广西铁山港(临海)工业区围填海工程所致湿地生态系统服务功能损失评估

申友利，边启明，劳齐斌，石洪源，粟启仲，雷学铁

(1.国家海洋局北海海洋环境监测中心站，广西 北海 536000；2.鲁东大学土木工程学院，山东 烟台 264025)

引 言

广西铁山港(临海)工业区位于广西北海市东部，是北部湾经济区三大临海工业区之一。随着国家一系列的政策支持以及“一带一路”的建设，铁山港(临海)工业区迎来了难得的发展机遇，现有土地已不满足其发展需求，码头工程、物流仓储、石化工程等填海造地行为随之而来。围填海工程带来经济效益的同时，也造成了巨大的生态问题，如自然岸线破坏、水动力条件减弱、湿地面积萎缩、海洋生物资源损害、海洋灾害风险增加等[1-3]，造成生物多样性和生态系统服务功能下降。对围填海工程造成的湿地生态损失进行定量评估，并以此为依据进行海岸带综合管理势在必行。

围填海工程造成的湿地生态损失包括生物资源损失和生态系统服务功能损失两方面。目前，已有学者对湿地生态系统服务功能进行了相关研究。陈尚等[4]针对我国近海生态系统服务的开发利用情况，建立了评估海洋生态系统服务功能的技术框架；王衍和孙士超[5]建立了围填海造地的海洋生态系统服务功能价值损失评估方法，并对海南洋浦围填海造地的海洋生态系统服务功能价值损失进行了评估；马玉艳等[6]构建了围填海对海洋生态系统服务功能价值损失评估模型，并对2012年天津滨海新区围填海造成的海洋生态系统服务功能价值损失进行了定量评估。任浩杰等[7]通过对大长山生态开发示范区2012—2014年的调查分析，初步评估示范区的海洋生态服务价值。以上研究对构建湿地生态系统服务价值的组成要素、评估指标和计算方法等提供了一定参考。同时，对广西铁山港(临海)工业区围填海工程的研究主要集中在水动力变化[8]、海水质量评价[9]、工程地质调查[10]和海洋灾害风险[11-12]等方面，而围填海工程对湿地生态系统服务功能造成的损失尚未见诸报道。作为铁山港湾西岸的大规模填海区，广西铁山港(临海)工业区围填海工程造成的湿地生态系统服务价值损失巨大，应引起足够重视。本文在现有研究基础上构建了广西铁山港(临海)工业区围填海工程对湿地生态系统服务功能损失的评估模型，对其造成的湿地生态服务功能损失进行了定量评估，以期为海岸带综合管理提供依据。

1 研究区与研究方法

1.1 铁山港(临海)工业区概况

铁山港区隶属于广西北海市，地处广西南部，北海市东部、铁山港岸边，东经109°15′～109°45′，北纬21°26′～21°40′，总面积394 km2。铁山港(临海)工业区是北部湾经济区五大功能组团之一铁山港(龙潭)组团的核心工业园区，是广西北部湾经济区三大工业区之一，以石油化工、钢铁、能源等大型临海工业为主要发展方向。工业区临近的铁山港湾南北长约40 km，东西最宽处约10 km，一般宽4 km，海岸线总长约50 km，滩涂约80 km2。铁山港海域开阔，海洋生物资源丰富，水文条件良好。2000年之前，海湾自净能力较强，水质状况正在向良好趋势发展[13]，但近年来受工业区围填海的影响，靠近工业区的海域开始受到污染且范围逐渐扩大[9]。遥感影像分析，铁山港(临海)工业区从2005年开始围填海[13]，在2010—2015年填海规模扩大，2018年填海基本停止，至2019年底，累计填海面积为1 198.338 4 hm2。

1.2 湿地生态系统服务功能损失评估模型

参考前人的研究成果，结合铁山港(临海)工业区临近海域的特征及损失估算的可行性和可操作性，并考虑数据资料的翔实性，将铁山港湾湿地生态系统服务功能损失归纳为供给功能损失、调节功能损失、文化功能损失和支持功能损失4大类7项生态服务功能损失类型，包括初级生产功能、氧气生产功能、气候调节功能、废弃物处理功能、休闲娱乐功能、科研服务功能、生物多样性维持功能(表1)。

