人工鱼礁生态系统是一个受到人为调控的生态系统，鱼礁投放引起的光、音、声、水体流态等物理环境变化，为海洋生物繁殖、生长和栖息提供了有利条件，这些非生物环境和礁区生物群落之间相互影响和制约形成了鱼礁生态系统。鱼礁生态系统是一个开放式系统，和周围海区时刻进行着物质和能量的交换，礁区环境理化因子和生物因子在内力和外力共同作用下不断变化。生态系统健康是其发挥服务功能和可持续发展的前提，Rapport等(1998)提出，生态系统健康是指其具有稳定性和持续性。Costanza等(1998)认为，健康生态系统受到胁迫后能在一定时间恢复，维持其组织结构和功能的平衡。生态系统健康概念的提出时间虽然很短，却得到不同领域学者的重视，广泛应用在森林、草原、海洋、湖泊等陆地和水生态系统中(Munawar et al, 1993; Evans, 1993; Rosenberg et al, 1994; Sonstegard et al, 1984; Xu, 1996; Malley et al, 1992)。因此，为提高人工鱼礁建设、开发和管理工作的科学性和可持续性，在礁区投入建设后，应定期对人工鱼礁区生态系统健康状况进行评价。目前，国内外学者对人工鱼礁生态效应的研究多集中在单个或少量特征指标的分析上(张艳等, 2013; 王欣等, 2014)，对人工鱼礁生态效应及健康水平的综合评价研究较少，仅有尹增强等(2012)对东海区资源保护型鱼礁生态效果进行初步评价，佟飞等(2014)利用生态系统健康指标对俚岛人工鱼礁生态系统开展评价分析，陈应华(2009)对大亚湾大辣甲南人工鱼礁区进行了生态系统健康状况的研究。本研究将生态系统健康指数用于人工鱼礁建设效果评价，为人工鱼礁生态系统的可持续发展提供科学指导。

评价指标是构建生态系统健康模型的基础因子，合理选择评价指标是提高生态系统健康评价质量的关键。评价指标应满足独立性、完备性、针对性和可操作性原则。根据国内外对海洋生态系统健康的相关研究，结合人工鱼礁生态系统的结构特征，选择pH值、无机氮，活性磷酸盐、化学需氧量、溶解氧、悬浮物、氮磷比、沉积物硫化物、沉积物石油类、沉积物中金属(Cu、Hg、Zn、Cd、Pb、As)、底栖生物多样性阈值、底栖生物生物量、浮游植物多样性阈值、浮游植物生物量、浮游动物多样性阈值、浮游动物生物量和渔业资源多样性阈值，共22个评价指标。

人工鱼礁生态系统水质环境指标评价按照海水水质标准(GB3097-1997)，沉积物环境指标评价按照海洋沉积物质量(GB18668-2002)，生物因子评价指标按照近岸海洋生态健康评价指南(HY/T087-2005) (表 1)，对以上3个标准中没有包含的指标，参考国内外相关研究成果，氮磷比指标参照潜在性富营养化级数分类标准(表 2)，生物多样性阈值参照陈清潮等(1994)提出的分级标准(表 3)。

表 1(Tab. 1)

表 1 海湾生态系统生物评价指标 Table 1 Evaluation indicator for bay ecosystem organism 评价项目 Evaluation item 评价等级 Evaluation grade Ⅰ Ⅱ Ⅲ 浮游植物密度 Density of phytoplankton (×105 ind/m3) 1.5~15 0.3~1.5或15~20 < 0.3或 > 20 浮游动物密度 Density of zooplankton (×103 ind/m3) 4.5~12.5 3.0~4.5或12.5~15.0 < 3.3或 > 15.0 底栖生物生物量 Biomass of benthos (g/m2) 18.75~37.5 12.5~18.75或37.5~45.0 < 12.5或 > 45.0

表 1 海湾生态系统生物评价指标 Table 1 Evaluation indicator for bay ecosystem organism

表 2(Tab. 2)

