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海洋也称“蓝色国土”,有着广阔的空间和丰富的资源。在科技发展、人口膨胀、资源短缺的今天,人类越来越重视对海洋的开发利用。我国的国民经济建设、人民生活所需的食品及工业原料消耗,都要求我们合理开发利用海洋生物资源。
1.前言1.1海洋生物资源概念海洋生物资源又称海洋水产资源。指生活在海洋的所有生命有机体,其中包括微生物、低等和高等植物、无脊椎动物和脊椎动物[2] 。
1.2我国海洋生物资源简介我国海洋生物资源种类繁多,现已记录的物种20278 种,隶属44 门[3]。海域渔场面积广阔,最大持续渔获量和最佳渔业资源可捕量分别约为4.7×109 kg/年和3.0×109 kg/年 [5]。海洋生物资源能提供多种用途,在食品、医疗、化工等方面服务人类。论文参考。我国人口众多,自然资源、工业原料短缺,耕地不足,使得我国面临着严峻的粮食问题。我国丰富的海洋资源可以弥补陆上资源的不足。因此加大对海洋资源的开发利用,对中国经济发展和社会进步有重要意义。
2.我国海洋生物资源利用现状我国重视发展海洋渔业研究与水产生产。下图显示了我国1993—2004年海洋水产品总产值。
图1 1993—2004年中国海洋水产品总产值
注:数据来源:中国海洋年鉴
从图1可以看出,近年来,随着经济发展,我国海洋渔业生产发展迅速,海洋水产品总产值呈现逐步上升的趋势,为国家和人民提供了大量水产食品和工业原料。
2.1捕捞生产状况我国自1985年起实行各种资源繁殖保护措施,海洋渔业生产显著增长。海洋捕捞产量从1989年的503.6万吨上升到1998年的1496.7万吨。自1998年来,海洋捕捞产量呈下降趋势,直到2003年才开始回升,于2004年达到1638.2万吨。具体原因有:由于开发利用过度,近海资源遭严重破坏,捕捞产品中短食物链、低营养级的底层鱼中重要传统种如大黄鱼等的产量下降 [6]。
2.2海水养殖状况近年来,我国将海洋渔业生产增长的主要目标放在养殖业发展上,因而海水养殖产发展极快。1989年海水养殖产量为157.6万吨,而2004年达到1316.7万吨。但是,产品以贝类为主,高产值的鱼类很少,虾蟹类总量不多 [6]。
3我国海洋生物资源利用中存在的问题3.1法律法规不健全在立法上,我国涉海立法仍存在着一些问题[11]。如《海洋环境保护法》只单纯地规定了防止几大类海洋污染,对如何防止非污染性人为活动(如旅游业、房地产业)对海洋自然资源和生态的破坏没有规定[4]。在执法上,由于现有的海洋法规未形成系统配套的海洋法律制度,贯彻实施难度大。有些法规缺乏相应的管理实施细则和具体技术规定,可操作性较差。
3.2管理体系不完善缺乏总体规划及管理主体间的协调。我国海洋生物资源开发管理长期缺乏统一规划与政策,且政出多门、互不协调,影响海洋资源利用的整体效益和长远利益,综合效益低下[9]。
3.3技术水平低目前海洋生物资源开发基本上还是粗放型,高附加值产品少。主要表现在:1、海水养殖粗放、分散,抵御自然灾害和应变市场的能力差,海洋水产品加工能力不足;2、科技人才匮乏,创新能力严重不足。3、高技术产业发展缓慢 [8]。
4我国海洋生物资源可持续利用政策建议1、加强依法治海,完善海洋生物管理法规。制定切实可行的海洋渔业捕捞、养殖、环保等地方性法规,改变目前一些法律缺乏可操作性的现象,使立法活动与时俱进。论文参考。论文参考。同时,要加快我国海洋法规与国际海洋法规的接轨[8]。
2、持续修订海洋开发的总体规划,协调、平衡各涉海产业部门利益[8]。此外,可以有效利用市场进行管理,如实行排污许可证可公平有偿转让,用市场手段迫使各企业将环境污染作为生产成本之一,重视解决污染问题[10]。
3、全面贯彻“科技兴海”战略,利用先进技术手段,不断完善海洋生物资源数据库等,为合理开发利用海洋生物资源和保护环境提供快速、准确、有效的信息咨询和决策支持 [12]。同时,全面提升海洋人力资源素养培养海洋工程技术及管理人才 [9]。最后,积极推进海洋产业优化升级,促使海洋产业结构日趋合理[8]。
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关键词:
远洋渔业;数据库设计;空间索引;渔业管理
远洋渔业作为海洋经济的重要组成部分,已经涉及国家的海洋权益、经济利益、食物供应安全等方面,我国对远洋渔业给予了高度的重视。同时,海洋渔业管理是海洋管理的重要内容,做好渔业管理,对海洋渔业资源开发与管理起到重要的积极作用。
自1985年来,我国海洋工作者在进行远洋捕捞的同时,对多数海区进行了大规模的调查,积累了大量的远洋渔业数据。他们对这些数据进行分析处理,独立开发建设了很多数据库。毕健等[1]利用来自于舟山、上海、烟台、大连、宁波等17个渔业公司(或单位)提供的1994-1995年渔获量统计资料建立了西北太平洋鱿鱼钓数据库,利用Foxpro数据库系统准确快速处理鱿鱼钓渔获量数据,利用经济领域中的预测方法来预测产量、可投入船数、平均日产量等,指导渔业生产与管理。李小恕等[2]利用1997-2001年对海洋生物资源与生物栖息环境调查数据,建立了海洋生物资源与生物栖息环境数据库,该数据库在海洋渔业资源与环境的研究、评价中得到广泛应用。袁骐等[3]利用中国水产科学院黄海、东海和南海水产研究所1999-2002年多个航次的调查数据,设计了海洋渔业生态环境监测数据库系统,针对海洋渔业生态环境监测特殊需要,增加了污染物质生物体残留量子数据库以及多种水质、底质和生物污染程度综合评估模型,为海洋渔业生态环境质量评价和海洋生态环境保护提供相关数据和信息。陈卫忠等[4]在系统收集东海区历年海洋捕捞产量、捕捞努力量统计资料、主要经济鱼类生物学参数以及渔业资源研究文献报告等资料基础上,对数据资料进行整理和补充,建立了渔业资源研究数据库。张寒野[5]在对海洋生物资料调查信息分析与整理的基础上,将涉及的数据分为属性数据和空间数据两种,分别建立了海洋生物资源数据库和矢量图层;最终利用这些数据库建立了海洋生物资源信息管理系统,通过该系统用来准确评估海洋渔业资源现状。
