廣西鐵山港(臨海)工業(yè)區(qū)圍填海工程所致濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能損失評估

申友利，邊啟明，勞齊斌，石洪源，粟啟仲，雷學(xué)鐵

(1.國家海洋局北海海洋環(huán)境監(jiān)測中心站，廣西 北海 536000；2.魯東大學(xué)土木工程學(xué)院，山東 煙臺 264025)

引 言

廣西鐵山港(臨海)工業(yè)區(qū)位于廣西北海市東部，是北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)三大臨海工業(yè)區(qū)之一。隨著國家一系列的政策支持以及“一帶一路”的建設(shè)，鐵山港(臨海)工業(yè)區(qū)迎來了難得的發(fā)展機(jī)遇，現(xiàn)有土地已不滿足其發(fā)展需求，碼頭工程、物流倉儲、石化工程等填海造地行為隨之而來。圍填海工程帶來經(jīng)濟(jì)效益的同時，也造成了巨大的生態(tài)問題，如自然岸線破壞、水動力條件減弱、濕地面積萎縮、海洋生物資源損害、海洋災(zāi)害風(fēng)險增加等[1-3]，造成生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能下降。對圍填海工程造成的濕地生態(tài)損失進(jìn)行定量評估，并以此為依據(jù)進(jìn)行海岸帶綜合管理勢在必行。

圍填海工程造成的濕地生態(tài)損失包括生物資源損失和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能損失兩方面。目前，已有學(xué)者對濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能進(jìn)行了相關(guān)研究。陳尚等[4]針對我國近海生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的開發(fā)利用情況，建立了評估海洋生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的技術(shù)框架；王衍和孫士超[5]建立了圍填海造地的海洋生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值損失評估方法，并對海南洋浦圍填海造地的海洋生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值損失進(jìn)行了評估；馬玉艷等[6]構(gòu)建了圍填海對海洋生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值損失評估模型，并對2012年天津?yàn)I海新區(qū)圍填海造成的海洋生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值損失進(jìn)行了定量評估。任浩杰等[7]通過對大長山生態(tài)開發(fā)示范區(qū)2012—2014年的調(diào)查分析，初步評估示范區(qū)的海洋生態(tài)服務(wù)價值。以上研究對構(gòu)建濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的組成要素、評估指標(biāo)和計算方法等提供了一定參考。同時，對廣西鐵山港(臨海)工業(yè)區(qū)圍填海工程的研究主要集中在水動力變化[8]、海水質(zhì)量評價[9]、工程地質(zhì)調(diào)查[10]和海洋災(zāi)害風(fēng)險[11-12]等方面，而圍填海工程對濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能造成的損失尚未見諸報道。作為鐵山港灣西岸的大規(guī)模填海區(qū)，廣西鐵山港(臨海)工業(yè)區(qū)圍填海工程造成的濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值損失巨大，應(yīng)引起足夠重視。本文在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上構(gòu)建了廣西鐵山港(臨海)工業(yè)區(qū)圍填海工程對濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能損失的評估模型，對其造成的濕地生態(tài)服務(wù)功能損失進(jìn)行了定量評估，以期為海岸帶綜合管理提供依據(jù)。

