近30年太湖流域濕地生態(tài)系統(tǒng)服務價值對景觀格局變化的響應：基于“退田還湖”工程的實施

朱 穎

王 杉

馮育青*

濕地是區(qū)域生態(tài)安全體系的重要組成，濕地景觀格局的動態(tài)變化不僅能夠反映出人類對濕地的利用方式與利用程度[1-3]，也影響著地區(qū)的生態(tài)可持續(xù)性[4-5]。濕地生態(tài)系統(tǒng)服務是濕地生態(tài)功能與社會服務功能的綜合體現(xiàn)，對濕地進行生態(tài)系統(tǒng)服務價值(Ecosystem Services Value，ESV)定量測算可以有效地評估和反映出濕地的變化對生態(tài)系統(tǒng)服務產(chǎn)生的影響。集成濕地生態(tài)系統(tǒng)服務與景觀格局成為探討濕地ESV演變規(guī)律、評價濕地生態(tài)效益的重要方法[6]，也成為濕地保護與管理的決策依據(jù)[7-8]。“退田還湖”工程自2000年起為修復太湖流域生態(tài)而實施，近20年來在人為的干擾下對流域濕地景觀格局產(chǎn)生了重要影響，流域濕地ESV也隨之改變。對“退田還湖”工程實施前后引起的ESV變化進行定量分析，不僅能夠評估工程實施的效果，而且能為今后流域濕地的保護與管理提出針對性的政策建議。

太湖作為全國第三大淡水湖，惠及長三角核心區(qū)域的建設發(fā)展。特殊的地理區(qū)位賦予太湖流域豐富的濕地資源和厚重的濕地人文，因此被列入《中國濕地保護行動計劃》重要濕地名錄，是國家重要濕地[9]。當前，在長三角綠色生態(tài)一體化發(fā)展的國家戰(zhàn)略中，對太湖流域濕地生態(tài)保護與治理提出了更高要求。20世紀中期，由于大量圍墾和過度利用導致太湖流域湖泊面積萎縮、水質(zhì)惡化，直接威脅沿湖經(jīng)濟社會健康和可持續(xù)發(fā)展。2000年后，為促進太湖流域的清淤疏浚，改善湖泊生態(tài)系統(tǒng)，開始推進“退圩還湖”“退田還湖”等工程①，太湖流域濕地生態(tài)治理取得了一定成效。2010年始，太湖流域持續(xù)實施濕地保護政策，高質(zhì)量推進“退田還湖”工程，但由于地區(qū)高速城鎮(zhèn)化發(fā)展，致使太湖流域濕地狀況不斷變化。

鑒于太湖流域濕地的重要性，相關學者開展了廣泛研究。陳荷生通過定性方式分析不同時期太湖流域自然濕地面積和圍網(wǎng)養(yǎng)殖面積等問題，認為加強太湖流域水源涵養(yǎng)林和湖濱防護林建設及濕地恢復工程等是太湖流域濕地保護的重要途徑[10]；胡建等借助RS和GIS技術，運用土地利用/覆蓋變化(LUCC)模型研究了太湖流域水質(zhì)狀況與土地利用格局的相關性[11]，研究結果表明水環(huán)境質(zhì)量與農(nóng)田、聚落用地的規(guī)模顯著相關；田穎等運用景觀格局指數(shù)、空間自相關等方法研究了江蘇太湖流域景觀多樣性與城鎮(zhèn)建設用地分布的關系[12]，揭示了土地利用景觀類型多樣性存在高值聚類區(qū)，且經(jīng)濟的快速發(fā)展對太湖流域的土地利用景觀格局影響較大；李靜泰等[13]、徐紅玲等[14]則分別從太湖流域濕地植被、湖蕩濕地等視角評價太湖流域濕地生態(tài)健康狀況。已有研究多集中在太湖流域土地利用與某類生態(tài)功能之間的相關性方面，突破省域界限以整體視角解析太湖流域濕地狀況變化的研究較少，而針對“退田還湖”工程的實施對太湖流域濕地ESV所產(chǎn)生的影響的研究則更為匱乏。

