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一分公司场:国土综合整治与生态文明建设

杨木壮:围填海对海岸带生态效益影响评价

发布时间:2015-12-14 10:34文章来源:bet9官网中国土地公司 作者: 杨木壮 李光灿 梁俊杰 黄伟彬 打印

杨木壮,李光灿,梁俊杰,黄伟彬

  (广州大学地理科学学院,广东 广州 510006)

  海岸带具备天然良好的区位优势,是海洋与陆地生产建设活动交互活动的重要场所,是开发利用海洋的桥头堡,能够为沿海城市经济社会发展带来巨大效益。围填海是人类对海岸带开发利用活动的重要方式之一,也是对海—陆系统资源进行优化分配的重要手段。近年来,由于经济快速发展以及人口增长,陆地土地资源紧缺的问题更加凸显。人类为了满足自身需求进行围填海活动,以期缓解人地矛盾和创造更大的经济社会价值。围填海在带来巨大经济效益的同时,也对海岸带生态环境带来不少消极的影响,如潮滩湿地面积减少[1]、海岸侵蚀、渔业资源减少[2]、生物多样性降低[3];弱化海洋系统调节功能、净化功能和生产功能等[4];降低海岸带附属岛屿独立性,失去其独特的自然景观。当前我国许多围填海活动主要关注经济效益,较少顾及围填海对海岸带生态环境的影响以及所产生的生态价值损失,不利于海陆协调发展和海洋资源可持续开发利用。近年来,相关学者在注重围填海工程技术及综合管理研究的同时[5],开始关注围填海的生态效益评价及其生态服务功能损失的研究[6-8]

  深圳市地处珠江口东岸,是我国发展最快的经济特区和沿海城市,围填海开发活动强度大,在经济社会发展中发挥着重要的基础作用,其围填海区域演变及其影响不容忽视,并具有典型代表性。本文利用遥感与地理信息技术解译分析深圳市1995年以来围填海活动的区域演进过程,从气体调节功能、营养物质循环功能、废弃物处理功能、知识扩展服务功能和生物栖息地功能五个生态服务功能分析围填海的生态效益影响,以期为围填海生态效益评价提供科学参考,并引导围填海向着合理利用的方向发展,尽可能地降低围填海所带来的不良影响,促进沿海地区海陆协调发展。

  1. 研究区概况

  深圳市位于广东省南部,东临大亚湾及大鹏湾,西近珠江口和伶仃洋,南邻香港,北接东莞市和惠州市。全市陆地总面积约为1991.64 km2,沿岸的潮间带海涂约为70km2,海岛共有39个,而归属其管辖的近岸海域面积约1952km2。深圳市主要地貌大部分为低山、平缓台地、阶地、丘陵和平原。其中丘陵面积最大,约占39.67%;台地次之,占了22.6%;低山最少,占9.2%,阶地与平原占了陆地面积的26.17%。深圳市海域面积辽阔,渔业资源极其丰富,包括大量的软壳动物、藻类和40多种珍稀鱼种。

  据统计,2013年深圳市常住人口共计1062.89万人,同年GDP高达14500.23亿元,较上年增加10.5%,人均GDP达到22113美元。在深圳市经济整体上以惊人速度蓬勃发展的同时,围填海活动也相应地活跃,以快速和面广的态势迅速发展起来。

  2. 围填海演变过程

  围填海是人类对海岸带进行改造,导致海岸带自然面貌发生改变的活动之一。为了保证数据的准确性,消除解译误差,应尽量选择几何变形较小、辨识度较高、云量小和时间相近的遥感影像[9],因此选取深圳市1995年、2003年和2013年三个时相遥感影像数据,提取围填海信息,如表1所示。

  表1 遥感影像数据

  Tab.1 Theremote sensing image data

  卫星

  获取时间

  轨道号

  空间分辨率

  波段

  云量

  Landsat-5

  1995.12.30

  121/45

  122/44

  30m×30m

  1-7

  少云

  Landsat-7

  2003.01.10

  121/45

  122/44

  30m×30m

  1-8

  少云

  Landsat-8

  2013.12.31

  121/45

  122/44

  30m×30m

  1-11

  少云

  2.1海岸线变化过程

  采用面向对象分类的方法对深圳市1995年、2003年及2013年三个时相的遥感图像进行陆地和海域解译,提取海陆两边地物并依据类型进行合并,再利用ArcGIS平台空间分析功能提取交界线以作为其海岸线,得到深圳市历年海岸线的变化状况,如图1、图2所示。

  

  图1  1995—2013年深圳市海岸线变迁图

  Fig.1 Coastline evolution of Shenzhen from 1995 to 2013

  

