福建焦化灣圍填海對灘涂濕地生態(tài)服務(wù)的影響

填海是緩解土地供求矛盾，擴大社會發(fā)展空間的重要而有效的途徑之一。1949年以來，中國通過了1000公里的填充區(qū)。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和人口的增長，土地需求量急劇增加，圍填海活動也愈來愈頻繁。然而，圍填海活動在產(chǎn)生巨大社會和經(jīng)濟效益的同時對海灣生態(tài)功能產(chǎn)生了不可逆的影響，如生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力降低、生物多樣性下降、調(diào)節(jié)和恢復(fù)功能衰退等。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能是指生態(tài)系統(tǒng)與生態(tài)過程所形成及所維持的人類賴以生存的自然環(huán)境條件與效用。近年來，國內(nèi)外學(xué)者對大尺度的全球、全國和較小尺度的森林、濕地、農(nóng)田及海洋/海岸帶等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的價值進行了研究，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值的研究已成為生態(tài)經(jīng)濟學(xué)領(lǐng)域的研究熱點。但是，目前關(guān)于海灣圍填海造成的生態(tài)服務(wù)影響的評估僅有少量研究，且集中于單個圍填海項目或工程的影響研究，從宏觀層面上研究區(qū)域多個圍填海項目或工程的生態(tài)服務(wù)的累積影響尚不多見。本文利用GIS技術(shù)，借鑒Costanza等(1997)對全球生物圈16個生態(tài)系統(tǒng)類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能估算的研究結(jié)果，評估了研究區(qū)域近40a來圍填海所造成的生態(tài)服務(wù)損失，并根據(jù)興化灣的圍填海相關(guān)規(guī)劃，預(yù)測至2020年圍填海可能對生態(tài)服務(wù)造成的累積影響。該研究可為海灣圍填海的生態(tài)損失評估提供借鑒作用，并為興化灣圍填海的相關(guān)規(guī)劃及用海工程建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)，對合理開發(fā)利用和保護灘涂資源具有重要的現(xiàn)實意義。1沿海相關(guān)經(jīng)濟社會條件好，開發(fā)程度高興化灣位于福建省沿海中部，是福建省最大的半封閉海灣，面積約為619.4km2。海灣略呈長方形，由西北向東南方向展布，經(jīng)興化水道和南日水道與臺灣海峽相通。海灣岸線曲折，灣內(nèi)島礁棋布(圖1)。地處于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，多年平均氣溫為20.2℃，年降雨量1289.5mm，相對濕度為78%。海灣環(huán)境條件好，海水中營養(yǎng)鹽豐富，海洋生物資源豐富，水產(chǎn)生物中經(jīng)濟種達200多種，是重要的天然苗種場。同時，海灣沿岸濕地是重要的水鳥越冬地和遷徙地，分布有黑臉琵鷺、黑嘴鷗、黃嘴白鷺和大杓鷸等全球珍稀瀕危鳥類，其中黑臉琵鷺最多記錄到90只，超過全球總數(shù)的1%，已達國際重要濕地標準。海灣沿岸地區(qū)在行政上隸屬于莆田市和福清市，共轄有17個鄉(xiāng)鎮(zhèn)。海灣周邊地區(qū)的社會經(jīng)濟結(jié)構(gòu)以工業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖為主，近幾年來，工業(yè)的發(fā)展速度遠遠高于農(nóng)林牧漁業(yè)的發(fā)展。港口開發(fā)主要分布于江陰港區(qū)、三江口港區(qū)和牛頭尾港區(qū)，其中江陰港區(qū)的開發(fā)程度最大，周邊的港口工業(yè)發(fā)展也尤為迅速。