基于生态系统服务理论的河口湿地修复研究——以泉州蓝色海湾综合整治项目为例

庄勋桐

王晓俊*

河口湿地具有保持水源、净化水质、蓄洪防旱、调节气候和维护生物多样性等重要生态功能[1]，同时还能降低城市热岛效应、完善城市防洪排涝体系，对于提高城市生态系统健康水平，建立城市生态安全格局，实现城市可持续发展至关重要[2]。生态系统服务(Ecosystem Services)可以体现一个区域的生态价值和社会价值，联合国千年生态系统评估(Millennium Ecosystem Assessment，MA)将其分为由多种驱动力(Drivers of Changes)影响的四大类，包括供给服务、调节服务、文化服务和支持服务[3]。对生态系统服务价值(Ecosystem Services Value，ESV)的评估可以直观地反映区域变化和演替的趋势，有利于区域未来的规划和发展。

现阶段，中国大部分的河口湿地都面临着相似的问题，例如不同程度的水环境恶化、生物入侵加剧、重金属污染等[4-8]。随着公众生态意识的提升与政府对生态文明建设的大力推行，在多个城市展开了相应的河口湿地修复专项行动[9]，河口湿地的修复也成为相关行业和学术界的热点。邓俊等的研究表明红树林恢复促进了湿地土壤氮、磷的积累，不同恢复模式对其含量产生影响[10]；魏巍探索了北方沙质土滨河绿地的生态修复方法：在采沙弃地、坑塘湿地、河口湿地、建筑垃圾4个方面提出了解决方案[11]；白杨等总结了河口湿地生态修复的策略和措施[12]；孔范龙等讨论了山东省日照市傅疃河口湿地的生态脆弱性特征及其影响因素，并提出了相应的生态恢复重建措施和工程[13]。

同时，基于ESV评估方法，大量湿地相关的研究得以展开，孟阳阳等分析了塔里木河干流上游、黑河中游和石羊河中下游等典型绿洲湿地空间格局及其ESV变化特征，认为湿地的保护与恢复对绿洲生态系统稳定性、提升ESV至关重要[14]；吴彬等根据生态系统服务功能，构建广西北部湾滨海湿地生态系统服务评价指标体系，对滨海湿地ESV进行动态评估，该结果可为深入了解滨海湿地生态系统、合理利用滨海湿地及对其采取合理保护措施提供科学依据[15]；马煜曦等针对崇明环岛湿地的特点建立了相应的指标体系，评估了其ESV，从服务供给、支付意愿及技术方法方面进行了讨论，并提出改进方向，为将来评估方法的改进提供参考[16]。众多成果证明了生态系统服务理论在湿地生态系统研究中的导向性和可行性，其关注点主要集中于规划层面，即研究大尺度区域ESV的时空变化模式，对宏观的土地利用规划管理提出相应的科学依据。但是，针对小尺度区域的生态系统服务及其具体生态系统服务驱动力的研究较少。

本文以福建省泉州市蓝色海湾综合整治项目(以下简称“蓝湾项目”)及周边泉州湾河口湿地区域作为研究区域，尝试以生态系统服务理论中的ESV和驱动力作为评估方法与框架，通过对不同尺度下蓝湾项目前(2019年)、后(2022年)的ESV对比，分析蓝湾项目对区域生态系统的影响，并指认生态系统服务驱动力。本文旨在研究蓝湾项目对泉州湾河口湿地区域ESV的影响，探讨项目所提供的生态系统服务驱动力和潜在驱动力，同时为后续项目优化和其他较小尺度的河口湿地修复项目提供参考和借鉴。

1 研究区域概况

1.1 蓝湾项目概况

蓝湾项目包含一系列生态修复工程，旨在恢复河口湿地生态功能、保护海洋生物多样性、提高海岸防护能力、促进区域经济发展。项目位于泉州市境内的泉州湾河口湿地省级自然保护区实验区(24°48′～24°52′N、118°37′～118°39′E)，是泉州市重要的生态功能区，占据泉州市“一湾四山两江”的水山生态格局中“一湾”的西侧空间(图1)。

