社會(huì)-生態(tài)綜合視角下海岸帶生態(tài)監(jiān)管框架與應(yīng)用
——以深圳為例

李佳雨,錢雨果,周偉奇,3,4,*,鄭 重,3,靖?jìng)鲗?易紹庭,葉匡旻

1 中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心,城市與區(qū)域生態(tài)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100085

2 中國(guó)科學(xué)院大學(xué),北京 100049

3 中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心,北京京津冀區(qū)域生態(tài)環(huán)境變化與綜合治理野外科學(xué)觀測(cè)研究站,北京 100085

4 雄安創(chuàng)新研究院,雄安新區(qū) 071000

5 深圳市環(huán)境科學(xué)研究院,深圳 518022

海岸帶是海洋與陸地兩大生態(tài)系統(tǒng)的連接與橋梁,是海岸動(dòng)力與沿岸陸地相互作用、具有海陸過渡特點(diǎn)的獨(dú)立環(huán)境體系[1—2]。該區(qū)域是地表最為活躍與敏感的區(qū)域[3—4],集中了全球60%的人口和1/3人口在一百萬以上的大城市[5]。我國(guó)擁有1.8萬多公里的大陸岸線與1.4萬多公里的島嶼岸線,僅占陸地國(guó)土面積13%的大陸11個(gè)沿海省、直轄市和自治區(qū)集中了50%以上的大城市、42%的人口和60%以上的國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值[6]。隨著人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展,海岸帶正出現(xiàn)圍填海無序增長(zhǎng)、紅樹林與珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)功能受損[7—8]、近海水域富營(yíng)養(yǎng)化[9—10]等生態(tài)環(huán)境問題,此外,氣候變化帶來的海平面上升[11]、沿海洪澇[12]、風(fēng)暴潮[13]等一系列沿海災(zāi)害也嚴(yán)重危害了沿海居民的生命財(cái)產(chǎn)安全[14—15]。因此,國(guó)家在《關(guān)于加快推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)的意見》與“十四五”規(guī)劃中多次做出了陸海統(tǒng)籌的戰(zhàn)略部署,即根據(jù)海陸一體化的戰(zhàn)略,統(tǒng)籌沿海陸地區(qū)域和海洋區(qū)域的國(guó)土開發(fā)規(guī)劃,堅(jiān)持區(qū)域經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展[16]。陸海統(tǒng)籌已成為深入我國(guó)政策、方針與制度的政治需求。

隨著研究者可以通過遙感技術(shù)更加高效地監(jiān)測(cè)并獲取土地利用現(xiàn)狀和時(shí)空動(dòng)態(tài)變化信息[17—18],海岸帶的土地利用時(shí)空變化及驅(qū)動(dòng)因素、對(duì)人類活動(dòng)強(qiáng)度的響應(yīng)狀態(tài)及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)成為全球研究的重要內(nèi)容[19—22]。已有研究多在國(guó)家或城市等大空間尺度分析十年以上長(zhǎng)時(shí)間序列海岸帶景觀類型的空間分布規(guī)律、動(dòng)態(tài)特征變化以及背后的驅(qū)動(dòng)因素,研究結(jié)果揭示了城市化等人類社會(huì)活動(dòng)致使海岸帶的自然用地減少、景觀異質(zhì)性降低、填海造陸速度變快等[23—30]。

