基于生態(tài)系統(tǒng)的上海崇明東灘海岸帶生態(tài)系統(tǒng)退化診斷*

袁　琳　張利權(quán)　翁駿超　葛振鳴

(華東師范大學(xué)　河口海岸學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室　上?！?00062)

海岸帶是海洋系統(tǒng)與陸地系統(tǒng)相連接, 復(fù)合與交叉的地理單元, 既是地球表面最為活躍的自然區(qū)域, 也是資源與環(huán)境條件最為優(yōu)越的區(qū)域, 與人類的生存發(fā)展的關(guān)系最為密切(范學(xué)忠等, 2010)。20世紀(jì)以來, 隨著人類對自然環(huán)境的開發(fā)利用和影響的不斷加強(qiáng), 引發(fā)了一系列的海岸帶生態(tài)環(huán)境問題, 海岸帶正面臨著全球氣候變化、海平面上升、區(qū)域生態(tài)環(huán)境破壞、生物多樣性減少、污染加重、漁業(yè)資源退化等巨大壓力, 表現(xiàn)出逐步退化的趨勢, 嚴(yán)重影響了海岸帶的可持續(xù)發(fā)展, 使得海岸帶生態(tài)系統(tǒng)成為全球性的高脆弱生態(tài)系統(tǒng)(Tumer, 2000; Dauvin, 2008; 張明明等, 2011)。因此, 對海岸帶生態(tài)系統(tǒng)退化程度進(jìn)行科學(xué)地診斷和評價(jià), 可為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)海岸帶資源的可持續(xù)利用、制定合理有效的海岸帶管理方案以及為實(shí)施海岸帶生態(tài)化管理提供科學(xué)依據(jù)(蘇紀(jì)蘭, 2006; 葉屬峰等, 2006; Crowderet al, 2008; Nobreet al, 2010)。

生態(tài)系統(tǒng)退化程度的診斷分析是從生態(tài)系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)和功能出發(fā), 診斷由于人類活動(dòng)和自然因素引起生態(tài)系統(tǒng)的破壞和退化所造成的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)紊亂和功能失調(diào), 使生態(tài)系統(tǒng)喪失服務(wù)功能和價(jià)值的一種評估, 從而區(qū)分特定生態(tài)系統(tǒng)的脅迫狀況,辨識出最危險(xiǎn)的組分和最應(yīng)該重視的問題, 并在此基礎(chǔ)上制定出相應(yīng)的管理對策(馮海云等, 2010)。生態(tài)系統(tǒng)的退化狀況和退化程度可以通過多種途徑進(jìn)行診斷。早期研究中, 常選取一個(gè)或幾個(gè)指標(biāo)(如土壤重金屬污染、初級生產(chǎn)力、水質(zhì)參數(shù)等)進(jìn)行單途徑單因子或單途徑多因子診斷(杜曉軍等, 2001), 但對于受人類活動(dòng)強(qiáng)烈干擾的自然-經(jīng)濟(jì)-社會(huì)復(fù)合的海岸帶生態(tài)系統(tǒng)而言, 要識別系統(tǒng)現(xiàn)狀及其動(dòng)態(tài)演替的機(jī)制, 進(jìn)行多途徑多因子的綜合診斷才是有效的途徑(雷坤等, 2009)。因此如何篩選海岸帶生態(tài)系統(tǒng)退化診斷指標(biāo)、構(gòu)建評價(jià)指標(biāo)體系、選擇合適的評價(jià)方法, 一直是海岸帶保護(hù)與管理領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)(朱燕玲等, 2011; Yuanet al, 2014)。