图1 项目区位图

根据《福建泉州湾河口湿地省级自然保护区总体规划(2018—2027年)》的要求，蓝湾项目主要工程包括互花米草整治工程、红树林生态修复工程、鸟类栖息地营造工程、海岸生态化改造工程等。同时还开展以下科研监测工作：红树林生态系统研究及保护，互花米草防控研究，红树林对水体的净化研究，鸟类、鱼类、两栖动物等多样性调查，滨海湿地生态系统研究及保护等。

1.2 泉州湾河口湿地区域保护对象

泉州湾河口湿地的多项指标达到国际重要湿地的B组标准，具有在生物多样性保护方面的国际重要性[17]。泉州湾河口湿地区域保护对象包括区域内的红树林、滨海湿地生态系统以及众多保护物种[18-20](表1)。

表1 泉州湾河口湿地区域保护物种数量

2 数据来源及研究方法

2.1 数据来源及处理

根据蓝湾项目的工程实施时间，经过筛选，选择2019及2022年的Landsat 8波段数据，来源于USGS(https://glovis.usgu.gov/)以及中国科学院计算机网络信息中心地理空间数据云平台(https://www.gscloud.cn/)。结合现行《土地利用的分类现状》(GB/T 21010—2017)，使用ArcGIS平台创建特征文件采取最大似然法分类对上述波段数据进行解译，提取2个时期蓝湾项目区域及周边泉州湾河口湿地区域的土地利用图。根据MA对生态系统服务驱动力的定义进行制表[3]。

2.2 ESV评估

采用Costanza等提出的当量因子法对研究区域的ESV进行计算[21]，根据谢高地等制定的ESV当量表[22]，对应研究区域的实际情况，计算并修正对应的标准单位ESV当量因子的价值量，再对场地中耕地、林地、草地、水体和湿地生态系统进行单位ESV赋值，以此作为泉州湾河口湿地区域ESV测算的基准(表2)。

表2 泉州湾河口湿地区域各类用地单位面积ESV(单位：元/hm2)

2.3 ESV动态变化

在提取出的2个时期泉州湾河口湿地区域土地利用图的基础上，使用ArcGIS平台上的渔网工具建立0.10km×0.10km网格，将项目区及泉州湾河口湿地区域划分为23 627个单元网格，并计算每一网格的ESV，得到项目区及泉州湾河口湿地区域的ESV空间分布图。通过ArcGIS平台对数据进行叠加处理，对比2个时期ESV的变化情况并制图。

2.4 生态系统服务驱动力

结合MA中状况与趋势工作组(the Condition and Trends Working Group)所建立的生物多样性和生态系统变化的直接驱动力图以及评估生物多样性、生态系统服务及人类福祉和驱动力之间的各种互相作用的千年生态系统评估概念框架，尝试总结生态系统服务的主要驱动力并建立指认框架[3]。

3 研究结果与分析

3.1 泉州湾河口湿地区域ESV评估及动态变化

基于Landsat 8波段数据解译的土地利用结果，得到泉州湾河口湿地区域的用地类型变化结果(表3)，可以得出泉州河口区建设用地面积在2019—2022期间增加了1 534.59hm2，增长率为26.97%；林地面积减少了2 553.45hm2，下降率为38.51%；湿地面积增加了1 053.00hm2，增长率为204.90%；其他用地变化不大。

表3 泉州湾河口湿地区域的用地类型变化

通过ESV的计算公式对所得单元网格进行计算，分别得到基于单元网格的2019和2022年泉州湾河口湿地区域的ESV网格分布图(图2)。将2个时期的网格分布图进行叠加，计算区域ESV的空间变化并划分为上升区、稳定区和下降区(图3)，泉州湾河口湿地区域的ESV呈现从内陆向岸边递减的趋势，河口区西部内陆的ESV分布减少，结合土地利用类型的变化，可以判断这与建设用地的增加以及林地的减少有关。蓝湾项目区域内ESV增加的网格占区域内网格的40.24%，相较于整个泉州湾河口湿地区域(9.40%)，蓝湾项目区域的ESV有较明显的上升趋势，其主要原因是项目区域内用地性质的转变，即林地、草地向湿地的转变。

