基于GIS的桑溝灣及周?chē)Ｓ蚝юB(yǎng)殖適宜性評(píng)價(jià)*

孫倩雯 劉 慧 尚偉濤 于良巨 姜曉鵬 蔡碧瑩 常麗榮 肖露陽(yáng)

基于GIS的桑溝灣及周?chē)Ｓ蚝юB(yǎng)殖適宜性評(píng)價(jià)*

孫倩雯1,2劉 慧2①尚偉濤3,4于良巨4姜曉鵬3,4蔡碧瑩1,2常麗榮5肖露陽(yáng)5

(1. 上海海洋大學(xué)水產(chǎn)與生命學(xué)院 上海 201306; 2. 中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所 青島 266071; 3. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué) 北京 100049; 4. 中國(guó)科學(xué)院海岸帶環(huán)境過(guò)程與生態(tài)修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 中國(guó)科學(xué)院煙臺(tái)海岸帶研究所 煙臺(tái) 264003; 5. 威海長(zhǎng)青海洋科技股份有限公司 榮成 264316)

目前水產(chǎn)養(yǎng)殖面臨用海沖突、單位面積和人均生產(chǎn)率偏低、養(yǎng)殖業(yè)的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)成本較高等問(wèn)題。為充分利用海區(qū)的自然生產(chǎn)力，提高養(yǎng)殖效率和效益，需要對(duì)海區(qū)進(jìn)行適宜性評(píng)價(jià)，選擇最適宜的水域進(jìn)行養(yǎng)殖。以桑溝灣及周?chē)Ｓ蛑饕酿B(yǎng)殖品種海帶()作為評(píng)價(jià)對(duì)象，選取光照、溫度、流速、無(wú)機(jī)氮、鹽度、深度作為適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)，利用遙感技術(shù)確定海區(qū)養(yǎng)殖布局，通過(guò)野外調(diào)查和數(shù)據(jù)模擬獲取養(yǎng)殖海區(qū)環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)，根據(jù)動(dòng)態(tài)能量學(xué)(Dynamic energy budget, DEB)模型——STELLA模型敏感性分析結(jié)果，并結(jié)合層次分析法計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重，海帶生長(zhǎng)相關(guān)環(huán)境因子的強(qiáng)制函數(shù)擬合得到單因子評(píng)分曲線進(jìn)行評(píng)分。最后，采用線性加權(quán)疊加分析方法得到海帶養(yǎng)殖適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果。適宜性評(píng)價(jià)過(guò)程以地理信息系統(tǒng)(Geographical information systems, GIS)作為技術(shù)支持，利用GIS空間插值功能生成光照、溫度、流速、無(wú)機(jī)氮、鹽度、深度專題圖層，采用柵格計(jì)算功能對(duì)各專題圖層進(jìn)行疊加，得到綜合多因素的海帶養(yǎng)殖適宜性評(píng)分和適宜性等級(jí)。評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，在不考慮用海沖突的情況下，桑溝灣及周?chē)Ｓ蚝юB(yǎng)殖適宜性分?jǐn)?shù)分布在0~6.7范圍內(nèi)，分值主要集中在4~6分，屬于中等適宜，占研究區(qū)總面積的67%，最適宜和不適宜分別占研究區(qū)總面積的23%和10%，無(wú)一般適宜區(qū)。評(píng)分較高的區(qū)域主要分布在北部愛(ài)蓮灣和楮島東部海域周?chē)m宜性評(píng)分較低的區(qū)域主要位于近岸水深較淺的海域。根據(jù)適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果可進(jìn)行水域空間規(guī)劃和安排養(yǎng)殖生產(chǎn)計(jì)劃，為管理部門(mén)開(kāi)展養(yǎng)殖分區(qū)和海洋功能區(qū)劃提供參考。