海灣圍填海開發(fā)程度較大，幾乎整個海灣岸線都分布有規(guī)模不同的圍填海工程。根據(jù)統(tǒng)計資料及地形圖量算，50年代后圍填海的總面積約為122.08km2，其中萬畝以上圍填海占總的65.84%。興化灣圍填海集中分布于灘涂濕地，因此，本研究以興化灣海岸線與零米線之間的灘涂濕地為研究區(qū)域。2生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值估算根據(jù)灘涂濕地的自然特征和圍填海的開發(fā)利用類型，并參照我國土地利用現(xiàn)狀分類，將研究區(qū)劃分為7種生態(tài)系統(tǒng)類型，即農(nóng)田、養(yǎng)殖池、鹽田、草林地、裸地(包括居民點、人工建筑物等)、島嶼及灘涂。其中，江陰島由于早已與陸地相連，其生態(tài)類型與陸地相似，故將其視為陸地。本研究采用的數(shù)據(jù)包括：1971年版海圖(1959年測量)、1986年TM和2000年ETM衛(wèi)星影像，及相關(guān)的地形圖、圍填海規(guī)劃、專題圖件和統(tǒng)計數(shù)據(jù)等。1959年生態(tài)系統(tǒng)類型分布數(shù)據(jù)是根據(jù)海圖并結(jié)合地形圖和土地利用圖人工解譯得到；1986及2000年生態(tài)系統(tǒng)類型分布數(shù)據(jù)是結(jié)合實地調(diào)查采用人工目視解譯法對遙感圖像進行識別，同時利用地形圖、土地利用圖和海圖數(shù)據(jù)等對影像數(shù)據(jù)進行校正得到；生態(tài)系統(tǒng)類型預(yù)測是根據(jù)《福建省海洋功能區(qū)劃(2005年)》、《福建省沿海灘涂圍墾規(guī)劃(2001—2020年)》，結(jié)合圍填海規(guī)劃區(qū)的自然、社會環(huán)境及周邊區(qū)域的相關(guān)規(guī)劃得到，其規(guī)劃期為2020年。基于以上方法，借助ArcviewGIS3.3技術(shù)，形成各時期的生態(tài)系統(tǒng)類型覆蓋圖，獲取各時期生態(tài)系統(tǒng)覆蓋面積，并對生態(tài)系統(tǒng)類型變化過程進行空間統(tǒng)計分析，得到生態(tài)系統(tǒng)類型的轉(zhuǎn)移概率矩陣。1997年，Costanza等首次對全球生物圈16個生態(tài)系統(tǒng)類型的服務(wù)價值進行了估算，盡管該方法遭到許多爭議，但該研究是近年來最有影響的、被應(yīng)用最為廣泛的科研成果。為了便于與其他研究進行比較，本文借鑒Costanza等估算的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)。對比分析本研究劃分的7個生態(tài)系統(tǒng)類型與Costanza等研究中的16個生態(tài)系統(tǒng)類型，近似選取7個生態(tài)系統(tǒng)類型的單位面積價值系數(shù)，并以8.0的匯率將美元兌換為人民幣，其結(jié)果見表1。其中，研究區(qū)內(nèi)島嶼均為較小的島嶼，而且植被覆蓋率較高，其價值估算近似采用森林的價值系數(shù)；養(yǎng)殖池與海水分離，類似于水庫，其價值估算近似采用湖/河的價值系數(shù)；鹽田保留有一定的水域面積，其生態(tài)服務(wù)功能已受到較大影響，根據(jù)李加林等的研究結(jié)果，鹽田的單位生態(tài)服務(wù)價值約為養(yǎng)殖用地的1/2，本研究中鹽田價值估算近似采用湖/河價值系數(shù)的1/2。生態(tài)服務(wù)價值估算公式為：式中：V為生態(tài)服務(wù)價值量；γi為生態(tài)系統(tǒng)類型i的單位面積價值；Si為生態(tài)系統(tǒng)類型i的面積。3結(jié)果與分析3.1生態(tài)系統(tǒng)類型轉(zhuǎn)移采用上述方法形成1959年、1986年、2000年及2020年研究區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)類型覆蓋分布(圖2)，并獲得各時期的生態(tài)系統(tǒng)類型覆蓋面積(表2)和生態(tài)系統(tǒng)類型的轉(zhuǎn)移概率矩陣(表3)。