我國(guó)近岸海洋生物多樣性空間分區(qū)方法與應(yīng)用探討

黃 浩，安麗娜，李偉文，王 磊

(自然資源部第三海洋研究所，福建 廈門 361005)

劃區(qū)管理工具(含海洋保護(hù)區(qū))被國(guó)際社會(huì)公認(rèn)為養(yǎng)護(hù)和可持續(xù)利用生物多樣性最為有效的手段，也是當(dāng)前聯(lián)合國(guó)關(guān)于國(guó)家管轄外海域生物多樣性(BBNJ)養(yǎng)護(hù)和可持續(xù)談判最為重要的議題。由于持續(xù)的全球變化和人類活動(dòng)，海洋生物多樣性不斷降低[1-2]?？紤]到生物在地球上分布的不均勻性，為了有效利用資源和能力，必須選擇最具有價(jià)值的區(qū)域或生物類別開(kāi)展生物多樣性的保護(hù)。因此，生物多樣性保護(hù)的一項(xiàng)關(guān)鍵任務(wù)在于識(shí)別“對(duì)生物多樣性保護(hù)具有關(guān)鍵意義的優(yōu)先區(qū)域”，在此基礎(chǔ)上，綜合考慮社會(huì)經(jīng)濟(jì)、人類活動(dòng)影響等因素，開(kāi)展劃區(qū)管理。本研究主要開(kāi)展3個(gè)方面的研究，首先，綜述生物多樣性和劃區(qū)管理的全球研究進(jìn)展，其次，根據(jù)我國(guó)海域的地理要素特征，確定適合的分區(qū)原則和指標(biāo)，最后，探討在我國(guó)管轄海域范圍內(nèi)開(kāi)展生物多樣性保護(hù)分區(qū)的實(shí)踐應(yīng)用。

1 生物多樣性與生物地理分區(qū)

生物多樣性在全球的分布并不是均質(zhì)性，而是遵循由氣候、地質(zhì)、地球進(jìn)化史、物種進(jìn)化史等因素所決定的復(fù)雜模式，形成不同的生物地理區(qū)系，并向人類呈現(xiàn)不同的生物多樣性格局[3]。就某生物地理區(qū)系而言，對(duì)外表現(xiàn)為生活著一系列地理上獨(dú)特的物種、自然群落和環(huán)境條件的集合體，其以生物多樣性為中心，根據(jù)生物的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)劃定，因此，在劃區(qū)管理時(shí)，不應(yīng)受行政管轄邊界的限制。一個(gè)生物地理區(qū)系的邊界往往并不是固定和明顯的，而是與重要的環(huán)境要素和生物進(jìn)化過(guò)程密切相關(guān)的，并隨之而變動(dòng)。

鑒于此，開(kāi)展生物多樣性的劃區(qū)管理必須要基于生物地理相關(guān)要素，即研究物種、生態(tài)系統(tǒng)等不同尺度上生物地理區(qū)系的分界線，或者說(shuō)研究限制海洋生物多樣性分布的真正要素，并基于這些要素進(jìn)行區(qū)系劃分和劃區(qū)管理，這對(duì)海洋生物多樣性保護(hù)具有非常重要的科學(xué)意義。

在較大尺度上，影響海洋生物多樣性分布格局及生物擴(kuò)散的主要因素是自然地理環(huán)境的阻礙，例如潮間帶、大陸架斜坡、大洋及深海生物由于地理空間的限制，其主導(dǎo)生物分布的能量流通和物質(zhì)流通方式也各不相同，進(jìn)而導(dǎo)致多樣性格局的差異。而在較小的尺度上，洋流主要影響浮游生物、游泳生物和底棲生物的分布，地形地貌則主要影響底棲生物的分布，浮游生物和游泳生物則主要受到光、溫度、鹽度等因素的影響。同時(shí)，與陸地不同，海洋生物多樣性具有高度的三維性和易變性，這就決定了海洋生物地理分區(qū)及海洋生物多樣性保護(hù)的復(fù)雜性和困難性[4]。

