近30年太湖流域湿地生态系统服务价值对景观格局变化的响应：基于“退田还湖”工程的实施

朱 颖

王 杉

冯育青*

湿地是区域生态安全体系的重要组成，湿地景观格局的动态变化不仅能够反映出人类对湿地的利用方式与利用程度[1-3]，也影响着地区的生态可持续性[4-5]。湿地生态系统服务是湿地生态功能与社会服务功能的综合体现，对湿地进行生态系统服务价值(Ecosystem Services Value，ESV)定量测算可以有效地评估和反映出湿地的变化对生态系统服务产生的影响。集成湿地生态系统服务与景观格局成为探讨湿地ESV演变规律、评价湿地生态效益的重要方法[6]，也成为湿地保护与管理的决策依据[7-8]。“退田还湖”工程自2000年起为修复太湖流域生态而实施，近20年来在人为的干扰下对流域湿地景观格局产生了重要影响，流域湿地ESV也随之改变。对“退田还湖”工程实施前后引起的ESV变化进行定量分析，不仅能够评估工程实施的效果，而且能为今后流域湿地的保护与管理提出针对性的政策建议。

太湖作为全国第三大淡水湖，惠及长三角核心区域的建设发展。特殊的地理区位赋予太湖流域丰富的湿地资源和厚重的湿地人文，因此被列入《中国湿地保护行动计划》重要湿地名录，是国家重要湿地[9]。当前，在长三角绿色生态一体化发展的国家战略中，对太湖流域湿地生态保护与治理提出了更高要求。20世纪中期，由于大量围垦和过度利用导致太湖流域湖泊面积萎缩、水质恶化，直接威胁沿湖经济社会健康和可持续发展。2000年后，为促进太湖流域的清淤疏浚，改善湖泊生态系统，开始推进“退圩还湖”“退田还湖”等工程①，太湖流域湿地生态治理取得了一定成效。2010年始，太湖流域持续实施湿地保护政策，高质量推进“退田还湖”工程，但由于地区高速城镇化发展，致使太湖流域湿地状况不断变化。

鉴于太湖流域湿地的重要性，相关学者开展了广泛研究。陈荷生通过定性方式分析不同时期太湖流域自然湿地面积和围网养殖面积等问题，认为加强太湖流域水源涵养林和湖滨防护林建设及湿地恢复工程等是太湖流域湿地保护的重要途径[10]；胡建等借助RS和GIS技术，运用土地利用/覆盖变化(LUCC)模型研究了太湖流域水质状况与土地利用格局的相关性[11]，研究结果表明水环境质量与农田、聚落用地的规模显著相关；田颖等运用景观格局指数、空间自相关等方法研究了江苏太湖流域景观多样性与城镇建设用地分布的关系[12]，揭示了土地利用景观类型多样性存在高值聚类区，且经济的快速发展对太湖流域的土地利用景观格局影响较大；李静泰等[13]、徐红玲等[14]则分别从太湖流域湿地植被、湖荡湿地等视角评价太湖流域湿地生态健康状况。已有研究多集中在太湖流域土地利用与某类生态功能之间的相关性方面，突破省域界限以整体视角解析太湖流域湿地状况变化的研究较少，而针对“退田还湖”工程的实施对太湖流域湿地ESV所产生的影响的研究则更为匮乏。

以太湖流域为研究区域，基于1990、2000、2010、2019年4个时期的土地利用数据，通过对“退田还湖”工程实施前(1990—2000年)、后(2000—2019年)的比较，分析“退田还湖”工程的实施对太湖流域湿地ESV的影响。本研究对于评估工程实施所带来的生态资产价值变化具有重要的指导意义，同时可为下一阶段湿地的保护提供参考。

1 太湖流域概况及“退田还湖”工程的实施

太湖流域(30°28′～32°15′N、119°11′～121°53′E)位于长三角南部，面积约36 895.42km2，行政区划包括江苏(苏南地区为主，约占52.6%)、浙江(湖州、嘉兴、杭州为主，约占32.8%)、安徽(约占0.6%)和上海(约占14%)，地形走向西高东低②。太湖流域是“一带一路”和“长江经济带”的重要交会点，也是我国经济最发达的地区之一，城镇化率高。

