珠海外伶仃島海域海洋牧場選址探討

謝笑艷 ，陳丕茂，佟 飛，袁華榮，馮 雪，余 景，于 杰，舒黎明

1. 中國水產科學研究院南海水產研究所/農業(yè)農村部海洋牧場重點實驗室/國家數(shù)字漁業(yè) (海洋牧場) 創(chuàng)新分中心/中國水產科學研究院海洋牧場技術重點實驗室/農業(yè)農村部南海漁業(yè)資源環(huán)境科學觀測實驗站/廣東省海洋休閑漁業(yè)工程技術研究中心，廣東 廣州 510300

2. 上海海洋大學 海洋科學學院，上海 201306

發(fā)展海洋牧場是中國修復近海漁業(yè)資源、改良漁業(yè)水域環(huán)境和促進近海漁業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要政策[1]。萬山群島海域地處珠江口東南部，外伶仃島海域位于萬山群島東北部。歷史上萬山群島的萬山漁場是我國著名漁場之一。然而，多年來受過度捕撈和環(huán)境污染等因素影響，萬山群島海域漁業(yè)資源衰退、生態(tài)環(huán)境退化嚴重[2]，漁民生產、生活受到嚴重影響，建設萬山群島海洋牧場、修復海洋資源環(huán)境、促進漁業(yè)轉型升級，已成當務之急。

海洋牧場選址是對擬建海洋牧場海域的地理條件、生物環(huán)境條件、物理化學條件及其他因素進行綜合調查與分析，確定海洋牧場適宜建設區(qū)域的過程。選址作為海洋牧場建設的首要環(huán)節(jié)，其適宜性關系到建設效果甚至成敗。目前，國內外關于海洋牧場的研究多集中于生境建設、生物增殖和利用等方面[3-4]，而海洋牧場選址適宜性研究尚處于探索階段。已有研究對阿拉伯灣海域結合海區(qū)實際的水深、流速和鹽度等海況要素進行人工魚礁選址[5]；許強[6]選取海域功能、可接近性、流速、水質、水深、坡度、底質類型、初級生產力、漁業(yè)資源等9個典型指標使用層次分析法進行選址評價；曾旭等[7]基于多準則決策方法，結合專家系統(tǒng)、層次分析法、GIS空間分析，對浙江舟山群島東北部馬鞍列島海域海洋牧場進行選址適宜性評價；李英雪[8]選取環(huán)境化學指標 (葉綠素濃度、化學需氧量、無機氮和活性磷酸鹽)、環(huán)境生物學指標 (浮游動植物生物量、底棲動物生物量和魚類資源密度)和物理環(huán)境指標 (水深、透明度、懸浮物和沉積物粒徑) 等三大指標使用層次分析法進行人工魚礁選址生態(tài)適宜性評價。地理條件是海洋牧場選址的決定性因素之一，但基于海洋地理條件用海適宜性進行海洋牧場選址尤其是基于海岸線穩(wěn)定性、海洋生態(tài)紅線、養(yǎng)殖水域灘涂規(guī)劃等指標進行島礁海洋牧場選址適宜性評價的研究尚未見報道。

本研究從海岸線穩(wěn)定性、海洋功能區(qū)劃、海洋生態(tài)紅線、養(yǎng)殖水域灘涂規(guī)劃、海洋工程和設施等5個方面選取34個指標 (表1—表5) 作為海洋牧場選址適宜性評價的因素，建立海洋牧場選址指標體系，并采用地理信息系統(tǒng)空間分析方法對珠海外伶仃島海域海洋牧場選址進行適宜性評價，以期為海洋牧場選址尤其是島礁海洋牧場選址提供參考。

表1 基于海岸線變遷強度的海洋牧場選址評價指標分析Table 1 Evaluation index of marine ranching location based on coastline change intensity

表2 基于海洋基本功能分區(qū)及管理要求的海洋牧場選址評價指標分析Table 2 Evaluation index of marine ranching site selection based on marine basic function zoning and management requirements

表3 基于紅線區(qū)分類管控要求的海洋牧場選址適宜性分析Table 3 Suitability analysis of marine ranching site selection based on classification and management requirements of red line area