上海崇明東灘位于我國經(jīng)濟(jì)最為發(fā)達(dá)區(qū)域之一的長江三角洲地區(qū), 屬于典型的高強(qiáng)度開發(fā)海岸帶,在陸海統(tǒng)籌、海岸帶資源可持續(xù)利用方面具有代表性。本研究選擇上海崇明東灘海岸帶生態(tài)系統(tǒng)為研究示范區(qū), 在對崇明東灘海岸帶生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上, 基于“壓力-狀態(tài)-響應(yīng)”(Pressure-State-Response,PSR)模型構(gòu)建海岸帶生態(tài)系統(tǒng)退化診斷指標(biāo)體系,定量評估了崇明東灘海岸帶生態(tài)系統(tǒng)退化狀況, 以期為該地區(qū)海岸帶生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)和管理提供理論依據(jù)和案例研究。

1　研究區(qū)域

選擇上海崇明島陳家鎮(zhèn)以東的區(qū)域?yàn)楹０稁鷳B(tài)系統(tǒng)管理示范區(qū)(31°25′—31°38′N, 121°46′—122°06′E), 面積約為 476km2, 東面以崇明東灘鳥類自然保護(hù)區(qū)為界(圖1)。示范區(qū)內(nèi)有自然濕地生態(tài)系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)和城鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)。研究區(qū)屬北亞熱帶海洋性氣候, 溫和濕潤, 四季分明。年均氣溫15.3°C, 最熱時(shí)間為 7—8月, 月平均氣溫 26.8—26.9°C, 最冷時(shí)間為 1—2月, 月平均氣溫 3.0—3.9°C。全年平均無霜期為 320d左右, 年均降雨量1022mm, 相對濕度82% (Yuanet al, 2011)。

圖1　上海崇明東灘海岸帶位置圖Fig.1　The location of the Chongming-Dongtan coastal zone, Shanghai, China

崇明東灘自然濕地位于亞太地區(qū)候鳥遷徙路線東線中段, 是國際遷徙鳥類必需的棲息地, 于 1992年列入《中國保護(hù)濕地名錄》, 2001年正式列入“拉姆薩國際濕地公約”國際重要濕地名錄(Yuanet al,2011)。主要鹽沼植被為蘆葦(Phragmites australis)、海三棱草(Scirpus mariqueter)和互花米草(Spartina alterniflora)三大植物群落。農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)主要包括3個(gè)農(nóng)場和農(nóng)業(yè)園區(qū)。城鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)以陳家鎮(zhèn)為核心,包括周邊21個(gè)村鎮(zhèn), 人口約6萬人。

2　研究方法

2.1　崇明東灘海岸帶生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

利用 2000、2003、2005和 2008年研究區(qū)的Landsat TM遙感影像, 在Erdas Imagine 8.7的支持下進(jìn)行遙感影像的幾何校正和投影變換等圖像處理。依據(jù)課題組歷史野外實(shí)地調(diào)查記錄和崇明東灘海岸帶實(shí)際情況, 將崇明東灘海岸帶劃分為3個(gè)生態(tài)系統(tǒng)類型(自然濕地生態(tài)系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)和城鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng))和9類土地利用類型(城鎮(zhèn)、農(nóng)田、養(yǎng)殖塘、林地、未利用土地、蘆葦群落群落、海三棱草群落、互花米草群落和光灘與海水), 并建立訓(xùn)練樣區(qū)和分類模板, 以最大似然法實(shí)施監(jiān)督分類?；贏rcGIS 9.2平臺, 計(jì)算各類地物的空間數(shù)據(jù)和面積變化情況。