20世纪70年代以来，由于“围湖造田”逐步加剧，太湖流域主要湖泊面积一直呈萎缩趋势，1971—1988年，水域面积减少了159.96km2，平均每年减少水域面积8.89km2。20世纪末，太湖流域“围湖造田”仍在推进，由于淤积、围垦等原因，太湖流域调洪能力降低，造成了行洪不畅的潜在隐患。1998年长江中下游特大水灾对区域水安全发出了警示。2000年起，国务院颁布了《关于加强太湖流域2001—2010年防洪建设的若干意见》等政策，强调实施“退田还湖”工程。在开发建设继续推进的同时，太湖流域生态环境日益受到重视，流域各省域、区域等加大了对沿岸围湖的整治，重点实施“退田还湖”工程，控制围湖造田、养殖等活动。2010年前后，太湖流域各省域、区域相继出台湿地生态保护政策，“退田还湖”工程进入高质量推进阶段，流域生态环境得到了有效改善[15-18]。

2 数据来源、处理及研究方法

2.1 数据来源与处理

本研究根据太湖流域湿地相关工程的实施进程，选取“围湖造田”工程实施时期的1990年、“退田还湖”工程实施初期的2000年，以及“退田还湖”工程持续推进后的2010和2019年作为研究时序。数据来源与处理基于RS和GIS技术，数据来自地理空间数据云(http://www.gscloud.cn/)，以1990、2000、2010年的Landsat 7 TM数据和2019年的Landsat 8 TM数据为遥感数据源，提取4个时期的湿地类型分布信息，空间分辨率为30m。经过大气校正、几何校正，将4个时期的影像附统一投影坐标信息：GCS_WGS_1984。利用ENVI 4.5，通过监督分类法进行解译，提取不同湿地地物，并在ArcGIS 10.5中进行专题图制作，相关空间数据(面积、斑块数)的计算主要通过ArcGIS 10.5中的字段计算器工具和地理查询工具实现。

2.2 研究方法

2.2.1 太湖流域湿地分类

结合湿地分类标准(GB/T 24708—2009)及太湖流域景观类型特征，采用监督分类法对4期太湖流域遥感影像进行解译，建立太湖流域湿地分类体系(表1)。

表1 太湖流域湿地分类体系

2.2.2 景观格局指数

景观格局指数能够有效地量化景观格局动态变化，本研究从斑块类型水平和景观水平2种不同尺度层面选取景观格局指数：斑块类型水平指数包括最大斑块指数(LPI)、斑块数目(NP)、斑块密度(PD)和斑块平均大小(AREA-MN)；景观水平指数包括斑块数目(NP)、斑块平均大小(AREA-MN)、香农多样性指数(SHDI)和香农均匀度指数(SHEI)。各景观格局指数的计算公式及生态学意义详见相关文献[19]。

2.2.3 湿地ESV测算

当前国内外对于ESV的测算主要依据Costanza等提出的测算方法，并根据谢高地等提出的中国不同地区修正系数修正[8]。太湖流域主要粮食作物有小麦、稻谷、玉米、豆类等，根据其作物平均价格、粮食作物单产水平计算单位面积农田提供的食物生产价值。在太湖流域各类湿地中，河流、湖泊湿地参照水系生态系统，滩涂湿地参照湿地生态系统，水田、坑塘与水库参照水田生态系统，得出太湖流域各类湿地单位面积ESV(表2)，以此为基准进行太湖流域湿地ESV测算。计算公式详见相关文献[8]。

表2 太湖流域各类湿地单位面积ESV(单位：万元/km2)

3 结果与分析

3.1 近30年太湖流域湿地景观格局动态变化分析

运用GIS及ESV计算公式，通过对1990、2000、2010和2019年4个时间段的太湖流域湿地景观动态变化分析，得到太湖流域湿地景观类型动态变化趋势(表3，图1)。结合太湖流域湿地的动态变化，对1990、2000、2010和2019年太湖流域湿地景观格局进行分析，得到斑块类型水平指数和景观水平指数(表4、5)。

表3 太湖流域湿地景观类型动态变化

表4 太湖流域湿地斑块类型水平指数

图1 1990—2019年太湖流域湿地景观类型动态变化

由太湖流域湿地景观类型动态变化可知，太湖流域湿地总面积呈下降趋势，在近30年间减少了9 190.03km2，其中滩涂湿地减少最为剧烈，面积净减少94.56%，这也直接导致自然湿地面积的下降；河流湿地呈现先增后降的大幅波动，2000—2010年增幅达112.59%，但此后10年又下降70.59%；湖泊湿地1990—2000年先减少后趋于相对稳定，而后呈现缓慢增长的趋势；人工湿地中，水田占比最大，2000—2010年面积减少了22.90%，2010年以来则逐渐趋于平稳。非湿地以建设用地和林地为主，以不断上升的趋势逐渐蚕食湿地的面积。

