南海北部海島周邊海域生態環境質量綜合評價

孫元敏，陳 彬，黃海萍，馬志遠 （國家海洋局第三海洋研究所，福建 廈門 361005）

南海北部海島周邊海域生態環境質量綜合評價

孫元敏*，陳 彬，黃海萍，馬志遠 （國家海洋局第三海洋研究所，福建 廈門 361005）

基于國內外海洋生態環境質量綜合評價方法，結合我國海洋生態環境調查數據，從環境和生物學要素中選取12個指標建立評價指標體系，確定5個評價等級及標準，采用層次分析法確定指標權重，構建我國海島周邊海域生態環境質量綜合評價方法.選取南海北部10個代表性海島，對其周邊海域生態環境質量進行綜合評價，結果表明：研究海島中特呈島和內伶仃島評價等級為中，其余 8個海島均為良；離岸距離、陸源污染物排放量和海水交換能力直接影響評價結果.該方法能較好地反映海島周邊海域生態環境狀況，可操作性強，可作為今后我國海島周邊海域生態環境質量評價的參考.

生態環境綜合評價；海島周邊海域；南海北部

海島作為海陸兼備的海上國土，具有重要的生態、資源和權益價值.入海污染物的增加會導致海島生態環境狀況日益惡化，影響海島生態系統的穩定、健康.評估海島周邊海域生態環境質量狀況，進而評價海島生態系統健康狀況，可為我國發展海島地區經濟、保護海島生態環境提供科學依據.因此，評估人為壓力下海島周邊海域生態環境質量，已成為我國海洋綜合管理的迫切需要.由于長期以來對海島的重視程度不夠，我國針對海島及其周邊海域的調查研究較少.早期的研究對象主要局限在單個海島或群島，評價指標單一，缺少綜合評價和區域性的研究成果.2003年，國家啟動了我國近海海洋綜合調查與評價項目（908專項），實現了海島調查資料的全面更新［1］，為我國海島生態系統綜合評價奠定了基礎.

目前，國際上被廣泛應用的海洋生態環境質量綜合評價方法有歐盟的“生態狀況綜合評價法”［2］和美國的“沿岸海域狀況綜合評價法”［3］.近年來國內學者在相關方面的研究也取得了一定的進展［4-6］，2005年國家海洋局發布了《海洋生態健康評價指南》［7］.但對于海島周邊海域而言，仍存在著現有調查數據不能支撐評價指標要求、評價標準適用性等問題，因此，亟需建立符合我國海洋管理實際的海島周邊海域生態環境質量綜合評價方法.

本文在借鑒上述研究成果的基礎上，探索并建立一種符合我國海洋管理實際的海島周邊海域生態環境質量綜合評價方法，并據此對我國南海北部海島周邊海域生態環境質量進行綜合評價，以期為海洋管理部門提供科學依據.

1 研究方法

1.1 評價指標體系

根據指標選取的科學性、代表性、可操作性等原則［8］，結合海島周邊海域生態環境組成特征和調查數據情況，將評價指標分為環境指標和生物學指標，其中環境指標包括海水質量、沉積物質量，生物學指標包括葉綠素a濃度、浮游植物、浮游動物、底棲生物物種多樣性指數.

1.1.1 環境指標 海水質量指標包括溶解氧、無機氮、活性磷酸鹽、石油類等指標；沉積物質量包括底質有機碳、硫化物指標［2-3，7］.

1.1.2 生物學指標 物種多樣性指數可以定量反映生物群落內物種多樣性程度，代表了群落組織水平和功能的基本特征，常被用來判斷環境污染的指標.其中最常用的指數有Shannon-Wiener指數（H′）［9］和Margalef種類豐富度指數（D）［10］，其計算公式分別為：

式中：pi為測站第 i種海洋生物的棲息密度與總棲息密度的比值，S為測站的物種數，N為測站的總棲息密度.

此外，葉綠素a含量也是表征環境污染的重要指標［11-12］.

