齊菲 ,王豐 ,劉斌 ,付同剛 ,高會 ,劉金銅**

(1.中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所農(nóng)業(yè)資源研究中心/中國科學(xué)院農(nóng)業(yè)水資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/河北省土壤生態(tài)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 石家莊 050022;2.中國科學(xué)院大學(xué) 北京 100049;3.山東省大數(shù)據(jù)局 濟(jì)南 250011)

濕地是在水陸生態(tài)系統(tǒng)界面延伸重合的空間中形成的過渡類生態(tài)系統(tǒng)[1],發(fā)揮著調(diào)節(jié)氣候、蓄洪防旱、防治土壤侵蝕、過濾污染物等重要功效[2]。濕地被稱為“地球之腎”,濱海濕地在涵養(yǎng)水資源、提供水產(chǎn)品、維護(hù)生態(tài)平衡等方面發(fā)揮了重大作用。濕地作為大自然賦予的一項(xiàng)寶貴的自然資源,具有極大的社會經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。因此,社會各界和相關(guān)單位順應(yīng)國家和政府的相關(guān)政策,落實(shí)出臺了多項(xiàng)濕地保護(hù)舉措,近年來一系列重要濕地生態(tài)文明制度先后落地生根。2017 年國家海洋局印發(fā)了《海岸線保護(hù)與利用管理辦法》。2018 年國務(wù)院印發(fā)了《關(guān)于加強(qiáng)濱海濕地保護(hù)嚴(yán)格管控圍填海的通知》(國發(fā)〔2018〕24 號),新時(shí)期對海洋生態(tài)文明建設(shè)提出了更高的要求。2022 年6 月1 日,我國第一部濕地保護(hù)法《中華人民共和國濕地保護(hù)法》開始實(shí)施。

隨著對濕地重要性認(rèn)識的加深,濕地生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)價(jià)值越來越受到人們的重視。我國濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值評價(jià)工作的系統(tǒng)性研究始于20世紀(jì)90 年代中期[3]。由于研究歷史較短,目前還未形成關(guān)于濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)、功能和價(jià)值的統(tǒng)一認(rèn)識[4]。

目前濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求和供需關(guān)系的量化評估均處于探索階段[5]。濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需研究中存在的問題主要有以下幾方面:第一,研究集中于濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給的評估,對于需求研究較少,對于人類需求的濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的大小目前還沒有有效的辦法來衡量;第二,濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評估研究主要針對單個(gè)濕地進(jìn)行,沒有以整個(gè)濱海濕地作為研究對象進(jìn)行系統(tǒng)研究;第三,基于土地利用類型變化進(jìn)行的濕地生態(tài)服務(wù)價(jià)值評估,忽視了濕地生態(tài)系統(tǒng)本身的動態(tài)變化特性,缺乏對未來生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需關(guān)系的預(yù)測研究。

濱海濕地是處于海陸交錯(cuò)區(qū)的“邊緣地帶”,是脆弱且具有珍貴資源的生態(tài)系統(tǒng)[6]。濱海濕地斑塊通過生態(tài)廊道將不同濕地連接起來,組成更大的濕地生態(tài)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò),為濕地中的生物營造更廣闊的生存活動空間[7]。當(dāng)前濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)已經(jīng)開展了大量研究,如李楠等[8]、魏強(qiáng)等[9]、商慧敏等[10]分別探討了不同地區(qū)的濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)狀況,程敏等[11]也論述了濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究進(jìn)展,但濱海地區(qū)與人類發(fā)展密切相關(guān),濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需研究幾乎還是空白,有待人們進(jìn)一步深入探討。

河北濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能可為實(shí)施京津冀協(xié)同發(fā)展戰(zhàn)略方面提供重要的生態(tài)支撐。由于近年來人類活動加劇,導(dǎo)致濱海濕地出現(xiàn)了不同程度的退化和萎縮,濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能減弱,制約了區(qū)域可持續(xù)發(fā)展進(jìn)程的推進(jìn)和社會福祉的進(jìn)一步提高。河北濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與社會需求關(guān)系研究是促進(jìn)濕地生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)、提高河北濱海區(qū)發(fā)展?jié)摿Φ幕A(chǔ)性研究工作,其供需動態(tài)評估和不同情景下供需安全預(yù)測,有利于決策者及時(shí)掌握服務(wù)動態(tài)變化及準(zhǔn)確把握濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的平衡點(diǎn)。

