沿海灘涂開發(fā)的生態(tài)環(huán)境響應(yīng)模式

魏有興

(河海大學(xué)港口海岸與近海工程學(xué)院,江蘇南京 210098)

沿海灘涂的圍墾打破了灘涂及近海生態(tài)環(huán)境的動態(tài)平衡.隨著匡圍活動的加劇,灘涂開發(fā)區(qū)域的生態(tài)環(huán)境問題日益突出.生態(tài)環(huán)境的惡化給灘涂資源的可持續(xù)利用和灘涂經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展帶來了直接影響,因而灘涂圍墾對生態(tài)環(huán)境的響應(yīng)越來越受到關(guān)注.當(dāng)前,評價生態(tài)環(huán)境響應(yīng)程度的方法很多,歸納起來有市場價值法、期望值法、專業(yè)判斷法、調(diào)查評價法、影子工程法、機(jī)會成本法等[1].這些方法均基于替代市場[2]和假想市場[3]的原理來評價.近期來,人們開始關(guān)注生態(tài)價值問題,通過計算生態(tài)價值的損害來評估因圍墾造成的影響[4-5].而以上分析方法大多側(cè)重于灘涂圍墾對生態(tài)環(huán)境的定性評價,只有少數(shù)涉及生態(tài)環(huán)境的定量評價,但這些評價也僅是對敏感生態(tài)問題進(jìn)行單因子評價,不能對區(qū)域生態(tài)體系的生態(tài)完整性和穩(wěn)定狀況做出說明和評價.鑒于此,本文將生態(tài)足跡分析法與環(huán)境影響評價法結(jié)合在一起,通過分析確定灘涂圍墾地區(qū)的生態(tài)負(fù)荷或環(huán)境容量,并預(yù)測和估計圍墾活動對自然生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能造成的影響,從而量化灘涂開發(fā)的生態(tài)環(huán)境響應(yīng),為構(gòu)建沿海灘涂開發(fā)的生態(tài)環(huán)境響應(yīng)模式提供參考.

1 沿海灘涂開發(fā)的生態(tài)環(huán)境響應(yīng)

沿海灘涂生態(tài)環(huán)境由灘涂生態(tài)系統(tǒng)中的自然生態(tài)系統(tǒng)(自然保護(hù)區(qū))和人工生態(tài)系統(tǒng)(墾區(qū))組成(圖1).自然生態(tài)系統(tǒng)直接為生物生存和繁衍服務(wù);人工生態(tài)系統(tǒng)是在改造自然生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上為人類和其他生物服務(wù)的.

1.1 對生態(tài)環(huán)境響應(yīng)的限制性因素

a.圍墾強(qiáng)度.圍墾強(qiáng)度包括圍墾的范圍和速度.灘涂周圍生態(tài)系統(tǒng)是脆弱的,其自我調(diào)節(jié)能力有限.圍墾范圍和速度超過墾區(qū)生態(tài)自我調(diào)節(jié)能力則勢必破壞生態(tài)平衡.圍墾后如果配套措施跟不上,大面積圍墾灘涂不能充分利用,沒有形成新的穩(wěn)定生態(tài)系統(tǒng),而原有生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞,將降低灘涂生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和生產(chǎn)力,依賴于灘涂生態(tài)系統(tǒng)生存的動植物種類和數(shù)量也將會減少.

b.排污量.灘涂圍墾后海洋潮差變小,水動力活動和海水自凈能力減弱.圍墾后土地多用于工農(nóng)業(yè)用途,如果大量使用化肥農(nóng)藥,且工業(yè)廢水不處理排放,將導(dǎo)致排污量不斷變大,從而加劇墾區(qū)及周圍水體水質(zhì)的惡化.另外,隨著養(yǎng)殖面積的快速增加,養(yǎng)殖廢水已成為近海海域的重要污染源.

圖1 沿海灘涂生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of ecosystem of a coastal tidal flat

c.地下水開采量.灘涂圍墾在海水入侵地帶有一定的正效應(yīng),但是地表水體污染和水質(zhì)惡化是墾區(qū)水環(huán)境的突出問題.新圍墾區(qū)域土壤脫鹽、墾區(qū)工業(yè)用水和農(nóng)業(yè)用水不斷增加,將造成地下水位下降、地面沉降和海水入侵,導(dǎo)致土壤鹽漬化.