总体上,目前这些与渔业相关的数据库存在以下不足:①数据没有统一规范的格式,导致处理数据时费时费力,增加了操作失误和人为误差[6];②数据库中数据的丰富度、完整度不够[7],很少将资源、环境、空间、人文、科技等相关信息关联起来,涵盖的信息量不足,导致数据库水平不高;③数据库相对孤立、分散,大多针对单一用户提供单一产品,应用面较窄,共享性差[8],数据库之间难以实现互联互接,信息闭塞、推广难度大[9];④数据库比较小型化,没能形成综合的大型数据库,给远洋渔业数据的科学规范管理带来巨大挑战。依据现有的数据库且结合上海海洋大学海洋渔业遥感GIS技术实验室的数据,兼顾当前RS以及GIS技术获得资料,拟对远洋渔业数据库进行设计开发,设计一个规范、全面、实用性强的远洋渔业数据库。并利用该数据库对这些多源异构的海量远洋渔业信息进行管理,以便为海洋渔业科研奠定更好的基础,为海洋渔业生产提供多面服务,为渔业资源合理利用提供科学指导,为海洋资源管理做出科学决策。
1远洋渔业数据库设计
在前人的基础上,对远洋渔业涉及生产、环境、资源、地理、船舶等数据进行了分析和梳理,将涉及的数据分为调查数据和基础数据两种形式,分别设计了远洋渔业调查数据库和基础数据库(即空间数据库)。远洋渔业调查数据库在SQLServer2000的环境下,根据需求创建的调查信息数据库。该数据库本着信息规范、系统性能稳定、数据安全、信息完整、系统可扩展等原则,创建了包括鱿鱼、金枪鱼、竹荚鱼生产信息和生产调查生物学数据信息专题,以及生产调查环境信息专题等的11个数据库表以及若干字典表。远洋渔业地理空间数据库在ArcGIS的环境下,基于Geodatabase根据实际渔业调查或者生产中涉及的数据创建的空间数据库。该数据库包括经纬网、FAO渔区、海区、捕捞点等具有特定地理意义的数据。这些包含地理信息的空间数据大多以矢量数据格式存在,通常采用“图层”来对它们进行组织和管理,各个图层分别存储不同专题的空间信息。在本数据库中,包含捕捞点、观测点、航线、渔区、海区、洲等6个含有基础空间数据的图层。
1.1远洋渔业数据库需求分析远洋渔业数据库的数据信息包含调查数据和空间基础数据,随着今后调查和渔业生产活动的执行,积累的数据会不断增长。该数据库的调查数据包括与调查相关的数据,如调查时间、调查经纬度、网次、温度、深度、盐度、渔获物量以及渔获物生物学方面的数据;基础空间数据主要指海洋功能区划信息这类代表特定地理意义的数据,包括经纬线、渔区、海区、海陆边界、观测点、作业地点等。这些数据在数据库中以图层的形式出现,同时调查数据中涉及空间的数据(如经度、纬度)均属于空间数据。该数据库中的调查数据(是指基本上与空间位置没有直接关系的数据)存放于SQLServer数据库中。
1.2远洋渔业调查数据库建立
1.2.1远洋渔业调查数据库概念结构设计概念结构设计是将分析得到的用户需求抽象为概念模型的过程。即在需求分析基础上,设计出能够满足用户需求的各种实体以及它们之间的相互关系概念设计模型。概念模型是对信息世界建模,能够方便、准确地表示信息世界中的常用概念[10]。概念结构设计能真实、充分地反映现实世界及其事物与事物之间的联系,易于理解和更改,以及易于向关系、网状、层次等其他数据模型转换。在远洋渔业数据库中,每艘船舶会在不同的渔区从事不同的作业,这些作业包括对不同经济鱼种进行生产以及生产时的环境调查等。在生产的过程中,对捕获物进行统计和测定。不同的捕获种类有着不同的生物学特征,并且不同的经济鱼种在生产过程中有着不同的生产方式。所以,在本数据库中涉及对象有:金枪鱼、鱿鱼、竹荚鱼生产信息,环境调查信息,生物种类,生物学信息,海区信息,船舶信息等。用E-R图表示它们之间的关系如图1所示。
1.2.2远洋渔业调查数据库逻辑结构设计E-R模型是用户的模型,它独立于任何一种数据模型。因此,需要将用E-R图表示的概念模型转换为某个具体的数据库管理系统所支持的数据模型,然后建立用户需要的数据库。根据数据库概念结构设计阶段得到的远洋渔业地理属性数据库E-R模型,我们可以设计以下远洋渔业调查数据库逻辑结构模型,其中实体标志码用*标出(下同)。(1)鱿鱼生产信息,包括:日期*,渔业公司*,经度,纬度,作业渔船数,渔获量,作业类型,备注。(2)鱿鱼生产调查生物学信息,包括:日期*,船名*,渔业公司,船舶呼号,经度,纬度,胴长,体重,性别,性成熟度,摄食等级,胃含物,备注。(3)金枪鱼生产信息,包括:作业日期*,船名*,船舶状态,投绳船速,投钩起点时间,投钩起点经度,投钩起点纬度,投钩终点时间,投钩终点经度,投钩终点纬度,起钩起点时间,起钩起点经度,起钩起点纬度,起钩终点时间,起钩终点经度,起钩终点纬度,两浮子间钓钩数量,投钩数量,投绳长度,支绳长度,两支绳间主绳长度,投放主绳长度,鱼种,渔获尾数,加工重量,兼补海龟状况,备注。(4)金枪鱼生产调查生物学信息,包括:日期*,船名*,渔业公司,船舶呼号,经度,纬度,胴长,体重,性别,性成熟度,摄食等级,胃含物,备注。