本文通過分析濱海濕地面積變化,對2000?2020年河北濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給量和社會對濕地提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的需求量進(jìn)行評估,進(jìn)一步從社會需求的角度定量分析濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的供需特征,預(yù)測了2030 年不同情景下濱海濕地供需安全狀況,以期為濱海濕地功能修復(fù)、濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)提升、近海岸生態(tài)環(huán)境保護(hù)與生態(tài)安全管理提供參考。

1 研究區(qū)概況

河北省 海岸帶位于38°07′14″～40°01′37″N,117°23′07″～119°57′02″E,海岸線北與遼寧省接壤,南至山東省邊界(除去中間天津市部分),濱海平原為河流逐漸向海淤積而成,地勢平坦,平均海拔小于5 m,沿渤海西岸呈半環(huán)狀分布有秦皇島、唐山和滄州3 市。

河北濱海區(qū)屬于大陸性季風(fēng)氣候,具有明顯的暖溫帶半濕潤季風(fēng)氣候特征,多年平均氣溫12.2 ℃,多年平均降水量573.5 mm。河北省沿海共有入海河流52 條,由灤河、冀東沿海諸河和南運(yùn)河三大水系入海。河流入?？谥饕醒蠛涌?、大蒲河口、灤河口、小清河口、澗河口、南排河口、大口河口等。多年平均入海水量為42.60 億m3,入海沙量1113.37萬t。

河北省濱海濕地主要由自然濕地、人工濕地和以河流溝渠為主的濕地生態(tài)廊道組成,自然濕地沿渤海西岸由北向南,位于秦皇島、唐山、滄州市區(qū)內(nèi)呈半環(huán)狀分布?？紤]到濱海濕地的尺度、代表性、資料可獲得性等,選擇唐秦海岸帶豐南區(qū)、曹妃甸區(qū)、灤南縣、樂亭縣、北戴河區(qū)、山海關(guān)區(qū)、撫寧區(qū)、海港區(qū)境內(nèi)的曹妃甸濕地、灤河口濕地、黃金海岸濕地和北戴河濕地等濱海濕地,滄州海岸帶海興縣、黃驊市境內(nèi)的海興濕地、南大港濕地和黃驊濕地等濱海濕地作為研究區(qū)(圖1)。

圖1 河北濱海區(qū)及其土地利用特征示意圖Fig.1 Schematic diagram of the location and land use types of the coastal district in Hebei Province

2 研究方法與數(shù)據(jù)來源

2.1 研究方法

2.1.1 濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給量評估

基于河北濱海濕地面積進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給的物質(zhì)量和價(jià)值量評估,評估方法參照當(dāng)量法和DB13_T2784?2018 濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評估規(guī)范[12],具體計(jì)算方法如表1 所示。根據(jù)河北濱海濕地實(shí)際情況,人工濕地主要以養(yǎng)殖水面為主,人工濕地的水產(chǎn)品供給服務(wù)價(jià)值大于自然濕地,自然濕地的調(diào)節(jié)服務(wù)、支持服務(wù)和文化服務(wù)大于人工濕地。濕地生態(tài)廊道具有過濾污染物、保護(hù)環(huán)境、調(diào)控洪水等多種重要功能[13],生態(tài)廊道的凈化水質(zhì)和調(diào)節(jié)洪水功能大于人工濕地和其他自然濕地。

表1 河北濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給量評估方法Table 1 Evaluation methods of ecosystem service supply of Hebei coastal wetland ecosystem

水產(chǎn)品供給服務(wù)、固碳服務(wù)和釋氧服務(wù)的供給量評估采用物質(zhì)量評估方法,水資源供給服務(wù)、凈化水質(zhì)服務(wù)、調(diào)節(jié)洪水服務(wù)和美學(xué)景觀服務(wù)的供給量評估采用價(jià)值量評估方法。

