基于PSR框架的中國海洋垃圾狀況綜合評價方法研究

高磊，張蒙蒙，曹婧，姚海燕

（1.國家海洋局北海環境監測中心 青島 266033；2.國家海洋局海洋溢油鑒別與損害評估技術重點實驗室 青島 266033）

基于PSR框架的中國海洋垃圾狀況綜合評價方法研究

高磊1，2，張蒙蒙1，2，曹婧1，2，姚海燕1，2

（1.國家海洋局北海環境監測中心 青島 266033；2.國家海洋局海洋溢油鑒別與損害評估技術重點實驗室 青島 266033）

文章針對我國海洋垃圾監測與評價尚無技術標準的現狀，建立了一套適用于我國近海的基于PSR（壓力-狀態-響應）指標框架的海洋垃圾綜合評價體系，該評價體系可較好地反映區域海洋垃圾狀況，具有全面性、獨立性和可操作性，以期為更好地開展監測評價工作、保護海洋環境提供參考和借鑒。

海洋垃圾；環境保護；海洋監測

海洋垃圾是指在海洋和海岸環境中具有持久性的、人造的或經加工的被丟棄的固體物質，是在全球海洋中遍布最廣、最困擾世界各國的海洋環境污染問題之一，反映人類活動對海洋環境的影響［1］。海洋垃圾分布在世界所有海域，以近海沿岸和公海區域居多，其來源可以分為海洋和陸地兩大類，對海洋-海岸生態系統和海洋生物有巨大負面影響［2］，威脅人類健康，造成重大經濟損失。海洋垃圾污染問題直接產生于人類的認知傳統和對有關物質的不當處置方式，隨著人們對海洋開發和利用的不斷開展和深化，海洋垃圾數量正在增加［3］。

世界各國均采用海洋垃圾監測方法［4-6］以了解海洋垃圾現狀，但對于海洋垃圾的評價方法尚未見報道。我國海洋垃圾監測工作已開展多年，目前尚未有關于海洋垃圾監測與評價的技術標準，對于監測結果只能量化而無法定性分析，亟須開展海洋垃圾評價方法研究。本研究嘗試通過建立一套適用于我國近海的基于PSR指標框架的海洋垃圾綜合評價體系，通過普查我國海洋垃圾現狀劃分評價標準，利用層次分析法制定指標權重，進而確定評價海域的海洋垃圾等級；從而有利于開展海洋垃圾監測評價工作，了解海洋垃圾現狀，采取更好的措施保護海洋環境。

1　我國海洋垃圾監測評價現狀

海洋垃圾污染已越來越引起人們的重視，海洋垃圾監測正成為各國和國際社會普遍采用的控制海洋垃圾污染的措施。在進行大量調查研究以及借鑒國內外先進監測評價技術方法的基礎上，結合我國實際情況，國家海洋局組織編制《海洋垃圾監測技術指南》；2007年在我國近岸海域選擇有代表性的區域，試點開展海洋垃圾監測；2008年起我國近海海域全面開展海洋垃圾監測工作，監測內容包括海灘垃圾、海面漂浮垃圾，以及海底垃圾的種類、數量、重量、來源等，目前正準備開展海洋微塑料垃圾監測。通過開展海洋垃圾監測工作，全面掌握近岸海域海洋垃圾持續存量狀況，為全面準確評價海洋環境狀況提供科學依據。同時，為引起政府和公眾的高度重視，國家海洋局每年編制《中國海洋環境狀況公報》，為進一步指導沿海地方政府及有關部門制定具有針對性的預防和控制措施以及解決海洋垃圾污染問題提供有效的基礎數據。

我國海洋垃圾監測業務開展較晚，尚存在一些不足，目前最大的問題是海洋垃圾監測與評價技術標準尚未出臺，不能滿足日益深化的海洋環境監測需求。海洋垃圾監測結果只能量化，無法定性分析，也無法判定監測區域海洋垃圾狀況的等級。因此，亟須開展海洋垃圾評價方法研究。

2　近岸海洋垃圾評價方法構建

2.1評價區域劃分

本方法中的近岸海域是指-20 m等深線至海岸線的海域，包括河口、海灣、海岸帶。

2.2評價指標和標準

以壓力-狀態-響應模式（PSR）為基本框架，評價指標包括3類，即海洋垃圾壓力指標、狀態指標和響應指標。

PSR概念模型是經濟合作和開發組織（OECD）與聯合國環境規劃署（UNEP）共同提出的環境診斷模型，即壓力（Pressure）-狀態（State）-響應（Response）模型［7］。PSR模型是目前國際最為流行的指標體系構建方法，被多個政府和組織認為是用于環境指標組織、環境現狀匯報最有效的框架［8］。