2 全球海洋分區(qū)及劃區(qū)管理研究進(jìn)展

在以往研究中，大海洋生態(tài)系(Large Marine Ecosystems，LMEs)的理論和方法被廣泛應(yīng)用。大海洋生態(tài)系認(rèn)為，海洋是由若干個(gè)獨(dú)立的區(qū)域組成，在每一個(gè)區(qū)域內(nèi)，其自然環(huán)境、生物群落、生態(tài)系統(tǒng)之間相互緊密聯(lián)系，應(yīng)將其作為一個(gè)區(qū)域性的生態(tài)單元進(jìn)行管理。大海洋生態(tài)系以生物地理學(xué)為基礎(chǔ)，主張考慮影響一個(gè)生物區(qū)系內(nèi)生物多樣性特征和分布的所有因素，而不僅僅是采用狹隘的行業(yè)管理的方法。依據(jù)大海洋生態(tài)系的理論和方法，全球海洋生態(tài)系統(tǒng)共劃分為64個(gè)大海洋生態(tài)系，我國(guó)的南海大生態(tài)系、黃海大海洋生態(tài)系和東海大海洋生態(tài)系都是大海洋生態(tài)系的組成部分。大海洋生態(tài)系的范圍涵蓋從河流和河口的海岸帶到朝向海岸的大陸架及主要洋流系統(tǒng)的外緣帶，分區(qū)依據(jù)為：①海洋地形地貌，②水文地理學(xué)，③生產(chǎn)力，④從營(yíng)養(yǎng)上支撐的人口數(shù)量。在全球尺度，64個(gè)大海洋生態(tài)系生產(chǎn)了世界上95%的漁業(yè)生產(chǎn)量。

除了大海洋生態(tài)系的概念外，如1997年世界自然基金會(huì)發(fā)起的“全球200”項(xiàng)，以生態(tài)區(qū)為保護(hù)單元，按主要生境類型將具有代表性的生物多樣性豐富地區(qū)劃分成238個(gè)熱點(diǎn)地區(qū)，其中包括43個(gè)海洋生態(tài)區(qū)[5-7]，1999年，保護(hù)國(guó)際基金會(huì)在全球范圍內(nèi)進(jìn)行了生物多樣性熱點(diǎn)地區(qū)評(píng)估，并于2004年確定了34個(gè)物種最豐富且受到威脅最大的熱點(diǎn)地區(qū)[8]；2002年，世界自然基金會(huì)聯(lián)合中國(guó)、韓國(guó)和日本的一些非政府環(huán)保組織和研究機(jī)構(gòu)在黃海生態(tài)區(qū)確定了111個(gè)生態(tài)重要區(qū)以及23個(gè)潛在優(yōu)先區(qū)域，并于2006年公布了黃海生態(tài)區(qū)潛在保護(hù)區(qū)域圖[3]，目前該研究成果已被聯(lián)合國(guó)開(kāi)發(fā)計(jì)劃署采納。此外，還有運(yùn)用于沿海地區(qū)以及大陸架水域的世界海洋生態(tài)區(qū)分類(MEOW)，以及運(yùn)用于全球開(kāi)放海域和深海海底的分類計(jì)劃(GOODS)。

在不同的尺度上，劃區(qū)所依據(jù)的要素也不同，全球主要生物地理分區(qū)研究及依據(jù)要素如表1。

表1 全球主要生物地理分區(qū)及依據(jù)的要素Tab.1 Major global biogeographic classifications and the classifying factors

續(xù)表1

3 我國(guó)近岸海洋生物多樣性劃區(qū)研究

3.1 范圍界定

研究范圍以中國(guó)領(lǐng)海為主，兼顧專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)，重點(diǎn)研究范圍見(jiàn)圖1，共計(jì)約105.04萬(wàn)km2，約占我國(guó)管轄內(nèi)海域面積的三分之一。

3.2 分區(qū)原則和要素

3.2.1 分區(qū)原則 生物多樣性分區(qū)既要立足其自身特征，同時(shí)兼顧管理的需求，分區(qū)要求簡(jiǎn)單實(shí)用，具體分區(qū)原則如下：

①遵循研究區(qū)域生物地理特征的原則。生物地理特征包括氣候、生物、化學(xué)、水文、地形、地貌等。

②實(shí)用性原則。劃區(qū)的目的在于發(fā)現(xiàn)生物多樣性重要、關(guān)鍵的區(qū)域，并提供可行的管理單元，因此分區(qū)單元必須實(shí)用。

③簡(jiǎn)單表征原則。分區(qū)必須有簡(jiǎn)單清晰的界限，可為地理界限或生物區(qū)系界限，并能夠包含大多數(shù)該區(qū)域的生態(tài)特征或者關(guān)鍵因素特征。

