隋玉正, 孫大鵬, 李淑娟, 徐永臣, 吳晶晶

1 青島理工大學(xué)建筑與城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)院,青島 266033

2 中國海洋大學(xué)管理學(xué)院,青島 266100

3 中國海洋大學(xué)海洋地球科學(xué)學(xué)院,青島 266100

4 青島大學(xué)旅游與地理學(xué)院,青島 266071

2004年,SER(國際生態(tài)修復(fù)學(xué)會(huì),Society for Ecology Restoration)提出“生態(tài)修復(fù)是協(xié)助已遭受退化、損傷或破壞的生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的過程”,明確了生態(tài)修復(fù)這一工作的根本是對(duì)受損生態(tài)進(jìn)行整體、系統(tǒng)的恢復(fù)而不是改變[1]。2016年,SER在聯(lián)合國生物多樣性大會(huì)上發(fā)布了《生態(tài)修復(fù)實(shí)踐國際標(biāo)準(zhǔn)》,隨后多國以該標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ),相應(yīng)制定了生態(tài)修復(fù)的標(biāo)準(zhǔn)或指南,如澳大利亞的《澳大利亞生態(tài)修復(fù)實(shí)踐國家標(biāo)準(zhǔn)》和我國的《山水林田湖草生態(tài)保護(hù)修復(fù)工程指南》。

海岸帶濱海濕地是全球極為重要的碳庫,因其位于陸地生態(tài)系統(tǒng)與海洋生態(tài)系統(tǒng)相互作用的交界地帶而成為典型的生態(tài)脆弱區(qū)[2- 3]。目前我國國土資源尤其是海岸帶地區(qū)開發(fā)利用強(qiáng)度過高,大量的建設(shè)用地、海水養(yǎng)殖用地和不同規(guī)模的圍填海取代了濱海濕地原生的生態(tài)斑塊,景觀格局破碎,濕地面積急速萎縮,生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)存功能嚴(yán)重受損,導(dǎo)致海岸帶“碳匯區(qū)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤疤荚磪^(qū)”而向大氣中釋放出大量的CO2,引起其他生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能無法正常發(fā)揮,引發(fā)生態(tài)環(huán)境惡化、生態(tài)系統(tǒng)退化等問題,如生物多樣性減少、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值降低等[4- 5]。在生態(tài)文明建設(shè)背景下,相關(guān)專家學(xué)者近年來針對(duì)生態(tài)修復(fù)的理論、方法及應(yīng)用實(shí)踐等方面的研究如雨后春筍般涌現(xiàn),從土壤污染治理到水土保持修復(fù),從森林植被到河流湖泊等都取得了良好的成果。從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的角度來看,其碳儲(chǔ)存功能可以有效的將有機(jī)碳進(jìn)行封存固定,改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境,進(jìn)而對(duì)受損的生態(tài)系統(tǒng)起到有效的保護(hù)和恢復(fù)。因此,國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者已經(jīng)著手于生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)存方面的研究,將其運(yùn)用到生態(tài)保護(hù)修復(fù)工作中。在陸地生態(tài)系統(tǒng)方面,Olafur Arnalds[6]、徐凱健[7]、方精云[8]等人通過研究碳儲(chǔ)存效應(yīng)實(shí)現(xiàn)了相關(guān)生態(tài)修復(fù)的目標(biāo),提出應(yīng)當(dāng)構(gòu)建生態(tài)修復(fù)的新模式；海岸帶濕地生態(tài)系統(tǒng)方面,Kareksela Santtu[9]、Yadav Sapkota[10]、Glenn M. Suir[11]和唐劍武[12]和Ariana E. Sutton-Grier[13]等人通過對(duì)濱海濕地藍(lán)色碳匯功能的恢復(fù),討論研究了其在生態(tài)修復(fù)方面的價(jià)值和作用。

東營地處山東省北部的黃河入海口三角洲地帶,自然資源豐富,地理位置優(yōu)越,是我國黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展戰(zhàn)略的終點(diǎn)站、黃河三角洲中心城市和重要的石油基地。但近年來隨著油氣開采、化工發(fā)展、海水養(yǎng)殖和城市擴(kuò)張等因素,東營市海岸帶地區(qū)承受來自陸地環(huán)境與海洋環(huán)境、自然活動(dòng)與人類活動(dòng)等多方面的影響,灘涂濕地被大量開發(fā)侵占,地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)固碳功能受到嚴(yán)重破壞,生態(tài)環(huán)境愈加惡化,生態(tài)系統(tǒng)退化顯著[14-15]。

