城市紅樹林生態系統健康評價與管理對策——以粵港澳大灣區為例

張月琪,張 志,江鎞倩,沈小雪,李瑞利

城市紅樹林生態系統健康評價與管理對策——以粵港澳大灣區為例

張月琪,張 志,江鎞倩,沈小雪,李瑞利*

(北京大學深圳研究生院,環境與能源學院,廣東 深圳 518055)

為解明粵港澳大灣區城市紅樹林生態系統健康狀況,基于PSR(壓力-狀態-響應)模型和層次分析法,構建了城市紅樹林生態系統健康評價指標體系,對大灣區的香港米埔、深圳福田、廣州南沙和珠海淇澳島4個典型城市紅樹林進行生態系統健康評價,識別健康問題并提出管理對策.結果表明:紅樹林生態系統健康指數(EHI)為淇澳島(3.05,健康)>米埔(3.03,健康)>南沙(2.54,亞健康)>福田(2.13,亞健康).就壓力指標而言,米埔和福田紅樹林的自然壓力源為病蟲害和生物入侵,人為壓力源為人口、經濟相關指標及城鎮生活污水排放,福田還受到工業廢水排放的壓力.就狀態指標而言,紅樹林受海水營養鹽污染嚴重,南沙和淇澳島紅樹林存在嚴重的有機污染和重金屬污染;紅樹植物多樣性(除南沙紅樹林外)和大型底棲動物生物多樣性偏低,但鳥類生物多樣性處于較高水平.就響應指標而言,福田和南沙紅樹林由于面積小而生態服務功能偏低,南沙紅樹林的管理水平不足.粵港澳大灣區城市紅樹林存在的主要健康問題包括生態失衡導致的病蟲害與生物入侵、受納外源污染導致的環境污染、棲息地破壞導致的生物多樣性下降的共性問題及自身特征與管護水平差異導致的其它個性問題.針對上述健康問題,建議:以緩解生態失衡為目標高效監測并推廣基于自然法則的生態恢復,以源頭控制為根本整體改善環境質量,以保護生物多樣性為重點提高紅樹林生態系統穩定性,因地制宜充分發揮城市紅樹林經濟-社會-生態效益.

粵港澳大灣區；城市紅樹林；生態系統健康評價；健康問題；管理對策

紅樹林是分布在熱帶和亞熱帶海岸灘涂潮間帶的常綠灌叢木本群落,具有防風消浪、凈化海水、維持生物多樣性、儲碳以調節氣候等功能[1-3].據統計,全球紅樹林面積正以年均0.76%的速度減少,紅樹林生態系統成為全球最受威脅、消失最快的生態系統之一[3-4].中國紅樹林也一度因為劇烈的人類活動而急劇衰退,本世紀初我國政府開始意識到紅樹林資源保護的重要性,在一系列的政策引導下我國紅樹林面積得到了一定的恢復[5].但當前我國正處于城市化快速推進階段,紅樹林資源的保護與恢復很大程度上受到城市化的影響[6-8],人類活動如砍伐、土地不合理利用、污水排放及化學品污染[9-10]等均威脅著紅樹林生態系統健康.

生態系統健康指生態系統在外界壓力的干擾下,能表現出強烈的抗干擾和自我恢復能力,以維持生態系統結構與功能的正常發揮[11].PSR模型旨在綜合經濟、社會、生態等方面的要素,解析自然、人類活動所施加的壓力對生態系統狀態的影響,以及政府、管理部門應對生態系統變化的行為響應,是目前資源環境領域應用最廣、適用性最強的評價模型之一[12-13].王樹功[14]、樂通潮[15]、胡濤[16]、雷金睿[17]和Wang[18]等已運用PSR模型和層次分析法等建立了紅樹林生態系統健康評價指標體系,對淇澳島、漳江口、福田、東寨港和湛江等地紅樹林進行了生態系統健康評價.但這些紅樹林生態系統健康評價指標體系多關注生態系統結構、物理化學因素的影響,尚未將多維度的城市化影響因素考慮在內.

粵港澳大灣區是世界四大灣區(另有紐約灣區、舊金山灣區和東京灣區)中面積最廣、人口最多的灣區,快速城市化進程與生態保護之間的矛盾愈發劇烈[19-20].鑒于此,本研究充分考慮了粵港澳大灣區快速城市化過程對紅樹林生態系統的影響,構建了經濟-社會-生態復合影響的大灣區紅樹林生態系統健康評價指標體系,對城市紅樹林生態系統健康現狀進行評估,識別存在的健康問題并提出相應的管理對策.相關研究結果可為城市紅樹林可持續發展及保育管理工作提供科學依據;隨城市化和人類活動加劇,也對其他紅樹林分布區未來將面臨和解決的城市化問題等提供先驗指導.

