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自然资源学报 >

2022 , Vol. 37 >Issue 4: 999 - 1009

DOI: https://doi.org/10.31497/zrzyxb.20220411

海洋经济发展

基于生态系统服务的海洋空间开发适宜性评价方法及应用——以粤港澳大湾区伶仃洋为例

  • 李杨帆 , 1, 2 ,
  • 张倩 1, 2 ,
  • 向枝远 1, 2 ,
  • 张振 1, 2
展开
  • 1.厦门大学滨海湿地生态系统教育部重点实验室,厦门 361102
  • 2.南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海）,珠海 511458

李杨帆（1978- ）,男,山西洪洞人,博士,教授,博士生导师,主要从事海岸带陆海统筹与可持续发展方面研究。E-mail:

收稿日期: 2021-09-02

  要求修回日期: 2021-11-25

  网络出版日期: 2022-06-28

基金资助

南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海)创新团队项目(311021004)

国家自然科学基金项目(41976208)

版权

版权所有,未经授权,不得转载、摘编本刊文章,不得使用本刊的版式设计。
收起

Evaluation of marine space development suitability based on ecosystem service: A case study of Lingdingyang Bay of Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area

  • LI Yang-fan , 1, 2 ,
  • ZHANG Qian 1, 2 ,
  • XIANG Zhi-yuan 1, 2 ,
  • ZHANG Zhen 1, 2
Expand
  • 1. Key Laboratory of Ministry of Education for Coastal and Wetland Ecosystems, College of the Environment & Ecology, Xiamen University, Xiamen 361102, Fujian, China
  • 2. Southern Marine Science and Engineering Guangdong Laboratory (Zhuhai), Zhuhai 511458, Guangdong, China

Received date: 2021-09-02

  Request revised date: 2021-11-25

  Online published: 2022-06-28

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Copyright reserved © 2022.
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摘要

海洋空间开发适宜性评价是开展海洋空间规划的基础,对粤港澳大湾区协同发展具有重要意义。在生态系统服务框架下提出伶仃洋空间开发适宜性评价方法并分区。根据一级分区结果、开发适宜性—生态保护重要性矩阵和面积占比,分为重点开发区（高—低,30.63%）、限制开发区（高—高,22.71%）、保留区（低—低,23.37%）、禁止开发区（低—高,23.29%）,以上四区开发适宜性依次递减。根据资源禀赋和用海兼容条件进行二级分区,重点开发区包括港口航运、旅游、渔业等单功能二级区（近岸与岛屿周围海域）和兼容二级区（桂山岛外围海域）,关注供给/文化服务协同开发。限制开发区分为生态旅游和休闲渔业二级区,分布于香港、澳门地区近岸海域,需权衡供给/文化服务的开发和调节/支持服务的保护。

关键词： 海洋生态系统服务; 海洋开发适宜性; 生态保护重要性; 伶仃洋

本文引用格式

李杨帆 , 张倩 , 向枝远 , 张振 . 基于生态系统服务的海洋空间开发适宜性评价方法及应用——以粤港澳大湾区伶仃洋为例[J]. 自然资源学报, 2022 , 37(4) : 999 -1009 . DOI: 10.31497/zrzyxb.20220411

Abstract

The evaluation of marine space development suitability, an important part of marine spatial planning, is of great significance to the implementation of a coordinated development strategy in the Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area. We developed a methodology to evaluate marine space development suitability based on ecosystem service. Lingdingyang Bay is divided into key development zones, restricted development zones, prohibited development zones and reserved zones, in a descending order of marine space development suitability, which account for 30.63%, 22.71%, 23.37% and 23.29%, respectively. The relationship between development suitability and ecological protection importance of these four zones are high-low, high-high, low-low, and low-high, respectively. According to the resource endowment and sea compatibility conditions, we divide key development zones into single-function zones and compatible zones. Single-function zones, located in nearshore and sea areas around the islands, are accessible separately to port shipping, tourism and fishery activity, while compatible zones, located around Guishan Island, focus mainly on the synergy of supply and cultural services. Restricted development zones include ecological tourism zones and recreational fisheries zones, which are distributed in the coastal waters of Hong Kong and Macao, focusing on the tradeoff between the development of supply/cultural services and the protection of regulation/support services.

