基于近海健康評價(jià)現(xiàn)有體系的我國普適海洋健康評價(jià)“雙核”新框架的構(gòu)建

王啟棟,宋金明,*,袁華茂,彭 晨

1 中國科學(xué)院海洋研究所海洋生態(tài)與環(huán)境科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 青島 266071

2 青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國家實(shí)驗(yàn)室海洋生態(tài)與環(huán)境科學(xué)功能實(shí)驗(yàn)室, 青島 266237

3 中國科學(xué)院大學(xué), 北京 100049

4 中國科學(xué)院海洋大科學(xué)研究中心, 青島 266071

5 青島科技大學(xué)海洋生物與工程學(xué)院,青島 266042

我國是一個(gè)海洋大國,長達(dá)18000 km的海岸線上分布著河口、海灣、近岸淺海、海草床、珊瑚礁、紅樹林等多種蘊(yùn)含豐富海洋資源的生態(tài)系統(tǒng),是我國沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的重要基礎(chǔ),承載了約占國內(nèi)生產(chǎn)總值十分之一的海洋經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)[1]。然而,在人類活動和全球變化的雙重壓力下,我國近海生態(tài)環(huán)境持續(xù)惡化,污染物排放、海岸工程和海上作業(yè)、過渡捕撈、外來物種入侵等造成海洋水體環(huán)境惡化、海洋生境破壞、海洋生物資源衰竭和海洋生態(tài)災(zāi)害頻發(fā)等諸多問題[2-3]。為了海洋生態(tài)系統(tǒng)能夠持續(xù)為人類經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展服務(wù),亟需對近海海洋生態(tài)環(huán)境健康狀況進(jìn)行科學(xué)系統(tǒng)的評估,以推進(jìn)海洋生態(tài)環(huán)境的管理和保護(hù)工作。

生態(tài)系統(tǒng)健康是指生態(tài)系統(tǒng)能夠長期處于正常狀態(tài),能夠保持總體功能的多樣性、復(fù)雜性和活力,穩(wěn)定性高且可持續(xù)發(fā)展,受到外界脅迫能夠快速恢復(fù)正常狀態(tài)。而海洋生態(tài)系統(tǒng)健康的內(nèi)涵,不僅包括海洋生態(tài)系統(tǒng)自身組成結(jié)構(gòu)和生態(tài)功能的完整和穩(wěn)定,還包括海洋生態(tài)系統(tǒng)為人類提供可持續(xù)性服務(wù)的健康狀態(tài)。海洋生態(tài)系統(tǒng)健康是一個(gè)綜合問題,自20世紀(jì)80年代以來,海洋生態(tài)系統(tǒng)健康狀況的評估和管理成為一個(gè)新的研究領(lǐng)域,國際上海洋環(huán)境管理也逐漸從單一因素的評估轉(zhuǎn)變?yōu)楹Ｑ笊鷳B(tài)系統(tǒng)的綜合管理[4]。盡管我國對海洋環(huán)境的評價(jià)和管理目前還主要集中在海水、沉積物或生物體等某個(gè)單一介質(zhì)[5- 8],但針對整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的綜合評估也在逐漸起步和發(fā)展[9-10],并且這也將是我國今后近海海洋生態(tài)系統(tǒng)管理的研究重點(diǎn)。

目前,海洋生態(tài)系統(tǒng)健康評估的主要方法包括指示物種法和指標(biāo)體系法。指示物種法是根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)中的特定物種的健康程度來指示這個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況,指示物種往往具有環(huán)境敏感性或生態(tài)系統(tǒng)特有性,浮游生物、底棲生物、魚類、高等水生植物等均可成為指示物種[10]。指示物種法的優(yōu)點(diǎn)是簡單易行,但指標(biāo)單一,難以反映復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng),且物種篩選標(biāo)準(zhǔn)不明確,不具有普適性。指標(biāo)體系法是根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能特征,在大量復(fù)雜的信息中篩選和提取能夠表征其特點(diǎn)的參數(shù)建立指標(biāo)體系,然后依據(jù)指標(biāo)的意義賦予其評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和權(quán)重系數(shù),最后基于一個(gè)算法或規(guī)則建立綜合評價(jià)體系[11]。指標(biāo)體系法能夠綜合反映生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量狀況,是目前國內(nèi)外海洋生態(tài)系統(tǒng)健康最常用的評價(jià)方法。本文系統(tǒng)總結(jié)了國內(nèi)外海洋生態(tài)環(huán)境健康綜合評估方法的研究進(jìn)展,并且基于海洋生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域的最近研究成果以及多個(gè)評價(jià)方法的優(yōu)點(diǎn),構(gòu)建了一個(gè)適用于我國近海海洋生態(tài)環(huán)境健康狀況評估的方法框架。