以太湖流域為研究區(qū)域，基于1990、2000、2010、2019年4個時期的土地利用數(shù)據(jù)，通過對“退田還湖”工程實施前(1990—2000年)、后(2000—2019年)的比較，分析“退田還湖”工程的實施對太湖流域濕地ESV的影響。本研究對于評估工程實施所帶來的生態(tài)資產(chǎn)價值變化具有重要的指導意義，同時可為下一階段濕地的保護提供參考。

1 太湖流域概況及“退田還湖”工程的實施

太湖流域(30°28′～32°15′N、119°11′～121°53′E)位于長三角南部，面積約36 895.42km2，行政區(qū)劃包括江蘇(蘇南地區(qū)為主，約占52.6%)、浙江(湖州、嘉興、杭州為主，約占32.8%)、安徽(約占0.6%)和上海(約占14%)，地形走向西高東低②。太湖流域是“一帶一路”和“長江經(jīng)濟帶”的重要交會點，也是我國經(jīng)濟最發(fā)達的地區(qū)之一，城鎮(zhèn)化率高。

20世紀70年代以來，由于“圍湖造田”逐步加劇，太湖流域主要湖泊面積一直呈萎縮趨勢，1971—1988年，水域面積減少了159.96km2，平均每年減少水域面積8.89km2。20世紀末，太湖流域“圍湖造田”仍在推進，由于淤積、圍墾等原因，太湖流域調(diào)洪能力降低，造成了行洪不暢的潛在隱患。1998年長江中下游特大水災對區(qū)域水安全發(fā)出了警示。2000年起，國務院頒布了《關于加強太湖流域2001—2010年防洪建設的若干意見》等政策，強調(diào)實施“退田還湖”工程。在開發(fā)建設繼續(xù)推進的同時，太湖流域生態(tài)環(huán)境日益受到重視，流域各省域、區(qū)域等加大了對沿岸圍湖的整治，重點實施“退田還湖”工程，控制圍湖造田、養(yǎng)殖等活動。2010年前后，太湖流域各省域、區(qū)域相繼出臺濕地生態(tài)保護政策，“退田還湖”工程進入高質(zhì)量推進階段，流域生態(tài)環(huán)境得到了有效改善[15-18]。

2 數(shù)據(jù)來源、處理及研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源與處理

本研究根據(jù)太湖流域濕地相關工程的實施進程，選取“圍湖造田”工程實施時期的1990年、“退田還湖”工程實施初期的2000年，以及“退田還湖”工程持續(xù)推進后的2010和2019年作為研究時序。數(shù)據(jù)來源與處理基于RS和GIS技術，數(shù)據(jù)來自地理空間數(shù)據(jù)云(http://www.gscloud.cn/)，以1990、2000、2010年的Landsat 7 TM數(shù)據(jù)和2019年的Landsat 8 TM數(shù)據(jù)為遙感數(shù)據(jù)源，提取4個時期的濕地類型分布信息，空間分辨率為30m。經(jīng)過大氣校正、幾何校正，將4個時期的影像附統(tǒng)一投影坐標信息：GCS_WGS_1984。利用ENVI 4.5，通過監(jiān)督分類法進行解譯，提取不同濕地地物，并在ArcGIS 10.5中進行專題圖制作，相關空間數(shù)據(jù)(面積、斑塊數(shù))的計算主要通過ArcGIS 10.5中的字段計算器工具和地理查詢工具實現(xiàn)。

2.2 研究方法

2.2.1 太湖流域濕地分類

結合濕地分類標準(GB/T 24708—2009)及太湖流域景觀類型特征，采用監(jiān)督分類法對4期太湖流域遙感影像進行解譯，建立太湖流域濕地分類體系(表1)。

表1 太湖流域濕地分類體系

2.2.2 景觀格局指數(shù)

景觀格局指數(shù)能夠有效地量化景觀格局動態(tài)變化，本研究從斑塊類型水平和景觀水平2種不同尺度層面選取景觀格局指數(shù)：斑塊類型水平指數(shù)包括最大斑塊指數(shù)(LPI)、斑塊數(shù)目(NP)、斑塊密度(PD)和斑塊平均大小(AREA-MN)；景觀水平指數(shù)包括斑塊數(shù)目(NP)、斑塊平均大小(AREA-MN)、香農(nóng)多樣性指數(shù)(SHDI)和香農(nóng)均勻度指數(shù)(SHEI)。各景觀格局指數(shù)的計算公式及生態(tài)學意義詳見相關文獻[19]。