(5)金枪鱼生物学统计信息,包括:日期*,船名*,渔业公司,船舶呼号,经度,纬度,渔获种类,平均体长,平均体重,备注。(6)竹荚鱼生产信息,包括:日期*,船名*,网次*,渔业公司,船舶呼号,放网时间,放网纬度,放网经度,起网时间,起网经度,起网纬度,产量,CPUE,拖速,拖向,网位深度,网口高度,网型,手纲,沉力,浮力,水平扩张,曳绳长度,鱼群下缘,鱼群上缘,鱼群水深,鱼群高度,鱼群影像,网位仪水深,备注。(7)竹荚鱼生产调查生物学信息,包括:日期*,船名*,渔业公司,船舶呼号,经度,纬度,叉长,体重,纯体重,体宽,体高,体周,性别,性成熟度,摄食等级,胃含物,备注。(8)海况气象,包括:日期*,船名*,时间*,渔业公司,船舶呼号,经度,纬度,天气,气温,气压,流速,流向,风速,风向,能见度,浪高,浪向,干球温度,湿球温度,总云量,低云量,备注。(9)温盐深观测,包括:日期*,船名*,时间*,渔业公司,船舶呼号,经度,纬度,深度,温度,压力,密度,盐度,叶绿素-a,溶解氧,备注。(10)海流观测,包括:日期*,船名*,时间*,渔业公司,船舶呼号,经度,纬度,水深,速度x,速度y,速度z,温度,速度,方向,备注。(11)船舶档案,包括:船名*,船舶呼号*,所属公司,船籍港,船籍国,船型,作业许可证,全长,功率,总登记吨位,巡航能力,造船时间,冷冻能力,仓容量,作业方式,船舶照片,备注。(12)渔区:包括:渔区ID*,渔区名称。(13)海区:海区ID*,海区中文名称,渔区英文名称。
1.2.3远洋渔业地理数据库物理结构设计数据库在实际的物理设备上的存储结构和存取方法称为数据库的物理结构,与给定的硬件环境和DBMS软件产品有关。本数据库是在WindowsXP的操作系统下,磁盘320G的环境中,利用SQLServer2000建立。
1.3远洋渔业空间数据库设计本数据库是基于Geodatebase建立。在Geo-datebase中,要素类是具有相同的属性集、相同的行为和规则的空间对象的集合。所有的数据都在同一数据库中存储并中心化管理,实现地理数据的统一存储管理。同时,还可以实现无缝、无分块的海量要素的存储[11]。根据空间数据的特征,对空间对象建立的逻辑结构如下:航线信息,包括:要素ID*,形状,要素类型,航行航次,航行船名,开始航行时间,终止航行时间,航行海区。海区信息,包括:要素ID*,要素类型,陆地中文名,陆地英文名。渔区信息,包括:要素ID*,形状,要素类型,渔区号,渔区所属海区,面积。洲信息,包括:要素ID*,形状,要素类型,洲中文名,洲英文名,面积。影像信息,包括:影像名称,影像ID*,存储路径,文件格式,空间分辨率,影像格式,拍摄时间,左上角经度,左上角纬度,右下角经度,右下角纬度。根据空间数据的逻辑结构,建立空间数据库的物理结构如表1至表3所示。针对不同的图层,在方便管理和储存的前提下,利用Geodatebase建立了远洋渔业空间数据库。在该数据库中,要素类型共分为3种:点状、线状和面状,共有7个图层。捕捞点、观测点属点特征图层;航线属线特征图层;渔区、海区、经纬线、洲等属于面特征图层。在Geodatebase中的个人数据库中,利用ArcGISCatalog工具,将盐度、温度和叶绿素的影像存储在该数据库中。
2远洋渔业数据库索引的建立
渔业调查数据库中涉及大量的空间调查数据,这些数据是具有点实体特征,并且均与时间有关。实际应用中,经常需要对这些渔业数据进行空间和时间的查询访问。为了快速而又准确的查找到所需目标,作者根据远洋渔业数据库中的调查时间数据建立了顺序索引,对空间数据库建立了G树索引。由于调查数据都会有时间的字段记录,因此可以针对时间建立顺序索引。顺序索引建立的方法有B-树、B+-树索引等。这样,要查找某一时间的调查数据,按照顺序检索或者折半检索,就可以快速定位满足条件的数据。G树格网索引将海区作为第一层次,渔区作为第二层次,点状实体、线状实体、多边形实体等作为第三层次。在检索过程中,先对数据进行过滤:先检索第一层次,找到目标实体所在的区;将此层次中目标实体所在的海区的格网投影到第二层次的格网中,找出目标实体所在的渔区;再将第二层次中目标实体所在的渔区格网投影到第三层次中,然后在第三层次中进行精确查找,直到精确查找出该目标实体。
3结论
本研究以现有的远洋渔业生产数据、调查数据以及地理数据为基础,在详尽分析了远洋渔业中金枪鱼、竹荚鱼和鱿鱼等数据资料之后,依据分析结果进行了远洋渔业数据库的设计与探究。本数据库分为两部分,利用SQLServer2000建立了远洋渔业属性数据库,利用ArcGIS建立了远洋渔业空间数据库,使得基础数据与空间数据得以连接在一起。另外,还对远洋渔业空间数据库的索引进行了研究并针对该数据库建立了G树索引,提高了空间数据查询的效率。远洋渔业数据库的建立,为海洋渔业科研奠定更好的基础,为海洋渔业生产提供多面服务,为渔业资源合理利用提供科学指导,为海洋资源管理做出科学决策。该远洋渔业数据库设计目前仅考虑金枪鱼、竹荚鱼、鱿鱼3种经济鱼,下阶段的工作是把其他经济鱼种也考虑进来,同时在该数据库的基础上开发远洋渔业数据库系统,实现远洋渔业有关的分析和统计等功能。
参考文献
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1基本原理
