南海典型珊瑚礁生态系统健康评价方法研究
吴莹莹(1982—), 女, 江西省南昌市人, 博士研究生, 主要从事海洋生态学研究。email: |
Copy editor: 姚衍桃
收稿日期: 2020-07-07
修回日期: 2020-09-09
网络出版日期: 2020-08-21
基金资助
国家自然科学基金项目(41306144)
国家自然科学基金项目(41676150)
国家重点研发计划课题(2017YFC0506301)
中国科学院战略性先导科技专项(A类)(XDA13020402)
广东省基础与应用基础研究基金项目(2019A1515011532)
版权
Study on the health assessment method of typical coral reef ecosystem in the South China Sea
Copy editor: YAO Yantao
Received date: 2020-07-07
Revised date: 2020-09-09
Online published: 2020-08-21
Supported by
National Natural Science Foundation of China(41306144)
National Natural Science Foundation of China(41676150)
National Key Research and Development Program of China(2017YFC0506301)
Strategic Priority Research Program of the Chinese Academy of Sciences(XDA13020402)
Guangdong Basic and Applied Basic Research Foundation(2019A1515011532)
Copyright
本研究基于系统复杂性原理, 提出了南海典型珊瑚礁生态系统健康评价方法——组织力及系统功能评价法。该方法的评价框架包括珊瑚礁生态系统结构及功能、珊瑚礁生态系统与其他海洋生态系统间关系、与人类社会生态系统间关系、珊瑚礁生态系统发展制约因素等四大模块; 评价指标体系分为目标层、准则层、因素层、要素层等6个层级共计67个指标。同时, 本研究系统地提出了珊瑚礁生态系统健康评价的流程, 提高了珊瑚礁健康评价工作的规范性和时效性。应用组织力及系统功能评价法对2011—2018年西沙群岛珊瑚礁生态系统进行了健康评价, 结果显示自2011年起健康指数年均下降2.3%~2.4%, 除2012年、2015年健康指数稍有回升外, 其余年份均呈下降走势, 整体评价为亚健康状态。根据七连屿周边岛屿的实地考察和居民生活问卷调查结果, 2006—2008年的渔业发展、2012年的海星泛滥和2014—2015年的岛礁建设均对珊瑚礁生态系统造成了较大影响, 使10年内渔业产量下降了50%~80%。这与应用组织力及系统功能评价法的评价结果相吻合, 侧面验证了该评价方法的科学性和可行性。
吴莹莹 , 雷新明 , 黄晖 , 张浴阳 , 丁德文 . 南海典型珊瑚礁生态系统健康评价方法研究[J]. 热带海洋学报, 2021 , 40(4) : 84 -97 . DOI: 10.11978/2020070
In this paper, we discuss the principle of ecosystem complexity, and propose a method for evaluating the health of typical coral reef ecosystems in the South China Sea-"Organization and System Function Evaluation." The evaluation framework of this method includes four modules: the structure and function of coral reef ecosystems, the relationship between coral reef ecosystems and other marine ecosystems, the relationship with human social ecosystems, and the development constraints of coral reef ecosystems. The evaluation index system is divided into six levels, including target level, criterion level, factor level, and element level, totaling 67 indicators. We systematically put forward the process of coral reef ecosystem health evaluation, which improves the standardization and timeliness of coral reef health evaluation. The organizing power and system function evaluation method was used to evaluate the health of the coral reef ecosystem of the Paracel Islands from 2011 to 2018. The results show that the health index has fallen by 2.3%-2.4% annually since 2011. Except for a slight rebound in 2012 and 2015, the health index has shown a downward trend in the rest of the years. The overall evaluation is that the coral reef ecosystem of the Paracel Islands is sub-healthy. This result is consistent with the results of field investigations and questionnaire surveys on residents' lives around the Qilianyu Islands. We find that the development of fisheries in 2006-2008, the flooding of starfish in 2012, and the construction of islands and reefs in 2014-2015 had great impacts on the coral reef ecosystem. The fishery output dropped by 50%-80% in 10 years, which is also consistent with the evaluation results. It verifies the science and feasibility of the evaluation method from another angle.