表4 基于水域灘涂劃分管理要求的海洋牧場選址評價指標分析Table 4 Evaluation index of marine ranching site selection based on management requirements of tidal flat division

表5 基于海洋工程和設施的海洋牧場選址評價指標分析Table 5 Evaluation index of marine ranching site selection based on marine engineering and facilities

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

外伶仃島是珠海市擔桿鎮(zhèn)政府所轄38個海島之一，也是鎮(zhèn)政府所在地，西距珠海市區(qū)27 nmile，北距深圳29 nmile，香港長洲6 nmile。該島面積4.23 km2，地勢東西高，北部和中部低，東部沿岸較陡，島中央主峰伶仃峰高311.8 m。島上水、電、交通、通訊等基礎設施齊備，珠海市區(qū)有定期客貨船只來往，珠海九洲機場開通直升機直航外伶仃島旅游項目。是珠海十大美麗海島之一、國家AAAA級海島風景區(qū)，旅游資源豐富。

1.2 指標選取與數(shù)據(jù)來源

1.2.1 海洋牧場選址的主要影響因素和等級劃分

根據(jù)建設目的，海洋牧場分為養(yǎng)護型、增殖型和休閑型3類，這3類海洋牧場均為綜合型海洋牧場，具有不同程度的資源養(yǎng)護、生物增殖和休閑漁業(yè)功能，均可相互轉化；資源養(yǎng)護功能占主導地位的為養(yǎng)護型海洋牧場，生物增殖功能占主導地位的為增殖型海洋牧場，休閑漁業(yè)功能占主導地位的為休閑型海洋牧場，故本文不再根據(jù)建設海洋牧場的目的來討論分區(qū)適宜性?；诘乩項l件的海洋牧場選址涉及海岸線穩(wěn)定性、海洋功能區(qū)劃、海洋生態(tài)紅線、養(yǎng)殖水域灘涂規(guī)劃和交通、港口設施等多種因素。因此，在選址時既要確保評價指標全面，又要根據(jù)具體實例分析研究區(qū)域影響海洋牧場建設的主要因素，使指標體系全面、準確、簡潔、有效。目前，海洋牧場選址適宜性尚無明確統(tǒng)一的評價標準，本研究結合已有成果[9-12]，建立基于地理條件的海洋牧場選址適宜性評價指標體系，開展海洋牧場選址適宜性評價，并依據(jù)各項指標對海洋牧場布設的適宜性程度和限制性強度進行等級劃分，并賦予相應的數(shù)值，用于分析各評估指標在海洋牧場選址適宜性上的相對空間差異，賦值越高代表越適宜海洋牧場建設，最適宜的賦值3，較適宜的賦值2，一般適宜的賦值1，不適宜的賦值0。

1) 基于海岸線穩(wěn)定性的指標評價和等級劃分：海岸線是人類開發(fā)利用的重要區(qū)域，臨近海岸和島礁的海洋牧場選址要優(yōu)先考慮海岸線是否穩(wěn)定，不穩(wěn)定的海岸線會對海洋牧場長遠發(fā)展不利。本研究采用某時段內海岸線長度和面積的平均變化百分比來表示海岸線穩(wěn)定性，島嶼海岸線長度和面積變化強度計算公式如下[13-14]：

參考張心玉[14]的研究結果，將海岸線變化強度評價結果劃分為海洋牧場選址最適宜、較適宜和一般適宜3個等級，分別賦值為3、2和1 (表1)。

2) 基于海洋基本功能分區(qū)的指標評價和等級劃分：根據(jù)《廣東省海洋功能區(qū)劃》[15]海洋基本功能分區(qū)及管理要求 (表2)，農漁業(yè)區(qū)養(yǎng)殖區(qū)中的底播養(yǎng)殖區(qū)、農漁業(yè)區(qū)中的增殖區(qū)、捕撈區(qū)、水產種質資源保護區(qū)中未與其他保護區(qū)重疊區(qū)、旅游休閑娛樂區(qū)、海洋特別保護區(qū)的適度利用區(qū)和保留區(qū)中通過科學規(guī)劃和嚴格論證的海域最適宜選址建設海洋牧場，賦值為3；其次，農漁業(yè)區(qū)養(yǎng)殖區(qū)中的筏式養(yǎng)殖區(qū)與網箱養(yǎng)殖區(qū)、海洋自然保護區(qū)中的實驗區(qū)、海洋特別保護區(qū)中的重點保護區(qū)和生態(tài)與資源恢復區(qū)均為一般適宜選址建設海洋牧場，賦值為1；其他類型的海洋基本功能分區(qū)均不適宜選址建設海洋牧場，賦值為0。