2.2　崇明東灘海岸帶生態(tài)系退化診斷

2.2.1構(gòu)建退化診斷指標(biāo)體系在崇明東灘海岸帶生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上, 以“壓力-狀態(tài)-響應(yīng)”(pressure-state-response, PSR)概念模型為基礎(chǔ), 從壓力、狀態(tài)和響應(yīng)三個(gè)方面選取能夠反映海岸帶生態(tài)系統(tǒng)退化狀態(tài)的指標(biāo), 構(gòu)建退化診斷指標(biāo)庫。然后, 從指標(biāo)庫中篩選出24個(gè)指標(biāo)用于構(gòu)建適用于崇明東灘自然濕地生態(tài)系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)和城鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)的3層退化診斷指標(biāo)體系(表1)。該指標(biāo)體系以海岸帶生態(tài)系統(tǒng)類型作為目標(biāo)層, 用以描述退化評價(jià)的目標(biāo);第2層次為項(xiàng)目層, 包括壓力(pressure, P)、狀態(tài)(state,S)、響應(yīng)(response, R) 3個(gè)項(xiàng)目; 第3層次為指標(biāo)層,包含24個(gè)直接用于崇明東灘海岸帶生態(tài)系統(tǒng)退化診斷的指標(biāo)。其中15個(gè)指標(biāo)來自于國際經(jīng)合組織提出的環(huán)境績效考核核心指標(biāo)(Organization for Economic Cooperation and Development, 1993); 另外9個(gè)指標(biāo)是本文在全面了解崇明東灘海岸帶社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)系統(tǒng)歷史與現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上, 結(jié)合專家打分結(jié)果, 根據(jù)崇明東灘海岸帶自身特點(diǎn)所選取的。例如, 外來物種入侵(P12)和環(huán)境污染(P11)是崇明東灘自然濕地生態(tài)系統(tǒng)所面臨的自然過程和人類活動(dòng)帶來的主要壓力;植被覆蓋(S11)、水鳥數(shù)量(S12)和底棲動(dòng)物密度(S13)可以反映自然濕地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的健康狀態(tài);生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能(R11)和珍稀鳥類種類數(shù)(R12)則可體現(xiàn)社會(huì)對保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)多樣性和服務(wù)功能的響應(yīng)。

2.2.2退化診斷指標(biāo)處理為了保證指標(biāo)權(quán)重的客觀有效, 本文采用層次分析法(AHP)確定指標(biāo)權(quán)重(表1)?；贏rcGIS平臺, 實(shí)現(xiàn)崇明東灘海岸帶生態(tài)系統(tǒng)退化診斷各評價(jià)指標(biāo)的空間化。

在退化診斷指標(biāo)體系中, 由于各評價(jià)指標(biāo)類型復(fù)雜, 不同指標(biāo)量綱不同, 且與海岸帶生態(tài)系統(tǒng)退化程度相關(guān)性也有差異, 因此需要對各評價(jià)指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。依據(jù)指標(biāo)特點(diǎn), 根據(jù)公式(1)和(2)對評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理, 將原始數(shù)據(jù)變換為[0, 1] (熊鷹等, 2007), 并將崇明東灘海岸帶生態(tài)系統(tǒng)退化評價(jià)結(jié)果劃化為健康[0, 0.25]、輕微退化[0.25,0.5]、退化[0.5, 0.75]和嚴(yán)重退化[0.75, 1]四個(gè)等級。其中, 健康描述海岸帶生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定、可持續(xù)、具有活力, 能維持其組織且保持自我運(yùn)作能力, 對外界壓力有一定彈性; 輕微退化描述海岸帶生態(tài)系統(tǒng)沒有表現(xiàn)出明顯的結(jié)構(gòu)破壞和功能受損, 但生態(tài)系統(tǒng)活力、恢復(fù)力和組織力下降; 退化描述海岸帶生態(tài)系統(tǒng)的正常狀態(tài)在干擾的作用下失衡, 生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)發(fā)生負(fù)向變化, 生態(tài)系統(tǒng)功能受損; 嚴(yán)重退化描述海岸帶生態(tài)系統(tǒng)的某些要素或系統(tǒng)整體發(fā)生不利于生物和人類生存要求的量變和質(zhì)變, 生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能嚴(yán)重破壞或喪失。在實(shí)現(xiàn)指標(biāo)分級過程中, 將滿足或優(yōu)于《崇明生態(tài)島建設(shè)綱要(2010—2020)》管理目標(biāo)(上海市發(fā)展和改革委員會(huì), 2011)的區(qū)間設(shè)為健康。劃分輕微退化、退化和嚴(yán)重退化等級對應(yīng)的上限和下限時(shí), 有國家標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)按國家標(biāo)準(zhǔn)劃分等級上下限, 如“內(nèi)河水系水質(zhì)綜合指數(shù)”、“飲用水水源達(dá)標(biāo)率”參考《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB3838-2002)》,“土壤污染指數(shù)”參考《中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB15618-19950)》; 沒有國家標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo), 則根據(jù)本文提出的輕微退化、退化和嚴(yán)重退化的內(nèi)涵, 參考專家打分結(jié)果和數(shù)據(jù)實(shí)際值確定輕微退化、退化和嚴(yán)重退化等級區(qū)間上下限, 使其能夠客觀、準(zhǔn)確反映崇明東灘海岸帶自然濕地、農(nóng)業(yè)和城鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)退化狀況。