图2 2019—2022年泉州湾河口湿地区域ESV网格分布

图3 2019—2022年泉州湾河口湿地区域ESV空间变化

3.2 蓝湾项目ESV评估及动态变化

对蓝湾项目区域进行选择，计算区域内的ESV，得出蓝湾项目区在2019年的ESV为7 726.60万元，2022年的ESV为9 042.81万元，增长率为17.03%。在生态服务系统的二级分类中(图4)，水文调节(增长率为11.45%)、生物多样性(增长率为78.96%)和美学景观(增长率为62.71%)3项对该区域的ESV提升有较大贡献，其他项的变化不明显。

图4 蓝湾项目区域各分类ESV

3.3 蓝湾项目生态系统服务驱动力指认

根据对泉州湾河口湿地区域中不同尺度范围的ESV评估和计算可得，蓝湾项目的开展对该区域的ESV有显著的正向影响，这些影响可能来自蓝湾项目的生态修复工程。结合MA中对生态系统服务驱动力的解释和定义[3]，根据各项修复工程的内容，对研究区域的生态系统服务驱动力进行指认(表4)。

表4 蓝湾项目生态系统服务驱动力

3.3.1 互花米草整治

互花米草具有极强的环境适应能力，由于缺乏全面综合的风险评估制度，20世纪80年代泉州湾引种互花米草，带来生态灾难，致使生物多样性严重降低。互花米草的迅速蔓延影响了湿地中以缢蛏、牡蛎等贝类为主的底栖动物，从而影响鸟类的迁徙和觅食，直接导致了种群数量的减少，对区域的生物遗传资源造成严重的负面影响。同时，互花米草的蔓延在一定程度上抑制了研究区域中红树林群落的生长(图5)。

图5 互花米草入侵严重(晋江市林业和园林绿化局提供)

蓝湾项目采用了“物理+生物”的综合技术治理互花米草，首先是在互花米草生长区域采用机械翻埋和人工刈割，在清理之后的湿地上，根据其不同的位置特征，采用红树林替代、20～30cm浅水水域水淹防控和贝类浅滩养殖3种方式作为天然抑制因子来治理互花米草。

互花米草整治工程应用多种生态恢复方式改变了区域内的土地利用覆被变化，并实现对生物入侵现象的控制，指认其为研究区域生态系统服务驱动力之一。

3.3.2 红树林生态修复

蓝湾项目开展前，研究区域受到互花米草入侵和鱼塘养殖业的影响，场地中仅存互不连接的红树林斑块，导致了较低的生态价值和不断扩张的生物入侵情况。

红树林的修复不仅能提供相应的生态系统服务，还能作为抑制互花米草的重要因子之一。高郁闭度的红树林能提供水土保持、防护海岸、净化海水和调节气温等生态功能，是修复河口湿地生态系统的关键。红树林的种植受到多种因素影响，根据《红树林植被恢复技术指南》(HY/T 214—2017)，红树林植被恢复分为生境改造和红树林种植两部分，生境改造包括高程改造、水动力条件优化和底质类型改造，红树林种植包括红树林的树种选择、种植方式和种植时间。

蓝湾项目因地制宜地开展红树林生态修复工程，增加红树林湿地资源量。首先对滩涂高程进行改造，其次选择以原生红树林植物：秋茄、桐花树、白骨壤作为主要品种，进行2种类型的红树林修复工程包括红树林集中连片修复造林和红树林零星补植修复造林，种植时间为1—3月及10—12月。