然而對(duì)于復(fù)雜的海岸帶生態(tài)環(huán)境問題,包括農(nóng)業(yè)面源污染、工業(yè)工廠水質(zhì)與水溫污染以及圍填海等陸地對(duì)海洋的環(huán)境影響,以及海平面上升、沿海洪澇、風(fēng)暴潮等海洋對(duì)陸地的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn),已有的研究缺乏深入的探究和科學(xué)認(rèn)知,難以為其防治與管控提供足夠的科技支撐。這是因?yàn)?(1)已有研究的分類體系主要關(guān)注建設(shè)用地對(duì)濱海農(nóng)田、濕地、森林的侵占,缺乏對(duì)建設(shè)用地內(nèi)部的社會(huì)功能的表征,如工業(yè)區(qū)、住宅區(qū)、游憩區(qū)等。因此,難以定量解析海岸帶的生活污水、工業(yè)廢水、核電站排水等對(duì)海洋的影響[31];(2)用于分類的遙感影像數(shù)據(jù)分辨率不足,常用于分類的30 m空間分辨率Landsat影像難以準(zhǔn)確量化海岸帶精細(xì)的景觀格局和演變特征[32],使得分析結(jié)果不準(zhǔn)確,難以支撐海岸帶科學(xué)的生態(tài)管控[33];(3)缺乏反映人類活動(dòng)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù),忽略了社會(huì)系統(tǒng)與生態(tài)系統(tǒng)的交互作用,使研究結(jié)果不具有目標(biāo)靶向性,無法識(shí)別污染排放、圍填海等人類社會(huì)活動(dòng)帶來的海岸帶生態(tài)環(huán)境問題;(4)研究結(jié)果大多落腳在海岸帶生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)上[34—36],未給出具有針對(duì)性的管控建議,使得海岸帶生態(tài)環(huán)境問題與風(fēng)險(xiǎn)管控脫節(jié),不利于后續(xù)管控措施的具體落實(shí)與陸海統(tǒng)籌戰(zhàn)略的制定。

針對(duì)復(fù)雜的海岸帶生態(tài)環(huán)境問題,本研究構(gòu)建了“問題識(shí)別-格局量化-地面調(diào)查-生態(tài)監(jiān)管”的綜合框架,通過明確生態(tài)環(huán)境問題,量化社會(huì)-生態(tài)格局,開展實(shí)地調(diào)查,為海岸帶的生態(tài)監(jiān)管制定目標(biāo)和策略。該框架通過融合高分影像、興趣點(diǎn)、道路等多源異構(gòu)遙感數(shù)據(jù)與地面調(diào)查數(shù)據(jù),準(zhǔn)確識(shí)別影響生態(tài)環(huán)境的社會(huì)-生態(tài)格局因子,實(shí)現(xiàn)精細(xì)的、空間顯性的生態(tài)監(jiān)管,在城市化進(jìn)程加快、全球氣候變暖的大背景下為海岸帶區(qū)域的綜合管理提供科學(xué)支撐[37]。

1 海岸帶生態(tài)監(jiān)管框架的構(gòu)建

本研究基于陸海統(tǒng)籌的典型問題,從目標(biāo)需求的角度出發(fā)構(gòu)建海岸帶“問題識(shí)別-格局量化-地面調(diào)查-生態(tài)監(jiān)管”的綜合研究框架。該框架包括四大部分:(1)明確陸海交互的問題;(2)構(gòu)建海岸帶分類體系并開展分類;(3)開展針對(duì)性的地面調(diào)查;(4)制定海岸帶生態(tài)監(jiān)管策略。其中,海岸帶的典型問題決定了遙感分類需要刻畫表征的要素,比如河口污染需要刻畫海陸交互的排污口、自然岸線保有率低需要量化不同類型海岸線,紅樹林喪失需要刻畫自然生態(tài)系統(tǒng)中的紅樹林斑塊,圍填海無序增長(zhǎng)等帶來的面源污染需要刻畫城市不同的下墊面斑塊;遙感分類結(jié)果明確了需要地面調(diào)查的區(qū)域,如遙感難以觀測(cè)的區(qū)域、排放的污廢水特征等;分類結(jié)果和地面調(diào)查結(jié)果共同決定了海岸帶點(diǎn)線面狀不同類型地物的管控目標(biāo)與策略。通過生態(tài)管控,可反饋典型問題的動(dòng)態(tài)變化,進(jìn)而調(diào)整和優(yōu)化監(jiān)測(cè)與管理的方案(圖1)。相比以往從土地覆蓋的角度分析海岸帶的景觀格局和動(dòng)態(tài)變化,該框架更加具有問題的針對(duì)性和管理的導(dǎo)向性。

