徐彩瑤,濮勵(lì)杰,朱 明

1 南京大學(xué)地理與海洋科學(xué)學(xué)院,南京 210023 2 國(guó)土資源部海岸帶開(kāi)發(fā)與保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,南京 210023

海岸帶,陸海交互作用的過(guò)渡地帶,是典型的生態(tài)交錯(cuò)帶和脆弱區(qū),也是人類開(kāi)發(fā)利用強(qiáng)度最高的區(qū)域之一[1- 2]。海岸帶開(kāi)發(fā)不斷干擾濱海濕地生態(tài)系統(tǒng),破壞其自然生態(tài)環(huán)境,土地利用/覆被發(fā)生著劇烈變化,人地關(guān)系也隨之改變。沿海灘涂的涵義可分為狹義和廣義,狹義上是指潮間帶,廣義上不僅是指全部潮間帶,還包括潮上帶和潮下帶可供開(kāi)發(fā)利用的部分[3- 4]。目前,沿海灘涂的概念在學(xué)術(shù)界尚未達(dá)成共識(shí),但可以明確的是沿海灘涂濕地是自然濱海濕地的重要組成部分。陸健健指出濱海濕地是海平面以下6m至大潮高潮位之上與外流江河流域相連的微咸水和淡淺水湖泊,沼澤以及相應(yīng)河段間的區(qū)域,分潮上帶淡水濕地、潮間帶灘涂濕地、潮下帶近海濕地和河口沙洲離島濕地4個(gè)子系統(tǒng)及若干型[5]。關(guān)道明在《中國(guó)濱海濕地》一書(shū)中指出中國(guó)濱海濕地分為自然濱海濕地和人工濱海濕地,其中自然濱海濕地包括淺海水域、灘涂、濱海沼澤、河口水域和河口三角洲,而人工濱海濕地包括養(yǎng)殖水塘、鹽田和水庫(kù)；同時(shí)指明,灘涂是指底部基質(zhì)為巖石、礫石、沙石、粉砂、淤泥的海灘[6]。泥灘(潮灘)、砂灘(海灘,俗稱沙灘)和巖灘(巖礁灘或碎石灘)都隸屬于沿海灘涂,只是各自的地質(zhì)構(gòu)造成分不同；而根據(jù)形態(tài)變化,我國(guó)沿海灘涂濕地一般分為三類：穩(wěn)定型灘涂、淤漲型灘涂和侵蝕型灘涂[7]。目前,對(duì)沿海灘涂濕地的開(kāi)發(fā)方式統(tǒng)稱為“圍填?！?依據(jù)海岸帶的自然特征,海岸帶的開(kāi)發(fā)活動(dòng)可分為兩大類：圍填海造地后開(kāi)發(fā)(非淤漲型海岸)和自然灘涂圍墾開(kāi)發(fā)(淤漲型海岸)。圍填海造地主要是在沿海修筑海堤圍割部分海域后人為將水排干(或依靠自然干燥、植被生長(zhǎng))或用泥沙巖土等固體物質(zhì)通過(guò)填海的方式形成陸地的行為[8],是人類開(kāi)發(fā)利用海洋的重要方式之一。世界許多沿海國(guó)家或地區(qū)都采取了圍填海造地的策略,如荷蘭、日本和韓國(guó)等[9]；其中,荷蘭是圍填海造地的典型代表,據(jù)統(tǒng)計(jì),荷蘭累計(jì)圍海造地約9000km2,相當(dāng)于其陸地國(guó)土總面積的1/4[10]。而對(duì)于淤漲型海岸,沿海灘涂在河流泥沙作用下不斷向海推進(jìn),其面積上動(dòng)態(tài)增長(zhǎng)特征為人類生存和發(fā)展提供了廣闊的空間[11]；自然灘涂在圍墾和開(kāi)發(fā)后逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樗a(chǎn)品養(yǎng)殖、農(nóng)業(yè)、工業(yè)、居住等用地,如《江蘇沿海地區(qū)發(fā)展規(guī)劃》[12]。圍墾工程所引起的生態(tài)環(huán)境變化受到國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者的廣泛關(guān)注,本文對(duì)沿海灘涂圍墾開(kāi)發(fā)的歷史及現(xiàn)狀進(jìn)行簡(jiǎn)要梳理,并綜述了人類圍墾活動(dòng)影響下的灘涂濕地土壤性質(zhì)、生物多樣性、土地利用及景觀格局、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)及生態(tài)安全的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行初步展望,為推動(dòng)海岸帶生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展提供參考。

1 沿海灘涂圍墾開(kāi)發(fā)的歷史及現(xiàn)狀

沿海灘涂圍墾活動(dòng)歷史悠久,影響巨大,世界上許多沿海國(guó)家與地區(qū)都已開(kāi)展(圖1)。從13世紀(jì)開(kāi)始,荷蘭的土地面積因海水侵蝕減少了5600km2；分別于1932 年和1982 年建成的須德海工程和三角洲工程是以根治洪水災(zāi)害和推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展為長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)[13]；荷蘭的海岸帶開(kāi)發(fā)從最初的建立堤壩來(lái)保護(hù)沿海居民免受高潮和洪水危害到21世紀(jì)的退灘還水以保護(hù)海岸帶生態(tài)環(huán)境的模式,其總體目的是保障生存安全。同時(shí),韓國(guó)和日本也在海岸帶地區(qū)進(jìn)行著大量的開(kāi)發(fā)活動(dòng)。韓國(guó)從20世紀(jì)60年代以農(nóng)業(yè)為主的大規(guī)模圍墾到20世紀(jì)80年代以后控制和縮減圍墾規(guī)模的變化過(guò)程[14],于1991年啟動(dòng)、2006年建成的新萬(wàn)金工程計(jì)劃便是其最具代表性的工程之一[15]。日本的海岸帶開(kāi)發(fā)最早始于11世紀(jì),經(jīng)歷了以農(nóng)業(yè)為導(dǎo)向的圍海造田到以工業(yè)開(kāi)發(fā)為主的填海建廠的大規(guī)模開(kāi)發(fā)階段,再到以第三產(chǎn)業(yè)為主的限制開(kāi)發(fā)階段[14],工業(yè)化發(fā)展和人口增長(zhǎng)是其主要驅(qū)動(dòng)因素。美國(guó)進(jìn)行海岸帶開(kāi)發(fā)的驅(qū)動(dòng)力主要是城市化發(fā)展[16],由于其人口主要聚集在沿海區(qū)域,隨著沿海城市發(fā)展迅速,海岸帶開(kāi)發(fā)較為明顯。

圖1 已開(kāi)展沿海圍墾活動(dòng)的國(guó)家分布圖Fig.1 A sketch map on the countries with reclamation projects該圖中沿海圍墾國(guó)家分布情況是通過(guò)ISI Web of Knowledge平臺(tái)獲?。哼x擇Web of ScienceTM 核心合集,檢索主題為“coastal”并包含“reclamation”,時(shí)間跨度為2006—2016,共得到545篇文獻(xiàn)；導(dǎo)出文獻(xiàn)后,通過(guò)Citespace軟件分析研究分布的國(guó)家,共得到64個(gè)國(guó)家；同時(shí)也獲取到每個(gè)國(guó)家在所有文獻(xiàn)中出現(xiàn)的頻率(圖1中以柱狀圖表示),以此表征近10年來(lái)各個(gè)國(guó)家對(duì)沿海圍墾活動(dòng)的研究熱度。該方法所得結(jié)果只作為參考,并不是精確描述