在斑块类型水平层面(表4)，自然湿地中湖泊的LPI与AREA-MN最大，为优势斑块；人工湿地中以水田斑块为优势斑块；2019年河流PD最大，其PD及NP分别为1990年的5倍和4倍，表明1990年以来河流斑块大幅度趋于破碎化。

在景观水平层面(表5)，2010年太湖流域湿地NP最多，但其AREA-MN最小，表明这一时期湿地景观破碎化程度较高；2010年湿地SHDI超过了1，表明这一时期湿地斑块类型最多，景观异质性较高；在近30年间，太湖流域湿地SHEI始终保持在较低数值。从整体趋势来看，太湖流域湿地NP在2000—2010年呈现大幅度增长，2010年后又稍有下降；AREA-MN在2010—2019年保持稳定，2010年后呈小幅度增长；SHDI和SHEI都呈现出小幅度的先增后减趋势。

表5 太湖流域湿地景观水平指数

3.2 近30年太湖流域湿地ESV对景观格局变化的响应

计算近30年太湖流域湿地ESV并分析其变化(表6)，根据湿地景观格局指数(表4、5)得出变化趋势图(图2)，并对太湖流域湿地ESV与景观格局指数进行相关性分析(表7)，以此分析近30年太湖流域湿地ESV对景观格局变化的响应。

图2 斑块类型水平层面1990—2019年太湖流域湿地景观格局指数变化

表6 近30年太湖流域湿地ESV变化

表7 生态系统服务功能与各景观指数的相关性指数

3.2.1 “围湖造田”工程实施时期

1990—2000年在“围湖造田”工程的影响下，太湖流域湿地总面积减少了3 010.35km2，下降率为9.6%，其中自然湿地减少了4 554.01km2，减少率为45.86%，而人工湿地增加了1 543.66km2，增长率为7.24%。

此阶段，自然湿地中湖泊湿地NP减少了93.3%，LPI呈下降趋势；其中2000年河流湿地LPI较1990年下降了53.2%，其NP与PD呈增长趋势；滩涂湿地的NP约为1990年的1/2，表明此阶段太湖流域自然湿地斑块破碎化趋势较严重，体现了“围湖造田”工程的力度。在景观水平层面，湿地SHDI下降约10%，结合NP减少的趋势，表明此阶段自然湿地急剧萎缩与破碎。

相应地，此时期湿地ESV总量下降了35.73%，其中水源涵养及水资源供给价值下降最多，此现象与湖泊、河流湿地等的缩减密切相关。“围湖造田”也导致太湖流域各类湿地调节服务(气体调节、气候调节等)及支持服务(生物多样性、土壤保持等)价值均有所下降，而唯一呈现增长趋势的为食物生产项。

3.2.2 “退田还湖”工程实施初期

2000—2010年，“退田还湖”工程在太湖流域的各地区开展。太湖流域湿地总面积减少了5 337.02km2，下降率为18.89%，其中自然湿地减少了74.89km2，减少比率为1.39%，人工湿地减少了5 262.13km2，减少比率为23.01%。此阶段，虽然湿地总面积依然呈下降趋势，但是自然湿地减少的趋势得到明显控制。

此期间，自然湿地中湖泊的NP与DP均大幅上升，河流湿地的LPI与NP均呈上升趋势，自然湿地呈现出受到良好保护的状态。人工湿地中，水田的NP增长了2.6倍，但AREA-MN下降了69.6%，结合水田面积不断下降的趋势，表明水田斑块呈现明显的破碎化趋势。景观水平层面，湿地NP增加了126%，SHDI和SHEI较上一时序增长显著，其中SHDI增长了26.5%，表明太湖流域湿地生境多样性有所恢复，结合此时期湿地总体NP及AREA-MN大幅度下降的趋势，表明在工程实施初期，湿地生境的多样性与破碎化并存。