圖1 海岸帶生態(tài)監(jiān)管框架思路圖Fig.1 Framework of coastal zone ecosystem supervision

分類體系決定了需要量化表征的要素,是整個(gè)框架中最核心的紐帶,一方面它銜接了海岸帶需要改善的生態(tài)環(huán)境問題,另一方面也指向了生態(tài)監(jiān)管的目標(biāo)和策略。因此,除了常規(guī)的土地覆蓋,還需要定量表征社會(huì)-生態(tài)系統(tǒng)中與海岸帶問題相關(guān)的如重點(diǎn)企業(yè)的空間位置、污染排放等特征。本研究基于社會(huì)-生態(tài)特征的多等級(jí)分類框架來構(gòu)建海岸帶監(jiān)管的三級(jí)分類體系[38],第一級(jí)利用長(zhǎng)時(shí)間序列的Landsat數(shù)據(jù)將海岸帶劃分為城市生態(tài)系統(tǒng)和自然生態(tài)系統(tǒng),該級(jí)在管理上對(duì)應(yīng)了城市發(fā)展和生態(tài)保護(hù)的權(quán)衡策略;第二級(jí)在第一級(jí)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步結(jié)合興趣點(diǎn) (Point of Interest,POI)數(shù)據(jù),道路和建筑矢量數(shù)據(jù),將城市生態(tài)系統(tǒng)劃分為不同類型的功能區(qū),將自然劃分為不同類型的生態(tài)系統(tǒng),該級(jí)對(duì)應(yīng)了分級(jí)分類的防治與管控;第三級(jí)利用高分影像量化了城市的精細(xì)下墊面特征,用于城市精細(xì)的調(diào)控與管理(圖2)。

圖2 海岸帶生態(tài)監(jiān)管流程圖Fig.2 Flow chart of coastal zone monitoring and ecological management

地面調(diào)查一方面可以提升遙感分類的精度,另一方面也可以補(bǔ)充遙感難以準(zhǔn)確識(shí)別的關(guān)鍵區(qū)域,如排污口、河口、岸線使用情況等。生態(tài)監(jiān)管不僅需要考慮土地斑塊的分類結(jié)果,也需要充分考慮地面調(diào)查的關(guān)鍵點(diǎn)、線要素特征。為了綜合點(diǎn)、線、面狀的社會(huì)-生態(tài)格局信息,并建立多部門通用的管理單元,本研究借鑒多等級(jí)網(wǎng)格的研究框架[39],通過結(jié)合行政管理邊界(包括轄區(qū)尺度、街道尺度)和多等級(jí)分類邊界劃分三個(gè)等級(jí)生態(tài)監(jiān)管網(wǎng)格(轄區(qū)、街道、地塊),綜合點(diǎn)、線、面要素的多維屬性開展評(píng)價(jià),進(jìn)而制定海岸帶全域監(jiān)管單元的監(jiān)管目標(biāo)和策略(圖2)。

2 案例分析

2.1 研究區(qū)介紹

本研究以廣東省深圳市作為典型案例,開展實(shí)證研究。深圳地處中國(guó)華南地區(qū)、廣東南部、珠江口東岸,東臨大亞灣和大鵬灣,西瀕珠江口和伶仃洋,南隔深圳河與中國(guó)香港相連,其作為國(guó)家十四五編制試點(diǎn)與先行示范區(qū),是粵港澳大灣區(qū)的龍頭城市,在國(guó)家發(fā)展大局中有著重要的戰(zhàn)略地位。緊扣國(guó)家新一輪國(guó)土空間一體規(guī)劃改革思路,其探索和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)也為國(guó)家加強(qiáng)對(duì)“山水林田湖草”等自然資源的統(tǒng)一管理和保護(hù)提供了深圳示范樣本[40]。

本次研究范圍以《深圳市海岸帶綜合保護(hù)與利用規(guī)劃(2018—2035)》中界定的海岸帶陸域范圍為基準(zhǔn),劃定依據(jù)結(jié)合了沙灘、珊瑚礁等自然環(huán)境因素及海岸帶用地等的社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素,最終規(guī)劃海岸線長(zhǎng)度261.2 km,海岸帶區(qū)陸域315 km2(圖3)。

