海水養殖生態環境壓力評價及壓力點偵測
——以北部灣為例

程勝龍,李燕,黃靜,付曉,容浩

(廣西大學工商管理學院 南寧 530004)

0 引言

2019年,自《關于加快推進水產養殖業綠色發展的若干意見》(以下簡稱《意見》)提出加強科學布局、改善養殖環境、轉變養殖方式和拓寬發展空間等意見,標志著中國水產養殖業進入一個新階段[1],綠色發展成為水產養殖的必然要求。

海水養殖業是中國水產養殖主要方向[2],優化生產布局,減少生態環境壓力,對于提高養殖資源利用水平,實現專業化生產與海水養殖可持續發展具有重要意義。廣西海洋生物資源豐富,北部灣地區更是傳統漁場之一,海水養殖條件優越[1]。據2020年《廣西統計年鑒》,至2020年廣西漁業總產值達到538.9億元,水產品總量達到3 403 345 t,同比增長3.19%,漁業產值指數為106.2%。北部灣地區養殖業已呈現規模化發展,海水養殖對近岸生態環境產生巨大壓力:水產養殖過程中投入品、池底污泥[3]、水產排泄物、養殖廢水[4]、生物污損[5]以及養殖區抗生素殘留[6]等因素均會導致養殖區海洋環境惡化,增加養殖風險的同時造成局部環境污染[7],從而對生態系統與社會經濟運轉產生長期、隱蔽的威脅。因此,為更好地應對養殖帶來的生態環境壓力,可通過生態指標、水質指標、地質指標和養殖現狀等指標來衡量海水養殖對生態環境的壓力并辨析海水養殖主要壓力點。

目前,學者們對生態環境壓力的研究集中于從農業生產[8]、“生產-加工-消費”[9]和“綠色發展”[1]等不同視角構建指標體系;或是通過層次分析法[10]、熵值法[11]、平均法[12]、灰色關聯分析[13]和因子分析與聚類分析[14]等多種方法研究生態環境壓力與海水養殖產業結構,缺乏對海水養殖生態環境壓力關鍵點和關鍵期偵測方面的研究。海水養殖具有區域性和生產周期性,在不同海岸帶區域和不同時期產生的壓力不同,海水養殖的生態壓力在空間和時間上分布不均。對生態環境養殖壓力建立綜合評價體系,準確測評海水養殖生態壓力的關鍵點和關鍵期對于養殖調控和生態環境保護具有重要環境學和政策意義。廣西北部灣地區是我國南方主要海水養殖區之一,海水養殖業穩步發展,是我國主要的海產品基地之一。本研究綜合運用TOPSIS與空間分析等方法,對北部灣地區生態環境壓力進行定量評價,對壓力點、壓力地區進行分析與評價,以期為北部灣地區海水養殖與生態環境治理提供科學的依據和數據。

1 研究區域概況與研究設計

1.1 研究區域概況

廣西北部灣地區海岸線長1 595 km,沿岸島嶼約700個,島嶼岸線長約600 km。潮間帶灘涂面積約10萬hm2,適宜水產養殖面積約6.7萬hm2。20 m等深線以內淺海面積約65萬hm2,適宜水產養殖面積約57萬hm2。水產資源豐富,地理優勢明顯,海水養殖業快速、穩步發展。北部灣地區海水養殖模式可分為3種:陸基池塘養殖模式,養殖種類包括對蝦和海水魚類,其中南美白對蝦占池塘養殖的80%以上;灘涂底播養殖模式,以文蛤、青蛤、泥蚶和大獺蛤等貝類養殖品種為主;淺海養殖模式,又分為淺海筏式養殖模式和淺海網箱養殖模式,淺海筏式養殖模式,以近江牡蠣、馬氏珠母貝和扇貝等貝類吊養為主。淺海網箱養殖模式,主要養殖品種為鋸緣青蟹、中華烏塘鱧、石斑魚、真鯛和鱸魚等。