水產(chǎn)養(yǎng)殖；適宜性評(píng)價(jià)；養(yǎng)殖區(qū)選址；GIS

養(yǎng)殖容量的基礎(chǔ)是水域承載力的計(jì)算，傳統(tǒng)的養(yǎng)殖容量評(píng)估一般是基于營(yíng)養(yǎng)鹽的供應(yīng)或初級(jí)生產(chǎn)力水平，來(lái)估算水域可以養(yǎng)殖的藻類或者貝類的生物量(方建光等, 1996)。但養(yǎng)殖容量并未考慮養(yǎng)殖生物的其他生理需求，例如光照、溫度、鹽度等，而這些條件對(duì)于養(yǎng)殖生物是否能夠健康快速生長(zhǎng)同樣重要。養(yǎng)殖適宜性評(píng)價(jià)通過(guò)全面評(píng)估生物的環(huán)境適應(yīng)性，來(lái)選擇最適合養(yǎng)殖的水域，與養(yǎng)殖容量評(píng)估互為補(bǔ)充，可以更好地指導(dǎo)養(yǎng)殖規(guī)劃。

未來(lái)水產(chǎn)養(yǎng)殖規(guī)劃管理將基于生態(tài)學(xué)方法，平衡社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境關(guān)系，盡可能縮小各因素間的不利影響(FAO, 2017)。Gentry等(2017)利用生理、異速生長(zhǎng)和生長(zhǎng)理論的創(chuàng)新方法，對(duì)全球海水養(yǎng)殖潛力進(jìn)行了量化評(píng)估，結(jié)果顯示，中國(guó)的養(yǎng)殖產(chǎn)量超過(guò)預(yù)計(jì)潛力，反映出中國(guó)已開(kāi)發(fā)大面積的海域發(fā)展水產(chǎn)養(yǎng)殖，存在超容量養(yǎng)殖。超高密度的水產(chǎn)養(yǎng)殖會(huì)帶來(lái)不利的環(huán)境影響，造成海域使用沖突，并產(chǎn)生高昂的社會(huì)經(jīng)濟(jì)損失(Ottinger, 2016)。因此，為充分利用水域空間和自然生產(chǎn)力，增加養(yǎng)殖產(chǎn)量和生產(chǎn)效率，管理部門(mén)和養(yǎng)殖企業(yè)都需要對(duì)養(yǎng)殖區(qū)開(kāi)展適宜性評(píng)價(jià)，從而了解水域適合養(yǎng)殖的品種和養(yǎng)殖規(guī)模，以便進(jìn)行合理的空間規(guī)劃與布局。

水產(chǎn)養(yǎng)殖品種的存活和生長(zhǎng)在很大程度上依靠水域自然環(huán)境，水文、氣候、水化學(xué)要素以及初級(jí)生產(chǎn)力等自然環(huán)境因子是影響?zhàn)B殖品種生長(zhǎng)的主要因素。因此，水產(chǎn)養(yǎng)殖適宜性評(píng)價(jià)以國(guó)家政策法規(guī)、海洋功能區(qū)劃和水環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，通過(guò)養(yǎng)殖生物的生理生態(tài)特性、生長(zhǎng)所需的環(huán)境條件和養(yǎng)殖水域的環(huán)境要素進(jìn)行分析比較，選擇適合養(yǎng)殖生物生長(zhǎng)的水域，為進(jìn)行科學(xué)的養(yǎng)殖布局提供參考。由于養(yǎng)殖適宜性評(píng)價(jià)涉及的數(shù)據(jù)量大，故普遍采用地理信息系統(tǒng)(Geographical information systems, 簡(jiǎn)稱GIS) (Foresman, 1998)的邏輯判斷、評(píng)價(jià)分析和可視化展示功能，進(jìn)行空間插值和專題圖層疊加，對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)進(jìn)行適宜性評(píng)價(jià)分析。在適宜性評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，通過(guò)進(jìn)一步整合模型運(yùn)算和環(huán)境參數(shù)，還可以對(duì)特定水域的水產(chǎn)養(yǎng)殖現(xiàn)狀及發(fā)展前景做出科學(xué)合理的評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)(劉慧等, 2018)。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)和數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1.1 研究區(qū)概況 桑溝灣是位于山東半島東端的半封閉海灣(37°01￠~37°09￠N，122°24￠~122°35￠E)，面積為133.3 km2，桑溝灣及周?chē)鷲?ài)蓮灣和楮島部分海域總面積約為448 km2(36°58￠~37°12￠N, 122°23￠E~ 122°42￠) (圖1)。其地理環(huán)境優(yōu)越，海底平坦，水質(zhì)較好，灣內(nèi)平均水深為7.5 m，有不規(guī)則半日潮(張朝暉等, 2007)。年平均溫度為13℃，2月水溫最低，月平均溫度為1.8℃；8月水溫最高，月平均溫度為24℃。環(huán)境調(diào)查發(fā)現(xiàn)，桑溝灣內(nèi)全年海水鹽度范圍為29~32，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度為75~313 w/m2，平均日照時(shí)長(zhǎng)為12 h (史潔, 2009)，適宜發(fā)展水產(chǎn)養(yǎng)殖。海帶()作為當(dāng)?shù)刂饕B(yǎng)殖品種，年產(chǎn)量達(dá)10萬(wàn)t (干重)(蔡碧瑩等, 2019)，且商品化程度高，因此選取海帶作為適宜性評(píng)價(jià)對(duì)象。

