围填海的海洋环境影响国内外研究进展_张明慧

生态环境学报2012,21(8):[e-mail]基金项目：国家海洋行业公益性科研专项项目（201005009）；国家海洋局海域管理技术重点实验室开发基金项目（201102）作者简介：张明慧（1978年生），女，讲师，硕士，主要从事海岸工程的资源环境影响教学与科研工作。E-mail:[e-mail]收稿日期：2012-06-27围填海的海洋环境影响国内外研究进展张明慧1，陈昌平1，索安宁2，林勇21.大连海洋大学土木工程学院,辽宁大连116023；2.国家海洋环境监测中心，辽宁大连116023摘要：围填海是通过人工修筑堤坝、填埋土石方等工程措施将天然海域空间改变成陆地以拓展社会经济发展空间的人类活动，它是当前我国海岸开发利用的主要形式。大规模围填海在产生巨大的社会经济效益的同时，也给海洋生态环境造成了深远的影响,受到了国内外学者的广泛关注。文章在系统收集了国内外围填海的海洋环境影响研究报道成果的基础上，分别从：①围填海对滨海地形地貌、湿地景观的影响研究；②围填海对近岸海域水动力环境的影响研究;③围填海对滨海湿地退化与生态功能的影响研究；④围填海对近岸海洋生态系统结构与功能的影响；⑤围填海对海洋渔业资源衰退的影响等5个方面深入分析了围填海的海洋环境影响国内外研究进展及其存在的主要问题。并剖析了加强围填海的海洋环境监测与评估，实施围填海的海洋生态环境修复与生态补偿等国际围填海研究新趋势。针对围填海的海洋环境影响国内外研究现状和发展趋势，提出加强对集中连片围填海区域的长期累积效应研究、加强围填海对海洋生态环境结构功能影响过程及机理研究、加强多学科交叉在围填海海洋环境影响方面的综合研究等相关建议。关键词：围填海；海洋环境；环境改变中图分类号：X14文献标志码：A文章编号：1674-5906（2012）08-1509-05进入21世纪，伴随着我国城市化、工业化和人口向沿海地区集聚趋势的进一步加快，沿海地区土地资源不足导致的用地矛盾突出已成为制约沿海地区社会经济可持续发展的重要因素。在这一背景下，沿海各地纷纷把发展的空间推向海洋，兴起了围填海造地热潮，主要目的是通过人工修筑堤坝、填埋土石方等工程措施将天然海域空间改变成陆地，用来建设工业开发区、滨海旅游区、新城镇和大型基础设施，以缓解城镇用地紧张和招商引资发展用地不足的矛盾，同时实现耕地占补平衡。根据国家海洋局《海域使用管理公报》显示，从1993年开始实施海域使用权确权登记到2010年底，全国累计确权填海造地面积达到9.84×104hm2，其中“十一五”期间，全国累计确权围填海面积6.72×104hm2，年均围填海造地面积1.30×104hm2，围填海确权面积连续5年超过1.10×104hm2。大规模围填海活动在产生巨大社会经济效益的同时对海洋生态环境也产生了较大的影响。据报道[1]，近40年来全国大规模围填海造地使滨海滩涂湿地累计损失约219×104hm2，相当于全国沿海湿地总面积的50%，仅1980年以来，围填海造成全国红树林面积减少达12923.70hm2。围填海活动是对滨海湿地及近岸海域影响的深度和广度是其它人类活动难以比拟的。盲目围填海活动造成许多重要的经济鱼、虾、蟹、贝类等海洋生物的产卵育苗场消失，使海洋渔业资源遭受严重损害，同时围填海加剧了我国近岸海域、海湾、河口的环境污染程度，加大了海洋灾害经济损失，也给国家重大涉海项目建设、海域空间的持续利用造成了一定影响，对我国发展海洋经济，建设海洋强国产生了严重制约。1围填海对海洋环境影响的国内外研究进展海岸带生态系统作为全球变化研究的重要对象，越来越受到国际生态研究计划的关注。20世纪70年代开始的“人与生物圈（ManandBiosphere）”研究计划就将人类活动影响下的海岸带资源与生态环境响应列为专项开展研究。国际科联（ICSU）“国际地圈一一生物圈计划”也尤为关注陆海相互作用研究，阐明人类活动对海岸带生态系统的影响是其重要研究内容。