2.1.2 濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求量估算

基于公式法計(jì)算河北濱海區(qū)域?qū)竦靥峁┑母黜?xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的總需求量,估算采用文獻(xiàn)[14-22]中的方法,估算參數(shù)來源于參考文獻(xiàn)[16-22]。具體評估方法如表2 所示。

表2 河北濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求量估算方法Table 2 Estimation method for service demand of Hebei coastal wetland ecosystem

水產(chǎn)品供給服務(wù)、固碳服務(wù)和釋氧服務(wù)的需求量評估采用物質(zhì)量評估方法,水資源供給服務(wù)、凈化水質(zhì)服務(wù)、調(diào)節(jié)洪水服務(wù)和美學(xué)景觀服務(wù)的需求量評估采用價(jià)值量評估方法。

2.1.3 情景設(shè)定

情景分析是一種系統(tǒng)地、創(chuàng)造性地針對研究對象設(shè)置系列情景來思考未來的方法[23]。濱海區(qū)域長時(shí)間尺度土地利用變化具有顯著的系統(tǒng)性、復(fù)雜性和不確定性,因此,情景分析是一種行之有效的研究方法。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給量情景設(shè)定本文重點(diǎn)參照Chen等[24]和姜彤等[25]的研究成果以及《全國濕地保護(hù)規(guī)劃 (2022?2030 年)》,通過模擬未來濕地面積變化,構(gòu)建2030 年河北濱海區(qū)域未來發(fā)展情景,共設(shè)置以下3 種情景:

情景①:濕地自然發(fā)展情景,設(shè)定自然濕地面積減少速率不變。

情景②:濕地合理開發(fā)情景,設(shè)定自然濕地面積減少速率減少50%。

情景③:濕地嚴(yán)格保護(hù)情景,《全國濕地保護(hù)規(guī)劃(2022?2030 年)》指出以濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)恢復(fù)和服務(wù)功能提升為主攻方向,設(shè)定修復(fù)2000?2020 年退化的濕地,自然濕地面積恢復(fù)40%,濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給量提高20%。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求量情景設(shè)定本文重點(diǎn)參照第七次全國人口普查主要數(shù)據(jù),人口年平均增長率為0.53%,通過模擬未來人口變化,模擬2030 年河北濱海區(qū)濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求量。

2.2 數(shù)據(jù)來源與處理

2.2.1 濕地面積

自然濕地土地利用數(shù)據(jù):利用GlobeLand30 的2000 年和2020 年全球30 m 地表覆蓋數(shù)據(jù)。

人工濕地土地利用數(shù)據(jù):利用已有研究成果《河北省濱海濕地退化及生態(tài)修復(fù)技術(shù)集成與應(yīng)用研究報(bào)告》[26],并對遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,包括衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的檢查、正射校正、數(shù)據(jù)配準(zhǔn)、融合、圖像增強(qiáng)、數(shù)據(jù)勻色、鑲嵌、裁剪、質(zhì)量檢查等流程。

濕地生態(tài)廊道數(shù)據(jù):河流是重要的生態(tài)廊道之一,起著傳送物質(zhì)、能量與信息的重要作用[27-28],與內(nèi)陸濕地不同的是,濱海濕地通過河流生態(tài)廊道近距離連通近岸海域,極大地影響了灘涂和海域的生態(tài)環(huán)境和水體質(zhì)量,甚至影響了近海水生生物的生存與生態(tài)安全。因此,考慮數(shù)據(jù)可獲取性,本研究以河流水面作為濱海濕地河流生態(tài)廊道,重點(diǎn)研究濱海濕地生態(tài)廊道在濱海濕地的作用。

2.2.2 社會與統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

研究區(qū)行政邊界數(shù)據(jù)來源于中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所資源環(huán)境科學(xué)與數(shù)據(jù)中心(https://www.resdc.cn/)。

歷史時(shí)期人口、人均水資源需求、人均水產(chǎn)品需求、水利投資、碳排放量等社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來源于《河北統(tǒng)計(jì)年鑒》《中國環(huán)境統(tǒng)計(jì)年鑒》《中國水利統(tǒng)計(jì)年鑒》、中國水利統(tǒng)計(jì)公報(bào)及文獻(xiàn)資料等。

