近岸海域生态质量评估方式

由于填海造地、海洋资源的不合理开发利用、渔业养殖、污染物排放等人为活动的影响,近岸海域生态环境正遭受着日趋严峻的污染和损害,包括物理化学变化、生境衰退、生态多样性变化等[1].综合评价人为扰动下近岸海域的生态质量状况是国内外学者共同关注的问题.目前,国内仅有少量关于近岸海域生态质量状况综合评价的研究[2-4],大多海洋环境质量评价尚停留在单一介质的污染评价阶段[2],如单项水质评价法、综合评价指数法和富营养化水平评价法等[5-6],从生物学角度综合评价的概念还没有广泛应用[7].国外近岸海域的生态质量状况评价研究已从对污染物或物种的评价发展到从生物学角度进行评价,有代表性且应用广泛的近岸海域生态质量状况综合评价方法有欧盟的生态状况综合评价方法[8]和美国的沿岸海域状况综合评价方法[9].前者以生物学要素为主,以物理化学和水文形态学要素为辅,以未受扰动的水体状况参数值作为评价参考基准,以所有要素中的最低等级(one-outall-ou,tOOAO)作为综合评价等级原则对近岸海域生态质量状况进行评价,但该方法没有统一的评价标准,且OOAO原则的应用也受到了质疑[10];后者选取水质指数、滨海湿地损失、沉积物污染和底栖生物指数4类指标进行评价,按照评价海域的现状对这4类指标进行赋分(好为5,一般为3,差为1),这4类指标的平均值即为评价海域的总状况分值,并据此划分为相应等级,但该方法仅分为3个评价等级,且3个等级的划分标准还存在争议.由于历史监测资料的缺乏,以及与国外近岸海域的差异,国外的评价指标和方法并不完全适用于国内的情况,因此研究适合我国的生态质量状况综合评价方法十分必要.本文在参考国内外近岸海域生态质量状况综合评价方法的基础上,提出以生物学要素为主、物理化学要素为辅的指标体系,通过评价标准的优化和调整,对评价指标赋予权重,建立了近岸海域生态质量状况模糊综合评价方法,对方法进行了可靠性验证,并将该方法应用于厦门同安湾海域,以期为我国近岸海域生态质量状况综合评价以及生态综合管理决策提供科学依据.

1近岸海域生态质量状况模糊综合评价方法

1•1评价指标体系的建立

选择合适的指标在综合评价中有着举足轻重的作用,指标体系的建立应遵循科学性、层次性、可比性、可操作性等原则[2].本文中近岸海域生态质量状况综合评价指标体系中的生物指标(底栖生物、浮游植物和浮游动物)及水质、沉积物的基本理化状况指标(表1)用于综合评价;水质、沉积物中的营养盐、重金属和有机污染物等污染物因子用于评价结果的验证.对于污染物因子,不限于表1中列出的种类,可根据研究海域的主要污染物和特征污染物做出相应调整.本方法将评价指标分为非生物指标和生物指标(图1),从数量上,以生物指标为主.非生物指标主要是反映海域基本物理化学状况的指标.参考欧盟的生态质量状况综合评价方法[8]和美国的沿岸海域状况综合评价方法[9]中的评价指标,本文中的非生物指标选择水质透光度、化学需氧量(chemicaloxygendemand,COD)、溶解氧(dissolvedoxygen,DO)、沉积物中的硫化物和总有机碳(totalorganiccarbon,TOC).由于近岸海域系统的大部分变化都与盐度和温度的变化有关,这两者与人为活动对生态质量状况的影响没有直接关系[11],因此盐度和温度不作为评价指标.营养盐受人为扰动较大,可作为污染因子来分析.底栖生物通常是公认的能够反映海洋水生生态的指标[12],因此生物指标以底栖生物为主,结合浮游植物和浮游动物.底栖生物质量状况用个体丰度、物种丰度和香农多样性指数(H′)来表征,浮游植物和浮游动物用H′来表征.

1•2评价标准

本文中的评价标准主要参考我国的相应标准,对于国内没有相应评价标准的指标参考欧盟水管理框架(EuropeanWaterFrameworkDirective,WFD)和美国沿岸水体的评价标准.生态质量状况划分为优、良、中、差、劣5个等级(表2),由于我国的海洋水质和沉积物标准分为4级,所以评价标准参考国内外的研究成果做了一定调整,并且使各等级之间尽量做到等间距,以减少不同等级之间间距不均所带来的隶属度误差.等级优代表生物学要素及一般物理化学要素未受到人类活动的明显扰动;等级良代表生态质量状况略差于优等,受到程度较小的污染和轻微的人为活动扰动;等级中代表污染较严重,人为活动扰动较大,生态质量状况处于向差过渡的状态;等级差代表生态系统失衡,污染严重,生态质量状况有继续恶化的可能;等级劣代表生态系统已完全失衡,污染十分严重[13].

1•3权重的确定和模糊关系矩阵的建立

通过Delphi法,由层次分析软件YAAHP0•5•2计算各指标的权重因子(表3).根据各指标的实测值和评价标准,建立模糊关系矩阵.对于值越大、生态质量状况越差的指标采用“降半梯形”分布函数计算,对于值越大、生态质量状况越好的指标采用“升半梯形”分布函数计算,函数公式见文献[14].11个评价指标中,生物要素的总权重占2/3,非生物要素的权重占1/3,这与WFD要求的以生物学要素为主的评价指标体系一致[11].底栖生物指标的权重之和为0•47,主要是因为底栖生物具有较小的流动性,生活史较短,能很快通过种群和群落反映环境的变化[2].国外关于底栖生物质量状况评价的指数主要有AZTI海洋生态指数(AZTImarinebioticindex,AMBI)[15]、多变量AZTI海洋生态指数(multi-variate-AMBI,M-AMBI)[16]、底栖质量指数(benthicqualityindex,BQI)[17]、Bentix指数(Bentixindex)[18]以及底栖多毛类端足类机会种指数(benthicoppor-tunisticpolychaetesamphipodsindex,BOPA)[19]等.DO作为水生生态系统的限制性因子,其权重仅次于底栖生物.透光度和TOC的权重相等,透光度代表光能到达水面以下的深度,决定了光合作用的大小以及水生生物的分布;TOC对污染物和营养元素在沉积物中的迁移、转化等地球化学行为起着至关重要的作用.浮游植物、浮游动物多样性以及叶绿素a的权重依次减小.浮游植物是海洋生态系统中最重要的初级生产者,其多样性与海洋生态系统的稳定性有着密切的关系,重要程度相对较高;浮游动物的权重小于底栖生物和浮游植物,主要是由于浮游动物不定栖于水生系统中,有移动性和一定的随机性;叶绿素a浓度表示水域初级生产者的现存量,间接反映了海区初级生产力的高低.硫化物含量的高低是衡量海洋底质环境优劣的一项重要指标,COD是水质氧化还原状况的指标,两者对生态系统的影响相对较小,因此权重较低.