建立资源环境承载能力监测预警机制是中央全面深化改革的一项重大决策部署，是推动我国生态文明建设的重要措施。2014年国家发改委和国家海洋局等13部委联合启动了资源环境承载能力监测预警评价工作。按照相关工作的总体要求，国家海洋局以建设海洋生态文明、保障海洋资源环境安全为导向，系统组织开展了海洋资源环境承载能力监测预警技术方法的研发与试点验证工作，经过近年来在不同试点区域的深化推进，海洋资源环境承载能力监测预警指标体系和技术方法得到了不断的修改完善，同时提出了海洋资源环境超载区域的限制性措施和建议，为建立海洋资源环境承载能力监测预警机制打下了重要的基础^[1-3]。

海洋资源环境承载能力是指一定时期和一定区域范围内，在维持区域海洋资源结构符合可持续发展需要，海洋生态环境功能仍具有维持其稳态效应能力的条件下，区域海洋资源环境系统所能承载的人类各种社会经济活动的能力^[2]。其中海洋生态承载能力是其中重要的组成部分，主要指在一定的环境压力下，海洋生态系统能够自我维持生物群落结构和关键生态过程稳定、并发挥其生态服务功能的能力。海洋生态系统在社会经济的可持续发展过程中发挥着重要的供给、调节、文化和支持等功能，在食品和原材料提供、抵御自然灾害、净化陆源污染、保障生态安全、提供优美环境、调节气候和固碳增汇发挥了重要的作用。同时，海洋生态系统也是生态文明建设的战略空间。全球有近半数的人口集中在离海岸100 km以内的沿海区域，并且呈上升趋势^[4-5]。我国东部沿海地区社会经济的迅速发展以及海洋开发强度的增高，给海洋生态环境带来了巨大的压力。近岸海域生境恶化，滨海湿地丧失和破碎化，赤潮绿潮等有害藻华灾害频发，渔业资源衰退，导致近岸海洋生态系统健康状况较差^[6]。海洋生态环境问题已成为制约我国当前和今后一定时间海洋经济、海洋社会发展的瓶颈。而且，我国海洋生态环境问题正在从单项环境问题转向综合性环境问题，由局部性环境问题演变成区域性环境问题^[7]。海洋生态环境保护的任务变得愈加复杂，将会是今后很长一段时间内，我国海洋社会发展必须面对的一项难题。因此，对我国近岸海域资源、生态环境超载区域实行限制性措施势在必行。

珊瑚礁被誉为“海洋中的热带雨林”，是全球物种多样性最高、资源最丰富的生态系统之一，对维持渔业经济、保障生物多样性和生态平衡等具有重要作用，是沿海地方经济的重要资源宝库，为人类的生产和生活提供了重要的生态服务^[8]。同时，珊瑚礁生态系统也是一个非常脆弱的生态系统，容易受到外界环境变化的影响。特别是近年来全球温度升高和海水酸化等气候变化的加剧以及人类开发活动的影响，全球范围内的珊瑚礁生态系统发生了较为严重的退化^[9-11]。2008年Wilkinson等对全球珊瑚礁状况的评估指出：全球珊瑚礁减少了19%，处于紧急状态和受到威胁的珊瑚礁分别为15%和20%，相对健康状态的珊瑚礁为46%^[12]。

西沙群岛珊瑚礁生态系统是我国现存珊瑚礁群落中最古老最原始的群落，是我国沿海区域珊瑚礁生态系统的发源地，也是我国近海海域保存相当完好和珍贵的珊瑚礁区域。近几年，由于赴西沙进行渔业捕捞的船只迅速增长，大大加剧了西沙海域的捕捞强度，造成西沙珊瑚礁海域的鹦嘴鱼、石斑鱼、龙虾以及红口螺等经济生物的迅速减少^[13]。2005年国家海洋局在西沙建立了西沙珊瑚礁生态监控区，对包括水环境、栖息地、生物群落等指标开展了连续监测与评价工作。本研究在西沙生态监控区多年监测结果的基础上，建立了珊瑚礁生态承载状况监测评价体系，探究我国西沙群岛珊瑚礁生态承载状况和变化趋势，进一步分析了西沙珊瑚礁生态系统退化的主要原因，并提出了为保护和修复西沙珊瑚礁生态系统、恢复和提高其生态服务功能提供重要的技术支持。