生境修复与生物资源养护原理的主要研究内容包括生态系统结构、功能以及生态系统内在的生态学过程与相互作用机制,生态系统的稳定性、多样性、抗逆性、生产力与可持续、先锋群落与顶级群落的发生、发展机理与群落演替规律,不同干扰条件下生态系统的受损过程及其响应机制,生态系统退化的诊断及其评价指标体系,生态系统退化过程的动态监测、模拟、预警及预测等。对一个完整的生态系统修复工程而言,生态系统的各个组成部分都需要在原位经过自然的生态过程,因此,事实上各生态学原理均可应用于生态恢复的实践中。生态系统修复涉及的基本原理主要有限制因子原理、能量流动原理、种群密度制约及分布格局原理、生态适应性理论、生态位原理、演替原理、生物入侵理论、生物多样性原理、功能群构建原理等。其中,干扰与演替原理、功能群构建原理是应用于海洋生态系统恢复中的重要原理。
2基本过程
修复行为实质上是对生态系统的一次新的干扰,很难保证所有修复行为均对目标系统的修复起到正效应。要想系统向预期方向发展,需要有科学的理论框架,制定合理的修复方案,并对方案进行可行性论证。Zedler以湿地生态系统的修复为例,将生态恢复的整个过程划分为5个不同的阶段,即目标设定—开发概念模型、恢复区域的选址优化、原地非生物环境的操控、原地生物区系的操控、生态系统维护等。
Clewell等将生态恢复的过程分为修复计划准备、生态系统健康状况评估、修复计划制定论证、修复行动实施、修复后评估和管理等5个阶段,并指出了生态修复过程中涉及的51条指导原则。
海洋生境修复和生物资源养护设施
1人工鱼礁
人工鱼礁(artificialreef)是人为放置在海底的一个或多个自然或者人工构造物,它能够改变与海洋生物资源有关的物理、生物及社会经济过程,并可改善海域生态环境,营造海洋生物栖息的良好环境,为鱼类等提供繁殖、生长、索饵和庇敌的场所,达到保护、增殖和提高渔获量的目的。用于建造人工鱼礁的材料种类很多,礁体材料的选择直接影响礁体的结构特征和礁区生物的增养殖效果。根据材料的来源不同,人工鱼礁使用的材料可分为天然材料、废弃材料和人造材料等3大类。礁体设计对人工鱼礁效果的发挥至关重要,主要包括礁体材料、重量、形状、几何尺寸、内部结构等因素。礁体的材料、重量、尺寸、结构复杂性、表面粗糙度等应根据规划要求与生物因素和水动力学特征相适应。根据投放的不同目的和用途,人工鱼礁可以分为增殖型鱼礁、渔获型鱼礁和游钓型鱼礁等3种。
2增殖礁及增养殖设施
根据增殖对象生物不同,人工鱼礁可分为藻礁、鲍礁、参礁等,而增殖海参、鲍等海珍品的礁体可统称为海珍品增殖礁,又称海珍礁,。由于礁体可以保护刺参、鲍等海珍品免受敌害侵扰,并可为增殖海珍品提供食物来源和遮蔽场所,因此,海珍礁广泛应用于中国的海珍品增养殖中。在我国,很多种材料被用作刺参的人工附着基或礁体,例如石块、瓦片、混凝土构件、扇贝养殖笼、编织布、塑料构件,甚至柞木枝等。
作者所在的研究团队针对近岸泥沙质海湾、离岸开放海域和静水围堰等增养殖生境的受损现状和刺参、鲍等海珍品的生态习性,发明了适用于近岸海湾的牡蛎壳海珍礁及其配套制作装置、贝类排粪物再利用装置,适用于离岸开放海域的大型藻类抗风浪沉绳式养殖设施、“海龙I型”底播式海水增养殖设施,以及适用于围堰的多层板式立体海珍礁:这些设施设备实现了对不同类别生境的有效修复和高效生态增养殖,为海洋生境修复与海水增养殖产业高效健康发展提供了装备支撑。
海洋生境修复和生物资源养护技术
1海洋生境修复与改良技术
1.1海草床修复技术
海草是单子叶草本植物,通常生长在浅海和河口水域。海草床对海域生境的修复和改良具有重要的生态作用,海草群落不仅是海洋初级生产者,具有高的生产力和固碳能力,还可起到稳定底泥沉积物、改善水体透明度及净化海水的作用;同时,海草还是许多海洋动物重要的产卵场、栖息地、隐蔽场所及直接的食物来源,在全球C、N、P循环中具有重要作用。据《世界海草地图集》显示,1993年到2003年,全世界已经有约26000km2的海草床消失,达到总数的15%。海草床的衰退引起了人们的高度关注,许多国家都开展了海草床恢复方法的研究工作。海草床的恢复主要依靠海草的种子或者构件(根状茎),主要的方法有生境恢复法、种子法和移植法。
生境恢复法投入少、代价低,但周期长。移植法恢复大叶藻海草床是较为常用的方法,主要有草皮法、草块法和根状茎法,草块法成活率高,但对原海草床有破坏作用;根状茎法节约种源,但固定困难。应用种子来实现低成本、高效率、大规模的恢复海草床也是当前研究的热点,种子法破坏小,但种子难收集、易丧失、萌发率低。
1.2牡蛎礁修复技术
牡蛎礁(oysterreef)指目前正在生长及挽近刚停止生长的、于河口洼地中的牡蛎壳堆积体。牡蛎礁在净化水体、提供栖息生境、促进渔业生产、保护生物多样性和耦合生态系统能量流动等方面均具有重要的生态功能。美国切萨皮克湾(ChesapeakeBay)由于人类活动的影响而引起了生境的退化(富营养化和大叶藻藻床的破坏)及生物资源的衰退(美洲牡蛎数量大为减少)。近年来,弗吉尼亚海洋科学研究所(VirginiaInstituteofMarineScience)的科学家实施了牡蛎礁恢复计划,对礁体生物学、群落发生和营养动态进行了系统研究,并对恢复情况进行了追踪,如Harding研究了恢复的牡蛎礁区域浮游动物群落丰度和组成的水平分布和时间变化,作为切萨皮克湾牡蛎礁恢复进展的潜在标准。该系列研究对当地牡蛎礁的成功修复起到了重要作用。牡蛎礁的修复主要通过结合防浪堤设置专用礁体以及利用牡蛎壳礁体两种方式实现。
1.3珊瑚礁修复技术
珊瑚礁(coralreef)是石珊瑚目的动物形成的一种结构,它们是成千上万的由碳酸钙组成的珊瑚虫的骨骼在数百年至数千年的生长过程中形成的。珊瑚礁被称作“热带海洋森林”,其生态系统具有很高的生物多样性和重要的生态功能,珊瑚礁为许多动植物提供了生活环境,其中包括蠕虫、软体动物、海绵、棘皮动物和甲壳动物,此外,珊瑚礁还是大洋带的鱼类的幼鱼生长地。