1.2 評價標準及賦分

為了能有效區分各指標的數值差異，將各指標劃分為優、良、中、差、劣5個等級，分別賦予5、4、3、2、1分［6，13-15］.環境質量標準參照《海水水質標準》［16］、《海洋沉積物質量標準》［17］，并根據文獻將標準調整為5級，各等級之間盡量做到等間距，以減少間距不均所帶來的誤差［6，18］；Shannon-Wiener指數、Margalef指數、葉綠素a含量標準參考孟偉的研究成果［14］.具體評價指標和標準見表1.

表1 評價指標及標準Table 1 Indices and the respective standards

1.3 指標權重

本文采用層次分析法計算各評價指標權重.該方法是將人的主觀判斷用數量的形式表達和處理，確定層次中諸因素的相對重要性，是一種定性分析和定量分析相結合的評價方法，已廣泛應用于各種綜合評價［19］.具體方法為首先向全國30多位海洋生物學、海洋生態學、海洋化學專家發放指標權重調查問卷，專家對各指標的相對重要性進行打分，然后通過YAAHP軟件計算各指標權重值，并進行一致性檢驗.各指標權重值見表2.

表2 各指標權重Table 2 Weights of the assessment indices

1.4 評價等級劃分

指標權重與各指標分值的乘積結果即綜合評價指數，1～1.5，1.5～2.5，2.5～3.5，3.5～4.5和4.5～5，分別對應生態環境狀況劣、差、中、良、優五種狀態.

2 研究區概況及數據來源

南海北部海島涵蓋廣東省、廣西壯族自治區所有海島，以及海南島周邊海島，該區海島眾多，大部分為基巖島，自然環境條件優越，開發程度較高.本文依據海島自然條件及地理分布特征，選取南澳島等10個海島作為研究對象，闡明南海北部海島周邊海域的生態環境狀況.各研究海島概況見表3，位置分布圖見圖1.

本文的調查數據來源于我國近海海洋綜合調查與評價（908專項），各海島周邊海域的研究范圍為海島低潮線至周圍 20～30m 水深之間［20］. 2006年3月～2008年1月對上述海島周邊海域海水質量、海洋生物進行了春、夏、秋、冬四個季節的調查，沉積物質量進行了春季或秋季的調查.樣品的采集、處理、保存和分析，均按《908 專項海洋生物生態調查技術規程》［21］、《908 專項海洋化學調查技術規程》［22］中的方法進行.各指標數據均采用全年均值進行評價.

表3 研究海島概況Table 3 Characteristics of the islands in this study

圖1 研究海島地理分布Fig.1 Location of the islands in this study

3 結果

3.1 研究區環境質量現狀

表 4為研究區各環境因子的濃度范圍及年均值，對照國家海水質量標準和沉積物質量標準，可以看出，研究區海水溶解氧、沉積物硫化物和有機碳質量現狀較好，年均值全部符合海水水質、海洋沉積物質量一類標準.部分海島海水中無機氮、活性磷酸鹽、石油類有所超標.其中無機氮超標數最多，內伶仃島無機氮含量超四類水質標準，另有3個海島超一類水質標準；內伶仃島活性磷酸鹽含量超二類、三類水質標準，特呈島石油類含量超四類水質標準（見圖2）.單因素方差分析結果表明，除溶解氧和硫化物外，其他調查環境因子均表現出海南、廣西的海島顯著優于廣東的海島（P＜0.05），這與海島及附近陸域開發活動強度有關.

表4 研究區各海島周邊海域環境因子濃度Table 4 Concentrations of environmental factors of study islands

3.2 研究區生物學指標現狀

圖3為研究區海洋生物多樣性指數.單因素方差分析結果表明，海南、廣西的海島葉綠素 a濃度和浮游植物 H′顯著高于廣東海島（P＜0.05），而浮游動物、底棲生物多樣性差異不顯著. Pearson 相關分析結果表明，葉綠素 a濃度和浮游植物 H′呈極顯著負相關關系（P＜0.01），浮游動物 H′和浮游動物 D呈極顯著正相關關系 （P＜0.01）；而底棲生物H′和底棲生物D呈正相關關系，但相關性不顯著.

