半封閉海域生態修復策略研究
——以渤海為例

張少春,宋靜靜,劉凱凱,于道德,李友訓,馬健,李彬,王先磊

(山東省海洋科學研究院 青島國家海洋科學研究中心 青島 266104)

0 引言

人類目前面臨的最艱巨的挑戰是,是否有集體智慧來駕馭人類世(Anthropocene),為人類自身以及共同生活在這個星球上的其他生命維持一個可居住的生物圈[1]。首先應該改變對于人類社會發展的認知,即人類社會是屬于生物圈和更廣泛的地球系統的一部分[2],其繁榮和福祉在很大程度上依賴于后兩者,這也是習近平總書記提出的“綠水青山就是金山銀山”在社會生態學上最好的詮釋。人類社會作為生物圈的一部分而存在,意味著環境不再是經濟或社會之外的東西,而是文明存在和依賴的基礎。人類的社會條件、衛生、文化、民主、權力、正義、平等,甚至生存問題,都與地球系統和生物圈交織在一起,形成了一種復雜的相互作用、相互依存的網絡[3-5],從個體水平到全球尺度都受到這個網絡的影響和調節。

我們已經認識到,在耦合的社會經濟——生態系統中,人類行為不僅僅受生態變量的影響,同時對生態變量具有強烈的反饋效應[6]。因此,任何不考慮生態環境的經濟發展都不具有可持續性。環渤海海洋經濟區,作為我國三大海洋經濟區之一,其穩定發展離不開渤海生態環境問題的解決。全球海域的共性問題,例如水體污染、氣候變化、富營養化、赤潮暴發、生境喪失與退化、外來物種入侵等,也是近年來渤海生態面臨的諸多威脅。

本研究針對全球類似于渤海的半封閉海域存在的異同點進行綜合分析,借鑒成功戰略的實施。例如,借鑒全球其他海岸帶或河口地區已經開展的成功修復案例,開展渤海退化水域生態修復。針對渤海個性問題,制定行之有效的治理方案和管理策略,促進各部門協同創新發展。渤海作為一個半封閉海域,其系統退化的任何層面都存在著內部聯系,采用保護、修復、改造等多維度的動態管理思維行動起來才是關鍵前提。

1 渤海水域現狀分析

渤海是一個深入大陸的淺海,也是中國最大的內海,具有水域封閉性強、自凈能力弱、淺海平坡(坡度0.13‰)等特征,導致其更容易積累污染物[7]。除了黃河,還有海河、遼河、灤河等多條河流注入,僅萊州灣海域自東向西就有膠萊河、虞河和小清河等10余條入海河流,構成極具代表性的海洋近岸生態系統,是海水富營養化進而誘發赤潮頻發的主因[8]。渤海現有主要經濟發展模式也存在諸多問題[9-10],如京唐港海運導致的油類污染[11]、蓬萊19-3溢油事件等偶發性生態災害[12],也是渤海水質下降的原因之一,對海洋生物、鄰近群落、生態系統等多個層次的影響更具持續和累計效應[13-14]。此外,近年來國內外備受關注的微塑料污染在渤海灣內也較為嚴重[15]。

1.1 全球氣候變化對渤海水域的影響

全球氣候變化對生物的影響顯而易見。陸地動物向北或者高海拔地區遷移的平均速度為每10年6.1 km,而全球氣候變遷導致海洋物種(主要是魚類和無脊椎動物)向北遷移的速度更快,平均速度為每10年45～49 km[16]。除溫度外,海洋酸化[17]、局部海洋缺氧[18]等關鍵環境因素的變化無時無刻不在影響著海洋的生物多樣性,如珊瑚礁白化、濕地退化等。未來100年,氣候變化將成為決定全球物種分布、多樣性格局的重要驅動因素之一。

