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摘要

近海是全球海洋中最為敏感也最受關注的區域，為人類社會的存在和發展提供了重要的物質資源支撐和空間環境保障。隨著對近海生態系統功能、服務和價值的認識不斷深入，以及近期人類活動與氣候變化等多重因素脅迫下近海生態系統的顯著變化，近海生態系統健康和生態安全問題開始受到高度關注。但是，目前對近海生態安全問題的認識仍不夠充分，也缺少系統的評估工作，需要著手發展海洋生態系統的長期觀測與信息獲取能力，開展近海生態系統健康評估與變化預測，為推進基于海洋生態系統的管理提供科學支撐。

關鍵詞

近海，生態安全，海洋生態系統評估，管理

海洋為人類社會的存在和發展提供了極為重要的物質資源支撐和空間環境保障。目前，全球一半以上的人口生活在沿海地區，近海資源、環境和空間已成為支撐人類社會持續發展的重要物質基礎。同時，近海又是地球表面不同圈層的交匯區，具有生產力高、生物和生境多樣性豐富等特征，但也承受著人類活動和氣候變化等諸多因素影響，生態系統相對脆弱，是全球海洋中最為敏感、最受關注的區域[1]。近年來，近海生態系統出現顯著變化，造成生態系統結構改變和功能退化，危及近海生態安全，也損害了近海生態系統所提供的服務及其對人類的福祉。中國是一個海洋大國，擁有18000多公里海岸線和300多萬平方公里管轄海域，有世界上最為典型的寬闊陸架海區和具有巨大輸水輸沙量的大河河口海域。中國政府重視海洋資源開發、海洋環境保護和海洋權益維護，大力開發海岸線資源、海島資源、港口資源、濱海濕地資源、海洋生物資源、淺海油氣資源等，在沿海一線和近海海域建設了核電站，港口、人工島、海上石油平臺、海上風力發電站等大型海洋工程項目以及“海洋牧場”“人工魚礁”等各類漁業工程項目。沿海社會經濟的快速發展對于海岸帶有限的空間資源提出了更高的要求，而高強度的人類活動也給近海生態系統帶來了更大的壓力，出現了近海環境惡化、生態災害多發、漁業資源衰退等問題，嚴重影響社會經濟的可持續發展，生態安全堪憂，需要采取適宜的管理對策[2]。