鑒于此,本文以東營市海岸帶地區(qū)為例,結(jié)合InVEST模型對(duì)研究區(qū)不同時(shí)間段的碳儲(chǔ)存功能進(jìn)行評(píng)估模擬,識(shí)別其碳儲(chǔ)存空間格局所存在的問題,分析其碳損失程度以劃定生態(tài)修復(fù)分區(qū),最后根據(jù)國內(nèi)外生態(tài)保護(hù)修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)和原則從提升海岸帶碳儲(chǔ)存功能角度出發(fā),提出相應(yīng)的生態(tài)保護(hù)修復(fù)方案建議和意見,旨在為區(qū)域尺度的生態(tài)修復(fù)工作提供可行的思路。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于山東省北部沿海東營市境內(nèi),東鄰萊州灣,北接渤海灣,地理范圍介于118°05′E—119°15′與37°00′N—38°10′之間(圖1)。區(qū)域地處暖溫帶半濕潤季風(fēng)氣候區(qū),年降水量在600 mm左右且多集中在夏季,年均氣溫約12℃,面積約為7.2×105hm2。地形以平原為主,由黃河攜帶大量入海泥沙在渤海入海口處慢慢沉降以及近海波浪搬運(yùn)沉積而成；地貌類型復(fù)雜,濕地廣布多樣,有河流濕地、河口濕地、潮間帶灘涂濕地、潮上帶重鹽堿化濕地和蘆葦沼澤等濕地類型[16]。區(qū)內(nèi)資源富庶,集濕地、港口、水產(chǎn)、海鹽、油氣等資源于一身,同時(shí)也具有豐富的生物資源,是我國重要的鳥類棲息繁殖地和魚類索餌場。

圖1 研究區(qū)地理位置Fig.1 Geographical location of the study area

根據(jù)我國《全國海岸帶和海涂資源綜合調(diào)查簡明規(guī)程》相關(guān)規(guī)定,以海岸線內(nèi)陸側(cè)10 km至海域10—15 m等深線范圍定義為海岸帶[17]。本文以東營市海域10 m等深線與海岸線陸側(cè)約10 km所圍成的地區(qū)作為研究區(qū)域,將等深線0—6 m范圍作為濱海濕地,等深線6—10 m范圍作為淺海,以此展開生態(tài)保護(hù)修復(fù)的研究。

2 數(shù)據(jù)來源和研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

1)遙感數(shù)據(jù)來源

考慮到自然因素的干擾,本文所選取的遙感數(shù)據(jù)是研究區(qū)范圍內(nèi)2005、2010、2015和2018年共4期同一時(shí)段(夏季)、空間分辨率為30 m、云量在4%以下的Landsat陸地衛(wèi)星遙感影像,其中2005年和2010年遙感數(shù)據(jù)來自美國地質(zhì)勘探局網(wǎng)站(http://glovis.usgs.gov/),2015年和2018年遙感數(shù)據(jù)來自于中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http://www.resdc.cn/)。

2)模型數(shù)據(jù)來源

InVEST模型(生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能權(quán)衡綜合評(píng)估模型,Integrated Valuation of Ecosystem Services and Trade-offs),由斯坦福大學(xué)、大自然保護(hù)協(xié)會(huì)、世界自然基金會(huì)共同研發(fā),該模型能夠定量分析多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能(如: 生境質(zhì)量、碳儲(chǔ)量、產(chǎn)水量和水體凈化等),與其他評(píng)估模型相比,其易于操作且評(píng)估結(jié)果更加形象直觀,可以有效避免評(píng)估過程中容易產(chǎn)生的計(jì)算誤差,因此近年來在諸多部門制定決策中被廣泛應(yīng)用以提供參考依據(jù)。