国际“海岸带陆海相互作用（Land-OceanInteractionintheCoastalZone，LOICZ）”昀新的计划也将人类活动对海岸生态系统的影响列为其核心研究内容。围填海作为人类开发利用海岸资源的一种重要方式，国内外许多学者对此特别关注，从不同角度开展了围填海的海洋环境影响研究。1.1围填海对滨海地形地貌、湿地景观的影响研究围填海直接或间接对滨海湿地及近岸海域地形地貌和景观产生影响，目前研究工作主要集中在两个方面，一是将围填海作为诸多海洋工程之一开展研究，分析围填海活动开展后滨海湿地演变、景观格局及岸滩变迁，探讨其原因和机理；二是将水动力和沉积环境结合研究围填海对的海湾、滨海湿1510生态环境学报第21卷第8期（2012年8月）地等生境地形地貌的影响，集中在泥沙来源、底质沉积特性和冲淤演变等方面。在滨海湿地演变、景观格局和岸滩变迁研究方面，主要借助3S技术分析围填海导致的滨海湿地演变，如王伟伟等[2]提取5期遥感影像的围填海信息，分析得出从1990年到2009年辽宁省围填海面积增加了627km2，增加了53.6%；俞炜炜等[3]采用GIS技术分析兴化湾不同时期由于围填海所造成的各生态系统类型面积变化；马志远等[4]基于遥感与GIS技术，分析兴化湾围填海工程对湿地景观生态造成的影响及其生态效应。也有学者以岸线变迁和地形演变研究为基础，开展围填海影响的驱动机制研究，如姜玲玲等[5]在2008年对大连滨海湿地景观格局进行了相关研究，并进行驱动机制方面的分析。国内外对围填海影响下地形地貌和湿地景观的研究大多借助数值模拟的方法和3S技术，主要集中探讨围填海对以下地形地貌与景观的影像的影响。①改变海岸线形态。围填海直接改变了海岸线的长度与形态，使海岸线由自然演化形态变化为人工修筑堤坝形态，同时为了节省围填成本，对天然港湾进行截湾取直，导致海岸线缩短，形态平直[6]；②改变海底地形。采用海底泥沙吹填，严重改变了海底地貌形态，破坏了业已形成地海底环境平衡状态。不适当的吹填区域选择还可能改变海域水动力环境，引起新的海底、海岸侵蚀或淤积[7]；③改变海岸陆地地貌。为了节省土石方运输成本，围填海工程往往采取挖掘山体就近取材方式，导致山体地貌形态改变。采取土石方后的不稳定山体还易发滑坡、塌陷等地质灾害，破坏自然景观，堵塞河道、海湾[8]。④围填海导致近海海岛、沙坝、潟湖等自然地貌形态消失，新建的人工岛造成海岸地貌维持系统的调整和海岸景观的剧变[9]。以上这些研究对围填海的地形、地貌、景观、生境等描述较为清晰，但缺少与其他学科的结合，特别是围填海导致地形地貌和滨海湿地景观变化的生态效应研究较少。1.2围填海对近岸海域水沙动力环境的影响研究大规模围填海活动通过海堤建设改变局地海岸地形，影响着围填区附近海域的潮汐、波浪等水动力条件，导致水动力和泥沙运移状况发生变化，并形成新的冲淤变化趋势，从而对围填海附近的海岸淤蚀、海底地形、港口航道淤积、河口冲淤、海湾纳潮量等带来影响。聂源等[10]通过对舟山岑港北侧基岩海岸围填海工程前后附近海域潮流场的分析，发现围填海工程对流场的影响范围主要集中在围填海堤的前沿,在围堤前沿100m的范围内流速减小,在围堤前沿150~200m范围内流速有所增大,而后随着离围堤距离的增加,流速受影响的程度逐渐减弱。杜鹏[11]，王学章[12]等研究发现胶州湾填海工程附近水域潮流速度减小7.7%~65.5%，相应的潮能通量也减小了20.21%~80.23%，对于不同的填海区域和方式，截流填海比顺流填海影响大，强流区填海比弱流区填海影响大。陆荣华等[13]对厦门湾5个典型历史时期潮流场的模拟计算表明，围填海工程对厦门湾潮流动力具有显著的影响，导致海湾纳潮量减少，海水交换能力下降，海水对污染物稀释能力大大降低，自净能力变差。此外，罗章仁[14]的研究还显示，近几十年来香港维多利亚港和深圳湾围填海已通过改变港湾纳潮面积、纳潮量、潮流速度等潮汐特征影响了港湾回淤。