1近海生態安全

生態安全是近期形成的新認識，與可持續發展緊密相關，是對可持續發展概念的補充和完善。廣義上的生態安全是指生態系統在保障人類生活、健康、福祉、基本權利、生活保障來源、必要資源、社會秩序和人類適應環境變化的能力等方面不受威脅的狀態；狹義上的生態安全則是指生態系統自身的完整性和健康狀況[3]。在我國，近20年來生態安全方面的研究受到密切關注，許多學者對生態安全概念進行了解析和發展[4,5]，并圍繞生態安全理論、生態安全評估和預警方法，以及區域生態安全等問題開展了系統研究。近海生態安全是生態安全的重要組成部分，對近海生態安全的關注首先源于對近海生態系統功能、服務和價值的深入認識[6]。近海海域擁有多樣化的生境和豐富的生物多樣性，通過不同生物種類之間以及生物與環境之間復雜的相互作用，使近海生態系統具有重要的功能（如碳、氮、磷等生源要素的物質循環、有機質合成和能量傳遞等），并為人類社會發展提供了供給、支持、調節和文化等多樣化的生態系統服務。基于對大量相關文獻的分析，Liquete等人[7]將近海生態系統提供的服務梳理為三大類14種，涵蓋了食物生產、水體調控、生物材料、水質凈化、大氣質量調控、海岸帶保護、氣候與天氣調節、營養物質循環、生物調控、旅游景觀等諸多方面，這些服務高度依賴近海生態系統結構和功能的穩定性。然而，近海生態系統面臨陸源污染、氣候變化、富營養化、過度捕撈、生境喪失、無序養殖和物種入侵等多重脅迫，而且許多影響因素的作用仍在不斷加強。過去100年里，全球人口數量、工農業生產和漁業捕撈活動的快速增長對近海生態系統穩定性造成了巨大壓力，其影響前所未有。以碳、氮、磷等生源要素的生物地球化學循環過程的改變為例，大量化石燃料燃燒造成了大氣CO2濃度的快速上升，不僅導致海水溫度上升，還加劇了海洋酸化問題，并引起了海平面上升、海流改變、水體層化加強和溶解氧濃度下降等間接效應。1980—2011年，大氣中CO2含量平均每年上升1.7ppm，從2001年開始，這一速率開始上升到每年2.0ppm[8]。可以預期，大氣CO2含量上升對海水溫度和海洋酸化的影響短期內仍會持續加劇。出于化肥生產需求，從19世紀末至今，進入地球生態系統中的活性氮增加了約20倍。20世紀90年代，通過化肥施用和化石燃料燃燒等過程進入環境中的氮達到1.6億噸，遠遠超過陸地生物固氮量（1.1億噸）和海洋生物固氮量（1.4億噸）[9]。據估算，從19世紀末至今，全球活性氮入海通量增幅接近80%；到2030年，全球近海生態系統的氮通量還會再增加10%—20%。磷的生物地球化學過程也受到化肥施用、污水排放等人類生產生活活動的影響，每年經由河流從陸地輸入海洋中的溶解態磷約有400萬—600萬噸，是自然狀態下的2倍[10]。過量輸入的氮、磷營養物質加劇了近海富營養化問題，也對海洋生態系統造成了巨大的壓力。在人類活動和氣候變化等因素影響下，近百年來近海生態系統發生了許多顯著變化，許多重要生境喪失，海水溫度上升，缺氧、酸化等問題開始顯現。目前，全球50%的鹽沼濕地、35%的紅樹林、30%的珊瑚礁和29%的海草床因破壞而喪失。受全球變暖影響，海水表層水溫持續上升，加劇了水體層化現象，這會減弱營養物質交換，又可能導致中、低緯度海域初級生產力水平的下降。在近海許多海域，因富營養化導致的底層水體缺氧現象已非常普遍，對許多海洋生物，尤其是底棲經濟動物造成巨大的脅迫，甚至影響到漁業資源。海洋酸化問題則會影響到顆石藻等初級生產者以及珊瑚礁和牡蠣礁等重要生境，甚至導致食物網結構的改變。除上述變化外，更令人關注的是近海生態系統發生突發性生態災害事件的風險也在不斷增加。通常情況下，生態系統是逐漸變化的，但一旦環境因素的影響超越生態系統的承受能力，生態系統可能會突發變化，有時甚至會出現生態格局的更替現象（regimeshift），危及生態安全。在近海，與富營養化密切相關的有害藻華問題、缺氧問題，以及漁業資源的崩潰，都是生態系統的異常變化。這種大幅度、非線性的生態系統變化，一方面會造成巨大的經濟損失，另一方面也使得生態恢復的難度增加，甚至無法恢復。在我國，近海生態安全的形勢十分嚴峻[11]。大部分近海河口和海灣區域面臨著嚴重的富營養化問題，在渤海、南黃海、長江口鄰近海域、東南沿海、北部灣等海域，不同類型的有害藻華問題突出；長江口鄰近海域和黃、渤海部分近岸海區底層水體缺氧問題逐漸顯現；近海亞健康和不健康海域面積不斷增加，天然岸線不斷縮減，珊瑚礁、紅樹林以及河口區等重要資源生物的生存生境喪失。這些問題對沿海地區社會經濟發展和近海生態系統健康構成了嚴重威脅。但是，目前對近海生態安全問題的認識仍不夠充分，也缺少系統的評估工作，需要著手發展海洋生態系統的長期觀測與信息獲取能力，開展近海生態系統健康評估與變化預測，推進基于海洋生態系統的管理。