Key words： marine ecosystem service; development suitability; ecological protection importance; Lingdingyang Bay

粤港澳大湾区涵盖近40年来全球工业化和城镇化发展最迅猛的城市群,是全球首个横跨两种社会制度的世界级湾区。大规模、高强度人类活动导致大湾区伶仃洋海域富营养化、缺氧等水环境恶化问题日益突出,滨海湿地面积大幅缩减,中华白海豚等珍稀濒危物种的生境面临巨大威胁[1]。2019年,中共中央 国务院印发《粤港澳大湾区发展规划纲要》,明确提出将粤港澳大湾区建设成为国际一流湾区。在建设渔港经济区、国际航运中心港口群、国际高端滨海旅游目的地、全球海洋中心城市等目标指引下,大湾区海洋开发必将对海洋生态系统和空间结构产生新的压力,亟需开展系统性海洋空间规划,协调人海关系。
国土空间开发适宜性是指在维系生态系统健康和国土安全、综合考虑资源环境等要素的前提下,在特定国土空间进行农业生产、城镇建设等开发活动的适宜程度[2]。单一农业生产空间、城镇建设空间、生态保护空间的开发适宜性的评价理论、指标、方法已有大量研究,但针对多目标协同下的开发适宜性研究不足,特别缺乏多种人类开发活动和生态保护的空间权衡与协同研究[3];缺乏跨行政尺度、跨陆海尺度的综合评价方法,已有开发适宜性研究往往忽略了生态系统的整体性与连通性。
海洋空间开发适宜性评价是开展海洋空间规划,有效利用海洋国土的前提和基础[4]。2020年,自然资源部发布《资源环境承载能力和国土空间开发适宜性评价指南（试行）》（以下简称《“双评价”指南》）,将海洋资源条件差、生态风险高的区域,确定为不适宜区,但条件差和风险高并未给出具体指标与标准。海洋空间开发适宜性评价指标和方法研究多关注评估海域单元承载单一开发活动的适宜程度。如Dapueto等[5]从海域水深、坡度、浪高、离港距离等18个指标评估了意大利利古里亚海的近海渔业用海适宜性;Akbari等[6]从水深、潮流动力条件、岸线长度、陆域纵深、交通通达度等15个指标评估了港口建设适宜性;冯友建等[7]从自然条件、经济条件和旅游基础设施三方面构建7个指标对旅游用海进行适宜性评价。针对单一用海活动的开发适宜性评价少有考虑海域内各生态系统服务之间的相互依存关系,更是无法解决多种用海活动冲突以及开发与保护间的矛盾,难以满足空间权衡需求[8]。
生态系统服务指人类从生态系统获得的各种惠益[9],是连接生态系统与社会系统之间的桥梁,其生态系统服务价值评估、权衡分析、情景分析、空间制图已经开始为沿海国家海岸带开发保护管理提供兼顾多部门、多目标的管理方案。如Arkema等[10]探讨了不同情景下龙虾业、休闲旅游、海岸防护三项海洋生态系统服务经济价值和生态保护之间的权衡;Outeir等[11]评估了不同生态系统服务（生态旅游、野生濒危物种观测、生境提供）的重要性及生态系统服务之间的兼容性。由于海洋环境的三维动态特征,海洋观测数据的标准不统一、覆盖不全面,海洋生态系统服务评估及综合管理仍存在较大挑战[12]。我国海洋国土空间规划和“双评价”工作亟需与国际研究前沿对接[13],在生态系统服务框架下开展海洋开发适宜性方法探索及应用实践,提出多目标协同的系统性海洋空间开发适宜性评价方法,为缓解海洋人类开发活动矛盾以及开发利用与生态环境保护间的矛盾提供新思路和解决方案。
本文选取大湾区高强度人类活动的伶仃洋海域为研究案例区,将海洋生态系统服务评估融入海洋空间开发适宜性评价,基于海洋开发适宜性与海洋生态保护重要性二维象限分析,进行粤港澳一体化系统性海洋空间开发适宜性分区,缓解高强度人类扰动海域间的人海矛盾,支撑粤港澳大湾区海洋空间规划与可持续发展。