1 國際近海海洋環(huán)境健康評價(jià)方法

國際上對近岸海域海洋環(huán)境健康的評價(jià)方法主要有：保護(hù)國際基金會聯(lián)合美國國家生態(tài)學(xué)分析與綜合研究中心等多家機(jī)構(gòu)聯(lián)合建立的海洋健康指數(shù)(Ocean Health Index, OHI)[12-13]；美國環(huán)境保護(hù)署(EPA)、海洋和大氣管理局以及魚類和野生動物管理局為國家沿海評估項(xiàng)目(National Coastal Assessment,NCA)所提交的沿岸海域狀況報(bào)告中(National Coastal Condition Report,NCCR)所使用的綜合評價(jià)方法(文中即稱該方法為NCA法)[14]；歐盟為了執(zhí)行水管理框架,其下設(shè)的“生態(tài)狀況工作組”于2003年提出了“生態(tài)狀況綜合評價(jià)方法”[9]。本文從評價(jià)指標(biāo)的選取,指標(biāo)的賦值、權(quán)重和最終評價(jià)等級的劃分,評價(jià)的應(yīng)用及優(yōu)缺點(diǎn)等方面詳細(xì)介紹3種具有代表性的評價(jià)方法。

1.1 評價(jià)指標(biāo)的選取

海洋健康指數(shù)(OHI)選取了10個(gè)目標(biāo)：食物供給、傳統(tǒng)漁民的捕撈機(jī)會、自然產(chǎn)品、碳匯、海岸防護(hù)、海岸帶生計(jì)與經(jīng)濟(jì)、旅游與休閑、海洋歸屬感、清潔水域和生物多樣性[12-13]。OHI看重人類社會與海洋生態(tài)系統(tǒng)之間的聯(lián)系,因此其多數(shù)指標(biāo)與人類社會直接相關(guān)。例如,“食物供給”(包含捕撈漁業(yè)和海水養(yǎng)殖兩個(gè)子目標(biāo))、“傳統(tǒng)漁民的捕撈機(jī)會”、“自然產(chǎn)品”分別從大批量獲取海洋食物資源的商業(yè)捕撈和海水養(yǎng)殖行為、小規(guī)模的且不參與全球漁業(yè)貿(mào)易的捕撈行為以及獲取非食物型自然產(chǎn)品(觀賞魚、珊瑚制品、貝殼等)等不同角度,全方位評估在可持續(xù)性提供給人類社會物質(zhì)資源方面近岸海洋的能力或健康狀況；“旅游與休閑”、“海洋歸屬感”則評估人類從海洋中獲得的生活體驗(yàn)和精神、文化價(jià)值方面的享受；而“海岸防護(hù)”和“海岸帶生計(jì)與經(jīng)濟(jì)”更是直接評估與海洋有關(guān)的經(jīng)濟(jì)民生。因此,OHI的指標(biāo)選取,涉及海洋與人類社會產(chǎn)生聯(lián)系的方方面面,體現(xiàn)的是“以人為本”內(nèi)涵。

美國沿岸海域狀況綜合評價(jià)方法(NCA)選取了5個(gè)相互并列的評價(jià)指數(shù)：水環(huán)境質(zhì)量指數(shù)(Water Quality Index),沉積環(huán)境質(zhì)量指數(shù)(Sediment Quality Index),底棲生物指數(shù)(Benthic Index),沿岸棲息地指數(shù)(Coastal Habitat Index)和魚類組織殘毒指數(shù)(Fish Tissue Contaminants Index)。每個(gè)指數(shù)(Index)中包含了多個(gè)評價(jià)指標(biāo)(Indicator),如表1所示。NCA方法所選擇的指標(biāo)主要聚焦于海洋環(huán)境參數(shù),這也反映出該方法所評價(jià)的核心是海洋生態(tài)系統(tǒng)的自身狀態(tài)。

表1 美國沿岸海域狀況綜合評價(jià)方法(NCA)的指標(biāo)構(gòu)成[14]

歐盟生態(tài)狀況綜合評價(jià)方法的指標(biāo)體系,將評價(jià)要素分成三類：生物學(xué)要素,物理化學(xué)要素和水文形態(tài)學(xué)要素,每個(gè)要素下篩選了數(shù)個(gè)具體指標(biāo),如表2所示?？梢钥闯?歐盟生態(tài)狀況綜合評價(jià)方法所選取的具體指標(biāo)與NCA方法比較接近,僅在指標(biāo)的分組、分類上有差異。

表2 歐盟生態(tài)狀況綜合評價(jià)方法評價(jià)要素和指標(biāo)[16]

1.2 指標(biāo)的賦值、權(quán)重及評價(jià)等級的劃分

海洋健康指數(shù)評價(jià)體系中每個(gè)目標(biāo)值的計(jì)算都綜合考慮4個(gè)維度——現(xiàn)狀、趨勢、壓力和恢復(fù)力,其中趨勢、壓力和恢復(fù)力構(gòu)成了近期發(fā)展趨勢[13]。每個(gè)目標(biāo)得分(Ii)是現(xiàn)狀(xi)和近期發(fā)展趨勢(xi,F)得分的平均值(即現(xiàn)狀和近期發(fā)展趨勢各占50%的目標(biāo)權(quán)重),而近期發(fā)展趨勢則是趨勢(Ti)、壓力(pi)和恢復(fù)力(ri)的函數(shù)(具體計(jì)算方法見表3)。由于海洋健康指數(shù)10個(gè)目標(biāo)(包括子目標(biāo))之間具有較大的差異,因此每個(gè)目標(biāo)參考點(diǎn)的選擇以及4個(gè)維度的計(jì)算都具有各自的模式。海洋健康指數(shù)目標(biāo)的得分采用百分制,分?jǐn)?shù)越高表明健康狀況越好。在計(jì)算最終得分時(shí),每個(gè)目標(biāo)的重要性由其權(quán)重(αi)來決定,但是該評價(jià)方法本身并沒有對針對目標(biāo)的權(quán)重做出說明和限定,因此可根據(jù)海洋健康評價(jià)的側(cè)重點(diǎn)、對國民經(jīng)濟(jì)社會的重要性以及區(qū)域的差異等做出相應(yīng)的調(diào)整和優(yōu)化。