圖3 深圳市海岸帶研究區(qū)示意圖Fig.3 The spatial distribution of Shenzhen coastal zone

2.2 海岸帶主要生態(tài)環(huán)境問題與分類體系

深圳海岸帶面臨著諸多生態(tài)環(huán)境問題與風(fēng)險(xiǎn),如紅樹林大面積喪失[41]、珊瑚礁覆蓋度降低[42]、自然岸線保有率降低[43]、核電站溫排水導(dǎo)致的海洋熱污染[44]、油港油庫與工礦倉(cāng)儲(chǔ)用地的溢油風(fēng)險(xiǎn)[45]、圍填海無序建設(shè)[46]、灘涂濕地被大面積侵占[47]、海濱浴場(chǎng)水質(zhì)超標(biāo)[48]、入海排污口的點(diǎn)源污染[49]、農(nóng)業(yè)與交通的面源污染[50]等。針對(duì)上述問題,本研究基于多等級(jí)分類框架構(gòu)建了海岸帶三級(jí)分類體系來表征其社會(huì)-生態(tài)特征(表1)。

表1 海岸帶三級(jí)分類體系Table 1 Three-level classification system for coastal zone

本研究利用空間分辨率為30 m的Landsat、0.8 m的高分2號(hào)遙感影像,結(jié)合POI、道路和建筑等矢量數(shù)據(jù)開展了深圳三個(gè)等級(jí)的社會(huì)-生態(tài)格局分類,其中POI數(shù)據(jù)來源于百度地圖,道路和建筑矢量數(shù)據(jù)來源于深圳市規(guī)劃和自然資源局。本研究采用了自上而下的方法開展三個(gè)等級(jí)的社會(huì)-生態(tài)格局分類,按照景觀類型、社會(huì)功能區(qū)/生態(tài)系統(tǒng)類型、以及土地覆蓋的順序進(jìn)行分類,其中上一等級(jí)的分類結(jié)果是下一等級(jí)的分類基礎(chǔ)。利用面向?qū)ο蟮膱D像分析技術(shù)來實(shí)現(xiàn)自上而下的多級(jí)分類,首先對(duì)Landsat遙感影像進(jìn)行分割,生成第一級(jí)的大尺度斑塊對(duì)象,然后使用閾值分類和目視解釋開展斑塊對(duì)象分類,得到第一級(jí)分類結(jié)果。在此基礎(chǔ)上,疊加道路矢量層來分割第二層,并利用建筑物屬性和POI類別對(duì)第二級(jí)斑塊對(duì)象進(jìn)行決策樹分類。在第二級(jí)分類結(jié)果的基礎(chǔ)上,利用高分2號(hào)影像開展分割,形成第三級(jí)小尺度斑塊對(duì)象,并利用支持向量機(jī)對(duì)第三級(jí)斑塊對(duì)象開展土地覆蓋的監(jiān)督分類[38]。

第一級(jí)分類區(qū)分了城市景觀與自然景觀,主要針對(duì)宏觀問題,比如開發(fā)建設(shè)對(duì)生態(tài)空間的侵占,圍填海建設(shè)時(shí)空演變等。第二級(jí)分類一方面區(qū)分了對(duì)不同人類活動(dòng)的影響,如與工業(yè)排放相關(guān)的工業(yè)區(qū),與農(nóng)業(yè)排放相關(guān)的種植養(yǎng)殖區(qū),與交通排放相關(guān)的交通區(qū),以及與一般生活排放相關(guān)的混合區(qū)等;另一方面細(xì)化了不同類型的自然景觀,以對(duì)應(yīng)相應(yīng)的管控策略。第三級(jí)區(qū)分了精細(xì)的土地覆蓋特征,主要針對(duì)不同下墊面可能導(dǎo)致的面源污染風(fēng)險(xiǎn)。

深圳市海岸帶區(qū)域總面積為315 km2,一級(jí)分類中城市景觀面積193 km2,占比61.3%,多分布在海岸帶西部;自然景觀面積122 km2,占比38.7%,多分布在海岸帶東部(圖4)。