模型中的Carbon(碳儲(chǔ)存)模塊包含4個(gè)碳庫數(shù)據(jù)：地上生物碳庫、地下碳庫、土壤碳庫和死亡有機(jī)物碳庫數(shù)據(jù),其中地上生物碳庫和地下碳庫也稱生物量初始碳庫。本文旨在研究海岸帶地區(qū)碳儲(chǔ)存總量動(dòng)態(tài)變化情況,因此對(duì)模型的4類碳庫不做深入研究。地上生物碳庫數(shù)據(jù)根據(jù)參考文獻(xiàn)[18- 21],按照相關(guān)學(xué)者對(duì)黃河三角洲地區(qū)各植被類型生物量取樣收集、烘干稱重等,最終根據(jù)實(shí)測結(jié)果估算獲得。地下碳庫數(shù)據(jù)參考地上生物數(shù)據(jù),根據(jù)學(xué)者對(duì)濕地不同植被地上和地下生物凈初級(jí)生產(chǎn)力的測定研究[22],以地上生物量的30%—80%比例估算獲得,其中養(yǎng)殖用地參考學(xué)者對(duì)膠州灣蛤仔生物計(jì)量研究[23],取冬夏季節(jié)平均值作為養(yǎng)殖用地地下碳密度數(shù)據(jù)。土壤碳庫,指在一定深度范圍內(nèi)單位面積土體中的有機(jī)碳儲(chǔ)量,即相應(yīng)土層有機(jī)碳密度(kg/m3)乘以深度(m),InVEST模型默認(rèn)圖層深度為1m,本文以表層土壤(0—30cm)有機(jī)碳密度數(shù)據(jù)為主,參考相關(guān)學(xué)者對(duì)黃河三角洲濕地土壤有機(jī)碳含量研究測定結(jié)果[24- 26],按照處理后的研究區(qū)用地類型對(duì)應(yīng)黃河三角洲土壤碳密度差值范圍選取獲得。死亡有機(jī)物碳庫,指死亡植物和枯枝落葉中的有機(jī)碳含量,其碳庫數(shù)據(jù)缺乏且占總碳庫比重較小,該碳庫數(shù)據(jù)按照文獻(xiàn)[27-28]以及山東半島北部濱海濕地碳沉積與埋藏的相關(guān)研究結(jié)果[29],按照不同植被類型凋零物占植物體比例的3%—10%范圍估算獲取,其中養(yǎng)殖用地死亡有機(jī)物碳庫數(shù)據(jù)參考學(xué)者關(guān)于貝類養(yǎng)殖的碳循環(huán)貢獻(xiàn)度[30]及不同貝類養(yǎng)殖固碳速率[31]等研究結(jié)果獲取。

2.2 研究方法

1)遙感解譯處理

以GIS和ENVI為技術(shù)平臺(tái),參照全國生態(tài)遙感監(jiān)測土地利用/土地覆蓋分類體系,依據(jù)光譜特征對(duì)4期影像進(jìn)行遙感數(shù)據(jù)解譯處理,劃分研究區(qū)土地利用類型。為保證研究的可行性和模型評(píng)估結(jié)果的直觀性,進(jìn)一步結(jié)合實(shí)地調(diào)研結(jié)果和有關(guān)黃河三角洲區(qū)域的研究資料[32- 34],并參考山東天地圖(http://www.sdmap.gov.cn/)時(shí)空影像對(duì)遙感解譯的結(jié)果進(jìn)行細(xì)化調(diào)整,最終將土地利用類型劃分為水田、旱地、林地、草地、河流湖泊、水庫坑塘、濱海濕地、養(yǎng)殖池、城鄉(xiāng)建設(shè)用地、其他建設(shè)用地(主要為油田)、鹽田、植被鹽沼和淺海,共13類(圖2)。

圖2 研究區(qū)四期土地利用分類Fig.2 The fourth stage land use classification in the study area

2)InVEST模型

本文采用InVEST模型的Carbon(碳儲(chǔ)存)模塊是將土地利用類型作為評(píng)估單元,根據(jù)各類用地的分布面積以及所對(duì)應(yīng)的研究區(qū)土地利用類型的碳密度值(表1),最終計(jì)算得到其碳儲(chǔ)存總量(Ctotal)。

表1 研究區(qū)土地利用類型四類碳庫信息/(t/hm2)Table 1 The information of four types of carbon pools in the study area for different land use types

碳儲(chǔ)存總量計(jì)算公式：

Ci-total=Ci-above+Ci-below+Ci-soil+Ci-dead

(1)

(2)

式中,i表示一類土地利用類型,Ci-total示該類土地利用類型的總碳密度；Ci-above表示i類用地的地上生物碳密度；Ci-below表示i類用地的地下植物根系碳密度；Ci-soil表示i類用地的土壤中的有機(jī)碳密度；Ci-dead表示i類用地的植物凋零物及死亡生物的碳密度；Ctotal表示研究區(qū)的碳儲(chǔ)存總量；Si表示土地利用類型總面積；n表示土地利用類型的總數(shù)。其中,碳密度的單位為t/hm2；地類面積單位為hm2。