由于全球气候变暖、自然灾害、海水消耗、过度捕捞、海水污染等原因,导致珊瑚礁的衰退现象严重。世界珊瑚礁现状调查显示,全世界19%的珊瑚礁已经消失,15%的珊瑚礁在10~20年内将有消失的危险,20%的珊瑚礁在20~40年内将面临消失。珊瑚礁生态修复的主要方法包括有性生殖法(sexualreproduction)、珊瑚移植法(transplantation)、底质改良法等。有性生殖法是通过自然产卵产生的珊瑚幼虫来培育珊瑚幼体,再将幼体进行移植;珊瑚移植是把珊瑚整体或者部分移植到退化区域,以改善退化区的生物多样性,这是过去几十年来修复珊瑚礁的主要手段;底质改良是通过稳固底质或在底质中增加化学物质,以吸引珊瑚幼虫的附着和珊瑚的生长。
1.4人工鱼礁构建技术
人工鱼礁水动力学特征研究可以为人工鱼礁的选址和设计的优化提供科学依据。了解人工鱼礁水动力学性能需要首先研究人工鱼礁受水流作用时受力的情况和人工鱼礁内部及其周围流场的实际分布情况,其研究方法主要有理论分析、模型实验和数值模拟等。黑木敏郎与中村充在回流水槽中,观察和测定了圆筒形、四角形鱼礁模型周围水流的变化。Fujihara等运用数值计算法对设置鱼礁后的定常层流水域的流场变化进行研究,得到了鱼礁流场的上升流范围及分布特点。国外学者的研究表明:在鱼礁的阻流作用下,鱼礁下游的流场根据紊动程度可分为3个区域:紊流区、过渡区和未受扰动区。通透性礁体和非通透性礁体所产生的紊流区长度比和高度比均不同,通透性礁体的高度比小于1,长度比小于4,而非通透性礁体的高度比一般要大于1而略小于2,而长度比小于14。
合理的选址是人工鱼礁规划设计的基础。人工鱼礁投放区域的选择是否合理关系到其功能能否正常发挥,投放区域不当会造成人力与财力的损失,并有可能对生态环境造成破坏。李文涛等认为人工鱼礁的选址涉及地质科学、海洋科学、气象科学、生物科学、社会学等多个学科,需要考虑海洋物理环境、生物环境和社会等多种因素,其中国家的海洋功能区划以及海底底质类型、水深、水流等因素在人工鱼礁的选址中是必须首先考虑的;王飞等根据水深、底质类型、地形坡度、生物密度、平均流速、离岸距离等影响人工鱼礁选址的因素,并根据各影响因子的重要性程度确定其权重,建立了舟山海域人工鱼礁选址的多因子综合评价模式。
Tian对台湾省老鼠屿沿岸海区的五个预选礁区进行了综合性的选址研究,研究内容包括了海底地形、地貌、底质特性以及海况,调查中使用了回声测深仪、旁扫声纳、重力岩心提取器、地质测试仪、GPS、ADCP(多普勒流速剖面仪)和ROV(水下机器人)等先进的仪器设备。
2海洋生物资源养护技术
2.1人工增殖放流技术
增殖放流是恢复渔业资源、优化水生生物群落结构、提高渔业生产力的有效手段,其形式是通过向天然水域投放鱼、虾、蟹、贝类等各类渔业生物的苗种来达到恢复或增加渔业资源种群数量和资源量的一种方法。19世纪中期,美国、加拿大对红点鲑进行了移植孵化实验,后来又将一种溯河性鲱鱼从北美大西洋沿岸移植到太平洋沿岸,并形成了有价值的自然种群。挪威、英国、丹麦和芬兰也先后进行了鳕鱼和鲆鲽类的资源增殖工作。日本于20世纪60年代提出“栽培渔业”概念,并在濑户内海进行了对虾、真鲷、梭子蟹和盘鲍的放流增殖工作,至2002年,日本放流水产苗种已达83种。
长距离洄游的大麻哈鱼类是目前世界上规模最大、最有成效的增殖种类,前苏联、日本、美国和加拿大等国先后进行了大麻哈鱼的增殖放流,放流数量每年高达30余亿尾,回捕率高达20%。目前世界上有94个国家开展了增殖放流工作,其中64个国家开展了海洋增殖放流工作。
我国近海渔业资源放流工作起步较晚,自20世纪70年代中后期开展对虾增殖放流以来,已经开展了海蜇、三疣梭子蟹、金乌贼、曼氏无针乌贼、梭鱼、真鲷、黑鲷、大黄鱼、牙鲆、黄盖鲽、六线鱼、许氏平鲉等游泳生物以及虾夷扇贝、魁蚶、海参以及盘鲍等底栖生物增殖放流工作,其中中国对虾的增殖和移植、海蜇的增殖、虾夷扇贝的底播移植等工作已初具生产规模和显著的经济效益;但在增殖放流过程中,存在管理体制不够健全、资金投入相对不足、科学研究相对薄弱,缺乏规范的增殖放流技术规程等问题。农业部下发了《全国水生生物增殖放流总体规划(2011—2015年)》,规范和细化了各海域增殖放流任务,提出了渤、黄、东海及南海具体适宜增殖放流的种类,对45种经济物种的适宜放流海域进行了规划。
2.2多营养层次综合增养殖技术
多营养级的综合养殖模式(integratedmulti-trophicaquaculture,IMTA)是近年提出的一种健康、可持续发展的海水养殖理念。对于资源稳定、守恒的系统,营养物质的再循环是生态系统中的一个重要过程,由不同营养级生物,如投饵类动物、滤食性贝类、大型藻类和沉积食性动物等组成的综合养殖系统中,系统中一些生物排泄到水体中的废物成为另一些生物的营养物质来源。因此,这种方式能充分利用输入到养殖系统中的营养物质和能量,可以把营养损耗及潜在的经济损耗降到最低,从而使系统具有较高的容纳量和经济产出。近年来,作者所在的研究团队针对浅海筏式、底播和岛屿的不同特点和增养殖对象的生态特征,研发了筏式贝-藻-参综合养殖、藻-鲍-参生态底播增养殖和离岸岛屿生态增养殖等多营养层次的综合增养殖新技术。
3海洋牧场建设技术