1 材料與方法

1.1 研究區概況

本研究選取了粵港澳大灣區深受城市化影響的典型紅樹林濕地——香港米埔、深圳福田、廣州南沙和珠海淇澳島紅樹林作為研究對象(表1).其中,香港米埔紅樹林位于深圳灣東南部,于1995年被列為拉姆薩爾國際重要濕地,為許多珍稀鳥類如黑臉琵鷺、紅隼和白鸛等提供覓食和棲息地[21];深圳福田紅樹林位于深圳灣東北岸,地處城市腹地,是我國面積最小的國家級自然保護區[21];廣州南沙紅樹林主要分布于萬頃沙鎮和南沙街道[22],其中唯一天然成片分布的紅樹林位于坦頭村,現存面積約3hm2[23];珠海淇澳島紅樹林位于淇澳島西北部,是我國最早實現人工造林恢復且連片面積最大的紅樹林[24].

表1 四地城市紅樹林基本情況

注:最大潮位數據來源于全球潮汐預報服務平臺.

1.2 研究方法

1.2.1 指標體系構建 城市紅樹林生態系統屬于經濟-社會-生態復合系統.為了更科學、全面地評價城市化影響下紅樹林生態系統健康狀況,本研究基于PSR模型和層次分析法構建城市紅樹林生態系統健康評價指標體系.

(1)指標篩選原則

遵循以下原則選取指標:①代表性:考慮城市化影響下,紅樹林受到的自然、人為干擾,從而提取共性指標,并確保指標能敏感反映紅樹林生態系統健康狀況;②系統性:所選取的指標具有科學依據,概念標準、明確,盡量多方位地反映城市紅樹林的生態系統特征[28];③可操作性:確保指標的實用性和可獲得性,且方便統計比較.

(2)指標權重計算與檢驗

依據層次分析法,邀請18位紅樹林領域的專家對同一層次指標進行兩兩比較,按照1～9比例標度法(表2)進行重要性評估,構造判斷矩陣,以確定各項指標權重[15].

式中:CR為隨機一致性比率,CR<0.1時通過一致性檢驗;CI、RI分別為一致性指標和隨機一致性指標;max為矩陣最大特征向量;為判斷矩陣階數;為判斷矩陣;為權重.本研究中CR值范圍介于[0,0.1),判斷矩陣均通過一致性檢驗.

1.2.2 評價方法與評價標準 通過計算生態系統健康指數(EHI)量化評估城市紅樹林生態系統健康現況,計算公式如下:

式中:S為各指標數據的賦值分數;W為各指標歸一化權重;為指標個數.

表2 1～9比例標度法

紅樹林生態系統壓力(PHI)、狀態(SHI)和響應指數(RHI)分別用以下公式計算:

式中:W,W和W分別是壓力、狀態和響應指標的權重.

本研究基于生態系統健康定義并結合城市紅樹林生態系統健康現狀,將城市紅樹林生態系統健康評價等級劃為五個等級(表3).

表3 城市紅樹林生態系統健康評價等級

2 結果與討論

2.1 城市紅樹林生態系統健康評價指標體系

基于紅樹林濕地的自然屬性,并考慮粵港澳大灣區高度城市化水平對紅樹林生態系統的影響,構建了城市紅樹林生態系統健康評價指標體系(表4).指標體系涵蓋了4個層次:目標層、標準層、要素層和指標層.從壓力、狀態和響應三個標準層出發,壓力層具體化為要素層中的自然因素干擾A1和人為因素干擾A2;狀態層具體化為要素層中的生境污染指標A3和生態指標A4;響應層具體化為要素層中的生態服務功能A5和保護區管理水平A6.進一步地,對要素層進行細化,共篩選出24個評價指標.與其他同類研究[14-16,29]所構建的指標體系不同,本研究所構建的指標體系側重于反映城市化指標(B3～ B8, B9～B12)的影響.城市紅樹林生態系統健康評價指標體系的指標賦值依據和賦值結果見表5和表6所示.

表4 城市紅樹林生態系統健康評價指標體系與權重

注:城市紅樹林生態系統健康評價指標權重根據專家評估確定;回收有效問卷18份.

表5 城市紅樹林生態系統健康評價指標賦值依據

續表5

表6 城市紅樹林生態系統健康評價指標賦值結果

注:由于各紅樹林分布區的水文條件、地理環境各不相同,城鎮生活污水排放量B6及工業廢水排放量B7均基于紅樹林所在城市的全域數據.

2.2 粵港澳大灣區城市紅樹林生態系統健康現狀

粵港澳大灣區四地城市紅樹林生態系統健康指數(EHI)的排序為淇澳島(3.05)>米埔(3.03)>南沙(2.54)>福田(2.13),淇澳島和米埔紅樹林生態系統現狀為健康,南沙和福田紅樹林生態系統現狀為亞健康(表7).其中,福田紅樹林受到的外界壓力最嚴重,淇澳島紅樹林生態系統狀態為不健康,其余三地紅樹林生態系統狀態為亞健康,南沙紅樹林響應指數最低(表7).具體如下:

2.2.1 香港米埔紅樹林 米埔紅樹林生態系統健康指數為3.03,處于健康狀態(表3),總體表明其受干擾及環境污染較少,林內物種豐富,生態服務價值高,并得到較全面有效的管理,生態系統結構尚為穩定,活力較強.其中,壓力、狀態和響應指數分別為2.71(亞健康)、2.62(亞健康)和3.77(健康),說明該紅樹林生態系統受到了一定的外界壓力,主要壓力源為生物入侵程度(B2)、人口密度(B3)、地區生產總值(B4)和第三產業總值比重(B5);水體富營養化程度(B9)、紅樹植物生物多樣性(B14)和大型底棲動物生物多樣性(B15)為低賦值狀態指標;響應指數健康.