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展以及城市化進(jìn)程的逐步推進(jìn),中國(guó)的人地矛盾日益突出；而沿海灘涂圍墾工程的實(shí)施是東部沿海地區(qū)緩解人地矛盾的主要方式之一(圖2)。中國(guó)擁有近18×103km的大陸海岸線和14×103km的島嶼岸線,其中,淤泥質(zhì)海岸岸線全長(zhǎng)超過(guò)4×103km,約占全國(guó)大陸海岸線總長(zhǎng)的1/4,沿岸擁有近20×103km2的潮灘濕地[20]。1985至2010年間,我國(guó)海岸帶地區(qū)圍墾海岸帶濕地超過(guò)7500km2 [21]。按照行政單元來(lái)看,中國(guó)沿海地區(qū)有9個(gè)省份(遼寧、河北、山東、江蘇、浙江、福建、廣東、海南和臺(tái)灣),一個(gè)直轄市(天津),一個(gè)自治區(qū)(廣西)以及兩個(gè)特別行政區(qū)(香港和澳門),其中,圍墾強(qiáng)度較大的地區(qū)有江蘇、浙江以及環(huán)渤海區(qū)域[21- 22]。據(jù)統(tǒng)計(jì),新中國(guó)成立以前我國(guó)圍海造地面積已達(dá)1.3×105km2[23]。1949年以來(lái),直到20世紀(jì)60年代中期,圍墾主要以鹽田擴(kuò)張的形式進(jìn)行,如河北、天津的長(zhǎng)蘆鹽場(chǎng)和海南的鶯歌海鹽場(chǎng)；20世紀(jì)60年代中期到70年代,圍墾工程主要為農(nóng)業(yè)發(fā)展服務(wù),如上海、江蘇和福建；20世紀(jì)80年代至90年代后期,以水產(chǎn)養(yǎng)殖為主進(jìn)行的灘涂開(kāi)發(fā)；21世紀(jì)初期以來(lái),大范圍的土地開(kāi)墾以促進(jìn)地區(qū)快速經(jīng)濟(jì)發(fā)展,新增土地主要用于城市化、工業(yè)化及港口建設(shè),如天津?yàn)I海新區(qū)、河北曹妃甸新區(qū)和上海南匯東灘墾區(qū)[19]。根據(jù)預(yù)測(cè),2050年前,有可能再造10000—15000km2土地的生存空間[24]。

圖2 中國(guó)沿海圍墾歷史及現(xiàn)狀[17- 19]Fig.2 The history and status quo of coastal reclamation in China

2 圍墾活動(dòng)影響下沿海灘涂土壤性質(zhì)變化

沿海灘涂土壤是由含有一定量有機(jī)和無(wú)機(jī)養(yǎng)分的濱海相母質(zhì)在周期性的濕潤(rùn)條件下經(jīng)過(guò)緩慢而復(fù)雜的生物循環(huán)、物質(zhì)還原以及微弱淋溶等過(guò)程發(fā)育而成[25]。大部分自然灘涂經(jīng)圍墾開(kāi)發(fā)后成為水產(chǎn)養(yǎng)殖、農(nóng)業(yè)用地和建設(shè)用地等,其物理、化學(xué)和生物特性均會(huì)發(fā)生變化。目前,圍墾活動(dòng)下灘涂土壤性質(zhì)的變化以及質(zhì)量演變過(guò)程已被眾多學(xué)者分析和探討。

土壤物理性質(zhì)主要包括土壤結(jié)構(gòu)性、孔性、力學(xué)性質(zhì)和耕性,各種性質(zhì)和過(guò)程相互聯(lián)系、相互制約?，F(xiàn)有研究中,沿海圍墾活動(dòng)對(duì)土壤物理性質(zhì)的影響較常用的指標(biāo)有土壤質(zhì)地(顆粒組成：砂粒、粉粒和粘粒含量)、土壤結(jié)構(gòu)(土壤顆粒的排列與組合形式,如,團(tuán)粒結(jié)構(gòu))、土壤容重(田間自然狀態(tài)下單位容積土體的質(zhì)量,含土粒和孔隙)和土壤水分含量等。圍墾灘涂大多數(shù)屬于粉砂淤泥質(zhì),故隨著圍墾年限的增加,灘涂土壤中砂粒減少而粉粒、粘粒增加。陳影影等對(duì)江蘇東臺(tái)灘涂圍墾區(qū)的研究表明,隨著圍墾時(shí)間的增加,經(jīng)過(guò)淋洗和耕種,土壤不斷熟化,細(xì)粒組份含量不斷增加[26]；張濛等在江蘇如東圍墾區(qū)的研究表明,在60a的圍墾過(guò)程中,不同人類干擾強(qiáng)度下,土壤粒徑分布均表現(xiàn)出在脫鹽過(guò)程中隨圍墾年限增加而砂粒減少、粉粒和粘粒增加的過(guò)程,脫鹽后砂粒的年均下降率可達(dá)0.72%[27]；Sun等的研究顯示土壤顆粒組成在圍墾后30a趨于穩(wěn)定[28]。現(xiàn)有研究中,圍墾活動(dòng)對(duì)灘涂土壤團(tuán)聚體的研究較少；李建國(guó)研究江蘇如東圍墾區(qū)灘涂土壤團(tuán)聚體得出,隨著圍墾時(shí)間的增加,<53μm和>250μm團(tuán)聚體呈先減少后增加的趨勢(shì),而53—250μm團(tuán)聚體則呈先增加后減少的趨勢(shì)[29]。圍墾后灘涂土壤含水量呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)而容重呈增加的趨勢(shì),含水量的降低主要是受圍墾后高程增加導(dǎo)致地下水位降低的影響。Sun等的研究證實(shí)長(zhǎng)江口奉賢墾區(qū)土壤含水量遵循這一規(guī)律,且在圍墾后30a達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)[28]；分析珠江口圍墾100a來(lái)土壤性質(zhì)變化發(fā)現(xiàn)隨著圍墾年限的增加,含水量逐漸降低,0—60cm土壤容重均值由0.74g/cm3增加到1.06g/cm3[30]。土地利用方式的不同能顯著影響土壤物理性質(zhì)。周學(xué)峰等的研究表明,不同土地利用方式能顯著影響表層土壤(0—20cm)的顆粒組成,對(duì)深層土壤的影響不顯著；表層土壤粘粒(<4μm)和細(xì)粉砂(4—16μm)含量差異明顯,表現(xiàn)為稻田>菜地>林地[31]。