国外的相关研究结果也显示了围填海对滨海湿地及近岸海域水沙动力环境的影响，如Kang[15]通过对韩国灵山河口木浦沿海围填海的研究，发现潮汐壅水减小、潮差扩大。Lee等[16]的研究也表明，韩国西海岸的瑞山湾围填海使得低潮滩的沉积过程发生了重大变化。此外，填海造地加大了新增土地的盐渍化风险，加重海岸侵蚀，削弱海岸防灾减灾能力[17]。目前研究大多集中底质沉积特性、冲淤状况和纳潮量变化等方面。阐明近岸海域水动力环境演变对围填海长期累积效应的响应，揭示驱动其变化的关键过程和控制因素，是该研究领域中迫切需要解决的问题。1.3围填海对近岸海域生态系统的影响研究围填海改变了海洋物理化学环境，引起海洋生态系统的结构和功能的变化（适应或破坏）。围填海对浮游生态系统的影响一般是间接的，围填海造成河口、海湾的潮流动力减弱,引起了附近海区浮游植物、浮游动物生物多样性的普遍降低及优势种和群落结构的变化[18]。国外相关研究结果也证实了围填海对浮游生态系统的影响，韩国新万金围填海工程使得浮游植物优势种发生演替，在围填海区域连续两年出现多环旋沟藻赤潮[19]。相对于围填海对浮游生物群落影响的研究，围填海对底栖生物群落的威胁来得更直接，所以研究工作也较多[20-25]。围填海工程海洋取土、吹填、掩埋等造成海域生存条件剧变，底栖生物数量减少，群落结构改变，生物多样性降低。葛宝明等[21]指出在围垦区外的自然滩涂其物种数都多于围垦区内,大型底栖动物的总密度也大于围垦区内，大型底栖动物群落的优势种发生了演替。苏北竹港围垦后沙蚕在一、二月内便全部死亡，适生能力较强的蟛蜞7年内也几乎全部消失[22]。胶州湾由于围海造地工程的影响，河口附近潮间带生物种类从20世纪60张明慧等：围填海的海洋环境影响国内外研究进展1511年代的154种减少至80年代的17种，原有的14种优势种仅剩下1种，而胶州湾东岸的贝类己几近灭绝[23]。围填海对底栖生物的影响也得到一些国外研究的例证。日本西南部海域的Mishou湾,由于18世纪晚期到19世纪大规模的围填海活动,导致该海湾、河口三角洲生态系统功能降低。日本九州岛西部Isahaya湾围堤导致了堤内水域土著底栖双壳类动物大量死亡及淡水双壳类群落的发展[24]。LLu等在1998-2000期间对新加坡SungeiPunggol河口海岸围填海的大型底栖生物群落影响系统调查的基础上,认为在围填海邻近区域,底栖动物种类和丰度都显著降低,而在远离围填海区域则均显著增加，说明围填海对底栖动物群落结构产生了显著的破坏效应[25]。1.4围填海对滨海湿地的影响研究围填海引起的滨海湿地退化具有多阶段多层次的特征，其能够引起湿地生境条件变化并影响湿地生物时空动态及湿地生态功能。围填海对滨海湿地植被的影响昀为显著，导致红树林、海草床、芦苇丛等典型键群植物的大量消失，并使湿地丧失碳固定/储存功能，甚至转而变为碳源[26-28]。围填海活动通过覆盖作用显著改变湿地底质特征，生境的破坏导致湿地生物栖息地丧失，对底栖动物和鸟类的种群组成和时空分布具有显著的负面影响，如围填海活动造成长江三角洲等地底栖动物群落的消失和滨海湿地破坏，鸟类栖息地丧失[29-30]。国际上对围填海影响下滨海湿地退化过程与功能损失研究，主要关注围填海对湿地生物多样性和生态过程的影响，更加侧重于探索围填海的生态环境效应。例如日本Isahaya湾填海造陆工程之后，湿地动物群的种类和平均密度出现了明显下降。与此同时，底栖动物中的多毛类种类迅速上升为优势种类；在湿地表层，过量的磷、氮等营养盐指标促使某些藻类大量滋生，叶绿素a含量大幅升高，形成“赤潮”[31]。作为世界上昀早围填海的国家之一，为保护滨海湿地，荷兰开发了海岸稳定性数值模拟和物理模拟方法、滨海湿地地形地貌数值模拟和物理模拟方法、河口湿地行洪安全模拟方法、浪潮流生态环境模拟方法、潮汐