圍填海對海洋水動力與生態環境的影響

林磊，劉東艷，劉哲，高會旺

(1.中國海洋大學 海洋環境與生態教育部重點實驗室，山東 青島 266100; 2.中國科學院煙臺海岸帶研究所 中國科學院海岸帶環境過程與生態修復重點實驗室，山東 煙臺 264003)

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圍填海對海洋水動力與生態環境的影響

林磊1，劉東艷2*，劉哲1，高會旺1

(1.中國海洋大學 海洋環境與生態教育部重點實驗室，山東 青島 266100; 2.中國科學院煙臺海岸帶研究所 中國科學院海岸帶環境過程與生態修復重點實驗室，山東 煙臺 264003)

摘要：近10年來，中國海岸帶圍填海活動呈現出規模大、速度快的發展態勢。圍填海能帶來顯著的經濟效益，但對海洋環境與生態的負面影響也不可忽視。針對圍填海對海洋環境和生態的影響及作用機制，分別從水動力和生態系統兩個方面進行了概述。圍填海改變了海洋的自然幾何屬性(原始岸線、地形地貌、海灣面積)，引起水動力環境的變化(潮汐系統和海灣水交換能力)，進而影響了海灣的環境容量；圍填海破壞了生物棲息地、導致生物多樣性的喪失，影響到生態系統結構與功能的穩定性；水動力與生物多樣性的變化可顯著影響到生物地球化學過程，加速富營養化進程，惡化水質，增加生態災害風險。目前，圍填海后的生態修復策略主要有增加生物量、建設自然保護區、退陸還海3種方式；而生態補償策略則多基于“生態系統服務功能與生境面積的大小為線性關系”，通過對其經濟價值的量化后進行生態補償與實施相關政策。國際上，生態系統服務功能的量化參數逐步納入實際管理，并在線性關系研究的基礎上，逐步納入一些非線性的理念，使生態補償機制更為合理化；而我國對于圍填海生態效應的定量化研究及科學理論在管理政策中的實際應用仍亟待提高。整體而言，全面、準確地評估圍填海對海洋環境與生態的影響離不開自然科學與社會科學的交叉與融合。

關鍵詞：圍填海工程;水交換；環境容量;生態系統服務功能;生態修復與補償

1引言

圍填海造陸是人類擴大生存發展空間，解決“人地矛盾”的重要手段之一，最早可追溯到春秋戰國時期。工業革命以前，填海目的多以農墾為主，規模小、周期長；而工業革命以后，工業化與建設用地比重逐步增多，同時，由于技術和設備發展迅速，擴大了圍填海的規模，且大幅度縮短了工程周期[1]。中國人口居世界之最，經濟發展迅速，人地矛盾突出，已成為世界上每年圍填海最多的國家。據不完全統計，從1949年到20世紀末，中國圍填海面積約為11 000～12 000 km2，平均每年填海面積210～220 km2，“十五”期間(2000-2005年)，每年填海造陸接近300 km2，“十一五”期間(2006-2010年)，增加到每年700 km2，呈現出規模大、速度快的態勢[2]。“十二五”規劃把海洋提升為國家發展戰略，全國各地沿海省份都在積極布局海洋戰略，實施新一輪開發，加快培育沿海地區新的經濟增長點。以交通運輸部為例，已批復的18個沿海港口發展規劃將占用2 251 km岸線、1 251 km2陸域以及1 615 km2錨地用海，僅18個未來大型港口岸線就占大陸岸線總長的13%[3]。

圍填海在一定程度上緩解了人地矛盾，給社會帶來了顯著經濟效益，但另一方面，缺乏科學指導的圍填活動可對生態環境產生顯著負面效應，破壞生態系統服務功能，甚至形成安全隱患。例如，在20世紀80年代，山東省無棣縣與沾化縣大規模的圍填海使岸線向海推進了數10 km，潮間帶寬度銳減，嚴重削弱了岸灘對強潮的抵抗力，1997年和2003年遭受了兩次特大風暴潮襲擊，兩縣淹沒土地5萬hm2，形成巨大的經濟損失[4]，而如此密集和大規模的海洋災害在當地史無前例。