3 研究結(jié)果與分析

3.1 用地變化

根據(jù)表2和圖3,2005—2018年東營海岸帶地區(qū)土地利用類型時(shí)空變化明顯,,水田、草地、林地、濱海濕地和植被鹽沼等用地類型呈現(xiàn)不同程度的減少,養(yǎng)殖池、鹽田和建設(shè)用地增長趨勢。其中,草地變化最大,13年間由53748.34 hm2到驟減到5080.26 hm2,面積減少了90.55%,主要原因是耕地的大量開墾和鹽田、養(yǎng)殖池的擴(kuò)張；2005年植被鹽沼面積約為48926.22 hm2,至2018年為27756.39 hm2,面積減少了43.68%；2018年水庫坑塘面積為20701.37 hm2,濱海濕地面積為43085.28 hm2,相比2005年分別減少了6195.16 hm2和21940.64 hm2,兩類用地大部分轉(zhuǎn)化為養(yǎng)殖池。在此期間,鹽田和其他建設(shè)用地增長速率最快,鹽田面積呈直線型上升,由2005年6168.43 hm2至2015年達(dá)到頂峰(39734.44 hm2),到2018年緩慢回落到36774.85 hm2,13年間增長速率為496.18%,回落原因主要是養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益較鹽田高導(dǎo)致部分鹽田用地轉(zhuǎn)化為養(yǎng)殖池；其他建設(shè)用地(主要以油田、石油工業(yè)用地為主),2018年用地面積為37668.51 hm2,較2005年面積增加了19532.64 hm2,增長速率為108.71%。養(yǎng)殖池面積由2005年40444.94 hm2,到2018年達(dá)62211.53 hm2,占地面積巨大,利用方式粗放。

表2 2005年與2018年研究區(qū)用地類型面積轉(zhuǎn)移矩陣Table 2 Area transfer matrix of land use types between 2005 and 2018 in the study area

3.2 碳儲(chǔ)存時(shí)空演變

3.2.1碳儲(chǔ)存總量變化

基于InVEST模型碳儲(chǔ)存(Carbon)模塊的土地利用類型四大碳庫的碳密度值計(jì)算得到研究區(qū)每個(gè)柵格單元的碳儲(chǔ)量(圖4)。結(jié)果表明,單位柵格碳儲(chǔ)量區(qū)間值在0.132—0.635 t,其中柵格碳儲(chǔ)量最高的是林地,其次是水田；最低的是城鄉(xiāng)建設(shè)用地,其次是其他建設(shè)用地。從模型輸出結(jié)果可以看出,2005—2018年期間單位柵格碳儲(chǔ)量較低的用地類型面積大致沿岸線呈環(huán)狀持續(xù)增加,柵格碳儲(chǔ)存量較高的用地類型面積主要集中在岸線陸側(cè),但隨時(shí)間變化而面積越來越小。通過不同時(shí)期各用地類型柵格數(shù)量與之相對(duì)應(yīng)的單位柵格碳儲(chǔ)量的乘積計(jì)算,得到研究區(qū)2005—2018年的碳儲(chǔ)存總量(表3)：2005年為1.989×107t,2010年為1.903×107t,2015年為1.869×107t,2018年為1.853×107t。13年間碳儲(chǔ)存總量共減少1.341×106t,其中研究區(qū)海岸線陸側(cè)地區(qū)碳儲(chǔ)存量年損失率高達(dá)13.62%,并從圖5所示的碳儲(chǔ)存變化趨勢來看未來總量仍將持續(xù)減少。海岸帶生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)存能力受到嚴(yán)重破壞,區(qū)域生態(tài)環(huán)境受到威脅。

圖4 研究區(qū)四期單位柵格碳儲(chǔ)量分布Fig.4 Distribution of carbon storage per unit grid during the four periods of the study area

表3 研究區(qū)4個(gè)時(shí)段總碳儲(chǔ)量Table 3 Total carbon reserves during the four periods in the study area

圖5 研究區(qū)2005年至2018年碳儲(chǔ)存總量變化圖 Fig.5 Chart of total carbon storage in the study area from 2005 to 2018