本研究以北部灣地區的海水養殖區為靶向區位,并作為檢測站點。為簡化工作量,將同一水域、主要養殖模式相近,主要評價養殖品種一致的較小養殖海域進行合并,得到76個增養殖區域。其中陸基海水養殖區域19個;灘涂增養殖海域22個;淺海增養殖海域30個;深水養殖海域5個(圖1)。

圖1 北部灣主要養殖類型區域分布

1.2 研究設計

1.2.1 指標選取

生態環境壓力的度量,旨在對當地生態環境壓力進行評價。為全面評價海水養殖生態環境壓力,確保評價指標的合理性,采用理論分析和專家咨詢等方法對指標進行篩選。首先,以生態環境壓力作為關鍵詞,對涉及生態環境壓力的153篇核心期刊進行頻度統計,從中選取近5年來使用頻率最高的指標;其次對海水養殖生態環境壓力的概念進行外拓,咨詢10位專家學者,構建海水養殖生態環境壓力評價指標體系。該體系中,將生態環境壓力分為3個層次(目標層、基礎層和指標層)和3種養殖模式:第一層次為目標層,分為社會、經濟壓力指標和生態環境容量指標;第二層次為基礎層次,分為養殖傳統、養殖現狀、社會環境(此3項屬于社會、經濟壓力指標)和水質指標、生態指標、地質指標、氣候條件(此4項屬于生態環境容量指標);第三層為指標層(表1)。

表1 北部灣地區海水養殖區生態壓力評價指標體系

1.2.2 數據來源

養殖現狀與養殖傳統相關數據由廣西大學10位專家現場測評;社會環境(養殖區內具有生產許可的種苗場、注冊登記養殖場、原種場、良種場和水產品冷凍加工廠等)與氣候條件相關數據由《廣西統計年鑒》與各市縣政府統計公報計算得出;水質指標、生態指標與地質指標由沿海各市縣提供相應監測數據。在對養殖區壓力評價中,各自然屬性因子,如水質因子、底質因子、海水生態因子等指標,由于很難判斷各個指標的相對重要性(即各因子指標的針對某個養殖模式權重大小),因此假定各自然屬性因子各指標的主觀權重相等,采用其客觀權重來衡量各屬性因子指標的相對重要性。

1.2.3 研究方法

本研究采用模糊數學灰色統計法、熵權法與逼近理想解排序法(TOPSIS),對社會經濟數據與生態環境數據進行評價。

設置決策問題的方案集(評價養殖區集)為M=(M1,M2…M m),指標集為C=(C1,C2,…,Cn),養殖區M i對指標Cj的值記為x ij(i=1,2,…,m;j=1,2,…,n),則可形成多目標決策矩陣X:

兩組患者在入院后及時進行禁食禁水相應操作，緩解胃腸道壓力，降低胃黏膜對組織的刺激，防止胰腺的分泌，并且適當給予患者質子泵抑制類藥物，降低胃酸的分泌，及時給予必要的腸道營養支持[3]。

為了消除各指標量綱不同對方案決策帶來的影響,需要對形成的決策矩陣進行無量綱化處理,構建標準化決策矩陣V=(v ij)m×n,式中,v ij為指標特征值歸一化值。

對m個養殖備選水域,n個評價指標,可以確定評價指標的熵為:

將無量綱化后的矩陣與各指標的權重相乘,可得到加權決策矩陣R=(rij)m×n:

采用歐氏距離,計算養殖區與正理想解和負理想解之間的距離,如下:

采用計算得到的正、負理想解(S+dt、S-dt)計算各養殖區與理想解的相對貼近程度ζi,并對壓力值排序,如下:

