福建焦化湾围填海对滩涂湿地生态服务的影响

福建焦化湾围填海对滩涂湿地生态服务的影响

填海是缓解土地供求矛盾，扩大社会发展空间的重要而有效的途径之一。1949年以来，中国通过了1000公里的填充区。随着社会经济的发展和人口的增长，土地需求量急剧增加，围填海活动也愈来愈频繁。然而，围填海活动在产生巨大社会和经济效益的同时对海湾生态功能产生了不可逆的影响，如生态系统生产力降低、生物多样性下降、调节和恢复功能衰退等。生态系统服务功能是指生态系统与生态过程所形成及所维持的人类赖以生存的自然环境条件与效用。近年来，国内外学者对大尺度的全球、全国和较小尺度的森林、湿地、农田及海洋/海岸带等生态系统服务功能的价值进行了研究，生态系统服务功能价值的研究已成为生态经济学领域的研究热点。但是，目前关于海湾围填海造成的生态服务影响的评估仅有少量研究，且集中于单个围填海项目或工程的影响研究，从宏观层面上研究区域多个围填海项目或工程的生态服务的累积影响尚不多见。本文利用GIS技术，借鉴Costanza等(1997)对全球生物圈16个生态系统类型的生态系统服务功能估算的研究结果，评估了研究区域近40a来围填海所造成的生态服务损失，并根据兴化湾的围填海相关规划，预测至2020年围填海可能对生态服务造成的累积影响。该研究可为海湾围填海的生态损失评估提供借鉴作用，并为兴化湾围填海的相关规划及用海工程建设提供科学依据，对合理开发利用和保护滩涂资源具有重要的现实意义。1沿海相关经济社会条件好，开发程度高兴化湾位于福建省沿海中部，是福建省最大的半封闭海湾，面积约为619.4km2。海湾略呈长方形，由西北向东南方向展布，经兴化水道和南日水道与台湾海峡相通。海湾岸线曲折，湾内岛礁棋布(图1)。地处于亚热带季风气候区，多年平均气温为20.2℃，年降雨量1289.5mm，相对湿度为78%。海湾环境条件好，海水中营养盐丰富，海洋生物资源丰富，水产生物中经济种达200多种，是重要的天然苗种场。同时，海湾沿岸湿地是重要的水鸟越冬地和迁徙地，分布有黑脸琵鹭、黑嘴鸥、黄嘴白鹭和大杓鹬等全球珍稀濒危鸟类，其中黑脸琵鹭最多记录到90只，超过全球总数的1%，已达国际重要湿地标准。海湾沿岸地区在行政上隶属于莆田市和福清市，共辖有17个乡镇。海湾周边地区的社会经济结构以工业、水产养殖为主，近几年来，工业的发展速度远远高于农林牧渔业的发展。港口开发主要分布于江阴港区、三江口港区和牛头尾港区，其中江阴港区的开发程度最大，周边的港口工业发展也尤为迅速。海湾围填海开发程度较大，几乎整个海湾岸线都分布有规模不同的围填海工程。根据统计资料及地形图量算，50年代后围填海的总面积约为122.08km2，其中万亩以上围填海占总的65.84%。兴化湾围填海集中分布于滩涂湿地，因此，本研究以兴化湾海岸线与零米线之间的滩涂湿地为研究区域。2生态系统服务价值估算根据滩涂湿地的自然特征和围填海的开发利用类型，并参照我国土地利用现状分类，将研究区划分为7种生态系统类型，即农田、养殖池、盐田、草林地、裸地(包括居民点、人工建筑物等)、岛屿及滩涂。其中，江阴岛由于早已与陆地相连，其生态类型与陆地相似，故将其视为陆地。本研究采用的数据包括：1971年版海图(1959年测量)、1986年TM和2000年ETM卫星影像，及相关的地形图、围填海规划、专题图件和统计数据等。1959年生态系统类型分布数据是根据海图并结合地形图和土地利用图人工解译得到；1986及2000年生态系统类型分布数据是结合实地调查采用人工目视解译法对遥感图像进行识别，同时利用地形图、土地利用图和海图数据等对影像数据进行校正得到；生态系统类型预测是根据《福建省海洋功能区划(2005年)》、《福建省沿海滩涂围垦规划(2001—2020年)》，结合围填海规划区的自然、社会环境及周边区域的相关规划得到，其规划期为2020年。