1) 當(dāng)評價(jià)指標(biāo)為正指標(biāo)(與海岸帶生態(tài)系統(tǒng)退化程度呈正相關(guān))時(shí):

2) 當(dāng)評價(jià)指標(biāo)為負(fù)指標(biāo)(與海岸帶生態(tài)系統(tǒng)退化程度呈負(fù)相關(guān))時(shí):

式中,Pij為各指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化賦值結(jié)果;xij為指標(biāo)實(shí)際值;xu和xv分別為指標(biāo)實(shí)際值xij所對應(yīng)分級區(qū)間的上限和下限;cu和cv分別為xij所對應(yīng)等級的標(biāo)準(zhǔn)化分值區(qū)間的上限和下限。

通過計(jì)算生態(tài)系統(tǒng)退化指數(shù)(Ecosystem degradation index, EDI) (公式(3)), 綜合評價(jià)自然濕地生態(tài)系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)和城鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)及崇明東灘海岸帶生態(tài)系統(tǒng)整體的退化狀況。

式中, EDI為第j類生態(tài)系統(tǒng)退化指數(shù),ωi第i個(gè)指標(biāo)的權(quán)重,Pij為第j類生態(tài)系統(tǒng)第i個(gè)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值,n為評價(jià)指標(biāo)個(gè)數(shù)。

3　結(jié)果與分析

3.1　崇明東灘海岸帶生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

圖2和表2顯示了2000—2008年崇明東灘海岸帶生態(tài)系統(tǒng)主要地物類型的時(shí)空動(dòng)態(tài)變化。伴隨著自然灘涂的發(fā)育, 自然濕地生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)鹽沼植被的面積從 2000年的 33.36km2(占自然濕地總面積的12.9%), 增加到2008年的44.00km2(占自然濕地總面積的17.4%)。然而, 由于 2001年崇明東灘南部團(tuán)結(jié)沙高潮灘的圍墾工程, 自然濕地生態(tài)系統(tǒng)總面積從2000年的258.77km2(占總面積的54.4%)減少到2008年的 252.95km2(占總面積的 53.1%)。圍墾的自然濕地轉(zhuǎn)化為農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng), 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的面積從2000年的 215.35km2(占總面積的 45.2%), 增加到2008年的218.52km2(占總面積的45.9%) (表2)。隨著人口增長和城市化進(jìn)程的推進(jìn), 崇明東灘海岸帶城鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)面積逐年增加, 從2000年1.96km2(占總面積的0.4 %)增加到了2008年的4.62km2(占總面積的1.0%)。

表1　崇明東灘海岸帶生態(tài)系統(tǒng)退化評價(jià)指標(biāo)體系Tab.1　The ecosystem degradation index system for the coastal zone

