基于Stella的防城港珍珠湾及其邻近海域渔业生态承载力分析

摘要［目的］了解防城港珍珠湾及其邻近海域渔业生态承载力状况。［方法］基于生态足迹的算法，对该海域2015—2020年的生态足迹进行计算，研究其渔业生态现状，并基于Stella软件建立渔业生态足迹动态模型。［结果］2015—2020年珍珠湾及其邻近海域渔业生态足迹处于逐步下降趋势；其中渔业生态足迹包括海水养殖及海洋捕捞两部分，前者占比较小，低于10%，且两者属于同步下降趋势。防城港周边海域海洋捕捞总量在2015—2020年呈下降趋势，渔业生态承载力同样处于下降趋势，说明珍珠湾及其邻近海域的渔业资源状况处于超载状态，难以满足人均需求。对研究结果进行模拟分析显示，珍珠湾附近海域海洋捕捞产量的模拟值与实际值差异相对较小，偏离度Dt介于1.01%～3.11%，满足95%的置信度要求。［结论］生态赤字较为明显，建议进一步完善渔业资源承载力预警机制，为推进渔业资源保护及养护提供理论支持。

关键词珍珠湾及其邻近海域；Stella软件；渔业生态足迹；渔业生态承载力

中图分类号F326.4文献标识码A

文章编号0517-6611（2023）08-0058-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.08.014开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Analysis of the Fishery Ecological Carrying Capacity in Pearl Bay and Its Adjacent Waters Based on Stella

LIU Man-ting WANG Liang-ming YANG Chang-ping et al（1.South China Sea Fisheries Research Institute，Chinese Academy of Fishery Sciences，Guangzhou，Guangdong 510300;2.Key Laboratory of Marine Ranch Technology，Chinese Academy of Fishery Sciences，Guangzhou，Guangdong 510300）

Abstract［Objective］To understand the status of fishery ecological carrying capacity in Fangchenggang Pearl Bay and its adjacent waters.［Method］Based on the ecological footprint algorithm，the ecological footprint of the sea area from 2015 to 2020 was calculated，the status quo of its fishery ecology was studied，and the dynamic model of fishery ecological footprint was established based on Stella software.［Result］From 2015 to 2020，the fishery ecological footprint in the waters near Pearl Bay was on a gradual decline.The fishery ecological footprint included mariculture and marine fishing，and the former accounts for a relatively small proportion，less than 10%，and both belong to a synchronous decline trend.The total capture of marine fishing in the sea area around Fangchenggang had a decreasing trend during 2015-2020，and the fishery ecological carrying capacity was also in a decreasing trend，indicating that the carrying capacity of fishery resources in Pearl Bay cannot meet the demand of fishery resources per capita，and the condition of fishery resources was in overload.Simulation analysis of the study results showed that the differences between the simulated and actual values of marine fishing production in the sea area near Pearl Bay were relatively low，and the deviation （Dt） ranged from 1.01% to 3.11%，which met the 95% confidence level requirement.［Conclusion］The ecological deficit is still relatively obvious，it is recommended to further improve the early warning mechanism of the fishery ecological carrying capacity，and provide theoretical support to promote the protection and conservation of fishery resources.

Key wordsPearl Bay and its adjacent waters; Stella software; Fishery ecological footprint; Fishery ecological carrying capacity