2未來海洋生態系統管理

2.1加強近海生態系統長期觀測與信息獲取能力

對近海生態系統的長期觀測和信息獲取是開展近海生態系統管理的基石。當前，我國在近海生態系統的觀測與能力建設方面已初具規模，海洋信息化水平也得到顯著提升。然而，與其他國家相比還存在相當大的提升空間。要加強近海生態系統長期觀測與信息獲取能力，需要系統部署，提升對重點海域的長期觀測、原位觀測和實時觀測能力，同時在機制與體制上解決海洋觀測數據共享共用的問題。近海生態安全及生態災害問題的出現是海洋生態系統結構與功能變動的體現。生態系統中的因果關系常具有滯后效應，短期研究難以揭示數年或幾十年的變化趨勢，也不能解釋這些變化的因果關系[12]。因此，獲得近海生態系統長期變化的信息對于揭示近海生態災害成因、解決近海生態安全問題極為重要。其中，甄別氣候變化與人類活動、甄別長期壓力與短期波動、甄別可調控因素與不可調控因素非常關鍵，這也屬于長期生態學的研究范疇。目前國際上知名的長期觀測網絡，如國際長期生態研究網絡（ILTER）、美國長期生態研究網絡（US-LTER）、英國環境變化監測網絡（ECN）、中國生態系統研究網絡（CERN）等，在生態系統長期變化與示范服務方面取得很多重要成果[13-15]。但是，長期生態研究網絡中與海洋相關的部分難以滿足國家解決海洋問題的需求，需要在此基礎上進一步設立國家長期觀測斷面，并開展相應的長期研究工作，這一方面日本的國家斷面、歐洲的大西洋觀測斷面、英國哈迪基金會的浮游生物連續記錄儀長期觀測等都提供了很好的先例。我國在中國生態系統研究網絡中只設有膠州灣、大亞灣、三亞灣3個海洋長期觀測站。雖然不同的部門與項目也設立有近海觀測系統，但遠不能滿足近海生態系統長期觀測和研究的需求。隨著近海生態問題的日益突出，需要基于已有觀測系統，針對近海生態安全、生態災害、近海生態系統評估等問題設立我國的國家級長期科學觀測斷面與觀測網，優選觀測指標和分析方法，并進行數據質控標準化。通過長期觀測揭示影響我國近海生態系統變動的關鍵過程，構建近海生態系統評估方法體系，提出近海生態災害防控、退化生態系統修復的措施與對策。近海生態安全問題的預警、預報具有時效性，需要在部署長期科學觀測網的基礎上，從科學和技術2個方面著力提升針對近海生態系統的實時、原位觀測能力，包括針對海洋生態系統的不同要素進行原位傳感器的研發，提升觀測精度和實時數據傳輸能力，以及對實時觀測數據的分析能力。目前針對物理海洋學要素的傳感器技術相對來說較為成熟，但是化學海洋學，特別是生物海洋學傳感器仍然存在技術瓶頸，無法滿足對海洋生態安全預警預報的需求。如何突破這些技術瓶頸，構建和完善多學科耦合的近海觀測網，對于我國近海生態安全與生態系統的管理至關重要。數據獲取和數據共享是所有學科領域共同面臨和關心的問題。由于海洋觀測的特殊性，數據的共享顯得尤為重要。美國的長期生態研究網絡采取開放的數據政策，明確地提出了如何、獲取和使用長期觀測數據,以及對數據用戶和數據提供者的要求。對于我國的海洋觀測，如何進一步優化數據管理，并提供體制與機制上的保障，確保海洋觀測數據共享共用，是需要從國家和各部門層面重點考慮的問題。綜上所述，在我國近海信息獲取方面，需要開展全局性、戰略性頂層設計，統一海洋數據標準，建立有效的海洋數據共享機制；加強立體觀測手段，開展重點區域加密觀測，傳感器網格化系統集成；建立海洋環境實時在線監測體系，實施典型生態系統的實時監測與災害預警。