此阶段太湖流域湿地ESV显著提升，其中生物多样性与水源涵养服务价值提升最多，约为上一时序的2倍，此2项数值分别占此时期湿地ESV的8.10%和66.67%，表明工程的实施对流域湿地生态带来的改善集中在此2类功能上。在供给服务方面，水资源供给服务价值较上一时序提升了约1.7倍，但另外2种供给服务(食物生产、原材料供给)却呈现较大的下降趋势。此外，以美学价值为代表的文化服务价值提升较大，表明在工程推进过程中，公众对湿地价值的认知和保护意识得到了有效提升。

3.2.3 “退田还湖”工程高质量推进时期

2010—2019年“退田还湖”工程高质量推进，太湖流域湿地总面积减少了842.66km2，下降率为3.6%，其中自然湿地减少2 180.24km2，下降率为41.13%，人工湿地增加1 337.59km2。此阶段，流域总湿地面积减少的趋势减缓，人工湿地的增长较为明显。自然湿地中，河流DP增长了5倍。人工湿地中的坑塘与水库NP下降了34%，但其LPI及AREA-MN却分别增长了6.6倍及31倍，表明虽然对于新建坑塘与水库等人工湿地得到了有效控制，但流域的开发仍不可避免地导致湿地面积缩减。景观水平层面上，湿地NP减少了15%，AREA-MN维持稳定。此外，湿地SHDI下降了19.4%，SHEI也有小幅度下降，结合水田、坑塘与水库LPI明显上升的现象，表明此2类湿地在太湖流域中的优势程度明显。

2010—2019年，太湖流域湿地ESV较低，其中水源涵养、土壤保持价值锐减，原因在于湿地总面积的缩减，尤其是ESV当量较高的河流及滩涂面积的锐减。但能够明显地看到，“退田还湖”工程的实施促进了湖泊、坑塘与水库湿地的增长，其中坑塘水库的面积增长了近3倍，湖泊湿地面积增长率达24%。

3.2.4 太湖流域湿地ESV与湿地景观格局相关性分析

结合湿地生态系统服务功能与各景观指数的相关性指数(表7)，从价值总量上来看，太湖流域湿地ESV与NP、SHDI和SHEI呈正相关，与AREA-MN呈负相关，表明太湖流域湿地ESV对湿地景观格局的变化具有一定敏感性。

从生态系统服务功能上看，NP对于大多数生态系统服务功能都不具有显著相关性，仅与食物生产功能呈较为显著的负相关，而SHDI和SHEI则对多数生态系统服务功能呈现出显著相关性，其中水源涵养、水资源供给和生物多样性功能对SHDI和SHEI均较为敏感，表明太湖流域湿地生境的多样性对于湿地ESV影响较大，与各时期的分析结论一致。尽管AREA-MN与湿地ESV相关性较小，但对于各类生产性功能的敏感度较高。

4 结论与讨论

4.1 结论

相较过去对于湿地景观动态变化的研究聚焦于景观格局变化、驱动因素定量化分析等，本研究基于“退田还湖”工程的实施，揭示了近30年间太湖流域湿地景观格局及ESV的变化，并分析了二者的相关性，得到如下结论。

1)1990—2000年，在“围湖造田”工程影响下，太湖流域湿地总面积减少了9.6%，其中自然湿地减少了45.86%，人工湿地增加了7.24%。此阶段湿地ESV降低了35.73%，其中水源涵养及水资源供给显著降低。湿地NP在10年间减少了27.8%，湿地斑块趋向整体性。

2)2000—2010年为“退田还湖”工程实施初期，太湖流域湿地总面积减少了18.89%，其中自然湿地减少了1.39%，人工湿地减少了23.01%。与前一阶段相比，自然湿地的减少趋势得到了明显控制，其中河流、湖泊湿地面积都由减少转为增加，人工湿地由扩张转为缩减。湿地ESV提高了77.96%，其中水源涵养及生物多样性等服务价值大幅提升。太湖流域湿地NP增加了126%，而AREA-MN大幅下降，湿地斑块由整体性转向破碎化，景观异质性程度有所提升。

3)2010—2019年，太湖流域进入“退田还湖”工程高质量推进时期，此阶段流域湿地总面积减少了3.6%，其中自然湿地减少了41.13%，人工湿地增长了7.60%。较上一时序，流域湿地总面积减少的趋势显著减缓，人工湿地的增长较为明显。湿地景观破碎化程度有所缓解，但滩涂湿地趋向深度破碎。湿地ESV总量下降幅度减缓，水源涵养及各类支持服务价值较上一时序大幅降低。