3 結(jié)果與分析

3.1 河北濱海濕地面積變化

2000 年和2020 年河北濱海濕地面積變化如表3所示。其中唐秦濱海濕地兩年間始終為人工濕地面積最大,人工濕地面積呈增加趨勢,自然濕地面積減少,主要是曹妃甸工業(yè)區(qū)旅游業(yè)和工業(yè)發(fā)展侵占了海岸帶,擠壓了濱海濕地的存在空間[27];唐秦濱海濕地生態(tài)廊道面積增加,說明唐秦濱海濕地間連通性增加。在滄州濱海濕地2000 年自然濕地面積大于人工濕地面積,2020 年變?yōu)槿斯竦孛娣e大于自然濕地面積,主要是因?yàn)榻陙砣祟惢顒蛹觿?大量河流水面被開發(fā)利用成鹽田和養(yǎng)殖水面,導(dǎo)致河流水面面積逐年減少[26];同時(shí)滄州濱海濕地生態(tài)廊道面積減少,說明滄州濱海濕地生態(tài)廊道受到了人類干擾,濕地間連通性降低。

試驗(yàn)所用巖石為花崗巖和大理巖，所有同類巖石試件均取自同一大塊巖樣，朝同一方向切割加工而成，通過切割機(jī)獲得尺寸為75mm×75mm×150mm的試樣，中間有效跨距長L=128mm，處于自然干燥狀態(tài)。選取花崗巖和大理巖各4個(gè)巖樣，都分作2組，每組2個(gè)巖樣。分別對兩種巖樣做以下加工：第1組巖樣不做任何改變，保持原巖試樣；第2組巖樣利用金剛石鋸片在試件中部精心加工了一個(gè)深度2mm，寬度1mm的裂紋。

表3 2000 年和2020 年河北濱海濕地面積Table 3 Areas of Hebei coastal wetland in 2000 and 2020 km2

面積可以作為濕地退化的重要標(biāo)準(zhǔn)。從生態(tài)廊道面積來看,生態(tài)廊道總面積減少,生態(tài)廊道是連接不同生態(tài)源地之間的重要通道,是生物進(jìn)行遷移擴(kuò)散的主要路徑,濕地生態(tài)廊道面積的減少會導(dǎo)致濕地生境破碎化程度不斷提高,甚至?xí)?dǎo)致生境斑塊消失,使得濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)功能日益衰退[28]。

3.2 濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給量評估

基于解譯的濕地面積計(jì)算了2000 年和2020 年河北濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給量變化率以及不同濕地類型、不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型和不同區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給量。

從整個(gè)河北濱海濕地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給量來看(圖2),2000?2020 年除水產(chǎn)品供給服務(wù)增加外,其他生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給均呈降低趨勢,水產(chǎn)品供給增加8.05%,增加0.22 萬t。其他生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給降低11.10%～22.30%。這主要是由于人工濕地面積增加、自然濕地面積減少,人類活動加劇使部分自然濕地被開發(fā)利用成為養(yǎng)殖用地。

圖2 2000—2020 年河北濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給量變化率Fig.2 Change rates of ecosystem service supply of Hebei coastal wetland ecosystem from 2000 to 2020

從不同濕地類型的不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給量來看(圖3),河北省濱海人工濕地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值高于自然濕地,這主要是由于人工濕地比自然濕地面積大所致。

圖3 2000 年和2020 年河北濱海濕地不同濕地類型的不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給量Fig.3 Supply of different ecosystem services for different wetland types in Hebei coastal wetland in 2000 and 2020

從不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型來看(圖3),價(jià)值量評估中調(diào)節(jié)服務(wù)的調(diào)節(jié)洪水服務(wù)是濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)中價(jià)值最高的服務(wù),濕地作為蓄水庫具有較高的調(diào)節(jié)洪水能力;物質(zhì)量評估中固碳服務(wù)和釋氧服務(wù)是河北濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)中供給量最多的服務(wù),濕地由于厭氧環(huán)境容易導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)不充分分解,濕地土壤中積累大量碳成為“碳匯”,因此濕地碳固定量也較高[29]。