土壤化學(xué)性質(zhì)主要包括土壤膠體,土壤溶液的化學(xué)反應(yīng)(酸堿反應(yīng)和氧化還原反應(yīng)等),以及土壤元素(碳、氮、磷、硫、鉀和微量元素等)的生物地球化學(xué)循環(huán)等,它們之間相互聯(lián)系、相互制約。目前,灘涂土壤化學(xué)性質(zhì)變化研究主要分析土壤pH,電導(dǎo)率和鹽分,養(yǎng)分(碳、氮、磷和鉀等)循環(huán)以及重金屬、有機(jī)污染物的含量變化等。一般而言,灘涂鹽土在農(nóng)作物殘?bào)w、有機(jī)肥的添加以及人為耕作管理的影響下,隨著圍墾時(shí)間的增加,總體趨勢(shì)表現(xiàn)為鹽分下降,pH值降低,養(yǎng)分增加。如,Fernández等分析西班牙北部的比斯開(kāi)灣自然濕地和圍墾區(qū)濕地土壤性質(zhì)發(fā)現(xiàn),圍墾后土壤pH值以及碳酸鹽和可交換性鈣的含量下降,而有機(jī)質(zhì)和鐵含量增加[32]；張晶等借助時(shí)空替代法對(duì)江蘇南通如東圍墾后60a來(lái)表層土壤性質(zhì)進(jìn)行分析表明,隨著圍墾年限的增加(0—60a),土壤pH由8.02降為7.68,有機(jī)質(zhì)、堿解氮和速效磷分別從4.60g/kg、19.01mg/kg和9.57mg/kg增至9.24g/kg、49.61mg/kg和10.42mg/kg,而速效鉀由393.13mg/kg降至151.18mg/kg,且圍墾后10年是pH和養(yǎng)分變化的轉(zhuǎn)折點(diǎn)[33],Xu等在該地區(qū)的分析表明圍墾后土壤鹽分逐漸下降,表層土壤鹽分由約40dS/m減少至約2dS/m,且在圍墾后30a趨于穩(wěn)定[34],而王琪琪等借助土壤質(zhì)量綜合指數(shù)評(píng)價(jià)該地區(qū)土壤質(zhì)量發(fā)現(xiàn)圍墾60a來(lái)土壤質(zhì)量隨圍墾時(shí)間變化軌跡為急劇提高(10a)—相對(duì)穩(wěn)定(10—30a)—持續(xù)提高(40—60a)[35]；張濛等在江蘇鹽城東臺(tái)灘涂圍墾區(qū)的研究顯示58a的人類耕作活動(dòng)使得灘涂土壤電導(dǎo)率(EC1∶5)從5.29dS/m降至0.11dS/m,pH1:2.5由8.76減少到7.93,而土壤有機(jī)質(zhì)、全氮和堿解氮?jiǎng)t由2.64g/kg、0.15g/kg和15.91mg/kg增至13.72g/kg、1.12g/kg和48.96mg/kg,速效鉀從342.45mg/kg降至119.65mg/kg[36]。其中,土壤養(yǎng)分在總體增加的趨勢(shì)下可能會(huì)存在細(xì)微的波動(dòng),例如,Iost等和吳明等對(duì)杭州灣濱海濕地分析發(fā)現(xiàn)有機(jī)碳在圍墾后5—20a內(nèi)先減少然后逐漸增加[37- 38]；周學(xué)峰對(duì)崇明東灘圍墾區(qū)土壤的分析發(fā)現(xiàn)0—20cm土壤有機(jī)碳含量在圍墾后9a內(nèi)由0.564%降至0.33%,隨后開(kāi)始上升,到圍墾年限為38a時(shí)增加至0.529%[39]。此外,土地利用方式的不同也會(huì)導(dǎo)致土壤化學(xué)性質(zhì)的差異。灘涂墾區(qū)主要限制因子——土壤鹽分的變化趨勢(shì)受土地利用方式的影響較大：Li等研究發(fā)現(xiàn)開(kāi)發(fā)為養(yǎng)殖水塘的土壤鹽分比自然灘涂和建設(shè)用地、林地、耕地等其他用地類型要高[40],但Xu等研究得出開(kāi)發(fā)為耕地的土壤電導(dǎo)率高于養(yǎng)殖水塘,又指出土壤脫鹽作用在圍墾后30a達(dá)到平衡[34],然而Sun等發(fā)現(xiàn)鹽分在圍墾后49—109a內(nèi)出現(xiàn)上升的變化趨勢(shì)[28]。此外,灘涂經(jīng)圍墾開(kāi)發(fā)后養(yǎng)分含量的多少也與土地利用方式有關(guān)：周學(xué)峰研究得出圍墾后成為稻田、菜地和林地的0—20cm土壤有機(jī)碳含量分別為0.546%、0.443%和0.307%[39]；Li等的研究表明農(nóng)業(yè)用地的有機(jī)質(zhì)(4.7%)、硝態(tài)氮(28mg/kg)以及有效磷(47mg/kg)含量要高于養(yǎng)殖水塘、林地、果園和建設(shè)用地等[40],主要原因是由于農(nóng)業(yè)活動(dòng)不斷的施肥；但也有研究指出土壤全磷含量不因土地利用方式和土壤深度發(fā)生變化[41]。

土壤酶活性和土壤呼吸是反映土壤生物性狀的重要指標(biāo),均與土壤微生物、動(dòng)物和植物有關(guān),也都能指示土壤質(zhì)量的變化[42- 43]。研究表明,在長(zhǎng)江口濕地的研究得出,筑壩促淤等人類活動(dòng)導(dǎo)致干擾強(qiáng)度升高使得灘涂土壤呼吸加大[44]；對(duì)江蘇如東圍墾區(qū)分析發(fā)現(xiàn),圍墾后土壤脲酶、酸性磷酸酶和堿性磷酸酶的活性隨圍墾時(shí)間顯著提高[35]。不同土地利用方式下灘涂土壤酶活性和微生物數(shù)量受到影響：張士萍的研究得出種植果蔬的土壤微生物數(shù)量和土壤脲酶、堿性磷酸酶和轉(zhuǎn)化酶活性比種植水稻和魚(yú)塘要高[45]。此外,土壤微生物生物量反映微生物在土壤中的實(shí)際含量和作用潛力,也代表著土壤養(yǎng)分的活性部分,主要有微生物量碳、微生物量氮、微生物量磷和微生物量硫等,常被用于評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量的生物學(xué)性狀。張容娟等分析上海崇明島灘涂圍墾區(qū)不同土地利用方式土壤微生物生物量碳含量表明,由于表層土壤的秸稈和肥料的投入較高,水作農(nóng)田的土壤微生物生物量碳最高,林地和旱作期農(nóng)田土壤相對(duì)較低,而撂荒地或裸地最低[46]；目前,系統(tǒng)地分析圍墾活動(dòng)對(duì)土壤微生物生物量的影響的研究較少。

