由于填海造地、海洋資源的不合理開發利用、漁業養殖、污染物排放等人為活動的影響,近岸海域生態環境正遭受著日趨嚴峻的污染和損害,包括物理化學變化、生境衰退、生態多樣性變化等[1].綜合評價人為擾動下近岸海域的生態質量狀況是國內外學者共同關注的問題.目前,國內僅有少量關于近岸海域生態質量狀況綜合評價的研究[2-4],大多海洋環境質量評價尚停留在單一介質的污染評價階段[2],如單項水質評價法、綜合評價指數法和富營養化水平評價法等[5-6],從生物學角度綜合評價的概念還沒有廣泛應用[7].國外近岸海域的生態質量狀況評價研究已從對污染物或物種的評價發展到從生物學角度進行評價,有代表性且應用廣泛的近岸海域生態質量狀況綜合評價方法有歐盟的生態狀況綜合評價方法[8]和美國的沿岸海域狀況綜合評價方法[9].前者以生物學要素為主,以物理化學和水文形態學要素為輔,以未受擾動的水體狀況參數值作為評價參考基準,以所有要素中的最低等級(one-outall-ou,tOOAO)作為綜合評價等級原則對近岸海域生態質量狀況進行評價,但該方法沒有統一的評價標準,且OOAO原則的應用也受到了質疑[10];后者選取水質指數、濱海濕地損失、沉積物污染和底棲生物指數4類指標進行評價,按照評價海域的現狀對這4類指標進行賦分(好為5,一般為3,差為1),這4類指標的平均值即為評價海域的總狀況分值,并據此劃分為相應等級,但該方法僅分為3個評價等級,且3個等級的劃分標準還存在爭議.由于歷史監測資料的缺乏,以及與國外近岸海域的差異,國外的評價指標和方法并不完全適用于國內的情況,因此研究適合我國的生態質量狀況綜合評價方法十分必要.本文在參考國內外近岸海域生態質量狀況綜合評價方法的基礎上,提出以生物學要素為主、物理化學要素為輔的指標體系,通過評價標準的優化和調整,對評價指標賦予權重,建立了近岸海域生態質量狀況模糊綜合評價方法,對方法進行了可靠性驗證,并將該方法應用于廈門同安灣海域,以期為我國近岸海域生態質量狀況綜合評價以及生態綜合管理決策提供科學依據.

1近岸海域生態質量狀況模糊綜合評價方法

1•1評價指標體系的建立

選擇合適的指標在綜合評價中有著舉足輕重的作用,指標體系的建立應遵循科學性、層次性、可比性、可操作性等原則[2].本文中近岸海域生態質量狀況綜合評價指標體系中的生物指標(底棲生物、浮游植物和浮游動物)及水質、沉積物的基本理化狀況指標(表1)用于綜合評價;水質、沉積物中的營養鹽、重金屬和有機污染物等污染物因子用于評價結果的驗證.對于污染物因子,不限于表1中列出的種類,可根據研究海域的主要污染物和特征污染物做出相應調整.本方法將評價指標分為非生物指標和生物指標(圖1),從數量上,以生物指標為主.非生物指標主要是反映海域基本物理化學狀況的指標.參考歐盟的生態質量狀況綜合評價方法[8]和美國的沿岸海域狀況綜合評價方法[9]中的評價指標,本文中的非生物指標選擇水質透光度、化學需氧量(chemicaloxygendemand,COD)、溶解氧(dissolvedoxygen,DO)、沉積物中的硫化物和總有機碳(totalorganiccarbon,TOC).由于近岸海域系統的大部分變化都與鹽度和溫度的變化有關,這兩者與人為活動對生態質量狀況的影響沒有直接關系[11],因此鹽度和溫度不作為評價指標.營養鹽受人為擾動較大,可作為污染因子來分析.底棲生物通常是公認的能夠反映海洋水生生態的指標[12],因此生物指標以底棲生物為主,結合浮游植物和浮游動物.底棲生物質量狀況用個體豐度、物種豐度和香農多樣性指數(H′)來表征,浮游植物和浮游動物用H′來表征.

1•2評價標準

本文中的評價標準主要參考我國的相應標準,對于國內沒有相應評價標準的指標參考歐盟水管理框架(EuropeanWaterFrameworkDirective,WFD)和美國沿岸水體的評價標準.生態質量狀況劃分為優、良、中、差、劣5個等級(表2),由于我國的海洋水質和沉積物標準分為4級,所以評價標準參考國內外的研究成果做了一定調整,并且使各等級之間盡量做到等間距,以減少不同等級之間間距不均所帶來的隸屬度誤差.等級優代表生物學要素及一般物理化學要素未受到人類活動的明顯擾動;等級良代表生態質量狀況略差于優等,受到程度較小的污染和輕微的人為活動擾動;等級中代表污染較嚴重,人為活動擾動較大,生態質量狀況處于向差過渡的狀態;等級差代表生態系統失衡,污染嚴重,生態質量狀況有繼續惡化的可能;等級劣代表生態系統已完全失衡,污染十分嚴重[13].

1•3權重的確定和模糊關系矩陣的建立

通過Delphi法,由層次分析軟件YAAHP0•5•2計算各指標的權重因子(表3).根據各指標的實測值和評價標準,建立模糊關系矩陣.對于值越大、生態質量狀況越差的指標采用“降半梯形”分布函數計算,對于值越大、生態質量狀況越好的指標采用“升半梯形”分布函數計算,函數公式見文獻[14].11個評價指標中,生物要素的總權重占2/3,非生物要素的權重占1/3,這與WFD要求的以生物學要素為主的評價指標體系一致[11].底棲生物指標的權重之和為0•47,主要是因為底棲生物具有較小的流動性,生活史較短,能很快通過種群和群落反映環境的變化[2].國外關于底棲生物質量狀況評價的指數主要有AZTI海洋生態指數(AZTImarinebioticindex,AMBI)[15]、多變量AZTI海洋生態指數(multi-variate-AMBI,M-AMBI)[16]、底棲質量指數(benthicqualityindex,BQI)[17]、Bentix指數(Bentixindex)[18]以及底棲多毛類端足類機會種指數(benthicoppor-tunisticpolychaetesamphipodsindex,BOPA)[19]等.DO作為水生生態系統的限制性因子,其權重僅次于底棲生物.透光度和TOC的權重相等,透光度代表光能到達水面以下的深度,決定了光合作用的大小以及水生生物的分布;TOC對污染物和營養元素在沉積物中的遷移、轉化等地球化學行為起著至關重要的作用.浮游植物、浮游動物多樣性以及葉綠素a的權重依次減小.浮游植物是海洋生態系統中最重要的初級生產者,其多樣性與海洋生態系統的穩定性有著密切的關系,重要程度相對較高;浮游動物的權重小于底棲生物和浮游植物,主要是由于浮游動物不定棲于水生系統中,有移動性和一定的隨機性;葉綠素a濃度表示水域初級生產者的現存量,間接反映了海區初級生產力的高低.硫化物含量的高低是衡量海洋底質環境優劣的一項重要指標,COD是水質氧化還原狀況的指標,兩者對生態系統的影響相對較小,因此權重較低.