1.2 對生態(tài)環(huán)境響應(yīng)的表現(xiàn)

1.2.1 積極響應(yīng)

a.保留水面.利用圍墾區(qū)域擴(kuò)大特色水產(chǎn)養(yǎng)殖,積極建設(shè)特色水產(chǎn)品出口加工區(qū),構(gòu)建優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)和優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)帶,不但增加了對社會的供給,為區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了巨大的推動力,同時也保留了水面,對保護(hù)環(huán)境、調(diào)節(jié)氣候有一定的積極作用.

b.強(qiáng)化自然保護(hù)區(qū)功能.作為林地以及生態(tài)保護(hù)的圍墾土地,主要是用于擴(kuò)大自然保護(hù)區(qū)、天然濕地,建設(shè)沿海防風(fēng)林以及種植護(hù)岸林草,這對維護(hù)海岸生態(tài)平衡、保護(hù)區(qū)域環(huán)境、促進(jìn)旅游業(yè)的發(fā)展有一定的積極作用.經(jīng)濟(jì)價值低的灘涂濕地轉(zhuǎn)變成兼具經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益的人工濕地與林地等,符合人與自然協(xié)調(diào)發(fā)展的要求,滿足人類對經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的雙重需求.

c.阻止荒漠化.圍墾后發(fā)展種植業(yè),在很大程度上給沿海人民帶來了效益.但如后續(xù)圍墾時間過晚,滯后于灘涂的淤長速度,以致2次圍筑的海堤之間的土地遠(yuǎn)高于內(nèi)陸的海拔高度,將造成內(nèi)澇不易外排,不便于引灌淡水到墾區(qū)進(jìn)行灌溉,導(dǎo)致土地的荒漠化,對環(huán)境造成不良影響.因此對不斷淤長的岸段應(yīng)及時圍墾.

1.2.2 消極響應(yīng)

a.濕地減少、生物多樣性下降.圍墾會造成天然沼澤濕地面積減少,原來在潮間帶和輻射沙洲生存的生物失去了棲息場所,種類和數(shù)量下降.人工種植和養(yǎng)殖使得單位面積的生物密度增大,但培育的物種單一,會造成灘涂生物多樣性下降.

b.海岸水質(zhì)惡化.沿海灘涂的開發(fā)利用將促進(jìn)工業(yè)、農(nóng)業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展,但如果污染源控制不同步,將對海洋尤其是海岸帶來一定的影響,如氮、磷、有機(jī)質(zhì)等污染物的排放會導(dǎo)致水體的營養(yǎng)物含量升高,致使海岸水質(zhì)變差.

c.自然保護(hù)區(qū)面積壓縮.沿海灘涂特有的自然環(huán)境便于成立自然保護(hù)區(qū).這些保護(hù)區(qū)面積廣闊,資源豐富,對區(qū)域內(nèi)生物資源的保護(hù)有著非常重要的意義.但圍墾施工和圍墾后的開發(fā)利用可能會造成瀕危、稀有生物棲息地面積有所壓縮,活動范圍減小.

d.減少和惡化底棲生物的棲息地.圍墾活動對生物的影響主要是對生態(tài)環(huán)境的破壞和干擾.沿海地區(qū)分布有多個水產(chǎn)種植資源保護(hù)區(qū),圍墾活動會造成生物生存空間的累積性喪失和破碎化,直接減少底棲生物的棲息地.圍墾活動增加的污染物如果處理不當(dāng),會使周圍底棲生物的棲息環(huán)境受到影響.

2 基于生態(tài)足跡的響應(yīng)模式構(gòu)建

2.1 生態(tài)足跡

生態(tài)足跡的概念是由加拿大的生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)家Rees等[6]提出的,之后在其學(xué)生Wackernagel等的幫助下完善了生態(tài)足跡模型.其被形象比喻為“一只負(fù)載著人類與人類所創(chuàng)造的城市、工廠……的巨腳踏在地球上留下的腳印”[7].生態(tài)足跡是指生產(chǎn)任何已知人口(某個個人、1個區(qū)域或1個國家)所消費的所有資源和吸納這些人口產(chǎn)生的所有廢棄物需要的生物生產(chǎn)面積[8].