红树林生态修复工程改变了区域内的土地利用覆被变化并引进新的物种，同时提升了研究区域经济效益，实现对生物入侵现象的控制，指认其为研究区域生态系统服务驱动力之一。

3.3.3 鸟类栖息地营造

泉州湾河口湿地是西伯利亚-澳大利亚候鸟迁徙通道中重要的中转与越冬地[19]，研究区域的海岸、水体、滩涂、红树林是鸟类的主要生境区域，鱼塘的清退和植被的变化造成部分品种鸟类的栖息环境变化和食物减少。为鸟类营造良好的栖息环境对研究区域生物多样性的提升至关重要。

蓝湾项目重点考虑鸟类高潮调节区、夜间休息区、浅水水域觅食区的营建。具体技术路线是设置鸟类栖息高滩，在高潮期时为鸟类提供觅食、栖息、繁殖的活动场所；针对不同的鸟类种类设置不同水深的栖息空间；同时将清退鱼塘旁的陆地改造成鸟类夜间栖息地(图6)。

图6 鸟类栖息空间优化示意图(作者改绘自《泉州市“蓝色海湾”综合整治行动项目(泉州湾海域)实施方案》)

鸟类栖息地营造工程为物种的引入或者物种迁徙提供更良好的条件，指认其为研究区域生态系统服务驱动力之一。

3.3.4 海岸生态化改造

研究区域的道路类型主要是绕城公路，与从城市市区延伸出来的放射型快速道路相比较，绕城公路对周边生境的生态环境影响更大[23]。蓝湾项目开展前，研究区域内以木麻黄作为主要树种建立海岸防护林带，自种植完成之后，长时间没有更新且缺乏维护，致使海岸防护林带显得单薄，并不能作为海岸周边有效的防风措施。另外，研究区域内大部分采用传统的石块砌筑护岸(图7)，破坏了海岸原有自然生态驳岸景观，动植物失去亲水生活空间，影响物种迁徙，导致海岸生物多样性下降。同时，含有污染物的地表径流沿驳岸表面直接排入海水中，缺乏缓冲与过滤，给海岸生态系统带来诸多负面影响。

图7 海岸硬质驳岸(晋江市林业和园林绿化局提供)

蓝湾项目对研究区域内原有长势健康、形态良好的植株进行保留，挖除、移栽或加固较差的植株。在保证防风的基本功能之外，还考虑树木美化道路的属性，尝试营造有变化的防护林，为沿海地区提供充满变化的风景园林带，同时可以作为城市居民的滨海活动空间。树种选择方面，项目向外种植2排木麻黄作为屏障，而靠近内陆的木麻黄林逐渐更新为混交林和景观林(图8)。混交林采用马占相思、白千层、美花红千层、黄槿等进行混交。景观林带采用南洋杉、黄连木、榕属类、美丽异木棉、乌桕等营造(图9)。同时在护岸表面覆土，并在土质部分种植多种植物。自然式的护岸能在保证原有的雨洪控制功能的前提下，为动植物提供良好的生活、迁徙环境，同时过滤、净化和沉淀来自公路的地表径流。

图8 防护林带修复示意图(作者改绘自《泉州市“蓝色海湾”综合整治行动项目(泉州湾海域)实施方案》)

图9 修复后的防护林带

海岸生态化改造工程的成果更多的是改善城市人居环境，有效减少极端气候带来的负面影响，同时为区域的生物多样性提供帮助，指认其为研究区域生态系统服务驱动力之一。

4 潜在驱动力与结论

4.1 潜在的生态系统服务驱动力

根据蓝湾项目的修复成果和实施现状，尝试提出研究区域中潜在的生态系统服务驱动力，并提出优化策略。

1)更大尺度的水体环境净化。

20世纪80年代以来，晋江和洛阳江流域大量的农业生产用水、城市生活污水、工业废水和废弃物的直接排放导致江河污染、水质恶化。研究区域周边乌边港、南港沟、六源沟、团结沟等河道截污工程尚未完全到位，汇入项目区域内水体的水质仍然无法达标。晋江上游的污染和漂浮物同样影响区域水资源水质问题。