圖4 深圳市海岸帶一級(jí)分類結(jié)果圖Fig.4 First-level classification results of Shenzhen coastal zone

二級(jí)分類里城市景觀中對(duì)海洋影響較大的工礦倉(cāng)儲(chǔ)用地、園地、養(yǎng)殖用地、耕地的面積分別為39.5 km2、6.4 km2、3.8 km2、3 km2,其中工礦倉(cāng)儲(chǔ)用地占陸域總面積比例高達(dá)12.5%,此外交通運(yùn)輸用地15.8 km2,占比5%,港口和碼頭用地11.8 km2,占比3.7%;而二級(jí)分類的自然景觀中林地面積最大,為105.2 km2,占陸域總面積的33.4%,剩下的自然斑塊種類中面積由大到小依次為沿海灘涂5.1 km2、草地4.2 km2、紅樹林0.8 km2(圖5)。

圖5 深圳市海岸帶二級(jí)分類結(jié)果圖Fig.5 Second-level classification results of Shenzhen coastal zone

第三等級(jí)的土地覆蓋主要類型分布情況如圖6所示,其中林地占比最高,達(dá)52.36%,但空間分布集中在東部大鵬區(qū)的大鵬街道與南澳街道,以大片連續(xù)的天然林地為主;人工土地覆蓋類型(包括建筑、道路、其他不透水地表)以及裸地占比總共超過40%,其中其他不透水地表占比20.02%,建筑占比11.98%,上述土地覆蓋類型在深圳市中、西部分布更為集中。各類型中,草地占比較低(1.73%),僅在西部地區(qū)有零星分布,耕地面積占比最少,僅為0.32%。

圖6 深圳市海岸帶三級(jí)分類結(jié)果圖Fig.6 Third-level classification results of Shenzhen coastal zone

2.3 地面調(diào)查方案:海陸交互點(diǎn)與海岸線

在刻畫了人類社會(huì)活動(dòng)程度和生態(tài)本底的類型、面積等特征后,需要明確應(yīng)重點(diǎn)保護(hù)和管控的區(qū)域,因此在上述分類基礎(chǔ)上對(duì)易發(fā)生生態(tài)環(huán)境問題的海陸交互點(diǎn)進(jìn)行分類,形成面向陸海統(tǒng)籌的交互點(diǎn)分類體系(表2),進(jìn)一步識(shí)別可能帶來污染的海陸交互的重要節(jié)點(diǎn),基于該分類體系的分類結(jié)果將是監(jiān)督管理的重點(diǎn)區(qū)域(圖7)。海陸交互點(diǎn)的一級(jí)分類中根據(jù)其交互的性質(zhì)將交互點(diǎn)區(qū)分為自然與人工兩類,以區(qū)別管控程度的不同;二級(jí)分類則根據(jù)排放入海的污水性質(zhì)進(jìn)一步細(xì)化,分為了河流入?？?、排水口及排污口、重點(diǎn)工業(yè)用地三類,便于制定具體的管控目標(biāo)與方式。

表2 交互點(diǎn)分類體系Table 2 Interactive points classification system

圖7 海陸交互點(diǎn)遙感與地面調(diào)查示意圖Fig.7 Schematic diagram of remote sensing and ground survey of sea-land interaction points

在對(duì)海岸帶進(jìn)行點(diǎn)與面維度的刻畫后,還需從線維度出發(fā)構(gòu)建海岸線分類體系,以通過不同類型岸線長(zhǎng)度和類型反映其開發(fā)和利用的特征。首先根據(jù)岸線自然狀態(tài)下的形態(tài)與屬性是否發(fā)生變化分為第一級(jí)的自然岸線與人工岸線[51],接著在國(guó)家海洋局2005年提出的分類體系基礎(chǔ)上,進(jìn)一步細(xì)化和優(yōu)化了二級(jí)分類,其中自然岸線按照自然特征劃分為基巖、平原、生物岸線,人工岸線按照人為用途劃分為建設(shè)圍堤、農(nóng)業(yè)圍墾、游憩岸線(表3)。

