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Ecological capacity assessment of mangrove in Guangxi Beibu Gulf

广西北部湾红树林生态承载力评价


为了定量分析广西北部湾红树林生态承载力在北部湾经济区开发前后的变化情况,选择珍珠湾、铁山港、钦州湾和廉州湾作为研究区域,利用 RS、GIS技术,通过获取2004年、2006年、2008年和2010年遥感影像中的相关信息,结合状态空间模型以及红树林生态承载力评价指标体系,计算出相应年份的红树林生态承载力并分析其动态变化。同时分析了资源供给能力、生态系统弹性力、环境纳污能力以及人类活动潜力对红树林生态承载力影响的相关性。结果表明:广西北部湾红树林生态承载力整体呈上升趋势,生态系统弹性力和人类活动潜力总体呈上升趋势,资源供给能力和环境纳污能力总体呈下降趋势,说明北部湾经济区的发展主要对红树林的环境纳污能力造成了一定影响,而对红树林生态承载力影响不大。根据相关性分析结果可知,人类活动潜力是影响广西北部湾红树林生态承载力的主要因素。

In order to make a quantitative analysis about ecological capacity change of mangrove in the development of Guangxi Beibu Gulf Economic Zone, Zhenzhu Bay, Tieshan Bay, Qinzhou Bay and Lianzhou Bay were chosen as study sites. The data of remote sensing images in 2004, 2006, 2008 and 2010 were obtained by using RS and GIS techniques, combining the state-space model as well as the indicator system of ecological capacity assessment of mangrove. The changes of ecological capacity and the correlation about ecological capacity of mangrove with the resources supply, ecosystem resilience, environmental tolerance and human activities potential of mangrove were analyzed. The results showed that the trend of ecological capacity of mangrove improved gradually in Guangxi Beibu Gulf. Resources supply and environmental tolerance of mangrove declined gradually. Environmental tolerance was influenced by the development of Beibu Gulf Economic Zone, but the ecological capacity of mangrove was not influenced. The human activities potential is the key factor determining the ecological capacity of mangrove.


全 文 :第 32卷 第 4期 生 态 科 学 32(4): 480-486
2013年 7月 Ecological Science July. 2013
收稿日期:2012-05-04收稿,2012-06-25接受
基金项目:广西自然科学基金项目(编号:2010GXNSFE013003)
作者简介:胡霞(1986—),女,硕士研究生,从事环境生态保护研究E-mail:huxia.86@163.com
*通讯作者,莫创荣,E-mail:mochuangrong@163.com

胡霞,莫创荣,周云新,李小明,李彦. 广西北部湾红树林生态承载力评价[J]. 生态科学, 2013,32(4): 480-486.
HU Xia, MO Chuang-rong, ZHOU Yun-xin, LI Xiao-ming. Ecological capacity assessment of mangrove in Guangxi Beibu Gulf[J].
Ecological Science, 2013, 32(4): 480-486.

广西北部湾红树林生态承载力评价
胡霞 1,莫创荣 1*,周云新 2,李小明 1,3,李彦 1
1.广西大学环境学院,南宁 530004
2.广西南宁市环保局,南宁 530022
3.湖南大学环境科学和工程学院,长沙 410082