自然濕地生態(tài)系統(tǒng)是研究區(qū)內(nèi)最主要的亞生態(tài)系統(tǒng)類型, 主要的鹽沼植被為蘆葦、海三棱草和互花米草, 在鹽沼植被外緣還有大面積的光灘和海水。其中水域和光灘所占面積最大, 約占自然濕地生態(tài)系統(tǒng)總面積的 83.7%—87.1%。隨著外來物種互花米草在自然濕地生態(tài)系統(tǒng)的快速擴(kuò)散, 其分布面積從2000年的 1.87km2迅速增加至 2008年的 17.13km2,占鹽沼植被總面積的38.9%。由于互花米草入侵, 本地物種蘆葦和海三棱藨草面積表現(xiàn)為下降趨勢, 蘆葦和海三棱草群落面積從 2000年的 10.34km2和21.15km2下降到 2008年的 7.71km2和 19.16km2(圖2, 表2)。

農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)是崇明東灘海岸帶陸域最主要的生態(tài)系統(tǒng)類型, 主要地物類型包括農(nóng)田、養(yǎng)殖塘、林地和未利用的撂荒地。農(nóng)田的面積從 2000年的 158.01km2(占農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)總面積 73.4%)增加到了 2008年的164.74km2(占農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)總面積75.4%)。養(yǎng)殖塘是我國沿海城市海岸帶農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中典型的一種土地利用方式, 在崇明東灘海岸帶區(qū)域, 養(yǎng)殖塘面積在24.63km2到 52.10km2范圍內(nèi)呈波動(dòng)狀變化。研究區(qū)域內(nèi)林地的比例較低, 其總面積從2000年的2.68km2緩慢增加到了2008年的9.22km2。未利用地主要是圍墾后尚未利用或廢棄的養(yǎng)殖塘, 其總面積從 1990年的 12.72km2(占總面積的 5.9%)增加到了 2008年的19.93km2(占總面積的 9.1%) (圖2, 表2)。

崇明東灘海岸帶生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)城鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)的比例最低, 主要以陳家鎮(zhèn)為中心,包含八鎮(zhèn)、裕安鎮(zhèn)和前哨農(nóng)場等幾個(gè)村鎮(zhèn)。作為上海市郊縣的城鎮(zhèn),崇明東灘海岸帶城鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng) 2000年總面積僅為1.96km2。隨著城市發(fā)展和人口增加, 到 2008年, 崇明東灘城鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)面積已增加到 4.62km2, 但與上海這個(gè)大都市的發(fā)展相比仍表現(xiàn)為緩慢發(fā)展(圖2, 表2)。隨著上海長江隧橋的建成, 陳家鎮(zhèn)作為長江隧橋崇明島登陸點(diǎn), 長江入海口的第一鎮(zhèn), 聯(lián)動(dòng)周邊城鎮(zhèn)的發(fā)展, 其面積勢必會(huì)表現(xiàn)出增加的趨勢。

圖2　2000—2008年崇明東灘海岸帶各主要生態(tài)系統(tǒng)類型時(shí)空動(dòng)態(tài)Fig.2　The spatial-temporal dynamic of the ecosystems in 2000—2008 in the coastal zone

表2　2000—2008年崇明東灘海岸帶各主要生態(tài)系統(tǒng)類型的面積變化(km2)Tab.2　The areal changes (km2) of the ecosystems in 2000—2008 in the coastal zone

3.2　崇明東灘海岸帶生態(tài)系統(tǒng)退化診斷

從2000年至2008年, 崇明東灘海岸帶生態(tài)系統(tǒng)整體上表現(xiàn)為健康, 局部區(qū)域表現(xiàn)為輕微退化, 輕微退化的面積分別為25.71km2(2000)、16.66km2(2003)、18.16km2(2005)和40.46km2(2008), 占崇明東灘海岸帶總面積的 5.4% (2000)、3.1% (2003)、3.8% (2005)、8.5% (2008) (圖3, 圖4)。EDI從 2000 年到 2005 年表現(xiàn)為逐年上升, 在2005年達(dá)到0.249, 接近輕微退化臨界值。但隨后, 隨著崇明生態(tài)島建設(shè)的推進(jìn), 海岸帶生態(tài)系統(tǒng)整體退化趨勢有所改善, 到 2008年 EDI下降到0.235(圖4)。