2.2.3 濕地ESV測算

當前國內(nèi)外對于ESV的測算主要依據(jù)Costanza等提出的測算方法，并根據(jù)謝高地等提出的中國不同地區(qū)修正系數(shù)修正[8]。太湖流域主要糧食作物有小麥、稻谷、玉米、豆類等，根據(jù)其作物平均價格、糧食作物單產(chǎn)水平計算單位面積農(nóng)田提供的食物生產(chǎn)價值。在太湖流域各類濕地中，河流、湖泊濕地參照水系生態(tài)系統(tǒng)，灘涂濕地參照濕地生態(tài)系統(tǒng)，水田、坑塘與水庫參照水田生態(tài)系統(tǒng)，得出太湖流域各類濕地單位面積ESV(表2)，以此為基準進行太湖流域濕地ESV測算。計算公式詳見相關文獻[8]。

表2 太湖流域各類濕地單位面積ESV(單位：萬元/km2)

3 結果與分析

3.1 近30年太湖流域濕地景觀格局動態(tài)變化分析

運用GIS及ESV計算公式，通過對1990、2000、2010和2019年4個時間段的太湖流域濕地景觀動態(tài)變化分析，得到太湖流域濕地景觀類型動態(tài)變化趨勢(表3，圖1)。結合太湖流域濕地的動態(tài)變化，對1990、2000、2010和2019年太湖流域濕地景觀格局進行分析，得到斑塊類型水平指數(shù)和景觀水平指數(shù)(表4、5)。

表3 太湖流域濕地景觀類型動態(tài)變化

表4 太湖流域濕地斑塊類型水平指數(shù)

圖1 1990—2019年太湖流域濕地景觀類型動態(tài)變化

由太湖流域濕地景觀類型動態(tài)變化可知，太湖流域濕地總面積呈下降趨勢，在近30年間減少了9 190.03km2，其中灘涂濕地減少最為劇烈，面積凈減少94.56%，這也直接導致自然濕地面積的下降；河流濕地呈現(xiàn)先增后降的大幅波動，2000—2010年增幅達112.59%，但此后10年又下降70.59%；湖泊濕地1990—2000年先減少后趨于相對穩(wěn)定，而后呈現(xiàn)緩慢增長的趨勢；人工濕地中，水田占比最大，2000—2010年面積減少了22.90%，2010年以來則逐漸趨于平穩(wěn)。非濕地以建設用地和林地為主，以不斷上升的趨勢逐漸蠶食濕地的面積。

在斑塊類型水平層面(表4)，自然濕地中湖泊的LPI與AREA-MN最大，為優(yōu)勢斑塊；人工濕地中以水田斑塊為優(yōu)勢斑塊；2019年河流PD最大，其PD及NP分別為1990年的5倍和4倍，表明1990年以來河流斑塊大幅度趨于破碎化。

在景觀水平層面(表5)，2010年太湖流域濕地NP最多，但其AREA-MN最小，表明這一時期濕地景觀破碎化程度較高；2010年濕地SHDI超過了1，表明這一時期濕地斑塊類型最多，景觀異質(zhì)性較高；在近30年間，太湖流域濕地SHEI始終保持在較低數(shù)值。從整體趨勢來看，太湖流域濕地NP在2000—2010年呈現(xiàn)大幅度增長，2010年后又稍有下降；AREA-MN在2010—2019年保持穩(wěn)定，2010年后呈小幅度增長；SHDI和SHEI都呈現(xiàn)出小幅度的先增后減趨勢。

表5 太湖流域濕地景觀水平指數(shù)

3.2 近30年太湖流域濕地ESV對景觀格局變化的響應

計算近30年太湖流域濕地ESV并分析其變化(表6)，根據(jù)濕地景觀格局指數(shù)(表4、5)得出變化趨勢圖(圖2)，并對太湖流域濕地ESV與景觀格局指數(shù)進行相關性分析(表7)，以此分析近30年太湖流域濕地ESV對景觀格局變化的響應。

圖2 斑塊類型水平層面1990—2019年太湖流域濕地景觀格局指數(shù)變化

表6 近30年太湖流域濕地ESV變化

表7 生態(tài)系統(tǒng)服務功能與各景觀指數(shù)的相關性指數(shù)