2.2開展近海生態系統健康評估與預測研究

近海生態系統健康評估是海洋管理和開發利用的重要途徑。它以“生態系統途徑”為指導原則，通過科學認知，了解和掌握海洋環境的健康狀況，分析人類活動等壓力給海洋環境造成的影響，為海洋管理和決策者提供科學依據，為平衡海洋生態系統保護和海洋經濟發展之間的關系，實現對海洋環境的保護和恢復、促進海洋經濟的可持續發展提供量化的科學標準。生態系統健康研究始于20世紀70年代，近年來在河口、海灣等近海生態系統的評估中也得到了廣泛應用。圍繞近海生態系統健康評估的核心問題，如近海生態系統健康概念的定義、評估方法、評估指標以及標準等[16,17]，各國政府和學者進行了理論和方法上的探索，開展了大量研究工作。相比其他生態系統，海洋生態系統邊界具有開放性，結構功能也更為復雜，不同海域的生態系統又具有特異性，加之對生態系統健康的認知差異，海洋生態系統健康定義以及評估面臨著種種困難與挑戰。近年來，近海生態系統健康研究已從單一的生態系統自身結構和功能特征[18]，逐步發展成為涵蓋生態、社會、經濟、人類健康等諸多方面，以及強調海洋生態系統服務功能的多學科綜合研究[19,20]。目前，在海洋生態系統健康的評估研究和應用中，最為常用的方法有2種：指示物種法和指標體系法。指示物種法通過對海洋生態系統中一個或多個指示物種及其生理生態指標和結構功能指標的監測，對物種健康狀況進行分析，進而對整個海洋生態系統的健康狀況進行監測和評估[21]。指示物種法相對簡單，對數據量需求較低，因此在生態系統健康評估研究中較早得到應用。常用指標有生物完整性指數（IndexofBiologicalIntegrity,IBI）、Shannon-Wean-er多樣性指數、海洋生物性指數（AMarineBioticIndex,AMBI）和底棲生物指數等。但是，指示物種法也存在指示物種篩選標準不統一、對生態系統變化的指示作用不明確等問題，難以對復雜的近海生態系統健康狀態進行全面、綜合的評估。指標體系法通過對海洋生態系統不同組織水平、層面、尺度的指標進行篩選和提取，建立評估指標體系，能夠綜合反映海洋生態系統的整體健康狀況。隨著海洋生態系統健康研究的不斷深入，社會經濟、人類活動、人類健康等指標也被納入指標體系，結合海洋生態系統自身的指標，從生態系統的結構、功能、服務等不同角度出發，對海洋生態系統的健康水平和演變趨勢進行全面、綜合的評估。指標體系法在物理學、化學、生物學、生態學和毒理學等方法基礎上，利用計算機數學模擬等新技術，已成為目前海洋生態系統健康研究工作中最常用的評估方法。目前，廣泛應用于指標體系建立的主要模型方法有海洋健康指數（OceanHealthIndex,OHI），壓力-狀態-響應（Pres-sure-State-Response,PSR）概念框架及其改進框架，以及赫爾辛基委員會生態系統健康評估方法（HELCOMEco-systemHealthAssessmentTool,HOLAS）等[22-25]。近海生態系統健康評估研究在國外已有一系列成功的項目和計劃，特別是在北美、歐洲和澳大利亞有許多成功的應用案例：加拿大自20世紀90年代以來，對五大湖區生態系統健康開展了系列評估研究[26]；美國環境保護署《全國近岸狀況報告》[27]，對其近岸水體狀況進行評估；澳大利亞自建立河口與海洋生態環境質量評估指標系統后，又開展了“生態健康監測計劃”[28]，并對大堡礁海域水質和生態系統健康進行了評估研究。歐盟的《水框架指令》提出了較完整的海洋環境評估技術指標[29]，并進一步制定了《海洋戰略框架指令》，將定期海洋環境監測及評估納入動態管理進程。國內對于海洋生態系統健康評估也給予了越來越多的關注，相繼開展了一些相關的研究，并在近海多個河口、海灣等開展了生態系統健康狀況評估工作。然而國內目前近海生態系統健康評估研究中所使用的指標體系，大多是對國外已有指標體系的借鑒和引用，以及針對應用對象的適應性改造。針對我國近海生態系統特征的本土化指標體系的建設仍在探索階段，海洋生態系統健康評估的理論、方法和驗證研究仍需要進一步完善和發展。近海生態系統健康研究需要進一步深入地了解人類壓力、全球變化與海洋生態系統結構與功能演變之間的關系，建立更綜合、全面的海洋生態系統健康評估體制，利用更有效的生態系統評估、預測模型來支持更有效的管理決策，了解恢復生態結構功能的重建機制和方法，并通過有效的保護政策來保證海洋生態系統的服務功能。