【摘要】为了定量分析广西北部湾红树林生态承载力在北部湾经济区开发前后的变化情况,选择珍珠湾、铁山港、钦州湾和廉
州湾作为研究区域,利用 RS、GIS技术,通过获取 2004年、2006年、2008年和 2010年遥感影像中的相关信息,结合状态空
间模型以及红树林生态承载力评价指标体系,计算出相应年份的红树林生态承载力并分析其动态变化。同时分析了资源供给能
力、生态系统弹性力、环境纳污能力以及人类活动潜力对红树林生态承载力影响的相关性。结果表明:广西北部湾红树林生态
承载力整体呈上升趋势,生态系统弹性力和人类活动潜力总体呈上升趋势,资源供给能力和环境纳污能力总体呈下降趋势,说明
北部湾经济区的发展主要对红树林的环境纳污能力造成了一定影响,而对红树林生态承载力影响不大。根据相关性分析结果可
知,人类活动潜力是影响广西北部湾红树林生态承载力的主要因素。
关键词:广西北部湾经济区;红树林;生态承载力
doi:10.3969/j.issn.1008-8873.2013.04.012 中图分类号:Q948.12+3 文献标识码:A 文章编号:1008-8873(2013)04-480-07
Ecological capacity assessment of mangrove in Guangxi Beibu Gulf
HU Xia1, MO Chuang-rong1*, ZHOU Yun-xin2, LI Xiao-ming3
1. School of The Environment, Guangxi University, Nanning 530004, China
2. Environmental Protection Bureau of Nanning, Nanning 530022, China
3. School of The Environmental Science and Engineering, Hunan University, Changsha 410082, China
Abstract:In order to make a quantitative analysis about ecological capacity change of mangrove in the development of Guangxi Beibu Gulf
Economic Zone, Zhenzhu Bay, Tieshan Bay, Qinzhou Bay and Lianzhou Bay were chosen as study sites. The data of remote sensing images in
2004, 2006, 2008 and 2010 were obtained by using RS and GIS techniques, combining the state-space model as well as the indicator system of
ecological capacity assessment of mangrove. The changes of ecological capacity and the correlation about ecological capacity of mangrove
with the resources supply, ecosystem resilience, environmental tolerance and human activities potential of mangrove were analyzed. The
results showed that the trend of ecological capacity of mangrove improved gradually in Guangxi Beibu Gulf. Resources supply and
environmental tolerance of mangrove declined gradually. Environmental tolerance was influenced by the development of Beibu Gulf
Economic Zone, but the ecological capacity of mangrove was not influenced. The human activities potential is the key factor determining the
ecological capacity of mangrove.
Key words:Beibu Gulf Economic Zone; mangrove; ecological capacity
4期 胡霞,等. 广西北部湾红树林生态承载力评价 481
1 引言 (Introduction)

红树林是中国东南沿海关键生态系统之一 ,对
维护近海生态安全、维持当地社会经济的可持续发
展具有不可替代的作用[1]。广西北部湾作为中国红
树林三大重点分布区之一,在改善广西北部湾海
湾、河口地区生态环境,防浪护岸,净化近海水
域,维护沿海生物多样性等方面具有重要意义,随
着北部湾经济区的发展,有报道指出北部湾经济区
开发将对广西北部湾红树林生态系统构成威胁[2],
但报道仅仅定性的描述。此外,近年来国内外围绕
红树林生态系统服务功能内涵、服务功能生态经济
价值评估、以及生态系统健康评价等方面开展了大
量研究[3-6],然而对于红树林生态系统生态承载力的
研究目前还相对缺乏。为了定量分析广西北部湾经
济区红树林的生态承载力状况,并分析北部湾经济
区发展是否对红树林生态系统造成影响。本研究选
取广西北部湾的珍珠湾、铁山港、钦州湾以及廉州
湾作为研究区域,定量评价研究区域红树林生态承
载状况。该研究可以丰富和完善红树林生态系统可
持续发展的理论研究,而且有助于为管理者、决策
者调整策略提供科学依据,以期更好地保护、恢复
或重建、合理利用资源,恢复或维持红树林生态系
统的整体性和可持续性[7]。

2 材料与方法 (Materials and methods)

2.1研究方法
2.1.1基于目标分层法指标体系构建
对于红树林生态系统生态承载力的研究,在了
解红树林生态系统自身特点的基础上,结合红树林
生态系统影响因子的分析方法及生态系统承载力指
标的研究,基于目标分层法,本研究构建了广西北
部湾红树林生态承载力评价指标体系 (表 1) 。
2.1.2评价指标的理想值确定
本研究将现实的红树林生态承载力同理想的承
载力之间的偏差值作为定量描述红树林生态承载状
况的基础,因此,确定各指标的理想值就显得尤为
重要。但如何确定各指标的理想值,是本模型的重
点和难点之一,也是保证计算结果精确性的一个关
键性问题。通常,采用征集当地专家学者和政府部
门决策者的意见,并转换成相应的定量化数据;或
利用现有的一些国际、国内标准来确定;也可利用
与研究区域条件相似,但更接近可持续发展状态的
区域作为参考标准[8]。
本研究结合上述各种方法来确定指标数据的理
想值大小。对于期望性指标来说,以国际和国内类
似发展程度下相应指标数据作为理想值;对于约束
性指标来说,采用国家发布的各指标标准或以阶段
最大(小)值作为理想值。具体指标值和理想值见表
2,由于数据较多,在此仅以珍珠湾的数据作为说
明。
2.1.3评价指标的标准化处理
评价指标直接或间接地影响红树林生态承载力
大小,它的作用方式有的是正向的,有的是负向
的。由于各个评价指标的性质不同、单位不同且数
量级相差较大而无法比较,因此需要根据所建立的
数学模型要求,对原始数据进行归一化处理。根据
数据归一化的数学原理,将实际数据按比例归一到
[0-1][9],进而消除指标原始变量量纲影响。本研究
主要从资源存量和需求量以及生态环境的现状和期
望状况的比值,对各个指标进行标准转换:
iC =
iB
Bi