Key words: South China Sea; coral reef; ecosystem; health assessment
表1 珊瑚礁生态系统健康评估分级表Tab. 1 Grading results of coral health appraisal |
级别 | 赋分范围 | 健康状况 |
---|---|---|
1 | 80~100 | 理想状况 |
2 | 60~80 | 健康 |
3 | 35~60 | 亚健康 |
4 | 0~35 | 不健康 |
表2 珊瑚礁生态系统健康评价框架Tab. 2 Evaluation framework of coral reef ecosystem |
评价模块 | 类别 | 小类 | 指标 | ||
---|---|---|---|---|---|
模块一: 珊瑚礁生态系统结构及功能 | 1.1系统共生 | 1.1.1物种间共生关系和功能 | 组织粘性 | 食物链完整度 | 消费者存量 |
生产者存量 | |||||
分解者存量 | |||||
天敌密度 | |||||
珊瑚关键种存量 | 覆盖率及病害 | ||||
1.1.2种群组成动态平衡水平 | 物种多样性、均匀度 | ||||
1.2系统互惠 | 食物网物质能量循环 | ||||
1.3系统弹性 | 珊瑚繁殖恢复力及遗传抗逆性 | ||||
模块二: 珊瑚礁生态系统与其他海洋生态系统间关系 | 2.1陆地 | 2.1.1栖息地 | 城市建设与野生林地保护 | ||
2.1.2空间外力 | 自然灾害频率和强度 | ||||
2.1.3地理分布 | 纬度及深度 | ||||
2.2水域 | 2.2.1季节性洋流 | ||||
2.2.2初级生产力相关水文条件 | |||||
2.2.3水质富营养化 | |||||
模块三: 珊瑚礁生态系统与人类社会生态系统间关系 | 3.1人类社会系统压力 | 3.1.1人口 | 生存资源及就业需求 | ||
3.1.2环境 | 治污排污、垃圾填埋 | ||||
3.2人类社会系统弹性 | 3.2.1城市建设 | 沿海城市生态建设水平与远景规划 | |||
3.2.2经济 | 渔业、运输业、制造业、旅游业发展 | ||||
3.2.3政治 | 维护领土领海, 国家权力博弈 | ||||
模块四: 珊瑚礁生态系统发展制约因素 | 4.1空间因素 | 4.1.1人文因素 | 陆源污染物 | ||
人口增长 | |||||
经济及制造业发展 | |||||
国家政策及国际形势 | |||||
生态功能型城市建设与规划 | |||||
海洋经济发展 | |||||
4.1.2水域因素 | 洋流及板块运动 | ||||
温室效应 | |||||
富营养化及石油泄漏 | |||||
4.1.3气候因素 | 自然灾害 | ||||
4.2时间因素 | 引发生态系统健康状况整体变化的时间点, 即缓慢侵蚀性因素 |
表3 珊瑚礁生态系统健康评价指标体系Tab. 3 Coral reef ecosystem health evaluation system |
目标层 | 次目标层 | 准则层 | 次准则层 | 因素层 | 一级要素层 | 二级要素层 | 三级要素层 | 四级要素层 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
生态系统健康指数 | 1. 生态系统内平衡水平 | 1.1生态系统结构均衡性: 共生关系 | 1.1.1 物种间共生关系和功能 | 1.1.1.1 组织黏性 | 食物链完整度 | 消费者存量: 杂食性植食性鱼类、底栖动物 | 种类 | 鱼类种类 |
底栖种类 | ||||||||
密度 | 鱼类密度 | |||||||
底栖动物密度 | ||||||||
丰富度 | 鱼类丰富度 | |||||||
浮游植物细胞丰度 | ||||||||
浮游动物丰度 | ||||||||
生物量 | 鱼类平均体长 | |||||||
底栖动物生物量 | ||||||||
浮游动物生物量 | ||||||||
生产者存量: 藻类 | ||||||||
天敌海星密度 | ||||||||
1.1.1.2 关键物种生物量 | 造礁珊瑚种类 | 活珊瑚物种数 | ||||||
造礁石珊瑚物种数 | ||||||||
珊瑚覆盖率 | 活珊瑚平均覆盖率 | |||||||
软珊瑚平均覆盖率 | ||||||||
石珊瑚平均覆盖率 | ||||||||
1.1.2 种群组成动态平衡水平 | 1.1.2.1 物种多样性指数 | 鱼类多样性(个体数I) | ||||||
底栖动物物种多样性指数 | ||||||||
浮游植物物种多样性指数 | ||||||||
浮游动物物种多样性指数 | ||||||||
1.1.2.2 物种均匀度指数 | 鱼类均匀度(Evennes) (个体数I) | |||||||
底栖动物均匀度指数 | ||||||||
浮游植物均匀度指数 | ||||||||
浮游动物均匀度指数 | ||||||||
1.2 生态系统功能: 互惠关系 | 1.2.1 物质能量循环-鱼类密度与石珊瑚覆盖率比值 | |||||||