土壤的物理、化學(xué)和生物性質(zhì)相互影響、相互制約。灘涂土壤的理化性質(zhì)和生物特性因圍墾后土地利用方式不同導(dǎo)致人類活動(dòng)強(qiáng)度、管理方式等的差異而發(fā)生變化?？傮w而言,圍墾活動(dòng)下沿海灘涂土壤在圍墾后30年左右趨于穩(wěn)定,如,長(zhǎng)江口奉賢段圍墾區(qū)土壤理化性質(zhì)在圍墾后30年達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)[28]；圍墾期限超過(guò)30年后,江蘇如東縣灘涂區(qū)土壤氮轉(zhuǎn)化速率指標(biāo)(總礦化率、凈礦化率、總硝化率、凈硝化率、銨態(tài)氮同化率、硝態(tài)氮同化率)漸趨穩(wěn)定[47],該地區(qū)農(nóng)業(yè)用地的土壤質(zhì)量在圍墾后30年趨于穩(wěn)定[35]。

3 沿海灘涂圍墾活動(dòng)對(duì)生物多樣性的影響

生物多樣性是指生命形式的多樣性,具體來(lái)說(shuō)是在一定時(shí)間和一定地區(qū)所有生物(動(dòng)物、植物、微生物)物種及其遺傳變異和生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性總稱[48]。在人類活動(dòng)干擾強(qiáng)度不斷增加且圍墾堤壩阻斷了海水進(jìn)入的背景下,灘涂濕地原有的自然、濕地生態(tài)系統(tǒng)逐步轉(zhuǎn)變?yōu)槿斯?、陸地生態(tài)系統(tǒng)。已有研究分析圍墾活動(dòng)對(duì)沿海灘涂濕地生物多樣性的影響主要從植物、動(dòng)物和微生物三方面進(jìn)行展開(kāi)。

一般來(lái)說(shuō),隨著圍墾時(shí)間的增加,灘涂圍墾區(qū)植物物種多樣性呈現(xiàn)不斷增加的總體趨勢(shì)。沿海灘涂圍墾區(qū)植被調(diào)查結(jié)果表明,江蘇東臺(tái)灘涂新圍墾區(qū)(圍墾年份為2005—2013年)內(nèi)主要優(yōu)勢(shì)物種是互花米草和鹽地堿蓬[49]；杭州灣南岸新圍墾區(qū)內(nèi)植物以禾本科(Gramineae)、菊科(Asteraceae)以及一些鹽堿地特有植物種類為主,僅出現(xiàn)旱柳(Salixmatsudana)和檉柳(Tamarixchinensis)2種木本植物且個(gè)體較小(樹(shù)高<5m),呈現(xiàn)以占群落總數(shù)80%的灌叢植物群落為主,輔以少量草本群落為特征的分布格局,缺少自然森林植被[50]。多數(shù)研究基于“以空間代時(shí)間(時(shí)空替代法)”調(diào)查不同圍墾年限圍墾區(qū)內(nèi)自然植被群落以揭示沿海灘涂濕地生態(tài)系統(tǒng)在圍墾活動(dòng)影響下自然植被的演替過(guò)程,結(jié)果表明,杭州灣海岸帶(長(zhǎng)江口)奉賢圍墾區(qū)調(diào)查的67個(gè)樣方中總共發(fā)現(xiàn)50個(gè)物種,分屬20科50屬,其中禾本科和菊科占全部種數(shù)的46%,還有豆科、莎草科、蓼科、莧科、茄科等,且物種豐富度指數(shù)和物種多樣性指數(shù)隨著土地利用程度的升高出現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)而物種生態(tài)優(yōu)勢(shì)度指數(shù)則呈下降趨勢(shì)[51]；崇明東灘圍墾區(qū)內(nèi)共出現(xiàn)49種草本植物,涉及20科45屬,其中菊科和禾本科約占全部種數(shù)的45%,還包括豆科、藜科、大戟科、蓼科、莧科和旋花科等,且草本植物物種多樣性在圍墾年限50a左右時(shí)達(dá)到最大值,隨后出現(xiàn)小幅下降[52]；慎佳泓等調(diào)查樂(lè)清灣和杭州灣灘涂墾區(qū)的海陸樣帶發(fā)現(xiàn)在新圍墾區(qū),植物種類多集中于互花米草、蘆葦、堿菀、鹽地堿蓬、鉆形紫菀、海三棱藨草等少數(shù)物種,其中以互花米草和蘆葦?shù)膬?yōu)勢(shì)度為最大；隨著圍墾時(shí)間的推移,一年蓬(Erigeronannuus)、苦苣菜(Sonchusoleraceus)等菊科以及狗尾草(Setariaviridis)、狗牙根(Cynodondactylon)、畫(huà)眉草(Eragrostispilosa)等禾本科的比例逐漸增加；圍墾后30a因人工栽培出現(xiàn)蘿卜(Raphanussativus)以及木麻黃(Casuarinaequisetifolia)、桉樹(shù)(Eucalyptussp.)、水杉(Metasequoiaglyptostroboides)等喬木,植物群落的種類更加豐富[53]。由上述研究可以看出,在人類圍墾活動(dòng)的干擾下,沿海灘涂濕地生態(tài)系統(tǒng)主要群落的變化是從適宜灘涂生長(zhǎng)的沼生鹽生植被群落,演替為以菊科和禾本科為主的陸生灌草群落,進(jìn)而逐漸出現(xiàn)由高大喬木組成的復(fù)雜植被群落,植被群落的組成完全改變且物種多樣性先降低后增加。研究表明,土壤因子是影響植物群落組成及物種多樣性的重要外因,而土壤的水鹽特征是灘涂圍墾區(qū)影響植被分布的重要限制因子[51, 54],而土地利用方式和圍墾時(shí)間亦能通過(guò)改變土壤性質(zhì)進(jìn)而對(duì)植被群落分布產(chǎn)生重要影響[55]。此外,外來(lái)物種的引進(jìn)也嚴(yán)重影響了灘涂濕地生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性[56- 58]。