圖1 海帶養(yǎng)殖適宜性評(píng)價(jià)研究區(qū)地理位置及主要等深線

(數(shù)據(jù)來(lái)源: Copernicus Open Access Hub. https://scihub.copernicus.eu/)

Fig.1 The location and depth contours of the studied area for kelp aquaculture suitability assessment

(Source: Copernicus Open Access Hub. https://scihub.copernicus.eu/)

1.1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源 根據(jù)海帶生長(zhǎng)發(fā)育的生理需求，選取光照、溫度、流速、無(wú)機(jī)氮、鹽度、深度6個(gè)環(huán)境參數(shù)用于養(yǎng)殖適宜性評(píng)價(jià)。其中，桑溝灣及周?chē)Ｓ虻乩硇畔?shù)據(jù)由遙感獲取(Source: Copernicus Open Access Hub. https://scihub.copernicus.eu/)；流速和水溫?cái)?shù)據(jù)來(lái)源于FVCOM模型(Finite volume coastal ocean model)基于動(dòng)力方程對(duì)桑溝灣模擬得到(Xuan, 2016)；光照采用養(yǎng)殖海區(qū)平均海表光照強(qiáng)度，通過(guò)晴雨天數(shù)以及每月日照時(shí)長(zhǎng)計(jì)算獲得，數(shù)據(jù)來(lái)源于2011年中國(guó)氣象局榮成市天氣預(yù)報(bào)；無(wú)機(jī)氮和鹽度數(shù)據(jù)來(lái)源于對(duì)桑溝灣及周?chē)Ｓ?011年4個(gè)季度(4、8、10月、2012年1月)的大面調(diào)查。

1.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇

適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)根據(jù)海帶生理生態(tài)學(xué)特點(diǎn)，并結(jié)合桑溝灣養(yǎng)殖區(qū)地理和水環(huán)境特點(diǎn)進(jìn)行篩選。影響海帶生長(zhǎng)的主要因素有光照、溫度、流速、無(wú)機(jī)氮、鹽度、深度。光照對(duì)海帶生長(zhǎng)有重要的影響，光照強(qiáng)弱影響海帶光合作用，且光能夠刺激大型海藻對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽的吸收(Lobban, 1994)。深度通過(guò)影響海帶接受光照，進(jìn)而影響海帶生長(zhǎng)，過(guò)淺的水深，會(huì)限制海帶長(zhǎng)度的生長(zhǎng)。海帶生長(zhǎng)受溫度影響明顯，溫度超過(guò)17.5℃時(shí)，海帶葉片末梢枯爛率超過(guò)其生長(zhǎng)率，當(dāng)溫度降低時(shí)，長(zhǎng)海帶()對(duì)NO3?的吸收速率降低(Suzuki, 2008; Harlin, 1978)；水動(dòng)力是大型藻類生產(chǎn)的一個(gè)關(guān)鍵因素，在其他環(huán)境因素不受限時(shí)，若大型藻類生長(zhǎng)的主流速度持續(xù)低于飽和水平，其生產(chǎn)率降低，且較弱的水動(dòng)力影響營(yíng)養(yǎng)鹽的補(bǔ)充(Leigh, 1987; Wheeler, 1980)。無(wú)機(jī)氮是海帶生長(zhǎng)所需的主要營(yíng)養(yǎng)鹽，藻類利用氮元素合成自身生長(zhǎng)的蛋白質(zhì)(Lobban, 1996)。鹽度變化影響海水藻類光合作用同化速率(王憲等, 1991)。這些環(huán)境因子的變化對(duì)海帶生長(zhǎng)產(chǎn)生重要的影響，因此，將其作為環(huán)境因素的評(píng)價(jià)指標(biāo)，并匯總各評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)于海帶生長(zhǎng)的參數(shù)范圍(表1)。