根據βi值的大小排序,βi越大,則M i越接近理想解,表明壓力越小,反之,壓力越大。

2 結果與分析

2.1 整體影響情況分析

表2 北部灣地區海洋生態養殖壓力評價結果

通過對比3種養殖區,可發現池塘養殖區環境密閉、更容易蓄積污染,因此池塘養殖區的生態養殖壓力最大,平均壓力達到0.623;淺海養殖區與海洋生態系統聯通,相較于灘涂養殖區與池塘養殖區,生態養殖壓力最小,平均壓力達到0.445;灘涂養殖區生態壓力居中,平均壓力到達0.545,即:與自然生態系統聯系更為緊密的養殖模式,生態壓力相對更小。

2.2 生態環境壓力點偵測

對不同養殖方式生態環境壓力通過柵格計算,將壓力進行疊加,得到海水養殖對北部灣生態的綜合壓力分布情況(圖2)。其中珍珠港灣為壓力最大分布區,也是海水養殖對生態環境壓力的關鍵點;茅尾海和灣外鹿耳環江至烏雷為次壓力分布區,為養殖對生態環境壓力的次關鍵點;此外西村-彬塘為另外一個次壓力分布區和次關鍵點。珍珠港灣養殖區位于防城港市,是廣西海洋牧場示范區,占地面積達到4萬hm2,包括淺海養殖區、深海養殖區和珍珠貝養殖中心等七大產區,養殖區占地面積大,養殖品種多,對生態環境的污染與壓力不可避免地增加;茅尾海養殖區中主要養殖模式為灘涂養殖,相較于淺海養殖區生態環境壓力較大,且茅尾海區域建立了茅尾海紅樹林自然保護區,對生態環境的關注較大,與之相對應的,養殖對生態環境壓力會減小;西村等養殖區域分布區域相較于珍珠港灣與茅尾海較小,因此生態環境壓力與珍珠灣與茅尾海等養殖區較小,即:西村等養殖區為三級壓力點。

圖2 各類養殖模式對北部灣生態環境壓力疊加分布

2.3 陸基池塘養殖模式對生態環境壓力評價

陸基池塘養殖模式對生態環境壓力具體見圖3。陸基池塘養殖對生態環境壓力的關鍵時期,受到養殖區的主要養殖品種的影響,關鍵時期集中于7—8月和10—11月。陸基池塘養殖區域主要分布在大番坡池塘養殖區、白沙池塘養殖區、犀牛角池塘養殖區和竹林營盤池塘養殖區,這些養殖區中養殖品種以南美白對蝦為主,南美白對蝦成熟期集中在7—8月和10—11月,此時南美白對蝦對餌料需求增加,同時為避免養殖區暴發大規模疫病,養殖主增加藥物投放;為營造良好的水質環境,在養殖區域投放肥水寶等養殖水質肥料,養殖水域含氧量急劇增加,南美白對蝦在快速發育的同時微生物也在不斷地積蓄,池塘在一段時間的養殖后,池塘內會淤積大量的淤泥和細菌,以池塘作為主要養殖區的陸基池塘養殖模式自身不能很好地與外界進行物質交換,極易蓄積污染,而池塘的清淤清塘主要依賴于人工,因此陸基池塘養殖模式對生態環境壓力影響最大。

圖3 陸基池塘養殖模式對北部灣生態環境壓力分布

2.4 淺海筏式養殖模式和淺海網箱養殖模式對北部灣生態環境壓力評價分析

淺海筏式養殖模式和淺海網箱養殖模式對生態環境壓力具體見圖4。淺海養殖模式對生態環境的壓力受到養殖品種和養殖區域的影響。由于淺海筏式養殖模式主要養殖品種以近江牡蠣為主,其生態環境壓力關鍵時期集中在7—8月,即:水溫最高,牡蠣生長最快速的季節。牡蠣養殖區集中在潿洲島東南淺海貝類養殖區、茅尾海淺海筏式養殖海域。而淺海網箱養殖模式主要養殖品種為鱸魚,養殖區域集中于萬尾島南側淺海養殖海域、潿洲島北面淺海養殖區,鱸魚生長快速季節集中在7—8月,此時鱸魚對餌料的需求增加,養殖戶會增加餌料的投放;同時為預防疾病,養殖戶也會增加藥物的投放,海域藥物不斷蓄積,餌料投放量超過鱸魚的消耗量,水質富營養化,淺海生態系統難以通過循環達到生態平衡,生態環境壓力在當前時間段不斷增加。相較于陸基池塘養殖模式,淺海養殖模式由于位于海洋生態系統中,可通過海洋生態系統消除部分生態環境壓力,對生態環境壓力的影響較小。