1 研究方法与数据来源

1.1 研究区概况

伶仃洋位于我国广东省珠江口,为西北偏北—东南偏南走向的喇叭形河口湾,其范围北起虎门,宽约4 km,南达香港、澳门,宽度增至约65 km[14],其中,东由深圳市赤湾,经内伶仃岛,西到珠海市淇澳岛一线以北称内伶仃洋,以南称外伶仃洋（图1）。沿岸包括广州市、深圳市、珠海市、中山市、东莞市以及香港特别行政区、澳门特别行政区,是我国人口最密集、经济最发达的城市群所在区域。研究区海洋资源丰富,拥有福田红树林滨海湿地、南沙湿地、淇澳岛、万山群岛等优质的滨海旅游资源;港口航道资源丰富,有众多可利用深水岸线,目前已建有广州、深圳等国际性深水港口及东莞、珠海等地区性港口;水域生境多样,生物区系复杂,是多种经济鱼、虾类的重要繁育场。
图1 研究区域位置图

注：本图基于自然资源部标准地图服务系统下载的标准地图制作,底图无修改,下同。

Fig. 1 Location of the study area (Lingdingyang Bay)

1.2 数据来源与预处理

本文所采用的数据主要包括兴趣点（Point of Interest,POI）数据、MODIS三级遥感产品、渔业捕捞努力量数据、海洋物种分布数据、滨海湿地分布数据、海水水质数据、海洋保护区分布数据等,各数据来源具体见表1。主要数据处理如下：（1）利用MODIS三级遥感产品及垂直归纳模型（Vertically Generalized Production Model,VGPM）计算海洋净初级生产力（Net Primary Productivity,NPP）[15]。（2）利用R软件中tidyverse工具包处理全球渔业地图提供的日捕捞小时数数据,计算2018年捕捞小时数,并利用raster、sf包将其转为栅格数据,利用掩膜分析最终获得研究区2018年年均捕捞努力量的空间分布图。（3）基于2019年1月至2021年1月Landsat 8低潮影像,于Google Earth Engine利用随机森林监督分类方法解译研究区红树林、盐沼分布数据,分类精度达93%。各数据重采样至1 km 空间分辨率,统一采用WGS 1984 World Mercator坐标系。
表1 数据来源

Table 1 Data sources

主要数据 年份 空间分辨率/m 数据来源 数据源说明
兴趣点数据 2020 — http://www.resdc.cn/data.aspx?DATAID=341 包含地理空间位置和地理要素属性信息的点状数据,具有信息量大、准确性高和动态性强的特点,包括餐饮服务、风景名胜、交通基础设施、住宿等25类
MODIS三级遥感产品数据 2018 4000 http://oceancolor.gsfc.nasa.gov 主要包括叶绿素a浓度数据、海水表面温度数据、光合有效辐射强度数据、海水漫衰减系数
渔业捕捞努力量 2018 1000 https://globalfishingwatch.org/ 基于高分辨率的船舶AIS数据反演的捕捞小时数数据
海洋物种分布 数据 2020 — https://www.gbif.org/ 包含动物、植物、真菌、细菌、原生动物、原藻、病毒、古生菌等不同物种的出现记录
海岸线数据 2020 — https://osmdata.openstreetmap.de/ 包含海岸线、陆地多边形、海洋多边形
水深数据 2020 1000 https://www.gebco.net/ 数字高程数据
盐沼分布数据 2020 30 遥感解译 —
红树林分布数据 2020 30 遥感解译 —
广东省水质数据 2020 — 2020年广东省生态环境状况公报 点位数据
香港水质数据 2020 — 2020年香港水质报告 点位数据
香港保护区分布数据 2020 — http://www.afcd.gov.hk 分为核心区和外围区,核心区用于保护具有高生态价值的海洋生物,禁止捕鱼活动
澳门保护区分布数据 2020 — https://www.openstreetmap.org/#map=15/22.1334/113.5544 分为生态一区（封闭式管理）和生态二区（开放式管理）

1.3 研究方法

遵循科学性、关键性原则,在生态系统服务框架下,从开发与保护两个维度分别构建伶仃洋开发适宜性评价指标和生态保护重要性评价指标,通过空间叠加分析,得到伶仃洋空间开发适宜性分区,方法流程见图2。
图2 伶仃洋海洋空间开发适宜性评价方法流程图