3.2.1 “圍湖造田”工程實施時期

1990—2000年在“圍湖造田”工程的影響下，太湖流域濕地總面積減少了3 010.35km2，下降率為9.6%，其中自然濕地減少了4 554.01km2，減少率為45.86%，而人工濕地增加了1 543.66km2，增長率為7.24%。

此階段，自然濕地中湖泊濕地NP減少了93.3%，LPI呈下降趨勢；其中2000年河流濕地LPI較1990年下降了53.2%，其NP與PD呈增長趨勢；灘涂濕地的NP約為1990年的1/2，表明此階段太湖流域自然濕地斑塊破碎化趨勢較嚴重，體現(xiàn)了“圍湖造田”工程的力度。在景觀水平層面，濕地SHDI下降約10%，結合NP減少的趨勢，表明此階段自然濕地急劇萎縮與破碎。

相應地，此時期濕地ESV總量下降了35.73%，其中水源涵養(yǎng)及水資源供給價值下降最多，此現(xiàn)象與湖泊、河流濕地等的縮減密切相關?！皣焯铩币矊е绿饔蚋黝悵竦卣{(diào)節(jié)服務(氣體調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)等)及支持服務(生物多樣性、土壤保持等)價值均有所下降，而唯一呈現(xiàn)增長趨勢的為食物生產(chǎn)項。

3.2.2 “退田還湖”工程實施初期

2000—2010年，“退田還湖”工程在太湖流域的各地區(qū)開展。太湖流域濕地總面積減少了5 337.02km2，下降率為18.89%，其中自然濕地減少了74.89km2，減少比率為1.39%，人工濕地減少了5 262.13km2，減少比率為23.01%。此階段，雖然濕地總面積依然呈下降趨勢，但是自然濕地減少的趨勢得到明顯控制。

此期間，自然濕地中湖泊的NP與DP均大幅上升，河流濕地的LPI與NP均呈上升趨勢，自然濕地呈現(xiàn)出受到良好保護的狀態(tài)。人工濕地中，水田的NP增長了2.6倍，但AREA-MN下降了69.6%，結合水田面積不斷下降的趨勢，表明水田斑塊呈現(xiàn)明顯的破碎化趨勢。景觀水平層面，濕地NP增加了126%，SHDI和SHEI較上一時序增長顯著，其中SHDI增長了26.5%，表明太湖流域濕地生境多樣性有所恢復，結合此時期濕地總體NP及AREA-MN大幅度下降的趨勢，表明在工程實施初期，濕地生境的多樣性與破碎化并存。

此階段太湖流域濕地ESV顯著提升，其中生物多樣性與水源涵養(yǎng)服務價值提升最多，約為上一時序的2倍，此2項數(shù)值分別占此時期濕地ESV的8.10%和66.67%，表明工程的實施對流域濕地生態(tài)帶來的改善集中在此2類功能上。在供給服務方面，水資源供給服務價值較上一時序提升了約1.7倍，但另外2種供給服務(食物生產(chǎn)、原材料供給)卻呈現(xiàn)較大的下降趨勢。此外，以美學價值為代表的文化服務價值提升較大，表明在工程推進過程中，公眾對濕地價值的認知和保護意識得到了有效提升。

3.2.3 “退田還湖”工程高質(zhì)量推進時期

2010—2019年“退田還湖”工程高質(zhì)量推進，太湖流域濕地總面積減少了842.66km2，下降率為3.6%，其中自然濕地減少2 180.24km2，下降率為41.13%，人工濕地增加1 337.59km2。此階段，流域總濕地面積減少的趨勢減緩，人工濕地的增長較為明顯。自然濕地中，河流DP增長了5倍。人工濕地中的坑塘與水庫NP下降了34%，但其LPI及AREA-MN卻分別增長了6.6倍及31倍，表明雖然對于新建坑塘與水庫等人工濕地得到了有效控制，但流域的開發(fā)仍不可避免地導致濕地面積縮減。景觀水平層面上，濕地NP減少了15%，AREA-MN維持穩(wěn)定。此外，濕地SHDI下降了19.4%，SHEI也有小幅度下降，結合水田、坑塘與水庫LPI明顯上升的現(xiàn)象，表明此2類濕地在太湖流域中的優(yōu)勢程度明顯。