1.3 權(quán)重計(jì)算

不同的環(huán)境因子對(duì)海帶生長(zhǎng)的影響程度不同，需要根據(jù)各評(píng)價(jià)指標(biāo)的重要程度賦予相應(yīng)的權(quán)重。深度作為限制因素，不賦予權(quán)重；光照、溫度、流速、無(wú)機(jī)氮、鹽度的重要性等級(jí)排序參考海帶生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)能量學(xué)(Dynamic energy budget, DEB)模型——STELLA模型敏感性分析結(jié)果(表2) (蔡碧瑩等, 2019)。DEB模型可描述海帶生長(zhǎng)與環(huán)境參數(shù)的關(guān)系，模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)值擬合度高，可較好地反演海帶真實(shí)的生長(zhǎng)過(guò)程 (蔡碧瑩等, 2019)。通過(guò)敏感性分析得出各環(huán)境因素對(duì)海帶生長(zhǎng)的影響程度排序，結(jié)合層次分析法(AHP) (Saaty, 1977)構(gòu)造對(duì)比矩陣，計(jì)算各環(huán)境因子的權(quán)重(表4)。

表1 海帶適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)

Tab.1 The criteria for assessment of culture suitability of kelp S. japonica

1.4 評(píng)分

1.4.1 單因子評(píng)分 影響海帶生長(zhǎng)的環(huán)境因子評(píng)分采用8分制，1~8分表示環(huán)境條件對(duì)海帶養(yǎng)殖適宜程度由低到高。采用海帶生長(zhǎng)相關(guān)環(huán)境參數(shù)的強(qiáng)制函數(shù)來(lái)擬合評(píng)分曲線。強(qiáng)制函數(shù)表示不同環(huán)境因子對(duì)海帶生長(zhǎng)速率的影響，每個(gè)環(huán)境參數(shù)的強(qiáng)制函數(shù)均來(lái)自下列經(jīng)驗(yàn)公式：

溫度評(píng)分曲線采用經(jīng)驗(yàn)公式溫度方程(EPA, 1985)：

式中，x為溫度生態(tài)幅，opt為最適宜溫度，當(dāng)opt時(shí)，x=max(溫度生態(tài)幅上限)。

鹽度評(píng)分曲線采用鹽度限制函數(shù)(Martins, 2002)：

式中，opt為最適鹽度，當(dāng)

流速評(píng)分方程采用藻類生長(zhǎng)模型和水動(dòng)力模型相耦合的流速曲線(Barr, 2008)

式中，為流速。

海帶對(duì)氮的吸收特征符合飽和吸收動(dòng)力學(xué)，因此，無(wú)機(jī)氮方程采用模擬Monod或Michaelis-Menten動(dòng)力學(xué)方程(Kitadai, 2003)：

式中，N為總氮濃度，c為N的半飽和同化系數(shù)。

光照評(píng)分采用光照限制函數(shù)(Steele, 1962)：

式中，為海帶表面光強(qiáng)，opt為海帶光合作用最適光強(qiáng)。

將表1中的參數(shù)值代入到對(duì)應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)公式中得到單因子評(píng)分曲線(圖2)，根據(jù)曲線得到1~8分中每個(gè)分?jǐn)?shù)段對(duì)應(yīng)的參數(shù)范圍，以此作為海帶養(yǎng)殖適宜性評(píng)分的依據(jù)。深度作為限制因素，深度<5 m，分值設(shè)置為0；深度>5 m，分值設(shè)置為1。

表2 海帶對(duì)各環(huán)境參數(shù)變化的敏感度(蔡碧瑩等, 2019)

Tab.2 Sensitivity of kelp to the variation of environmental parameters (Cai et al, 2019)