表3 海岸線分類體系Table 3 Classification system for coastline

陸海交互點(diǎn)分類結(jié)果顯示,深圳市共有河流入海口123個(gè),包括15個(gè)疑似河流入?？?匯集河道周圍雨水、生活與工業(yè)污水入海;排水口及排污口389個(gè),包括9個(gè)疑似排水口及排污口,是海岸帶附近地表降水、生活污水與工業(yè)廢水主要的入海渠道;重點(diǎn)工業(yè)用地7處與一般工業(yè)用地195處,主要分布在深圳西部,與入海河流相鄰(圖8)。在進(jìn)行交互點(diǎn)分類時(shí)應(yīng)輔以地面調(diào)查工作,調(diào)查內(nèi)容應(yīng)包括疑似排水口及排污口情況、排水口及排污口使用狀況(使用或廢棄)、排入方式(明渠、暗渠)、污廢水特征(顏色、渾濁度、水溫)等。

圖8 入?？诩芭盼劭诜植际疽鈭DFig.8 Distribution of estuaries and sewage outfalls

海岸線分類結(jié)果顯示,深圳市海岸線總長(zhǎng)度約為261.2 km,一級(jí)分類中自然岸線的長(zhǎng)度為79.7 km,占比為30.5%,主要分布在東部的大鵬區(qū)和深圳灣公園一帶,大鵬區(qū)的自然岸線還表現(xiàn)出破碎化的趨勢(shì);而人工岸線長(zhǎng)度為181.5 km,占比69.5%,主要分布在西部的寶安區(qū)和南山區(qū),以及鹽田和大鵬北部,這部分區(qū)域抵御各類自然災(zāi)害如臺(tái)風(fēng)、海平面上升的能力嚴(yán)重不足。二級(jí)分類里基巖是自然岸線中最主要的岸線類型,長(zhǎng)70 km,占比高達(dá)87.8%,其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能較低,主要分布在大鵬區(qū);具有較好生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的平原岸線和生物岸線的占比次之,長(zhǎng)度均為4.8 km,分別占自然岸線的6%,其中,生物岸線為主要分布在深圳灣公園的紅樹林。而人工岸線中建設(shè)圍堤岸線為主要岸線類型,長(zhǎng)為149.3 km,占比高達(dá)82.3%,岸線形態(tài)規(guī)則,大多分布在海岸帶西部寶安區(qū)、南山區(qū),還有部分位于東部的鹽田區(qū)與大鵬區(qū);游憩岸線長(zhǎng)25.6 km,占比14.1%,多分布在鹽田區(qū)大鵬區(qū),較為破碎;農(nóng)業(yè)圍墾岸線最少,長(zhǎng)6.5 km,只占人工岸線的3.6%(圖9)。

圖9 深圳市海岸線分類結(jié)果圖Fig.9 Coastline classification results of Shenzhen

2.4 管控單元?jiǎng)澐峙c生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)管控

在上述點(diǎn)線面三個(gè)維度的分類結(jié)果基礎(chǔ)上,疊加道路矢量、建筑屬性等多源異構(gòu)數(shù)據(jù)在斑塊尺度進(jìn)行管控單元?jiǎng)澐?并歸納不同單元的生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)對(duì)其進(jìn)行分級(jí),本研究將深圳海岸帶劃分為了4類管控單元,分別為優(yōu)先保護(hù)單元、核心管控單元、重點(diǎn)管控單元、一般管控單元。其中,優(yōu)先保護(hù)單元的管控目標(biāo)是生態(tài)保護(hù),包括海岸帶的生態(tài)斑塊和自然岸線;其他三類單元的管控目標(biāo)是控制生態(tài)風(fēng)險(xiǎn),保障生態(tài)安全,根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)程度的高低分為了核心、重點(diǎn)和一般管控單元。對(duì)于每類管控單元,首先對(duì)應(yīng)了需要重點(diǎn)關(guān)注的生態(tài)環(huán)境問題;然后,根據(jù)問題對(duì)應(yīng)到需要重點(diǎn)監(jiān)測(cè)的分析對(duì)象,包括多個(gè)等級(jí)土地覆蓋類別,以及地面調(diào)查中的點(diǎn)、線要素;最后,提出了不同問題需要開展的管控策略(表4)。