表3 海洋健康指數(shù)目標(biāo)值的計(jì)算[12]

美國沿岸海域狀況綜合評價(jià)方法(NCA)中某區(qū)域每個(gè)指數(shù)的計(jì)算分為兩步：第一是評估每個(gè)監(jiān)測站位該指數(shù)及其包含指標(biāo)的等級并賦分(3個(gè)等級：“好”=5,“一般”=3,“差”=1),第二是根據(jù)區(qū)域內(nèi)所有監(jiān)測點(diǎn)的情況,確定區(qū)域指數(shù)等級。這意味著NCA方法評價(jià)順序是層層遞進(jìn)的,可總結(jié)為：先指標(biāo)后指數(shù),先站位后區(qū)域；指標(biāo)的等級決定指數(shù)的等級,而站位的等級決定區(qū)域的等級。根據(jù)一個(gè)區(qū)域內(nèi)所有監(jiān)測站位的評級,通過面積加權(quán)累積分布函數(shù)計(jì)算該區(qū)域劃分為不同等級的面積比例。具體的評級規(guī)則如表4所示。NCA依賴于監(jiān)測站位的現(xiàn)場調(diào)查數(shù)據(jù),盡管沒有復(fù)雜的算法,但要對所有指標(biāo)建立科學(xué)合理的等級之間的臨界值,且同一指標(biāo)的等級臨界值還具有明顯的區(qū)域差異。此外,除了沿岸棲息地指數(shù)是通過比較近期和歷史數(shù)據(jù)計(jì)算得到以外,其他指數(shù)和指標(biāo)均通過現(xiàn)場調(diào)查監(jiān)測數(shù)據(jù)獲得,即NCA指數(shù)反映的是某一區(qū)域特定時(shí)間下的特定狀態(tài)。

表4 美國沿岸海域狀況綜合評價(jià)方法指數(shù)評級規(guī)則[14]

歐盟生態(tài)狀況綜合評價(jià)方法以未受干擾水域的評價(jià)要素參數(shù)值作為評價(jià)參考基準(zhǔn),將評價(jià)等級分為“優(yōu)”、“良”、“中”、“差”、“劣”5等,評價(jià)的原則是按照生物學(xué)要素>物理化學(xué)要素>水文形態(tài)學(xué)要素的優(yōu)先級進(jìn)行逐級評價(jià),生物學(xué)要素決定了評價(jià)等級的上限[15-16]。具體來說,首先要對生物學(xué)因素進(jìn)行評價(jià),如果生物學(xué)因素為“優(yōu)”,則進(jìn)一步評價(jià)物理化學(xué)要素和水文形態(tài)學(xué)要素,最終評價(jià)結(jié)果為“優(yōu)”、“良”或“中”；如果生物學(xué)因素為“良”,則只進(jìn)一步評價(jià)物理化學(xué)要素,最終評價(jià)結(jié)果為“良”或“中”；如果生物學(xué)要素為“中”、“差”、“劣”,則無需評價(jià)其他要素,最終評價(jià)結(jié)果對應(yīng)為“中”、“差”、“劣”?？梢钥闯?生物學(xué)要素是該評價(jià)體系的核心,一片海域健康與否首先取決于其中的浮游植物、大型藻類和底棲生物是否健康,其中底棲生物的流動性小、生活史短,能快速反應(yīng)環(huán)境變化,是生物學(xué)要素的核心評價(jià)內(nèi)容。

1.3 評價(jià)方法的應(yīng)用及其特點(diǎn)

海洋健康指數(shù)提供了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的、定量的、透明直觀且具有開放性的評價(jià)方法,它揭示海洋健康的變化及趨勢,可從不同的時(shí)空尺度對海洋生態(tài)系統(tǒng)的健康進(jìn)行評價(jià)和比較[13]。海洋健康指數(shù)是一個(gè)宏觀的、與人類社會聯(lián)系極其緊密的指標(biāo),可服務(wù)于政府決策,從而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會和海洋健康的和諧、可持續(xù)發(fā)展。海洋健康指數(shù)最終的量化得分有助于不同區(qū)域之間的比較,但某些目標(biāo)的內(nèi)涵決定了評價(jià)結(jié)果中包含較多的主觀因素和不確定性。海洋健康指數(shù)是一個(gè)針對全球海洋的評價(jià)指標(biāo),在具體應(yīng)用中還應(yīng)根據(jù)評價(jià)的出發(fā)點(diǎn)對計(jì)算模型進(jìn)行適當(dāng)修正,才能更準(zhǔn)確的體現(xiàn)區(qū)域特點(diǎn)。此外,參考點(diǎn)選擇、數(shù)據(jù)源的獲取及其一致性,都會影響最終的評價(jià)結(jié)果。