圖2 研究區各海島海水中無機氮、活性磷酸鹽、石油類含量Fig.2 Concentrations of DIN， PO4-P and oils in sea water surrounding the islands

圖3 研究區各海島海洋生物多樣性指數和葉綠素a濃度Fig.3 Shannon-Wiener and Margalef indices of marine biology and concentration of chlorophyll a in study islands

3.3 綜合評價結果

表5為研究區生態環境質量評價結果，從中可以看出，綜合分值范圍在 3.25～4.39，大部分海島評價等級為良，內伶仃島和特呈島評價等級為中.內伶仃島位于珠江口海域，受陸源排污影響明顯；特呈島處于湛江港內，該港腹大口小，海水交換能力差，易表現出污染富集以及對海洋生物造成影響［23］.

將評價結果與各島的離岸距離（表 3）比較發現，距離大陸越遠的海島，其生態環境質量越好.如廣西的潿洲島評價結果明顯好于陸連島澫尾島，廣東的桂山島優于上川島、南澳島.海南島周邊海島由于遠離大陸，排海陸源污染物少，其海島評價結果排序總體靠前，其中過河園位于昌化江河口區，其生態環境質量在海南3個海島中較差.

表5 研究區海島周邊海域生態環境質量綜合評價結果Table 5 Assessment results of ecological environment quality of sea areas surrounding the islands

4 討論

4.1 評價方法的科學性

為了實現對海島周邊海域生態環境質量狀況的客觀評價，本文在參照國內外研究成果的基礎上，建立的海島周邊海域生態環境質量綜合評價指標體系以生物學要素（尤其是底棲生物）為主，環境要素（包括海水水質、沉積物質量）為輔.評價指標均為我國海洋調查的常規指標，對于我國海域具有廣泛的適用性，可用于比較研究，對我國海洋管理具有重要意義.通過對評價結果進行分析，表明該方法對南海北部區海島是適用的，增強了方法的可信度.

在指標權重方面，生物學指標權重遠大于環境指標權重，這與國內外的相關研究成果一致［7，24］.底棲生物由于運動能力弱且對環境擾動敏感，能夠迅速地通過群落特征的改變來反映環境的變化，被廣泛用作海洋環境狀況的指示生物［25-26］.因此，在生物學指標中底棲生物多樣性指數權重最大.

適當的評價標準對評價結果的準確性至關重要.目前，國家制定了環境要素指標的相應標準，但生物學要素的評價標準研究較少，本文參考了孟偉在渤海區的研究成果［14］，在其它海區的適用性還需要進一步檢驗.美國和歐盟的研究都強調對不同的海域應該設置專屬的評價標準或參考基準值，統一的評價標準可能忽略了不同研究區域自然條件的差異.今后我國應加強生物學要素評價參考基準值的研究，應對受人為活動干擾強度較小區域（如海洋保護區）進行長期的生態環境監測，用于評價標準的制定.對于海島周邊海域來講，生物多樣性背景值的計算應針對不同海域的河口型海島、近岸海島以及遠岸海島分別探討.