圍墾活動(dòng)使得沿海灘涂濕地生態(tài)系統(tǒng)向陸地生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變,依賴于生境條件的動(dòng)物群落組成和多樣性也因此而改變。目前,沿海灘涂濕地研究較多的動(dòng)物主要分為兩大類：底棲動(dòng)物和水鳥(niǎo)。底棲動(dòng)物是濕地生態(tài)系統(tǒng)的次級(jí)生產(chǎn)者,調(diào)節(jié)食物網(wǎng)中物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng),既可作為捕食者,攝食浮游生物、植物、碎屑等,又可作為被捕食者,為鳥(niǎo)類等高營(yíng)養(yǎng)級(jí)動(dòng)物提供食物?，F(xiàn)有研究表明,自然灘涂的底棲動(dòng)物以節(jié)肢動(dòng)物、軟體動(dòng)物和環(huán)節(jié)動(dòng)物為主：張崇良等在膠州灣潮間帶調(diào)查大型底棲動(dòng)物共得到95種,其中多毛類(環(huán)節(jié)動(dòng)物)31種,甲殼類(節(jié)肢動(dòng)物)20種,軟體類(軟體動(dòng)物)33種,占全部物種數(shù)的88.42%[59]；浙江靈昆島東灘濕地[60]和珠江口伶仃洋西海岸[61]的調(diào)查結(jié)果也較為一致。研究還表明,灘涂圍墾區(qū)內(nèi)大型底棲動(dòng)物群落的分化程度降低,底棲動(dòng)物群落種類顯著減少,群落組成發(fā)生變化：韓國(guó)新萬(wàn)金工程(Saemangeum project)引起底棲生物的減少甚至消失[55, 62]；日本諫早灣的軟體動(dòng)物雙殼類和腹足類在圍墾活動(dòng)的干擾下不斷減少[63]；袁興中等在長(zhǎng)江口南岸進(jìn)行對(duì)比調(diào)查發(fā)現(xiàn)圍墾后甲殼動(dòng)物種類明顯減少,隨著圍墾時(shí)間延長(zhǎng),環(huán)節(jié)動(dòng)物多毛類種類減少,直到最后消失,而軟體動(dòng)物和昆蟲(chóng)幼蟲(chóng)種類所占比例則明顯增加,分別從占總種數(shù)的29.41%、5.89%增加到50.00%和25.00%[64]；黃少峰等在珠江口伶仃洋西海岸進(jìn)行比較調(diào)查得出,自然灘涂的底棲動(dòng)物種類數(shù)顯著高于圍墾灘涂(P=0.0002)[61]；胡知淵等在浙江靈昆島東灘濕地的研究也支持這一結(jié)果[60]。圍墾對(duì)底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)及多樣性的影響是通過(guò)改變潮灘濕地生境中的多種環(huán)境因子造成的,如高程、水動(dòng)力、沉積物特性等的改變[65],灘途圍墾后水文條件的變化是影響大型底棲動(dòng)物群落的重要因素之一。圍墾使得底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,而以底棲動(dòng)物為食的水鳥(niǎo)群落也相應(yīng)地受到影響。楊月偉等于1997、1999和2003年調(diào)查浙江樂(lè)清灣水鳥(niǎo)分布及多樣性特征顯示,鳥(niǎo)類多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)均呈下降趨勢(shì),并指出這可能與圍墾等人為干擾因素有關(guān)[66]；張斌等在長(zhǎng)江口南匯東灘研究圍墾后生境變化對(duì)水鳥(niǎo)群落結(jié)構(gòu)的影響得到自然灘涂的減少是鸻鷸類數(shù)量下降的主要因素,而大型水產(chǎn)養(yǎng)殖塘和蘆葦?shù)脑黾邮沟醚泺嗩惡旺橆悢?shù)量增多[67]；趙平等調(diào)查崇明東灘自然保護(hù)區(qū)的越冬水鳥(niǎo)發(fā)現(xiàn)魚(yú)塘-蘆葦濕地區(qū)擁有最大的越冬水鳥(niǎo)物種多樣性和個(gè)體多度,低潮鹽藻光灘帶次之,而海三棱草帶和堤外蘆葦帶較低[68]；有研究分析得出,裸露淺灘面積、水域面積、植被密度等因素也是鳥(niǎo)類分布的影響因素：對(duì)上海南匯東灘冬季雁鴨類群落和春季鸻鷸類的調(diào)查表明,雁鴨類種類、密度與明水面面積顯著正相關(guān),與植被面積和植被蓋度顯著負(fù)相關(guān),鸻鷸類種類、密度均與裸露淺灘面積顯著正相關(guān),這一結(jié)果在崇明東灘得到印證[69]。

4 沿海灘涂圍墾活動(dòng)對(duì)土地利用和景觀格局的影響

在人類圍墾活動(dòng)的作用下,海岸線已由人工岸線逐步代替自然岸線,據(jù)統(tǒng)計(jì),中國(guó)大陸人工岸線的長(zhǎng)度由20世紀(jì)40年代初期的0.33×104km(18.30%)上升至2014年的1.32×104km(67.1%),自然岸線則由20世紀(jì)40年代初期的1.48×104km(81.7%)下降至2014年的0.65×104km(32.9%)[73]。沿海灘涂的土地利用方式也由以自然狀態(tài)(灘涂、葦草地、灌草地和林草地等)為主逐漸轉(zhuǎn)化為以人工方式(旱田、水田、養(yǎng)殖水塘、河庫(kù)溝渠、農(nóng)村建設(shè)用地、城鎮(zhèn)建設(shè)用地等)為主[74- 79],且轉(zhuǎn)變速度在不斷加快[80]。已有研究表明,沿海灘涂圍墾后景觀的斑塊數(shù)量增多,斑塊形狀更加簡(jiǎn)單、規(guī)則,分維數(shù)下降,破碎化程度升高,景觀多樣性降低,優(yōu)勢(shì)度上升。張緒良等對(duì)萊州灣南岸濱海濕地的景觀格局分析發(fā)現(xiàn),圍墾活動(dòng)影響下自然濕地逐漸轉(zhuǎn)化為養(yǎng)殖水塘、鹽田等人工濕地,景觀多樣性指數(shù)下降、斑塊破碎化指數(shù)升高[81],這一結(jié)論在珠江口[78]、長(zhǎng)江口[82]、江蘇鹽城海岸帶[83- 84]、天津?yàn)I海新區(qū)濕地[84- 85]和閩東濱海濕地[86]等的研究中也得到體現(xiàn)。沿海灘涂濕地景觀格局變化的驅(qū)動(dòng)因子主要分為自然因素和人為因素。研究發(fā)現(xiàn)人類活動(dòng)引起的土地利用變化是其主要原因,而人口增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展則是土地利用變化的主要推動(dòng)力,如江蘇鹽城海岸帶[87]、天津?yàn)I海新區(qū)濕地[85]、珠江河口區(qū)濕地[88]。有學(xué)者通過(guò)對(duì)長(zhǎng)江口奉賢段圍墾區(qū)海岸帶景觀動(dòng)態(tài)變化驅(qū)動(dòng)力分析發(fā)現(xiàn)小尺度內(nèi)人為因素對(duì)灘涂景觀變動(dòng)的貢獻(xiàn)率達(dá)到57.1%[89]。此外,有研究表明,沿海灘涂濕地的土地利用強(qiáng)度在圍墾初期急劇上升,一定時(shí)間(30—40a)后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)：孫永光等在長(zhǎng)江口南匯圍墾區(qū)的研究得出土地利用多樣性指數(shù)呈上升趨勢(shì)并在圍墾后35—40a達(dá)到穩(wěn)定態(tài)；許艷等以江蘇省如東圍墾區(qū)為研究區(qū)發(fā)現(xiàn)土地利用強(qiáng)度以及土地利用多樣性指數(shù)在圍墾后30a達(dá)到最高[90]。