美國沿岸海域狀況綜合評價(jià)方法和歐盟生態(tài)狀況綜合評價(jià)方法主要以海洋生態(tài)環(huán)境為評價(jià)主體,通過多參數(shù)體系全面評估河口和沿岸海域的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。美國沿岸海域狀況綜合評價(jià)方法的數(shù)據(jù)來源于評估區(qū)域環(huán)境因子的現(xiàn)場調(diào)查,以點(diǎn)帶面,在測定方法一致的前提下數(shù)據(jù)源的一致性強(qiáng),最終通過統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)劃定等級,可操作性強(qiáng)。但是美國沿岸海域狀況綜合評價(jià)方法中的評價(jià)參數(shù)無權(quán)重上的差別,以總體狀況為目標(biāo),更接近于海洋環(huán)境普查；現(xiàn)場調(diào)查數(shù)據(jù)只能反映特定時(shí)間下的狀態(tài),且數(shù)據(jù)源之間的時(shí)間差可能會造成不同區(qū)域比較產(chǎn)生一定的偏差,這一不足可以通過持續(xù)的監(jiān)測和定期更新評估來彌補(bǔ)。

歐盟生態(tài)狀況綜合評價(jià)方法則突出生物學(xué)要素在生態(tài)環(huán)境中的重要性,然而該方法評價(jià)基準(zhǔn)的選擇采用類型專屬區(qū)域背景值的方法,操作性較差,而且各國在應(yīng)用時(shí)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一,在判別分析生物學(xué)要素和一般物理化學(xué)要素時(shí)可能會采用不同的指標(biāo)計(jì)算方法。此外,由于評價(jià)基準(zhǔn)是未受人類干擾海域的背景值,因此評價(jià)結(jié)果反映的是人為干擾對近海生態(tài)環(huán)境的響應(yīng)而不包含自然變化。

2 我國近海海洋環(huán)境健康狀況的綜合評價(jià)

自20世紀(jì)80、90年代開始,海洋生態(tài)系統(tǒng)作為一個(gè)整體,其健康狀況的度量、評價(jià)和管理成為一個(gè)新的研究領(lǐng)域,而我國在該領(lǐng)域的研究并沒有落后太多。在20世紀(jì)末和21世紀(jì)初,我國就已針對海洋中不同載體的環(huán)境質(zhì)量,出臺了一系列標(biāo)準(zhǔn)文件,如《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB3097—1997)、《海洋沉積物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB18668—2002)和《生物體質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB18421—2001)等[17-19]。早在2003年,我國學(xué)者即在萊州灣海域首次采用指標(biāo)體系法進(jìn)行了海洋生態(tài)系統(tǒng)健康狀況的評價(jià)[20]。為了進(jìn)一步提高海洋生態(tài)系統(tǒng)健康評價(jià)的規(guī)范性。2005年,原國家海洋局發(fā)布了海洋行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《近岸海洋生態(tài)健康評價(jià)指南》(以下簡稱《指南》),規(guī)定了珊瑚礁、海草床、紅樹林、河口與海灣5類海洋生態(tài)系統(tǒng)的健康評價(jià)方法[21]。《指南》的評價(jià)框架與美國沿岸海域狀況綜合評價(jià)方法比較接近,但指數(shù)與指標(biāo)的選取有所不同。NCA方法中的指數(shù)為等權(quán)重,而《指南》則賦予了5個(gè)指數(shù)不同的權(quán)重,并將指標(biāo)的賦值與指數(shù)的權(quán)重值相結(jié)合,最終歸一化為百分制的得分。從權(quán)重組成來看,生物指數(shù)占據(jù)了50%的權(quán)重,這說明在《指南》的評價(jià)體系中,海域的健康狀況很大程度上取決于生物要素的健康狀況,這又與歐盟生態(tài)狀況綜合評價(jià)方法中以生物學(xué)要素為最高優(yōu)先級類似?！吨改稀返某雠_具有重要意義,一方面為我國海洋健康評價(jià)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)并提供了參考,另一方面提供了評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)使不同區(qū)域的評價(jià)結(jié)果具有可比性。

最近十幾年來,國內(nèi)海洋環(huán)境健康評價(jià)領(lǐng)域的研究日趨增加,所使用的評價(jià)框架多種多樣。部分學(xué)者直接根據(jù)《指南》對相關(guān)海域進(jìn)行環(huán)境健康評價(jià)[22-24],部分學(xué)者則將國際上的評價(jià)框架適當(dāng)調(diào)整后應(yīng)用到國內(nèi),如王秋璐等基于美國沿岸海域狀況綜合評價(jià)方法(NCA)的框架對渤海灣近岸海域的健康狀況進(jìn)行了評估,結(jié)果處于一般和好之間[25]；溫泉等根據(jù)中國沿海實(shí)際情況系統(tǒng)修正了海洋健康指數(shù)的計(jì)算模型,并用于中國近海的健康評估,結(jié)果全國沿海地區(qū)總體得分為59(百分制)[13]。也有不少學(xué)者致力于新的海洋環(huán)境健康評價(jià)方法的構(gòu)建,以期提升評價(jià)體系的科學(xué)性和可操作性。