Fig. 2 Methodological framework of evaluation of marine spatial development suitability for the Lingdingyang Bay

1.3.1 海洋开发适宜性评价
伶仃洋拥有丰富的港口航道资源、滨海旅游资源、渔业资源,是广州市、深圳市、珠海市、香港特别行政区、澳门特别行政区等粤港澳大湾区城市蓝色经济发展的重要基础,研究选取生态系统服务中相对应的港口航运、休闲娱乐、食物供给三项功能,构建海洋开发适宜性评价指标,识别海洋适宜开发利用区域。
水深条件是港口规划的重要前提,按照-20 m或-10 m等深线离岸距离来衡量水深条件优劣,将水深10 m以下、离岸距离大于500 m的海域赋值为1;水深20 m以下、离岸距离大于500 m的海域赋值为2;水深10 m以下、离岸距离500 m以内的海域赋值为3;水深20 m以下、离岸距离500 m以内的海域赋值为4[16]。
结合旅游景区POI数据,利用欧式距离法在ArcGIS软件中确定旅游资源密度;根据《海水水质标准（GB 3097-1997）》明确的海上娱乐区、滨海旅游区水质要求,对于Ⅳ类和劣Ⅳ类水质赋值1,Ⅲ类水质赋值2,Ⅱ类水质赋值3,Ⅰ类水质赋值4;旅游资源密度与海水水质交集结果为休闲娱乐等级。
海洋净初级生产力可以指示海洋食物链中基础链环的营养潜力,是决定海洋渔业资源潜在产量的最重要因素[17]。李婷等[18]提出单位捕捞努力量渔获量与净初级生产力存在正相关关系,Halpern等[19]使用的平均捕获率为单位净初级生产力产生的捕获量。本文通过捕捞努力量与净初级生产力的乘积评估研究区潜在渔获量相对大小,划分捕捞适宜性等级。
利用自然间断法将港口航运、休闲娱乐、食物供给三项指标划分1~4等级,取三者的最大值作为开发适宜性等级[2,20],值越大,表示该海域开发适宜性等级越高。
1.3.2 海洋生态保护重要性评价
海洋是地球上最大的碳库,增加海洋碳汇是实现碳中和的重要途径,在《“双评价”指南》考虑生物多样性维持、海岸防护两项生态系统服务的基础上,增加固碳服务,通过海洋净初级生产力大小表征固碳能力[21]。
基于伶仃洋海域内各海洋物种出现记录点位数据,采用核密度函数估算物种相对分布密度,表征生物多样性[22]。
海岸防护作用采用Halpern等[23]提出的计算方法：
E p = ∑ i = 1 k C c C r × w k w max × A k A T
式中： E p为滨海生态系统状态; C c为k生态系统目前的面积（km2）; C r为k生态系统在基准年的面积（km2）,以能够获取数据的最早年份为基准年; w k为k生态系统的权重,红树林、珊瑚礁为4,盐沼为3,海草床为1; w max为权重最大值,即4; A k为k生态系统的面积（km2）; A T为具有防护作用的生态系统总面积（km2）。
利用自然间断法将固碳服务、生物多样性维持、海岸防护三项指标划分1~4等级,取三者最大值作为生态保护重要性评价结果,值越大,表示该海域生态保护重要性等级越高。
1.3.3 海洋空间开发适宜性分区
基于海洋开发适宜性与海洋生态保护重要性的空间叠加分析,利用二维象限分析法将海洋空间划分为重点开发区、限制开发区、禁止开发区、保留区（图2）。在此基础上,依据港口航运、旅游娱乐、渔业各用海活动间是否兼容以及与生态保护重要区是否冲突,将重点开发区分为港口航运区、旅游娱乐区、渔业用海区、适合多种开发活动的兼容区;限制开发区分为生态旅游区、休闲渔业区;禁止开发区划为生态重要区;保留区仍为保留区（图2）。