3.2.2碳儲(chǔ)存空間變化

海岸帶生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)存的動(dòng)態(tài)變化決定著區(qū)域碳儲(chǔ)存總量的增加或減少,即不同時(shí)段土地利用方式的更替會(huì)導(dǎo)致原來具有較高碳儲(chǔ)量的“碳匯”地區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)樘純?chǔ)量較低的 “碳源”地區(qū)而向大氣中釋放大量的碳,這一碳排放過程僅次于化石燃料的燃燒,威脅生態(tài)系統(tǒng)健康[35]。本文進(jìn)一步利用ArcGIS分析2005—2018年四期每相鄰兩個(gè)時(shí)間段的碳儲(chǔ)存評(píng)估結(jié)果,按照單位柵格用地碳儲(chǔ)量的增減得到研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)存空間演變結(jié)果,并將其劃分為“碳匯區(qū)”、“收支平衡區(qū)”和“碳源區(qū)”(圖6、表4)。研究表明,2005—2010年期間,碳匯區(qū)明顯小于碳源區(qū),碳儲(chǔ)存功能受到嚴(yán)重破壞；2010—2015年,碳源區(qū)相對(duì)減少,但面積依然大于碳匯區(qū)；2015—2018年期間,碳源區(qū)與碳匯區(qū)面積相差較小,碳源區(qū)與碳匯區(qū)的轉(zhuǎn)化趨于穩(wěn)定?？傮w來看,2005—2018年期間變化結(jié)果反映出研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的碳儲(chǔ)存功能減弱、部分碳匯區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)樘荚磪^(qū),生態(tài)系統(tǒng)受到積累性的退化影響和威脅。

表4 碳儲(chǔ)存演變分析Table 4 Analysis of carbon storage evolution

圖6 碳匯、碳源區(qū)域劃分Fig.6 Regional division of carbon sink and carbon source

3.3 原因分析

(1)碳儲(chǔ)存總量變化原因。根據(jù)2005—2010年期間東營市土地利用數(shù)據(jù),海岸帶地區(qū)發(fā)展迅速、擴(kuò)張力度驚人,大量草地、灘涂濕地被開發(fā)為建設(shè)用地、油田、鹽田和養(yǎng)殖池,即單位柵格碳儲(chǔ)量較高的用地大量被開發(fā)為碳儲(chǔ)量較低的用地,生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)存功能在此期間受到極為嚴(yán)重的破壞,碳儲(chǔ)存總量急劇下降,生態(tài)系統(tǒng)受損明顯。2010—2015年期間,研究區(qū)的碳儲(chǔ)存總量仍然下降明顯,此期間鹽田和養(yǎng)殖池面積持續(xù)擴(kuò)大,海岸帶地區(qū)仍以粗放的開發(fā)利用方式為主,碳儲(chǔ)存功能受到持續(xù)性破壞,生態(tài)問題逐漸積累。2015—2018年期間,研究區(qū)碳儲(chǔ)存總量持續(xù)減少,但減少程度相對(duì)變緩,此期間水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)較鹽田具有更好的經(jīng)濟(jì)效益,用地變化以鹽田和養(yǎng)殖用地的相互轉(zhuǎn)化為主,而兩者單位面積碳儲(chǔ)量差距不大,因此碳儲(chǔ)量變化并不明顯。

2)碳儲(chǔ)存能力空間演變分析。2005—2018年期間,東營市海岸帶濱海濕地、草地和植被鹽沼等被大量開墾,生物量初始碳庫和土壤碳庫受破壞而降低,導(dǎo)致其生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)存能力持續(xù)減弱。因此,本文提取碳源區(qū)數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加分析得到其單位柵格的碳損失程度。通過NBC(自然間斷點(diǎn)分類法)按照碳損失程度對(duì)生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)存功能進(jìn)行分級(jí)評(píng)價(jià),如圖7所示,評(píng)價(jià)結(jié)果分為良好(0)、一般(-0.05—0)、差(-0.14—-0.05)和極差(-0.49—-0.14)4個(gè)等級(jí),并對(duì)4類等級(jí)的面積進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(表5),以識(shí)別研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)受損區(qū)域及受損程度。其中碳儲(chǔ)存功能評(píng)價(jià)等級(jí)極差的地區(qū)面積約為19465.4 hm2,等級(jí)為差的地區(qū)面積約為67301.74 hm2,兩者面積占除淺海外剩余地區(qū)的20.12%。評(píng)價(jià)結(jié)果反映出生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)存功能受損地區(qū)主要沿岸線呈半環(huán)狀分布,其中岸線的東北一直延伸到西北部一帶和東南部地區(qū)開發(fā)早、強(qiáng)度大、密度高,區(qū)域碳儲(chǔ)存功能衰退最為嚴(yán)重,生態(tài)系統(tǒng)退化明顯；西南部地區(qū)結(jié)合影像分析發(fā)現(xiàn),生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)存受損主要原因是城市發(fā)展、城鄉(xiāng)居民用地?cái)U(kuò)張；外圍淺海區(qū)自2005年以來開發(fā)利用方式相對(duì)穩(wěn)定,總體變化不大。