從不同區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給量來看(圖4),滄州濱海濕地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給量大于唐秦濱海濕地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給量,特別是調(diào)節(jié)服務(wù)中的調(diào)節(jié)洪水和支持服務(wù)中的釋氧服務(wù),主要由于滄州濱海濕地比唐秦濱海濕地面積大。

圖4 2000 年和2020 年河北濱海濕地不同區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給量Fig.4 Supply of ecosystem services in different regions of Hebei coastal wetland in 2000 and 2020

總體來看,河北濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)具有供給、調(diào)節(jié)、支持、文化等多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能,不但能夠提供豐富的水產(chǎn)品和清潔的水資源,而且具備抵御自然洪澇災(zāi)害、固碳釋氧和促進(jìn)濕地生態(tài)旅游發(fā)展等得天獨(dú)厚的優(yōu)勢條件,因此,對于社會福祉諸多方面的改善和提高均發(fā)揮著不可替代的作用[30-32]。根據(jù)英國《自然》雜志公布的研究成果全球生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值為33 萬億美元,其中只占地球表面積6%的濕地卻提供了全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的45%,高達(dá)14.9 萬億美元[33],可見濱海濕地提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)不可替代。

3.3 濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求評估

河北濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的受益人數(shù)越多,對濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的需求也會隨之增長?；诤颖睘I海區(qū)各地市人口數(shù)量和人均需求計(jì)算出2000 年和2020 年河北濱海區(qū)社會對濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的需求增加率、不同區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求供需比。

圖5 2000—2020 年河北濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求量增加率Fig.5 Increase rates of service demand of Hebei coastal wetland ecosystem from 2000 to 2020

從不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型來看(圖6),價(jià)值量評估中文化服務(wù)中的美學(xué)景觀服務(wù)是河北濱海區(qū)社會需求最高的服務(wù),濕地包含著的豐富的自然景觀和歷史文化遺產(chǎn),具有科學(xué)研究及教育價(jià)值和旅游價(jià)值;物質(zhì)量評估中支持服務(wù)中的釋氧服務(wù)和固碳服務(wù)是河北濱海區(qū)濕地提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)中需求量最高的服務(wù)。

圖6 2000 年和2020 年河北濱海濕地不同區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求量Fig.6 Demands for ecosystem services in different regions of Hebei coastal wetland in 2000 and 2020

從不同區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求量來看(圖6),唐秦濱海區(qū)對濕地提供的各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的需求大于滄州濱海區(qū)。

3.4 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需特征

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需比是供給量與需求量的比值,反映了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供需安全狀況,基于計(jì)算的河北濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給量和河北濱海區(qū)社會對濕地提供的各項(xiàng)服務(wù)的需求量計(jì)算得出2000 年和2020 年河北濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的不同類型和不同區(qū)域供需比。

從整個(gè)河北濱海濕地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求比來看(圖7),2000 年到2020 年河北濱海生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需比呈明顯降低趨勢,其中水產(chǎn)品供給服務(wù)和調(diào)節(jié)洪水的供需比降低最多。2000 年,水產(chǎn)品供給、凈化水質(zhì)和調(diào)節(jié)洪水3 種服務(wù)的供需比均>1,說明河北濱海濕地提供的這3 種服務(wù)可以滿足河北濱海區(qū)全社會的需求。2020 年,只有調(diào)節(jié)洪水服務(wù)的供需比大于1。

圖7 2000 年和2020 年河北濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需比Fig.7 Supply-demand ratios of Hebei coastal wetland ecosystem services in 2000 and 2020

從不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型來看(圖7),2000 年價(jià)值量評估中調(diào)節(jié)服務(wù)的調(diào)節(jié)洪水服務(wù)是河北濱海濕地供需比最高的服務(wù),物質(zhì)量評估中供給服務(wù)中的水產(chǎn)品供給是供需比最高的服務(wù)。河北濱海濕地可提供社會總需求2.85 倍的水產(chǎn)品供給服務(wù)、1.02 倍的凈化水質(zhì)服務(wù)和8.19 倍的調(diào)節(jié)洪水服務(wù)。2020 年,物質(zhì)量評估中供給服務(wù)中的水產(chǎn)品供給提供了社會總需求68.43%的水產(chǎn)品供給服務(wù),調(diào)節(jié)服務(wù)中的調(diào)節(jié)洪水服務(wù)的供需比最高,是社會總需求的1.23 倍。可見,隨著河北濱海濕地的退化,能提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)在滿足河北濱海全域人類社會總需求的基礎(chǔ)上,各服務(wù)類型的供需余量顯著降低。