5 圍墾活動(dòng)影響下沿海灘涂生態(tài)安全狀況

目前,生態(tài)安全包括廣義和狹義兩種定義：廣義的生態(tài)安全是指在人的生活、健康、安樂(lè)、基本權(quán)利、生活保障來(lái)源、必要資源、社會(huì)次序和人類適應(yīng)環(huán)境變化的能力等方面不受威脅的狀態(tài),包括自然生態(tài)安全、經(jīng)濟(jì)生態(tài)安全和社會(huì)生態(tài)安全, 組成一個(gè)復(fù)合人工生態(tài)安全系統(tǒng)；狹義的生態(tài)安全是指自然和半自然生態(tài)系統(tǒng)的安全,即生態(tài)系統(tǒng)完整性和健康的整體水平反映[91]。生態(tài)安全的研究主要關(guān)注生態(tài)脆弱區(qū),現(xiàn)已成為生態(tài)學(xué)、地學(xué)和資源與環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域的重要課題。關(guān)于其研究?jī)?nèi)容,肖篤寧等指出生態(tài)安全研究包括生態(tài)系統(tǒng)健康診斷、區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析、景觀安全格局、生態(tài)安全監(jiān)測(cè)與預(yù)警以及生態(tài)安全管理、保障等方面[91]；彭少麟等闡釋其主要包括環(huán)境資源安全、生物與生態(tài)系統(tǒng)安全和自然與社會(huì)生態(tài)安全[92]。綜上所述,生態(tài)安全的研究包含客觀性分析與主觀性評(píng)價(jià)兩個(gè)層面：一是對(duì)生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量與活力的客觀分析,即氣候、水、空氣、土壤等環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)的健康狀態(tài)；二是從人類對(duì)自然資源的利用與人類生存環(huán)境辨識(shí)的角度來(lái)分析與評(píng)價(jià)自然和半自然生態(tài)系統(tǒng),也就是人類在生產(chǎn)、生活和健康等方面不受生態(tài)破壞與環(huán)境污染等影響的保障程度,如,飲用水與食物安全、空氣質(zhì)量與綠色環(huán)境等基本要素。

圍墾活動(dòng)影響下沿海灘涂的生態(tài)安全問(wèn)題主要表現(xiàn)在生態(tài)環(huán)境質(zhì)量(如,土地資源安全、水資源安全)、生態(tài)系統(tǒng)健康(如,生物入侵造成生態(tài)系統(tǒng)失衡)以及人類生存環(huán)境的保障(如,自然、地質(zhì)災(zāi)害加劇使得當(dāng)?shù)鼐用窭媸軗p)等方面。土地資源安全主要指來(lái)自砷、重金屬(如,鋅Zn、鎳Ni、鉻Cr、銅Cu、鉛Pb和鎘Cd等)或有機(jī)物(如,多氯聯(lián)苯PCBs、多環(huán)芳烴PAHs等)等造成的土壤污染。圍墾造成的灘涂濕地生態(tài)系統(tǒng)愈發(fā)脆弱和敏感,灘涂所受砷、重金屬及有機(jī)污染物的風(fēng)險(xiǎn)也大增。雖然部分灘涂墾區(qū)的重金屬環(huán)境質(zhì)量良好,但隨著人類活動(dòng)干擾,生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平有逐步增加的趨勢(shì)：呂建樹(shù)分析了整個(gè)江蘇海岸帶的重金屬環(huán)境得出,江蘇海岸帶土壤重金屬環(huán)境質(zhì)量較好,基本能保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人體健康,處于輕微生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平,而Cd和Hg是江蘇海岸帶土壤污染程度最高的兩種元素,均處于中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平[93]；姚榮江等對(duì)江蘇東臺(tái)灘涂圍墾區(qū)重金屬分析得出該地區(qū)不存在土壤重金屬明顯超標(biāo)的現(xiàn)象,但重金屬引起的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)及污染水平總體趨勢(shì)為工業(yè)園區(qū)>居民區(qū)>農(nóng)田>圍墾灘涂[94]；珠江口濕地在人類開(kāi)發(fā)活動(dòng)下已受到Cd(2.79—4.65mg/kg)、Zn(239.4—345.7mg/kg)和Ni(24.8—122.1mg/kg)的污染[95]；黑海[96]、渤海和黃海[97]、萊州灣附近海域及長(zhǎng)江口和杭州灣海域[98]以及北部灣[99]等沿海區(qū)域也已被證實(shí)受重金屬污染；王曉輝等研究得出養(yǎng)殖水塘因圍墾后環(huán)境較為穩(wěn)定,故養(yǎng)殖水塘重金屬風(fēng)險(xiǎn)較低[100]。此外,Zhao等通過(guò)時(shí)空替代法分析珠江口濕地發(fā)現(xiàn)圍墾后100年來(lái)土壤PCBs含量發(fā)現(xiàn)隨著圍墾時(shí)間的增加PCBs含量升高[101],Xiao等對(duì)珠江口濕地的研究發(fā)現(xiàn)PAHs含量在人類圍墾活動(dòng)下有所升高,且工業(yè)區(qū)>碼頭區(qū)>農(nóng)田>水閘區(qū)>自然濕地[102]。由上可見(jiàn),工業(yè)發(fā)展和城鎮(zhèn)化建設(shè)是土壤重金屬、有機(jī)物污染風(fēng)險(xiǎn)升高的主要驅(qū)動(dòng)力,強(qiáng)烈的人類活動(dòng)加速了土壤重金屬和有機(jī)物的累積；因此,圍墾活動(dòng)下的土地資源安全應(yīng)予以重視。水資源安全主要是指水體富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題；陸源氮磷輸入是導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化的主因,而生產(chǎn)生活污水排放、養(yǎng)殖水域養(yǎng)分流失、農(nóng)業(yè)活動(dòng)等是氮磷輸入的主要來(lái)源。已有研究表明,韓國(guó)新萬(wàn)金工程的實(shí)施導(dǎo)致當(dāng)?shù)厮w缺氧、水資源質(zhì)量惡化,連續(xù)引發(fā)赤潮[103]；Strokal等分析了中國(guó)各大海域(渤海灣、黃海和南海)富營(yíng)養(yǎng)化潛在風(fēng)險(xiǎn)得出至2050年氮磷輸入量仍將增加30%—200%,而污水處理、農(nóng)業(yè)管理可能是減輕風(fēng)險(xiǎn)的有效途徑[104]。生物入侵不僅能完全改變生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能,而且能深刻影響人類的生產(chǎn)、生活及健康,甚至造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。目前,大米草和互花米草被認(rèn)為是沿海灘涂主要且關(guān)注較多的入侵物種,最初因保灘護(hù)岸、促淤造陸等目的而人為引進(jìn),但研究顯示可能對(duì)被入侵地的自然環(huán)境、生物多樣性、生態(tài)系統(tǒng)乃至經(jīng)濟(jì)生活帶來(lái)一系列影響,如,侵占大片灘涂進(jìn)而取代土著植物、影響海水交換能力致使水體富營(yíng)養(yǎng)化、因改變底棲動(dòng)物和水鳥(niǎo)的棲息地導(dǎo)致生物多樣性下降、生長(zhǎng)迅速且根系發(fā)達(dá)使得航道堵塞、開(kāi)發(fā)利用價(jià)值低造成經(jīng)濟(jì)損失等危害[105- 107]。全球氣候變化的影響下,沿海灘涂濕地生態(tài)系統(tǒng)遭受因海平面上升帶來(lái)的一系列影響(海嘯、風(fēng)暴潮等),而高強(qiáng)度人類活動(dòng)使得圍墾灘涂濕地生態(tài)系統(tǒng)失衡、抵抗力下降,更易引發(fā)生態(tài)、地質(zhì)災(zāi)害。研究表明,韓國(guó)新萬(wàn)金工程使得海岸侵蝕加劇,生態(tài)災(zāi)害頻發(fā),濕地生態(tài)系統(tǒng)自身健康受損[103]；江蘇連云港海岸帶濕地生態(tài)適宜性評(píng)價(jià)顯示,70.38%的海岸線生態(tài)環(huán)境處于不適宜狀態(tài),這一結(jié)果也通過(guò)分析污染物含量和水體質(zhì)量得到驗(yàn)證[108]；Lotze等總結(jié)分析了人類活動(dòng)對(duì)河口、海岸帶等濕地的影響發(fā)現(xiàn),超過(guò)90%的重要物種和高達(dá)65%的海草以及濕地棲息地被毀壞,水體質(zhì)量退化,外來(lái)物種入侵加速[109]。