崇明東灘自然濕地生態(tài)系統(tǒng)作為國家級自然保護(hù)區(qū), 受到圍墾、捕魚、污水排放等人類活動(dòng)的影響較小, 從 2000年至 2008年, 自然濕地生態(tài)系統(tǒng)大部分區(qū)域保持在健康的狀態(tài), 但隨著外來物種互花米草在東灘的快速擴(kuò)散, 輕微退化面積也逐年上升, 分別為 1.72km2(2000)、6.42km2(2003)、8.83km2(2005)和 16.13km2(2008), 占自然濕地總面積的0.7% (2000)、2.5% (2003)、3.5% (2005)、6.4% (2008)(圖3)。輕微退化區(qū)域主要出現(xiàn)在崇明東灘鳥類國家級自然保護(hù)區(qū)(自然濕地生態(tài)系統(tǒng))東旺沙水閘以南的互花米草入侵區(qū)域。從退化診斷指標(biāo)的結(jié)果來看, 自然濕地生態(tài)系統(tǒng)各項(xiàng)退化診斷指標(biāo)的平均值均低于 0.25輕微退化臨界值(圖4)。EDI也均低于0.25輕微退化臨界值, 但表現(xiàn)出逐年惡化的趨勢(圖4)。

圖3　2000—2008年崇明東灘海岸帶生態(tài)系統(tǒng)退化診斷結(jié)果Fig.3　The spatio-temporal assessment of ecosystem degradation in 2000—2008 in the coastal zone

2000年至2008年, 崇明東灘海岸帶農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)整體上表現(xiàn)為健康狀態(tài), 輕微退化區(qū)域主要在前哨農(nóng)場東部的廢棄魚塘形成的撂荒地, 輕微退化區(qū)域面積呈現(xiàn)先下降后升高的趨勢, 分別為 23.83km2(2000)、10.04km2(2003)、5.52km2(2005)和 19.94km2(2008), 占崇明東灘海岸帶總面積的 11.3% (2000)、4.6% (2003)、2.5% (2005)、9.1% (2008) (圖3)。盡管崇明東灘農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)在整體上處于未退化的狀態(tài),EDI均低于 0.25輕微退化臨界值, 但個(gè)別指標(biāo)表現(xiàn)為輕微退化仍然面臨嚴(yán)峻的考驗(yàn)(圖4)。例如, 農(nóng)藥和化肥的大量使用造成土壤污染和水質(zhì)惡化, 有機(jī)、綠色和無公害農(nóng)產(chǎn)品種植面積和單位面積產(chǎn)量偏低, 遠(yuǎn)低于環(huán)保部《國家生態(tài)縣建設(shè)指標(biāo)》, 亟需采取必要的技術(shù)、措施或政策實(shí)現(xiàn)該區(qū)域的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、產(chǎn)業(yè)形態(tài)完善和勞動(dòng)效率提高。

圖4　崇明東灘海岸帶生態(tài)系統(tǒng)退化診斷指標(biāo)及EDI結(jié)果Fig.4　Results of the coastal ecosystem degradation diagnosis by each indicator and EDI

城鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)EDI從2000年到2005年表現(xiàn)為逐年上升, 在2005年達(dá)到0.298, 高于0.25輕微退化臨界值, 表現(xiàn)為輕微退化。主要是因?yàn)槌擎?zhèn)人口的快速增長、飲用水達(dá)標(biāo)率下降和污水處理率下降, 使得城鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)表現(xiàn)為輕微退化。但隨后, 伴隨著崇明生態(tài)島建設(shè)的推進(jìn), 城鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)健康狀況有一定的改善, “飲用水達(dá)標(biāo)率”、“人均綠地面積”、“單位GDP能耗”、“人均純收入”、“污水處理率”和“空氣優(yōu)良天數(shù)”等評價(jià)指標(biāo)都表現(xiàn)出改善的趨勢, EDI指數(shù)也在2008年下降到 0.236(圖4)。以“人均綠地面積”為例,2000年(9.05m2/人)診斷結(jié)果為 0.496, 表現(xiàn)為輕微退化, 已接近退化水平臨界值, 到 2008年人均綠地面積已增加到11.3m2/人, 恢復(fù)到健康狀態(tài)(圖4)。

4　討論

生態(tài)系統(tǒng)退化是指生態(tài)系統(tǒng)在自然或人為干擾下形成的偏離自然狀態(tài)的系統(tǒng)(任海等, 2004)。生態(tài)系統(tǒng)的退化是復(fù)雜的, 既有系統(tǒng)本身的自然屬性決定的內(nèi)在原因, 更重要的是人為的外部干擾體系的驅(qū)動(dòng)。而退化過程因外部干擾體系展現(xiàn)出多元化, 退化的關(guān)鍵是系統(tǒng)中的能動(dòng)因子生物及其多樣性的不良變化或喪失, 其本質(zhì)是系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)被破壞后失衡,導(dǎo)致功能衰弱。因此, 必須首先診斷生態(tài)系統(tǒng)的退化過程及退化程度, 合理判定當(dāng)前退化狀態(tài)在該系統(tǒng)正向演替中的地位和階段, 才可能順應(yīng)自然正向演替規(guī)律進(jìn)行有效的退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)重建(包維楷,1999)。

本文以崇明東灘海岸帶生態(tài)系統(tǒng)為例, 將海岸帶生態(tài)系統(tǒng)按照類型劃分為自然濕地生態(tài)系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)和城鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng), 基于對崇明東灘海岸帶生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分析, 從“壓力-狀態(tài)-響應(yīng)”三個(gè)方面構(gòu)建海岸帶生態(tài)系統(tǒng)退化診斷指標(biāo)體系, 診斷由于人類活動(dòng)和自然因素引起崇明東灘海岸帶生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能退化的影響因素, 定量評估了崇明東灘海岸帶特定生態(tài)系統(tǒng)退化狀況, 辨識出最危險(xiǎn)的組分和最應(yīng)該重視的問題。從結(jié)果可以看出, 自然濕地生態(tài)系統(tǒng)是崇明東灘海岸帶中一個(gè)重要的生態(tài)系統(tǒng)類型, 對于維持生物多樣性和和生物棲息地發(fā)揮著重要的作用。然而, 由于大規(guī)模圍墾工程造成“自然濕地保有率” 指標(biāo)逐年降低, “外來物種互花米草入侵”指標(biāo)也表現(xiàn)出逐年惡化的趨勢, 影響了“自然濕地水鳥數(shù)量”、“珍惜鳥類種類”等指標(biāo)的變化, 對濕地生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)健康也產(chǎn)生了一定程度的威脅,急需采取適當(dāng)?shù)墓芾泶胧┐龠M(jìn)自然濕地生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。例如: (1)加強(qiáng)對灘涂濕地生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù), 科學(xué)合理利用灘涂資源; (2)通過開展互花米草控制和土著植被恢復(fù)工作, 對退化的自然濕地進(jìn)行生態(tài)修復(fù), 為鳥類提供良好的棲息地; (3)進(jìn)一步完善濕地管理制度, 提高公眾自覺保護(hù)濕地資源的意識和參與自然濕地保護(hù)和管理的熱情。隨著崇明生態(tài)島建設(shè)的推進(jìn), 農(nóng)村“再生能源使用比例”和“內(nèi)河水系水質(zhì)綜合指數(shù)”明顯得到改善, 崇明東灘海岸帶區(qū)域的農(nóng)業(yè)發(fā)展也得到了長足進(jìn)步。但與國內(nèi)農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)相比, 還存在生產(chǎn)效率偏低, 農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)布局不合理(存在部分撂荒地)、農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理(有機(jī)、綠色和無污染農(nóng)產(chǎn)品比例偏低)的情況, 同時(shí)由于化肥、農(nóng)藥使用造成的“土壤污染指數(shù)”逐年升高, 環(huán)境惡化現(xiàn)象明顯, 造成崇明東灘海岸帶農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)局部區(qū)域發(fā)生退化。因此, 在今后的農(nóng)業(yè)發(fā)展過程中, 應(yīng)圍繞發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)這一目標(biāo), (1)提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率, 優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu), 提高有機(jī)、綠色、無公害農(nóng)產(chǎn)品種植面積比重, 發(fā)展綠色、高效農(nóng)業(yè); (2)合理控制無機(jī)化肥和農(nóng)藥的施用強(qiáng)度, 改善環(huán)境質(zhì)量, 加強(qiáng)環(huán)境保護(hù),保障環(huán)境質(zhì)量的可持續(xù)性; (3)優(yōu)化農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)各類用地的空間配置和布局, 提高土地利用率。