政府相关单位从2018年开始对泉州湾河口湿地自然保护区范围内的历史围垦养殖进行全面排查整治，但是海水养殖所带来的负面影响依旧存在。研究表明海水养殖对养殖水体的污染主要是营养物的污染、药物的使用污染以及底泥的富集污染[24]。它们对近海生态环境的破坏主要表现为对近岸海洋生物生态系统的破坏和沿岸滩涂红树林资源的破坏[25]。

除了泉州蓝色海湾的各种修复工程外，为进一步解决研究区域的水体环境问题，建议考虑结合海岸生态斑块坑塘系统，并融合湿地净化模块[26]，使周边地表径流先汇入潮沟和连续坑塘系统，依次流经前端静置沉淀模块、表流生物净化湿地模块、末端水质稳定塘后，再汇入晋江。从而有效消减点源和面源污染，保障区域水源净化。

2)满足多重生态功能的植物选择优化。

在鸟类栖息地树种选择方面，需根据不同鸟类的生活习性，着重选择一些鸟嗜植物和筑巢植物[27]。这些植物的果实成熟期应覆盖秋冬两季以提供充足的越冬食物，并具有鲜艳的色彩以吸引鸟类。除了上文所提及的红树林树种之外，还有枫香、草海桐、侧柏、小叶榕、桃花心木等。同时注意乔木的种植间距和疏密关系，营造舒适的、多层次的鸟类栖息空间。

在海岸防护林带树种的选择上考虑当地的土壤情况。在研究区域内，土壤盐渍化是滨海区域树种选择的重要考虑因素，建议选择适生性较强的树种，例如桑科榕属、桃金娘科蒲桃属和桃金娘科红千层属的乔木[28]。

3)面向地域景观的环境美学价值提升。

泉州是我国第一批历史文化名城，在第44届世界遗产大会上以“泉州：宋元中国的世界海洋商贸中心”被列入《世界文化遗产名录》(World Cultural Heritage)[29]。现状研究区地域文化的价值被严重低估，乡土景观和乡土文化逐渐湮灭，沿海的自然景观没有得到充分展示。绕城公路的单一功能导致研究区域内道路的绿化水平不高，道路两旁通常只留下必要的维护通道，缺乏供人们探索的空间，一定程度上失去了观测、研究和认知湿地生态系统的机会，从美学层面来说，人们也不能直接从这一城市绿色空间中直接获益。另一方面，游憩资源分散孤立，基础服务设施不完善，缺乏全域整体游憩系统。

营造具有良好美学价值的游憩环境应从景观形式、竖向关系、空间变化等多方面去设计红树林、坑塘、潮沟、光滩等景观元素，通过造型、色彩的变化体现整体河口湿地特有的自然景观效果。还应重点针对原有六源水闸、南港水闸等构筑物加以改造提升，融入闽南红砖建筑元素。另外，充分寻找、挖掘、恢复和塑造当地渔民下海码头和养蛏的记忆场所，打造滨海郊野公园，构建沿海漫步道，形成靓丽的湿地游憩休闲空间。

4.2 结论

泉州河口湿地及周边区域的湿地面积在2019—2022年有较为明显的增加。ESV在蓝湾项目区域有明显上升趋势，水文调节、生物多样性和美学景观3项生态系统服务对该区域的ESV提升有较大贡献。表明蓝湾项目的开展对该区域的ESV有显著的正向影响，指认蓝湾项目的多项河口湿地工程互花米草整治、红树林生态修复、鸟类栖息地营造及海岸生态化改造等属于研究区域ESV提升的驱动力。同时根据蓝湾项目的建设情况提出研究区域中潜在的生态系统服务驱动力为更大尺度上的水体环境净化、满足多重生态功能的植物选择优化和面向地域景观的环境美学价值提升，为泉州河口湿地后续项目和其他河口湿地修复项目提供参考和借鉴。

注：文中图片除注明外，均由作者绘制或拍摄。

致谢：感谢自然资源部第三海洋研究所教授级高级工程师汤坤贤以及晋江市林业和园林绿化局教授级高级工程师庄树渊、工程师吴琨福、工程师肖志凡在数据收集过程中给予的帮助。