海洋牧场(oceanranching)是一个新型的增养殖渔业系统,即在某一海域内,建设适应水产资源生态的人工生息场,采用增殖放流和移植放流的方法,将生物种苗经过中间育成或人工驯化后放流入海,利用海洋自然生产力和微量投饵育成,并采用先进的鱼群控制技术和环境监控技术对其进行科学管理,使其资源量持续增长,有计划且高效率地进行渔获。建设海洋牧场需要一整套系统化的渔业设施和管理体制,如人造上升流、人工种苗孵化、自动投饵机、气泡幕、超声波控制器、环境监测站、水下监视系统、资源管理系统等。海洋牧场的构想最早是由日本在1971年提出。
1978~1987年,日本开始在全国范围内全面推进“栽培渔业”计划,并建成了世界上第一个海洋牧场——日本黑潮牧场。韩国于1994~1996年进行了海洋牧场建设的可行性研究,并于1998年开始实施“海洋牧场计划”,该计划试图通过海洋水产资源补充,形成牧场,通过牧场的利用和管理,实现海洋渔业资源的可持续增长和利用极大化。美国于1968年提出建造海洋牧场计划,1972年付诸实施,1974年在加利福尼亚建立起海洋牧场,利用自然苗床,培育大型藻类,效益显著。我国在20世纪80年代曾提出开发建设海洋牧场的设想,90年代又有学者对南海水域发展海洋牧场提出建议,并对南海水域进行了多项综合和专项调查,为开发建设海洋牧场提供了背景资料和技术储备。目前中国海洋牧场的开发还仅限于投放人工渔礁和人工放流,并且由于规模较小,形成的鱼礁渔场对沿岸渔业的影响甚微。
海洋生境修复和生物资源养护的监测与评价
1海洋生境修复和生物资源养护系统的监测
生态系统的监测是海洋生境修复和生物资源养护计划的重要组成部分,监测信息的收集是决定恢复生态系统管理方式的重要环节,通过监测可以确定修复工程是否向既定目标发展。因此,制定监测实施标准和规程对于复杂的监测活动十分必要,如美国的加利福尼亚区域海带修复计划中制定了海带恢复和监测规程,规程为参与潜水的志愿者列出了详细注意事项,以保证监测的一致性和精确性;全球海草监测计划(SeagrassNet)也制定了有关海草恢复的监测规程、野外取样和数据处理的注意事项、科学监测手册等。
监测主要分修复前监测和修复的长期监测。通过修复前监测,可以了解生境和生物资源的受损程度,确定现存生态系统的特点,并有助于确定恢复的目标和恢复方式。修复的长期监测是自修复计划正式实施以后对修复的全过程进行的监测,通过长期的系统监测可以对比修复系统与自然系统的特点,便于准确确定退化生态系统修复的生态变动过程及变动方向。
2海洋生境修复和生物资源养护效果的评价
在复杂的环境条件作用下,恢复的目标和效果可能会偏离既定的恢复轨道,因此,对海洋生境修复和生物资源养护效果进行评价是十分必要的。当前对恢复和自然生态系统及其功能参数特征的变异性了解还不够深入,因此,海洋生境修复和生物资源养护效果的评价方法与技术手段也相对复杂。生态修复效果评价的主要方法有直接对比法(directcomparison)、属性分析法(attributeanalysis)和轨道分析法(trajectoryanalysis)。评价生态修复效果应用最广泛的方法是直接对比法,即对比恢复的和自然的生态系统的结构与功能参数,包括生物和非生物环境参数;属性分析法是将恢复的生态系统的属性转化为定量和半定量的数据,以确定生态系统中各属性要素的恢复程度;轨道分析法是一种正处于研究过程中但比较有应用前景的方法,该方法通过定期收集恢复数据并绘制成趋势图,以确定恢复的趋势是否沿预定的恢复轨道进行。
恢复的生态系统的评价标准较为复杂。从生态学角度,恢复的生态系统应包含充足的生物和非生物资源,其能够在没有外界协助的情况下维持自身结构和功能的持续正常运转,且具备能够应对正常环境压力和干扰的抗性。国内外在采用系统模型评价修复效果方面的研究取得了一定进展。Madon等提出了用于规划湿地恢复的生物能量学模型(bioenergeticsmodels),该模型可以用于评估不同环境条件下鱼类的生长情况,华盛顿大学的研究人员利用该模型评估了河口湿地系统恢复过程中鲑鱼幼鱼的生长情况。Pickering等运用成本效果分析(CEA)、成本效益分析(CBA)和条件价值评估(CVM)等方法从生态学角度评价了人工鱼礁修复近海生态系统的潜力。
Pitcher等采用生态系统空间模拟技术(ECOSP-ACE)预测了香港禁捕保护区内人工鱼礁的资源和渔业的效益。
海洋生境修复和生物资源养护的综合管理
海洋生境修复和生物资源养护的管理是海域管理的重要组成部分,涉及对海洋生态系统的全面了解以及对生境修复和生物资源养护的监测与研究。海洋生境修复和生物资源养护的管理应该从规划开始,一直持续到修复效果达到预定目标。管理的目标是保障修复行动和修复效果的有效性。近年来,基于生态系统的管理(ecosystem-basedanagement,EBM)理念得到充分重视与发展。基于生态系统的管理是一种较为先进的资源环境管理方式,其核心内容是维护生态系统的健康和可持续,该理念强调从海洋生态系统整体出发制定渔业管理决策,并运用多学科知识,加强各部门合作,实现资源开发与生态保护相协调。适应性管理(adaptivemanagement)是海洋生境修复和资源养护中强调的另一种管理模式,该模式承认恢复计划指定过程中无法预测某些不确定发生的事件,管理的目标是解决实施过程中出现的这些不确定事件。该模式涉及附加恢复计划的实施,恢复系统中部分区域的实验研究、不同环境条件下的并行研究计划实施、评估整个过程有效性的实施等。适应性管理的模式广泛应用于海洋生境修复和生物资源养护实践中。
海洋生境修复和生物资源养护研究展望