目标层 | 次目标层 | 准则层 | 次准则层 | 因素层 | 一级要素层 | 二级要素层 | 三级要素层 | 四级要素层 |
1.2.2 系统弹性, 繁衍和恢复力 | 1.2.2.1 病害类型、发病率 | |||||||
1.2.2.2 幼体补充量 | ||||||||
1.2.2.3 死亡率 | ||||||||
2. 生态系统间平衡水平 | 2.1 地理环境-栖息地破坏水平 | 2.1.1 人为开发 | 2.1.1.1 森林覆盖率 | |||||
2.1.1.2 自然保护区面积占比 | ||||||||
2.1.2 自然灾害(飓风、降水、干旱、高温、严寒) | 2.1.2.1 自然灾害强度 | 海浪年均波高 | ||||||
相对年平均潮位 | ||||||||
2.1.2.2 自然灾害频率 | 灾害性巨浪天数(有效波高大于4m的海浪) | |||||||
沿岸最大增水大于40cm的风暴潮次数 | ||||||||
2.2 水环境变化 | 2.2.1 生产力相关水文条件 | 2.2.1.1 海水pH | ||||||
2.2.1.2 海表温度-温室效应 | ||||||||
2.2.1.3 海水透明度 | ||||||||
2.2.1.4 悬浮物 | ||||||||
2.2.2 水质条件 | 2.2.2.1 重金属 | |||||||
2.2.2.2 富营养 | 站点盐度 | |||||||
站点溶解氧(DO) | ||||||||
站点氨氮 | ||||||||
站点叶绿素 | ||||||||
2.2.2.3 站点海水油类含量 | 站点海水油类含量 | |||||||
2.3 人类社会环境发展水平 | 2.3.1 人类生活环境 | 2.3.1.1 污水排放量 | 渔业废水 | 渔业养殖污染-海水养殖产量 | ||||
农业化肥污水量 | 农田水利有效灌溉面积 | |||||||
周边农业化肥用量 | ||||||||
全省废水排放量 | 农业化肥污水量 | |||||||
工业污染-南海区油气平台废水 | 工业污染-南海区油气平台废水 | |||||||
固体垃圾倾倒入海 | 海洋倾倒量 | |||||||
工业固体废物 | ||||||||
2.3.1.2 污水水质 | 河流入海口水质 | 南渡江-河流入海污染物COD | ||||||
目标层 | 次目标层 | 准则层 | 次准则层 | 因素层 | 一级要素层 | 二级要素层 | 三级要素层 | 四级要素层 |
南渡江-磷酸盐入海 | ||||||||
南渡江-氨氮入海 | ||||||||
南渡江石油河流入海 | ||||||||
南渡江重金属河流入海 | ||||||||
省内陆源入海排污口水质 | 溶解氧 | |||||||
化学需氧量(COD) | ||||||||
氨氮 | ||||||||
活性磷酸盐 | ||||||||
重金属 | ||||||||
2.3.2 人口素质 | 2.3.2.1 全省常驻人口密度 | |||||||
2.3.2.2 教育水平-文盲率 | ||||||||
2.3.2.3 农村居民人均可支配收入 | ||||||||
2.3.3 环保水平 | 2.3.3.1 城镇污水处理率 | |||||||
2.3.3.2 农村生活污水处理率 | ||||||||
2.3.3.3 工业固体综合利用率 | ||||||||
2.3.3.4 生活垃圾无害化处理率 | ||||||||
2.3.4 经济发展 | 2.3.4.1 渔业捕捞发展 | 海水捕捞产品占海水产品比重 | ||||||
海水捕捞产值占海水产品产值比重 | ||||||||
2.3.4.2 海水养殖业发展 | 海水养殖产品占海水产品比重 | |||||||
海水养殖产值占海水产品产值比重 | ||||||||
2.3.4.3 货物吞吐量 | ||||||||
2.3.4.4 旅游业发展 | 旅游过夜人数 | |||||||
旅游总收入 | ||||||||
2.3.4.5 工业制造业发展 | 机制纸及纸板(外购原纸加工除外) | |||||||
原油加工量 | ||||||||
商品混凝土 | ||||||||
粗钢 |
图1 2011—2018年西沙珊瑚礁生态系统整体健康状况评价结果Fig. 1 Health evaluation results of entire Xisha coral reef ecosystem (2011-2018) |
图2 2011—2018年西沙各岛礁珊瑚礁生态系统健康评价结果Fig. 2 Coral reef ecosystem health assessment results at various islands in Xisha (2011-2018) |
图3 2014—2018年西沙珊瑚礁生态系统整体健康状况评价结果Fig. 3 Health evaluation results of entire Xisha coral reef ecosystem (2014-2018) |
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