西方發達國家早在20世紀， 就提出了“保護與開發并重”的理念，強調從經濟-環境-社會三方面綜合權衡圍填海的得失，并逐漸將生態系統的理論運用到管理概念中，將自然科學與社會科學結合并納入管理系統[5-6]。然而，國內相關研究十分滯后，最近10年才有研究陸續開展，但已經引起科學家的高度關注。2010年的院士咨詢報告“我國圍填海工程中的若干科學問題及對策建議”中明確提出應高度重視圍填海對近海生態系統的影響[7]；2010年，中國環境與發展國際合作委員會年會的國合會報告，將圍填海對近海生態系統的影響做為單列議題；在陸-海相互作用大框架下，圍填海對海洋經濟資源的影響也正成為重要研究內容[8]。因此，了解圍填海對海洋環境與生態的影響，揭示其作用機制，并形成科學的圍填與應對策略，是海岸帶經濟開發過程中迫切需要應對的環境問題。本文通過對國內、外大量圍填海案例的綜合閱讀分析，闡述圍填工程對海洋水動力環境以及生態系統的影響與機制，以及相關的修復與補償策略。此外，以中國膠州灣作為典型案例，討論分析了海灣圍填海的綜合環境效應，以期為中國圍填海環境與生態效應的研究、相關規劃與管理等工作提供科學依據。

2圍填海對海域水動力環境的影響

海洋中水是物質和生物的載體，海洋的水動力過程對海水中物質輸運與生物過程起到重要作用。圍填海對海洋水動力過程的影響主要表現為: 通過改變原始岸線、地形地貌和縮小海灣的面積、容積引起近海潮汐系統和海灣水交換能力的變化。在海洋水動力系統穩定性較弱的小海灣，圍填海的影響更為明顯。

2.1圍填海改變了海域的自然屬性

圍填海對施工海域最直接的影響就是改變了海域原有的自然幾何屬性，包括海岸形狀、海域面積、海灣容量和海底地形地貌等。圍填海施工時，考慮到成本節省，多對原有岸線進行截彎取直，從而改變了海岸線長度和形態，使海岸線長度變短，趨于平直[9]。如，1990-2005年，填海造地使得大連市海岸線縮短了93.4 km，與此同時，自然岸線的比重也由原來的64.8%下降到了56.1%，海岸自然結構發生了顯著的變化[10]。其次，圍填海可極大縮減海域面積，尤其是潮間帶。據不完全統計，在過去的半個世紀中，中國的圍墾活動已導致黃海周邊65%的潮灘消失[11]；中國圍填海面積超過50 km2的海灣有16個之多[12]。此外，圍填海工程以及人工島的建設還會直接破壞海底的平衡態，改變沉積物輸運格局，導致海底地形地貌發生非自然演變[13]。如荷蘭Wadden海內泥灘的逐漸消失正是由于圍填海造成的[14]；在韓國新萬金海域，圍填海工程則導致沿人工堤壩的海底受到強烈侵蝕，形成了幾條較深的海槽和水道[15]。

2.2圍填海對近海潮動力過程及海灣水交換的影響

近海的海水運動主要以潮為主，在海岸線上的圍填活動改變岸線結構，影響了潮波反射的位置和方向，從而導致潮流的流速、流向以及潮汐的振幅、遲角的變化。在韓國的新萬金附近海域，Choi等[16]通過數值模擬發現了筑壩工程導致M2分潮振幅減小8～10 cm，遲角減小約3.5°；Park等[17]進一步探究了該影響的機制，發現岸線改變對潮波反射的影響是潮振幅減小的根本原因。圍填海對潮的影響不僅僅產生于局地海域，對遠離圍填的海域也存在顯著影響，通常稱為遠區效應(far-field effect)[18]。例如，對中國海岸帶潮灘區域的圍填會導致渤、黃、東海潮波的振幅、遲角以及無潮點的變化；韓國西海岸的圍填海工程使得山東、江蘇及長江口等地沿海潮流、潮汐系統都受到影響[16，18—19]。這些研究表明，圍填海施工時僅僅考慮其對當地海域的影響可能是不夠的，規模較大的圍填海工程可能需要進行跨市、跨省甚至跨國家之間的評估、協調。