將桑溝灣及周?chē)Ｓ蚬庹铡囟取⒘魉佟o(wú)機(jī)氮、鹽度、深度的實(shí)測(cè)和模擬數(shù)據(jù)導(dǎo)入ArcGIS，采用空間插值方法生成各環(huán)境參數(shù)對(duì)應(yīng)的專題圖層。按照評(píng)分依據(jù)，對(duì)各個(gè)環(huán)境參數(shù)的專題圖層進(jìn)行重分類處理，每幅專題圖層中，按照評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)賦予各參數(shù)范圍對(duì)應(yīng)的分值，生成光照、溫度、流速、無(wú)機(jī)氮、鹽度、深度6幅單因子評(píng)分圖層。

1.4.2 多指標(biāo)綜合評(píng)分 水產(chǎn)養(yǎng)殖適宜性評(píng)價(jià)涉及到多種因素，由于這些因素的重要程度不同，因而不能將指標(biāo)圖層簡(jiǎn)單地進(jìn)行疊加。采用線性加權(quán)疊加分析(Malczewski, 2000)計(jì)算綜合適宜性評(píng)分，計(jì)算公式如下：

式中，Ai為評(píng)價(jià)對(duì)象像元的適宜性分?jǐn)?shù)，為指標(biāo)的權(quán)重，為像元指標(biāo)的分?jǐn)?shù)。

將光照、溫度、流速、無(wú)機(jī)氮、鹽度、深度單因子評(píng)分圖層進(jìn)行重采樣，根據(jù)疊加分析，利用ArcGIS柵格計(jì)算功能將各單因子評(píng)分圖層進(jìn)行疊加，輸出 4個(gè)季度的適宜性評(píng)分圖層，圖層顯示，綜合各因素后每個(gè)季度的適宜性評(píng)分(1~8)。將每個(gè)季度的適宜性評(píng)分重新分類，劃分為最適宜、中等適宜、一般適宜和不適宜4個(gè)等級(jí)(表3)，不同的適宜性等級(jí)表示海帶養(yǎng)殖不同的適宜程度。最后，綜合4個(gè)季度的適宜性評(píng)分，進(jìn)行柵格圖層疊加，生成最終適宜性評(píng)分圖層和適宜性等級(jí)圖層。

表3 海帶養(yǎng)殖適宜性等級(jí)劃分

Tab.3 The classification for culture suitability level of the kelp

表4 海帶養(yǎng)殖適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

Tab.4 The weighted indices of kelp culture suitability

2 結(jié)果

海帶養(yǎng)殖適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，桑溝灣及其周?chē)Ｓ蜻m宜性分?jǐn)?shù)分布在0~6.7范圍內(nèi)，由桑溝灣近岸到離岸較遠(yuǎn)海域，適宜性分值逐漸增大后減小，評(píng)分較高的區(qū)域主要分布在北部愛(ài)蓮灣和楮島東部海域，適宜性評(píng)分較低的區(qū)域主要位于近岸海域。適宜性分值主要集中在4~6分，屬于中等適宜(298.9 km2)，占研究區(qū)總面積的67%，最適宜(103.7 km2)和不適宜(45.4 km2)分別占研究區(qū)總面積的23%和10%，沒(méi)有分值分布在一般適宜(圖3和圖5)。

2011年4個(gè)季度適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，春季適宜性分值較高的區(qū)域呈塊狀分布，夏季適宜性評(píng)分呈階梯狀，評(píng)分分值由桑溝灣灣內(nèi)向?yàn)惩夥较蜻f增，且分值差距最大，秋季適宜性高分區(qū)主要分布在愛(ài)蓮灣和楮島東部海域附近，冬季較春、夏、秋季，高分值區(qū)向桑溝灣灣內(nèi)遷移(圖4a)。春、秋和冬季中等適宜海區(qū)面積占比重最大，分別占研究區(qū)總面積的56%、86%和78%，夏季最適宜海區(qū)面積最大，約占研究區(qū)總面積的65%，海帶養(yǎng)殖期間，4個(gè)季節(jié)不適宜養(yǎng)殖區(qū)面積均為45.4 km2，占研究區(qū)總面積的10% (圖4b和圖5)。