海洋生境的退化与生物资源的衰退引起了国内外的高度重视,在典型生境的修复、关键物种的保护、修复效果的监测与评价、修复的综合管理等方面取得了较为显著的成效,对缓解海洋生态环境的持续恶化与生物资源的持续衰退起到了重要作用;但在生境修复与生物资源养护原理、生态高效型设施设备、生境修复与生物资源养护新技术、监测评价与管理模型、标准和规范等方面开展的研究与实践工作相对较少,也是制约海洋生境与生物资源持续利用的关键因素,这也必将成为未来研究工作的重点和热点。
1生境修复和生物资源养护原理
生境修复与生物资源养护原理是开展生态系统恢复计划的依据。不同环境条件下的演替规律、功能群结构与功能、不同干扰条件下生态系统的受损过程及其响应机制、生态系统退化的诊断及其评价指标体系依然是未来研究工作的重点。
2生态高效型生境修复和生物资源养护设施设备
生态高效型设施设备的研发是生境修复与生物资源养护工作的基础。该领域未来工作的热点将主要集中在生态高效型人工鱼礁、藻礁与海珍品增殖礁的研发,资源与环境远程监测设施设备的研制,水下摄像与测量仪器的研制等方面。
3环境友好型生境修复和生物资源养护新技术
生境修复与生物资源养护技术是实现预期修复效果的核心。未来研究的重点将集中在生境修复与生物资源养护关键物种的筛选与功能群构建技术、碳汇渔业新技术、海洋牧场构建技术、智能型远程监测与预警预报技术等方面。
4海洋生境修复和生物资源养护监测、评价与管理模型
中图分类号:D922.5 文献标识码:A
在国际环境法上,根据自然资源是处于一国控制下、还是为几个国家共同享有、或是为了所有国家利益而共同享有这三种情况,不同的自然资源的法律地位也有所不同。第一类“处于一国控制下的自然资源”的法律地位,一个国家的原则,对自然资源的永久要求,自然资源分配给各国家的根据建立分隔它们各自的陆地领土和领海的边界。首先见于联合国大会1803(ⅩⅦ)号决议中,该决议宣称“人民和国家对自然财富和自然资源的永久”。1972年联合国大会《建立国际经济新秩序宣言》重申了国家对自然资源永久和国有化的权利。自然资源永久也为《国际经济权利义务》、《斯德哥尔摩宣言》、《里约环境与发展宣言》(简称《里约宣言》)《生物多样性公约》等国际性协定或宣言所确认。 第二类资源即“共享自然资源”(Shared Natural Resources)是不完全属于一国排他的控制范围,但也不是所有国家的共同财产,它们指那些处于一国领土或权利内,但其它国家基于如“历史性权利”也有存在固有权利的资源,包括国际水道、区域大气和迁徙物种等。共享自然资源要受到跨境合作和公平利用的义务的制约。 第三类资源即“共同自然资源”(Common Natural Resource)则具有“共同财产” (Common Property)的法律地位,即这类资源是任何国家或国家集团都不能对其持绝对的权利,任何国家都可以对其进行开采的资源。
一、共同财产原则的内涵
在国际法上,共同财产主要是指位于国家管辖范围外的财产,其中,公海及公海上空空间是最重要的共同财产的实例。 国际法的原则是:这些共同空间供所有国家合法和合理的开放使用,而并不分配给哪一国家对它享有排他。 因此,举例来说,根据国际法院的决定,所有国家在公海捕鱼必须合理利用其捕捞能力,以保护自然资源和其他国家的合理利益。正如我们已经看到的,国际法要求各国防止、控制污染或环境损害的原则已经扩展到对共同空间的保护上来,这些共同空间目前是由一系列为此目的的多边条约调整的。
共同财产的原则也扩展到这些共同空间的大部分生物资源上来,包括公海鱼类、哺乳动物和鸟类等,这一观点早在“白令海海豹案”仲裁裁决中得到了确认;而且,随后又在公约中得到编纂。栖息于共同空间或在其间迁徙的鸟类和其他野生物种也被同样看待。一旦生物资源被认定为是属于这种意义上的共同财产,则财产的使用者对财产没有排他的权利,也无权阻止其他国家参与共同开发资源。然而,这种生物资源一旦被俘获或者取得,就会成为专有的财产而被某一国家或个人所拥有。
二、共同财产原则的性质分析
共同财产原则不同于最近新兴的“共同继承遗产”(Common Heritage of Mankind)概念,后者是一种适用于特定矿产资源的专门机制,也不同于“共享自然资源”,正如上面所述,就“共享自然资源”而言,权利虽不是由单一国家享有但是由有限的国家共同分享的;资源不是由任何一个国家完全独自占有和控制,《各国经济权利和义务》第3条法令规定:对于两国或国以上所共有的自然资源的开发,各国应合作采用一种报道和事前协商的制度,以谋对此种资源作最适当的利用,而不损及其他国家的合法利益。而在国家环境法上,需要重点区别“共同财产”和“人类共同遗产”两个概念,进而明确这两个原则之间的区别。
“人类共同遗产”的概念首次由马耳他代表公开在联合国大会上提出,旨在建立为全人类利益开发海床资源的新机制奠定基础。该术语之后体现在1979年《关于各国在月球和其他天体上活动的协定》(简称《月球协定》)和《联合国海洋法公约》中,并就此被限定在这两个国际法文件中。 尽管这两个公约都将这一概念适用于国家管辖范围外的区域,但它们在此仅指非生物资源,这也是考虑到法律上的目的。
共同财产和共同继承遗产的区别在于:
第一,原则指向的资源不同:共同财产指向的是公海、公海中的生物以及公海上方生存或迁徙的鸟类等资源。人类共同遗产则是特别适用于特定矿产资源的新机制,特别指向的是公海海床和洋底及其底土 以及月球。