渤海具有平均水深較淺、水體停留時間較長等水文特征,這決定了渤海未來將成為我國受全球氣候變化影響較為顯著的地區。其中,渤海作為眾多物種的“三場一通道”(產卵場、索餌場、越冬場和洄游通道),臨近海岸,水深更淺,氣候影響將會更為明顯。已有研究表明,海水溫度變化會顯著影響浮游動物的組成,進而威脅魚類的繁殖和仔稚魚的存活[19]。全球升溫對渤海灣“三場一通道”的影響是致命的,物種北移受到陸域限制,眾多洄游魚類的產卵場、越冬場消失,洄游通道被迫關閉,這一點與緯度稍低的地中海和紅海極為類似[20]。

因此,預測全球氣候變化對渤海海域主要生境和關鍵動植物在何時、何地會產生何樣的影響,人們又當如何消減或適應影響,這些問題的思考和應對策略就顯得尤為緊迫。我們需要深入了解全球氣候變化對渤海關鍵生物種群產生的影響,用以探索采取怎樣的漁業管理措施來保障目標生物適應氣候變化。以稍高緯度的波羅的海鱈魚資源變化為例,海洋變暖和酸化對波羅的海鱈魚的繁殖和幼魚存活產生極大的負面影響,學者們提出首先應當量化氣候變化對鱈魚漁業三重底線(生態、經濟、社會)的影響,并通過降低捕撈死亡率來補償氣候變化造成的負面影響[21]。

通過就地(in situ)保護措施幫助生物在氣候變化中生存、維持種群數量并保證生態功能,例如:通過植被覆蓋、生境異質空間構造來緩解全球氣候變化對海洋生物的負面影響[22]。這項工作對于渤海來說意義重大,重要漁業資源的整體遷徙對于渤海漁業經濟的打擊是致命的,對于渤海水域生態系統的影響也是無可估量的。

1.2 人類活動影響渤海水域富營養化狀態

相較于全球氣候變化對于渤海造成的長時期緩慢影響,人類密集活動能夠在短時間內快速改變渤海水質狀況。海洋(尤其是大洋系統)本身作為一個寡營養的實體存在,其各種元素的具體含量、存在形式、測定方法、時空變化、生物需求等的巨大差異性導致人們很難界定一個生態區域水質情況是否處于富營養化狀態。與之密切相關的一個重要生態現象——有害藻華,卻能讓人們從另一個角度對于富營養化有更直觀的認知。資料分析發現:黃渤海交界的長島水域66年來(1952—2020年)共發現6次赤潮、累計面積1 577 km2,與渤海灣內的東營黃河口海域發現11次赤潮,累計面積4 626.6 km2,以及萊州灣中西部海域發現13次赤潮,累計面積6 616 km2形成鮮明對比;煙臺四十里灣(22次)為暴發次數最多的海域,但所暴發的事件多以中小型赤潮(面積＜100 km2)為主[23-24]。表明渤海海域水質在受到陸源污染后形成小型生態區域是十分明顯的,富營養化程度在渤海內部差異性很大。

全球大部分半封閉海域在歷史上都有赤潮頻發的特點,如紅海、地中海、波羅的海[25-26]等。日本瀨戶內海曾在工業化高度發展的1976年一年內就暴發了229次赤潮,引起了日本政府和科學界的高度重視[27],在嚴格控制磷營養鹽的排放后,赤潮暴發頻率顯著下降(約100次/年)。然而,隨后的結果卻是出乎意料,漁業資源產量竟然隨著赤潮改善而降低。該現象呈現一定的滯后性,引起了學者們的極大關注。Yamamoto[28]研究指出,瀨戶內海從赤潮頻發海域轉變為由磷負荷迅速降低而導致的“寡營養(oligotrophication)”海域,磷元素的減少很可能降低了初級生產力,引起了浮游植物種類組成的變化,從而改變了食物網結構,這很可能是漁業產量減少的主要原因。與此同時,營養元素比例嚴重失衡疊加全球海洋溫度變化,導致了瀨戶內海赤潮優勢種由無毒硅藻演變為有毒、有害甲藻,新的有毒藻種不斷出現[29]。