適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果與現(xiàn)有養(yǎng)殖布局對(duì)比顯示，養(yǎng)殖區(qū)分布密集，養(yǎng)殖筏架主要分布在中等適宜區(qū)域，約6 km2的筏架處于不適宜區(qū)，19.8 km2的筏架處于最適區(qū)。從遙感影像顯示，約62.7 km2的最適宜區(qū)域并未安置養(yǎng)殖筏架(圖6)。實(shí)際養(yǎng)殖中，楮島東部海域最適宜區(qū)域海帶長(zhǎng)度約為4 m，而楮島近岸不適宜養(yǎng)殖區(qū)的海帶長(zhǎng)度最多長(zhǎng)到3 m。

圖3 2011年桑溝灣及周?chē)Ｓ蚝юB(yǎng)殖適宜性評(píng)分和適宜性等級(jí)

圖4 2011年4個(gè)季度桑溝灣及周?chē)юB(yǎng)殖適宜性評(píng)分(a)和適宜性等級(jí)(b)

3 討論

現(xiàn)有養(yǎng)殖布局(圖6)顯示，桑溝灣及其周?chē)Ｓ虻酿B(yǎng)殖已經(jīng)達(dá)到一定的規(guī)模，生產(chǎn)面臨挑戰(zhàn)。通過(guò)對(duì)海帶適宜性評(píng)價(jià)，確定海帶最適宜的養(yǎng)殖區(qū)域，以期獲得最佳的養(yǎng)殖結(jié)果，同時(shí)，可緩解現(xiàn)有的養(yǎng)殖壓力。適宜性評(píng)價(jià)關(guān)鍵在于環(huán)境因素評(píng)分的設(shè)定，已有的評(píng)分方法多采用經(jīng)驗(yàn)打分和等間距打分(Radiarta, 2008)，使得評(píng)分結(jié)果主觀性較大。Gentry等(2017)利用生理、異速生長(zhǎng)和生長(zhǎng)理論的方法，以多物種GPI值(Growth performance index)作為一個(gè)養(yǎng)殖生長(zhǎng)適宜性的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，GPI值由von Bertalanffy生長(zhǎng)方程(Froehlich, 2016)和具體養(yǎng)殖品種參數(shù)求得，高的GPI值視為有更好的生長(zhǎng)條件，對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖潛力進(jìn)行了宏觀評(píng)估。本研究針對(duì)桑溝灣及周?chē)Ｓ蚓唧w的養(yǎng)殖品種進(jìn)行適宜性評(píng)價(jià)，采用影響海帶生長(zhǎng)的經(jīng)驗(yàn)公式作為評(píng)分曲線，能較好地反映出海帶生長(zhǎng)對(duì)各環(huán)境因素的需求范圍，且通過(guò)評(píng)分曲線，各環(huán)境因素實(shí)測(cè)值都有與之對(duì)應(yīng)的評(píng)分，評(píng)分結(jié)果較為科學(xué)。

海帶養(yǎng)殖對(duì)季節(jié)依賴性較強(qiáng)，4個(gè)季節(jié)適宜性有較大的差異。春季高分區(qū)呈塊狀分布可能由于春季海帶生長(zhǎng)較快，海區(qū)無(wú)機(jī)氮濃度處于一年當(dāng)中最低值，因此，高分值區(qū)分散在無(wú)機(jī)氮較為充足的區(qū)域。夏季最適宜面積大于春季、秋季和冬季，可能由于夏季降水多，陸源輸送使得海區(qū)無(wú)機(jī)氮得到補(bǔ)充，且此時(shí)部分海帶已收割，海帶自身的阻流作用減弱，水交換較好，處于比較適宜的環(huán)境狀態(tài)。秋季適宜性評(píng)分較高的區(qū)域主要分布在桑溝灣灣外、愛(ài)蓮灣和楮島東部海域附近，此時(shí)，海表面光強(qiáng)比較平均，相對(duì)于灣內(nèi)，灣外水交換較快，無(wú)機(jī)氮可得到及時(shí)補(bǔ)充，且水溫比較適宜，所以更適宜海帶生長(zhǎng)。冬季適宜性評(píng)分較高的區(qū)域逐漸向近岸處遷移，數(shù)據(jù)模擬顯示(Xuan, 2016)，由于冬季水溫較低，靠近灣內(nèi)水溫相對(duì)較高，適宜海帶生長(zhǎng)，且冬季灣外風(fēng)浪大，風(fēng)浪攪動(dòng)水底泥沙，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，冬季水體透明度降低，影響海帶受光，不適宜海帶生長(zhǎng)(平仲良, 1993)。