3) 基于紅線區(qū)分類的指標評價和等級劃分：海洋生態(tài)紅線本質上是一種海洋區(qū)劃管理制度[16]，海洋牧場選址位置應考慮是否符合其管理要求。根據(jù)《廣東省海洋生態(tài)紅線》[17]紅線區(qū)分類管控要求 (表3)，海洋自然保護區(qū)限制類紅線區(qū)中的實驗區(qū)、海洋特別保護區(qū)限制類紅線區(qū)中的生態(tài)與資源恢復區(qū)及適度利用區(qū)、重要河口生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)紅線區(qū)、重要海濱濕地生態(tài)紅線區(qū)、重要漁業(yè)海域生態(tài)紅線區(qū)、特別保護海島生態(tài)紅線區(qū)中的限制類紅線區(qū)、重要濱海旅游區(qū)生態(tài)紅線區(qū)、重要砂質岸線及鄰近海域生態(tài)紅線區(qū)、沙源保護海域生態(tài)紅線區(qū)均為一般適宜選址建設海洋牧場，賦值為1；其他類型均不適宜選址建設海洋牧場，賦值為0。

4) 基于水域灘涂劃分的指標評價和等級劃分：養(yǎng)殖水域灘涂規(guī)劃是漁業(yè)管理的基本制度，通過合理布局水產養(yǎng)殖生產，有利于保護水域生態(tài)環(huán)境，對海洋牧場穩(wěn)定發(fā)展是必要的。綜合各地養(yǎng)殖水域灘涂規(guī)劃管理要求 (表4)，最適宜海洋牧場選址建設的海域是養(yǎng)殖區(qū)中的底播養(yǎng)殖區(qū)，賦值為3；較適宜區(qū)域包含無居民海島周邊海域限養(yǎng)區(qū)、重點近岸海域限養(yǎng)區(qū)和無居民海島周圍海域禁養(yǎng)區(qū)，賦值為2；一般適宜區(qū)域包含養(yǎng)殖區(qū)中的筏式養(yǎng)殖區(qū)與網箱養(yǎng)殖區(qū)、海洋自然保護區(qū)限養(yǎng)區(qū)、海洋特別保護區(qū)限養(yǎng)區(qū)和海洋生態(tài)紅線區(qū)限養(yǎng)區(qū)，賦值為1；其他類型均不適宜選址建設海洋牧場，賦值為0。

5) 基于海洋工程和設施的指標評價和等級劃分：根據(jù)《國家級海洋牧場示范區(qū)管理工作規(guī)范》[18]對海洋牧場選址要求 (表5)，需符合國家和地方海域管理、漁業(yè)發(fā)展規(guī)劃和海洋牧場建設規(guī)劃，以及生態(tài)保護紅線和其他管控要求，與水利、海上開采、航道、港區(qū)、錨地、通航密集區(qū)、傾廢區(qū)、海底管線及其他海洋工程設施和國防用海等不相沖突，即與其他海洋工程和設施用海沖突的海域均不適宜建設海洋牧場，均賦值為0。

1.2.2 數(shù)據(jù)收集與處理

研究區(qū)域數(shù)據(jù)主要包括：1978、1986、1990、1995、2000、2005、2010、2015、2020年等 9個時相的外伶仃島周邊海域遙感影像數(shù)據(jù)，遙感影像均來自Landsat系列，軌道號為122/45，選擇成像好、云量相對較少且對研究區(qū)域無影響的影像。數(shù)據(jù)來源于美國地質勘探局 (United States Geological Survey, USGS, https://earthexplorer.usgs.gov/)。海域使用類型數(shù)據(jù)見表6。2019年4月—2021年3月間每月月中當天 (每月第15天) 的船舶航行數(shù)據(jù)，源于船訊網 (http://www.shipxy.com/)。用ArcGIS 10.7軟件繪制地圖，數(shù)據(jù)來源于全國地理信息資源目錄服務系統(tǒng) (https://www.webmap.cn/, 1∶25萬全國基礎地理數(shù)據(jù)庫，2019公眾版)。