海灣內的圍填工程通常會導致灣內潮流減弱，主要動力機制是由于圍填海縮小了海灣的空間尺度，減小了駐波型潮波反射距離所致[20]。如從1968年到1983年，由于海灣面積的縮小，日本的東京灣灣口流速減弱了約20%[21]。這類現象在日本的Ariake灣[22]、中國福建的多個海灣[23]、浙江的象山港[24]、杭州灣[25]、遼寧的錦州灣[26]等地都有發現。海灣容積的減小和潮流的減弱將降低海灣的水交換能力，并導致其環境容量減小和納污能力減弱[27]。如鮑獻文等[23]通過數值模擬的方法對福建省10多個海灣進行評價，發現受圍填海的影響，這些海灣潮流都存在不同程度的衰退，水交換能力基本呈下降趨勢。然而，并非是所有情況下的圍填海都會削弱海灣的水交換能力，Okada等[28]發現在日本東京灣圍填海反而減小了海灣的水體存留時間，增強了水交換，究其原因是由于該海灣與外海水交換是由河流徑流帶來的斜壓環流所主導，而非潮流，圍填海使得海灣容積減小，徑流不變情況下海灣鹽度與外海梯度增大，從而增強了斜壓環流，水交換也隨之增強。因此，圍填海對海灣水交換的影響與該海灣水動力的性質有關，應分情況考慮。

3圍填海對海域生態環境的影響

海洋生態系統的健康程度是海洋生命力強弱的重要表征，圍填海對海域自然屬性的改變、施工過程產生的污染物、以及圍填海形成的負面環境效應，都將會對海域的生態系統產生不同程度的影響。

3.1直接影響：破壞棲息地、生物多樣性大量丟失

生物多樣性的變化可顯著影響到生態系統結構與功能的穩定性。重要功能群的消失可產生多米諾骨牌效應，引起其他物種在數量上的減少甚至完全消失，導致生態服務功能喪失。圍填海對生物棲息地與生物多樣性的破壞作用是直接的、顯著的，很多描述性研究已經闡明了這一現象。甚至，Sala等在Science上撰文描述2100年全球生物多樣性情景，指出土地利用和氣候變化是導致生物多樣性下降的最重要原因[29]。圍填海的影響主要表現在兩方面：一是由于直接在物種棲息地處的圍填、掩埋，導致某些特定物種或部分物種無“家”可歸，逐漸消亡。例如，英格蘭東部的沃什灣潮灘圍墾使得潮間帶鹽沼變窄，最終導致了雌麻鴨(Shelduck)和7種鸻亞目(Charadrii)涉禽的減少[30]；渤海灣的圍填海導致候鳥棲息地的大量縮減，僅存的棲息地內候鳥密度急劇增加，瀕臨崩潰的邊緣[31]；江蘇沿海灘涂的圍墾導致了圍墾區內沙蠶在一兩個月內快速絕跡[32]。二是圍填間接導致生境環境因子的突然改變(如水溫、鹽度、營養鹽、沉積物特性等)，影響了物種的生存和演替，導致生物多樣性的破壞。例如，韓國Donggum-do東部鹽土植物山茶的突然消失是由于海岸工程減弱了潮流增加了海域沉積速率，并超過了發芽的臨界值，導致了該物種的快速消亡[33]；1997年日本的諫早灣內堤壩的建成，隔絕了其與外海的交換，海水鹽度下降導致了本地11個海洋雙殼類物種的快速死亡和外來物種的入侵[34]；河口的大型圍填海工程會徹底摧毀魚類產卵場，施工時造成的高濃度懸浮顆粒擴散場會對相當大范圍內的魚卵、仔稚魚造成傷害，或者引起灘涂濕地、海草床或珊瑚礁等生境退化，破壞了仔稚魚的棲息地，而魚卵和仔稚魚是魚類資源的補充和基礎，進而影響到漁業總產量[35]；Yan等[36]估算了錦州灣海上機場建設過程中升高了海水懸浮物濃度造成的生態損失，若施工不當可能造成近3.91億顆魚卵、1.52億條幼魚和142 t游泳生物死亡，漁業價值損失約合200萬美元。