4.2 評價結果與管理對策

從評價結果來看，南海北部海島環境要素和生物學要素評價結果基本一致，表現出海島距離大陸越遠，環境質量越好，生物多樣性越高；較封閉港灣內的海島，生態環境質量較差.內伶仃島和桂山島位于珠江口海域，每年有大量污染物排放入該海域.根據《2007年中國海洋環境質量公報》［27］，當年由珠江排放入海的營養鹽高達11.41萬t，造成該海域海水中無機氮和活性磷酸鹽出現不同程度地超標現象，環境質量較差，在所有評價海島中排序靠后；但兩個海島的海洋生物多樣性較高，在所有評價海島中桂山島生物多樣性指數排序第一.這和采樣點生物的棲息環境有一定關系，影響底棲生物多樣性的因素除污染程度外，還包括底質類型、鹽度、洋流等［28-30］.由于珠江淡水的劇烈影響，珠江口海域表現出明顯的鹽度梯度，自珠江口內向外海急劇升高，海洋生物群落優勢種也從低鹽河口種逐漸變為廣鹽河口種、廣鹽近岸種

［31］.此外，珠江口淺海沉積物類型由內向外海由粗砂變為粉砂質黏土和黏土質砂［32］.這些都是影響珠江口海洋生物群落特征的重要原因，造成采樣點生物多樣性較高.同時，仍然表現出距離河口較遠的桂山島生物學要素評價結果優于內伶仃島.

從南海北部海島周邊海域生態環境現狀來看，該區海島總體上處于“良”～“中”的狀態，河口區和較封閉港灣內的海島受到氮、磷和石油類污染較嚴重，需要引起管理部門的重視.針對上述問題，管理部門應采取有針對性的管理措施，在制定沿海經濟發展相關規劃時著重考慮生態環境承載力，同時加大污染物處理力度，進行生態修復，建立多種類型的海洋保護區，有效保護海島周邊海域海洋生態系統，從而實現海島地區經濟環境的協調發展.

5 結論

5.1 本文從環境要素和生物學要素中選取了12個指標建立評價指標體系，確定5個評價等級及標準，采用層次分析法確定指標權重，構建了符合我國海洋管理實際的海島周邊海域生態環境質量綜合評價方法.

5.2 南海北部海島周邊海域大部分生態環境質量良好，僅有位于半封閉港灣內的特呈島和位于珠江口的內伶仃島周邊海域生態環境質量評價結果為“中”，需要進行重點監控和修復.

5.3 從評價要素來看，南海北部海島環境要素和生物學要素評價結果基本一致，表現出海島距離大陸越遠，環境質量越好，生物多樣性越高.陸源污染物的排放量、海水交換能力等也是影響評價結果的重要因素.

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致謝：感謝陳光程副研究員在本文英文部分修改過程中給予的幫助.

Integrated assessment on ecological environment quality of sea areas around islands in northern South China Sea.

SUN Yuan-min， CHEN Bin， HUANG Hai-ping， MA Zhi-yuan （Third Institute of Oceanography， State Oceanic Administration， Xiamen 361005， China）. China Environmental Science， 2016，36（9）：2874～2880

Based on the integrated assessment methods of marine ecological environment quality， and the survey data in China， an integrated assessment method of ecological environment quality of sea areas around islands was established. Totally 12 indices were selected from environmental and biotic elements to set up an integrated assessment index system，and then 5 classification levels and their evaluation standards were determined. The weights of indices were determined using analytic hierarchy process. 10 representative islands were selected in northern South China Sea according to the characteristics of geographical distribution， around which the ecological environment quality of sea areas were assessed using the above method for case study. The result showed that 8 islands were classified as in ‘Good’ status and the other 2 islands were in ‘Moderate’ status. The northern South China Sea was generally at good status. The ecological environment quality was influenced by the offshore distance， the discharge of land based pollutant， and sea water exchange ability. The integrated assessment method established in this paper was able to objectively reflect the ecological environment status of sea areas around islands.

integrated assessment on ecological environment；sea areas around islands；northern South China Sea

X822

A

1000-6923（2016）09-2874-07

2015-12-27

國家海洋局第三海洋研究所基本科研業務費專項資助項目（海三科2014019）；國家“908”專項資助項目（908-02-04-08）

* 責任作者， 工程師， sunyuanmin@tio.org.cn

孫元敏（1984-），男，山東威海人，工程師，碩士，主要從事海島生態系統評估與恢復生態學的研究.發表論文7篇.