④分區(qū)名稱應(yīng)能表征該區(qū)的主要特征。

3.2.2 分區(qū)要素 分區(qū)要素主要分為地理學(xué)、生物學(xué)、水文學(xué)、地球化學(xué)四類要素，在具體區(qū)劃中，應(yīng)根據(jù)研究區(qū)域的生物多樣性特征，選取全部或者部分相關(guān)指標(biāo)開(kāi)展分區(qū)。

①地理學(xué)要素：顯著的海岸線地形特征、已知的生物地理分割線、底質(zhì)特征等。

②生物學(xué)要素：生物分布界限、特殊生境分布界限等，例如，海島、珊瑚礁、海草床、紅樹(shù)林的生境分布單元。

③水文學(xué)要素：水溫、水深、鹽度、海流等。

④地球化學(xué)要素：營(yíng)養(yǎng)元素分布、陸源輸入點(diǎn)、沉積物化學(xué)特征等。

針對(duì)我國(guó)近岸管轄海域，參考生物地理的方法，考慮我國(guó)海洋生物多樣性的獨(dú)特性、豐富性、自然地理、生態(tài)過(guò)程、環(huán)境因子等特征，采用三級(jí)分區(qū)的方法，分區(qū)所依據(jù)的主要因子如表2。

圖1 研究范圍示意圖Fig.1 Schematic diagram of the research areas

表2 分區(qū)所依據(jù)的因子

Tab.2 Factors used for marine spatial classification

分區(qū)等級(jí)一級(jí)分區(qū)二級(jí)分區(qū)三級(jí)分區(qū)分區(qū)要素地理特征、氣侯特征、地理輪廓、岸線特征、水團(tuán)特征海岸地形、地貌、底質(zhì)類型(泥灘、砂灘、生物灘)、海流(上升流等)、水深溫度、鹽度、水體營(yíng)養(yǎng)鹽、沉積物營(yíng)養(yǎng)鹽、特殊小生境類型(河口、海灣、海島等)

3.3 分區(qū)過(guò)程

分區(qū)過(guò)程在ESRI公司的ARCGIS軟件平臺(tái)完成，首先，將選定的分區(qū)要素矢量化，形成GIS數(shù)據(jù)庫(kù)中的標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)、線、面矢量格式，其次，在ARCGIS軟件的TOOLBOX中選取UNION工具，將所有要素圖層疊加，輸出為不同特征要素在空間上分區(qū)單元，根據(jù)要素等級(jí)，共形成3個(gè)尺度的分區(qū)單元，最后，為了保證分區(qū)單元不會(huì)過(guò)于片段化和破碎化，去除面積小于鄰近單元面積10%的碎片，執(zhí)行TOOLBOX中GENERALIZE工具，形成相對(duì)較大的分區(qū)單元。

在分區(qū)過(guò)程中，各要素在GIS分?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)采用的處理方法有所不同。其中，地貌通過(guò)顯著的自然單元來(lái)確定邊界，包括大、中、小3種類型地貌；環(huán)境化學(xué)要素通過(guò)梯度的顯著自然斷點(diǎn)來(lái)分區(qū)；生物因素則考慮物種和種群兩方面，物種通過(guò)其分布范圍確定邊界，或者說(shuō)限制物種分布的地理隔離來(lái)劃分分區(qū)，種群通過(guò)其聚類關(guān)系劃分為不同地理區(qū)系，并形成分區(qū)單元。

3.4 分區(qū)結(jié)果

根據(jù)上述方法，共形成一級(jí)分區(qū)6個(gè)，二級(jí)分區(qū)16個(gè)，三級(jí)分區(qū)101個(gè)。

一級(jí)分區(qū)(6個(gè))：根據(jù)海域地理位置、氣候特征、地理輪廓、岸線特征、地形、地貌等因素所表現(xiàn)的差異，將中國(guó)近海劃分為黃海、渤海、東海、臺(tái)灣海峽過(guò)渡區(qū)、南海和三沙島礁區(qū)6大生物多樣性空間分區(qū)(圖2)。

圖2 我國(guó)近岸海洋生物多樣性一級(jí)空間分區(qū)Fig.2 Primary spatial classification of marine biodiversity in nearshore China