隨著崇明生態(tài)島環(huán)保和生態(tài)化建設(shè)的推進(jìn), 城鎮(zhèn)“單位GDP能耗”、“空氣質(zhì)量優(yōu)良天數(shù)”和“人均綠地”等指標(biāo)都有明顯改善, 但人口增長和經(jīng)濟(jì)發(fā)展引起的現(xiàn)有資源的過度使用和環(huán)境惡化等問題仍是影響城鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)健康發(fā)展的主要原因, 對今后城鎮(zhèn)可持續(xù)發(fā)展和人居環(huán)境建設(shè)都提出了極大的挑戰(zhàn)。在今后的海岸帶城鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)管理中, 應(yīng)結(jié)合綜合評估結(jié)果, (1)加強(qiáng)城區(qū)綠地建設(shè), 提高公共綠地面積比例; (2)優(yōu)化產(chǎn)業(yè)和能源結(jié)構(gòu), 降低污染排放強(qiáng)度, 引導(dǎo)生態(tài)化的產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式; (3)增設(shè)或改進(jìn)污水與固體廢物處理設(shè)施, 利用多種生態(tài)工程與技術(shù)手段提高環(huán)境凈化能力。

可見, 通過開展海岸帶生態(tài)系統(tǒng)退化診斷, 可以更加深入地了解海岸帶生態(tài)系統(tǒng)存在的問題及現(xiàn)狀,從而更加有針對性的提出如何合理調(diào)整生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu), 減緩生態(tài)系統(tǒng)退化, 維持生態(tài)系統(tǒng)功能的可持續(xù)發(fā)展的管理策略。在未來制定具體的管理方案時(shí), 還可基于綜合評價(jià)結(jié)果, 利用情景分析的方法, 預(yù)測不同的管理方案在多大程度上可以改善不同類型生態(tài)系統(tǒng)的退化狀況, 實(shí)現(xiàn)管理目標(biāo), 從而制定出一整套科學(xué)、具體、切實(shí)可行的海岸帶生態(tài)系統(tǒng)管理方案(Katieet al, 2006; Heatheret al, 2007; Yuanet al,2014)。實(shí)施過程中還應(yīng)適時(shí)地對海岸帶生態(tài)系統(tǒng)管理效果進(jìn)行監(jiān)測與評價(jià), 提出適應(yīng)性調(diào)整方案, 形成海岸帶生態(tài)系統(tǒng)管理優(yōu)化方案。文中提出的研究思路和綜合評估研究方法可靈活的應(yīng)用到其它沿海地區(qū)或類似的生態(tài)系統(tǒng), 為我國海岸帶管理提供了可行的技術(shù)方法和示范案例。

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