其中 iC 为各指标标准化处理后的数值,Bi为原
始数据, iB 为各指标的理想参比值。对于约束性
指标,采用如下数学公式处理: iC = Bi
iB

2.1.4生态承载力计算模型
本研究采用状态空间模型[10]计算广西北部湾红
树林生态承载力并对其2004-2010年的承载状况进行
动态分析。根据生态承载力的定义及状态空间模型
表达的内涵,数学模型表达如下:
),,,( HAPETERMR CCCCfMMECC ==
=
[ ] [ ] [ ] [ ]å ååå
= ===
+++
m
i
p
h
hHAPh
r
k
kETk
n
j
jERjiMRi CwCwCwCw
1 1
2
)(
1
2
)(
1
2
)(
2
)(

式中,MECC 为红树林生态承载力;M 为生态
承载力在空间向量上的模;CMR 是红树林资源供给
能力,CER 是生态系统弹性力,CET 是环境纳污能
力,CHAP是人类活动潜力,CMR(i)为红树林资源供给
能力指标中第 i 个指标在空间坐标轴上的投影,wi
为红树林资源供给能力指标中第 i 个指标的权重;
CER(j)为生态系统弹性力指标中第 j个指标在空间坐
标轴上的投影,wj为生态系统弹性力指标中第 j个指
生 态 科 学 Ecological Science 32卷 482

表 l 红树林生态承载力评价指标体系
Table 1 Assessment indicators system and weights of mangrove ecological capacity
目标层
Objective layer
分目标层
Partial objective layer
权重
Weight
指标层
Indicator layer
权重
Weight
红树林覆盖率Mangrove coverage rate C1 0.0419
单位面积蓄积量 Stocking volume per unit area C2 0.2548

资源供给能力
Resources supply
trend
B1
0.4000
单位面积海产品量Marine products per unit area C3 0.1033
红树林生产力Mangrove productivity C4 0.1274
生物多样性指数 Diversity index C5 0.0517

生态弹性力
Ecosystem resilience
trend
B2
0.2000
红树林覆盖度Mangrove degree of coverage C6 0.0209
所在海域水质达标率 Ratio up to the standard of water quality
C7
0.1200
有机物排放量 Organic pollutant emission C8 0.0400

环境纳污能力
Environmental
torlerance trend
B3
0.2000
营养盐年排放量 Nutrient pollutant emission C9 0.0400
从事传统采捕业人口占总人口的比例
Practitioner of traditional fishing accounts for the percentage of
local population C10
0.1235
红树林生产总值占地方 GDP的百分比
Forest production value accounts for the percentage of local GDP
C11
0.0171


红树林生态承
载力
Mangrove
ecological
capacity
A

人类活动潜力
Human activities
potential trend
B4
0.2000
滩涂养殖面积超过红树林面积的百分比
Mudflat aquaculture area greater than the percentage
of mangrove area C12
0.0594

标的权重;CET(k)为环境纳污能力指标中第 k个指标
在空间坐标轴上的投影,wk 为环境纳污能力指标中
第 k个指标的权重; CHAP(h)为人类活动潜力指标中
第 h 个指标在空间坐标轴上的投影,wh为人类活动
潜力指标中第 h个指标的权重。m、n、 r和 p分别
为指标的数量。
理想状态下红树林生态承载力应为MECC’
),,,( HAPETERMR CCCCfMMECC ==
=
[ ] [ ] [ ] [ ]å ååå
= ===
+++
m
i
p
h
hHAPh
r
k
kETk
n
j
jERjIMRi CwCwCwCw
1 1
2
)(
1
2
)(
1
2
)(
2
)(