生物多樣性在維持生物地球化學循環中發揮著重要作用，物種的大量減少可顯著降低生態系統的自凈功能。如大量元素隨河流進入濕地，其溶解態的氮、磷可以被水生維管植物、海藻與海草床和藻類快速吸收，凈化水體；而一些有機態的顆粒則會沉降下來，進入沉積物，成為底棲動物、浮游植物、細菌、真菌等生物的重要食物；而濕地鹽沼維管植物通過植株-根系將光和作用產生的氧輸送至濕地床，形成富氧微環境，為微生物的硝化和反硝化作用創造了條件，通過微食物環作用將無機物釋放回水中，支撐生物地球化學循環系統[37—40]。因此，生物多樣性的喪失讓各種有機、無機物質在沉積環境中的不斷積累、降解，改變了水體、沉積環境中的氧含量，影響底質和底層水的氧化還原電位、酸堿平衡、生物化學和物理化學過程，加劇了底質惡化與水體的富營養化。

3.2間接影響：生態災害增多

圍填海極易加劇海水富營養化過程，由于圍填海后海域水交換能力可能減弱或環境容量減小，以及水動力變化導致各種物質的分配、轉移、擴散發生改變，從而對海洋生物地球化學循環過程形成持久性影響。如韓國新萬金堤壩的建造減弱了附近水域的水動力，導致污染物不易交換出去，近岸赤潮、低氧等環境問題頻發[41]；Li等[42]利用數值模擬方法開展樂清灣潮流及半交換時間的研究結果顯示填海工程使得水交換時間增加了1～6 d，造成污染物無法及時輸出，是導致樂清灣成為國內污染最為嚴重的8個近岸海域之一的重要原因，夏季赤潮頻發，對生態系統形成嚴重影響。

同時，圍填海材料的使用和圍填海施工過程會導致水質惡化，潮灘填埋垃圾會使其中的有機質、污染物滲入地下水和沿海水域，造成水域的污染[43]；污染物通過食物鏈進入生態系統，進而可能引發各種人類的疾病，已有的研究證明重金屬具有顯著的生物富集和沿食物鏈生物放大效應，既能被海洋魚類和貝類體表吸附，也可被生物體直接吸收，并沿食物鏈傳遞，通過食品渠道，危害人類食物安全和健康[44]。如世界聞名的“公害病”——水俁病就是由汞污染后在海產品中富集并被人食用引起的。黃、渤海沿岸已是中國持久性有機污染物和重金屬污染最為嚴重的海域之一[45—46]，在黃海底棲貝類體內，滴滴涕和石油烴的超標率分別為15.2% 和21.4%[47]，盡管目前大量的研究表明河流輸入是各種污染物的重要通道，未有調查與研究明確指出海洋中汞與持久性有機物的來源與圍填海有必然聯系，但圍填海尤其是使用垃圾填埋后的釋放有可能是其中的源頭之一，目前很少有研究去估算這種大規模圍填海形成的局地污染效應。

4案例分析：膠州灣圍填海及環境效應

膠州灣是典型的半封閉海灣，有著長期、持續的、較大規模的圍填海歷史(圖1)，研究資料豐富，具有代表性，因此本節以膠州灣為例，綜合分析圍填海活動對海灣水環境與生態的影響。