表1 铁山港(临海)工业区围填海工程所致湿地生态系统服务功能损失评估模型

1.2.1 供给功能损失

围填海工程建成后在项目场地会有少量绿化植物，但由于缺乏这方面的相关数据，且相对于该区域内原海洋植物的制氧能力来说可以忽略不计，因此不考虑新生植物的制氧能力。根据《海洋生态资本评估技术导则(GB/T 28058-2011)》[15]，氧气生产的物质量采用海洋植物通过光合作用过程生产氧气的数量进行计算：

PO2=PO2′×S×365

(1)

其中，PO2′为单位时间单位面积海域浮游植物产生的氧气量，S为围填海面积。

浮游植物初级生产提供氧气的计算公式为：

QO2′ = 2.67×Ph

(2)

其中，Ph为单位面积浮游植物的初级生产力。

初级生产力Ph按照联合国教科文组织(UNESCO)推荐的公式采用叶绿素a法进行估算：

(3)

其中，Chla为真光层内平均叶绿素a含量；A为不同层次同化指数算术平均值，取3.7；D为昼长时间，取12h；H为真光层深度，围填海工程全部位于铁山港滨海湿地区域，水深约为3 m，故将真光层厚度H取为3 m。

根据国家海洋局北海海洋环境监测中心站对铁山港湾浮游植物和大型藻类的多年常规调查显示，该海域无大型藻类(如海带等)生长。2014—2018年铁山港湾海域的常规监测站位见图1所示，监测指标主要有叶绿素、COD、石油类、磷酸盐和无机氮等水质因子。叶绿素a的多年平均含量为4.61 mg/m3，根据公式(3)可得出单位时间单位面积的初级生产力。氧气的生产价格参照王如松等[22]的研究，取400元/t。

图1 铁山港(临海)工业区围填海工程(黑色)及监测站位分布

1.2.2 调节功能损失

基于海洋吸收大气CO2的原理，气候调节损失的物质量用如下公式计算：

(4)

湿地生态系统的废弃物处理功能是对进入铁山港湾引起海水富营养化的N元素和P元素的固定，以及对COD和石油烃的去除等方面，具体公式参见表1。

(5)

选择石油类、COD、无机氮和磷酸盐作为污染评价因子。根据国务院《排污费征收使用管理条例》，石油类、磷酸盐和无机氮的去除成本分别为7 300元/t、2 500元/t和1 500元/t。根据陈伟琪等[21]的研究，COD的去除成本为4 300元/t。根据《广西壮族自治区海洋功能区划(2011—2020年)》[22]，铁山港(临海)工业区附近的铁山港湾海域执行《海水水质标准(GB 3097—1997)》[23]中的IV类水质标准，IV类水质需满足以下要求：COD≤ 5 mg/L，石油类≤ 0.50mg/L，活性磷酸盐≤ 0.045 mg/L和无机氮≤ 0.5 mg/L。根据国家海洋局北海海洋环境监测中心站对铁山港湾水质调查的结果，COD、石油类、磷酸盐和无机氮的多年平均含量分别为1.38 mg/L、0.039mg/L、0.004 mg/L和0.25 mg/L。

1.2.3 文化功能损失

文化功能指人们通过精神感受、知识获取、主观印象、消遣娱乐和美学体验从生态系统中获得的非物质利益，包括休闲娱乐功能和科研服务功能两个方面。

休闲娱乐功能的损失用如下公式计算：

(6)

休闲娱乐功能的损失用如下公式计算：

(7)

根据Costanza等[17]的研究，我国单位面积湿地生态系统的休闲娱乐功能价值为82美元/(hm2·a)。我国单位面积湿地生态系统的科研服务功能价值为3.55万元/(km2·a)[18]。

1.2.4 支持功能损失

根据相关研究，初级生产力转化为软体动物的转化率Ef约为10%[24]；软体动物混合含碳率δ为8.33%，贝类重量与软体组织平均重量比σ为5.52[25]；贝类产品平均市场价格按10元/kg计算，贝类销售利润率按25%计算。