2 结果分析

2.1 伶仃洋海洋开发适宜性评价结果

综合港口航运、休闲娱乐、食物供给三项指标,伶仃洋开发适宜性等级较高的区域主要分布在虎门口、磨刀门口、澳门外围海域、大屿山周围海域、万山岛周围海域、外伶仃岛、高栏岛周围海域,面积达2026.72 km2（图3a）。基于水深及离岸条件分析,广州港、香港港、深圳港扩建条件较好（图3b）。研究区内海岛资源丰富,但内伶仃洋水质条件差,海域水质大多为Ⅳ类和劣Ⅳ类,影响滨海旅游业的发展,从口门向外水质条件逐渐改善,淇澳岛、桂山岛、万山岛、东澳岛、外伶仃岛等适宜开展滨海旅游（图3c）。唐家湾、香洲湾、高栏岛周围渔业资源丰富,适合开展捕捞活动（图3d）。
图3 伶仃洋开发适宜性评价结果

Fig. 3 Evaluation of space development suitability of the Lingdingyang Bay

2.2 伶仃洋海洋生态保护重要性评价结果

综合固碳服务、生物多样性维持、海岸防护三项生态系统服务,研究区生态重要性较高的区域主要分布在龙穴岛外围海域、深圳湾、大屿山外围海域、磨刀门、鸡啼门、万山岛周围海域,面积达2858.97 km2（图4a）。龙穴岛、鸡啼门、磨刀门周围海域净初级生产力高,海洋固碳能力高（图4b）。深圳湾、大屿山近海海洋物种分布密集,生物多样性高（图4c）。研究区内无珊瑚礁、海草床分布,红树林总面积约为2.24 km2,主要分布在鸡抱沙、淇澳岛、深圳湾;盐沼总面积为3026.59 m2,集中分布于澳门（图4d）。
图4 伶仃洋生态保护重要性评价结果

Fig. 4 Evaluation of ecological protection importance in the Lingdingyang Bay

2.3 伶仃洋海洋空间开发适宜性分区结果

根据伶仃洋海洋开发适宜性评价等级和海洋生态保护重要性评价等级二维象限分析,将伶仃洋海洋空间划分为重点开发区、限制开发区、禁止开发区、保留区,考虑到维持研究区现有港口航运功能、中华白海豚迁移廊道、海洋保护区,得出以下结果：（1）保留已划定的港口航道区,归为重点开发区;（2）根据Lin等[24]2003—2017年珠江口西部中华白海豚调查数据,将中华白海豚活动海域归为限制开发区;（3）保留已有海洋保护区/海岸公园核心区,归为禁止开发区,得到伶仃洋海洋空间开发适宜性一级分区结果（图5）。以港口航运业、旅游业、渔业为对象,根据三类用海活动间是否兼容以及与生态保护重要性较高海域是否冲突,将重点开发区分为港口航运区、旅游娱乐区、渔业用海区、兼容区（旅游娱乐—港口航运兼容区、旅游娱乐—渔业用海兼容区）;限制开发区分为生态旅游区、休闲渔业区（图6）,各分区面积占比见表2。
图5 伶仃洋海洋空间开发适宜性一级分区

Fig. 5 Zoning map of marine space development suitability

图6 伶仃洋海洋空间开发适宜性二级分区

Fig. 6 Zoning map of marine space development suitability

表2 伶仃洋海洋空间开发适宜性二级分区统计

Table 2 Zoning statistics of marine space development suitability

分区 二级分区 面积/km2 比例/%
重点开发区 港口航运区 327.34 5.04
旅游娱乐区 998.5 15.37
渔业用海区 318.84 4.91
兼容区 345.03 5.31
限制开发区 生态旅游区 1001.85 15.42
休闲渔业区 473.10 7.28
保留区 保留区 1513.11 23.29
禁止开发区 生态重要区 1518.04 23.37
合计 6495.81 100.00
重点开发区：该区域是开展港口航运、旅游业、渔业捕捞的重要地区,也是近期可重点开发的海域,该类型区域共1989.71 km2,占总面积的30.63%。其中,港口航运区主要集中在前海湾、高栏岛、龙穴岛;旅游娱乐区集中分布在外伶仃岛、担杆岛、东澳岛;渔业用海区主要分布在珠海唐家湾、香洲湾;兼容区（旅游娱乐—港口航运兼容区、旅游娱乐—渔业用海兼容区）集中分布于桂山岛外围、万山岛。
限制开发区：该区域具有丰富的旅游资源、渔业资源,但生态保护重要性较高,适宜开展生态旅游和休闲渔业,伶仃洋海域范围内该类型区域共1474.95 km2,占总面积的22.71%。其中,生态旅游区除珠江口中华白海豚保护区实验区外,还包括虎门口、香港近岸以及万山岛;休闲渔业区集中分布在高栏岛海域。
禁止开发区：该区域主要分布于珠江口河口地区、内伶仃岛周围海域、淇澳岛沿岸、万山岛外围海域等。伶仃洋海域范围内该类型区域共1513.11 km2,占总面积的23.29%。
保留区：该区域目前海洋发展功能暂不明确,可为后续开发活动留白。伶仃洋海域范围内该类型区域共1518.04 km2,占总面积的23.37%。