表6 研究區(qū)域海域使用類型Table 6 Type of sea area usage in survey area

船舶密度分布實質上是指某一水域中船舶的空間分布，本研究通過對船舶航行數(shù)據(jù)分析獲取研究區(qū)域的通航密集區(qū)。首先對船舶航行數(shù)據(jù)進行預處理，包括軌跡數(shù)據(jù)組織、刪除錯誤記錄、刪除異常位置，然后采用ArcGIS 10.7軟件數(shù)據(jù)處理平臺，利用空間分析模塊下Line Density命令生成航跡密度圖。

2 結果

2.1 研究區(qū)域確定

海洋生態(tài)空間是整體的、系統(tǒng)的和復合的，海洋資源是流動的、立體的，海洋動態(tài)變化性強，區(qū)域差異性不顯著[21]，由于以上原因目前尚未見有海島與海島之間海域區(qū)分的研究報道。本研究對外伶仃島海洋牧場選址研究區(qū)域的確定方法，是將其與鄰近海島的最近點進行連線，根據(jù)其周圍島礁分布的實際情況，選取外伶仃島與正北、西北、東北、西南、東南5個方向的島礁，取這些連線的中點，將這些中點連接成封閉區(qū)域，即本研究的研究區(qū)域。根據(jù)上述方法，計算外伶仃島到周圍島礁的最短距離 (表7)，確定外伶仃島擬建海洋牧場區(qū)域的面積為78.68 km2(圖1)。

表7 外伶仃島到周圍島礁的最短距離Table 7 Shortest distance from Wailingding Island to surrounding island reefs

圖1 研究區(qū)位置示意圖Fig. 1 Location map of survey area

2.2 外伶仃島海岸線變遷分析

本研究統(tǒng)計了1978—2020年島嶼海岸線長度和所圍面積變化 (圖2)。外伶仃島海岸線總長度從1978年的11.08 km變?yōu)?020年的12.04 km，增加了約0.96 km，年均增加0.023 km，變化強度為0.206%，其中2000—2005年和2010—2015年增加較多，2005—2010年則出現(xiàn)較大幅度減少。外伶仃島海岸線所圍成的陸地面積從1978年的4.33 km2增加為2020年的4.38 km2，增加了約0.05 km2，年均增加0.001 km2，變化強度為0.027%，其中1986—1990年增加較多，1995年起開始出現(xiàn)縮小趨勢。

圖2 1978—2020年外伶仃島海岸線長度和面積變化Fig. 2 Changes of coastal line length and area in Wailingding Island from 1978 to 2020

2.3 指標評價結果

2.3.1 海岸線穩(wěn)定性分析

根據(jù)1978—2020年海岸線變化分析，外伶仃島42年間長度變化強度為0.206%，面積變化強度為0.027%，根據(jù)本研究對海岸線適宜性的評價方法，外伶仃島長度和面積變化強度均小于0.5%，該海域適宜開展海洋牧場建設。

2.3.2 外伶仃島海域海洋牧場選址適宜性

按照本研究建立的海洋牧場選址適宜性評價指標，結合外伶仃島實際情況對其進行海洋牧場選址適宜評價 (表8)。按照廣東省海洋功能區(qū)劃和海洋生態(tài)紅線的要求，研究區(qū)域分別位于萬山群島旅游休閑娛樂區(qū)、萬山群島重要漁業(yè)海域限制類紅線區(qū)、部分位于萬山群島重要濱海旅游區(qū)限制類紅線區(qū) (圖3)，適宜進行海洋牧場建設。根據(jù)珠海市養(yǎng)殖水域灘涂規(guī)劃的要求，研究區(qū)部分海域位于建設用?？臻g禁養(yǎng)區(qū)和海洋生態(tài)紅線限養(yǎng)區(qū) (圖4-a)，剩余海域適宜進行海洋牧場建設。根據(jù)《國家級海洋牧場示范區(qū)管理工作規(guī)范》要求，研究區(qū)內包含的海洋工程設施有港口 (圖4-b)、錨地 (圖4-c)、通航密集區(qū) (圖4-d) 和海底管線 (圖4-e)。港口及海底管線均需要注意與其留有足夠的安全距離，避免發(fā)生安全隱患，對未來海洋牧場建設產生不利影響。

