(yè)科研專項(xiàng)資助項(xiàng)目(201105009)；全球變化研究國家重大科學(xué)研究計(jì)劃(2010CB951204)

翁駿超，男，碩士研究生，主要從事海岸帶生態(tài)系統(tǒng)研究.E-mail: wengjunchao@sina.cn.

袁琳，碩士生導(dǎo)師，副研究員，主要從事海岸帶生態(tài)系統(tǒng)研究.E-mail: lyuan@sklec.ecnu.edu.cn.

Q14

A

10.3969/j.issn.1000-5641.2015.04.012