珍珠湾海域位于防城港市江山半岛南端至京岛海域，海岸线长度约为65 km，海域面积约为166 km2。该海域具有优越的自然条件、丰富的饵料生物、较高的海洋生物多样性及优良的生态环境，是多种重要水生生物的种质资源库，也是广西沿岸海域最重要的渔业水域之一。海湾环境适宜多种海洋生物的繁殖和生长，如珍珠、石斑鱼及鲎等具有较高经济价值的海产品，是发展增养殖型渔业的适宜海域［1-4］。渔业生态承载力可理解为在保证渔业资源可持续发展同时，对其达到最大限度的开发利用，即在追求生态平衡情况下合理合法地开发海洋渔业资源［5-6］。近几十年来，随着人口增长和经济发展，近海渔业资源早已处于过度开发状态，日趋枯竭，资源形势不容乐观［7］。先前的研究已表明对海洋可持续发展作出评价的前提是大力开展近海渔业生态承载力的分析；同时，近年来对渔业资源最大利用限度的相关研究已逐步成为重要的热点之一，相关研究对渔业经济可持续发展具有非常重要的意义［5］。目前生态承载力评价的方法可概括为以下4类［8-9］：种群数量的Logistic法、供需平衡法、指标体系法、系统模型法。其中属于供需平衡法的生态足迹法被应用于该研究中，加拿大著名学者William E Rees于1992年首次提出了生态足迹（ecological footprint）概念，基于此概念发展了一种对生态可持续发展能进行定量测算的方法［10-11］，这一方法本质上是通过将某一地区内消费的所有资源及对所有废弃物进行吸收并转化为生产性土地面积，并将其与该地区所能提供的生产性土地面积进行定量比较，从而进一步分析地区生态利用的可持续性［12-13］。渔业生态承载力也可认为是指某海域所能提供的渔业资源的生产性海域面积，经William E Rees学者进一步改进和发展后，已形成较为完善的生态足迹模型，成为一种度量人类活动等行为对生态系统影响的新途径［10］，目前国内外针对生态足迹的研究逐渐增多，相关研究主要包括生态足迹的理论发展［14-15］、计算方法［16-17］及区域评估案例［18-19］等；然而国内在应用生态足迹法评估区域海域渔业生态承载力方面相对缺乏，该研究以防城港珍珠湾及其邻近海域为例，借助数学建模方法，建立该海域的生态足迹模型，为渔业生态承载力评估提供一定的技术支撑，从而促进资源的可持续利用。

1资料与方法

1.1研究区域概况研究区域选择防城港珍珠湾及其邻近海域，位于我国北部湾沿岸海域，地理位置为21°19.5′～21°35.5′N、108°9′～108°14.5′E（图1）。根据此次调查的站位布设范围并结合相关资料，珍珠湾内面积超过100 km²，湾外调查海域面积超过200 km²，试点海域的总面积超过300 km²；该研究选取防城港市珍珠湾周边海域作为试点区域，综合分析海域资源、生态环境及社会经济等方面的因素，运用Stella软件中的指标体系分析法探讨试点海域内渔业资源的可载情况，结合渔业生态足迹算法，定量分析试点海域渔业资源对人类开发活动等的承载力状况，从而更好地为广西其他海域的渔业资源承载能力评估提供参考依据。

1.2渔业生态足迹模型构建该研究主要基于Stella 9.1.3软件，模型构建主要结合渔业生态足迹原理［20］，构造了防城港珍珠湾及其邻近海域简单的渔业生态足迹动态模型。模型主要包含饵料、渔业资源、渔业生态承载力、渔业生态足迹4个模块。图2详细描述了模块间的相互关系。饵料模块包括浮游植物、浮游动物和底栖生物的资源变动，该模块与渔业资源模块间能产生直接的相互作用，同时饵料模块中饵料的变动对区域内渔业资源容量的变动具有决定性作用；渔业资源模块还与物种生长、死亡和饵料丰度具有显著的相关性。

依据各模块之间的因果关系，该研究采用Stella 9.1.3软件对各模块因子进行流程图构建。首先确定某一变量的初始值，而后通过模型的进一步运算得到所设置变量的值或曲线［21］。建模过程中，首先将模型参数及各个变量等对应的图表输入至模型的Model页面中，然后将各个元素用黑色箭头来联系创立一定的函数关系，最后切换到模型中的Equation界面来输入最终的函数表达式（图3）。

1.2.1饵料模块。在近海海洋生态系统中，浮游植物作为生产者能通过食物链将能量和营养物质传递给浮游动物、底栖动物和其他高级消费者。根据此次试点海域的2个航次海洋生态调查结果，珍珠湾周边海域浮游植物的初级生产力为21.18 mg/（m²·d）（以C计），根据此次调查的站位布设范围并结合相关资料，珍珠湾及其邻近海域的总面积超过300 km²［2-3］，经计算得出该海域的年产碳量为2.32×10⁶ kg。将1 g碳换算为10 g鲜重物质，得出试点海域浮游植物的鲜重为2.32×10⁷ kg，并将该值作为浮游植物生物量的初始值。根据中国水产科学研究院南海水产研究所2007—2008年在南海北部调查取得的分析结果显示，南海海域初级生产者向上传递能量的平均转化效率为11.5%，故可简易逐级推算出食物链各级组成的生物量。为了保证模型的运行，结合珍珠湾及其邻近海域生态系统的基本组成特征，将资源生物发育至成熟状态的平均需饵率估算为0.15，各类群饵料生物的生长与死亡率估算为0.2。

对珍珠湾及其邻近海域生态系统的渔业资源年生产力（即渔业资源容纳量）的估算按以下公式进行［22］：

B=P×Eⁿ （1）