1   研究区域概况及数据来源与处理

1.1   研究区域概况

西沙珊瑚礁生态监控区的监测站位主要位于西沙群岛的西沙洲、赵述岛、北岛、石岛和永兴岛5个珊瑚礁分布区，见图 1。

图  1  西沙珊瑚礁生态监控区

Fig.  1  Sketch map of the Xisha ecological monitoring zones

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1.2   数据来源

本研究所使用的数据为近10 a来西沙珊瑚礁生态监控区的生物群落和栖息地状况的监测数据，主要包括造礁珊瑚种类、造礁珊瑚覆盖度、造礁珊瑚补充量、珊瑚礁鱼类密度、珊瑚礁病害和敌害生物等。

1.3   珊瑚礁生态承载状况评价指标体系

在我国近岸海洋生态健康和海洋生物多样性监测与评价工作的基础上^[13-15]，结合国内外海洋生态承载力相关研究进展^[16-18]，本文提出了我国珊瑚礁生态承载状况监测与评价的指标体系，主要从珊瑚礁覆盖度和珊瑚礁生物群落结构两方面构建珊瑚礁生态承载状况监测与评价评价指标体系，如表 1所示。其中，造礁珊瑚覆盖度和软珊瑚覆盖度用于表征珊瑚礁生态系统的总体生态概况；造礁珊瑚种类、造礁珊瑚优势种、珊瑚礁鱼类密度、造礁珊瑚补充量和珊瑚礁敌害生物用于表征珊瑚礁生态系统的群落结构状况。

表  1  珊瑚礁生态承载状况评价指标体系

Tab.  1  Assessment indicators of coral reef ecological carrying capacity

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1.4   珊瑚礁生态承载能力等级划分

按照海洋资源环境承载能力监测预警工作的总体技术要求，本研究将珊瑚礁生态承载状况划分为3个等级，分别为可载、临界超载和超载。生态承载状况的等级划分以相关指标的历史最佳值或较佳值的平均值作为标准参考值，将现状值与标准参考值进行比较后的偏离度程度作为生态承载等级的划分标准。根据近10 a来西沙珊瑚礁生态监控区监测数据情况和相关研究报道，本研究以2005年和2006年西沙珊瑚礁生态系统相关指标监测结果的平均值作为生态承载状况评价的标准参考值，依据现状值与标准参考值的下降幅度对各指标的生态承载状态进行评估。下降幅度小于20%为可载；下降幅度介于20%~40%之间为临界超载；下降幅度大于40%为超载。最终的生态承载等级利用综合指数法进行加权评价求算。

2   结果与分析

2.1   西沙珊瑚礁总体生态承载能力现状分析

西沙珊瑚礁生态系统是我国现存珊瑚礁群落中最古老最原始的群落，也是我国近海海域保存相当完好和珍贵的珊瑚礁区域。2005年以来对西沙珊瑚礁生态系统健康状况和生物多样性开展的连续监测。本研究通过对2015年造礁珊瑚种类、活珊瑚覆盖度、造礁珊瑚补充量、珊瑚礁鱼类等指标监测数据的分析评估，得出以上4个指标均与参考标准值相比下降幅度较大，平均下降幅度达到70%，西沙珊瑚礁生态承载状况总体处于超载状态，生态承载状况非常差(见表 2)。

表  2  2015年西沙珊瑚礁生态承载状况

Tab.  2  Assessment result of coral reef ecological carrying capacity of the Xisha Islands in 2015

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2.2   西沙珊瑚礁生态承载状况变化趋势

通过比较分析近年来监测数据，结果发现西沙群岛珊瑚礁生态系统的生态承载状况呈现较为明显的下降态势，除了2005年和2006年生态承载状况较好外(作为标准参考值)，2007~2015年生态承载状况下降幅不断增加，整体下降幅度近60%。2007年生态承载状态为临界超载，其余年度均处于生态超载状态。(见图 2)。其中，造礁珊瑚种类下降趋势明显，从2007年监测到75种下降到2015年的35种，造礁珊瑚种类在10 a间减少了近60%(见图 3)。