铁山港海域浮游植物年生产量高，饵料丰富，是多种鱼、虾、蟹、贝类等生长繁殖的良好场所，具有十分重要的生物多样性维持功能。生物多样性维持功能的损失用如下公式计算：

(8)

我国湿地、农田、森林生态系统的生物多样性维持价值分别为2 212.2元/(hm2·a)、628.2元/(hm2·a)和2 884.6元/(hm2·a)[19]，取湿地生态系统的生物多样性维持功能价值进行估算。

2 评估结果分析

估算结果(表2)表明，铁山港(临海)工业区围填海工程对湿地生态系统服务功能造成的损失约为685.94万元/a，单位面积损失约57.24万元/(km2·a)。4类湿地生态系统服务功能损失由大到小依次为支持服务功能、供给服务功能、调节服务功能和文化服务功能。其中支持服务损失占总损失的49.3%，其他服务功能损失按照从大到小的顺序占总损失的比例分别为20.92%和16.39%和13.39%。在具体服务功能类型上，围填海工程对生物多样性维持损失最大，为265.10万元/a；其次氧气生产功能，损失143.48万元/a；气候调节服务功能损失最小，为22.08万元/a。

表2 铁山港(临海)工业区围填海工程所致湿地生态系统服务功能损失统计

根据《广西壮族自治区海洋功能区划(2011—2020)》[26]，工程所在海域为港口航运区，不具备养殖和捕捞功能，所以在构建功能指标时未考虑养殖和捕捞功能损失，造成供给服务功能损失较小。尽管如此，铁山港(临海)工业区围填海仍旧造成单位面积湿地生态系统服务功能损失约57.24万元/(km2·a)，此结果略高于索安宁等[1]的研究，而低于马玉艳等[5]的研究，这是因为不同海域的生态环境不同，具体的湿地生态系统服务功能价值损失要根据工程所在海域的湿地生态系统类型、动植物生物量等状况计算，具体有以下几个方面：估算气候调节损失的物质量参考李水清等[20]在南海北部陆架区历时两年的观测数据，远高于海洋生态资本评估技术导则(GB/T 28058—2011)[15]中的4.76 t/km2；在估算围填海工程对废弃物处理功能造成的损失时，充分考虑了石油类、COD、无机氮和磷酸盐4个污染因子，使得计算结果更为准确，以往的研究一般只关注其中的两个或者三个；计算氧气生产功能损失时只考虑了当地海域的浮游植物的初级生产力的同化量，并未计算该海域浮游动物等的氧气消耗量，在一定程度上也会存在结果偏高[6]。此外，实测数据分析，该海域的叶绿素a含量多年偏高，造成物种多样性维持功能和氧气生产功能损失比其他海域偏高。

评估结果可知，铁山港(临海)工业区围填海工程对湿地生态系统服务功能造成一定损失，应采取必要措施对围填海造成的损失进行生态修复或补偿。对铁山港(临海)工业区围填海工程造成的生物多样性损失，可通过增殖放流、贝类底播等方式快速恢复湿地生物资源；对造成的水动力影响，可通过清淤等方式增加海域的纳潮量，若对水动力造成较大影响，应将填海区域恢复原貌；对于供给和调节等功能的损失，可通过构建生态景观、滨海岸线以及资金补偿等方式来恢复部分功能。

本文估算的铁山港(临海)工业区围填海工程造成的湿地生态系统服务功能损失有些参考了国内外研究成果，不能完全反应本海域特性，可能会造成一定误差。尽管如此，评估结果仍旧具有一定的参考意义，可为海岸带综合管理提供定量依据。

3 结论

铁山港(临海)工业区围填海工程对湿地生态系统服务功能造成的损失为685.94万元/a，单位面积损失约57.24万元/(km2·a)。4类湿地生态系统服务功能损失由多到少依次为支持服务功能、供给服务功能、调节服务功能和文化服务功能。围填海工程对生物多样性维持损失最大，为265.10万元/a；其次氧气生产功能，损失143.48万元/a；气候调节服务功能损失最小，为22.08万元/a。评估结果具有一定的参考意义，可为海岸带综合管理提供定量依据。