表 2 潜在性富营养化级数分类 Table 2 Grade classification of potential eutrophication 氮磷比 N/P 无机氮 DIN (mg/L) 活性磷酸盐 IP (mg/L) 营养状况 Nutrient salt level 营养级 Grade 8~30 < 0.2 < 0.03 贫营养 Poor nutrient Ⅰ 8~30 0.2~0.3 0.03~0.045 中度营养 Medium nutrient Ⅱ 8~30 > 0.3 > 0.045 富营养 Rich nutrient Ⅲ > 30 0.2~0.3 - 磷限制中度营养 Medium nutrient with phosphorous limiting ⅣP 30~60 > 0.3 - 磷中等限制潜在性富营养 Potential eutrophication with medium phosphorous limiting ⅤP > 60 > 0.3 - 磷限制潜在性富营养 Potential eutrophication with phosphorous limiting ⅥP < 8 - 0.03~0.045 氮限制中度营养 Medium nutrient with nitrogenous limiting ⅣN 4~8 - > 0.045 氮中等限制潜在性富营养 Potential eutrophication with medium nitrogenous limiting ⅤN < 4 - > 0.045 氮限制潜在性富营养 Potential eutrophication with nitrogenous limiting ⅥN

表 2 潜在性富营养化级数分类 Table 2 Grade classification of potential eutrophication

表 3(Tab. 3)

表 3 生物多样性阈值分级评价标准 Table 3 Evaluation standard for the threshold of biodiversity 评价项目 Evaluation item 评价等级 Evaluation grade Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ 多样性阈值 Threshold of biodiversity < 0.6 0.6~1.5 1.6~2.5 2.6~3.5 > 3.5 等级 Grade 差 Poor 一般 Middle 较好 Preferable 丰富 Plentiful 非常丰富 High

表 3 生物多样性阈值分级评价标准 Table 3 Evaluation standard for the threshold of biodiversity

人工鱼礁生态系统健康评价包含多个指标，由于没有统一的度量标准，各指标之间没有规范的比较方法，为实现指标间的可操作运算，需对评价指标进行标准化处理。根据人工鱼礁生态系统评价指标相关分类和标准，采用阈值法对指标进行归一化处理，评价指标分为逆向指标、正向指标和适度指标，3个类型指标的计算公式如下：

逆向指标：

正向指标：

适度指标：

式中，x_i表示单项指标的实测值；x_max表示单项指标的最大值；x_min表示单项指标的最小值；a、b表示指标最佳范围阈值；k是指数。

根据所选人工鱼礁生态系统各评价指标的性质，按照公式1、2、3对其进行分类和标准化计算，参考对海湾生态系统健康水平分级评价标准(表 4)(李纯厚等, 2013)，指标隶属度函数采用抛物线形分布，其中，pH值、无机氮和活性磷酸盐隶属度函数k值为1，其他指标隶属度函数的k值由其对应的分指数≥0.6计算。

表 4(Tab. 4)

表 4 人工鱼礁生态系统健康水平分级 Table 4 Grade for health level of artificial reef ecosystem 项目 Item 健康指数分布 Distribution of health index [0~0.2) [0.2~0.4) [0.4~0.6) [0.6~0.8) [0.8~1.0) 1.0 评价等级 Evaluation level 病态 Sick 一般病态 Sore 亚健康 Sub-healthy 健康 Healthy 很健康 Healthier 最健康 Healthiest

表 4 人工鱼礁生态系统健康水平分级 Table 4 Grade for health level of artificial reef ecosystem

各指标在生态系统中的重要性存在差异，因此需要确定所有评价指标在生态效应中的权重，才能对生态系统健康状态做出准确判断。研究人员在权重分配问题上进行了大量的研究，将权重确定方法分为专家法、数学法及二者相结合。专家法主要有层次分析法、灰色关联度法等(胡婕, 2007)。本研究选用层次分析法对各项指标进行赋权，该方法是一种多目标、多准则的决策方法(Guelph, 1998; 郭金玉等, 2008)，已广泛用于不同生态系统健康评价，其原理是将复杂问题通过层次划分成具体指标使其条理化，由专家根据客观实际对每个层次上的各项指标进行模糊判断，再利用数学方法判断每层指标对上一层次的贡献率，通过层次递阶得到基础指标对研究对象的贡献率，即各项指标的权重。