適宜性評(píng)價(jià)中，采用海帶生長(zhǎng)DEB模型——STELLA模型進(jìn)行敏感性分析，結(jié)果顯示，鹽度的敏感度大于溫度和無(wú)機(jī)氮(蔡碧瑩等, 2019)。雖然，在養(yǎng)殖環(huán)境中，水體鹽度發(fā)生改變會(huì)對(duì)海帶生長(zhǎng)產(chǎn)生較大的影響，但桑溝灣沒(méi)有大型河流匯入，多年平均降雨量處于中等水平，鹽度的年變化較小，基本處于適宜海帶生長(zhǎng)的鹽度范圍，且桑溝灣及周?chē)Ｓ螓}度強(qiáng)制函數(shù)()=0.91~0.96 (蔡碧瑩等, 2019)，相較溫度和無(wú)機(jī)氮，鹽度對(duì)海帶生長(zhǎng)限制較小。敏感性分析雖未涉及流速參數(shù)，但由于水動(dòng)力影響灣內(nèi)外水交換和無(wú)機(jī)氮的輸送，水交換帶動(dòng)營(yíng)養(yǎng)鹽補(bǔ)充(史潔等, 2010)，所以，流速較無(wú)機(jī)氮對(duì)海帶生長(zhǎng)影響更大，此外，溫度影響海水流動(dòng)(馮士筰等, 1999)，因而影響海帶生長(zhǎng)的環(huán)境因子重要性依次為光照>溫度>流速>無(wú)機(jī)氮>鹽度。

根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)結(jié)果，海帶養(yǎng)殖適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果得到了驗(yàn)證，證明該評(píng)價(jià)結(jié)果較為科學(xué)。在北部愛(ài)蓮灣海域，淺水區(qū)水溫較高，水溫升高導(dǎo)致海帶腐爛，海帶長(zhǎng)度最多長(zhǎng)到3 m；位于最適宜海區(qū)海帶長(zhǎng)度可達(dá)4 m左右。楮島近岸海域周?chē)?水深<5 m的紅色區(qū)域)，由于受到水深限制，海帶長(zhǎng)度<3m，達(dá)不到一般正常尺寸(4 m)，不適宜安排海帶養(yǎng)殖。對(duì)于灣外水深超過(guò)30 m的區(qū)域，雖然，從適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果上屬于最適宜或中等適宜，但實(shí)際海帶養(yǎng)殖方面，由于風(fēng)浪較大，養(yǎng)殖設(shè)施損失較大，從經(jīng)濟(jì)利益角度考慮并不適宜安排海帶養(yǎng)殖。楮島東部海域附近有大面積的海域?qū)儆谧钸m宜養(yǎng)殖，但該區(qū)域養(yǎng)殖筏架主要集中在近岸，離岸較近海域養(yǎng)殖易受沿岸人類活動(dòng)影響，因此，可適當(dāng)將海帶養(yǎng)殖筏架后移。

4 結(jié)論

本研究通過(guò)適宜性評(píng)價(jià)對(duì)桑溝灣及周?chē)Ｓ蚝юB(yǎng)殖的適宜性進(jìn)行了評(píng)分，劃分出不同的適宜性等級(jí)。結(jié)果表明，適宜性評(píng)分較高的區(qū)域位于愛(ài)蓮灣及楮島東部海域周?chē)u(píng)分較低的區(qū)域分布在近岸水深較淺的區(qū)域(水深<5 m)。評(píng)價(jià)結(jié)果顯示了桑溝灣及周?chē)Ｓ蚝юB(yǎng)殖區(qū)適宜性分布，可根據(jù)適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果調(diào)整現(xiàn)有的養(yǎng)殖布局，將海帶養(yǎng)殖區(qū)優(yōu)先安排在海帶生長(zhǎng)最適宜區(qū)或適宜性評(píng)分較高的海區(qū)。

