由于填海造地、海洋資源的不合理開發(fā)利用、漁業(yè)養(yǎng)殖、污染物排放等人為活動的影響,近岸海域生態(tài)環(huán)境正遭受著日趨嚴(yán)峻的污染和損害,包括物理化學(xué)變化、生境衰退、生態(tài)多樣性變化等[1].綜合評價(jià)人為擾動下近岸海域的生態(tài)質(zhì)量狀況是國內(nèi)外學(xué)者共同關(guān)注的問題.目前,國內(nèi)僅有少量關(guān)于近岸海域生態(tài)質(zhì)量狀況綜合評價(jià)的研究[2-4],大多海洋環(huán)境質(zhì)量評價(jià)尚停留在單一介質(zhì)的污染評價(jià)階段[2],如單項(xiàng)水質(zhì)評價(jià)法、綜合評價(jià)指數(shù)法和富營養(yǎng)化水平評價(jià)法等[5-6],從生物學(xué)角度綜合評價(jià)的概念還沒有廣泛應(yīng)用[7].國外近岸海域的生態(tài)質(zhì)量狀況評價(jià)研究已從對污染物或物種的評價(jià)發(fā)展到從生物學(xué)角度進(jìn)行評價(jià),有代表性且應(yīng)用廣泛的近岸海域生態(tài)質(zhì)量狀況綜合評價(jià)方法有歐盟的生態(tài)狀況綜合評價(jià)方法[8]和美國的沿岸海域狀況綜合評價(jià)方法[9].前者以生物學(xué)要素為主,以物理化學(xué)和水文形態(tài)學(xué)要素為輔,以未受擾動的水體狀況參數(shù)值作為評價(jià)參考基準(zhǔn),以所有要素中的最低等級(one-outall-ou,tOOAO)作為綜合評價(jià)等級原則對近岸海域生態(tài)質(zhì)量狀況進(jìn)行評價(jià),但該方法沒有統(tǒng)一的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn),且OOAO原則的應(yīng)用也受到了質(zhì)疑[10];后者選取水質(zhì)指數(shù)、濱海濕地?fù)p失、沉積物污染和底棲生物指數(shù)4類指標(biāo)進(jìn)行評價(jià),按照評價(jià)海域的現(xiàn)狀對這4類指標(biāo)進(jìn)行賦分(好為5,一般為3,差為1),這4類指標(biāo)的平均值即為評價(jià)海域的總狀況分值,并據(jù)此劃分為相應(yīng)等級,但該方法僅分為3個(gè)評價(jià)等級,且3個(gè)等級的劃分標(biāo)準(zhǔn)還存在爭議.由于歷史監(jiān)測資料的缺乏,以及與國外近岸海域的差異,國外的評價(jià)指標(biāo)和方法并不完全適用于國內(nèi)的情況,因此研究適合我國的生態(tài)質(zhì)量狀況綜合評價(jià)方法十分必要.本文在參考國內(nèi)外近岸海域生態(tài)質(zhì)量狀況綜合評價(jià)方法的基礎(chǔ)上,提出以生物學(xué)要素為主、物理化學(xué)要素為輔的指標(biāo)體系,通過評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)化和調(diào)整,對評價(jià)指標(biāo)賦予權(quán)重,建立了近岸海域生態(tài)質(zhì)量狀況模糊綜合評價(jià)方法,對方法進(jìn)行了可靠性驗(yàn)證,并將該方法應(yīng)用于廈門同安灣海域,以期為我國近岸海域生態(tài)質(zhì)量狀況綜合評價(jià)以及生態(tài)綜合管理決策提供科學(xué)依據(jù).

1近岸海域生態(tài)質(zhì)量狀況模糊綜合評價(jià)方法

1•1評價(jià)指標(biāo)體系的建立

選擇合適的指標(biāo)在綜合評價(jià)中有著舉足輕重的作用,指標(biāo)體系的建立應(yīng)遵循科學(xué)性、層次性、可比性、可操作性等原則[2].本文中近岸海域生態(tài)質(zhì)量狀況綜合評價(jià)指標(biāo)體系中的生物指標(biāo)(底棲生物、浮游植物和浮游動物)及水質(zhì)、沉積物的基本理化狀況指標(biāo)(表1)用于綜合評價(jià);水質(zhì)、沉積物中的營養(yǎng)鹽、重金屬和有機(jī)污染物等污染物因子用于評價(jià)結(jié)果的驗(yàn)證.對于污染物因子,不限于表1中列出的種類,可根據(jù)研究海域的主要污染物和特征污染物做出相應(yīng)調(diào)整.本方法將評價(jià)指標(biāo)分為非生物指標(biāo)和生物指標(biāo)(圖1),從數(shù)量上,以生物指標(biāo)為主.非生物指標(biāo)主要是反映海域基本物理化學(xué)狀況的指標(biāo).參考?xì)W盟的生態(tài)質(zhì)量狀況綜合評價(jià)方法[8]和美國的沿岸海域狀況綜合評價(jià)方法[9]中的評價(jià)指標(biāo),本文中的非生物指標(biāo)選擇水質(zhì)透光度、化學(xué)需氧量(chemicaloxygendemand,COD)、溶解氧(dissolvedoxygen,DO)、沉積物中的硫化物和總有機(jī)碳(totalorganiccarbon,TOC).由于近岸海域系統(tǒng)的大部分變化都與鹽度和溫度的變化有關(guān),這兩者與人為活動對生態(tài)質(zhì)量狀況的影響沒有直接關(guān)系[11],因此鹽度和溫度不作為評價(jià)指標(biāo).營養(yǎng)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(rèn)的能夠反映海洋水生生態(tài)的指標(biāo)[12],因此生物指標(biāo)以底棲生物為主,結(jié)合浮游植物和浮游動物.底棲生物質(zhì)量狀況用個(gè)體豐度、物種豐度和香農(nóng)多樣性指數(shù)(H′)來表征,浮游植物和浮游動物用H′來表征.