表 5(Tab. 5)

表 5 评价指标归一化函数与标准 Table 5 Normalization function and standard of indicator 指标分类 Index category 指标 Index 隶属度函数 Fuzzy membership function 评价标准 Evaluation standard 水质环境 Water quality pH $ {\rm{EH}}{{\rm{I}}_{{\rm{pH}}}} = \left\{ \begin{array}{l} 1\\ 0 \end{array} \right. $ $ \begin{array}{l} 7.8 \le {\rm{pH}} \le 8.5\\ {\rm{pH}} < 7.8, {\rm{pH}} > 8.5 \end{array} $ 海水水质标准(GB3097-1997) 无机氮DIN $ {\rm{EH}}{{\rm{I}}_{{\rm{DIN}}}} = \left\{ \begin{array}{l} 1\\ \left({\frac{{0.3 - {\rm{EH}}{{\rm{I}}_{{\rm{DIN}}}}}}{{0.3 - 0.2}}} \right)\\ 0 \end{array} \right. $ $ \begin{array}{l} {\rm{DIN}} < 0.2\\ \\ 0.2 \le {\rm{DIN}} \le 0.3\\ \\ 0.3 < {\rm{DIN}} \end{array} $ 海水水质标准(GB3097-1997) 活性磷酸盐IP $ {\rm{EH}}{{\rm{I}}_{{\rm{IP}}}} = \left\{ \begin{array}{l} 1\\ \left({\frac{{0.045 - {\rm{EH}}{{\rm{I}}_{{\rm{IP}}}}}}{{0.045 - 0.03}}} \right)\\ 0 \end{array} \right. $ $ \begin{array}{l} {\rm{IP}} < 0.03\\ \\ 0.03 \le {\rm{IP}} \le 0.045\\ \\ 0.045 < {\rm{IP}} \end{array} $ 海水水质标准(GB3097-1997) 化学需氧量COD $ {\rm{EH}}{{\rm{I}}_{{\rm{COD}}}} = \left\{ \begin{array}{l} 1\\ {\left({\frac{{3 - {\rm{EH}}{{\rm{I}}_{{\rm{COD}}}}}}{{3 - 2}}} \right)^{0.11}}\\ 0 \end{array} \right. $ $ \begin{array}{l} {\rm{COD}} < 2\\ \\ 2 \le {\rm{COD}} \le 3\\ \\ 3 < {\rm{COD}} \end{array} $ 海水水质标准(GB3097-1997) 水质环境 Water quality 悬浮物SS $ {\rm{EH}}{{\rm{I}}_{{\rm{SS}}}} = \left\{ \begin{array}{l} 1\\ {\left({\frac{{10 - {\rm{EH}}{{\rm{I}}_{{\rm{SS}}}}}}{{10 - 0}}} \right)^{0.073}}\\ 0 \end{array} \right. $ $ \begin{array}{l} {\rm{SS}} < 0\\ \\ 0 \le {\rm{SS}} \le 10\\ \\ 10 < {\rm{SS}} \end{array} $ 海水水质标准(GB3097-1997) 溶解氧DO $ {\rm{EH}}{{\rm{I}}_{{\rm{DO}}}} = \left\{ \begin{array}{l} 0\\ {\left({\frac{{{\rm{EH}}{{\rm{I}}_{{\rm{DO}}}} - 5}}{{6 - 5}}} \right)^{0.11}}\\ 1 \end{array} \right. $ $ \begin{array}{l} {\rm{DO}} < 5\\ \\ 5 \le {\rm{DO}} \le 6\\ \\ 6 < {\rm{DO}} \end{array} $ 