基于以上方法，借助ArcviewGIS3.3技术，形成各时期的生态系统类型覆盖图，获取各时期生态系统覆盖面积，并对生态系统类型变化过程进行空间统计分析，得到生态系统类型的转移概率矩阵。1997年，Costanza等首次对全球生物圈16个生态系统类型的服务价值进行了估算，尽管该方法遭到许多争议，但该研究是近年来最有影响的、被应用最为广泛的科研成果。为了便于与其他研究进行比较，本文借鉴Costanza等估算的生态系统服务价值系数。对比分析本研究划分的7个生态系统类型与Costanza等研究中的16个生态系统类型，近似选取7个生态系统类型的单位面积价值系数，并以8.0的汇率将美元兑换为人民币，其结果见表1。其中，研究区内岛屿均为较小的岛屿，而且植被覆盖率较高，其价值估算近似采用森林的价值系数；养殖池与海水分离，类似于水库，其价值估算近似采用湖/河的价值系数；盐田保留有一定的水域面积，其生态服务功能已受到较大影响，根据李加林等的研究结果，盐田的单位生态服务价值约为养殖用地的1/2，本研究中盐田价值估算近似采用湖/河价值系数的1/2。生态服务价值估算公式为：式中：V为生态服务价值量；γi为生态系统类型i的单位面积价值；Si为生态系统类型i的面积。3结果与分析3.1生态系统类型转移采用上述方法形成1959年、1986年、2000年及2020年研究区域的生态系统类型覆盖分布(图2)，并获得各时期的生态系统类型覆盖面积(表2)和生态系统类型的转移概率矩阵(表3)。生态系统类型覆盖的变化和转移不仅反映了围填海开发的强度，而且反映了各时期围填海的开发利用方向。从表2可以看出，1959—2020年，除岛屿外，研究区域其他生态系统类型的面积均发生了不同程度的变化，大体呈现出滩涂面积逐渐下降、其他类型的面积不断上升的趋势。兴化湾围填海对滩涂生态系统造成严重损失，尤其是围填海规划的实施将造成滩涂面积急剧下降。1959—2000年，滩涂生态系统面积由1959年的2.87×104hm2减少至2000年的2.25×104hm2，减少了21.35%，而2000—2020年，围填海规划的实施使2020年的滩涂面积降为1.70×104hm2，其仅为1959年的59.44%，并且在仅20a的时间就减少了24.43%，高于1959—2000年的损失幅度。同时，滩涂生态系统缩小的速率不断增长，1959—1986年滩涂年均递减率为0.43%，1986—2000年滩涂年均递减率为0.83%，而2000—2020年滩涂年均递减率上升为1.22%。表明了兴化湾围填海开发强度不断加大，其一方面由于福清和莆田沿岸地区社会经济的发展对土地的需求急剧增加，另一方面科学技术的发展为围填海提供了强有力的技术支持，减小了围填海工程建设的工作量和难度，促进了围填海开发。由表3可知，在生态系统类型转移过程中，以滩涂的转出现象最为明显。各时期生态系统类型的转移情况决定了各生态系统类型面积的增减幅度。1959—1986年，34.47%的养殖池发生转出现象，主要转向农田和草林地；10.99%的滩涂发生转出现象，主要转向农田、养殖池及盐田；这期间以盐田面积增长最为显著，其次为养殖池和农田。1986—2000年，11.64%的滩涂发生转出现象，主要转向农田和养殖池；这期间以养殖池面积的增长幅度最大，其次为农田和裸地。2000—2002年，3.26%的滩涂转向养殖池，21.03%的滩涂转向裸地，13.09%的盐田转向裸地，2.3%的养殖池转向裸地；这期间各类生态系统主要向裸地转移，使裸地面积急剧上升，增加了5053.28hm2。