2010—2019年，太湖流域濕地ESV較低，其中水源涵養(yǎng)、土壤保持價值銳減，原因在于濕地總面積的縮減，尤其是ESV當量較高的河流及灘涂面積的銳減。但能夠明顯地看到，“退田還湖”工程的實施促進了湖泊、坑塘與水庫濕地的增長，其中坑塘水庫的面積增長了近3倍，湖泊濕地面積增長率達24%。

3.2.4 太湖流域濕地ESV與濕地景觀格局相關性分析

結合濕地生態(tài)系統(tǒng)服務功能與各景觀指數(shù)的相關性指數(shù)(表7)，從價值總量上來看，太湖流域濕地ESV與NP、SHDI和SHEI呈正相關，與AREA-MN呈負相關，表明太湖流域濕地ESV對濕地景觀格局的變化具有一定敏感性。

從生態(tài)系統(tǒng)服務功能上看，NP對于大多數(shù)生態(tài)系統(tǒng)服務功能都不具有顯著相關性，僅與食物生產(chǎn)功能呈較為顯著的負相關，而SHDI和SHEI則對多數(shù)生態(tài)系統(tǒng)服務功能呈現(xiàn)出顯著相關性，其中水源涵養(yǎng)、水資源供給和生物多樣性功能對SHDI和SHEI均較為敏感，表明太湖流域濕地生境的多樣性對于濕地ESV影響較大，與各時期的分析結論一致。盡管AREA-MN與濕地ESV相關性較小，但對于各類生產(chǎn)性功能的敏感度較高。

4 結論與討論

4.1 結論

相較過去對于濕地景觀動態(tài)變化的研究聚焦于景觀格局變化、驅(qū)動因素定量化分析等，本研究基于“退田還湖”工程的實施，揭示了近30年間太湖流域濕地景觀格局及ESV的變化，并分析了二者的相關性，得到如下結論。

1)1990—2000年，在“圍湖造田”工程影響下，太湖流域濕地總面積減少了9.6%，其中自然濕地減少了45.86%，人工濕地增加了7.24%。此階段濕地ESV降低了35.73%，其中水源涵養(yǎng)及水資源供給顯著降低。濕地NP在10年間減少了27.8%，濕地斑塊趨向整體性。

2)2000—2010年為“退田還湖”工程實施初期，太湖流域濕地總面積減少了18.89%，其中自然濕地減少了1.39%，人工濕地減少了23.01%。與前一階段相比，自然濕地的減少趨勢得到了明顯控制，其中河流、湖泊濕地面積都由減少轉為增加，人工濕地由擴張轉為縮減。濕地ESV提高了77.96%，其中水源涵養(yǎng)及生物多樣性等服務價值大幅提升。太湖流域濕地NP增加了126%，而AREA-MN大幅下降，濕地斑塊由整體性轉向破碎化，景觀異質(zhì)性程度有所提升。

3)2010—2019年，太湖流域進入“退田還湖”工程高質(zhì)量推進時期，此階段流域濕地總面積減少了3.6%，其中自然濕地減少了41.13%，人工濕地增長了7.60%。較上一時序，流域濕地總面積減少的趨勢顯著減緩，人工濕地的增長較為明顯。濕地景觀破碎化程度有所緩解，但灘涂濕地趨向深度破碎。濕地ESV總量下降幅度減緩，水源涵養(yǎng)及各類支持服務價值較上一時序大幅降低。

4)1990—2019年的30年間，太湖流域濕地總面積減少了9 190.03km2，減少率為29.40%，其中自然濕地縮減了6 809.14km2，縮減比率為68.57%，人工濕地減少了2 380.52km2，減少比率為11.16%。比較“退田還湖”工程實施前后，自然濕地的縮減率由45.86%下降為41.95%，人工濕地由增長7.24%轉變?yōu)闇p少17.16%。濕地ESV受濕地面積縮減的影響，呈現(xiàn)出降低的趨勢，但由于自然濕地面積下降速率減緩，濕地ESV也呈現(xiàn)出降低幅度減緩的趨勢。濕地景觀格局方面，“退田還湖”工程使?jié)竦乜傮wSHDI、湖泊濕地的NP及AREA-MN在不同程度上均有所提高。