生態(tài)足跡是涉及系統(tǒng)性、公平性和發(fā)展的綜合指標(biāo),具有可比性.利用生態(tài)足跡概念計算的結(jié)果形象,容易理解,因而受到國內(nèi)外學(xué)者的青睞.受中國環(huán)境與發(fā)展國際合作委員會和世界自然基金會的聯(lián)合委托,全球足跡網(wǎng)絡(luò)和中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所合作完成了《中國生態(tài)足跡報告》[9-10],成為全面統(tǒng)籌做好中國環(huán)境保護(hù)工作的前提和重要指南.

2.2 生態(tài)足跡分析法

生態(tài)足跡分析法是基于2個簡單的事實:一是可以保留大部分消費的資源及其產(chǎn)生的廢棄物;二是這些資源以及廢棄物大部分都可以轉(zhuǎn)換成可提供這些功能的生物生產(chǎn)性土地.生態(tài)足跡分析法認(rèn)為:人類所消費的資源和排放的廢物是能夠被追蹤,并能找到相應(yīng)的生產(chǎn)區(qū)域和消納區(qū)域;大多數(shù)被消費的資源和排放的污染可以被轉(zhuǎn)化為提供或消納它們的具有生態(tài)生產(chǎn)力的陸地或水域面積[11];可以通過運用現(xiàn)行技術(shù)計算1個國家或1個區(qū)域為滿足人們消費資源和凈化廢物所需的生物生產(chǎn)和相互聯(lián)系的土地面積數(shù)量,也就是計算這些國家或區(qū)域的“生態(tài)足跡”.同時,這些國家和區(qū)域所能提供的各種類型土地面積也是可知的,將這兩者的數(shù)量相比較,就可以得出區(qū)域環(huán)境狀況的量化值.生態(tài)足跡分析法的計算分為生態(tài)足跡和生態(tài)承載力兩部分,以二者之差(大于0為生態(tài)赤字,小于0為生態(tài)盈余)來表征人類活動對環(huán)境所造成的影響.

a.各類型消費項目人均生物生產(chǎn)土地面積

式中:Aj——人均i種交易商品折算的生物生產(chǎn)面積,hm2;Ci——i種商品的人均年消費量,kg;Ei——單位生態(tài)生產(chǎn)力,kg/hm2;j——生產(chǎn)性土地類型(j=0,l,2,3,4,5,分別代表化石能源地、可耕地、牧草地、森林、水域、建筑地);Pi——資源生產(chǎn)量,kg;Ri——資源出口量,kg;Ii——資源進(jìn)口量,kg.

b.人均生態(tài)足跡

式中:f——人均生態(tài)足跡,hm2;rj——土地均衡因子.

c.人均生態(tài)承載力

式中:e——人均生態(tài)承載力,hm2;yj——產(chǎn)量因子;aj——人均占有第 j類生物生產(chǎn)性土地面積,hm2/人.

3 模型構(gòu)建框圖

灘涂開發(fā)和生態(tài)環(huán)境的保護(hù)是海岸帶開發(fā)非常關(guān)注的矛盾統(tǒng)一體,實施海岸帶開發(fā)不能以犧牲生態(tài)環(huán)境為代價.在可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)下,要隨時監(jiān)控灘涂開發(fā)對生態(tài)環(huán)境的響應(yīng)程度,關(guān)注生態(tài)環(huán)境響應(yīng)機(jī)制的限制性因素,重點研究灘涂圍墾對生態(tài)環(huán)境的消極響應(yīng),借助生態(tài)足跡的量化手段,掌握生態(tài)環(huán)境的變化趨勢,為灘涂開發(fā)規(guī)劃提供參考.灘涂開發(fā)對生態(tài)環(huán)境響應(yīng)模式見圖2.