1 研究區(qū)與研究方法

1.1 鐵山港(臨海)工業(yè)區(qū)概況

鐵山港區(qū)隸屬于廣西北海市，地處廣西南部，北海市東部、鐵山港岸邊，東經(jīng)109°15′～109°45′，北緯21°26′～21°40′，總面積394 km2。鐵山港(臨海)工業(yè)區(qū)是北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)五大功能組團(tuán)之一鐵山港(龍?zhí)?組團(tuán)的核心工業(yè)園區(qū)，是廣西北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)三大工業(yè)區(qū)之一，以石油化工、鋼鐵、能源等大型臨海工業(yè)為主要發(fā)展方向。工業(yè)區(qū)臨近的鐵山港灣南北長約40 km，東西最寬處約10 km，一般寬4 km，海岸線總長約50 km，灘涂約80 km2。鐵山港海域開闊，海洋生物資源豐富，水文條件良好。2000年之前，海灣自凈能力較強(qiáng)，水質(zhì)狀況正在向良好趨勢發(fā)展[13]，但近年來受工業(yè)區(qū)圍填海的影響，靠近工業(yè)區(qū)的海域開始受到污染且范圍逐漸擴(kuò)大[9]。遙感影像分析，鐵山港(臨海)工業(yè)區(qū)從2005年開始圍填海[13]，在2010—2015年填海規(guī)模擴(kuò)大，2018年填?；就Ｖ梗?019年底，累計填海面積為1 198.338 4 hm2。

1.2 濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能損失評估模型

參考前人的研究成果，結(jié)合鐵山港(臨海)工業(yè)區(qū)臨近海域的特征及損失估算的可行性和可操作性，并考慮數(shù)據(jù)資料的翔實(shí)性，將鐵山港灣濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能損失歸納為供給功能損失、調(diào)節(jié)功能損失、文化功能損失和支持功能損失4大類7項生態(tài)服務(wù)功能損失類型，包括初級生產(chǎn)功能、氧氣生產(chǎn)功能、氣候調(diào)節(jié)功能、廢棄物處理功能、休閑娛樂功能、科研服務(wù)功能、生物多樣性維持功能(表1)。

表1 鐵山港(臨海)工業(yè)區(qū)圍填海工程所致濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能損失評估模型

1.2.1 供給功能損失

圍填海工程建成后在項目場地會有少量綠化植物，但由于缺乏這方面的相關(guān)數(shù)據(jù)，且相對于該區(qū)域內(nèi)原海洋植物的制氧能力來說可以忽略不計，因此不考慮新生植物的制氧能力。根據(jù)《海洋生態(tài)資本評估技術(shù)導(dǎo)則(GB/T 28058-2011)》[15]，氧氣生產(chǎn)的物質(zhì)量采用海洋植物通過光合作用過程生產(chǎn)氧氣的數(shù)量進(jìn)行計算：

PO2=PO2′×S×365

(1)

其中，PO2′為單位時間單位面積海域浮游植物產(chǎn)生的氧氣量，S為圍填海面積。

浮游植物初級生產(chǎn)提供氧氣的計算公式為：

QO2′ = 2.67×Ph

(2)

其中，Ph為單位面積浮游植物的初級生產(chǎn)力。

初級生產(chǎn)力Ph按照聯(lián)合國教科文組織(UNESCO)推薦的公式采用葉綠素a法進(jìn)行估算：

(3)

其中，Chla為真光層內(nèi)平均葉綠素a含量；A為不同層次同化指數(shù)算術(shù)平均值，取3.7；D為晝長時間，取12h；H為真光層深度，圍填海工程全部位于鐵山港濱海濕地區(qū)域，水深約為3 m，故將真光層厚度H取為3 m。

根據(jù)國家海洋局北海海洋環(huán)境監(jiān)測中心站對鐵山港灣浮游植物和大型藻類的多年常規(guī)調(diào)查顯示，該海域無大型藻類(如海帶等)生長。2014—2018年鐵山港灣海域的常規(guī)監(jiān)測站位見圖1所示，監(jiān)測指標(biāo)主要有葉綠素、COD、石油類、磷酸鹽和無機(jī)氮等水質(zhì)因子。葉綠素a的多年平均含量為4.61 mg/m3，根據(jù)公式(3)可得出單位時間單位面積的初級生產(chǎn)力。氧氣的生產(chǎn)價格參照王如松等[22]的研究，取400元/t。

圖1 鐵山港(臨海)工業(yè)區(qū)圍填海工程(黑色)及監(jiān)測站位分布

1.2.2 調(diào)節(jié)功能損失

基于海洋吸收大氣CO2的原理，氣候調(diào)節(jié)損失的物質(zhì)量用如下公式計算：

(4)