圖3 外伶仃島海域海洋功能區(qū)劃和生態(tài)紅線區(qū)控制圖Fig. 3 Marine functional zoning and ecological red line control chart in Wailingding Island sea area

圖4 外伶仃島海域單項因子適宜性評價Fig. 4 Suitability evaluation of individual factors in Wailingding Island sea area

表8 外伶仃島海域海洋牧場選址適宜性評價結果Table 8 Suitability of marine ranching site selection in Wailingding Island

2.3.3 綜合評價結果

本研究中選址適宜性評價結果優(yōu)先級由高到低依次為不適宜＞一般適宜＞較適宜＞適宜，即研究區(qū)域內某一評價指標為不適宜，則該區(qū)域最終結果即為不適宜選址建設海洋牧場，故該區(qū)域不進行指標相加運算；當所有評價指標均滿足適宜條件 (一般適宜、較適宜、最適宜) 時，將指標對應評分相加得出最終評價結果。研究結果表明，綜合海岸線穩(wěn)定性、海洋功能區(qū)劃、海洋生態(tài)紅線、養(yǎng)殖水域灘涂規(guī)劃、海洋工程和設施等因素，最終計算得出外伶仃島海域一般適宜選址建設海洋牧場區(qū)域的分數(shù)為15～19，所占面積33.09 km2，不適宜的區(qū)域面積為 45.59 km2(圖 5)。

圖5 珠海外伶仃島海洋牧場選址適宜性評價結果Fig. 5 Suitability evaluation results of marine ranching site selection in Wailingding Island sea area

3 討論

3.1 指標選取準則

海洋牧場選址受地理條件、生物環(huán)境條件、物理化學條件等諸多因素影響[11,22]，其中地理條件是海洋牧場選址的決定性因素之一，對應的指標包括海岸線穩(wěn)定性、海洋功能區(qū)劃符合性、海洋生態(tài)紅線區(qū)符合性、養(yǎng)殖水域灘涂符合性和海洋工程和設施符合性。海岸線是發(fā)展海洋經濟的前沿陣地，具有重要的生態(tài)功能和資源價值。岸線侵蝕和人類主導下圍填海造成的人工岸線擴張是海岸線變動的主要因素，岸線侵蝕過程帶來的影響有海岸帶生物多樣性資源損失和濱海生態(tài)系統(tǒng)服務功能損壞等[14,23]；人工岸線擴張帶來的影響有打破原位及附近海區(qū)原有的沖刷與淤積平衡狀態(tài)、干擾或逆轉海岸線的自然演變趨勢、海洋環(huán)境惡化和海水富營養(yǎng)化問題加重等[14,24-26]，臨近海岸和島礁的海洋牧場選址要考慮海岸線是否穩(wěn)定，海岸線變動造成的影響不利于海洋牧場建設及其長遠發(fā)展。海洋功能區(qū)劃本質上是一種在開發(fā)中實施保護的管理方法，而海洋生態(tài)紅線區(qū)劃是以生態(tài)系統(tǒng)為基礎的管理手段[27]，海洋生態(tài)紅線是海洋功能區(qū)劃定的參照基礎，海洋功能區(qū)劃是實施海洋牧場選址的重要準則，是海域綜合開發(fā)利用與管理的集中體現(xiàn)，因此在進行海洋牧場選址評價時要考慮到與海洋功能區(qū)劃、海洋生態(tài)紅線的兼容性與排他性。海洋生態(tài)紅線區(qū)符合性、養(yǎng)殖水域灘涂符合性、海洋工程和設施符合性同樣是實施海洋牧場選址的重要準則，因此在實際開展海洋牧場選址時，有必要將其考慮在內。李文濤和張秀梅[28]、許強和張守宇[11]進行人工魚礁或海洋牧場選址研究時均提到將海洋功能區(qū)劃符合性納入選址指標，并未考慮海岸線穩(wěn)定性、海洋生態(tài)紅線區(qū)符合性、養(yǎng)殖水域灘涂符合性、海洋工程和設施符合性。本研究在進行海洋牧場選址評價時將上述指標均納入評價體系，且外伶仃島海洋牧場選址評價結果與其已建人工魚礁區(qū)和已規(guī)劃海洋牧場區(qū)范圍較相近，未來海洋牧場建設可與已有魚礁形成大規(guī)模穩(wěn)定的生態(tài)人工魚礁群，有效修復和構建水產生物的生活和棲息場所，優(yōu)化海域生態(tài)環(huán)境。