  图2  1995—2013年深圳市海岸线变化图

  Fig.2  Coastline evolution of Shenzhen from 1995 to 2013

  由图1看到,深圳市历年海岸线主要向海洋延伸,较少向陆地后退,致使原本曲折海岸线开始变得平滑或突向海洋。在研究期内,不管是东部、西部或全市海岸线长度均呈不断减少的趋势,但减少缓慢。从图2得知,从1995年至2013年深圳市海岸线长度由247.65km变为239.59km,缩短8.06km,减少速度约0.4478km/a,其中东部海岸线长度减至154.48km,减少0.41km;而西部海岸线长度变化幅度较东部大,减少7.65km,减少速度约0.425km/a。

  2.2围垦区利用变化

  1995年至2013年,深圳市围填海总面积约48.49km2,其中围填海主要分布在西部的宝安区沿岸、深圳湾和东部的大亚湾沿岸以及大鹏湾。围填海利用方式主要以城镇建设、养殖用海、交通运输为主,部分则为工业用海或待利用。从图3得知,2013年围海养殖面积最大,为16.39km2,占33.8%;其次,交通运输用海也达到12.28km2,占围填海总面积25.32%;已围填待利用用海面积为9.55km2;城镇建设填海面积达到9.31km2,占总面积19.2%;工业用地面积最少,只有0.96km2约占1.98%。若以1995-2003年为时期Ⅰ,2003-2013年为时期Ⅱ,则发现时工业用地,城镇建设填海及已围填待利用用海在两个时期变化平缓,而交通运输用海和围海养殖用海变化显著:交通运输用海从时期Ⅰ的1.13km2迅速增长到时期Ⅱ的11.15km2,表明深圳市加强陆地与海洋的沟通交流,而围海养殖用海由时期Ⅰ的14.27km2缩减至2.12km2,足足减少85.14%。

   

  图3  1995-2013年深圳市围填海利用类型变化

  Fig.3 the changes of reclamation use type in Shenzhen from 1995 to 2013

  (1)1995-2003年围填海状况

  1995-2003年深圳市围填海的面积为25.16 km2,主要集中分布在深圳市的西部沿岸,包括西部海岸中的宝安沿海区,南山区蛇口半岛,部分围垦区分布在东部盐田沿海区及大鹏新区面向大亚湾一带。当中西部又以分布在南山区蛇口半岛的东西两侧为主,其分别为面向深圳湾及前海湾一带。此时,深圳市围填海活动规模较大,分布相对集中,速度较快,南山区围填海左右两翼格局基本建立起来。由图4可知,当时深圳市围填海新增的土地主要用于围海养殖和城镇建设。其中围海养殖用海主要分布在宝安区的西北海岸沿岸和南山区蛇口半岛的东西两侧;城镇建设填海大部分集中在蛇口半岛的东侧,部分在宝安区的南部沿岸;盐田区沿岸的围填海主要是用于交通运输;大鹏新区沿岸有小片的工业用地。

  (2)2003-2013年围填海状况

  2003-2013年深圳市围填海的总面积为23.33 km2,与时期Ⅰ相比减少1.83km2。如图5所示,这一时期的分布的区域仍然以西部海岸围填海活动为主,但主要分布在宝安区沿岸,而其他围垦区则分布于南山区、盐田区和大鹏新区。填海新增的土地主要用于城镇建设和交通运输。其中城镇建设填海主要分布在宝安区南部沿岸和南山区沿岸;交通运输用海主要集中于宝安区西部沿岸、前海湾和盐田区沿岸;在盐田区附近有面积较大的已围填待利用用海,而围海养殖用海和工业用海分别分布于宝安区和大鹏新区。本阶段围填海速度得到加快主要是因为在时期1填海工程的基础下继续完成。另外,填海工程面积减少且并没有开拓更多的新区域主要是因为海洋生态问题得到重视,同时受到《中华人民共和国海域使用管理法》的法律影响,不少专家及学者也呼吁理性填海。

  

  图4  1995-2003年深圳市围填海利用类型

  Fig.4 Reclamation use type of Shenzhen from 1995 to 2003

   

  图5  2003-2013年深圳市围填海利用类型

  Fig.5 Reclamation use type of Shenzhen from 2003 to 2013

  3. 围填海生态环境损害效益评价模型

  围填海活动在缓解人地矛盾,带来客观的经济效益的同时,也对生态环境造成负面的影响。要客观评价围填海的综合效益也应该注重分析其对生态环境服务的效益。本文选取气体调节功能、营养物质循环功能、废弃物处理功能、知识扩展服务功能和生物栖息地功能五大功能作为生态环境服务功能重要组成部分,考虑个别功能指标在年限上获得性,计算求和2003-2013年深圳市围填海对生态环境服务五大功能的损害效益值来推算其综合生态环境效益。