渤海面積約為瀨戶內海的3倍,前者平均水深18 m,后者平均水深超過38 m,海水容量相當,水體停留時間也較為相似。日本的工業化發展要早于中國,因此瀨戶內海陸源污染對于海洋生態系統的影響及其治理過程,可以作為渤海開展退化水域生態修復的前車之鑒,其先進的漁業管理也值得我們學習和討論。將營養元素循環的動力學過程與初級生產力、食物鏈上行傳遞相偶聯[30],保證區域生態系統的生物地球化學循環速度,這有利于渤海水體的穩定性,避免過多生態災害和生態意外的發生。綜上所述,人為或自然因素驅動導致渤海水域正常的營養循環速率降低,是其赤潮等生態災害頻發的誘因之一,而通過簡單地限制某一陸源污染物,很可能推動水域向“寡營養”水平演變,從而打破生態系統平衡。

2 渤海生態修復原則

本研究通過綜合國內外其他類似水域或地區的生態修復既有成果,結合渤海水域特點和現狀[31],提出以下3點生態修復原則。

2.1 動態思維與整體保護原則

我們希望保護的是完整的渤海生態系統,還是更偏重于保護其服務價值?其實二者并不矛盾,顯然后者是依附于前者而存在。然而,長期以來人們更傾向于保護具有較高服務價值的物種或生境,缺乏對生態過程的保護。例如,捕撈對水體的擾動、對底棲生物的影響等生態過程往往被忽視,但恰恰是此類生態過程影響著生態連通性和生態系統功能[32]。偏重服務價值的保護仍是以人類利益為先、生態保護在后,最終仍會導致類似長江水系破碎性保護悲劇的發生——長江白鱘(Psephurus gladius)滅絕[33]。

目前,整個渤海水域的完全禁漁是很難被接受的,除非我們摒棄以人類為中心的世界觀[34]。再者,隨著全球氣候變暖,暖水物種北遷入渤海,渤海生態環境持續變化是不可避免的。渤海保護的終極目標之一應當是在維持渤海水域現存生態系統穩定性和服務價值的前提下,最大化修復受損生境、保護生物多樣性。而目前的保護規劃和政策則聚焦在大型脊椎動物或具有經濟價值物種,這與生態保護的初衷不一致,也是成效不理想的原因之一。

此外,渤海水域作為一個龐大復雜的生態系統,其相變(regime shift)發生具有明顯的時滯性。減少或避免發生重大生態災害事件[23,35](如赤潮、褐潮、金潮等)的前提是維持系統處于穩定的生態域,提高或保證系統彈性,更為重要的是找到相變發生前的指示,提高我們對于特定災害的預測能力,進一步減少災害損失。在具體保護措施上,需要人們具有動態保護理念,除了關注系統生境要素外,更為重要的是理解各個維度之間內在的連通性以及生態過程。

2.2 生境連通性修復原則

隨著人們對生態保護認知的深入,保護對象由物種逐步擴展至生境。例如,學者們意識到相對于樹木本身,林冠、林下帶等構成的特定生境對于生物多樣性維持也十分關鍵[36]。近幾年,有學者提出應當遵從就地保護原則[37],以保護特定功能性生境為切入點,如牡蠣礁[38]、天然濕地[37],恢復其固有生態功能,維持服務價值[39]。參照陸地生態系統的退耕還林原則,退沿海池塘和人工濕地為天然沼澤和濕地[40-41],開展生境修復。

不同自然生境斑塊之間存在功能連通性。在熱帶珊瑚礁系統,食草魚類對于維持珊瑚礁穩定起到決定性作用,而此類食草魚類的生活史需要建立在珊瑚礁—紅樹林—海草場三者共建的空間格局上。紅樹林和海草場為其主要的育幼場所,同時也是其重要的庇護所。故在建立珊瑚礁保護區時,需綜合考慮珊瑚礁—紅樹林—海草場三者的連通性。渤海水域也存在類似的具有強烈連通性的生境斑塊,例如:牡蠣礁—海草(藻)場—鹽沼濕地。