3.2 海洋牧場選址的對比分析

本研究使用創(chuàng)新性方法建立珠海外伶仃島海洋牧場選址研究區(qū)域，因未查到其他文獻中有相關方法的研究報道，故未進行對比分析。國內外針對海洋牧場方面的選址研究多傾向于開展人工魚礁選址，一致認為魚礁選址過程是整個海洋牧場建設過程中最重要的環(huán)節(jié)[6]，目前使用最普遍的研究方法是層次分析法 (Analytic Hierarchy Process, AHP)。如王飛等[29]、Mousavi等[30]、許妍等[9]基于AHP模型，結合物理環(huán)境、生物資源、化學條件等內容建立選址評價指標，完成人工魚礁選址過程。但層次分析法在建立層次結構模型過程中需要對各準則進行對比，主觀性較強，從而在評價準確性上可能存在偏差[8]。本文使用建立評價指標體系的方法進行海洋牧場選址，說明了排除區(qū)域不適合作為海洋牧場選址的原因，具有較強的客觀性。評價結果中適宜建設海洋牧場的區(qū)域與外伶仃島已建人工魚礁區(qū)、已規(guī)劃海洋牧場區(qū)范圍較相近，進一步驗證了本研究建立的評價指標體系方法的可行性和合理性，可為外伶仃島海洋牧場建設提供技術支撐和參考依據(jù)，同時也為我國海洋牧場選址適宜性評價提供借鑒。

許妍等[9]在2016年同樣使用構建指標體系的方法對天津市人工魚礁選址進行適宜性評價，并證明研究結果具有可行性。許強等[22]在對舟山市海洋牧場進行初步選址研究時，選取排除圖層的內容僅提出考慮海洋功能區(qū)劃符合性；Erftemijier等[5]選取排除圖層內容時，基于研究區(qū)域考慮到管道、電纜、錨地、保護區(qū)水深小于5 m的區(qū)域等指標，上述研究中的指標體系均不完整，本研究充分考慮研究區(qū)域內地理條件用海符合性，對提高海洋牧場選址評價的科學性、有效性和準確性具有較好的參考價值。

3.3 不足與展望

選址是海洋牧場建設的重要環(huán)節(jié)，科學開展選址工作，是確保海洋牧場在提供生態(tài)廊道、保護野生種群、調節(jié)流場和物質運輸?shù)确矫姘l(fā)揮重要作用的基礎[31]。一個恰當?shù)倪x址過程對海洋牧場建設的成功至關重要，許多研究經驗表明，選址建設比后續(xù)任何一個環(huán)節(jié)都更加重要[32]。在許多情況下，不良的選址被認為是未能達到預期目標的重要原因[33]。本研究中對海岸線分析，提取的是瞬時水邊線，與實際海岸線存在一定誤差，未來需要結合海岸線實際調查進行更深入的研究。此外，本研究說明海岸線穩(wěn)定是適合建設海洋牧場的原因之一，建立評價指標體系說明不適合建設海洋牧場的海域，但并未解釋排除后的區(qū)域適合建海洋牧場的原因，后續(xù)需結合水環(huán)境數(shù)據(jù)、生物資源數(shù)據(jù)等進行更加深入的研究。