  3.1气体调节功能

  气体调节指海洋中的浮游植物吸收CO2进行光合作用,同时释放出O2,从而平衡 O2和 CO2含量的功能[10]。海洋能够有效调节CO2的含量,并且是生产O2的重要场所,而围填海则减少了海域面积,破坏海域原本的环境,同时威胁海洋生物的生存空间从而弱化海洋的气体调节功能。以海洋生态系统的净初级生产力为基础价值,运用光合作用方程式计算固碳量以及释氧量。由此气体调节功能的损益值就是固碳量及释氧量的合计。

  由光合作用的反应方程式:

            (式1)

  可知每生成 1g 的干物质便能固定 1.62g的CO2与释放出 1.20g的O2。故气体调节损益公式为:

  P1=n (1.62C1+1.2C2) XS                     (式2)

  式(2)中:P1—填海造地气体调节损害的价值;n—评估年限;X—初级生产力;

  S—海域面积;C1—固碳成本;C2—释氧成本。

  根据国内学者郝锵的调研[11],珠江口的海域平均初级生产力大约是565 mg / ( m2·d)(以碳计)。根据当前国际通用的碳税率标准并且结合我国的现实状况,选取国际碳税标准150 美元/t[12]与我国造林成本250元/t[13]的均值703元/t为固碳的单价。同时参考潘文斌等人[14]的研究,释氧成本为400元/t。考虑数据的可获取性,公式5-6中的海域面积是指深圳市2003-2013年围填海的面积23.33km2

  P1=10×(1.62g×703元/t +1.20g×400元/t)×565mg/(m2·d)×365×23.33km2≈7789(万元)

  所以,2003-20013年深圳市围填海的气体调节功能损失的价值约是7789万元。

  3.2营养物质循环功能

  营养物质循环功能的损益值一般采用成本替代法,即单位面积内消除N、P所花费的成本来替代海洋营养物质循环功能的损失价值。污水所花费的成本来替代海洋营养物质循环功能的损失价值。

  其公式如下:

  P2=(CNXN+CPXP)S                       (式3)

  式(3)中:P2—营养物质循环的价值损失;CN—N的消除成本;XN—单位面积海水去除N的容量;CP—P的消除成本;XP—单位面积海水去除P的容量;S —围填海面积

  根据国家环境保护“十二五”规划的规定各项污染减排10%,得到N、P的排放总量为51.84万t和1.99万t,而我国浅海面积大约7万km2,做商可得单位海域面积N容量为7.41t/km2·a,而单位海域面积磷容量为0.28t/ km2·a。依据张慧等的研究和调查[15],处理 N、P 的成本大概是 5000 元/t和10 万元/t。代入式(3),得到:

  P2=(5000 元/t×7.41t/km2+10 万元/t×0.28t/km2)×23.33km2×10≈657(万元)

  故2003-2013年深圳市围填海营养物质循环功能损失价值657万元。

  3.3废弃物处理功能

  计算废弃物处理功能损益即是对海洋环境容量价值的损失进行估算,海水能够对不同类型的废弃物进行净化,但是受当前监测技术水平的限制,故不能尽对所有污染物的环境容量进行估算。一般采用影子工程法计算废弃物处理功能损益值。目前可知COD、N、P等营养元素是流入海洋的污染物中含量最多的元素,鉴于上述已对N、P营养元素进行环境容量的估算评价,所以,这里只估算COD的环境容量价值。

  P3=CCODXCODS                       (式4)

  式(4)中:P3—废弃物处理功能损失价值;CCOD—单位面积海域COD 的容量;XCOD—COD 的去除成本;S—围填海的面积

  根据《广东省环境保护规划纲要(2006-2020年)》可知2010年广东省的COD排放控制总量为90万t/a,2020年为80万t/a,而研究期为2003-2013年,故取两者的平均值85万t/a。参考《广东省养殖水域滩涂规划》,广东省在等深线0~10米的浅海面积为105.86万 ha,由此可得出广东省单位面积海域 COD 的容量为80.29t/(km2·a),同时参考郭良波等[16]的研究与分析,COD的去除成本是4300元/t。

  P3=80.29t/km2×23.33km2×4300 元/t×10≈8055(万元)

  故此,2003-2013年深圳市围填海废弃物处理功能损失价值约是8055万元。

  3.4知识扩展服务功能

  知识扩展服务功能主要是指海洋为科学研究建设活动所提供了资源或场所,拓展人类的相关领域科学知识的层面。估算这一服务功能的价值主要参照陈尚[17]研究成果来评估,其计算公式为:

  VOK=VSA                          (式5)