此外,學(xué)者們利用模型進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)整體的生態(tài)安全評(píng)價(jià),其中壓力-狀態(tài)-響應(yīng)(PSR)模型是較典型的方法。研究表明,圍墾活動(dòng)使得濕地生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)安全狀況逐步惡化,如,欽州灣濱海濕地[110]、江蘇南通沿海灘涂濕地[111]和廣西近海生態(tài)系統(tǒng)[112- 113]。還有研究者借助景觀生態(tài)學(xué)理論和景觀指數(shù)法來(lái)評(píng)價(jià)景觀生態(tài)安全得出,隨著圍墾時(shí)間的增加,生態(tài)系統(tǒng)由灘涂濕地生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)向陸地生態(tài)系統(tǒng),景觀生態(tài)安全指數(shù)在波動(dòng)中逐漸升高,生態(tài)系統(tǒng)重新達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)；而沿海灘涂的景觀生態(tài)安全狀況于圍墾后34—37年達(dá)到一個(gè)新的平衡狀態(tài)[114- 115]。

6 圍墾活動(dòng)對(duì)灘涂濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能是指生態(tài)系統(tǒng)與生態(tài)過(guò)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[116]。千年生態(tài)系統(tǒng)評(píng)估(Millennium Ecosystem Assessment,MA)制定的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)分類體系是目前使用較廣泛的框架之一,主要分為四大類：供給服務(wù)(供給食物、纖維、燃料、生物化學(xué)品等)、調(diào)節(jié)服務(wù)(調(diào)節(jié)氣候、水文,凈化水和廢棄物處理,調(diào)控自然災(zāi)害,授粉等)、文化服務(wù)(休閑娛樂(lè),美學(xué),教育等)和支持服務(wù)(土壤形成和養(yǎng)分循環(huán),生物多樣性保護(hù),提供棲息地等)[117]。土地利用變化是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)損失的主要驅(qū)動(dòng)力,圍墾活動(dòng)改變著灘涂濕地景觀及土地利用類型,進(jìn)而影響其所能提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)[118]。MA在報(bào)告中也指出,未開(kāi)墾的濕地的總經(jīng)濟(jì)價(jià)值往往大于已開(kāi)墾的濕地的總經(jīng)濟(jì)價(jià)值[117]。多數(shù)研究表明,圍墾活動(dòng)造成沿海灘涂濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值的凈損失,且損失量隨著圍墾強(qiáng)度的加大而升高。如,江蘇省沿海圍墾區(qū)(包括連云港、鹽城、南通)在1980年到2010年間因土地利用變化生態(tài)系統(tǒng)總價(jià)值損失約43.20百萬(wàn)US＄/a[119]；1990至2000年間,因71%的灘涂濕地在人類活動(dòng)下遭到破壞進(jìn)而消失,上海的崇明東灘總價(jià)值減少了62%(316.77百萬(wàn)US＄/a降為120.40百萬(wàn)US＄/a)[120]；Wang等對(duì)廈門同安灣圍墾計(jì)劃進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值估算發(fā)現(xiàn),圍墾后生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值都將受損,且損失量隨著圍墾規(guī)模的增大而增加[121]。不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的價(jià)值變化可以概括為供給服務(wù)的增加量小于其他服務(wù)(調(diào)節(jié)服務(wù)、文化服務(wù)和支持服務(wù))的減少量,這一點(diǎn)在杭州灣南岸濕地[122]已被證實(shí)；而Xu等對(duì)江蘇中部沿海圍墾區(qū)1977—2014年各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的分析也表明,供給服務(wù)(糧食生產(chǎn))是所有生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能中唯一增長(zhǎng)型(絕對(duì)值和相對(duì)值均升高)的服務(wù)功能[115],但該區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)總價(jià)值仍處于降低的趨勢(shì)?，F(xiàn)有圍墾活動(dòng)多出于緩解人地矛盾、增加耕地資源的目的,自然濕地和棲息地逐漸減少,支持服務(wù)隨之降低。研究表明,韓國(guó)新萬(wàn)金圍墾區(qū)的調(diào)查發(fā)現(xiàn),水鳥(niǎo)適宜生存的棲息地面積和質(zhì)量大大減少和降低[123]；對(duì)天津沿海濕地和萊州灣灘涂濕地的分析顯示,沿海圍墾活動(dòng)損害水生生境和底棲生境的健康狀況,且底棲生境受損更加嚴(yán)重[124]。此外,研究表明,江蘇灘涂濕地生態(tài)系統(tǒng)在圍墾后39年左右進(jìn)入以人工生態(tài)系統(tǒng)為主的新平衡,實(shí)現(xiàn)自然—人工生態(tài)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換之后的人工生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值要低于原有的自然生態(tài)系統(tǒng)[115]。

7 研究展望

沿海灘涂濕地生態(tài)系統(tǒng),典型的生態(tài)脆弱區(qū),既是地球表面最為活躍的自然區(qū)域,又承載著人類的生存與發(fā)展,其生態(tài)環(huán)境面臨著巨大壓力。在全球變化的背景下,沿海灘涂濕地的脆弱性及人類活動(dòng)干擾強(qiáng)度的增大使得濕地生態(tài)系統(tǒng)的影響研究趨于持續(xù)、復(fù)雜、多元、綜合化,已有研究分析了圍墾活動(dòng)對(duì)沿海灘涂濕地生態(tài)系統(tǒng)許多方面的影響(圖3),但缺乏統(tǒng)一的研究框架,而且單獨(dú)分析某一問(wèn)題也已無(wú)法適應(yīng)現(xiàn)實(shí)需要?；诖?筆者認(rèn)為有以下3個(gè)方面應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注。

圖3 人類圍墾活動(dòng)的生態(tài)環(huán)境影響研究框架Fig.3 Research framework of the eco-environmental impact of reclamation activity on coastal wetland ecosystem