目前,國內(nèi)學(xué)者應(yīng)用最多的評價(jià)體系,是分層次的綜合指標(biāo)體系法,最常用的三組指標(biāo)包括以海洋生物豐度和群落結(jié)構(gòu)為主的生物生態(tài)指標(biāo)、以水和沉積物的物理化學(xué)參數(shù)為主的環(huán)境指標(biāo)以及人類社會經(jīng)濟(jì)學(xué)指標(biāo),或者直接簡化為生物生態(tài)和環(huán)境因子兩組指標(biāo)。學(xué)者們對生物生態(tài)組和環(huán)境因子組具體指標(biāo)的選擇具有較高的一致性,如生物生態(tài)組中通常涵蓋初級生產(chǎn)力、浮游動植物和底棲生物的多樣性和豐度等指標(biāo),環(huán)境因子組通常包括水體的營養(yǎng)鹽、溶解氧、pH、透明度、污染物以及沉積物的有機(jī)質(zhì)、污染物等指標(biāo)。而人類社會經(jīng)濟(jì)學(xué)指標(biāo)的選取卻存在多個(gè)不同的角度,既有反映海洋生態(tài)文明的海洋科技投入、海洋文化宣傳等指標(biāo),也有反映人類社會對海洋生態(tài)環(huán)境壓力的污水排放和污染物入海量等指標(biāo)。人類活動在近岸海洋環(huán)境的變化中扮演重要的角色,因此也有學(xué)者采用“壓力—狀態(tài)—響應(yīng)”模型(Pressure-State-Response,PSR)來進(jìn)行海洋環(huán)境健康評估,以體現(xiàn)人類活動對海洋生態(tài)環(huán)境健康的影響,但對壓力、狀態(tài)和響應(yīng)子系統(tǒng)的指標(biāo)選擇卻有較大差異,例如：在廣西近海的一個(gè)評價(jià)案例中,人類海洋產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)能、污染物的排放以及自然災(zāi)害被定義為壓力,海洋的生物生態(tài)狀況和環(huán)境質(zhì)量被定義為狀態(tài),而響應(yīng)則是人類社會對海洋環(huán)境變化所采取的積極應(yīng)對[26]；而在山東近海的一個(gè)評價(jià)案例中,則將陸源輸入定義為壓力,水環(huán)境質(zhì)量為狀態(tài),浮游和底棲生物的密度為響應(yīng)[27]。PSR模型有時(shí)也被簡化為“狀態(tài)—響應(yīng)”模型,例如在山東半島藍(lán)色經(jīng)濟(jì)區(qū),李延峰等僅選取環(huán)境因子和生態(tài)響應(yīng)兩類指標(biāo)進(jìn)行生態(tài)環(huán)境健康,其中生態(tài)響應(yīng)中包含了生物類群指標(biāo)和生態(tài)災(zāi)害指標(biāo)[28]。對比來看,PSR模型和分層次的綜合指標(biāo)體系法并沒有本質(zhì)區(qū)別,在應(yīng)用中壓力、狀態(tài)和響應(yīng)也是并列的3個(gè)層次。

指標(biāo)的賦值和權(quán)重是整個(gè)評價(jià)體系中極其重要的一環(huán),直接決定了最終的評價(jià)結(jié)果。目前,我國海洋環(huán)境健康評價(jià)方法常用的指標(biāo)賦值方法分為兩類:一類是劃定臨界范圍,落在某一具體范圍內(nèi)的指標(biāo)獲得相應(yīng)的等級；另一類是與基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行比較,根據(jù)比值的大小確定等級。兩類方法各有優(yōu)缺點(diǎn),前一種方法涵蓋了某一具體指標(biāo)可能出現(xiàn)的所有值,但落在同一范圍內(nèi)的指標(biāo)具有相同等級,在所劃分等級數(shù)量有限的條件下,無法體現(xiàn)級內(nèi)差異,尤其是無法反映某些極端環(huán)境狀況；后一種方法可以精確量化不同環(huán)境的差異,但是結(jié)果完全依賴于基準(zhǔn)點(diǎn)的選取,選取標(biāo)準(zhǔn)不同可能會造成完全不同的結(jié)果。無論是劃定臨界范圍還是選取參考基準(zhǔn),三部國家標(biāo)準(zhǔn)文件(GB3097—1997、GB18668—2002、GB18421—2001)仍然是眾多評價(jià)方法的選擇依據(jù)。例如,《指南》中pH、溶解氧、無機(jī)氮和活性磷酸鹽等水環(huán)境指標(biāo)的等級劃分依據(jù)第一和第二類海水標(biāo)準(zhǔn),有機(jī)碳含量和硫化物含量等沉積環(huán)境指標(biāo)的等級劃分依據(jù)第一類和第二類沉積物；在山東半島的評價(jià)案例中,以第一類海水水質(zhì)為水環(huán)境指標(biāo)的基準(zhǔn)值[28],而在廉州灣和珠海近岸則使用第二類海水水質(zhì)[29-30]；在膠州灣的評價(jià)案例中,則直接應(yīng)用三部標(biāo)準(zhǔn)文件中的等級劃分規(guī)則[9]。確定指標(biāo)權(quán)重的方法主要有層次分析法和熵權(quán)法,層次分析法主要依靠專家的分析判斷對每個(gè)層次中組成因素的相對重要性進(jìn)行兩兩判斷,將比較結(jié)果轉(zhuǎn)化為分值并結(jié)合矩陣計(jì)算得出最終的權(quán)重值；熵權(quán)法則體現(xiàn)的是評價(jià)對象在某項(xiàng)指標(biāo)上值的差異,差值越大熵值越小,對應(yīng)的指標(biāo)權(quán)重越高[31]。從方法上看,層次分析法賦權(quán)更多的體現(xiàn)了海洋生態(tài)系統(tǒng)健康運(yùn)行的內(nèi)部機(jī)制和各因素的相互影響,同時(shí)帶有一定的主觀性；而熵權(quán)法賦權(quán)則純粹客觀的從數(shù)據(jù)之間的差別出發(fā),更適用與不同區(qū)域之間的對比。除此之外,也有些評價(jià)方法直接簡化為因子得分的算術(shù)平均值或僅在最終評級中提高生物生態(tài)指標(biāo)的優(yōu)先級。