  式(5)中:VOK—知识扩展服务的价值;VS—浅海的文化科研价值基准价;A —海域面积。

  根据陈仲新等[18]对我国的生态效益价值进行估算的研究,我国单位面积生态系统的科研文化价值为 355 元/(hm2·a) 。

  从数据可得性考虑,公式中的海域面积为2003-2013年深圳市围填海的面积23.33km2

  VOK=VSA=355 元/hm2·a×23.33km2×10≈828(万元)

  因此,2003-2013年深圳围填海知识扩展服务功能损失的价值为828万元。

  3.5生物栖息地功能

  海洋的生物栖息地功能主要指为海洋生物繁衍、生活、生产发展并提供保护的栖息场所形成的效用。围填海必定侵占了原本生物特别是软体动物的栖息地。可以采用市场价值法通过利用海域的初级生产力与软体动物的转化之间关系、贝类重量与软体组织的重量比、贝类产品的市场价格和利润率计算海洋的生物栖息地功能损益值,其公式如下:

                      (式6)

  式(6)中:Phr—单位面积生物栖息地功能损失的价值;P0—单位面积海域初级生产力(以碳计);E —初级生产力转化成软体动物的效率;PS—贝类产品的平均市场价格;K —贝类与软体组织的重量比;M—贝类产品的销售利润率;N —贝类产品混合含碳率。

  依据Tait R.V.[19]的研究,初级生产力的10%会转化成软体动物;参考卢振彬等人[20]的研究成果,软体动物的混合含碳率为 8.33%,各种软体动物与其外壳平均重量比为 1:5.52;珠江口海域的平均初级生产力是565 mgC / ( m2·d);查阅相关资料,贝类产品的平均市场价格15元/kg,销售利润率通常为 25%,将上述数据代入公式6,得到单位面积生物栖息地功能损失的价值为5.12元/( m2·a) 。

  围填海生物栖息地功能损失的价值=单位面积生物栖息地功能损失的价值×围填海的面积×评价年限=5.12元/( m2·a)×23.33km2×10≈119450(万元)

  因此,2003-2013年深圳围填海生物栖息地功能损失的价值为119450万元。

  表2  2003-2013年深圳市围填海生态环境服务损益值

  Tab. 2  Loss values of the reclamation ecosystem services in Shenzhen from 2003 to 2013

  序号

  服务功能

  评估方法

  损益值(万元)

  损益值占比

  1

  气体调节功能

  碳税法

  7789

  5.69%

  2

  营养物质循环功能

  成本替代法

  657

  0.48%

  3

  废弃物处理功能

  影子工程法

  8055

  5.89%

  4

  知识扩展服务功能

  成果参照法

  828

  0.61%

  5

  生物栖息地功能

  市场价值法

  119450

  87.33%

  合计

 

  (1)+······+(5)

  136779

  100%

  从上述评估结果及表2可知,深圳市2003-2013年通过围填海开发利用获得的生态损益值达到136779万元。其中,生物栖息地功能损益值最高,为119450万元,约占总损益值的87.33%;而废弃物处理功能次之,损益值为8055万元,约占5.89%;气体调节功能损失值为7789万元,占5.69%;营养物质循环功能的损益为657万元,仅占0.48%;知识扩展服务功能的损益为828万元,占0.61%。

  4.  主要结论

  (1)在1995-2013年18年间,深圳市围填海的面积共计48.49km2。其中1995-2003年围填海的面积是25.16km2,围填海活动主要集中于深圳市南山区的蛇口半岛的两侧和宝安区沿岸;2003-2013年围海所得的新增土地面积为23.33 km2,其中规模较大的填海活动主要在宝安区沿岸进行,其他则分布在深圳市南山区、盐田区和大鹏新区。

  (2)1995-2013年深圳市围填海的土地利用类型主要是围海养殖用海、交通运输用海、工业用海、城镇建设填海和已围填待利用用海。1995-2003年,围填海的主要利用方式是围海养殖,同时由于城市的扩张,相当一部分围填海用于城镇建设。2003年以后,围填海的利用方式主要是交通运输和城镇建设,这是基于满足深圳市经济社会的飞速发展和对外贸易对交通运输的要求。

  (3)在2003年至2013年期间,通过围填海开发利用对深圳市造成的生态环境损害效益达到136779万元。其中以破坏生物栖息地最为突出,占总损益值87.33%,而海洋废弃物处理功能损益值次之,约占5.89%。虽然知识扩展服务功能,营养物质循环功能占的比例不高,但是对于海岸带持续发展同样有着重要的作用,不容忽视。

  (4)为避免盲目无序进行围填海活动,应该做到尊重自然,注重围填海的利用效率,着眼于生态环境服务功能,建立详细的审批与跟踪制度,采取有效措施降低生态效益损失率并完善围填海效益评价体系。

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