摘要: 海洋为人类生存和社会经济发展提供了重要的资源和环境条件，海洋生态适宜性研究能够评定海域的固有属性对生态保护和开发利用的适宜等级和潜力-限制因素. 本研究以典型的海岛区洞头为例，构建了海洋生态适宜性评价的空间分析模型，计算得到其空间分布，进而开展了生态适宜度的功能分区; 据此划分了洞头区的生态管控空间，判断了未来海域资源保护和开发利用管理的主导方向，提出了各管控区发展的资源优势及限制性因素. 结果表明，洞头海域按照生态适宜度值的高低可以清晰地划分为重点保护区、一般保护区、适度开发区和优化开发区等 4 类功能区，分别占区域总面积的 23% 、50% 、18% 和 9% ; 前两者为生态保护及恢复的重要区域，后两者是未来海洋资源开发利用的主要区域; 4 类区域可以归并为生态保护、农渔业养殖、城镇开发 3 类管控功能区. 本研究对开展海洋生态功能区划、协调海洋资源开发与区域生态保护的关系、构建基于生态系统的海洋综合管理模式具有重要意义.
关键词: 海洋环境科学; 生态系统管理; 海洋生态适宜性; 空间分析模型; 温州洞头
“生态适宜性”这一概念源于土地资源利用与规划，并广泛应用于农业、动植物生境适宜性分析、保护区选址、景观规划、养殖区区划和环境影响评价等领域[1-9]，是空间规划的重要工具. 目前，主流的陆域研究将其定义为: 由区域生态系统具有的气象水文、地质结构、地形地貌、土地资源、矿产资源和动植物等自然属性以及景观、文化等人文特征所决定的，对某种持续性用途的适宜或限定性程度[10]. 生态适宜性评价是指根据规划对象或评价单元的尺度独特性、抗干扰性、生物多样性、空间效应等[11]，通过分析特定生态系统的自然要素和社会经济属性，因地制宜地给出资源与环境质量在符合生态学规律下的评价和空间地域分布，指导区域生态区划，协调人类社会经济活动与自然生态过程间的关系[12].
海洋生态系统是一个复杂的适应性系统，具有连续性、流动性和脆弱性的特征[13-15]. 基于陆域生态系统的相关研究，海洋生态适宜性被定义为由海洋生态系统具有的地质、地貌、水文、气象、景观等自然属性和人口、经济、区位等社会属性所决定的，对区域可持续发展的生态学需求满足程度和适应能力[16]. 其内涵可以从价值和价值限制两个方面进行理解: 既需要根据海洋资源的生态价值来判定其在生态保护方面的适宜性程度，又应当从海洋资源的价值出发，分析其对某种特定开发利用方向的限定性程度.
当前，关于生态适宜性的量化研究多集中在陆域生态系统，海域相关研究仍处于探索阶段，侧重基于特定生物指数的生境适宜度评价，或半定量的宏观框架构建，缺乏对影响海洋资源开发利用的生态因子的量化研究. 本研究以浙江省温州市洞头区管辖海域为例，在建立区域海洋生态适宜性评价指标体系的基础上，对海域的自然、环境、经济、社会等属性开展了空间定量评价，据此划定了不同开发与保护适宜性等级下的功能分区，识别了各功能区海洋资源开发的基础优势和制约因素，提出了针对性的生态系统管控策略.
1 数据资料与方法
1. 1 研究区与数据
洞头( 27° 41' 19″ ～ 28° 01' 10″N，120° 59' 45″ ～ 121°15'58″E) 位于浙南沿海瓯江口外，是全国 14 个海岛县( 区) 之一. 全区现辖北岙、东屏、元觉、霓屿、灵昆 5 个街道，大门镇和鹿西乡，陆地面积约 153. 3 km2 ，海域面积为 2 708. 7 km2 . 在综合考虑海洋自然地理、沿海行政区划以及相关数据范围的基础上，确定本研究的评价对象为浙江省温州市洞头区所辖的 2 个乡镇和 4 个街道( 原洞头县 2015 年撤县设区前的区域，不包括新增的西部灵昆街道) ( 图 1) . 研究所用的数据包括洞头区基础地理信息数据、海岛海岸线数据、保护区、重要景区数据等; 生态环境数据来源于 2015 年春秋两季实测结果，将 35 个站位数据进行空间插值; 社会经济数据来源于温州市和洞头区 统 计 年 鉴、海 洋 公 报、渔 业 公 报; DMSP /OLS 2013 年夜间灯光数据来源于美国国家地球物理数据中心( National Geophysical Data Center) ; 政策、规划信息来源于洞头区海洋与渔业局、环保局、规划局、港航局等提供的洞头总体规划、岸线保护规划、风景名胜区总体规划等文本资料.
1. 2 研究方法
目前典型的生态适宜性评价方法包括生态因子叠置法，逻辑规则组合法和格局-过程模型法[11]. 考虑到海洋生态系统的变化具有更大的不确定性[17-18]，本研究选择采用多指标综合评价和层次分析相结合的方法: 即在建立区域生态适宜性指数模型的基础上，通过各生态因子的空间化图层表达，加权叠置得到区域内部栅格单元生态适宜程度的现状值，进而划分适宜性等级，确定评价单元对开发或保护的适宜性和限制性.