3 我國近海海洋環(huán)境健康綜合評價(jià)普適新框架的構(gòu)建

在系統(tǒng)分析國內(nèi)外海洋健康評價(jià)方法的基礎(chǔ)上,本文的目標(biāo)是構(gòu)建一個(gè)可在河口、海灣等近海生態(tài)系統(tǒng)中具有普適應(yīng)用范疇的海洋環(huán)境健康狀況綜合評價(jià)的框架體系。海洋生態(tài)系統(tǒng)涉及多領(lǐng)域、多學(xué)科,影響海洋環(huán)境健康的因子數(shù)量龐大且復(fù)雜,為了同時(shí)確保健康評估方法的科學(xué)性和可行性,指標(biāo)的選取主要遵循主導(dǎo)性和可操作性原則,同時(shí)要考慮指標(biāo)的穩(wěn)定性和區(qū)域差異性。評價(jià)海洋環(huán)境健康狀況的最終目的是實(shí)現(xiàn)人類對海洋資源環(huán)境的可持續(xù)利用,因此人類社會經(jīng)濟(jì)學(xué)的相關(guān)指標(biāo)在反映海域健康狀況中十分重要。鑒于此,我們采用指標(biāo)體系法構(gòu)建近海健康評價(jià)普適“雙核”框架,即以海洋生態(tài)系統(tǒng)自身的狀態(tài)為評價(jià)內(nèi)核,而以人類社會經(jīng)濟(jì)學(xué)指標(biāo)為評價(jià)外核(圖1)；內(nèi)核要素是海洋環(huán)境健康的基礎(chǔ)和前提,外核要素是海洋環(huán)境健康之于人類的價(jià)值體現(xiàn)。

圖1 海洋環(huán)境健康評價(jià)方法“雙核”框架結(jié)構(gòu)組成

3.1 內(nèi)核要素綱要

選指標(biāo)。以海洋生態(tài)系統(tǒng)自身的狀態(tài)為主的內(nèi)核評價(jià)是本文所構(gòu)建的評價(jià)框架的核心,其評價(jià)要素構(gòu)成和具體的指標(biāo)如表5所示。內(nèi)核評價(jià)體系由生物、水體和沉積物3個(gè)評價(jià)因素構(gòu)成,涵蓋了海洋生態(tài)系統(tǒng)中的所有介質(zhì)和載體。在每個(gè)評價(jià)要素下,遵循主導(dǎo)性、科學(xué)性和可操作性性原則,篩選4—5個(gè)具體的指標(biāo)來反映其健康狀況,一共篩選出13個(gè)評價(jià)指標(biāo)。同之前的多數(shù)評價(jià)方法相比,本文在評價(jià)指標(biāo)篩選方面做出了一定的優(yōu)化,例如在水體環(huán)境方面,經(jīng)常使用到的透光率、透明度、渾濁度等指標(biāo)均和懸浮物濃度密切相關(guān),經(jīng)常被并列使用的無機(jī)氮和無機(jī)磷指標(biāo)反映的都是營養(yǎng)鹽水平,而溫度、鹽度等指標(biāo)對海洋健康狀況的影響會體現(xiàn)在其他指標(biāo)的變化中,因此本框架通過進(jìn)一步精簡優(yōu)化,使每個(gè)指標(biāo)均可獨(dú)立、直接的反映海洋健康狀況的某個(gè)方面。