薇甘菊是米埔紅樹林的主要外來入侵植物,威脅著本土紅樹植物的生存,目前以人工清除為主[80].米埔紅樹林北部毗鄰深圳河,南部毗鄰香港內陸的元朗河,兩條河流均攜帶大量生活污水匯入深圳灣[81],導致該區近岸海域氮磷營養鹽嚴重超標,達不到海洋功能區劃要求的海水水質標準[55].米埔紅樹林的紅樹植物和大型底棲動物生物多樣性較低.米埔紅樹林的響應指數最高,主要得益于以下三個方面:①米埔紅樹林的保護工作開展時間早.香港政府于1950年將米埔紅樹林劃為發展“限制地區”[82],很大程度上減少了人類活動對保護區自然生態的干擾,極大地保留了生境原有的生態特征,使米埔紅樹林生態環境處于自然更新的狀態[21].②米埔紅樹林的保護管理工作與國際接軌,管理體系完善.米埔濕地是拉姆薩爾國際重要濕地,自1984年起交由香港漁農署和世界自然基金會共同管理,相較于其它三地紅樹林,米埔紅樹林已形成一套科學完善的管理體系[83].③米埔紅樹林始終秉承著“適度開發,保護為主”的管理理念.目前米埔仍保有較大面積的紅樹林,自然資源豐富,在保護紅樹林資源的基礎上重點開展科考教育活動,適當發展生態旅游[82],生態服務功能良好.當地政府和民眾有很高的環境保護意識,人為響應積極.總之,米埔紅樹林整體處于健康狀態,保護區生態發展模式值得我國其它紅樹林保護區借鑒;但由于長期受深圳灣污染的影響,仍存在健康隱患.

表7 四地城市紅樹林生態系統健康評價結果

2.2.2 深圳福田紅樹林 福田紅樹林生態系統健康指數為2.13,處于亞健康狀態(表3),表明已受到一定程度的干擾及環境污染,林內物種多樣性、生態服務價值受到影響,管理水平有待提高,生態系統結構較不穩定,活力退化.其中,壓力、狀態和響應指數分別為1.67(不健康)、2.43(亞健康)和2.29(亞健康),指標體系中所有壓力層指標均不樂觀,表征其受到的外界壓力強烈;低賦值狀態指標為水體富營養化程度(B9)、水體重金屬污染程度(B10)、紅樹植物生物多樣性(B14)和大型底棲動物生物多樣性(B15);響應指數方面由于紅樹林面積小導致生態服務功能偏低,但是保護區管理水平高.

福田紅樹林是我國唯一位于城市中心區的國家級自然保護區,與市中心的距離僅2.2km,長期以來承受著城市化和人類活動的負面影響[84],由此引發一系列的生態問題:福田紅樹林每年均受到八點廣翅蠟蟬、海欖雌瘤斑螟等多種病蟲害,受害紅樹范圍廣且危害嚴重[85-86].自1998年深圳填海工程啟動后,環境變遷使薇甘菊成為福田紅樹林內危害最嚴重的入侵生物之一[49],另外五爪金龍、白花鬼針草等也是主要入侵生物[86].保護區外圍為濱海大道,在紅樹林段平均每天有10萬余車輛來往行駛,機動車尾氣污染及噪聲污染勢必影響紅樹林環境質量[87].深圳作為經濟特區,城市的快速擴張吸引大量的人口和企業涌入,深圳河、鳳塘河及新洲河等深圳內陸河集納了大量的生活污水和工業廢水匯入深圳灣[86,88].因此,福田紅樹林的城鎮生活污水排放量(B6)和工業廢水排放量(B7)賦值均偏低,尤其是后者為四地紅樹林中的最低值.深圳灣近岸海域長期處于富營養化狀態,福田紅樹林水體營養鹽含量在大部分季節和區域均為劣Ⅴ類[89].保護區內海水普遍受到重金屬/類金屬污染,其中以Hg、As和Cd的生態風險最高,主要來自保護區附近的汽車維修廠、電子產品加工廠及合金制造廠等[30].與米埔類似,福田紅樹林的紅樹植物和大型底棲動物生物多樣性偏低.福田紅樹林保護區管理局有明確的職能配置,設置了科研、保護區和公園等多個科室,管理機構較為全面,各項法規的執法力度也行之有效[16].為了更好地維護保護區的生境健康,福田紅樹林與米埔紅樹林一樣采取封閉管理模式,但與后者相比,福田紅樹林自然保護區對市民的開放程度不夠,游覽活動也主要以觀鳥為主,游覽項目單一,教育和宣傳工作尚有不足[48].福田紅樹林應借鑒米埔紅樹林的發展模式,加強教育宣傳和生態旅游開發力度.總之,雖然福田紅樹林的人為響應積極,但由于環境壓力過大,狀態不容樂觀,其生態系統健康現狀評分最低.