1. 2. 1 适宜性指数模型 采用 0 ～ 5 连续尺度的海洋生态适宜性评价指数 ESI，在 ArcGIS 中运算得到海洋生态适宜性评价结果.具体计算公式如下:
遵循客观性、完整性和可操作性等原则，从海洋生态环境适宜性和海洋社会经济适宜性两方面，构建了本研究海洋生态适宜性的评价指标体系[19-23].指标体系分为目标层、准则层、要素层，共计 4 个一级指标，14 个二级指标( 表 1) . 各指标方向性确定所依据的基本前提是: 生态环境质量越好的海域越不应该进行开发活动，因为它的生态价值更高，对海洋及海岸带经济发展的支撑作用更强，大规模开发活动造成的不可逆的生态价值损失也更大; 而社会经济条件相对优越的地区，进行海洋资源环境开发利用的综合成本比较小，认为其生态保护的价值相对较低，开发利用的综合效益更高.
1. 2. 2 指标因子量化与标准化 从表 1 可知，要素层指标的量化方法可分为三大类: ①通过简单的数学或地图运算量化. 如自然岸线保有率、海域利用面积比例、海洋经济产业增加值等，均可利用基础数据矢量化或者进行简单的空间叠置运算得到. ②利用数学模型量化. 如生物多样性指数、环境质量、净初级生产力等利用相应的数学公式和插值方法进行空间量化. ③综合多种方法进行量化. 如重要保护价值，用生态敏感区和重要保护对象的空间分布来表示. 本研究中主要考虑了洞头国家级海洋公园、南北爿山省级海洋特别保护区、砂质岸线和洞头境内重要风景名胜区，采取半定量的方式确定各类型的生态保护重要性分值. 重要节点可达性考虑选取市 ( 县城、主要乡镇) 中心、机场、县级以上的大型车站、重要码头、渔港( 中心渔港和一级渔港) 以及海岸线的可达性作为量化指标. 人口密度的量化参考国内外人口密度空间化方面的研究[27]，采取分区分类建模的方法，将 DMSP /OLS 夜间灯光数据与研究区各行政区划单元进行匹配，利用简化的线性回归模型和灯光面积百分比来估算各栅格单元的人口.
在计算绝对数值的基础上，以资源存量与需求量或海洋生态环境理想状态阈值界限为标准值，将各因子标准化为[1，5]区间的整数值，并借助 ArcGIS 实现 30m × 30m 的栅格化表达( 图 2) .
1. 2. 3 权重确定 本研究采用了德尔菲法与层次分析法相结合的方式[28-29]，于 2015 年 7—12 月期间，向全国海洋学、生态学、环境科学等领域共 60 位专家发放了“海洋生态适宜性评价指标权重”调查问卷，回收有效问卷 56 份，通过层次分析统计得到一、二级指标和要素层指标的权重值( 表 1) .
2 结果与讨论
2. 1 结果分析
2. 1. 1 生态适宜性空间分布 基于要素层各因子标准化数值和权重值，计算得到洞头生态适宜性空间分布结果( 图 3a) . 结合评价模型建立的基本前提，生态适宜性的高值主要分布在洞头区内的各个生态敏感地区，如北部的南北爿山省级海洋特别保护区，西南部的海域生物资源保护区，以及东南部的洞头国家级海洋公园. 这些地方往往分布着重要的保护区或其他生态敏感区，具备较好的资源条件，但远离城市中心和大陆，区位条件较差，海岛上的生产生活基础设施不甚完善，海洋资源开发利用的经济效益相对较低，海洋资源的生态保护价值高.
生态适宜性低值集中分布于洞头本岛及周边有居民岛屿，如北部的大小门岛和南部的大小瞿岛，这些地区的社会经济条件较好，基础设施完善，地理区位相对优越，多分布有区域重要港口或码头，具备较好的养殖环境和涉海产业建设基础，现阶段已开展了一定程度的海洋资源开发活动，近海海域与城市空间有着较为密切的联系，海洋资源开发利用的综合效益相对较高.
根据《海洋生态红线划定技术指南》，洞头划定了禁止红线区和限制红线区( 图 3b) . 将海洋生态适宜性空间分析结果与生态红线区划结果进行对比，容易看出，3 个禁止红线区( 南北爿山鸟岛重点保护区、海洋公园典型海洋景观重点保护区和海洋公园生物资源重点保护区) 和 6 个限制红线区均为洞头生态适宜性评价的高值区域，而区内重要有居民海岛则与生态适宜低值区域呈现出较高的重叠度. 因此，大尺度的生态适宜性评价结果与基于大量小尺度调查的生态红线区划结果有较高的一致性，生态适宜性评价指数的高低可以作为开展生态区划的重要依据.