4)1990—2019年的30年间，太湖流域湿地总面积减少了9 190.03km2，减少率为29.40%，其中自然湿地缩减了6 809.14km2，缩减比率为68.57%，人工湿地减少了2 380.52km2，减少比率为11.16%。比较“退田还湖”工程实施前后，自然湿地的缩减率由45.86%下降为41.95%，人工湿地由增长7.24%转变为减少17.16%。湿地ESV受湿地面积缩减的影响，呈现出降低的趋势，但由于自然湿地面积下降速率减缓，湿地ESV也呈现出降低幅度减缓的趋势。湿地景观格局方面，“退田还湖”工程使湿地总体SHDI、湖泊湿地的NP及AREA-MN在不同程度上均有所提高。

5)太湖流域湿地ESV对湿地景观格局的变化具有一定敏感性，与SHEI相关性最高，各类生态系统服务功能中，水源涵养、水资源供给和生物多样性对SHDI和SHEI的敏感度较高。

4.2 讨论

1)“退田还湖”工程对太湖流域湿地类型变化的影响。

“退田还湖”工程是太湖流域生态环境保护时序最长、涉及面最广的生态保护工程，工程的实施使太湖流域湿地类型发生了显著变化。对比“退田还湖”工程实施前后(表3)，湖泊湿地面积减少的趋势得到了控制，已转变为缓慢增长；坑塘与水库湿地的增长速率和增长幅度显著提高，说明“退田还湖”工程对这2类湿地具有显著的影响。但是河流及滩涂湿地受工程实施的影响较小，分析其根本原因在于，虽然“退田还湖”工程具有较大的实施范围和力度，但重点倾向于湖泊和坑塘与水库的恢复，对滩涂等的生态功能认知不到位，缺乏有效的保护。

“退田还湖”工程的最终目的是促进太湖流域生态健康发展，在下一步实施中，应着重优化湿地类型结构，提升自然湿地的规模及占比，通过生态修复手段，促进人工湿地的自然恢复[20]。

2)“退田还湖”工程对太湖流域湿地景观格局的影响。

“退田还湖”工程对湿地类型的影响造成了湿地景观格局的变化，工程实施前流域各类自然湿地LPI均下降较快，且SHDI较低，工程实施后，此2类指数显著提高。湖泊与2类人工湿地景观格局指数受工程影响较大，各项指数变化明显，湿地破碎化程度有所减缓，湿地生境朝着多样化方向发展。此外，工程实施前后，太湖流域湿地SHEI始终处于较低的水平，数值均不及0.1，表明工程未能明显改善太湖流域湿地景观受到湖泊、水田等几种优势斑块所支配的格局，因此在未来“退田还湖”工程的推进中应优化流域湿地景观格局，着重恢复太湖流域湿地生境的多样性[21-23]。

3)“退田还湖”工程对太湖流域湿地ESV的影响。

由表6可知，太湖流域湿地ESV中水源涵养与生物多样性功能占比较大。“退田还湖”工程实施后，湿地ESV显著增加，表明工程对于流域湿地生态效益的提升具有重要作用。在2010年后经济发展的巨大压力下，水源涵养、生物多样性等主要生态功能不断下降，导致ESV总量减少。近30年间土壤保持功能服务价值始终处于下降趋势，表明工程当前对此类生态功能的提升较为有限，结合表2可知，滩涂湿地主导了此类功能，因此其不断减少也导致土壤保持功能不断下降。

自然湿地的ESV远高于人工湿地，也对生物多样性等功能的提升有重要作用，因此未来太湖流域“退田还湖”工程的重点仍应落脚于自然湿地的保护与修复，此外，应聚焦流域水库与坑塘等建设现状，恢复水源涵养功能，有效提高湿地ESV。

4)ESV对景观格局指数的响应。

“退田还湖”工程实施前后，太湖流域湿地ESV对湿地景观格局的变化呈现一定的相关性，对SHDI、SHEI敏感度较高，表明太湖流域湿地类型越丰富，越能提高湿地ESV，这也与前人的研究结果较为符合[24]。未来对于此类问题的研究可结合各类政策背景，聚焦其响应结果背后的原因，以期为下一步流域的湿地保护与管理提供借鉴和指导。

注：文中图片均由作者绘制。

注释：

① 来源：国务院《关于加强太湖流域2001—2010年防洪建设的若干意见》。

② 来源：《太湖流域水环境综合治理总体方案》。