2.2.3 廣州南沙紅樹林 南沙紅樹林生態系統的健康指數為2.54,處于亞健康狀態(表3),說明其已受到一定程度的干擾及環境污染,林內物種多樣性、生態服務價值受到影響,管理水平有待提高,生態系統結構較不穩定,活力退化.其中,壓力、狀態和響應指數分別為3.20(健康)、2.30(亞健康)和2.13(亞健康),主要壓力源為生物入侵程度(B2)、地區生產總值(B4)、第三產業總值比重(B5)和城鎮生活污水排放量(B6);低賦值狀態指標包括水體富營養化程度(B9)、沉積物重金屬污染程度(B11)、沉積物有機污染程度(B12)和大型底棲動物生物多樣性(B15);響應指數在四地紅樹林中最低.

南沙紅樹林的主要分布區域如南沙濕地公園、大角山海濱公園及坦頭村等局部地段薇甘菊入侵嚴重[22].廣州市作為廣東省省會,經濟發達且人口規模大,《廣州市生態環境統計公報(2019年)》顯示廣州市城鎮生活污水排放量高達14.9億t,為四地紅樹林中最高.根據《2018年廣州市海洋公報》,南沙紅樹林附近海域呈重度富營養化狀態,并且自2018年以來南沙區蕉門水道出現持續的總磷超標[90].南沙區作為廣州市“南拓”開發區,引入了大量重點工程的建設,例如南沙港區中部和北部修建的龍穴造船廠以及南部沿岸建立的深水碼頭等[91],又因為其靠近獅子洋還可能受到東莞市工業廢水排放的影響[31],使南沙紅樹林沉積物中有毒金屬含量普遍偏高,其中以Cd的生態風險最大[92].珠江三角洲是重要的電子產品、紡織品及建筑材料生產地,其中位于廣州北部的清遠市是大灣區著名的電子垃圾回收基地[93],大氣、水體中攜帶的PBDEs在紅樹林中沉降下來[94-95],因此南沙紅樹林沉積物有機污染風險在四地紅樹林中最高.南沙紅樹林的大型底棲動物生物多樣性為四地紅樹林中最低.目前南沙紅樹林面積僅存83hm2[22],能提供的生態服務功能有限.南沙紅樹林多呈零散分布,缺乏統一化管理,加之堤防工程、港口碼頭建設和大量采沙等不合理開發活動,紅樹林面積縮減,南沙紅樹林生境趨于惡化[96].總之,南沙紅樹林的生境污染嚴重,加之保護管理工作尚未引起當地政府和民眾的足夠重視,其生態系統健康狀況堪憂.

2.2.4 珠海淇澳島紅樹林 淇澳島紅樹林生態系統的健康指數為3.05,處于健康狀態(表3),表征其受干擾及環境污染較少,林內物種較豐富,生態服務價值較高,并得到較全面有效的管理,生態系統結構尚為穩定,活力較強.其中,壓力、狀態和響應指數分別為3.77(健康)、1.93(不健康)和3.44(健康),體現外界壓力的主要指標為生物入侵程度(B2);水體富營養化程度(B9)、水體重金屬污染程度(B10)、沉積物重金屬污染程度(B11)、紅樹植物生物多樣性(B14)和大型底棲動物生物多樣性(B15)是低賦值的狀態指標;響應指數健康.

與福田紅樹林不同,淇澳島紅樹林地處海島而遠離市中心,因此受外界壓力相對較小,這與Wang等[18]研究結果一致.互花米草是淇澳島紅樹林內威脅最大的入侵物種,曾一度占據了紅樹林外圍的大片灘涂,使紅樹林難以向外擴散,甚至退化[24].《2016年珠海市海洋公報》中顯示淇澳島附近海域呈重度富營養化狀態.淇澳島紅樹林受到島上處理的或未經處理的生活污水排放影響[97],加之對岸珠海市區生活污水的排放,海水營養鹽含量很高.淇澳島紅樹林位于珠江口西部,由于地轉偏向力的作用,珠江徑流入海后會向西邊運輸,因此珠江上游攜帶的陸源污染物在流經淇澳島紅樹林后被截留[31,58],導致淇澳島紅樹林生境重金屬污染嚴重.淇澳島紅樹林同樣存在紅樹植物和大型底棲動物生物多樣性偏低的情況.淇澳島紅樹林的管理體系較為健全,且在保護紅樹林的舉措方面有突出的成效:①成功控制互花米草入侵.早期互花米草大肆入侵時,Chen等[98]根據互花米草的喜陽特性,主張引種生長迅速且冠層濃密的海桑(在2008年凍害后大量死亡)和無瓣海桑,成功遏制了互花米草的蔓延,使淇澳島紅樹林面積從1999年僅存的32.2hm2恢復至如今的700hm2[26].②林分結構優化.在淇澳島紅樹林開展的無瓣海桑與鄉土紅樹大面積種植實驗[99]表明,耐陰紅樹木欖與無瓣海桑混交有良好的成效,此舉克服了無瓣海桑單一物種造林的不足.因此淇澳島紅樹林在抑制互花米草入侵及人工造林方面的經驗可供其它地區紅樹林學習參考.總之,當地對淇澳島紅樹林的保護工作有不錯的成效,但是由于其狀態指數仍處于不健康狀態,因此對紅樹林的保護工作不能懈怠,仍需提高保護和管理水平.