海水水质标准(GB3097-1997) 氮磷比N/P $ {\rm{EH}}{{\rm{I}}_{{\rm{N/P}}}} = \left\{ \begin{array}{l} 0\\ {\left({\frac{{{\rm{EH}}{{\rm{I}}_{{\rm{N/P}}}} - 8}}{{16 - 8}}} \right)^{0.077}}\\ {\left({\frac{{30 - {\rm{EH}}{{\rm{I}}_{{\rm{N/P}}}}}}{{30 - 16}}} \right)^{0.071}}\\ 0 \end{array} \right. $ $ \begin{array}{l} {\rm{N/P}} < 8\\ \\ 8 \le {\rm{N/P}} < 16\\ \\ 16 \le {\rm{N/P}} \le 30\\ \\ {\rm{N/P}} > 30 \end{array} $ 潜在性富营养化分级标准(表 2) 沉积环境 Sediment quality 硫化物Sulfide $ {\rm{EH}}{{\rm{I}}_{\rm{S}}} = \left\{ \begin{array}{l} 1\\ {\left({\frac{{300 - {\rm{EH}}{{\rm{I}}_{\rm{S}}}}}{{300 - 0}}} \right)^{0.049}}\\ 0 \end{array} \right. $ $ \begin{array}{l} {\rm{S}} < 0\\ \\ 0 \le {\rm{S}} \le 300\\ \\ 300 < {\rm{S}} \end{array} $ 海洋沉积物质量(GB18668-2002) 石油类TPHs $ {\rm{EH}}{{\rm{I}}_{{\rm{pet}}}} = \left\{ \begin{array}{l} 1\\ {\left({\frac{{500 - {\rm{EH}}{{\rm{I}}_{{\rm{pet}}}}}}{{500 - 0}}} \right)^{0.047}}\\ 0 \end{array} \right. $ $ \begin{array}{l} {\rm{pet}} < 0\\ \\ 0 \le {\rm{pet}} \le 500\\ \\ 500 < {\rm{pet}} \end{array} $ 海洋沉积物质量(GB18668-2002) 铜Cu $ {\rm{EH}}{{\rm{I}}_{{\rm{Cu}}}} = \left\{ \begin{array}{l} 1\\ {\left({\frac{{35 - {\rm{EH}}{{\rm{I}}_{{\rm{Cu}}}}}}{{35 - 0}}} \right)^{0.062}}\\ 0 \end{array} \right. $ $ \begin{array}{l} {\rm{Cu}} < 0\\ \\ 0 \le {\rm{Cu}} \le 35\\ \\ 35 < {\rm{Cu}} \end{array} $ 海洋沉积物质量(GB18668-2002) 汞Hg $ {\rm{EH}}{{\rm{I}}_{{\rm{Hg}}}} = \left\{ \begin{array}{l} 1\\ {\left({\frac{{0.2 - {\rm{EH}}{{\rm{I}}_{{\rm{Hg}}}}}}{{0.2 - 0}}} \right)^{0.096}}\\ 0 \end{array} \right. $ $ \begin{array}{l} {\rm{Hg}} < 0\\ \\ 0 \le {\rm{Hg}} \le 0.2\\ \\ 0.2 < {\rm{Hg}} \end{array} $ 海洋沉积物质量(GB18668-2002) 锌Zn $ {\rm{EH}}{{\rm{I}}_{{\rm{Zn}}}} = \left\{ \begin{array}{l} 1\\ {\left({\frac{{150 - {\rm{EH}}{{\rm{I}}_{{\rm{Zn}}}}}}{{150 - 0}}} \right)^{0.053}}\\ 0 \end{array} \right. $ $ \begin{array}{l} {\rm{Zn}} < 0\\ \\ 0 \le {\rm{Zn}} \le 150\\ \\ 150 < {\rm{Zn}} \end{array} $ 海洋沉积物质量(GB18668-2002) 镉Cd $ {\rm{EH}}{{\rm{I}}_{{\rm{Cd}}}} = \left\{ \begin{array}{l} 1\\ {\left({\frac{{0.5 - {\rm{EH}}{{\rm{I}}_{{\rm{Cd}}}}}}{{0.5 - 0}}} \right)^{0.082}}\\ 0 \end{array} \right. $ $ \begin{array}{l} {\rm{Cd}} < 0\\ \\ 0 \le {\rm{Cd}} \le 0.5\\ \\ 0.5 < {\rm{Cd}} \end{array} $ 海洋沉积物质量(GB18668-2002) 沉积环境 Sediment quality 砷As $ {\rm{EH}}{{\rm{I}}_{{\rm{As}}}} = \left\{ \begin{array}{l} 1\\ {\left({\frac{{20 - {\rm{EH}}{{\rm{I}}_{{\rm{As}}}}}}{{20 - 0}}} \right)^{0.067}}\\ 0 \end{array} \right. $ $ \begin{array}{l} {\rm{As}} < 0\\ \\ 0 \le {\rm{As}} \le 20\\ \\ 20 < {\rm{As}} \end{array} $ 海洋沉积物质量(GB18668-2002) 铅Pb $ {\rm{EH}}{{\rm{I}}_{{\rm{Pb}}}} = \left\{ \begin{array}{l} 1\\ {\left({\frac{{60 - {\rm{EH}}{{\rm{I}}_{{\rm{Pb}}}}}}{{60 - 0}}} \right)^{0.058}}\\ 0 \end{array} \right. $ $ \begin{array}{l} {\rm{Pb}} < 0\\ \\ 0 \le {\rm{Pb}} \le 60\\ \\ 60 < {\rm{Pb}} \end{array} $ 海洋沉积物质量(GB18668-2002) 浮游植物 Phytoplankton 密度(×105) Density $ {\rm{EH}}{{\rm{I}}_{{\rm{phy}}}} = \left\{ \begin{array}{l} 0\\ {\left({\frac{{{\rm{EH}}{{\rm{I}}_{{\rm{phy}}}} - 0.3}}{{1.5 - 0.3}}} \right)^{0.043}}\\ 1\\ {\left({\frac{{20 - {\rm{EH}}{{\rm{I}}_{{\rm{phy}}}}}}{{20 - 15}}} \right)^{0.039}}\\ 0 \end{array} \right. $ $ \begin{array}{l} {\rm{phy}} < 0.3\\ 0.3 \le {\rm{phy}} < 1.5\\ \\ 1.5 \le {\rm{phy}} \le 15\\ \\ 15 < {\rm{phy}} \le 20\\ {\rm{phy}} > 20 \end{array} $ 近岸海洋生态健康评价指南(HY/T087-2005) 多样性阈值 Threshold of biodiversity $ {\rm{EH}}{{\rm{I}}_{{\rm{div}}}} = \left\{ \begin{array}{l} 0\\ {\left({\frac{{{\rm{EH}}{{\rm{I}}_{{\rm{div}}}} - 0.6}}{{3.5 - 0.6}}} \right)^{0.7}}\\ 1 \end{array} \right. $ $ \begin{array}{l} {\rm{div}} < 0.6\\ \\ 0.6 \le {\rm{div}} \le 3.5\\ \\ {\rm{div}} < 3.5 \end{array} $ 生物多样性阈值评价标准(陈清潮等, 1994) 浮游动物 Zooplankton 密度(×103) Density $ {\rm{EH}}{{\rm{I}}_{{\rm{zoo}}}} = \left\{ \begin{array}{l} 0\\ {\left({\frac{{{\rm{EH}}{{\rm{I}}_{{\rm{zoo}}}} - 3.0}}{{4.5 - 3.0}}} \right)^{0.069}}\\ 1\\ {\left({\frac{{15 - {\rm{EH}}{{\rm{I}}_{{\rm{zoo}}}}}}{{15 - 12.5}}} \right)^{0.065}}\\ 0 \end{array} \right. $ $ \begin{array}{l} {\rm{zoo}} < 3.0\\ 3.0 \le {\rm{zoo}} < 4.5\\ \\ 4.5 \le {\rm{zoo}} \le 12.5\\ \\ 12.5 < {\rm{zoo}} \le 15\\ {\rm{zoo}} > 15 \end{array} $ 近岸海洋生态健康评价指南(HY/T087-2005) 多样性阈值 Threshold of biodiversity $ {\rm{EH}}{{\rm{I}}_{{\rm{div}}}} = \left\{ \begin{array}{l} 0\\ {\left({\frac{{{\rm{EH}}{{\rm{I}}_{{\rm{div}}}} - 0.6}}{{3.5 - 0.6}}} \right)^{0.7}}\\ 1 \end{array} \right. $ $ \begin{array}{l} {\rm{div}} < 0.6\\ \\ 0.6 \le {\rm{div}} \le 3.5\\ \\ {\rm{div}} < 3.5 \end{array} $ 生物多样性阈值评价标准(陈清潮等, 1994) 底栖生物 Benthos 生物量 Biomass $ {\rm{EH}}{{\rm{I}}_{{\rm{ben}}}} = \left\{ \begin{array}{l} 0\\ {\left({\frac{{{\rm{EH}}{{\rm{I}}_{{\rm{ben}}}} - 12.5}}{{18.75 - 12.5}}} \right)^{0.079}}\\ 1\\ {\left({\frac{{45 - {\rm{EH}}{{\rm{I}}_{{\rm{ben}}}}}}{{45 - 37.5}}} \right)^{0.077}}\\ 0 \end{array} \right. $ $ \begin{array}{l} {\rm{ben}} < 12.5\\ 12.5 \le {\rm{ben}} < 18.75\\ \\ 18.75 \le {\rm{ben}} \le 37.5\\ \\ 37.5 < {\rm{ben}} \le 45\\ {\rm{ben}} > 45 \end{array} $ 近岸海洋生态健康评价指南(HY/T087-2005) 多样性阈值 Threshold of biodiversity $ {\rm{EH}}{{\rm{I}}_{{\rm{div}}}} = \left\{ \begin{array}{l} 0\\ {\left({\frac{{{\rm{EH}}{{\rm{I}}_{{\rm{div}}}} - 0.6}}{{3.5 - 0.6}}} \right)^{0.7}}\\ 1 \end{array} \right. $ $ \begin{array}{l} {\rm{div}} < 0.6\\ \\ 0.6 \le {\rm{div}} \le 3.5\\ \\ {\rm{div}} < 3.5 \end{array} $ 生物多样性阈值评价标准(陈清潮等, 1994) 渔业资源 Fishery resources 多样性阈值 Threshold of biodiversity $ {\rm{EH}}{{\rm{I}}_{{\rm{div}}}} = \left\{ \begin{array}{l} 0\\ {\left({\frac{{{\rm{EH}}{{\rm{I}}_{{\rm{div}}}} - 0.6}}{{3.5 - 0.6}}} \right)^{0.7}}\\ 1 \end{array} \right. $ $ \begin{array}{l} {\rm{div}} < 0.6\\ \\ 0.6 \le {\rm{div}} \le 3.5\\ \\ {\rm{div}} < 3.5 \end{array} $ 生物多样性阈值评价标准(陈清潮等, 1994)