表5 以海洋生態(tài)系統(tǒng)自身狀態(tài)為主的內(nèi)核評價(jià)指標(biāo)體系

定標(biāo)準(zhǔn)。內(nèi)核要素的13個(gè)指標(biāo)均為可量化指標(biāo),每個(gè)指標(biāo)的具體數(shù)值均可通過海洋環(huán)境調(diào)查監(jiān)測獲取,為了便于比較和計(jì)算,所有指標(biāo)均需通過基準(zhǔn)值進(jìn)行歸一化(取值為0—1,數(shù)值越高表示健康狀況越好)?？紤]到區(qū)域差異性,歸一化標(biāo)準(zhǔn)值的選取在有常年監(jiān)測結(jié)果的情況下選取常年監(jiān)測結(jié)果的平均值,否則選取相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)。具體的歸一化方法,根據(jù)指標(biāo)特性的不同分為兩類,對于取值越高越有利于海洋環(huán)境健康的指標(biāo)(如pH、溶解氧等),歸一化公式為：

Ii=Meai/Refi

(1)

式中,Ii為指標(biāo)i的歸一化值,Meai為指標(biāo)i的實(shí)際監(jiān)測值,Refi為指標(biāo)i的基準(zhǔn)值,且當(dāng)計(jì)算出的Ii大于1時(shí)其取值為1；對于取值越低越有利于海洋環(huán)境健康的指標(biāo)(如富營養(yǎng)化指數(shù)、污染物等),歸一化公式為：

Ii=Meaj/Refj

(2)

式中,Ij為指標(biāo)j的歸一化值,Meaj為指標(biāo)j的實(shí)際監(jiān)測值,Refj為指標(biāo)j的基準(zhǔn)值,且當(dāng)計(jì)算出的Ij大于1時(shí)其取值為1。此外,水體和沉積物中污染物(重金屬和有機(jī)污染物等)所包含的具體種類,可根據(jù)特定區(qū)域的實(shí)際情況有所差異,但應(yīng)能夠體現(xiàn)該區(qū)域主要的污染狀況。

生物多樣性指數(shù)和富營養(yǎng)化指數(shù)參考文獻(xiàn)[32],污染物指數(shù)參考文獻(xiàn)[33](pH和溶解氧不納入污染項(xiàng))

定規(guī)則。在獲取了具體指標(biāo)的歸一化數(shù)值之后,通過一定的評價(jià)規(guī)則逐級往上即可完成整個(gè)海域健康狀況的評估。評價(jià)規(guī)則包含兩方面內(nèi)容：指標(biāo)權(quán)重的確定和評價(jià)等級的劃分。在以往的評價(jià)框架中,多通過層次分析法、熵權(quán)法、主成分分析法、模糊綜合評價(jià)、灰色關(guān)聯(lián)度法等方法來確定權(quán)重,這些方法或者會帶有主觀判斷,或者依賴于指標(biāo)數(shù)據(jù)的分布,最終評價(jià)結(jié)果有很高的不確定性。為了提高評價(jià)方法的確定性、客觀性和普適性,本框架中某一評價(jià)要素下不同指標(biāo)權(quán)重的確定原則為：負(fù)面偏離基準(zhǔn)值的程度越大,權(quán)重越高。具體計(jì)算公式如下：

Wi=(1-Ii)/∑(1-Ii)

(3)

式中,Wi為指標(biāo)i的權(quán)重。而最終某一評價(jià)要素(E)的得分為：

E=∑WiIi

(4)

內(nèi)核要素評價(jià)的是海洋生態(tài)系統(tǒng)自身的狀態(tài),而生物群落則是海洋生態(tài)系統(tǒng)的核心,因此本文評價(jià)框架中,生物群落的優(yōu)先級高于水體環(huán)境和沉積物質(zhì)量,這將在最終的評級規(guī)則中體現(xiàn)。根據(jù)3個(gè)評價(jià)要素的得分,將海洋生態(tài)系統(tǒng)自身狀態(tài)的評價(jià)等級劃分為優(yōu)、良、中、差、劣5個(gè)等級(表6)。

表6 基于海洋生態(tài)系統(tǒng)自身狀態(tài)的內(nèi)核評價(jià)等級劃分

3.2 外核要素綱要

外核要素的評價(jià)指標(biāo)主要包括兩個(gè)方面:一是人類從海洋獲取的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出,包括漁業(yè)捕撈、海水養(yǎng)殖、其他海洋資源的利用(化工和制藥等)以及與海洋相關(guān)的其他經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出；二是海洋帶給人類的精神享受和文化價(jià)值。與內(nèi)核要素相比,外核要素的指標(biāo)難以準(zhǔn)確量化,且不同海區(qū)由于沿岸地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展重心的不同可能會有較大差異,因此對于外核指標(biāo)我們保持開放、彈性選取,選取的原則是能夠客觀的反映某地區(qū)對海洋的開發(fā)利用程度。在本文中,我們推薦以沿海地區(qū)的海洋生產(chǎn)總值、受保護(hù)的海域面積和涉海旅游人數(shù)分別作為經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出、文化價(jià)值的普適性指標(biāo)。外核要素各指標(biāo)同樣進(jìn)行歸一化計(jì)算,通常情況下地區(qū)的海洋生產(chǎn)總值是逐年遞增的,因此我們選取地區(qū)設(shè)定的年度目標(biāo)作為歸一化基準(zhǔn)值,若沒有該目標(biāo)值則以過去5 a內(nèi)的最大值為歸一化基準(zhǔn)值(我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展通常以5 a為一個(gè)階段)；文化價(jià)值指標(biāo)的歸一化基準(zhǔn)值同樣選取過去5 a內(nèi)的最大值。具體的歸一化方法參照內(nèi)核要素指標(biāo),具體指標(biāo)的歸一化類型選擇詳見表7。各指標(biāo)和要素之間均采用等權(quán)重的計(jì)算方法,即外核要素的總得分為經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出和文化價(jià)值兩個(gè)要素得分的算術(shù)平均值,最終取值同樣為0—1,數(shù)值越高表示海洋給予人類經(jīng)濟(jì)社會的價(jià)值越高,表征人類開發(fā)利用海洋的程度越高。