2.3 粵港澳大灣區城市紅樹林存在的健康問題

基于城市紅樹林生態系統健康評價結果,可以發現受到粵港澳大灣區高強度城市化和人類活動的影響,該區城市紅樹林面臨著生態退化、環境污染等一系列問題,主要包括生態失衡導致的病蟲害與生物入侵、受納外源污染導致的環境污染、棲息地破壞導致的生物多樣性下降共性問題及自身特征與管護水平差異導致的其它個性問題.

2.3.1 城市紅樹林生態失衡導致的病蟲害與生物入侵問題 人類活動如城市擴張、海堤修建等阻斷了陸海生態系統的連通性[100],而陸鳥以食蟲為主,阻斷后導致此環節的生態功能失衡.同時,紅樹林生態系統在人類活動的干擾下抗入侵能力下降,在貿易全球化的背景下,更是加快了生物入侵的速度[101-102].全球紅樹林的蟲害爆發問題在近20年才出現,指示紅樹林生境的惡化,導致林內植被趨于單一、天敵昆蟲及陸鳥數量減少[103].其中福田紅樹林的病蟲害問題最為嚴重,一度影響紅樹植物白骨壤種群更新[104].四地城市紅樹林主要的生物入侵物種為薇甘菊和互花米草,其中薇甘菊入侵在米埔和福田紅樹林中最為嚴峻,其次是南沙紅樹林.薇甘菊為攀援藤本植物,能攀爬至本土紅樹植物上方,令其不能進行光合作用而枯萎;互花米草是淇澳島紅樹林內危害最大的入侵物種,其生長速度快、侵占能力強,嚴重威脅本土紅樹植物的生存空間[105].

2.3.2 城市紅樹林受納外源污染導致的環境污染問題 城市的大量人口聚集和臨海產業布局勢必增加海岸帶生態系統的污染負荷,加之紅樹林沉積物富含有機碳且多為黏土質地,使其成為多種外源污染物的優先匯聚地[32].當前四地城市紅樹林均存在不同程度的復合污染問題:①四地城市紅樹林周邊海域均為重度富營養化狀態,歸因于大量生活污水的排放.其中位于深圳灣兩岸的米埔和福田紅樹林的海水富營養化程度更高,這是由于深圳灣的半封閉式結構使海灣內水體交換能力不足,污染物更容易聚集[106].②四地城市紅樹林的水體和沉積物重金屬污染嚴重,多處于中等及以上生態風險.深圳市有著相對高的工業產業比重,深圳河流域內分布有密集的電子、通信和金屬制造業[107],河水攜帶大量重金屬匯入深圳灣,造成福田和米埔紅樹林生境的重金屬污染;南沙和淇澳島紅樹林的重金屬污染具有很高的生態風險,除了南沙紅樹林的海水重金屬污染呈輕微生態風險,可能歸因于珠江流速快,起到稀釋污染物的作用[106].南沙紅樹林生境的重金屬污染源于本地及外地(如東莞),而淇澳島紅樹林生境的重金屬污染主要源于珠江上游城市的外源輸入.③受珠江三角洲蓬勃發展的建筑業和電子產業影響[108],四地城市紅樹林的沉積物有機污染為中等生態風險及以上.城市紅樹林長期以來承受著重金屬和有機污染物排放的負面影響,不僅削弱紅樹植物的光合作用、蒸騰作用等生理生化過程,還能在紅樹林食物網中富集從而放大“三致”效應[109-110].更重要的是,紅樹林可能由重金屬和有機污染物的“匯”轉變為“源”[111].

2.3.3 城市紅樹林棲息地破壞導致的生物多樣性下降問題 人類活動如土地占用、污染排放導致的生物棲息地破壞及破碎化,是造成全球生物多樣性下降的重要原因[112-115].粵港澳大灣區城市紅樹林同樣存在棲息地減少和破碎化問題[7],面臨著生物多樣性下降的困境:①除南沙紅樹林,其它紅樹林的紅樹植物生物多樣性偏低,說明紅樹林群落較為單一、結構脆弱,抵抗力穩定性和恢復力穩定性較差.南沙紅樹林的紅樹植物生物多樣性很高,與東寨港[35]相當,且顯著高于同緯度地區的紅樹林.這得益于1998年以來南沙濕地公園大力引種木欖等紅樹植物,提高了當地紅樹植物生物多樣性[64].②與城市化程度相對更低的海南[39]、廣西北部灣[37,116]紅樹林相比,粵港澳大灣區城市紅樹林的大型底棲動物生物多樣性均偏低,不僅與其紅樹植被類型簡單有關,還指示生境污染問題[117-118].大量研究證明,四地城市紅樹林沉積物中普遍存在重金屬[57,119-120]、有機污染[32,59-61,121-122]和微塑料污染[123-124]等問題.③我國紅樹林濕地處于東亞-澳大利西亞候鳥遷飛路線上[125],相對于東寨港[126]、泉州灣河口[127]和廣西山口[128]紅樹林,粵港澳大灣區城市紅樹林鳥類生物多樣性處于較高水平,但福田紅樹林由于地處城市腹地,存在嚴重的噪聲污染、高建筑物阻擋及生境污染等問題,鳥類生物多樣性指數相對偏低為3.02[42].整體上看,粵港澳大灣區城市紅樹林的紅樹植物和大型底棲動物生物多樣性偏低,鳥類生物多樣性尚能維持在較高水平,生態系統穩定性不足.若不采取相應對策提高紅樹植物和大型底棲動物生物多樣性,未來鳥類生物多樣性可能存在降低的風險.