圖2 沿海灘涂開發(fā)對生態(tài)環(huán)境的響應(yīng)模式Fig.2 Response mode of exploitation of a tidal flat to ecological environment

4 實例分析

灘涂資源是江蘇沿海的寶貴資源,江蘇沿海大開發(fā)對土地資源的需求將由圍墾后的灘涂提供.江蘇省沿海3市(連云港、鹽城、南通)灘涂總面積50萬hm2,約占全國灘涂總面積的1/4.1951—2008年,江蘇省累計匡圍灘涂面積27.5萬hm2.江蘇沿海開發(fā)上升至國家戰(zhàn)略之后,江蘇沿海近期(2020年前)將圍墾灘涂約18萬hm2[12].如何協(xié)調(diào)灘涂開發(fā)與生態(tài)環(huán)境保護(hù)是江蘇沿海開發(fā)中必須長期關(guān)注的重點.

江蘇沿海3市生態(tài)足跡的計算包括農(nóng)產(chǎn)品、肉品和林產(chǎn)品為主的生物資源消費和煤炭、焦炭、原油、燃料油、汽油、煤油、柴油、液化石油氣、電力為主的能源消費,并根據(jù)Wackernagel等的計算結(jié)果[13],將這些消費統(tǒng)一轉(zhuǎn)化為提供這類消費所需的土地生產(chǎn)面積,并根據(jù)灘涂開發(fā)區(qū)域的特點,對均衡因子rj進(jìn)行修正.耕地和建筑用地取2.8,林地和化石燃料用地為1.1,草地(灘)取0.5,水域取0.2.根據(jù)2000—2008年沿海3市統(tǒng)計年鑒,計算出該區(qū)域人均生態(tài)足跡,見圖3.

生態(tài)承載力計算時,產(chǎn)量因子中耕地產(chǎn)量因子由沿海3市糧食單產(chǎn)與世界糧食單產(chǎn)的比值求得,牧草產(chǎn)量因子由沿海3市單位產(chǎn)肉量與世界牧草地產(chǎn)肉量比值求得,其他因子采用Wackernagel等對我國生態(tài)足跡的計算結(jié)果[14],耕地為1.788,牧草地為1.94,建筑用地為1.66,林地0.91,水域為1.00.計算結(jié)果見圖4.由圖4可見,江蘇沿海3市人均生態(tài)承載力基本保持不變.

從圖3可以看出,因化石燃料產(chǎn)生的人均生態(tài)足跡最大,表明6種生產(chǎn)性用地中,煤、電、油的消費對環(huán)境的影響最顯著,對生態(tài)足跡的貢獻(xiàn)度最大.從圖4看出,進(jìn)入21世紀(jì)以來,江蘇沿海3市人均生態(tài)足跡從2000年的1.122 hm2按年均35.5%的速度增加,至2008年為2.106hm2,說明該區(qū)域人均生態(tài)足跡變化迅速.但是生態(tài)承載力變化不大,人均生態(tài)赤字逐漸增加,這與該區(qū)域大面積灘涂開發(fā)之后生態(tài)補(bǔ)償不及時有關(guān).與《中國生態(tài)足跡報告》中的數(shù)據(jù)相比較[9],江蘇沿海3市人均生態(tài)足跡2006年之前低于全國的1.6hm2,之后超過全國水平.至2008年,該區(qū)域人均生態(tài)足跡略低于全球的2.2hm2,但按照目前這種趨勢發(fā)展,將很快超過全球水平.從當(dāng)前江蘇沿海3市的生態(tài)足跡和生態(tài)承載力來看,灘涂開發(fā)過程中,必須保持灘涂生態(tài)的動態(tài)平衡,以抑制生態(tài)足跡增加的速度.

圖3 2000—2008年江蘇沿海3市人均生態(tài)足跡Fig.3 Per capita ecological footprint of three coastal cities in Jiangsu Provincefrom 2000 to 2008

圖4 江蘇沿海3市人均生態(tài)足跡與人均生態(tài)承載力Fig.4 Per capita ecological footprint and ecological carrying capacity in three coastal cities in Jiangsu Province

5 結(jié) 語

生態(tài)足跡反映了灘涂開發(fā)過程中對生物資本的依賴程度,可以用來衡量沿海灘涂開發(fā)對生態(tài)環(huán)境的響應(yīng)程度.借助生態(tài)足跡的計算,反映生態(tài)系統(tǒng)的盈虧,進(jìn)而構(gòu)建反映灘涂開發(fā)對生態(tài)環(huán)境的響應(yīng)模型.通過這種可量化和有可比性的生態(tài)足跡的計算,衡量出灘涂開發(fā)對生態(tài)環(huán)境的響應(yīng)程度,為在資源日益緊張的情況下做好灘涂開發(fā)戰(zhàn)略規(guī)劃提供依據(jù).