表7 以人類社會經(jīng)濟(jì)學(xué)指標(biāo)為主的外核評價(jià)指標(biāo)體系

式(1)或式(2)中的實(shí)際監(jiān)測值Meai/Meaj在此處為當(dāng)年的統(tǒng)計(jì)值

本文構(gòu)建的普適評價(jià)框架的最終結(jié)果將保留內(nèi)核要素的評級和外核要素的評分兩部分(內(nèi)核評級+外核得分),這一方面是由于兩部分指標(biāo)之間差異較大,不具備可比性；另一方面,保留兩部分結(jié)果可以為平衡海洋環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展、實(shí)現(xiàn)海洋資源的可持續(xù)利用提供更明確的指導(dǎo),例如“優(yōu)+0.2”意味著可以適當(dāng)提升海洋資源開發(fā)利用的力度,而“差+0.8”則可能意味著過度開發(fā)帶來了海洋生態(tài)環(huán)境問題。在針對評價(jià)結(jié)果進(jìn)行管理決策時(shí),內(nèi)核要素具有更高的優(yōu)先級,經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展應(yīng)該以海洋生態(tài)環(huán)境的健康為前提,這也是本文所構(gòu)建海洋健康“雙核”普適評價(jià)框架的核心要義。

總的來說,本文所構(gòu)建的海洋環(huán)境健康評價(jià)框架,在吸納國內(nèi)外主流的海洋環(huán)境健康評價(jià)體系優(yōu)點(diǎn)的同時(shí),更具特色和優(yōu)勢。首先,“雙核”架構(gòu)核心突出、層次分明,外核以內(nèi)核為基礎(chǔ)和前提,而內(nèi)核要素中則以生物群落為核心。其次,指標(biāo)的取值、歸一化和權(quán)重均取決于客觀的監(jiān)測、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)或相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和背景值,客觀性和可操作性更強(qiáng)。最后,本框架最大的優(yōu)勢在于,“雙核”評價(jià)結(jié)果對科學(xué)管理決策、實(shí)現(xiàn)海洋經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有鮮明的指導(dǎo)意義,尤其對我國來說,海洋經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)占GDP的比重不斷升高,海洋開發(fā)利用帶來的環(huán)境健康問題也逐漸凸顯,如何平衡兩者的關(guān)系至關(guān)重要,而這也正是本框架的“雙核”評價(jià)結(jié)果所要提供的信息。

4 結(jié)語

隨著人類對海洋環(huán)境資源開發(fā)利用程度的不斷加大,海洋生態(tài)環(huán)境持續(xù)惡化的問題越來越突出。平衡海洋經(jīng)濟(jì)開發(fā)和生態(tài)環(huán)境保護(hù)之間的矛盾,是實(shí)現(xiàn)海洋可持續(xù)發(fā)展的必然要求。因此,建立一套診斷海洋生態(tài)環(huán)境健康狀況、評估海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度與生態(tài)環(huán)境承載力是否匹配的科學(xué)體系,十分迫切。包括中國在內(nèi)的世界各國已在海洋環(huán)境健康評價(jià)領(lǐng)域做出了諸多努力并建立起一系列評價(jià)框架,但仍需進(jìn)一步優(yōu)化和完善。本文在系統(tǒng)總結(jié)國內(nèi)外典型海洋環(huán)境健康評價(jià)體系的基礎(chǔ)上,吸納不同體系的優(yōu)勢,構(gòu)建了一個(gè)以海洋生態(tài)系統(tǒng)自身狀態(tài)為內(nèi)核、以人類社會經(jīng)濟(jì)學(xué)指標(biāo)為外核的“雙核”評價(jià)框架。該框架的核心內(nèi)涵是：人類利用海洋環(huán)境資源發(fā)展經(jīng)濟(jì),必須以維護(hù)海洋生態(tài)環(huán)境的健康為前提。然而,海洋生態(tài)系統(tǒng)十分復(fù)雜,人們對海洋生態(tài)系統(tǒng)的認(rèn)知也在不斷提升,因此我們期望在不改變核心內(nèi)涵的前提下,該評價(jià)框架的科學(xué)性和可操作性也能夠得到不斷的優(yōu)化和完善,以期能夠更好的服務(wù)于健康海洋建設(shè)。