生态承载状况与理想的生态承载力之间的差
距反映了现实状态下的生态承载状况,即超载时
生态承载力矢量的模必然大于理想状态生态承载
力的,反之亦成立。由此根据红树林生态承载力
矢量模与理想状态红树林生态承载力矢量模的大
小比较,来判断广西北部湾红树林生态承载状
况。判断方法为:
当MECC﹥1时,超载;
当MECC=1时,满载;
当MECC<1时,可载。
2.1.5指标权重的确定
本研究采用层次分析法(AHP)来确定指标的权
重。首先在专家咨询的基础上构建判断矩阵,然后
用Matlab7.1软件计算判断矩阵的特征向量和最
大特征根,确定分目标层和指标层的单排序权重,最
后计算出指标层相对于目标层的总排序权重,并进行
一致性检验。根据权重计算结果,最后得到各分目标
层和指标层的指标归一化后的权重 (表 1)。

2.2数据来源与处理
2.2.1 数据来源
本研究所涉及数据包括北部湾经济区沿海一带
的 T M卫星影像遥感影像,研究区域的生态环境监
测资料以及社会经济情况。其中遥感影像由广西环
4期 胡霞,等. 广西北部湾红树林生态承载力评价 483

表 2 评价指标的数据及其理想值
Table 2 Data and ideal value of assessment indicators
指标 Indicators 2004 2006 2008 2010 理想值 Ideal value
红树林覆盖率Mangrove coverage rate 39.5 40.2 40.4 40.9 27.0
单位面积蓄积量 Stocking volume per unit area 3.1 3.3 3.5 3.7 3.0
单位面积海产品量Marine products per unit area 115.7 94.1 145.6 46.1 106.4
红树林生产力Mangrove productivity 8.9 9.5 10.3 11.1 6.3
生物多样性指数 Diversity index 82.0 81.0 81.0 81.0 60.0
红树林覆盖度Mangrove degree of coverage 71.7 73.6 70.8 76.3 70.0
所在海域水质达标率
Ratio up to the standard of water quality
81.3 81.3 81.3 81.3 100.0
有机物排放量 Organic pollutant emission 39539.8 65550.3 24807.2 45458.0 24807.2
营养盐年排放量 Nutrient pollutant emission 2887.2 5121.5 2359.3 4202.0 2359.3
从事传统采捕业人口占总人口的比例
Practitioner of traditional fishing accounts for the
percentage of local population
34.1 33.1 23.6 21.4 30.0
红树林生产总值占地方 GDP的百分比
Forest production value accounts for the
percentage of local GDP
43.2 41.1 33.4 29.1 35.0
滩涂养殖面积超过红树林面积的百分比
Mudflat aquaculture area greater than the
percentage of mangrove area
28.1 29.9 30.9 35.5 20.0

境监测中心站提供。生态环境监测资料由广西区海
洋局提供,社会经济方面数据于 2011年 9月到广西
北部湾红树林周边社区调查收集所得。
2.2.2 数据处理
首先利用 ENVI4.7 对影像进行大气校正和几何
校正,然后分类提取所需要的信息,采用 ArcGIS9.3
软件的统计功能计算出研究区域红树林面积和红树
林周边的养殖面积。利用遥感影像进行波段运算求
出红树林的生物量[11]和覆盖度[12]。此外,指标体系
中还需要计算的指标有红树林生产力[13,14]和生物多
样性指数[15]。

3 结果 (Results)

3.1生态承载力状况分析
经过红树林生态承载力的计算结果(图 1)可知,
广西北部湾红树林生态承载力整体呈上升趋势,逐
渐从满载(超载)向可载发展,其中珍珠湾的红树林
生态承载力从 1.0548 提高到 1.1922,年均增幅
13.03%;铁山港的红树林生态承载力从 1.2638 提高
1.2988 ,年均增幅为 2.77%;钦州湾的红树林生态
承载力从 1.0957 提高到 1.1582,年均增幅为
5.70%;廉州湾的红树林生态承载力从 0.9540 提高
到 1.0446 ,年均增幅为 9.50%。