图  2  2007~2015年西沙珊瑚礁生态承载状况下降幅度

Fig.  2  The rate of descent of coral reef ecological carrying capacity of the Xisha Islands

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图  3  2007~2015年西沙造礁珊瑚种群数量

Fig.  3  Hermatypic coral population of the Xisha Islands

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除了造礁珊瑚种群数量的下降，2007~2015年造礁珊瑚的种群结构也发生了较为明显的改变。2010年之前西沙群岛造礁珊瑚的优势种主要是鹿角珊瑚。这个属的珊瑚在珊瑚礁生态系统中扮演重要的角色，不但可以为其他礁栖生物提供更多的三维生存空间，而且由于其生长速度快，也可以在珊瑚礁生态系统的自我恢复中发挥重要作用，为岛礁生态系统安全提供更多的生态安全保障。2010年之后，造礁珊瑚数量较少，在西沙群岛周边海域的造礁珊瑚的优势种发生了明显的改变(见表 3)。

表  3  2007~2015年西沙造礁珊瑚优势种变化

Tab.  3  Hermatypic coral dominant species of the Xisha Islands

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2.3   造礁珊瑚覆盖度不断下降

2015年在西沙珊瑚礁生态监控区监测到造礁珊瑚覆盖度为2.7%，并且整个西沙生态监控区内造礁珊瑚覆盖度都偏低，其中覆盖度较高的永兴岛为3%，最低的西沙洲仅为1%。通过比较分析多年监测结果，发现2007~2015年西沙珊瑚礁生态系统造礁珊瑚覆盖度呈现急剧的下降趋势，覆盖度从2007年的53.8%下降到2015年的2.7%，10a间下降了96%(见图 4)。

图  4  2007~2015年西沙造礁珊瑚覆盖度变化

Fig.  4  Cover of hermatypic coral of the Xisha Islands

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2.4   珊瑚礁鱼类密度不断降低

根据澳大利亚海洋科学研究所、国际野生生物保护学会、澳大利亚詹姆斯库克大学等研究机构的一项研究，珊瑚礁鱼类是诊断和修复退化珊瑚礁生态系统的关键组成部分^[19]。珊瑚礁鱼类密度是西沙珊瑚礁生态监控区的重要监测指标之一，通过比较分析2007~2015年的监测数据，发现西沙珊瑚礁生态系统的珊瑚礁鱼类密度呈现了明显的下降趋势，从2006年监测到213尾/100 m²下降到2015年的110尾/100 m²，10 a间珊瑚礁鱼类密度下降了48.4%(见图 5)。

图  5  2007~2015年西沙珊瑚礁鱼类密度

Fig.  5  Density of coral reef fish of the Xisha Islands

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2.5   造礁珊瑚补充量始终处于较低水平

2015年监测到西沙造礁珊瑚的补充量平均为0.1个/m²。通过比较分析近10 a的监测数据，结果发现西沙珊瑚礁生态系统的造礁珊瑚补充量从2007~2015年呈现了明显的下降趋势，其中2008~2011年补充量最低不足0.1个/m²。但从2012年开始，造礁珊瑚补充量呈现了小幅回升，但仍处于较低水平(见图 6)。

图  6  2007~2015年西沙造礁珊瑚补充量

Fig.  6  Recruiment of hermatypic coral of the Xisha Islands

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2.6   敌害生物长棘海星爆发

西沙珊瑚礁生态系统的明显退化与敌害生物长棘海星的爆发密切相关。多年监测发现，在西沙珊瑚礁生态系统的长棘海星种群数量呈现增长的趋势，成为该海域珊瑚礁白化和死亡的主要原因之一。2005~2009年西沙岛礁生态系统长棘海星的种群数量逐年倍增(见图 7)，局部区域长棘海星数量达到20个/10 m²。长棘海星种群爆发对西沙海域的珊瑚礁生态系统造成了极大的破坏。究其原因，主要是由于渔民对该海域大法螺的过度采捕导致捕食长棘海星的高营养级生物数量大量减少，给长棘海星的爆发式增长创造了条件。同时全球变暖导致的海水温度的升高也给长棘海星的爆发创造了必要的外部条件。