根據Shi等[48]的研究，膠州灣圍填海主要經歷了幾個發展的階段： 1935年之前主要是自然演變過程，從1935年到1966年，在膠州灣北部潮灘，大量鹽池和蝦塘的圍建使得總面積減小近18%，在此期間紅島由原來的孤島變為陸連島；從1966年到1986年，大面積的潮間帶被圍填，導致潮灘面積減小了30%，黃島也變成了陸連島；1986年到2000年，圍填海多在內灣進行，整個海灣的海岸線幾乎都受到圍填影響而發生改變；2000至2008年，由于港口和碼頭的建設需要，圍填海主要在靠近灣口的外灣進行，內灣的面積基本保持不變。經過了幾次較大規模的圍填海之后，膠州灣的水域面積已由1935年的555 km2縮減到2008年的349 km2，面積減小了37%。其中，潮灘圍填面積達186 km2，占總圍填面積的90%以上。海岸線長度由215.76 km縮減到178.06 km，縮短了近17%，目前已經有90%的岸線變為人工岸線[49]。

圖1　膠州灣1966-2008年間的岸線變化(岸線數據提取自文獻[50])Fig.1　The variation of shoreline in Jiaozhou Bay during 1966 to 2008 (redrawn from reference[50])

圍填海導致膠州灣水動力衰退，潮流、余流都有不同程度的減弱，納潮量逐漸減小(圖2)。潮流受影響最大的、對填海最敏感的區域是灣口。王學昌等[51]對比了不同填海方案，發現不管哪種方案都會使得灣口流速減小；根據Shi等[48]的模擬結果，相比于1966年，灣口平均流速減小了18%左右；Lou等[52]利用數值模擬研究了外灣港口、碼頭建設對潮、余流的影響，結果發現，其對內灣影響不大，而灣口則有較大改變(流速變化7.7%～65.6%，余流變化29.50%～70.05%)；膠州灣大橋的橋墩也使得灣口處的潮、余流場發生顯著變化，最大處有40 cm/s的改變[53]；Lin等[20]根據潮波駐波特性分析得到灣口是在圍填海影響下流速變化幅度最大的地區，并由水體連續性推導出，在類似膠州灣的小尺度海灣內，圍填海面積的增加與灣口流速減小近似呈線性關系。

同時，膠州灣水交換能力受到圍填海影響發生改變。從1966年至2008年，膠州灣整體的水交換率逐漸減小，其中，30 d水交換率減小了7.5%[54]。Shi等[48]通過對灣內水體平均存留時間的數值研究指出，在過去的幾十年中，圍填海減弱了膠州灣水交換能力，尤其在80年代以后更為嚴重，灣頂東北角水體平均存留時間增加超過50%。而納潮量的降低和水交換能力的下降直接導致了膠州灣環境容量的減小[55]，由此引發膠州灣對排灣污水的承載能力和水環境質量的下降。從90年代中期開始，膠州灣赤潮發生頻率迅速增加，除了污水排放、養殖活動、河流輸入的影響之外，我們不得不考慮環境容量與自凈能力降低加速了海灣的富營養化過程[56]。此外，近幾十年來，受圍填海等人類活動的影響，膠州灣生態功能逐漸退化，生物多樣性銳減。如20世紀60年代滄口潮間帶的生物種類有141種，70年代減為30種，80年代只剩17種，至90年代生物種類則少于10種[57]，浮游植物的多樣性也呈現下降趨勢，平均多樣性指數由1981年的1.09降到2003年的0.69[56]。經估算，由圍填海造成的膠州灣海洋生態系統服務功能和濱海濕地生境服務功能的價值損失分別達到22 732.75萬元/年[58]和4 264萬元/年[59]。由此可見，短期內圍填海對海洋環境與生態造成的巨大影響和潛在的經濟損失。

圖2　膠州灣海域面積及納潮量變化(由文獻[48-49，60-68]資料匯總而得)Fig.2　The change of water area and tidal prism of Jiaozhou Bay (according to the data collected from references [48-49,60-68])