图 1 生态承载力变化趋势
Fig. 1 Ecological capacity trend
生 态 科 学 Ecological Science 32卷 484
在四个海湾中,红树林生态承载力大小顺序
为:铁山港>珍珠湾>钦州湾>廉州湾。主要是因为
所选择的研究区域中铁山港、珍珠湾和钦州湾都处
于红树林保护区内,由于受到保护,人类干扰活动
相对较小。而廉州湾不在红树林保护区内,承受的
人类干扰活动较强,且红树林面积较少,,导致廉
州湾在2004年和2006年的红树林生态承载力超载。
所以,研究区域的总体情况是保护区内的红树林承
载力大于不在保护区内的红树林生态承载力。但北
海市林业局近几年正向区政府提出申请,将位于廉
州湾的党江一带的红树林成立为党江红树林保护
区,因此人类对红树林的干扰活动减少了,从 2008
年开始廉州湾的红树林达到可载状态。
四个海湾的红树林生态承载力都增加,主要是
人类对红树林的干扰活动逐年减少的结果。由此可
见,广西北部湾经济区开发对红树林生态承载力并
没有产生较大影响。

3.2各目标层状况分析
3.2.1资源供给能力分析
根据研究结果可以看出(图 2),除珍珠湾外,
几个海湾的资源供给能力整体呈下降趋势。其中珍
珠湾的红树林资源供给能力从 1. 1020 提高到
1.1419;铁山港的红树林资源供给能力从 1.4698 下
降 1.4184 ;钦州湾的红树林资源供给能力从 1.2512
下降到 1.2114;廉州湾的红树林资源供给能力从
1.0581 下降到 1.0568。虽然 3 个海湾的红树林资源
供给能力是逐渐下降的,但是下降的幅度都不是很
大。而红树林资源供给能力的下降主要是因为红树

图 2 资源供给能力变化趋势
Fig. 2 Resources supply trend
林内海产品量下降导致的。虽然几个海湾的红树林
的面积和活立木蓄积量逐年增加,但是增加的幅度
较小。几个海湾中,铁山港的资源供给能力是最高
的,因为铁山港的海产品量较高。
3.2.2生态系统弹性力分析
据研究结果表明(图 3),几个海湾的生态系统
弹性力都呈上升趋势,其中珍珠湾的红树林生态系
统弹性力从 1.3566 提高到 1.5959;铁山港的红树林
生态系统弹性力从 1.3638提高到 1.6234 ;钦州湾的
红树林生态系统弹性力从 1.2649 提高到 1. 5092;廉
州湾的红树林生态系统弹性力从 1.2070 提高到
1.4473。生态系统弹性力增加主要是因为红树林生
产力逐年增加,而红树林生物多样性指数和覆盖度
变化不大。虽然2004年和2008年红树林遭受了严重
的虫害和冻灾,导致红树林覆盖度有所降低,但在
年末均有所恢复,对生态系统弹性力的影响不大。

图 3 生态系统弹性力变化趋势
Fig. 3 Ecosystem resilience trend

3.2.3环境纳污能力分析
红树植物可以对污染物和有毒物质加以吸收、
积累而起到净化作用[3],国内有不少学者多次指出
红树林具有过滤陆地径流和内陆带出的有机物质和
其他污染物的生态功能[16-19]。但有研究已发现,大
量的污水排放会对红树林生长造成一定影响 [20-21]。
根据图 4 可以看出,因此几个海湾的总体环境纳污
能力是呈下降趋势的。其中珍珠湾的红树林环境纳
污能力从 0.7803 下降到 0.7205;铁山港的红树林环
境纳污能力从 1.000下降到 0.6892;钦州湾的红树林
环境纳污能力从 0.8619 下降到 0.7363;廉州湾的红
树林环境纳污能力从 0.6687 下降到 0.6511。因为北
部湾经济区从 2006 年开始发展,沿海工厂数量和养
殖面积增多,导致这一年的总污染物入海量达到最
大,使广西北部湾红树林的环境纳污能力急剧下降,
4期 胡霞,等. 广西北部湾红树林生态承载力评价 485