研究發現,牡蠣礁可以減緩海浪沖擊,進而保護與之相鄰的海草(藻)場或鹽沼濕地[42],后者又可為前者提供足夠的食物碎屑。與孤立在泥灘上的牡蠣礁相比,靠近海草(藻)場的牡蠣礁貝類附著率更高,也能夠支持更大生物量的肉食性魚類。與此同時,海草(藻)場還能為螃蟹等生物在牡蠣礁和鹽沼之間移動提供一條安全廊道[43-45]。這意味著,不同自然生境斑塊之間的連通性,會讓人類的破壞效應級聯放大。近幾年,牡蠣礁修復取得快速研究進展[46],研究表明適當的人為修復,可以加快和鞏固保護效果。渤海水域河口生態修復工作可以很好地借鑒此類研究成果,因地制宜,循序漸進開展。

與此同時,渤海作為“三場一通道”對維持眾多海洋生物,尤其是經濟生物的生物量和種群結構具有重要意義[47]。因此,我們要更加關注不同生境斑塊對于“三場一通道”的支撐作用。保證洄游通道暢通的同時,深入探索生境異質性和破碎化之間的辯證關系。

2.3 不同時空尺度修復原則

人類捕撈的很多海洋物種生活史較長,其種群的自我修復需要執行以年為尺度的禁漁政策方能實現。因生物棲息地以及上下營養級改變也會對其種群恢復產生巨大影響,故只針對某些特定物種實施禁捕的保護原則效果并不佳。目前人類捕撈技術上的進步,如拖網[48],大大加劇了海洋棲息地的破壞,甚至比過度捕撈造成的危害影響更為嚴重[49]。現已經證實,過度捕撈和拖網捕魚技術已經嚴重影響近海乃至深海的生態系統,這需要長時間的修復過程。因此,在渤海,以行政區劃為單位,試點開展更長時間的禁漁措施,將大大有利于物種的自然修復。夏威夷諸多海島采用三年一次的捕撈策略,渤海海域也可借鑒。例如,實行不同海島不同年度的輪禁輪捕策略。也可根據渤海的某些特定生境,如牡蠣礁、鮑魚島等關鍵生物的生活史特征,制定具有季節針對性的禁漁制度,將會大大提升保護效果。

此外,應考慮不同空間尺度的生態修復原則。以牡蠣礁修復為例,2000—2011年,美國半封閉海域切薩皮克灣和佛羅里達海灣實施了187個牡蠣礁修復項目,耗資4 500萬美元,修復效果顯著[50-51]。研究發現,雖然小規模(0.004～0.01 km2)短期(1～2年)修復項目更易于開展,但相對而言其單價過高,且小規模修復很可能無法有效地維持或恢復生態系統的服務功能,故應當根據修復技術范圍和項目預算,盡可能地開展大規模(大于0.04 km2)的修復工程,以提升牡蠣礁修復效果。渤海天津海域、萊州灣河口區域牡蠣礁生態修復項目也應結合區域自身特點,考慮不同時空尺度的修復原則,探尋最佳修復策略。

3 生態修復建議

3.1 理性規劃漁業經濟活動

渤海局部水域處于富營養化狀態,漁業經濟活動的可持續發展必須考慮這一問題。應當以生態理念為指導,開展健康水產養殖和休閑漁業,論證其對局地生態系統和渤海大生態系統的影響,堅持誰污染誰治理的方針,理性規劃和開展漁業經濟活動。

以海洋牧場建設為例,其本質是人工引入的棲息地。海洋牧場可以有效改善荒漠化的海底生境,但這個生態功能的發揮需要經歷較長的適應過程。如,微生物群落的建立、附著生物群落的穩定、底棲和魚類等生物群落之間生態聯系的建立。有學者提出人工魚礁區生態系統穩定需要5～10年甚至更長的時間[52]。Babcock[53]通過分析新西蘭、澳大利亞等海洋保護區發現,在消除捕撈壓力后,海洋保護區特定目標物種個體大小或生物量增加至少需要5年的時間,整個保護區生態功能穩定大約需要13年的時間,而某些特殊的大型肉食性戀礁魚類的生物量穩定則經歷了25年的時間。Edgar[54]調查全球范圍內87個海洋保護區,發現保護效益隨5個關鍵特征的積累呈指數增長,5個關鍵特征分別是:禁止捕撈、高執行率、建立時間長(超過10年)、面積大(大于100 km2)、具有明顯地理邊界(如,被深水或沙地隔開)。與海洋保護區相比,海洋牧場由于是人工生境,受外界干擾更多,面積也存在一定的局限性,所以其形成穩定的生態系統并發揮良好的生態功能可能需要更長的時間。渤海水域較淺,很多區域屬于泥沙軟底,魚礁投入后很快被泥沙掩蓋。與此同時,魚礁等人工構筑物很可能對軟底海床長期進化的特定動植物、微生物群落造成強烈的干擾。