5圍填海影響的總結與討論

圍填海對海域水動力環境以及生態系統結構與功能的影響十分顯著。經過對其影響及機制的調查，不難發現，這些影響并不是孤立的，它們之間存在密切聯系，可歸納總結如圖3。圍填海施工過程中對周圍海域環境的擾動、所使用的填埋材料的釋放會對海域水質造成影響，導致其惡化(例如，錦州灣海上機場建設[36]和上海南匯縣老港垃圾碼頭[43]對水質的污染)；圍填海工程直接導致海岸帶與海域的消失，即海域岸線、地形等自然屬性的變化，這使得原本依托于該地區的生物棲息地消失外(如江蘇沿海灘涂的圍墾導致沙蠶絕跡[32])，其對海域水動力也造成直接、快速而強烈的影響，作為海洋中物質輸運的驅動力，水動力狀況發生改變后引發了海水溫度、鹽度、水交換(自凈)能力、水質(污染物、營養鹽等物質的時空分布)及沉積速率等一系列環境因子的變化，這體現了“水動力”在該影響關系網中起著樞紐中心的作用，這些環境因子的變化直接對海域的環境容量與生態系統的造成影響，從而產生污染物濃度超標、富營養化、赤潮等嚴重的環境問題(如膠州灣水交換能力的減弱和生態功能退化；日本的諫早灣本地物種的快速死亡和外來物種的入侵[34]；韓國新萬金堤壩內赤潮等環境問題的形成[41]等)，這也是目前研究圍填海對海洋影響的主要目的和出發點；同時，某些環境因子的改變也伴隨著反饋作用，如海水溫度、鹽度變化后會影響斜壓環流(例如，日本東京灣斜壓環流的增強[29])，從而對海域，尤其是河口區附近的水動力格局產生影響，沉積速率變化可影響海底地形、地貌的演變(如圍填海造成荷蘭Wadden海內泥灘的消失[14])；最終，生物多樣和群落結構的改變直接威脅到與人類食品和安全最為相關的海洋生物資源與可持續利用。

圖3　圍填工程對海洋環境與生態的影響框架圖Fig.3　The schematic diagram showing the impact of land reclamation on the marine environment and ecosystem

總的來說，在海洋環境中，水體作為生物和物質的載體，水動力的改變引起的水體交換和物質輸運變化會對生物和化學過程造成長期持續性影響，而生物多樣性與生物地球化學過程之間又存在密切聯系，進而影響生態系統結構與功能。因此，對圍填工程的環境生態效益進行評價時，需綜合考慮這些方面的后果，片面與盲目開展的圍填海工程可能會“牽一發而動全身”，造成整個水域生態系統嚴重的、不可恢復的破壞，工程實施前應慎之又慎。

6圍填海的生態修復與管理策略

目前，發達國家對圍填海項目的開發慎之又慎，其研究工作也從海洋資源可持續開發、利用的角度出發，兼顧保護生態環境與最大限度地滿足國家與地方經濟發展的需要，評價圍填海造地的生態環境效益、經濟效益、社會效益，并在此基礎上獲取圍填海造地的最大綜合效益[5]。由于生態系統是具有自組織作用的、受多要素和多過程共同控制的復雜系統，建立包含水文、生物地球化學、生態動態過程的水生生態系統模型仍然是評估圍填海對生態系統影響最有效的量化手段[69]。目前，國外學者對生態過程與水文-生物地球化學過程耦合模型的發展更加實用，多與生態系統服務功能掛鉤。例如，Simonit和Perrings[70]通過研究湖邊濕地圍墾造成湖泊泄洪、濕地緩沖、營養鹽調節及魚類生產等生態服務功能降低，數值模擬了魚類最大可持續產量與污染物的關系，綜合評價圍墾帶來的損失。這些研究值得我們借鑒到海洋中，綜合評估圍填海的環境生態效應。

對于已經發生或正在發生的圍填海活動，國內外生態修復的研究主要體現在3個方面：

一是人為增加海域生物量，對圍填海后造成生態環境退化的區域進行生態修復。如，中國2002-2004年在長江口新建的南北導堤投放了共15 t底棲生物進行修復；美國加州利用人造礁石投入海底，對受核電站建設影響導致的海藻床面積銳減進行生態修復[71]。