濕地生態(tài)系統(tǒng)的廢棄物處理功能是對進(jìn)入鐵山港灣引起海水富營養(yǎng)化的N元素和P元素的固定，以及對COD和石油烴的去除等方面，具體公式參見表1。

(5)

選擇石油類、COD、無機(jī)氮和磷酸鹽作為污染評價因子。根據(jù)國務(wù)院《排污費(fèi)征收使用管理條例》，石油類、磷酸鹽和無機(jī)氮的去除成本分別為7 300元/t、2 500元/t和1 500元/t。根據(jù)陳偉琪等[21]的研究，COD的去除成本為4 300元/t。根據(jù)《廣西壯族自治區(qū)海洋功能區(qū)劃(2011—2020年)》[22]，鐵山港(臨海)工業(yè)區(qū)附近的鐵山港灣海域執(zhí)行《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(GB 3097—1997)》[23]中的IV類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，IV類水質(zhì)需滿足以下要求：COD≤ 5 mg/L，石油類≤ 0.50mg/L，活性磷酸鹽≤ 0.045 mg/L和無機(jī)氮≤ 0.5 mg/L。根據(jù)國家海洋局北海海洋環(huán)境監(jiān)測中心站對鐵山港灣水質(zhì)調(diào)查的結(jié)果，COD、石油類、磷酸鹽和無機(jī)氮的多年平均含量分別為1.38 mg/L、0.039mg/L、0.004 mg/L和0.25 mg/L。

1.2.3 文化功能損失

文化功能指人們通過精神感受、知識獲取、主觀印象、消遣娛樂和美學(xué)體驗(yàn)從生態(tài)系統(tǒng)中獲得的非物質(zhì)利益，包括休閑娛樂功能和科研服務(wù)功能兩個方面。

休閑娛樂功能的損失用如下公式計算：

(6)

休閑娛樂功能的損失用如下公式計算：

(7)

根據(jù)Costanza等[17]的研究，我國單位面積濕地生態(tài)系統(tǒng)的休閑娛樂功能價值為82美元/(hm2·a)。我國單位面積濕地生態(tài)系統(tǒng)的科研服務(wù)功能價值為3.55萬元/(km2·a)[18]。

1.2.4 支持功能損失

根據(jù)相關(guān)研究，初級生產(chǎn)力轉(zhuǎn)化為軟體動物的轉(zhuǎn)化率Ef約為10%[24]；軟體動物混合含碳率δ為8.33%，貝類重量與軟體組織平均重量比σ為5.52[25]；貝類產(chǎn)品平均市場價格按10元/kg計算，貝類銷售利潤率按25%計算。

鐵山港海域浮游植物年生產(chǎn)量高，餌料豐富，是多種魚、蝦、蟹、貝類等生長繁殖的良好場所，具有十分重要的生物多樣性維持功能。生物多樣性維持功能的損失用如下公式計算：

(8)

我國濕地、農(nóng)田、森林生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性維持價值分別為2 212.2元/(hm2·a)、628.2元/(hm2·a)和2 884.6元/(hm2·a)[19]，取濕地生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性維持功能價值進(jìn)行估算。

2 評估結(jié)果分析

估算結(jié)果(表2)表明，鐵山港(臨海)工業(yè)區(qū)圍填海工程對濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能造成的損失約為685.94萬元/a，單位面積損失約57.24萬元/(km2·a)。4類濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能損失由大到小依次為支持服務(wù)功能、供給服務(wù)功能、調(diào)節(jié)服務(wù)功能和文化服務(wù)功能。其中支持服務(wù)損失占總損失的49.3%，其他服務(wù)功能損失按照從大到小的順序占總損失的比例分別為20.92%和16.39%和13.39%。在具體服務(wù)功能類型上，圍填海工程對生物多樣性維持損失最大，為265.10萬元/a；其次氧氣生產(chǎn)功能，損失143.48萬元/a；氣候調(diào)節(jié)服務(wù)功能損失最小，為22.08萬元/a。