另一個需要重新審視的是休閑漁業對于生態環境和漁業資源的影響。目前很多國家的休閑漁業甚至超過了商業捕撈,造成了眾多魚種的過度捕獲[55]。根據加拿大休閑漁業數據推算,休閑捕魚占全球漁業捕撈的12%[56],且這個比例仍在不斷攀升。近幾年,渤海區域內的休閑漁業活動十分頻繁。我們需要將休閑漁業提升為渤海生態保護關切事項之一,一方面采取生態理念制定規劃、監測和管理辦法,保證休閑漁業的可持續性[57];另一方面可借助垂釣者,采集野生魚類數量和地理空間分布等信息[58],為渤海生態保護提供基礎數據。

3.2 綜合考慮渤海生態保護與沖淡水之間的聯系

全球范圍內的河口區域是生物多樣性的熱點地區,其作為海陸空三者的交界面,具有較高的生境異質性。作為地球之腎的濕地、沼澤等大都分布在河口區域。然而,人類的向海性也使得這一熱點區域遭受了巨大的壓力,生境退化速度極快[59]。河口區域沖淡水的影響亦是十分劇烈,主要表現為海岸帶的動物區系受到嚴重威脅[60]。例如,波羅的海不同的生態分(亞)系統存在明顯的鹽度梯度,導致浮游動物的組成、生物量以及空間分布存在顯著差異[61]。研究發現,1970年以來海水脈沖減少以及淡水徑流增加,導致波羅的海鹽度進一步下降,浮游動植物群落結構和組成已然改變,進而影響波羅的海關鍵種西鯡(Sprattus sprattus)的種群豐度。

渤海(尤其是萊州灣)也受到黃河等沖淡水的顯著影響。研究發現,黃河等沖淡水銳減是導致渤海鹽度整體升高的主要原因,可顯著改變海域環流結構,導致垂向環流減弱,不利于黃海和渤海的水體交換以及渤海內部上下層水體交換[62-63]。這一過程與渤海局部水體富營養化密切相關,也會導致關鍵生境的破壞。因此,在分析年際和年代際變化的歷史數據基礎上,開展渤海河口區域水質、棲息地、物種多樣性變化與沖淡水之間的關系研究顯得尤為重要。應當綜合探索黃河等淡水徑流的變化、富營養化狀態、漁業資源動物的“三場一通道”時空變化[47]以及鄰近關鍵生境變化之間的關系。研究顯示,黃河入海水量與海洋魚卵、仔稚魚密度構建了密切的調控響應關系[64],春季黃河入海水量越大,河口近海魚類低鹽產卵場營造越顯著,漁業資源效益越大,因此,為最大限度發揮黃河沖淡水調控功能,應在供給兩岸工農業生產生活用水,滿足發電、河道河口濕地補水等水資源需求前提下,可保障有相當水量入海,盡量在產卵季之前營造河口近海低鹽水產卵孵育場環境。

4 結語

渤海作為我國典型的半封閉海域,承接著京津冀城市群,其生態環境的穩定與沿岸人類福祉息息相關。如何維持其生物多樣性、保持其生態系統服務功能,需要我們運用前瞻性的思維模式和理念去合理地預測、規劃、定位、配置、實施、維護渤海生態系統的穩定。開展全球氣候變化對于渤海生態、社會、經濟的綜合影響評估,探索最佳的適應性管理策略是今后工作開展的重中之重。