二是在圍填海的同時增加自然保護區。例如，荷蘭鹿特丹港為滿足21世紀中葉前的發展需要，近期實施20 km2的圍填海工程擴建，該工程從20世紀90年代提出方案，至2008年才開工建設，到2013年才能發揮作用，工程涉及的生態環境影響評估報告長達6 000余頁。建設方案包括在鄰近海域規劃250 km2的生態保護區、港池的外海側建設35 hm2休閑沙丘海濱、在鄰近海岸帶修整750 hm2的休閑自然保護區等生態補償措施[7]。

三是退陸還海。如，1990年，荷蘭農業部制定的《自然政策計劃》，花費30年的時間恢復這個國家的“自然”，位于荷蘭南部西斯海爾德水道兩岸的部分堤壩被推倒，一片圍海造田得來的300 hm2“開拓地”將再次被海水淹沒，恢復為可供鳥類棲息的濕地。國內目前尚未有退海的案例，但湖泊方面，自1998年大洪水以后，國家在洞庭湖、鄱陽湖開展了大規模的“平垸行洪、退田還湖和移民建鎮”，國務院提出“退田還湖”的方針。其中，1998年至今，鄱陽湖已退田還湖面積超過1 000 km2[72]。恢復長江流域水域面積達2 900 km2，增加蓄洪容積130億m3[73]。

中國海岸線漫長，具有復雜的區域性特征，因此，在進行圍填海生態修復時，仍需考慮實際情況，進行論證、調整、評估，尋求適合該區域的方案。

在圍填海的管理方面，我國由20世紀90年代前的無償與支持逐漸過渡、發展為現在的有償與限制，到2006年已建立了圍填海相關的管理規定與制度，與之有關的制度主要包括環境影響評價制度、海域使用論證制度、海域有償使用制度等[74]，但由于海域權屬觀念淡薄、缺少必要的法律法規和政策支持、多部門職能沖突、對海岸帶缺乏綜合規劃和管理等原因，圍填海相關的法律法規、管理制度與體制仍存在較大提升與完善的空間[75]。目前來看，充分利用海域有償使用制度，實施生態損害補償，已經被學術界和管理實踐證明是控制圍填海活動的較為有效環境經濟手段。國際學術界對生態補償的一種定義是“生態系統服務付費”或者“環境服務付費”(Payments for Environmental Services，PES)，即生態系統服務的受益者對生態系統服務的提供者進行直接支付的契約安排(Contractual Arrangements)[76]。因此，國內外學者多數基于“生態系統服務功能與生境面積的大小為線性關系”，通過對其經濟價值的量化后進行生態補償與政策實施。如，福建興化灣規劃于2000-2020年間進行170 km2的灘涂圍墾，將會使生態服務的年總價值由2000年的44.5億元降至2020年的34.8億元，損失幅度達到21.77%[77]。然而，生態服務功能與經濟價值之間的關系在很多情況下是非線性的。Barbier等[6]通過對紅樹林、海草床、鹽沼草和珊瑚礁等濕地的研究發現，如果只考慮圍填海導致生境面積丟失的大小，而不考慮水動力變化的非線性調控作用，會高估或者低估圍填海對紅樹林護岸功能的影響與經濟價值。國內在該方面的研究還比較薄弱，已開展的類似研究是福建省海洋漁業廳2007年啟動的“福建省海灣數模與環境研究”重大研究項目。該項目利用數值模型對福建省13個海灣圍填海的社會、經濟、環境影響進行了系統評估，并提出了圍填海規劃環境影響評價的技術導則。但該項研究更多側重于系統評估，對圍填海影響過程和機理涉及較少，不能從量化的角度確定圍填海規模和生態系統維穩間的平衡點，缺乏對有序發展圍填海與生態效益、環境效益、社會效益和經濟效益間的科學契合。因此，合理量化圍填海后環境變化與生態系統的響應關系，應是建立生態系統服務功能與經濟價值關系的科學基礎和研究方向。