2. 1. 2 生态适宜度功能分区 在此基础上，通过分析生态适宜性评价值和栅格数目的关系( 图4) ，明显看出 ESIi在2. 4( a 点) 、2. 9( b 点) 、3. 4( c 点) 出现突变. 结合生态区划的一般原则[30]和海洋生态适宜性的内涵，将 ESIi从高到低分别划分为重点保护区( ≥3. 4) 、一般保护区( ≥2. 9 ～ < 3. 4) 、适度开发区( ≥2. 4 ～ < 2. 9) 、优化开发区( < 2. 4) ( 图5) . 其中，前两者为适宜生态保护的海域，后两者为适宜开发利用的海域.
从图 5 可以看出，重点保护区占研究海域总面积的 23% ，包括了东北部的南北爿山鸟岛海洋特别保护区、北洞头洋渔场，东南部的竹峙岛海洋牧场，瓯江河口聚流苗种保护区，鹿西岛东侧的无居民海岛保护区，以及南部的南策岛群重要景观带，呈片状环绕于洞头岛外围. 一般保护区约占海域总面积的 1 /2，处于生态保护与重要海岛开发区域之间，包括了洞头岛东部的大片海域，这些地方远离城市中心和大陆，交通不便，生产生活的基础设施不甚完善，海洋资源开发利用的经济效益相对较低，但往往具备较好的资源条件. 适度开发区占研究区总面积的 18. 0% ，表现为围绕重要有居民海岛呈片状分布，形成了保护与开发之间的缓冲屏障; 这些区域的海洋渔业和景观资源丰富，已具有一定的海洋资源开发基础. 优化开发区仅占区域总面积的 9. 8% ，多分布着区内重要的有居民海岛，表现为以 2 个乡镇、4 个街道的基核为源点，连片分布的态势，是未来海洋资源开发利用的主导区域，这些地区现状已具备较好的海洋资源开发基础，近海海域与城市空间有着较为密切的联系.
期刊推荐：《应用海洋学学报》(季刊)创刊于1982年，由国家海洋局第三海洋研究所、中国海洋学会、福建省海洋学会主办。本刊为全国性海洋科学学术期刊。主要刊载台湾海峡及其邻区海域(东海、南海)的物理海洋学、海洋化学、海洋环境学、海洋生物与水产学、海洋地质与地震学、海洋开发与管理等方面的学术论文和研究报告等。读者对象主要是国内外海洋生物、水产、化学、环保、水文、气象、港工、地质、地震等单位和部门的科技人员、管理人员、高等院校相应专业的师生等。
2. 2 讨论
生态系统管理强调公众参与、管理目标明确和具有可操作性、在调解利益相关方之间的各种冲突的基础上，综合考虑和设定生态、社会和经济多种目标[31]. 2015 年联合国峰会正式通过的《2030 年可持续发展议程》“保护和可持续利用海洋和海洋资源以促进可持续发展”( 目标 14) 部分明确强调了基于生态系统的海洋管理( EBM) ，并提出了发展海洋生态评价方法和开展海洋功能分区等具体手段[32]. 本研究中定义的“海洋生态适宜性”，其评价目的在于通过对区域海域自然和社会经济等属性的空间评价，结合发展与资源利用的需求，划定宏观层面的海洋功能分区; 同时，通过分析表征区域海洋生态环境资源的基础优势，确定其开发利用的制约因素，协调海洋生态保护与开发之间的关系，最终服务于海洋生态系统的综合管理.
2. 2. 1 基于海洋生态适宜性的管控空间分区 根据海洋生态适宜性的空间评价结果，洞头海域可以清晰地划分为重点保护区、一般保护区、适度开发区和优化开发区等 4 类功能区，前两者为生态保护及恢复的重要区域，对应着海洋生态红线区划的禁止区和限制区; 后两者是未来海洋资源开发利用的主要区域，多分布于区内重要有居民海岛; 从生态系统管控的角度，功能区分别对应着城镇开发、农渔业养殖、生态保护 3 类生态管控空间; 结合海洋生态适宜性评价要素层单因子值的高低，分析得到 3 类空间未来发展的资源优势和制约因素:
① 功能分区的优化开发区对应洞头区的城镇开发空间，以环海西湖城市核心区、大小门岛港区、状元岙港区、半屏风景区等为主平台，是典型的人工生态系统，受人类活动影响剧烈，应当充分发挥海洋自然景观、深水岸线资源、区位条件等特色优势，优化人口布局、资源保护等限制因素，综合安排各海域的功能定位; ②适度开发区主要对应农渔业养殖空间，包含了典型的农渔业生态系统，丰富的渔业资源和相对成熟的增养殖基础是未来发展的特色优势，海洋环境状况、海域开发强度则是其重要的限制因素，应当在优化近岸海域空间布局的基础上，合理调整海域开发规模和时序，有效保护自然岸线; ③生态空间则包括了区域外围的重点保护区和部分一般保护区，大部分为相对原生态的自然生态系统，与洞头海洋生态红线区相衔接( 图 3b) ，这些地区一方面有着相对原生态的海洋自然景观和地质地貌，生态保护价值高，另一方面，多位于远离内陆的偏远海岛，社会经济区位条件成为主要的限制性因素.