壓力指標反映人類活動給環境造成的負擔，體現為海洋垃圾的密度。選用評價海域海面漂浮大塊垃圾、海面漂浮中小塊垃圾、海灘垃圾、海底垃圾等，隨著海洋垃圾監測業務的深入開展，可增加新的監測項目作為壓力指標。引用2008—2014年《中國海洋環境狀況公報》中的海洋垃圾監測數值作為中國近岸海洋垃圾的本底值（表1）。

表1　2008—2014年海洋垃圾監測數值［9-15］

狀態指標反映環境質量、自然資源與生態系統的狀態，體現為所在功能區的狀態，即海洋垃圾對功能區的危害程度。海洋垃圾的危害主要分3個方面，即危害海洋生物、影響海洋旅游業以及干擾航行船舶安全［16］。

因此，濱海旅游度假區、海水浴場等公眾關注度較高的區域應將影響海洋旅游業作為狀態指標中的主要指標，其他2項為次要指標；海水增養殖區、海洋保護區等應將危害海洋生物作為狀態指標中的主要指標，其他2項為次要指標；港口航運區等應將干擾航行船舶安全作為狀態指標中的主要指標，其他2項為次要指標。主要指標應在評價時適當增加權重。

響應指標反映人類面臨環境問題時所采取的對策與措施，可通過預期未來一段時間內（5年）海洋垃圾監測數量的年變化率來反映，以預測評價海域海洋垃圾狀態的發展趨勢。

各類評價指標的評價標準如表2所示。

表2　近岸海域海洋垃圾評價指標和分級標準

2.3指標說明

各類指標分為3級，即低、中、高（從最好到最差），其得分分別為3分、2分和1分。壓力指標中部分監測項目有2種評價標準，得分取決于分數最低的指標分值；如有未監測項目，評價時該項分值為其他幾項分值的平均值。

2.4海洋垃圾級別劃分方法

采用海洋垃圾評價指數：

式中：Ii是各類指標的分值；Wi為不同指標的權重。當P＞2.33時為低海洋垃圾狀態，當1.67＜P＜2.33時為中海洋垃圾狀態，當P＜1.67時為高海洋垃圾狀態。

3　說明與討論

3.1評價指標的選取

3.1.1壓力指標及標準的選取

數據的選取應參照相應技術標準分類等級的上限和下限，但由于目前海洋垃圾監測方面的國家標準或行業標準均未出臺，只能參照近年來各監測項目的最大值及最小值。取值規則為盡量取整、不相差數量級、剔除較離散數據，該數值可在進一步研究中探討。

我國海洋垃圾監測業務尚處于起步階段，雖然監測工作已經取得較大成績，但仍需要改進。當前海洋垃圾監測區域的選擇以旅游度假區為主，港口及生態敏感區較少；海灘垃圾監測區域的選擇以日常清掃海灘為主，無人海灘較少，監測站點代表性需加強。同時，海底垃圾污染形勢嚴峻［17］，資料顯示，垃圾進入海洋大約有70%沉降至海底、15%漂浮在水體表面、15%駐留在海灘上［18］。目前我國因潛水設備不足等導致海底垃圾監測不能全面開展，只是選測任務，是海洋垃圾監測體系的重大缺失。此外，針對我國目前海洋垃圾監測現狀，無法根據各區域的特點制定各區域的本底值，因此選取近7年全國近岸海洋垃圾的數量作為全國壓力指標的本底值，以大量的數據來彌補部分區域監測質量的不足。

3.1.2狀態指標及標準的選取

海洋垃圾對人類、海洋生物及環境的危害是多方面的。最直觀的影響是造成視覺污染，影響海濱景觀；通過使海底生物（包括珊瑚和海草）窒息、輸運外來物種等方式直接或間接危害海洋生物和生態環境，海洋動物誤食或被纏繞會對其產生危害甚至造成其死亡；漂浮于海面的垃圾會遮蔽陽光進而阻礙光合作用的進行，造成水體缺氧和水質惡化，導致魚類及其他生物大量死亡［19］；作為多種污染物的載體，海洋垃圾中的重金屬和有毒化學物質可通過食物鏈在人體內富集，危害人類健康；通過纏繞船只螺旋槳等方式影響航行安全。