從不同區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需比來看(圖8),滄州濱海區(qū)濕地的供需比稍大于唐秦濱海區(qū),說明滄州濱海濕地供需安全狀況與唐秦濱海濕地相比較好。

圖8 2000 年和2020 年河北濱海濕地不同區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需比Fig.8 Supply-demand ratios of ecosystem services in different regions of Hebei coastal wetland in 2000 and 2020

3.5 不同情景下生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需預(yù)測

運(yùn)用情景假設(shè)并參照第七次全國人口普查主要數(shù)據(jù),得到 2030 年3 個(gè)情景下河北濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給量(圖9a)、需求量(圖9b)和供需比(圖9c)預(yù)測結(jié)果。

圖9 河北濱海濕地不同情景下生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給量(a)、需求量(b)及供需比(c)預(yù)測Fig.9 Forecast of ecosystem service supply (a),demand (b) and supply and demand ratio (c) under different scenarios of Hebei coastal wetland

情景①為濕地自然發(fā)展情景,設(shè)定濕地面積降低速率不變,即河北濱海濕地會保持2000?2020 年的退化速率,濕地面積會持續(xù)減少。

情景②為濕地合理開發(fā)情景,設(shè)定濕地面積降低速率減少50%,即降低河北濱海濕地的退化速率,合理開發(fā)濕地,集中發(fā)展養(yǎng)殖業(yè),能有效促進(jìn)濱海濕地保護(hù)與修復(fù),從整個(gè)河北濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需比來看,情景②的供需比略大于情景①。

情景③為濕地嚴(yán)格保護(hù)情景,即根據(jù)《全國濕地保護(hù)規(guī)劃(2022?2030 年)》規(guī)劃目標(biāo),科學(xué)修復(fù)退化濕地,提高濕地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。在濕地保護(hù)下,河北濱海濕地空間分布由破碎化向恢復(fù)和擴(kuò)大的趨勢發(fā)展,情景③的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需比大于情景①和情景②。

在自然發(fā)展情景(情景①)下,濕地會延續(xù)以往的減少趨勢,相比之下,如果根據(jù)濕地合理開發(fā)情景(情景②),濕地面積的降低速率會放緩,但仍不能避免濕地面積的減少,無論情景①還是情景②,濕地面積將會越來越少,而河北濱海濕地已面臨的生態(tài)安全問題將會得到放大。從供需比的變化不難看出,隨著濕地保護(hù)規(guī)劃的貫徹實(shí)施(情景③),退化的濕地得到恢復(fù),濕地面積將增加,河北濱海濕地生態(tài)安全格局將趨于穩(wěn)定。

綜上所述,情景③的模擬效果總體最好,是河北濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)未來發(fā)展最好的情景模式。

4 討論

4.1 濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需安全格局需要得到重視

生態(tài)安全指生態(tài)系統(tǒng)在面臨威脅時(shí)保持結(jié)構(gòu)、過程和功能完整性的能力,高質(zhì)量的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給和供給滿足人們需求后具有余量是保障生態(tài)安全的前提[34]。目前全球范圍的濕地生態(tài)系統(tǒng)幾乎都經(jīng)歷了極大程度的退化或消失,《千年生態(tài)系統(tǒng)評估報(bào)告》指出,全球濕地20 世紀(jì)的退化率已超過50%[35],有研究表明美國54%的濕地幾乎全部轉(zhuǎn)化為農(nóng)業(yè)用地[36];西班牙60%的天然濕地在 1948?1990年間退化消失[37];法國63%的天然濕地在1900?1993年間消失[38]。伴隨著全世界濕地資源的退化與消失、對濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)需求量的迅速增加,濕地生態(tài)安全正遭遇巨大危機(jī),濕地生態(tài)安全格局分析迫在眉睫。