总体来看，1959—2000年，兴化湾滩涂湿地各类生态系统主要向农田、养殖池及盐田转移，草林地所占比重不大，围填海主要为了解决粮食问题和发展养殖业以开发海洋经济，或部分用以解决“占补平衡”；而2000—2020年，围填海规划的实施将导致各类生态系统大幅度向裸地转移，这期间围填海开发土地主要用于经济效益较高的港口、临海工业等建设。3.2生态服务的年损失及变化根据前述的价值估算方法计算得到研究区域各时期的生态服务价值，结果见表4。由表4可知，研究区域生态服务的价值随时间推移呈持续下降趋势，表明围填海对兴化湾滩涂湿地生态服务造成的损失不断增加，尤其是围填海规划的实施将对生态服务造成的损失甚为突出。1959—2020年，生态服务的年总价值由1959年的5.31×109元降至2020年的3.48×109元，损失达1.83×109元，损失幅度为34.48%。其中，1959—2000年，生态服务的年总价值由1959年的5.31×109元降至2000年的4.45×109元，损失达8.63×108元，损失幅度为16.35%。2000—2020年，生态服务的年总价值由2000年的4.45×109元降至2020年的3.48×109元，损失达9.68×108元，损失幅度为21.77%，其损失量和损失幅度均高于1959—2000年40余年的损失。同时，生态服务价值的年均损失逐渐在增加，1959—1986年，年均递减损失1.76×107元；1986—2000年，年均递减损失2.78×107元；2000—2020年，年均递减损失达4.84×107元。结合生态系统类型面积变化和各类型的单位服务价值，分析兴化湾滩涂湿地服务价值变化情况可知：(1)滩涂湿地的围填海开发是农田、盐田、养殖池等生态系统替代滩涂生态系统的过程，因此滩涂生态系统的减损情况在一定程度上反映了滩涂围填海开发的强度。从表2可知，滩涂生态系统面积减损的幅度以2000—2020年最大，其次为1986—2000年>1959—1986年，表明了围填海开发强度不断加大，这是造成生态服务价值损失及年均减损速率不断增加的主要原因。(2)在生态系统单位服务价值中，以滩涂最高，其次为养殖池>盐田>岛屿>草林地>农田>裸地。因此，围填海也是高生态功能价值的滩涂生态系统向较低生态功能价值的其他生态系统类型转变的过程。1959—2000年，滩涂主要转向农田、养殖池及盐田，而在2000—2020年的20a间，滩涂主要向裸地转移，裸地生态服务价值最低，这也是造成这期间生态服务价值急剧下降的原因之一。(3)由表4可知，自1959年以来，研究区域各时期的生态服务价值均以滩涂所占的比重最大，其主要在于滩涂生态系统具有明显高于其他生态系统的单位生态服务价值，滩涂生态系统服务价值在研究区域总价值中的贡献率远远高于其他生态系统类型。在一定程度上，滩涂湿地面积萎缩是围填海造成生态服务价值下降的根本原因。4生态服务的累积影响损失a)围填海给人类带来巨大的社会和经济效益的同时，也对海湾生态系统造成了许多不可逆的影响，导致生态系统服务功能衰退。本文结合分析研究区域的生态系统类型面积及转移变化，并估算出各时期研究区的生态服务价值，不仅反映了兴化湾自1959年以来的滩涂湿地围填海开发的强度和开发利用情况，而且以价值量的形式反映了各时期围填海开发造成滩涂湿地生态服务的累积影响损失。从宏观层面上分析围填海对滩涂湿地的生态服务影响，并将生态损失纳入围填海综合效益分析中，可更合理科学地评价围填海产生的效益，对于围填海规划、滩涂资源开发利用等具有重要的意义。b)围填海对兴化湾滩涂湿地生态服务造成巨大损失，尤其是围填海规划的实施将对生态服务造成的损失甚为突出。1959—2000年，兴化湾滩涂面积减少了21.35%，生态服务年总价值损失达8.632×108元，损失幅度为34.48%；2000—2020年，由于围填海规划的实施将导致滩涂面积急剧下