表5 研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)存功能評(píng)價(jià)等級(jí)面積Table 5 Area of evaluation grades of ecosystem carbon storage function in the study area

圖7 生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)存功能評(píng)價(jià)Fig.7 Assessment of ecosystem health

4 生態(tài)修復(fù)策略

根據(jù)上述研究表明東營市海岸帶生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)存功能受損嚴(yán)重且呈現(xiàn)逐年減弱趨勢,區(qū)域碳儲(chǔ)存功能的強(qiáng)弱反映出其生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性與健康程度。因此本文結(jié)合相關(guān)生態(tài)修復(fù)指南和標(biāo)準(zhǔn),按照以本地適宜生態(tài)系統(tǒng)為參照和自然恢復(fù)為主、人工修復(fù)為輔兩大原則,根據(jù)碳儲(chǔ)存損失程度制定相應(yīng)的生態(tài)修復(fù)措施,以求最大限度的開展全面修復(fù),逐漸恢復(fù)健康的海岸帶生態(tài)系統(tǒng),提升研究區(qū)的可持續(xù)發(fā)展水平。

4.1 修復(fù)參照與區(qū)類劃分

1)修復(fù)參照。東營市海岸帶地區(qū)多年來因人為的過度干預(yù)(如耕地、鹽田、養(yǎng)殖池、修壩、采油開發(fā)等),大面積的貝殼堤、沼澤地和沖積平原被破壞,生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)存功能受損,生態(tài)系統(tǒng)退化嚴(yán)重。生態(tài)修復(fù)應(yīng)以本地適宜的生態(tài)系統(tǒng)為優(yōu)先參照,在修復(fù)措施和技術(shù)方案上要優(yōu)先選擇當(dāng)?shù)匚锓N,避免因引入不適宜的外來物種而導(dǎo)致的修復(fù)資源浪費(fèi)和物種的入侵現(xiàn)象。東營市海岸帶的地貌形態(tài)、海岸侵蝕與淤積以及沉積物成分特征等決定了區(qū)內(nèi)水分、鹽分的分布,是濱海濕地發(fā)育和演變的基礎(chǔ),影響控制著濱海濕地的生物群落結(jié)構(gòu)、特征和濕地植被的演替[36]。本文根據(jù)前人對(duì)黃河三角洲的相關(guān)研究,結(jié)合東營市第三次土地調(diào)查結(jié)果、黃河三角洲地區(qū)濱海濕地物種空間分布和生態(tài)演替規(guī)律等研究資料,東營市海岸帶依次由裸灘地、貝殼堤、沼澤地、沖擊海積平原組成自海到陸的地貌類型,以此構(gòu)建東營市海岸帶生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)參照[37- 38],如圖8所示。

圖8 生態(tài)修復(fù)的植被參照?qǐng)DFig.8 Vegetation reference map for ecological restoration

2)修復(fù)區(qū)類劃分。生態(tài)系統(tǒng)的退化受損情況決定了保護(hù)修復(fù)工作的人為干預(yù)程度。結(jié)合SER、澳大利亞與我國的生態(tài)修復(fù)指南的原則和規(guī)定,根據(jù)研究區(qū)碳儲(chǔ)存總量變化情況和生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)存功能評(píng)價(jià)結(jié)果,以全區(qū)覆蓋為標(biāo)準(zhǔn),如圖9所示,將生態(tài)修復(fù)區(qū)域劃分為自然恢復(fù)區(qū)、人工輔助區(qū)和生態(tài)重建區(qū),根據(jù)柵格大小統(tǒng)計(jì)各修復(fù)區(qū)類面積(表6)。其中,生態(tài)重建區(qū)以生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)存功能評(píng)價(jià)等級(jí)極差區(qū)域?yàn)橹?人工輔助區(qū)主要包括評(píng)價(jià)等級(jí)較差區(qū)域,碳儲(chǔ)存功能評(píng)價(jià)等級(jí)一般和良好區(qū)域則劃為自然恢復(fù)區(qū)。