表2 鐵山港(臨海)工業(yè)區(qū)圍填海工程所致濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能損失統(tǒng)計

根據(jù)《廣西壯族自治區(qū)海洋功能區(qū)劃(2011—2020)》[26]，工程所在海域?yàn)楦劭诤竭\(yùn)區(qū)，不具備養(yǎng)殖和捕撈功能，所以在構(gòu)建功能指標(biāo)時未考慮養(yǎng)殖和捕撈功能損失，造成供給服務(wù)功能損失較小。盡管如此，鐵山港(臨海)工業(yè)區(qū)圍填海仍舊造成單位面積濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能損失約57.24萬元/(km2·a)，此結(jié)果略高于索安寧等[1]的研究，而低于馬玉艷等[5]的研究，這是因?yàn)椴煌Ｓ虻纳鷳B(tài)環(huán)境不同，具體的濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值損失要根據(jù)工程所在海域的濕地生態(tài)系統(tǒng)類型、動植物生物量等狀況計算，具體有以下幾個方面：估算氣候調(diào)節(jié)損失的物質(zhì)量參考李水清等[20]在南海北部陸架區(qū)歷時兩年的觀測數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)高于海洋生態(tài)資本評估技術(shù)導(dǎo)則(GB/T 28058—2011)[15]中的4.76 t/km2；在估算圍填海工程對廢棄物處理功能造成的損失時，充分考慮了石油類、COD、無機(jī)氮和磷酸鹽4個污染因子，使得計算結(jié)果更為準(zhǔn)確，以往的研究一般只關(guān)注其中的兩個或者三個；計算氧氣生產(chǎn)功能損失時只考慮了當(dāng)?shù)睾Ｓ虻母∮沃参锏某跫壣a(chǎn)力的同化量，并未計算該海域浮游動物等的氧氣消耗量，在一定程度上也會存在結(jié)果偏高[6]。此外，實(shí)測數(shù)據(jù)分析，該海域的葉綠素a含量多年偏高，造成物種多樣性維持功能和氧氣生產(chǎn)功能損失比其他海域偏高。

評估結(jié)果可知，鐵山港(臨海)工業(yè)區(qū)圍填海工程對濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能造成一定損失，應(yīng)采取必要措施對圍填海造成的損失進(jìn)行生態(tài)修復(fù)或補(bǔ)償。對鐵山港(臨海)工業(yè)區(qū)圍填海工程造成的生物多樣性損失，可通過增殖放流、貝類底播等方式快速恢復(fù)濕地生物資源；對造成的水動力影響，可通過清淤等方式增加海域的納潮量，若對水動力造成較大影響，應(yīng)將填海區(qū)域恢復(fù)原貌；對于供給和調(diào)節(jié)等功能的損失，可通過構(gòu)建生態(tài)景觀、濱海岸線以及資金補(bǔ)償?shù)确绞絹砘謴?fù)部分功能。

本文估算的鐵山港(臨海)工業(yè)區(qū)圍填海工程造成的濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能損失有些參考了國內(nèi)外研究成果，不能完全反應(yīng)本海域特性，可能會造成一定誤差。盡管如此，評估結(jié)果仍舊具有一定的參考意義，可為海岸帶綜合管理提供定量依據(jù)。

3 結(jié)論

鐵山港(臨海)工業(yè)區(qū)圍填海工程對濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能造成的損失為685.94萬元/a，單位面積損失約57.24萬元/(km2·a)。4類濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能損失由多到少依次為支持服務(wù)功能、供給服務(wù)功能、調(diào)節(jié)服務(wù)功能和文化服務(wù)功能。圍填海工程對生物多樣性維持損失最大，為265.10萬元/a；其次氧氣生產(chǎn)功能，損失143.48萬元/a；氣候調(diào)節(jié)服務(wù)功能損失最小，為22.08萬元/a。評估結(jié)果具有一定的參考意義，可為海岸帶綜合管理提供定量依據(jù)。