生態(tài)系統(tǒng)類型覆蓋的變化和轉(zhuǎn)移不僅反映了圍填海開發(fā)的強度，而且反映了各時期圍填海的開發(fā)利用方向。從表2可以看出，1959—2020年，除島嶼外，研究區(qū)域其他生態(tài)系統(tǒng)類型的面積均發(fā)生了不同程度的變化，大體呈現(xiàn)出灘涂面積逐漸下降、其他類型的面積不斷上升的趨勢。興化灣圍填海對灘涂生態(tài)系統(tǒng)造成嚴重損失，尤其是圍填海規(guī)劃的實施將造成灘涂面積急劇下降。1959—2000年，灘涂生態(tài)系統(tǒng)面積由1959年的2.87×104hm2減少至2000年的2.25×104hm2，減少了21.35%，而2000—2020年，圍填海規(guī)劃的實施使2020年的灘涂面積降為1.70×104hm2，其僅為1959年的59.44%，并且在僅20a的時間就減少了24.43%，高于1959—2000年的損失幅度。同時，灘涂生態(tài)系統(tǒng)縮小的速率不斷增長，1959—1986年灘涂年均遞減率為0.43%，1986—2000年灘涂年均遞減率為0.83%，而2000—2020年灘涂年均遞減率上升為1.22%。表明了興化灣圍填海開發(fā)強度不斷加大，其一方面由于福清和莆田沿岸地區(qū)社會經(jīng)濟的發(fā)展對土地的需求急劇增加，另一方面科學(xué)技術(shù)的發(fā)展為圍填海提供了強有力的技術(shù)支持，減小了圍填海工程建設(shè)的工作量和難度，促進了圍填海開發(fā)。由表3可知，在生態(tài)系統(tǒng)類型轉(zhuǎn)移過程中，以灘涂的轉(zhuǎn)出現(xiàn)象最為明顯。各時期生態(tài)系統(tǒng)類型的轉(zhuǎn)移情況決定了各生態(tài)系統(tǒng)類型面積的增減幅度。1959—1986年，34.47%的養(yǎng)殖池發(fā)生轉(zhuǎn)出現(xiàn)象，主要轉(zhuǎn)向農(nóng)田和草林地；10.99%的灘涂發(fā)生轉(zhuǎn)出現(xiàn)象，主要轉(zhuǎn)向農(nóng)田、養(yǎng)殖池及鹽田；這期間以鹽田面積增長最為顯著，其次為養(yǎng)殖池和農(nóng)田。1986—2000年，11.64%的灘涂發(fā)生轉(zhuǎn)出現(xiàn)象，主要轉(zhuǎn)向農(nóng)田和養(yǎng)殖池；這期間以養(yǎng)殖池面積的增長幅度最大，其次為農(nóng)田和裸地。2000—2002年，3.26%的灘涂轉(zhuǎn)向養(yǎng)殖池，21.03%的灘涂轉(zhuǎn)向裸地，13.09%的鹽田轉(zhuǎn)向裸地，2.3%的養(yǎng)殖池轉(zhuǎn)向裸地；這期間各類生態(tài)系統(tǒng)主要向裸地轉(zhuǎn)移，使裸地面積急劇上升，增加了5053.28hm2。總體來看，1959—2000年，興化灣灘涂濕地各類生態(tài)系統(tǒng)主要向農(nóng)田、養(yǎng)殖池及鹽田轉(zhuǎn)移，草林地所占比重不大，圍填海主要為了解決糧食問題和發(fā)展養(yǎng)殖業(yè)以開發(fā)海洋經(jīng)濟，或部分用以解決“占補平衡”；而2000—2020年，圍填海規(guī)劃的實施將導(dǎo)致各類生態(tài)系統(tǒng)大幅度向裸地轉(zhuǎn)移，這期間圍填海開發(fā)土地主要用于經(jīng)濟效益較高的港口、臨海工業(yè)等建設(shè)。3.2生態(tài)服務(wù)的年損失及變化根據(jù)前述的價值估算方法計算得到研究區(qū)域各時期的生態(tài)服務(wù)價值，結(jié)果見表4。由表4可知，研究區(qū)域生態(tài)服務(wù)的價值隨時間推移呈持續(xù)下降趨勢，表明圍填海對興化灣灘涂濕地生態(tài)服務(wù)造成的損失不斷增加，尤其是圍填海規(guī)劃的實施將對生態(tài)服務(wù)造成的損失甚為突出。1959—2020年，生態(tài)服務(wù)的年總價值由1959年的5.31×109元降至2020年的3.48×109元，損失達1.83×109元，損失幅度為34.48%。