圖4 淺海筏式養殖模式和淺海網箱養殖模式對北部灣生態環境壓力分布

2.5 灘涂底播養殖模式對北部灣生態環境壓力評價分析

灘涂底播養殖模式對生態環境壓力具體見圖5。灘涂底播養殖模式主要養殖品種為貝類,其中以文蛤為關鍵物種,養殖區域分布于珍珠港灘涂貝類養殖海域、江山半島東側養殖灘涂、犀牛角—麻蘭島灘涂養殖海域和三娘灣—大風江口貝類養殖區。相較于淺海養殖的主要物種:鱸魚、牡蠣和池塘養殖的對蝦,貝類對氣候變化的響應不太明顯,無明顯的生長快速時期,因此灘涂底播養殖模式對生態環境壓力全年平均分布,無關鍵時期。此外,灘涂養殖區可通過灘涂生態系統中微生物在物質循環與流動中達到環境凈化、維持灘涂生態系統平衡。

圖5 灘涂底播養殖模式對北部灣生態環境壓力分布

3 討論

本研究建立了生態環境壓力評測指標體系,進一步探討了北部灣地區海水養殖生態環境壓力并進行關鍵點偵測,并從陸基池塘養殖模式、淺海養殖模式和灘涂底播養殖模式3個維度出發探討了海水養殖對生態環境壓力的影響,結論如下。

(1)養殖模式顯著影響生態環境壓力。池塘養殖區生態養殖壓力最大,淺海養殖區生態養殖壓力最小,灘涂養殖區生態壓力居中,即與自然生態系統聯系更為緊密的養殖模式生態環境壓力更小。

(2)養殖面積與養殖區域的自然環境對生態環境壓力有著不同的影響。珍珠港灣、茅尾海、鹿耳環江至烏雷、西村到彬塘均為北部灣地區海水養殖的主要區域,生態環境壓力相較于其他零散區域更大,但茅尾海區域建立紅樹林自然保護區,對生態環境的關注增加,相較于珍珠港等養殖區生態壓力較小。

(3)主要養殖物種影響生態環境壓力,養殖物種生長更為迅速的時間段是生態環境壓力更大的時間點,養殖區域生態環境壓力隨著主要養殖物種的成長不斷變動。

4 結論

海水養殖已成為漁業發展方向,在《2021—2023年廣西水產養殖用投入品專項整治工作實施方案》提議下,改善海水養殖生態環境,在實現經濟價值的同時實現生態環境的可持續發展成為當前重大議題,因此偵測北部灣地區生態環境壓力點,提出有效改善北部灣地區生態環境壓力的措施對促進廣西養殖產業具有重要意義。

(1)建立如工業化的海水養殖模式[15],完善產業鏈,進行系統化的研究與開發,實現規范化生產[16]。

(2)針對性地研究養殖業污染控制與治理相關技術[17],完善養殖業的政策措施與法律體系[18],保證水產養殖業在政府的調控下健康發展。

(3)增強政策和資金保障,當前水產養殖在環保政策上強制性加大,而強制性政策需要資金或是相應的政策予以支持,否則將會流于表面[19]。

本研究僅對廣西北部灣地區進行生態環境壓力與關鍵點進行研究,有待進一步深化拓展。在未來研究中,可對海水養殖的其他區域進行生態環境壓力測評,進而分析生態環境能夠承受的極限壓力,在微觀尺度上分析具體關鍵時點與關鍵地區的生態環境壓力,并提供相應的生態環境改善措施。