7小結

圍填海對海洋環境和生態系統帶來顯著影響，水動力起到重要的樞紐作用。然而，目前的研究多使用數值方法來定量圍填海對海域水動力的影響，對其影響潛在機制的解釋和探討較少，仍不能很好的指導圍填海的科學管理和規劃。對于環境、生態方面，多是現場取樣觀測等手段來量化圍填海的影響，仍缺乏綜合水動力、生物地球化學過程和生態系統的模型研究，故難以全面地預測、評估圍填海的生態價值損失。在生態修復方面，不僅要開展對圍填后的生態系統實行修復，還應提倡退陸還海的研究；在管理上，生態系統服務功能的量化參數應逐步納入管理，并在線性關系研究的基礎上，建立一些非線性的理念，使生態補償機制更為合理化。這些研究需要將自然科學與社會科學交叉融合，才能將圍填海的管理、規劃策略建立在“基于生態系統”的水平上。

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收稿日期：2016-01-12；

修訂日期：2016-03-01。

基金項目：科技部基礎性工作專項 “我國典型潮間帶沉積物本底及質量調查與圖集編研”(2014FY210600)； 山東省自然科學杰出基金(JQ201414)；新世紀優秀人才支持計劃資助(NCET-13-0529)；海洋公益性行業科研專項經費項目(200805011);國家自然科學基金委員會——山東人民政府聯合資助海洋科學研究中心項目(U1406403)。

作者簡介：林磊(1987—)，男，山東省棲霞市人，博士研究生，主要從事海洋環境動力學研究。E-mail:linlei24@126.com *通信作者：劉東艷(1973—)，女，山東省青島市人，研究員，主要從事海洋藻類生態學研究。E-mail:dyliu@yic.ac.cn

中圖分類號:X820

文獻標志碼：A

文章編號：0253-4193(2016)08-0001-11

Impact of land reclamation on marine hydrodynamic and ecological environment

Lin Lei1， Liu Dongyan2， Liu Zhe1， Gao Huiwang1

(1.KeyLaboratoryofMarineEcosystemandEnvironment，MinistryofEducation，OceanUniversityofChina，Qingdao266100，China; 2.KeyLaboratoryofCoastalEnvironmentalProcessandEcologicalRemediation，YantaiInstituteofCoastalZoneResearch，ChineseAcademyofSciences，Yantai264003，China)

Abstract:Over the last decade， land reclamation with a large scale and fast speed has developed along the Chinese coastline. Land reclamations can earn profits for local economy but also produce significantly negative influences on marine ecosystems. We summarized the impact and mechanism of land reclamation on the marine environment and ecosystem in terms of hydrodynamics， biodiversity， and biogeochemical process. By means of changing its natural geometry (shoreline， geomorphology， and water area)， land reclamation impacts ocean hydrodynamic environment (tidal regime and capacity of water exchange) and weakened the environmental capacity of bays. Large scale land reclamation can damage coastal habitat， significantly reduce the biodiversity， and threaten ecosystem structure and function. Meanwhile， the changed hydrodynamics and reduced biodiversity can influence the process of biogeochemical cycle， which will accelerate eutrophication and increase the risk of ecological disaster. The ecological remediation is very critical for reducing the negative impact from land reclamation. Three ecological methods are suggested to do remediation after land reclamation， which include increasing the biomass， establishing natural reserve， and returning the land back to sea. Based on the linear relationship between the ecosystem services and the ecological habitat area， the strategy and policy of ecological compensation are applied for quantifying its economic value. Internationally， based on the above linear relationship， quantitative parameters of ecosystem service and functioning have gradually applied into environmental management. With some nonlinear theories developed， the method of ecological compensation has been more and more reasonable. In China， the quantitative research on the environmental and ecological effect of land reclamation and the practical application of scientific theory in management are still need improved. According to current research status and trend， the cross and integration of natural science and social science may be the most sensible and best way to the synthetically and accurately evaluate the impact of land reclamation on marine environment and ecosystem.

Key words:land reclamation; water exchange; environmental capacity; ecosystem service; ecological remediation

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