渤海和黃海的分界線是從遼東半島南端老鐵山角至山東半島北端蓬萊角的連線。黃海與東海的分界線是西起長(zhǎng)江口北岸啟東角，東至朝鮮半島南側(cè)濟(jì)州島西南角之間的連線。臺(tái)灣海峽過(guò)渡區(qū)指福建沿海與臺(tái)灣島之間的海峽區(qū)域。南海區(qū)指廣東、廣西和海南三省近海海域管轄范圍，三沙島礁區(qū)指西沙、南沙、中沙重要島礁分布區(qū)。

二級(jí)分區(qū)(16個(gè))：依據(jù)地理環(huán)境因素，兼顧行政界限和管理需求，在一級(jí)分區(qū)的基礎(chǔ)上，參考我國(guó)海岸地形、岸灘類型、海底地貌等因素差異，區(qū)劃為北黃海近岸海域、南黃海近岸海域、遼東灣、渤海灣、萊州灣、渤海中央水域、蘇北及舊黃河口、長(zhǎng)江口及杭州灣、浙江東南沿海、臺(tái)灣海峽過(guò)渡區(qū)、珠江口及廣東沿海、環(huán)海南島沿海、北部灣及廣西沿海、西沙島礁區(qū)、南沙島礁區(qū)、中沙島礁區(qū)，共計(jì)16個(gè)二級(jí)生物多樣性空間分區(qū)(圖3)。

圖3 我國(guó)近岸海洋生物多樣性二級(jí)空間分區(qū)Fig.3 Secondary spatial classification of marine biodiversity in nearshore China

三級(jí)分區(qū)(101個(gè))：依據(jù)海洋生物多樣性賴以存在的小尺度生物地理學(xué)要素(顯著的海岸線特征、已知的生物地理分割線、底質(zhì)特征等)、水文學(xué)指標(biāo)(水溫、水深、鹽度、海流、上升流等)以及地球化學(xué)指標(biāo)(營(yíng)養(yǎng)元素分布、陸源輸入、沉積物等)，上述因素中，重點(diǎn)考慮小尺度的岸線特征、地形特征、鹽度和水深4個(gè)因素，最終劃為101個(gè)生態(tài)區(qū)。

黃渤海區(qū)總面積約20.6萬(wàn)km2，共計(jì)二級(jí)分區(qū)6個(gè)，分別為北黃海近岸海域、南黃海近岸海域、遼東灣、渤海灣、萊州灣、渤海中央水域，三級(jí)分區(qū)24個(gè)；東海區(qū)總面積約12.4萬(wàn)km2，共計(jì)二級(jí)分區(qū)3個(gè)，分別為蘇北及舊黃河口、長(zhǎng)江口及杭州灣、浙江東南沿海，三級(jí)分區(qū)20個(gè)；臺(tái)灣海峽過(guò)渡區(qū)總面積約為4.2萬(wàn)km2，共計(jì)二級(jí)分區(qū)1個(gè)，三級(jí)分區(qū)20個(gè)；南海區(qū)總面積約12.7萬(wàn)km2，共計(jì)二級(jí)分區(qū)3個(gè)，分別為珠江口及廣東沿海、環(huán)海南島沿海、北部灣及廣西沿海，三級(jí)分區(qū)38個(gè)(表3)?？紤]到西沙島礁區(qū)、南沙島礁區(qū)和中沙島礁區(qū)的生態(tài)相似性和完整性，在二級(jí)分區(qū)的基礎(chǔ)上不再進(jìn)一步細(xì)分。

表3 我國(guó)近岸海洋生物多樣性一級(jí)、二級(jí)空間分區(qū)對(duì)應(yīng)表Tab.3 Corresponding table for the first and secondary spatial classifications of marine biodiversity in nearshore China

空間分區(qū)形成一級(jí)分區(qū)6個(gè)，二級(jí)分區(qū)16個(gè)，三級(jí)分區(qū)101個(gè)，其中黃海14個(gè)，渤海10個(gè)，東海20個(gè)，臺(tái)灣海峽過(guò)渡區(qū)16個(gè)，南海38個(gè)，三沙島礁區(qū)3個(gè)。具體情況如圖4和表4所示。

圖4 我國(guó)近岸海洋生物多樣性三級(jí)空間分區(qū)Fig.4 Third spatial classification of marine biodiversity in nearshore China

表4 我國(guó)近岸和重點(diǎn)區(qū)域海洋生物多樣性空間分區(qū)表

Tab.4 Spatial classification of marine biodiversity in nearshore and key regions of China