其中，1959—2000年，生態(tài)服務(wù)的年總價值由1959年的5.31×109元降至2000年的4.45×109元，損失達8.63×108元，損失幅度為16.35%。2000—2020年，生態(tài)服務(wù)的年總價值由2000年的4.45×109元降至2020年的3.48×109元，損失達9.68×108元，損失幅度為21.77%，其損失量和損失幅度均高于1959—2000年40余年的損失。同時，生態(tài)服務(wù)價值的年均損失逐漸在增加，1959—1986年，年均遞減損失1.76×107元；1986—2000年，年均遞減損失2.78×107元；2000—2020年，年均遞減損失達4.84×107元。結(jié)合生態(tài)系統(tǒng)類型面積變化和各類型的單位服務(wù)價值，分析興化灣灘涂濕地服務(wù)價值變化情況可知：(1)灘涂濕地的圍填海開發(fā)是農(nóng)田、鹽田、養(yǎng)殖池等生態(tài)系統(tǒng)替代灘涂生態(tài)系統(tǒng)的過程，因此灘涂生態(tài)系統(tǒng)的減損情況在一定程度上反映了灘涂圍填海開發(fā)的強度。從表2可知，灘涂生態(tài)系統(tǒng)面積減損的幅度以2000—2020年最大，其次為1986—2000年>1959—1986年，表明了圍填海開發(fā)強度不斷加大，這是造成生態(tài)服務(wù)價值損失及年均減損速率不斷增加的主要原因。(2)在生態(tài)系統(tǒng)單位服務(wù)價值中，以灘涂最高，其次為養(yǎng)殖池>鹽田>島嶼>草林地>農(nóng)田>裸地。因此，圍填海也是高生態(tài)功能價值的灘涂生態(tài)系統(tǒng)向較低生態(tài)功能價值的其他生態(tài)系統(tǒng)類型轉(zhuǎn)變的過程。1959—2000年，灘涂主要轉(zhuǎn)向農(nóng)田、養(yǎng)殖池及鹽田，而在2000—2020年的20a間，灘涂主要向裸地轉(zhuǎn)移，裸地生態(tài)服務(wù)價值最低，這也是造成這期間生態(tài)服務(wù)價值急劇下降的原因之一。(3)由表4可知，自1959年以來，研究區(qū)域各時期的生態(tài)服務(wù)價值均以灘涂所占的比重最大，其主要在于灘涂生態(tài)系統(tǒng)具有明顯高于其他生態(tài)系統(tǒng)的單位生態(tài)服務(wù)價值，灘涂生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值在研究區(qū)域總價值中的貢獻率遠遠高于其他生態(tài)系統(tǒng)類型。在一定程度上，灘涂濕地面積萎縮是圍填海造成生態(tài)服務(wù)價值下降的根本原因。4生態(tài)服務(wù)的累積影響損失a)圍填海給人類帶來巨大的社會和經(jīng)濟效益的同時，也對海灣生態(tài)系統(tǒng)造成了許多不可逆的影響，導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能衰退。本文結(jié)合分析研究區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)類型面積及轉(zhuǎn)移變化，并估算出各時期研究區(qū)的生態(tài)服務(wù)價值，不僅反映了興化灣自1959年以來的灘涂濕地圍填海開發(fā)的強度和開發(fā)利用情況，而且以價值量的形式反映了各時期圍填海開發(fā)造成灘涂濕地生態(tài)服務(wù)的累積影響損失。從宏觀層面上分析圍填海對灘涂濕地的生態(tài)服務(wù)影響，并將生態(tài)損失納入圍填海綜合效益分析中，可更合理科學(xué)地評價圍填海產(chǎn)生的效益，對于圍填海規(guī)劃、灘涂資源開發(fā)利用等具有重要的意義。b)圍填海對興化灣灘涂濕地生態(tài)服務(wù)造成巨大損失，尤其是圍填海規(guī)劃的實施將對生態(tài)服務(wù)造成的損失甚為突出。1959—2000年，興化灣灘涂面積減少了21.35%，生態(tài)服務(wù)年總價值損失達8.632×108元，損失幅度為34.48%；2000—2020年，由于圍填海規(guī)劃的實施將導(dǎo)致灘涂面積急劇下