圖9 生態(tài)修復(fù)的區(qū)類劃分圖Fig.9 Zoning map of ecological restoration

表6 三類生態(tài)修復(fù)區(qū)域面積Table 6 Area of three types of ecological restoration area

4.2 修復(fù)方案

按照修復(fù)區(qū)劃分的自然恢復(fù)區(qū)、人工輔助區(qū)和生態(tài)重建區(qū)結(jié)果,從扭轉(zhuǎn)碳損失趨勢、塑造碳儲(chǔ)存廊道、提升碳儲(chǔ)存能力3個(gè)方面,以生態(tài)重建為點(diǎn),以修復(fù)廊道為線,以保護(hù)保育為面,構(gòu)建東營市海岸帶點(diǎn)、線、面相結(jié)合的生態(tài)修復(fù)總體方案,以實(shí)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)存能力的整體提升、生態(tài)環(huán)境全面改善和生態(tài)系統(tǒng)的有效修復(fù)。

4.2.1自然恢復(fù)區(qū)

海岸帶生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)存功能評(píng)價(jià)等級(jí)一般和良好的地區(qū),建議生態(tài)修復(fù)主要以自然保護(hù)恢復(fù)手段為主,相對(duì)減少大體量修復(fù)工程的干預(yù)：①耕地地區(qū),通過用地碳儲(chǔ)量分析發(fā)現(xiàn)水田生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)存功能明顯強(qiáng)于其他耕作方式,因此保障基本農(nóng)田合理耕種的前提下提倡在水資源充足地區(qū)適當(dāng)發(fā)展水稻種植,打造黃河水稻農(nóng)產(chǎn)品知名品牌；②養(yǎng)殖用地注意科學(xué)養(yǎng)殖,制定周邊景觀植被責(zé)任制,謹(jǐn)防周邊環(huán)境污染破壞；③保護(hù)林草地,在植被稀疏地區(qū)適當(dāng)培育適宜的植被類型,提升植被覆蓋度；④油田區(qū)域應(yīng)嚴(yán)格控制污染排放,倡導(dǎo)生態(tài)發(fā)展,并根據(jù)油田所處景觀地帶,在礦區(qū)裸灘空地種植適宜生長的本土優(yōu)勢物種；⑤淺海地區(qū)防治水質(zhì)污染,保護(hù)海草床、魚類索餌場和洄游通道,制定合理休漁計(jì)劃,防止過度捕撈等。最終通過對(duì)自然恢復(fù)區(qū)的保護(hù)修復(fù)實(shí)現(xiàn)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)存能力的進(jìn)一步提高。

4.2.2人工輔助區(qū)

人工輔助區(qū)內(nèi)鹽田、灘涂養(yǎng)殖用地的土地集約利用度低,并且海岸帶地區(qū)河流濕地、河口濕地是陸海交流平臺(tái)和凈化、削減污染物入海的天然屏障,具有保護(hù)河口近海漁業(yè)資源和防止水體富營養(yǎng)化的功能。長期以鹽田和養(yǎng)殖為主要開發(fā)方式將會(huì)導(dǎo)致濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)嚴(yán)重缺水,加劇濕地生物消退、面積萎縮等生態(tài)問題,加重生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)存功能的損失程度。為遏止人工輔助區(qū)的生態(tài)惡化趨勢,提出了以下生態(tài)修復(fù)措施：①調(diào)整現(xiàn)有養(yǎng)殖池粗放方式,參照南方?；~塘生態(tài)發(fā)展模式,對(duì)灘涂養(yǎng)殖池進(jìn)行摸底調(diào)查,推廣高效集約養(yǎng)殖技術(shù)以削減其開發(fā)面積,并在治理污染、淡水降鹽的基礎(chǔ)上改善水土條件,重新播種培育堿蓬、檉柳、蘆葦?shù)缺就林脖唬虎邴}田用地面積過大,制鹽鹵水從地下水中大量抽取,極不利于地區(qū)生態(tài)健康,因此應(yīng)當(dāng)依據(jù)現(xiàn)狀整合鹽山,加大科技投入改進(jìn)制鹽工藝以縮減用地面積。恢復(fù)周邊原生濕地植被,形成獨(dú)有的鹽田生態(tài)機(jī)理景觀；③研究區(qū)入海河流眾多,為保障河口濕地生態(tài)功能的有效發(fā)揮,對(duì)河流河道地區(qū)進(jìn)行整體排查,清理侵占河道的構(gòu)筑物、疏浚河道并恢復(fù)水域兩邊的植被,實(shí)現(xiàn)生物護(hù)岸以減少人為工程干預(yù)而造成的次生破壞,并根據(jù)河流流量和寬度劃定保護(hù)紅線以確保流域的生態(tài)安全。