表 5 评价指标归一化函数与标准 Table 5 Normalization function and standard of indicator

根据各项指标归一化值及其对应的权重，利用模糊综合评价法(Xu et al, 2004)建立人工鱼礁生态系统综合健康指数模型，得到：

式中，EHI是生态系统综合健康指数；W_i是第i个指标的权重；EHI_i是第i个指标的分指数，综合健康指数EHI的分布范围为[0, 1]，综合健康指数对应的生态系统健康状况见表 4。

北戴河人工鱼礁示范区海域选址在北戴河国家级水产种质资源保护区外公共水域，符合海洋功能区划要求，无海底管道线、倾倒区和军事禁区，是规划中的海洋牧场、休闲渔业和旅游用海。具体地理位置为图 1中B1、B2、B3、B4四点连线所围区域，地理坐标见表 6。示范区2013年9月开始投建，2014年12月完成全部建设，投放金字塔型鱼礁40个、正方型鱼礁1131个、星型鱼礁1044个和石块礁14169.4空方，总建设面积58 ha，共投礁26567.76空方。

图 1(Fig. 1)

图 1 北戴河生态人工鱼礁区地理位置 Figure 1 Geographic position of ecological artificial reef in Beidaihe area

表 6(Tab. 6)

表 6 生态系统分健康指标分布 Table 6 Distribution of ecosystem health index 指标 Index 权重 Weight 归一化值(鱼礁区) Normalization value(reef area) 归一化值(对照区) Normalization value(contrast area) 2013-07 2014-06 2015-05 2013-07 2014-06 2015-05 pH 0.030 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 无机氮 DIN 0.015 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 活性磷酸盐 IP 0.030 1.000 1.000 0.460 1.000 1.000 0.925 化学需氧量 COD 0.015 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 悬浮物 SS 0.015 0.000 0.000 0.000 0.000 0.806 0.000 溶解氧 DO 0.022 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 氮磷比 N/P 0.040 0.933 0.000 0.000 0.951 0.953 0.000 硫化物 Sulfide 0.021 0.998 0.998 0.999 0.997 0.997 0.999 石油类 TPHs 0.021 0.999 0.999 0.999 0.999 0.998 0.999 铜 Cu 0.021 0.990 0.991 0.936 0.993 0.993 0.893 汞 Hg 0.021 0.998 0.999 0.991 0.996 0.998 0.990 锌 Zn 0.021 0.988 0.988 0.984 0.990 0.990 0.983 镉 Cd 0.021 0.959 0.956 0.939 0.964 0.948 0.935 砷 As 0.021 0.998 1.000 0.975 0.997 1.000 0.980 铅 Pb 0.021 0.977 0.985 0.967 0.985 0.986 0.953 浮游植物丰度 Phytoplankton denstiy 0.083 0.980 1.000 0.980 0.970 0.985 0.989 浮游植物多样性阈值 Threshold of phytoplankton biodiversity 0.083 0.627 0.880 0.771 0.499 0.822 0.628 浮游动物丰度Zooplankton density 0.083 0.000 1.000 1.000 0.000 0.874 0.000 浮游动物多样性阈值 Threshold of zooplankton biodiversity 0.083 0.755 0.609 0.556 0.656 0.348 0.840 底栖生物生物量 Benthos biomass 0.083 1.000 0.000 0.862 0.000 0.000 0.961 底栖生物多样性阈值 Threshold of benthos biodiversity 0.083 0.111 0.959 0.940 0.839 0.899 0.828 渔业资源多样性阈值 Threshold of fishery resources biodiversity 0.167 0.360 0.839 0.929 0.869 0.918 0.285

表 6 生态系统分健康指标分布 Table 6 Distribution of ecosystem health index

根据人工鱼礁区建设海区地理位置及海洋调查规范(GB12763.1-2007)，采用大面调查法，人工鱼礁区设置3个站位H1、H2、H3，设置2个对照站位C1、C2 (图 1)。对照点C1、C2距离礁区的最近距离分别为600和1200 m。

利用生态系统综合评价模型评价北戴河生态人工鱼礁系统建设效果进行，将2013年7月、2014年6月和2015年5月的调查数据进行归一化处理，采用层次分析法对各指标权重进行赋值，得到鱼礁区和对照各项评价指标的归一化值、权重和分健康指数(表 6)。按照公式4对各项分指数进行计算，得到3个航次人工鱼礁区和对照区综合健康指数显示，3次调查取样时，人工鱼礁区和对照区的生态系统都达到健康状态。对照区在2013年7月和2014年6月的调查中，健康指数都高于鱼礁区，在2015年5月调查时，对照区生态健康指数出现下滑，但人工鱼礁区生态系统健康呈现逐步提升的状态，2015年5月的综合健康指数为0.838，属很健康状态。