5)太湖流域濕地ESV對濕地景觀格局的變化具有一定敏感性，與SHEI相關性最高，各類生態(tài)系統(tǒng)服務功能中，水源涵養(yǎng)、水資源供給和生物多樣性對SHDI和SHEI的敏感度較高。

4.2 討論

1)“退田還湖”工程對太湖流域濕地類型變化的影響。

“退田還湖”工程是太湖流域生態(tài)環(huán)境保護時序最長、涉及面最廣的生態(tài)保護工程，工程的實施使太湖流域濕地類型發(fā)生了顯著變化。對比“退田還湖”工程實施前后(表3)，湖泊濕地面積減少的趨勢得到了控制，已轉變?yōu)榫徛鲩L；坑塘與水庫濕地的增長速率和增長幅度顯著提高，說明“退田還湖”工程對這2類濕地具有顯著的影響。但是河流及灘涂濕地受工程實施的影響較小，分析其根本原因在于，雖然“退田還湖”工程具有較大的實施范圍和力度，但重點傾向于湖泊和坑塘與水庫的恢復，對灘涂等的生態(tài)功能認知不到位，缺乏有效的保護。

“退田還湖”工程的最終目的是促進太湖流域生態(tài)健康發(fā)展，在下一步實施中，應著重優(yōu)化濕地類型結構，提升自然濕地的規(guī)模及占比，通過生態(tài)修復手段，促進人工濕地的自然恢復[20]。

2)“退田還湖”工程對太湖流域濕地景觀格局的影響。

“退田還湖”工程對濕地類型的影響造成了濕地景觀格局的變化，工程實施前流域各類自然濕地LPI均下降較快，且SHDI較低，工程實施后，此2類指數(shù)顯著提高。湖泊與2類人工濕地景觀格局指數(shù)受工程影響較大，各項指數(shù)變化明顯，濕地破碎化程度有所減緩，濕地生境朝著多樣化方向發(fā)展。此外，工程實施前后，太湖流域濕地SHEI始終處于較低的水平，數(shù)值均不及0.1，表明工程未能明顯改善太湖流域濕地景觀受到湖泊、水田等幾種優(yōu)勢斑塊所支配的格局，因此在未來“退田還湖”工程的推進中應優(yōu)化流域濕地景觀格局，著重恢復太湖流域濕地生境的多樣性[21-23]。

3)“退田還湖”工程對太湖流域濕地ESV的影響。

由表6可知，太湖流域濕地ESV中水源涵養(yǎng)與生物多樣性功能占比較大。“退田還湖”工程實施后，濕地ESV顯著增加，表明工程對于流域濕地生態(tài)效益的提升具有重要作用。在2010年后經(jīng)濟發(fā)展的巨大壓力下，水源涵養(yǎng)、生物多樣性等主要生態(tài)功能不斷下降，導致ESV總量減少。近30年間土壤保持功能服務價值始終處于下降趨勢，表明工程當前對此類生態(tài)功能的提升較為有限，結合表2可知，灘涂濕地主導了此類功能，因此其不斷減少也導致土壤保持功能不斷下降。

自然濕地的ESV遠高于人工濕地，也對生物多樣性等功能的提升有重要作用，因此未來太湖流域“退田還湖”工程的重點仍應落腳于自然濕地的保護與修復，此外，應聚焦流域水庫與坑塘等建設現(xiàn)狀，恢復水源涵養(yǎng)功能，有效提高濕地ESV。

4)ESV對景觀格局指數(shù)的響應。

“退田還湖”工程實施前后，太湖流域濕地ESV對濕地景觀格局的變化呈現(xiàn)一定的相關性，對SHDI、SHEI敏感度較高，表明太湖流域濕地類型越豐富，越能提高濕地ESV，這也與前人的研究結果較為符合[24]。未來對于此類問題的研究可結合各類政策背景，聚焦其響應結果背后的原因，以期為下一步流域的濕地保護與管理提供借鑒和指導。

注：文中圖片均由作者繪制。

注釋：

① 來源：國務院《關于加強太湖流域2001—2010年防洪建設的若干意見》。

② 來源：《太湖流域水環(huán)境綜合治理總體方案》。