图 4 环境纳污能力变化趋势
Fig. 4 Environmental tolerance trend

随后的几年污染物入海量逐年下降,可能跟近年来
污水处理设施增加有关。其中有机物入海量和总污
染物入海量趋势相同,
3.2.4人类活动潜力分析
据图 5表明,各海湾红树林的人类活动潜力总体
呈上升趋势,其中珍珠湾的人类活动潜力从 0.8276
增加到 1.1971;铁山港的人类活动潜力从 0.8973 增
加到 1.1406;钦州湾的人类活动潜力从 0.7277 增加
到 0.9761;廉州湾的人类活动潜力从 0.5877 增加到
0.8389。红树林的人类活动潜力逐渐提高主要是因
为人类对红树林的干扰活动减少。通过到红树林周
边社区调查的社会经济情况可知,近年来,村民要
花更多的时间才能采捕同往年一样多的海产品量,
因此,在红树林内从事传统采捕业人口占总人口的
比例逐年下降,同时红树林生产总值占地方 GDP 的
百分比也因此而下降,虽然红树林周边的滩涂养殖
面积逐年增加,但对人类活动潜力影响不大。

3.3 各因子与生态承载力的相关性分析
为了探讨广西北部湾红树林生态系统弹性力、
资源供给能力、环境纳污能力以及人类活动潜力对
生态承载力影响的相关性,根据该研究区域 4年的


图 5 人类活动潜力变化趋势
Fig. 5 Human activities potential trend

红树林资源供给能力、生态系统弹性力、环境纳污
能力以及人类活动潜力的综合评价指数与红树林生
态承载力的综合评价指数相关数据,利用 PSS17.0
进行相关性分析。由表 3 可以看出,红树林生态承
载力与人类活动潜力之间呈显著正相关,而与其资
源供给能力、生态系统弹性力和环境纳污能力之间
虽然呈正相关性,但是显著性不明显,说明人类活
动潜力是影响红树林生态承载力的主要因素。

4 讨论 (Discussion)

通过对广西北部湾红树林生态承载力的计算可
知,红树林整体呈上升趋势,从满载(超载)向可载
发展,说明北部湾经济区的发展对红树林生态承载力
没有产生直接影响,但对环境纳污能力造成了直接影
响。经过广西北部湾红树林生态承载力与其影响因素
的相关性分析,说明了人类活动潜力是影响红树林生
态承载力的主要因素。

表 3 红树林生态承载力的相关性
Table 3 The correlation of ecological capacity of mangrove
生态承载力
Mangrove ecological capacity
资源供给能力
Resources supply
生态系统弹性力
Ecosystem resilience
环境纳污能力
Environmental tolerance
人类活动潜力
Human activities potential
R 0. 463 0. 883 0. 521 0. 962*
P 0. 117 0. 479 0. 479 0. 038
*为 P<0.05 显著水平;**为 P<0.01 极显著水平。“*”indicate the correlative ratio is significant(a=0.05);“**”indicate the correlative ratio is significant
(a=0.01).


生 态 科 学 Ecological Science 32卷 486

广西北部湾还有约 40%的红树林在保护区外,
虽然越来越多的人已经认识到红树林生态系统的重
要性,但是在北部湾经济区开发过程中,仍然有占用
红树林区的现象发生,破坏的红树林在短期之内难以
恢复,导致非保护区内的部分海湾红树林面积有所减
少。因此,要使广西北部湾红树林可持续发展,在今
后的北部湾经济区发展中,尽可能不要破坏红树林生
态系统。
作为生态承载力评估方法之一,状态空间法可
以定量的描述和测度区域承载力及其承载状态[22],
但状态空间法计算中需要每个指标的理想值,而理
想值的判定存在很大的不确定性,进而会影响最终
的分析结果,使其结果带有一定的主观性。尽管该
方法存在一定的缺陷 ,但作为一种宏观的研究,运
用该方法的计算结果足以说明广西北部湾的红树林
的生态承载力状况,进而为广西海岸生态安全预
警、可持续发展评价提供宏观决策信息,使保护与
发展相协调 ,在保证可持续发展的基础上尽可能地
实现资源经济。

参考文献 (References)

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