2.3.4 城市紅樹林自身特征與管護水平差異導致的其它個性問題 福田和南沙紅樹林生態系統健康指數為亞健康.福田紅樹林位于城市腹地,加之面積過小,生境脆弱而對外界干擾的抵抗力差,使其成為四地城市紅樹林中受外界壓力最大的城市紅樹林,由此引發了一系列生態健康問題.南沙紅樹林面積小且分布零散,與其它三地城市紅樹林相比,管理水平明顯不足.對南沙區坦頭紅樹林實地考察發現,該區域紅樹林沒有專職人員管理,外來人員可以隨意進出紅樹林.雖然廣州市政府已頒布《廣州市濕地保護規定》等相關政策指導紅樹林濕地的保護工作,但南沙紅樹林至今未建立自然保護區,且紅樹林周邊居民多以務農為主,環保意識薄弱,捕鳥、采沙、砍伐紅樹等破壞生態的行為仍時有發生[91],南沙紅樹林的管理保護與開發利用處于嚴重失衡狀態.

2.4 粵港澳大灣區城市紅樹林健康提升對策

對紅樹林生態系統所受外界壓力的控制及保護管理對策的有效性決定了紅樹林生態系統健康的未來走向.針對粵港澳大灣區城市紅樹林存在的健康問題,從監測評價、修復技術及政策法規方面出發,提出相應的管理對策.

2.4.1 以緩解生態失衡為目標,高效監測并推廣基于自然法則的生態恢復 城市紅樹林的開發利用應始終將環境保護放在首位,使生態系統通過自我調節恢復至生態平衡狀態,從根本上緩解病蟲害和生物入侵問題,具體對策如下:

在監測評價方面:通過3S技術定期監測紅樹林病蟲害的發生地點、面積及危害程度[129],追溯外來物種的入侵軌跡并評估入侵風險,分析病蟲害和外來入侵物種與環境因子之間的關系.利用遙感影像和環境數據建立相應的預測模型[130],幫助保護區管理人員快速評價決策,及時采取有效的防治對策.

在修復技術方面:與傳統海堤相比,生態海堤在發揮護岸作用的同時還具備保護海岸帶生態系統結構與功能、提高陸海連通性的作用[131].范航清等[132]提出一種集物理防御、生態保護及文化功能為一體的生態海堤發展模式,在改善海岸帶生態環境的同時產生經濟效益.基于自然法則的生物防治方法,能最大限度地降低環境負擔和生物耐藥性.高效專一生物農藥如蘇云金桿菌對海欖雌瘤斑螟的防治率達到90.6%,在病蟲害防治工作中應用廣泛[133-134].利用天敵昆蟲和鳥類的食物鏈作用也是重要的生物防治手段[135],必要時輔以物理(誘捕燈)、化學(低污染藥劑)防治方法.同時,選取高抗性紅樹植物品種混交,合理配置紅樹資源,提高紅樹林整體抵御病蟲害的能力[135].入侵生物防治可采取以生物防治為主的綜合防治手段,如小面積的平坦區域可以采用人工去除手段,而大面積的嚴重入侵區域可以采用物化或生物去除手段,具體可根據入侵物種的光照偏好特性、生態位替代等原理實現入侵生物的有效控制[136].

在政策法規方面:政府部門及保護區管理局應積極推行并及時更新病蟲害和生物入侵防治政策,投入資金以引進先進設備,聘請專業人員指揮防治工作.同時加強林業工作的監管,完善外來入侵物種管理名錄[137],無論是個人還是企業均需嚴格按照我國林業制度規范進行登記和檢疫,防患于未然.

2.4.2 以源頭控制為根本,整體改善環境質量 城市紅樹林生態系統長期承受外源污染的輸入,已超出紅樹林本身的自凈能力[138].為了整體改善環境(包括水體和沉積物)質量,關鍵在于從源頭控制外源污染,具體對策如下:

在監測評價方面:建立海洋生態環境監測系統,通過海洋站、衛星遙感、監測船和浮標組成的多維監測網對海洋環境進行實時監測,針對特殊區域如濱海濕地(紅樹林)海域進行重點監測.構建海洋環境信息數據庫,實現陸海監管部門數據共享[139],開展全方位的監測評價工作,對污染物進行溯源.