一級(jí)分區(qū)名稱面積/km2二級(jí)分區(qū)個(gè)數(shù)三級(jí)分區(qū)個(gè)數(shù)黃海73 562.6214渤海132 086.4410東海124 005.2320臺(tái)灣海峽過(guò)渡區(qū)41 767.4116南海127 188.8338三沙島礁區(qū)551 820.233

3.5 數(shù)據(jù)集成與存儲(chǔ)

數(shù)據(jù)庫(kù)采用ESRI公司的Geo-Database，分區(qū)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式為面狀矢量，分區(qū)過(guò)程在ARCGIS軟件支持下完成。數(shù)據(jù)庫(kù)不僅整合了空間分區(qū)矢量數(shù)據(jù)，還集成了與我國(guó)海洋和海岸生物多樣性密切相關(guān)的生物、地形、地貌、岸線、環(huán)境質(zhì)量等地理要素?cái)?shù)據(jù)，根據(jù)研究需要，地理要素的數(shù)據(jù)采用矢量線狀或面狀格式存儲(chǔ)。

在分區(qū)的基礎(chǔ)上，對(duì)已獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行不同尺度的劃分，包括一級(jí)分區(qū)數(shù)據(jù)、 二級(jí)分區(qū)數(shù)據(jù)、 三級(jí)分區(qū)數(shù)據(jù)，各個(gè)尺度分區(qū)數(shù)據(jù)精度要求不同，其中三級(jí)分區(qū)的數(shù)據(jù)精度要求最高。

4 結(jié)論與展望

劃區(qū)管理工具被國(guó)際社會(huì)公認(rèn)為生物多樣性養(yǎng)護(hù)和可持續(xù)利用最為有效的手段，與以往以行政單元為劃區(qū)邊界不同，本研究嘗試以生物多樣性為中心，基于生物地理相關(guān)要素開(kāi)展空間劃區(qū)的探討，并以中國(guó)管轄的近岸海域?yàn)閷?duì)象，選取關(guān)鍵生物地理要素，開(kāi)展三級(jí)空間劃區(qū)，形成101個(gè)生物多樣性空間分區(qū)，該研究在國(guó)內(nèi)尚屬首次，可為我國(guó)近岸海域空間規(guī)劃與管理、生物多樣性保護(hù)提供重要的科學(xué)支撐。在研究中，仍有以下值得進(jìn)一步探討和不足之處：

(1)10 m等深線和20 m等深線討論。地形地貌是三級(jí)分區(qū)的重要地理要素，在研究中，我們以20 m等深線為劃分依據(jù)，主要考慮我國(guó)近岸海域位于地勢(shì)平緩的大陸架之上，向陸地一側(cè)為海岸帶的水下部分，以水下岸坡為界自然連接到向海一側(cè)的大陸架其他部分，水下岸坡是沿岸陸地的水下延伸部分，其主要在低潮線0～20 m等深線之間的范圍內(nèi)，因此，以20 m水深為劃分依據(jù)。

但在我國(guó)的渤海、蘇北淺灘、北部灣、萊州灣等地，由于地勢(shì)較為平緩，若以20 m等深線為邊界，則范圍過(guò)大，在管理中并不實(shí)際，因此，主要考慮10 m等深線，或者完整的地貌單元邊界。

(2)生態(tài)完整性。如前所述，劃區(qū)管理應(yīng)以生物多樣性為中心，分區(qū)內(nèi)生物生態(tài)過(guò)程相對(duì)完整。一般認(rèn)為，河口、海灣、海島屬于相對(duì)完整的生態(tài)單元，一般劃為一個(gè)分區(qū)。例如湄洲灣、興化灣，如果以水深、地貌等相關(guān)生物地理要素來(lái)劃定界限，則整個(gè)海灣可能被劃分為若干個(gè)分區(qū)，并不符合分區(qū)原則，在研究和管理中也不方便。

(3)以生物指標(biāo)為主的空間分區(qū)。空間劃區(qū)主要應(yīng)基于生物要素和地理要素，在研究中，由于生物數(shù)據(jù)相對(duì)較少，主要依據(jù)地理要素來(lái)開(kāi)展空間劃區(qū)，因此，具有一定的欠缺，需要進(jìn)一步完善生物調(diào)查數(shù)據(jù)。