本文基于河北濱海濕地生態(tài)廊道面積變化和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需比變化分析了濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需特征,研究表明人類對濕地生態(tài)系統(tǒng)的干預(yù)已經(jīng)導(dǎo)致河北濱海濕地出現(xiàn)了潛在生態(tài)危機(jī)。從面積變化來看,在2000?2020 年,河北濱海濕地人工濕地面積顯著增加、自然濕地面積和生態(tài)廊道面積減少。從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需比來看,調(diào)節(jié)洪水服務(wù)供需比最高,調(diào)節(jié)洪水服務(wù)是目前暫時(shí)無需考慮的生態(tài)安全問題;河北濱海濕地面積僅占河北濱海區(qū)全域面積的6.3%,而水產(chǎn)品供給服務(wù)、水資源供給服務(wù)和凈化水質(zhì)服務(wù)均提供社會總需求量的60%以上,是目前需要重點(diǎn)關(guān)注的生態(tài)安全問題,是未來可能影響區(qū)域生態(tài)安全的隱患;固碳、釋氧和美學(xué)景觀服務(wù)的供需比都較低,是未來生態(tài)安全發(fā)展中的短板。

已有研究表明,人口與社會經(jīng)濟(jì)活動等人為干擾是影響濕地生態(tài)安全的關(guān)鍵驅(qū)動力[39-40],與人為活動相比,自然因素對濕地生態(tài)系統(tǒng)影響相對較小[39,41]。如海南島濕地水產(chǎn)養(yǎng)殖事業(yè)發(fā)展、城市化擴(kuò)張迅速,已經(jīng)給濕地景觀生態(tài)安全帶來負(fù)面影響[42]。在宏觀管理層面,我國第一部濕地保護(hù)法《中華人民共和國濕地保護(hù)法》已開始實(shí)施,同時(shí)《全國濕地保護(hù)規(guī)劃 (2022?2030 年)》等濕地相關(guān)規(guī)劃已出臺,為今后濕地保護(hù)和管理提供強(qiáng)有力的法治保障,可以維護(hù)和強(qiáng)化區(qū)域生態(tài)空間格局的連續(xù)性和完整性,以最大限度發(fā)揮濕地生態(tài)功能。

4.2 不同情景下濕地生態(tài)保護(hù)與社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的權(quán)衡

中國濕地面積占世界濕地的10%,位于亞洲第1 位,世界第4位[43],然而我國人均濕地面積卻不到世界人均濕地面積的1/5。量化濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與社會需求之間的關(guān)系能夠清晰表達(dá)濕地資源的生態(tài)價(jià)值,而且還能展現(xiàn)濕地資源可提供的社會經(jīng)濟(jì)效益。本文研究結(jié)果表明,河北濱海自然濕地面積減少,濱海經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護(hù)之間的矛盾進(jìn)一步凸顯,在目前濕地大規(guī)模退化和亟待保護(hù)的背景下,如何權(quán)衡生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益關(guān)系是當(dāng)前面臨且急需解決的科學(xué)問題,基于此本研究利用情景分析進(jìn)行了探討。

濕地資源的過度開發(fā)以及利用方式改變通常是由于忽略了其提供的間接生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。本研究的優(yōu)勢在于,不僅考慮到各情景下生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的變化,同時(shí)也考慮各情景人類實(shí)際需求的變化,如果片面追求生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的最大化,這樣的發(fā)展模式很難實(shí)現(xiàn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。利用情景分析法分析未來生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需比,可以得到一個(gè)綜合效益較優(yōu)的解決方案,從而實(shí)現(xiàn)不同發(fā)展目標(biāo)的土地利用方式及濱海濕地發(fā)展方向。