7.1 人類圍墾活動(dòng)生態(tài)環(huán)境影響機(jī)理性研究

人類圍墾活動(dòng)對(duì)沿海灘涂生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境影響研究已從各方面內(nèi)容(如,土壤性質(zhì)、生物多樣性、土地利用變化與景觀格局、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和生態(tài)安全等)進(jìn)行展開(kāi)和探討,但多數(shù)是基于數(shù)據(jù)分析的趨勢(shì)變化,缺乏深度剖析成因和機(jī)理性的表達(dá)。例如,生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能與生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與過(guò)程有關(guān),依賴于具體的生態(tài)系統(tǒng),而且受不同區(qū)域的地理、生態(tài)、氣候等條件的影響。然而,目前我國(guó)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究大多數(shù)是建立在相對(duì)不完全的生態(tài)系統(tǒng)研究基礎(chǔ)上,沒(méi)有對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、生態(tài)過(guò)程與服務(wù)功能的關(guān)系進(jìn)行深入的機(jī)理性分析。此外,人類圍墾活動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境影響涉及圖3中的各個(gè)方面,且各方面之間也存在交互作用,現(xiàn)有研究中的交互作用分析較少。已有研究中,生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)之間的研究已為許多學(xué)者所探討,如,生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能[125- 126],生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性[127],生態(tài)安全與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)[128],其理論與相應(yīng)的研究成果也較成熟,但對(duì)于人類圍墾活動(dòng)下沿海灘涂生態(tài)系統(tǒng)的相關(guān)研究較少。同時(shí),生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的權(quán)衡(trade-off)與協(xié)同(synergy)關(guān)系是未來(lái)的研究趨勢(shì)和重點(diǎn)[129- 131],也是深刻剖析圍墾活動(dòng)對(duì)灘涂濕地生態(tài)系統(tǒng)影響的重要途徑。此外,如何較好地刻畫(huà)圍墾活動(dòng)下生態(tài)系統(tǒng)本身的自然特點(diǎn)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)特征變化以及自然-人文兩者之間的交互作用也是保護(hù)沿海灘涂資源的基礎(chǔ)性工作之一。

7.2 全球變化背景下沿海圍墾區(qū)的長(zhǎng)期定位觀測(cè)與實(shí)驗(yàn)

圍墾活動(dòng)下的海岸帶經(jīng)歷著從灘涂濕地生態(tài)系統(tǒng)向人工陸地生態(tài)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變過(guò)程,自身的生態(tài)敏感性和脆弱性使得其對(duì)全球氣候變化的響應(yīng)更加劇烈。現(xiàn)有研究多采用“以空間代時(shí)間”的方法來(lái)研究生態(tài)過(guò)程的動(dòng)態(tài)變化,而成土母質(zhì)、氣候變化等因素的差異導(dǎo)致該方法只能得到大致的規(guī)律,無(wú)法精確描述。在全球氣候變化的背景下,長(zhǎng)時(shí)間序列的數(shù)據(jù)對(duì)于理解生態(tài)過(guò)程和進(jìn)行生態(tài)管理至關(guān)重要,這便要依靠長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)才能獲得。長(zhǎng)期定位觀測(cè)是通過(guò)在典型自然或人工生態(tài)系統(tǒng)地段建立長(zhǎng)期定位觀測(cè)設(shè)施,對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的組成、結(jié)構(gòu)、功能及其生態(tài)過(guò)程進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè),以闡明生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生、發(fā)展、演替的內(nèi)在規(guī)律和變化機(jī)制[132]。因此,長(zhǎng)期定位觀測(cè)能為長(zhǎng)時(shí)間尺度研究提供數(shù)據(jù)支持,有利于系統(tǒng)地了解和掌握全球氣候變化下灘涂圍墾區(qū)的生態(tài)環(huán)境變化。全球許多國(guó)家與國(guó)際組織都已建立了長(zhǎng)期定位觀測(cè)網(wǎng)絡(luò),如,美國(guó)[133]、澳大利亞[134]、加拿大、英國(guó)、德國(guó)、瑞士以及聯(lián)合國(guó)[132]。我國(guó)也已經(jīng)建立了中國(guó)森林生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)(Chinese Forest Ecosystem Research Network, CFERN)和中國(guó)生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)(Chinese Ecosystem Research Network,CERN),在全國(guó)范圍內(nèi)建立站臺(tái),并提供數(shù)據(jù)服務(wù)(http://www.cnern.org.cn/)。根據(jù)網(wǎng)站數(shù)據(jù)提供情況,分布在沿海區(qū)域的站臺(tái)只有膠州灣站和大亞灣站(海灣生態(tài)站),用來(lái)監(jiān)測(cè)海灣生態(tài)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)變化,而對(duì)于沿海灘涂圍墾區(qū)的監(jiān)測(cè)尚未開(kāi)展。

7.3 構(gòu)建區(qū)域集成的研究框架,全面系統(tǒng)地分析圍墾活動(dòng)的生態(tài)環(huán)境影響

圍墾活動(dòng)的生態(tài)環(huán)境影響研究將會(huì)是格局-過(guò)程耦合、人-自然耦合的綜合研究[135- 137],同時(shí)也將是跨區(qū)域的集成研究。灘涂資源的重要性不言而喻,隨著沿海開(kāi)發(fā)的不斷加強(qiáng)和沿海圍墾活動(dòng)的逐步實(shí)施[138],由人類圍墾活動(dòng)所引起的生物入侵、生境破壞等問(wèn)題也已不再僅僅停留在某一區(qū)域,人類圍墾活動(dòng)的外部性(溢出效應(yīng))研究便是不同地區(qū)之間的綜合集成研究。目前,沿海灘涂圍墾活動(dòng)的生態(tài)環(huán)境影響研究多數(shù)局限在所要研究的區(qū)域,欠缺考慮其他區(qū)域與研究區(qū)之間交互作用的分析和定量評(píng)估。遠(yuǎn)程耦合研究框架(Telecoupling framework)是值得借鑒的方法之一,其旨在以人與自然耦合系統(tǒng)為研究單元,通過(guò)分析遠(yuǎn)距離的兩個(gè)或多個(gè)人-自然耦合系統(tǒng)之間的交互作用,從而更好地揭示不同地區(qū)之間相互影響的過(guò)程[136, 139- 141]。目前,遠(yuǎn)程耦合研究框架已逐漸運(yùn)用到自然生態(tài)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)等各個(gè)研究領(lǐng)域,如,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)[142],自然保護(hù)區(qū)[143],土地利用與土地變化[144],國(guó)際土地交易和物種入侵[144]等。該方法通過(guò)逐一分析研究框架中五大組成成分(耦合系統(tǒng),流,原因、代理和影響),描述遠(yuǎn)程耦合系統(tǒng)之間物質(zhì)、能量和信息流動(dòng),以全局的角度分析問(wèn)題,從而達(dá)到單一系統(tǒng)研究視角所無(wú)法獲得的效果。遠(yuǎn)程耦合框架提供了一個(gè)更加廣泛的分析方法,它從跨地區(qū)到全球各個(gè)層面對(duì)影響可持續(xù)性的遠(yuǎn)距離社會(huì)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境相互作用進(jìn)行綜合研究[141]。筆者認(rèn)為,該框架為區(qū)域集成研究提供了思路,整體和全局的研究視角也將給沿海灘涂圍墾活動(dòng)的生態(tài)環(huán)境影響研究帶來(lái)新的機(jī)遇。

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