從2000—2008年的生態(tài)足跡計算結(jié)果看出,江蘇沿海3市人均生態(tài)足跡按年均35.5%的速度增加,人均生態(tài)承載力變幅很小.2008年該區(qū)域人均生態(tài)足跡略低于全球的2.2hm2,但按現(xiàn)有變化趨勢,人均生態(tài)足跡將很快超過這個數(shù)字.因此,在未來的灘涂開發(fā)過程中還須降低對生態(tài)環(huán)境的影響程度,以保證該區(qū)域社會與經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展.

[1]于格,張軍巖,魯春霞,等.圍海造地的生態(tài)環(huán)境影響分析[J].資源科學(xué),2009,31(2):265-270.(YUGe,ZHANG Jun-yan,LU Chun-xia,et al.Study on the impacts of marine reclamation on eco-environment[J].Resources Science,31(2):265-270.(in Chinese))

[2]邁里克 弗里曼A.環(huán)境與資源價值評估:理論與方法[M].曾賢剛,譯.北京:中國人民大學(xué)出版社,2002.

[3]彭本榮,洪華生,陳偉琪.海岸帶環(huán)境資源價值評估:理論方法與案例研究[J].廈門大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2004,43(增刊):184-189.(PENG Ben-rong,HONG Hua-sheng,CHEN Wei-qi.Evaluation of coastal environmental resources:Xiamen case study[J].Journal of Xiamen University:Natural Science,2004,43(Sup):184-189.(in Chinese))

[4]TURNERL RK.Valuing ocean and coastal resources:arevive of practical examples and issues for further actions[J].Ocean&Coastal Management,2002,45:583-616.

[5]HOWATTH R,FARBERS.Accounting for the value of ecosystem services[J].Ecological Economics,2002,41(3):421-429.

[6]REESW E.Ecological footprints and appropriated carrying capacity:what urban economic leaves out[J].Environment and Urbanization,1992,4(2):121-130.

[7]REESW E.Revisiting carrying capacity:area-based indicators of sustainability[J].Population&Environment,1996(3):195-215.

[8]ANDREW R,FERGUSON B.The logical foundations of ecological footprint[J].Environment,Development and Sustainability,1999(2):149-156.

[9]中國環(huán)境與發(fā)展國際合作委員會,世界自然基金會.中國生態(tài)足跡報告:上[J].世界環(huán)境,2008(5):52-57.(CCICED,WWF.China ecological footprint report:Part A[J].World Environment,2008(5):52-57.(in Chinese))

[10]中國環(huán)境與發(fā)展國際合作委員會,世界自然基金會.中國生態(tài)足跡報告:下[J].世界環(huán)境,2008(6):63-69.(CCICED,WWF.China ecological footprint report:Part B[J].World Environment,2008(6):63-69.(in Chinese))

[11]徐中民,張志強(qiáng),程國棟.甘肅省1998年生態(tài)足跡計算與分析[J].地理學(xué)報,2000,55(5):607-616.(XU Zhong-min,ZHANGZhi-qiang,CHENGGuo-dong.The calculation and analysis of ecological footprints of Gansu Province[J].Acta Geographica Sinica,2000,55(5):607-616.(in Chinese))

[12]錢正英.江蘇沿海地區(qū)綜合開發(fā)戰(zhàn)略研究:綜合卷[M].南京:江蘇人民出版社,2008:17.

[13]WACKERNAGEL M,REES W E.Our ecological footprint:reducing human impact on the earth[M].Gabriola Island:New Society Publishers,1996.

[14]WACKERNAGELM,ONISTO L,BELLO P,et al.National natural capital accounting with theecological footprint concept[J].Ecological Economics,1999,29(3):375-390.