本研究通过生态系统健康质量综合评价人工鱼礁建设生态效应，选择水质环境、沉积环境与生物环境中22个参数作为生态系统健康评价指标，建立模糊综合评价模型，并利用模型对北戴河人工鱼礁生态系统健康状况进行评价。通过对比分析人工鱼礁区建礁前后及其与对照区生态系统综合健康指数发现，随着人工鱼礁建设工程的实施完成，其生态系统健康状况逐年提升，并在2015年对照区健康状况下降的情况下，仍达到很健康的状态。根据模型评价结果显示，2013年7月投礁前的本底调查中，对照区和拟建礁区均处于健康状态，但对照区EHI(0.706)高于拟建礁区(0.663)，本底调查时，拟建礁区水质理化指标、沉积环境指标的差异性较小，对照区底栖生物和渔业资源多样性阈值明显高于鱼礁区；2014年6月调查时，对照区和鱼礁区的EHI均高于本底调查时的同海域，对照区处于很健康状态(EHI值为0.807)，鱼礁区处于健康状态(EHI值为0.787)，鱼礁区与对照区水质理化指标、沉积环境指标的差异性较小，生物资源指标中的渔业资源多样性阈值略低于对照区，其他指标高于对照区；2015年5月调查时，鱼礁区的EHI(0.838)均高于前2次调查，属很健康状态，对照区EHI(0.671)显著低于鱼礁区，礁区渔业资源多样性阈值显著高于对照区，且人工鱼礁区渔业资源多样性阈值分指数呈现逐年增加：0.929(2015) > 0.839(2014) > 0.360(2013)，该项分指标在本底调查时显著低于对照区，项目建设中调查时略低于对照区，2015年5月礁区建设完成近1年后调查时显著高于对照区的0.285，这一结果显示了人工鱼礁对渔业资源的良好养护效果(表 7)，与国内外学者在人工鱼礁资源养护效果方面的研究结果相一致(张虎等, 2004; Reubens et al, 2013; Saul et al, 2013; dos Santos et al, 2010; Abelson, et al, 2002; Seaman W, 2007; 焦金菊等, 2011)。另外，本调查对照站位C1、C2距离礁区的距离分别为600和1200 m，杨吝等(2005)研究显示，单位鱼礁的主要辐射范围在200 m内，对感知范围较大的鱼类，在800~1200 m内仍有诱集效果，因此，对照区渔业资源多样性阈值出现降低的其中一个原因可能是礁体投放对周围海域的恋礁型鱼类及其他游泳动物产生的诱集作用。

表 7(Tab. 7)

表 7 生态系统综合健康指数变化 Table 7 Change of synthesized health index of ecosystem 鱼礁区Reef area 对照区Contrast area 2013-07 2014-06 2015-05 2013-07 2014-06 2015-05 生态健康综合指数EHI 0.663 0.787 0.838 0.706 0.807 0.671

表 7 生态系统综合健康指数变化 Table 7 Change of synthesized health index of ecosystem

人工鱼礁投放后产生的流场效应、饵料效应、声光效应等，对礁区及临近海域的理化环境和海洋生物发挥作用，同时，人工鱼礁生态系统是一个开放的动态系统，与外围海域时刻发生着物质与能量的交换，因此，应开展长期全面的人工鱼礁调查监测，研究人工鱼礁生态系统变化过程与机理，为科学评价人工鱼礁生态效应提供数据支撑。本研究采用模糊综合评价对人工鱼礁生态系统健康状况进行评价，其结果对人工鱼礁工程建设、环境资源保护、高效管理和可持续利用具有重要意义