GIS作為有效的適宜性評(píng)價(jià)工具，可將海域時(shí)間和空間上非連續(xù)的環(huán)境參數(shù)，可視化的反映其空間分布特征，并簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)計(jì)算和多圖層疊加過(guò)程，增加了評(píng)價(jià)結(jié)果的精確性和科學(xué)性。對(duì)于一片養(yǎng)殖水域進(jìn)行適宜性評(píng)價(jià)，需要綜合考慮養(yǎng)殖過(guò)程涉及到的各個(gè)方面，例如養(yǎng)殖品種的生長(zhǎng)狀況、養(yǎng)殖活動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響、養(yǎng)殖產(chǎn)量及利潤(rùn)的評(píng)估，養(yǎng)殖風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)測(cè)分析等。這些模型的結(jié)合使水產(chǎn)養(yǎng)殖適宜性綜合評(píng)價(jià)更為全面，所呈現(xiàn)出的評(píng)價(jià)結(jié)果更科學(xué)合理，可對(duì)養(yǎng)殖場(chǎng)選址提出建議，為決策者和利益相關(guān)者提供參考，有助于我國(guó)開(kāi)展基于生態(tài)系統(tǒng)的水產(chǎn)養(yǎng)殖空間規(guī)劃以及可持續(xù)的水產(chǎn)養(yǎng)殖管理工作。

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GIS-Based Assessment for Culture Suitability of Kelp () in Sanggou Bay and the Surrounding Waters

SUN Qianwen1,2, LIU Hui2①, SHANG Weitao3,4, YU Liangju4, JIANG Xiaopeng3,4, CAI Biying1,2, CHANG Lirong5, XIAO Luyang5

(1.201306; 2.266071; 3.100049; 4.264003; 5.264316)

With the expansion of aquaculture, there is an increasing concern regarding issues such as conflicts with multi-sea use, low productivity, and higher economic costs. The selection of suitable sites for aquaculture is essential for utilization of sea space and improvement of the efficiency and profits of aquaculture industry. Kelp () is the main culture species in Sanggou Bay and the surrounding waters. The assessment of suitability for kelp culture has been conducted with factors, including light intensity, water temperature, velocity, dissolved inorganic nitrogen, salinity, and depth. The remote sensing is employed to obtain the information of the existing culture areas. The environment variables were collected from field surveys along with model simulations. The Dynamic Energy Budget (DEB) model–STELLA model coupled with analytic hierarchy process was applied to calculate weighted-sums of scores for suitability evaluation. The result showed that the suitability scores were 0~6.7 with the main distribution range of 4~6. 23% of area was estimated to be the most suitable for kelp culture, whereas 10% of total study area was not suitable. The high score areas are mainly located in Ailian Bay and Chudao eastern surrounding waters, whereas the low score areas are mainly located in the shallow waters near the shore. The results have provided a guideline to help in site selection and in the management of kelp culture.

Aquaculture; Suitability assessment; Site selection; GIS

S931.3

A

2095-9869(2020)01-0041-10

10.19663/j.issn2095-9869.20181024001

* 科技部國(guó)際創(chuàng)新合作專項(xiàng)“基于生態(tài)系統(tǒng)的水產(chǎn)養(yǎng)殖空間規(guī)劃研究”(2016YFE0112600)和歐盟地平線2020項(xiàng)目(633476-H2020-SFS-2014-2015)共同資助[This work was supported by the Key Programme for International Cooperation on Scientific and Technological Innovation, Ministry of Science and Technology (2016YFE0112600), and Optimizing Space Available for European Aquaculture (AquaSpace) (633476-H2020-SFS-2014-2015)]. 孫倩雯, E-mail: gwen_sun@126.com

劉 慧，研究員，E-mail: liuhui@ysfri.ac.cn

2018-10-24,

2018-11-15

http://www.yykxjz.cn/

孫倩雯, 劉慧, 尚偉濤, 于良巨, 姜曉鵬, 蔡碧瑩, 常麗榮, 肖露陽(yáng). 基于GIS的桑溝灣及周?chē)Ｓ蚝юB(yǎng)殖適宜性評(píng)價(jià). 漁業(yè)科學(xué)進(jìn)展, 2020, 41(1): 41–50

Sun QW, Liu H, Shang WT, Yu LJ, Jiang XP, Cai BY, Chang LR, Xiao LY. GIS-Based assessment for culture suitability of kelp () in Sanggou Bay and the surrounding waters. Progress in Fishery Sciences, 2020, 41(1): 41–50

LIU Hui, E-mail: liuhui@ysfri.ac.cn

(編輯 馬璀艷)