第二,对资源的利用宗旨不同:共同财产重点在对国家的限制,而不在于对这类资源的保护。因此,当这一概念适用在公海及生物资源时,其显著特点就是这种资源不属于任何国家所有,不是或权利,而是可以被各国自由利用和开发。人类共同遗产则强调对资源的利用必须是为全人类的利益而进行的,开发、利用和保护必须由公约规定的代表全人类的国际管理机构进行,如《联合国海洋法公约》第137条第1款规定,“任何国家不应对区域内任何部分或资源主张或行使或权利,任何国家或自然人或法人,也不应将区域或其资源的任何部分据为已有”,第2款接着规定,“对区域内资源的一切权利属于全人类,由管理局代表全人类行使”。另外,人类共同遗产允许所有国家分享,即便并非所有国家都能参加实际的开采活动。
三、共同财产原则在国际环境法领域的适用
如前文所述,共同财产原则指向的资源主要是公海、公海中的生物以及公海上方生存或迁徙的鸟类等资源。之所以将生物资源划定为共同财产,其中一个重要因素,一般认为这些资源是如此丰富,以至于主张或维持对这些资源的专有权利的成本将会大于所获得的收益。在这种情况下,开放性的准人机制对每个国家都有好处。然而,正如哈丁(Hardin)所指出的,“共同财产的固有逻辑会无情地产生悲剧”, 因为免费获取资源会毫无悬念的导致过度开采,进而减小任何国家在保护和限制开采上的利益。如果没有所有开采国的一致支持,共同财产资源就不可能得到有效保护;一旦资源开发已经成为既定事实,就很难再使共同财产得到保护。随着资源逐渐减少,某些种群或物种的价值逐渐升高,人们对于()排他性的成本和收益问题的看法发生了变化。1950年以后的公海鱼类资源就出现了这种情形,在此种压力下,各国纷纷扩大了它们对海洋或海床底资源的管辖权。
鱼类资源通常被认为是共同财产,容易引发“公地悲剧”。 在社会的不断进步和发展过程中,沿海国对鱼类资源排他性管辖权的扩大与远海国(distant water states)主张的公海自由之间产生了大量冲突。在1974年“冰岛渔业案”中,国际法院对公海鱼类资源作为共同财产的性质作出了重要分析。尽管它承认既有的捕鱼国在沿海国12海里的捕鱼专区之外仍继续享有公海权利,但却认为所有有关国家都负有合理利用的义务,该义务要求所有当事国充分考虑到鱼类资源养护的需要,并且允许沿海国在分配公海鱼类储量上享有优先权。在法院看来,所有当事国都有义务善意进行协商以公平解决争议。
由于以下两个理由,这一判决无疑是重要的。首先,该判决为把世界大部分鱼类资源更加彻底地转让给沿海国管辖开辟了道路,这种做法在联合国第三次海洋法会议获得了效力,并且被沿海国以200海里专属捕鱼区或专属经济区的方式迅速地采纳了。事实上,从陆地牧场到渔业区域,许多共同财产资源并不完全是开放给所有人自由获取的;它们中的许多资源是由一些有专门管理机构的组织来使用的。 因此,海洋生物资源的大多数现在已经不是共同财产了,尽管还存在一些重要的例外,如高度洄游物种、其他迁徙于沿海和公海的物种以及位于一国海洋区域之内但他国可以开发的其他物种。 而且在许多情况下,从共同财产转变而来的资源并不意味着它们落入了某一国家的专属管辖范围之内,而是构成了洄游于各沿海国家管辖区域的共享种群,正如北海或地中海资源那样,对此,公平利用原则将得以适用。因此,即使位于一国海洋边界之内,但对这些资源的养护国际社会还是有重大利益的。
其次,“冰岛渔业案”首次表明,在习惯法上,国家不仅有义务公平分配共同资源,而且还要为了可持续利用的未来利益而进行资源养护。在这个意义上,养护已经成为许多多边渔业协定的基础,从1958年《公海捕鱼和生物资源保护的日内瓦公约》开始,到最近的对1982年《联合国海洋法公约》有关条款予以具体化的1995年《高度洄游鱼类协定》都是这样。养护的内容也在许多野生生物协定中得到承认,而且也与《世界自然保护战略》和布伦特兰委员会所赞同的对可持续利用的强调相一致。
然而,在实施养护措施以限制过度开采和确保可持续利用上仍然存在各种问题,无论这些措施是基于共同财产还是专有管辖的解决方法。“养护”的概念尽管是建立在可持续的基础上,但仍然与满足人类需要密切相关。而且,无论如何措辞表达,例如合理使用、公平利用、养护或者可持续使用的义务,尽管是有用的指导,但是,它们经常太过含糊和笼统以至于在实践中没有什么用处。在这些情况下,至关重要的是,所有国家涉及共同空间和共同财产的活动都应置于国际一致同意和制定的养护和环境控制机制之下。这些一般最好是通过条约来设定和实施,并由政府间委员会或类似机构监督执行,这些机构能够定期以灵活的和持续的方式制定必要的规则,以更好的适应变化着的科技知识和建议以及变化中的经济、社会和政治形势。因此,共同空间的保护及其生物资源的养护和可持续利用是一个复杂的问题,其中,科学、道德、伦理、政治、经济、社会和技术因素难以分开地交织在一起,并且时常发生冲突。共同财产可以为农村等贫困人口提供一定的优势,特别是提倡通过促进公平获得生存资源。因此在国际环境法上起着非常重要的作用。
(作者:中国政法大学研究生院2011级民商经济法学院环境与资源保护法学研究生)
注释:
刘丹:《海洋生物资源保护的国际法》,上海人民出版社2012年版,第7页。
1978年联合国环境规划署《保护与协调利用两个或多个国家共享自然资源的环境行为原则》原则1。
【英】帕特莎??波尼、埃伦?波义儿著,那力、王彦志、王小钢译:《国际法与环境》,高等教育出版社2007年版,第131页。
1958年《日内瓦公海公约》第1、2条;1982年《联合国海洋法公约》第87、89条;1967年《外层空间》第2条。
同3,第133页。
1958年《日内瓦公海公约》第1、2条;1958年《捕鱼及养护生物资源公海公约》;1982年《联合国海洋法公约》第87、136条;1978年《月球协定》第11条。
【英】帕特莎??波尼、埃伦?波义儿著,那力、王彦志、王小钢译:《国际法与环境》,高等教育出版社2007年版,第132页。