图  7  2005~2009年西沙长棘海星数量

Fig.  7  Density of crown of thorns starfish of the Xisha Islands

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3   讨论与结论

3.1   西沙群岛总体生态承载状况

通过对近10 a来监测结果的分析，我国西沙珊瑚礁生态系统的总体生态承载状况不断下降，自2008年至今均处于超载状态。截至目前来看，西沙珊瑚礁生态系统的退化趋势扔未得到扭转。造礁珊瑚、大型底栖生物和珊瑚礁鱼类等建礁和护礁的关键生物种群数量明显下降，群落结构变化明显，造礁珊瑚补充量处于较低水平，珊瑚礁生态系统的生态功能以及生态系统完整性受损严重。同时受到气候变化和敌害生物长棘海星爆发的影响，对海洋生态环境适应性以及对敌害生物的抵御能力较差，珊瑚礁白化和死亡现象均有所增多，使得西沙珊瑚礁生态系统的生态服务功能明显下降。

3.2   导致西沙珊瑚礁生态承载能力下降原因

导致西沙珊瑚礁系统的退回和生态承载能力的下降，既有全球气候变化等自然因素，又有各种人类活动的破坏和影响。吴钟解等通过分析西沙海水温度和海水pH的相关监测数据，指出近年来西沙海域的海水温度有所升高，海水pH偏低，海水相对偏酸^[13]。由此引起的珊瑚礁病害、白化和生长变缓等因素使得西沙珊瑚礁生态系统变得日益脆弱，对于台风和敌害生物的影响抵抗力和恢复力下降。另外，过度捕捞和海岸开发工程等人类开发活动对西沙珊瑚礁生态系统的影响也较为严重。近年来，赴西沙进行渔业捕捞的船只迅速增长，大大加剧了西沙海域的捕捞强度，过度捕捞及不科学的捕捞方式给西沙珊瑚礁生态系统带来巨大的影响和破坏，造成西沙附近海域的鹦嘴鱼、石斑鱼、龙虾以及红口螺、梅花参等经济生物迅速减少，鱼类年龄结构也趋于低龄化，法螺、大珠母贝、鹦鹉螺、玳瑁、绿海龟等珍稀海洋生物也已变得十分稀少，对该海域的海洋生物多样性和食物链造成了严重的破坏，不但降低了长棘海星被捕食压力，同时也减少了一些鱼类对长棘海星幼虫的捕食，导致长棘海星大规模爆发^[13]。另外，近年来针对西沙群岛的开发活动日益增多，渔业补给基地、港口建设以及其他一些围填海工程对西沙岛礁生态系统带来了较为明显的破坏和威胁。建设过程中产生的悬浮泥沙给周边的珊瑚礁生态系统带来了较大的影响和破坏，降低了珊瑚体内虫黄藻的光合作用速率，也会由于泥沙覆盖导致珊瑚死亡，进而影响珊瑚群落结构的组成。

3.3   保护恢复西沙珊瑚礁生态系统的对策建议

因此，在全球气候变化和目前西沙群岛日益增加的人类活动的影响下，如果不及时采取积极有效的生态保护与生态修复措施，在短时期内无法改善和提高西沙珊瑚礁生态系统对环境波动的适应能力以及对敌害/病害等生态风险的抵御能力。针对上述情况，提出如下建议：

针对气候变化对西沙珊瑚礁生态系统的影响，重点构建和完善西沙海水温度和海水pH的监测体系，加强气候变化对西沙珊瑚礁生态系统的影响监测与研究评估。

加快建立西沙群岛珊瑚礁生态系统自然保护区，保护西沙珊瑚礁生态系统的生物资源和典型生境，减少和禁止在西沙关键区域的过度捕捞和围填海活动，不断改善珊瑚礁生态系统的生长发育环境。