2.4 与相关空间评价与规划结果的比较分析

2017年,广东省人民政府和国家海洋局联合印发《广东省海岸带综合保护和利用总体规划》,将海洋空间划分为生态空间、生物资源利用空间和建设用海空间。伶仃洋绝大部分海域被划分为海洋生态空间,仅部分近岸海域为建设用海空间,无法满足粤港澳大湾区海洋经济发展空间需求,且海洋生态空间内部缺少分级,未来仍需进一步细化海洋生态空间与新兴海洋产业开发活动是否兼容。
相较于《广东省海洋功能区划（2011—2020）》,本文根据旅游资源丰富区、渔业资源丰富区与生态保护重要区间是否冲突,将旅游娱乐用海分为休闲娱乐区和生态旅游区、渔业用海分为传统渔业区和休闲渔业区,区分该规划中旅游休闲娱乐区、农渔业区的内部生态功能异质性,如将原万山群岛旅游休闲娱乐区细分为旅游娱乐区和生态旅游区、原湛江—珠海近海农渔业区中生态保护重要性较高的三灶岛近海海域调整为休闲渔业区,通过供给服务与调节服务、文化服务与支持服务间的协同,实现海洋生态产业发展与生态资源保护的双赢。
研究划分适合多种开发利用活动的兼容区,如旅游娱乐—港口航运兼容区、旅游娱乐—渔业用海兼容区,可在休渔窗口期培养特色旅游等新兴产业,有助于提高伶仃洋海洋空间利用率及效益,推动蓝色海洋经济发展。

3 结论与讨论

3.1 结论

在生态系统服务框架下开展海洋空间开发适宜性评价新方法并在伶仃洋应用,运用开发适宜性和生态保护重要性二维象限分析,提出重点开发区、限制开发区、禁止开发区、保留区4类一级分区以及港口航运区、旅游娱乐区、渔业用海区、兼容区、生态旅游区、休闲渔业区、生态重要区、保留区8个伶仃洋空间开发适宜性二级分区。
不同分区按开发适宜性由高到低依次为重点开发区、限制开发区、保留区、禁止开发区。重点开发区（开发适宜性高,生态保护重要性低）,以港口航运、旅游、渔业等单功能区及旅游娱乐—港口航运、旅游娱乐—渔业多功能区组合形成伶仃洋重点开发适宜区;限制开发区（开发适宜性高,生态保护重要性高）以生态旅游、休闲渔业等新兴生态环境友好型海洋产业形成开发—保护多目标协同发展;保留区（开发适宜性低,生态保护重要性低）,为后续发展留白;禁止开发区（开发适宜性低,生态保护重要性高）,重点保护伶仃洋中华白海豚、滨海湿地及其他生态重要区。

3.2 讨论

在生态系统服务框架下开展空间开发适宜性评价,从固碳服务、生物多样性维持、海岸防护综合评价生态保护重要性,弥补仅用自然保护区作为开发适宜性评价生态约束条件的不足。相较于已有研究大多仅考虑空间的单一功能性[5,6,7],运用生态系统服务评价海洋开发资源的综合水平及其与生态保护重要性的空间权衡关系,对于生态空间的保护优先性和开发空间的适宜性进行矩阵式评价,形成多种开发活动、开发与保护多目标协同的海洋空间开发适宜性新格局。基于生态系统服务的海洋空间开发适宜性评价得出生态本底评价结果,在实际港口、旅游、渔业用海选址布局工作中,还需将生态系统服务与海域水文条件、社会经济条件、自然灾害等多方面因素统筹考量。未来还需要结合高分辨率海洋监测、调查空间数据,进一步精细化海洋空间开发适宜性的评价结果。

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