在修復技術方面:目前粵港澳大灣區城市的污水管網缺口仍然較大,應大力提高管網鋪設和污水處理廠建設工作[140],加快推進雨污分流管網工程.大灣區污水排放量巨大,盡管處理尾水達標排放,仍超出紅樹林濕地的自凈能力,因此要嚴格管控陸源城鎮生活污染物及農業面源污染物的排放,落實垃圾分類、水廠污泥資源化和農作物科學施肥.根據海域劃分標準和海岸帶濕地納污能力合理規劃臨海產業布局,高污產業所產生的污水需進行深度處理再排放,同時對偷排和超標排放行為實施生態補償[141],最終達到入海污染物總量的控制.海岸帶沉積物修復以植物和微生物修復為主,輔以物理修復(覆蓋)和環保疏浚等方法,使污染物達到降解、隔離和鈍化的效果[142].

在政策法規方面:目前我國針對海洋環境的整治已推出《海洋環境保護法》、《海洋自然保護區管理辦法》等法律法規,可根據海洋環境監測數據及參考國外先進的海洋環境監測和管理辦法進行補充與完善.建立跨行政區域的水環境責任體系,統籌大灣區多區域合作治理海洋環境污染[100].

2.4.3 以保護生物多樣性為重點,提高紅樹林生態系統穩定性 保護生物多樣性對于生態系統功能的正常發揮及維持生態系統穩定性具有重要的作用[114,143].考慮到城市紅樹林生態系統的相對脆弱性[144],亟需采取相應措施保護紅樹林生物多樣性,具體對策如下:

在監測評價方面:對于紅樹植物,可利用無人機高光譜遙感和機器學習算法對紅樹植物進行種類識別[145],實現自動化監測;對于大型底棲動物和鳥類,傳統方法如形態學鑒定和人工目測等存在效率低、數據有限和準確性差的缺點.環境DNA-宏條形碼技術是目前監測水環境中大型底棲動物群落最有應用前景的方法,能實現大尺度下物種多樣性的高效準確監測[146].國內外基于“聲音景觀生態學”開展鳥類生物多樣性監測的研究逐漸興起[147],增強回歸樹算法[148]及基于對象的語譜圖分割技術[149]可實現鳥類聲學數據統計建模,探究不同時空尺度的鳥類生物多樣性模式.根據實時動態監測的結果,對紅樹林生物多樣性進行同步的全要素綜合評價,提取敏感指標,開發紅樹林生物多樣性快速評估方法并實現預測預警功能.

在修復技術方面:在保護現有紅樹林資源的基礎上,統籌人工造林工程,造林以鄉土紅樹秋茄、白骨壤、木欖和桐花樹等為主,謹慎引種外來物種;根據不同紅樹植物的耐鹽性和耐淹性,合理分配宜林地;關注林分結構優化問題,避免大規模種植單一紅樹,對存活率低的地塊進行及時補種,努力恢復紅樹植物生物多樣性.目前已有研究表明,紅樹林大型底棲動物對紅樹凋落物的攝食具有選擇性[150-151],因此探索不同紅樹物種對大型底棲動物群落組成與結構的影響機制,篩選出大型底棲動物“偏好”攝取的紅樹物種,將有利于提高紅樹林大型底棲動物生物多樣性及生物量.改善紅樹林生境質量,在紅樹林濕地外圍建立喬灌木綠化帶,與紅樹林內部相連形成鳥類生態廊道,同時起到降噪降污的效果.

在政策法規方面:作為世界上最重要的藍碳生態系統之一,紅樹林生物多樣性直接影響其碳匯能力[2].許多國家如肯尼亞、越南和印度等正在積極推動藍碳保護項目的開展,通過個人、非政府組織或公司自愿購買碳排放量和獎勵紅樹種植等政策保護和恢復紅樹林濕地[152].目前我國也成功推出了首個藍碳保護項目“湛江紅樹林造林項目”,但我國藍碳項目的開發仍處于起步階段,政府部門應充分發揮其引導作用并鼓勵社會資本投資,助力藍碳市場的發展[153].同時,地方政府需有針對性地制定省市級或紅樹林保護區政策法規,將生物多樣性保護納入發展規劃,依法處置濫砍亂伐、養殖占用和建筑開發等違法行為.

2.4.4 因地制宜,充分發揮城市紅樹林經濟-社會-生態效益 福田和南沙紅樹林的生態服務功能偏低,在提高紅樹林濕地面積上仍有很大潛力.灘涂造林曾是濕地恢復的重要手段,但存在成本高、技術難度大和侵占水鳥覓食地等缺點[154].據統計,1980年以來廣東省占用的紅樹林林地中有98%以上用于挖塘養殖,遺留下許多廢棄養殖塘[155],因此退塘還林應是未來我國紅樹林生態恢復的主要手段[154, 156].針對南沙紅樹林部分區域管理水平不足問題,建立自然保護區是行之有效的對策,同時嚴格落實管理部門責任,保障管護資金,嚴懲違法破壞紅樹林生境的行為.