本評價方法同時考慮3個方面的狀態指標，并通過海洋垃圾所處功能區的不同選取該區域主要狀態指標，優先符合功能區的主體功能。

3.1.3響應指標及標準的選取

未來變化預期這一評價因子反映海洋垃圾數量的動態變化狀況，通常以近幾年的監測數據為參考，以便于環境管理者決策。

3.2壓力參數的選取

關于評價時選取何種監測數據的問題，根據《海洋垃圾監測技術指南》，海洋垃圾監測需至少設置3條斷面，因此建議監測斷面的選擇需具有代表性，而不是選擇垃圾特別多或特別少的區域，以免影響海洋垃圾監測數據的準確性。監測數據應選擇該航次監測的平均值；由于海洋垃圾也存在季節性變化的趨勢，如果一年有多航次監測，則應選擇多航次的最大值。

3.3權重的選取

評價指標權重的確定是評價關鍵環節之一，評價指標的權重直接影響評價的結果［20］。

本文選取層次分析法（AHP）來確定評價指標的權重。其基本思路是通過分析復雜系統的有關要素及其相互關系，建立起一個有序的遞階層次系統，然后對系統中各要素進行兩兩比較判斷，構成判斷矩陣，計算判斷矩陣的最大特征值和其對應的特征向量，從而得出不同要素或評價對象的優劣權重值；計算層次單排序及總排序，檢驗判斷矩陣一致性及群組決策一致性；采用加權幾何平均綜合排序向量法，計算得到指標層各評價指標相對于生態安全的權重［21］。

本文采用Saaty T L“1-9”比較標度法進行比較，假定中間層Ai與下一層中指標Bj（j=1，2，…，n）有聯系，即可構造判斷矩陣。判斷矩陣標度及其含義如表3所示。

表3　判斷矩陣標度及其含義

具體運算步驟如下。

（1）由上述標度值的含義得判斷矩陣A：

（2）將判斷矩陣每一列做歸一化處理：

（3）將每一列經歸一化處理的判斷矩陣按行相加為：

即得所求權重向量Wi=（W1，W2，…，Wn）

（5）計算判斷矩陣最大特征根λmax：

（6）對矩陣進行檢驗，通過矩陣一致性指標C.I.（Consistency Index）和隨機一致性比率C.R.（Consistency R）來進行檢驗：

當C.R.＜0.1時，即認為判斷矩陣具有滿意的一致性，權重分配合理。

3.4等級的選取

等級的劃分規則為將海洋垃圾評價指數P的結果范圍按1～3三等分。當P＞2.33時為低海洋垃圾狀態，當1.67＜P＜2.33時為中海洋垃圾狀態，當P＜1.67時為高海洋垃圾狀態。

4　結語

本文從生態環境的內涵出發，基于PSR框架從壓力、狀態和響應3個方面，通過層次分析法確定評價指標的權重，建立海洋垃圾狀況評價指標體系。本體系可較好地反映區域海洋垃圾狀況，彌補海洋垃圾評價方法的缺失，具有全面性、獨立性和可操作性。但本評價體系尚有不足，如壓力指標的選取尚需相關標準出臺等，應在今后工作中完善。今后應加大海洋垃圾監測評價工作力度，多方收集相關數據資料，從而更好地開展監測評價研究、保護海洋環境。

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Comprehensive Evaluation Method of Marine Debris Based on PSR Framework

GAO Lei1，2，ZHANG Mengmeng1，2，CAO Jing1，2，YAO Haiyan1，2

（1.North China Sea Environmental Monitoring Center，SOA，Qingdao 266033，China；2.Laboratory of Marine Spill Oil Identification and Damage Assessment Technology，SOA，Qingdao 266033，China）

A comprehensive evaluation method for marine debris has been built based on PSR（Pressure-State-Response）framework，in view of the present situation of that there is no technical standard for the monitoring and assessment of marine debris in China.

Marine debris，Environmental protection，Ocean monitoring

P7

A

1005-9857（2016）09-0070-05

2016-03-07；

2016-07-22

2015年度北海分局海洋科技項目（2015B03）；山東省海洋生態環境與防災減災重點實驗室2015年度開放基金項目（201501）.

高磊，工程師，研究方向為海洋環境監測與評價，電子信箱：gaolei@bhfj.gov.cn

姚海燕，高級工程師，碩士，研究方向為海洋管理，電子信箱：yaohaiyan@bhfj.gov.cn