與其他方案相比,基于確定的最優(yōu)情景假設(shè)方案濕地面積的增加可以滿足濱海生態(tài)安全的需要,這也是該方案中濕地保護(hù)的趨向性決定的,但同時(shí)人工濕地和建設(shè)用地的發(fā)展會為濱海生態(tài)環(huán)境保護(hù)做出一定的讓步,但若優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、加快產(chǎn)業(yè)升級[27],從濕地生態(tài)系統(tǒng)中尋求彈性較大、適應(yīng)能力較強(qiáng)的生態(tài)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式不但能夠加強(qiáng)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境之間的協(xié)調(diào)性,而且也能夠顯著提高地區(qū)發(fā)展?jié)摿透偁巸?yōu)勢。因此,走以自然的解決方案為指導(dǎo)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展道路是河北濱海實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。

4.3 研究不足

本研究也存在一定的局限性,主要表現(xiàn)在以下方面:

1)限于數(shù)據(jù)的精度和可獲得性,本文選取2000年和2020 年2 期截面數(shù)據(jù)對河北省濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需情況進(jìn)行了分析,后續(xù)研究可考慮借助衛(wèi)星遙感影像進(jìn)行連續(xù)年份分析,以提高研究結(jié)果的準(zhǔn)確性與可行度。

2)由于國內(nèi)外目前對于濕地的分類和濕地生態(tài)廊道的定義還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)與方案,本研究并沒有對河北濱海濕地進(jìn)行細(xì)分,且只考慮了河流廊道這一種濕地生態(tài)廊道,會對本研究的結(jié)果造成一定誤差。

3)本研究中雖對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需安全格局進(jìn)行了量化分析,但其背后的作用機(jī)制與影響因素還有待深入研究,以更好地指導(dǎo)河北濱海濕地的生態(tài)安全管理。

5 結(jié)論

本文通過對2000 年和2020 年河北濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的供給量和社會對濕地提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的需求量進(jìn)行評估的基礎(chǔ)上,以供需比從社會需求的角度定量分析了河北濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的供需關(guān)系,并利用情景分析預(yù)測了未來供需狀況。主要得到以下結(jié)論:

1) 2000 年到2020 年,河北濱海濕地面積呈退化趨勢,主要表現(xiàn)為自然濕地面積和濕地生態(tài)廊道面積減少。

2) 2000 年到2020 年,除水產(chǎn)品供給服務(wù)增加外,河北濱海濕地的水資源供給、凈化環(huán)境、調(diào)節(jié)洪水、固碳、釋氧和美學(xué)景觀等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給量均減少,河北濱海區(qū)社會對濕地提供的不同生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的需求均呈增加趨勢。

3)河北濱海濕地面積僅占河北濱海區(qū)全域面積的6.3%,但其提供的調(diào)節(jié)洪水服務(wù)可以滿足河北濱海區(qū)全域?qū)@種服務(wù)的需求。

4)不同情景下,濕地嚴(yán)格保護(hù)情景的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給量和供需比最高,是河北濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)未來發(fā)展的最好情景模式。

5)調(diào)節(jié)洪水服務(wù)是目前河北濱海濕地暫時(shí)無需考慮的生態(tài)安全問題;水產(chǎn)品供給服務(wù)、水資源供給服務(wù)和凈化水質(zhì)服務(wù)是目前需要重點(diǎn)關(guān)注的生態(tài)安全問題,是未來可能影響研究區(qū)生態(tài)安全的隱患;固碳、釋氧和美學(xué)景觀服務(wù)是未來研究區(qū)生態(tài)安全發(fā)展中的短板。

河北濱海濕地生態(tài)廊道面積減少、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需比降低,濕地的退化使河北濱海地區(qū)整體生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)水平呈降低趨勢,隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,河北濱海濕地生態(tài)安全受到嚴(yán)重威脅,根據(jù)本文評估結(jié)果的分析,可以采取以下應(yīng)對措施:

1)嚴(yán)格遵循《全國濕地保護(hù)規(guī)劃(2022?2030年)》。堅(jiān)持保護(hù)優(yōu)先、自然恢復(fù)為主。實(shí)行最嚴(yán)格的濕地保護(hù)制度,嚴(yán)守生態(tài)保護(hù)紅線。

2)提高生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量。要在有限的面積上創(chuàng)造更多的服務(wù),需要通過提高和恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況,除自然恢復(fù)外,人工干擾可加快生態(tài)恢復(fù)進(jìn)程,如改善土壤鹽漬化、實(shí)施植被恢復(fù)工程等。