城市紅樹林在科研教育和生態旅游方面可以借鑒米埔紅樹林的發展模式,同時結合自身發展定位,充分發揮生態效益.在科研教育方面,針對不同的受眾群體制定相應的自然教育模塊,通過邀請學生到訪參觀紅樹林、推行課題項目研究等途徑提高學生的環保意識和參與度;通過將線上信息網站、微信公眾號和線下教育宣講活動、市民開放日相結合,向公眾提供多元化的生態教育服務.在生態旅游方面,遵循適度開發的原則,因地制宜結合植物利用、生態養殖等產業,突出地方特色,推進紅樹林生態成果產業化[83].

3 結論

3.1 構建了適用于城市紅樹林生態系統健康狀況評估的指標體系和方法,從壓力、狀態和響應三個層次出發,涵蓋自然因素干擾、人為因素干擾、生境污染指標、生態指標、生態服務功能和保護區管理水平6個要素層以及具體表征的24項指標,可有效反映經濟-社會-生態的復合影響.

3.2 淇澳島(EHI: 3.05)和米埔(EHI: 3.03)紅樹林生態系統處于健康狀態,南沙(EHI: 2.54)和福田(EHI: 2.13)紅樹林生態系統處于亞健康狀態.

3.3 壓力指數方面,米埔和福田紅樹林為亞健康,自然壓力源為病蟲害和生物入侵,人為壓力源為人口、經濟相關指標和城鎮生活污水排放,福田還存在工業廢水排放壓力.狀態指數方面,城市紅樹林的海水富營養化嚴重,南沙和淇澳島紅樹林還存在嚴重的有機和重金屬污染問題;紅樹植物(除南沙紅樹林)和大型底棲動物生物多樣性普遍偏低,但鳥類生物多樣性較高.響應指數由紅樹林的生態服務功能和保護區管理水平共同決定,福田和南沙紅樹林由于面積小使生態服務功能偏低;南沙紅樹林的管理水平不足.

3.4 粵港澳大灣區城市紅樹林存在生態失衡導致的病蟲害與生物入侵、受納外源污染導致的環境污染、棲息地破壞導致的生物多樣性下降的共性問題及自身特征與管護水平差異導致的其它個性問題,建議:以緩解生態失衡為目標,高效監測并推廣基于自然法則的生態恢復;以源頭控制為根本,整體改善環境質量;以保護生物多樣性為重點,提高紅樹林生態系統穩定性;因地制宜,充分發揮城市紅樹林經濟-社會-生態效益.

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Ecosystem health assessment and management strategies of urban mangrove: A case study of Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area.

ZHANG Yue-qi, ZHANG Zhi, JIANG Bi-qian, SHEN Xiao-xue, LI Rui-li*

(School of Environment and Energy, Peking University Shenzhen Graduate School, Shenzhen 518055, China)., 2022,42(5)：2352～2369

To clarify the ecosystem health status of urban mangroves in Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area (GBA), an indicator system for ecosystem health assessment of urban mangroves was developed based on PSR (Press-State-Response) model and analytic hierarchy process in this study. The indicator system was conducted on four typical urban mangroves in GBA: Mai Po in Hong Kong, Futian in Shenzhen, Nansha in Guangzhou, and Qi’ao island in Zhuhai. The health problems were identified and management strategies were put forward. The results showed that: The ecosystem health index (EHI) of mangroves were Qi’ao island (3.05, health)>Mai Po (3.03, health)>Nansha (2.54, sub-health)>Futian (2.13, sub-health). As for the press indicators, the natural pressure sources for mangroves in Mai Po and Futian were pests harm and biological invasion, while the artificial pressure came from the increasing population, the rapidly developed economy, and municipal wastewater discharge. In addition, the mangroves in Futian were suffering from the discharge of industrial waste. In terms of the state indicators, four urban mangroves were all suffering from seawater eutrophication. Organic and heavy metals seriously polluted the mangroves in Nansha and Qi'ao Island. The biodiversity of mangrove plants (except for Nansha) and macrobenthos was low, but birds' biodiversity was relatively high. For the response indicators, the mangroves in Futian and Nansha hold low ecological service functions due to their small areas, and the management level of mangroves in Nansha was insufficient. The leading health problems of urban mangroves in GBA include two aspects: firstly, common issues, including pests harm and biological invasion caused by ecological imbalance, environmental pollution caused by external pollution, decrease in biodiversity caused by habitat destruction. Secondly, personality issues, including the differences in the characteristics and management levels of mangroves. Considering the health problems mentioned above, suggestions are proposed: effectively monitor and promote ecological restoration based on natural laws to alleviate ecological imbalance, take source control as the foundation and improve environmental quality as a whole, focus on the protection of biodiversity and improve the stability of mangrove ecosystem, in accordance with local conditions and give full play to the economic, social and ecological benefits of urban mangrove.

Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area；urban mangrove；ecosystem health assessment；health problem；management strategies

X171

A

1000-6923(2022)05-2352-18

張月琪(1997-),女,廣東廣州人,北京大學深圳研究生院碩士研究生,主要研究方向為環境生態學.

2021-09-30

廣東省海洋經濟發展專項資金資助項目([2020]059);深圳市自然科學重點基金資助項目(JCYJ20200109140605948)

* 責任作者, 研究員, liruili@pkusz.edu.cn