2.3推行基于生態系統的海洋管理

基于生態系統的管理（EBM）最早于20世紀60年代提出，其基本理念是從生態、系統和平衡的角度思考解決環境資源問題。這一理念的提出是科學家對全球規模的生態、環境和資源危機的一種響應，作為生態學、環境科學和資源科學的復合領域，自然科學、人文科學和技術科學的新型交叉學科，不僅具有豐富的科學內涵，更具有迫切的社會需求和廣闊的應用前景[12]。20世紀80年代，基于生態系統的管理在基礎理論和應用實踐方面都得到了一定發展，逐漸形成了完整的理論-方法-模式體系[30,31]。在此基礎上，1992年的里約熱內盧聯合國環境與發展大會（UNCED）提出要從整個生態系統來管理海洋資源和人類的海洋開發活動，促進沿岸和近海環境綜合管理及持續利用，形成了基于生態系統的海洋管理理念。Long等人[32]對基于生態系統的海洋管理的發展簡史予以了概括，并提出了基于生態系統的海洋管理的15個原則。綜合上述理念，基于生態系統的海洋管理的基本內涵是充分考慮海洋生態系統的整體性與內在關聯性，在科學認知海洋生態系統結構與功能的基礎上，對海洋開發活動、海域使用進行全面管理，以保護海洋健康和維持其生態系統服務功能，實現海洋資源的可持續利用和海洋經濟的可持續發展。20余年來，基于生態系統的海洋管理逐漸被世界各國普遍接受并得以迅速發展。國際上已有不少成功案例可以借鑒。澳大利亞于1998年出臺了《澳大利亞海洋政策》，成為基于生態系統的海洋管理的典范[33]。美國的一系列國家海洋政策報告都高度重視基于生態系統的海洋管理，相關的政策文件如《21世紀海洋藍圖》《美國海洋行動計劃》等[34]。與此同時，一系列的基于生態系統的海洋管理研究得以開展，這些研究涵蓋了不同的國家、海域、學科領域，在海洋生態系統健康評估、模式的研發、政策的制定方面給予了重要支撐。其中，基于生態系統的漁業管理[35-38]、基于生態系統的海岸帶管理[39,40]、海洋空間規劃[41-43]等方面研究進展尤為突出，為我國實施基于生態系統的海洋管理提供了很好的借鑒。生態系統的結構與功能相互依存、相互制約。任何特定生態系統的管理都要與特定的生態系統特點相一致，全球性的評估并不能滿足國家和亞區域尺度決策者的需要[12]，一個國家的評估結果也無法用于其他國家的政府決策。因此，要綜合管控我國近海生態系統，必須發展基于我國近海的生態系統管理策略。我國已經高度認識加強海洋生態系統的保護和修復對于維持海洋資源的可持續開發利用的重要性。在國務院的《全國海洋主體功能區規劃》中，針對我國海域資源開發利用存在的五大問題，明確提出要尊重自然，樹立敬畏海洋、保護海洋的理念，把開發活動嚴格限制在海洋資源環境承載能力的范圍之內，堅持點上開發、面上保護，確保海洋生態系統健康狀況得到改善，海洋生態服務功能得到增強，沿海岸線受損生態得到修復與整治[44]。與此相適應，我國學者近年來對基于生態系統的海洋管理也開展了理念的推廣與科學研究。研究海域涉及到天津近海、膠州灣、萊州灣、江蘇近海、黃海、東海等區域[45-48]，主要側重于圍墾和漁業的影響以及基于上述問題的海洋生態系統管理。這表明我國對于基于生態系統的海洋管理開始得到重視，但總體上看，我國尚未建立基于生態系統的海洋管理體系。

鑒于此，針對當前我國近海迫切需要解決的生態安全與生態災害問題，需要在觀測、研究、評估的基礎上，選取典型海域，構建近海生物（漁業）資源可持續發展與管理示范工程，沿岸重大工程設施的海洋安全示范工程，近海生態災害預測、預報與防控示范工程，提高重大海洋事務決策的科學性、精準性和時效性。在示范工程的基礎上，進一步推進整個近海生態系統風險評估智能專家系統的構建與應用，基于海洋大數據服務基礎平臺的建設，建立一套適用于中國近海生態系統健康評估的模式，針對生物資源以及有害藻華、低氧、水母暴發等生態災害，形成高效、智能的觀測、預警系統，與沿海地區政府部門和大型企業密切合作，推進觀測資料和模擬結果的實時共享，支撐高效、智能的海洋生態安全管理系統，提升我國近海資源開發利用、近海生態環境保護、基于海洋生態系統管理的綜合能力。

作者：孫曉霞 于仁成 胡仔園 單位：中國科學院海洋研究所 中國科學院大學

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