通過對(duì)鹽田、養(yǎng)殖池及河流河道的輔助干預(yù),恢復(fù)輔助區(qū)的濕地生態(tài)系統(tǒng),連通區(qū)內(nèi)生態(tài)斑塊,塑造獨(dú)具特色的濱海固碳生態(tài)廊道,為濱海生物提供棲息地,保護(hù)生物多樣性,恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)存功能。

4.2.3生態(tài)重建區(qū)

生態(tài)重建區(qū)內(nèi)鹽田、養(yǎng)殖和油田等用地連片鋪設(shè),開發(fā)方式過于粗放,利用效率低,造成區(qū)域土壤表層性質(zhì)結(jié)構(gòu)硬化,并且阻隔了包括淺海在內(nèi)各生態(tài)斑塊的連通性,破壞了生物棲息地的完整度,是導(dǎo)致濱海濕地退化萎縮和海岸帶動(dòng)植物消退、引起生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)存量減少的主要原因之一。為改變重建區(qū)碳損失現(xiàn)象,需要對(duì)生態(tài)重建區(qū)內(nèi)用地進(jìn)行徹底整改：①對(duì)重建區(qū)內(nèi)的養(yǎng)殖池、鹽田用地采取補(bǔ)償性的退養(yǎng)還灘、退鹽還濕措施,油田等工業(yè)區(qū)域廢棄礦井及時(shí)拆除,包括地面構(gòu)筑物、周邊污染物清理和深層井坑填埋；②按照濱海動(dòng)植物適宜生長的生態(tài)環(huán)境重新治理水土條件、改善土壤結(jié)構(gòu)；③根據(jù)本地生態(tài)系統(tǒng)參考重新種植適宜的植株,恢復(fù)重現(xiàn)蘆葦、堿蓬、檉柳等原生景觀,并設(shè)置監(jiān)察站點(diǎn),及時(shí)掌握修復(fù)進(jìn)度。

退還重建區(qū)濱海濕地、恢復(fù)濱海植被,增加濱海濕地面積與斑塊數(shù)量,有利于促進(jìn)各斑塊之間、海陸之間的相互連通；有利于濱海動(dòng)物、植物及其根系的生長繁殖和枯枝落葉等凋零物回歸土壤,增加重建區(qū)生物量碳儲(chǔ)量、碳積累率和土壤的碳儲(chǔ)量,扭轉(zhuǎn)重建區(qū)碳損失現(xiàn)象,恢復(fù)重建區(qū)的碳儲(chǔ)存功能,進(jìn)而改善重建區(qū)的生態(tài)環(huán)境,逐漸修復(fù)受損的生態(tài)系統(tǒng)。

5 總結(jié)

本文通過運(yùn)用InVEST模型對(duì)東營市海岸帶地區(qū)進(jìn)行碳儲(chǔ)存功能模擬評(píng)估,結(jié)果表明其生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)存總量呈現(xiàn)出逐年下降趨勢,碳儲(chǔ)存功能受到嚴(yán)重的破壞。根據(jù)研究區(qū)2005—2018年期間土地利用變化, 不合理的開發(fā)建設(shè)活動(dòng),如養(yǎng)殖池、鹽田與工業(yè)用地的粗放利用和擴(kuò)張,導(dǎo)致大量的濱海濕地被侵占,濱海濕地萎縮、生物消退現(xiàn)象明顯,生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)存能力持續(xù)減弱,海岸帶生態(tài)系統(tǒng)存在不同程度的退化。

根據(jù)東營市海岸帶地區(qū)碳儲(chǔ)存總量變化情況和碳損失程度,識(shí)別碳儲(chǔ)存功能受損區(qū)域并將其劃分為自然恢復(fù)區(qū)、人工輔助區(qū)和生態(tài)重建區(qū)三大生態(tài)修復(fù)區(qū),針對(duì)性地提出加強(qiáng)恢復(fù)區(qū)保護(hù)力度、整頓輔助區(qū)粗放模式和退還重建區(qū)濱海濕地等生態(tài)保護(hù)修復(fù)方案策略。以期恢復(fù)東營市海岸帶受損的生態(tài)系統(tǒng),為海岸帶生態(tài)修復(fù)提供參考和借鑒。