1•2評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

本文中的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)主要參考我國的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn),對于國內(nèi)沒有相應(yīng)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)參考?xì)W盟水管理框架(EuropeanWaterFrameworkDirective,WFD)和美國沿岸水體的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn).生態(tài)質(zhì)量狀況劃分為優(yōu)、良、中、差、劣5個(gè)等級(表2),由于我國的海洋水質(zhì)和沉積物標(biāo)準(zhǔn)分為4級,所以評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)參考國內(nèi)外的研究成果做了一定調(diào)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(yōu)代表生物學(xué)要素及一般物理化學(xué)要素未受到人類活動的明顯擾動;等級良代表生態(tài)質(zhì)量狀況略差于優(yōu)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(yán)重,人為活動擾動較大,生態(tài)質(zhì)量狀況處于向差過渡的狀態(tài);等級差代表生態(tài)系統(tǒng)失衡,污染嚴(yán)重,生態(tài)質(zhì)量狀況有繼續(xù)惡化的可能;等級劣代表生態(tài)系統(tǒng)已完全失衡,污染十分嚴(yán)重[13].

1•3權(quán)重的確定和模糊關(guān)系矩陣的建立

通過Delphi法,由層次分析軟件YAAHP0•5•2計(jì)算各指標(biāo)的權(quán)重因子(表3).根據(jù)各指標(biāo)的實(shí)測值和評價(jià)標(biāo)準(zhǔn),建立模糊關(guān)系矩陣.對于值越大、生態(tài)質(zhì)量狀況越差的指標(biāo)采用“降半梯形”分布函數(shù)計(jì)算,對于值越大、生態(tài)質(zhì)量狀況越好的指標(biāo)采用“升半梯形”分布函數(shù)計(jì)算,函數(shù)公式見文獻(xiàn)[14].11個(gè)評價(jià)指標(biāo)中,生物要素的總權(quán)重占2/3,非生物要素的權(quán)重占1/3,這與WFD要求的以生物學(xué)要素為主的評價(jià)指標(biāo)體系一致[11].底棲生物指標(biāo)的權(quán)重之和為0•47,主要是因?yàn)榈讞锞哂休^小的流動性,生活史較短,能很快通過種群和群落反映環(huán)境的變化[2].國外關(guān)于底棲生物質(zhì)量狀況評價(jià)的指數(shù)主要有AZTI海洋生態(tài)指數(shù)(AZTImarinebioticindex,AMBI)[15]、多變量AZTI海洋生態(tài)指數(shù)(multi-variate-AMBI,M-AMBI)[16]、底棲質(zhì)量指數(shù)(benthicqualityindex,BQI)[17]、Bentix指數(shù)(Bentixindex)[18]以及底棲多毛類端足類機(jī)會種指數(shù)(benthicoppor-tunisticpolychaetesamphipodsindex,BOPA)[19]等.DO作為水生生態(tài)系統(tǒng)的限制性因子,其權(quán)重僅次于底棲生物.透光度和TOC的權(quán)重相等,透光度代表光能到達(dá)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(yǎng)元素在沉積物中的遷移、轉(zhuǎn)化等地球化學(xué)行為起著至關(guān)重要的作用.浮游植物、浮游動物多樣性以及葉綠素a的權(quán)重依次減小.浮游植物是海洋生態(tài)系統(tǒng)中最重要的初級生產(chǎn)者,其多樣性與海洋生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性有著密切的關(guān)系,重要程度相對較高;浮游動物的權(quán)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(tǒng)中,有移動性和一定的隨機(jī)性;葉綠素a濃度表示水域初級生產(chǎn)者的現(xiàn)存量,間接反映了海區(qū)初級生產(chǎn)力的高低.硫化物含量的高低是衡量海洋底質(zhì)環(huán)境優(yōu)劣的一項(xiàng)重要指標(biāo),COD是水質(zhì)氧化還原狀況的指標(biāo),兩者對生態(tài)系統(tǒng)的影響相對較小,因此權(quán)重較低.