表4 管控策略清單Table 4 Control strategies checklist

分級(jí)結(jié)果顯示,深圳市共有980個(gè)管控單元,其中包括153個(gè)優(yōu)先保護(hù)單元,因含有林地,平均斑塊面積較大,多在海岸帶東部,主要保護(hù)其面積與質(zhì)量不減;核心管控單元數(shù)量最少,為7個(gè)重點(diǎn)工業(yè)用地斑塊,生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)大;重點(diǎn)管控單元數(shù)量最多,有597個(gè),基本分布在海岸帶西部,這些單元中的人類活動(dòng)可能對(duì)生態(tài)環(huán)境帶來較大的負(fù)面影響;有223個(gè)一般管控單元,涉及人類日常生活,分布零散但數(shù)量不少,管控重點(diǎn)應(yīng)放在面源污染的監(jiān)測(cè)上(圖10)。

圖10 深圳市海岸帶管控單元分布圖Fig.10 Distribution of Shenzhen coastal zone management units

在劃分四個(gè)管控類別的基礎(chǔ)上,可在管控單元的尺度進(jìn)一步細(xì)化管理單元,開展具有針對(duì)性、差異化的監(jiān)管。每個(gè)管控單元都整合了多個(gè)等級(jí)分類結(jié)果、地面調(diào)查等社會(huì)-生態(tài)信息(圖11),形成了980個(gè)海岸帶管控斑塊的社會(huì)-生態(tài)屬性表,以及每個(gè)斑塊的主要管控策略。在為每個(gè)單元制定管控策略時(shí),可進(jìn)一步聚焦到斑塊的各類屬性特征,并結(jié)合區(qū)域的規(guī)劃目標(biāo)和管理現(xiàn)狀,設(shè)置多部門協(xié)同的、業(yè)務(wù)化的策略,以實(shí)現(xiàn)精細(xì)化的生態(tài)監(jiān)管。

圖11 管控單元屬性表示例圖Fig.11 An example of management units attribute table

圖12 深圳市海岸帶水溫反演結(jié)果Fig.12 Water temperature derived from remotely sensed data in Shenzhen coastal zone

3 討論與結(jié)論

面向海岸帶復(fù)雜的生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)和陸海統(tǒng)籌戰(zhàn)略的國(guó)家需求,本研究從問題出發(fā),構(gòu)建了“問題識(shí)別-格局量化-地面調(diào)查-生態(tài)監(jiān)管”的綜合框架,并以深圳為試點(diǎn),利用該研究框架劃分為四類生態(tài)監(jiān)管單元,提出了相應(yīng)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)管策略。針對(duì)以往研究中遙感數(shù)據(jù)源空間分辨率不足、人類活動(dòng)表征不精細(xì)的現(xiàn)狀,本研究通過構(gòu)建多級(jí)社會(huì)-生態(tài)分類體系,融合高分影像、興趣點(diǎn)、道路等多源異構(gòu)遙感數(shù)據(jù)與地面調(diào)查,來準(zhǔn)確識(shí)別影響生態(tài)環(huán)境的土地覆蓋斑塊、社會(huì)功能單元以及陸海交互位點(diǎn),以實(shí)現(xiàn)精細(xì)化的、空間顯性的生態(tài)監(jiān)管。

在社會(huì)-生態(tài)格局量化以及地面調(diào)查的基礎(chǔ)上,本研究框架可以進(jìn)一步關(guān)聯(lián)和深化研究海岸帶的具體的生態(tài)環(huán)境問題。比如,通過海水溫度的反演,可以研究海岸帶人為活動(dòng)特征,如排污口、重點(diǎn)工業(yè)等對(duì)海水的熱污染。通過衛(wèi)星遙感反演深圳海岸帶地區(qū)近海海域海水溫度分布(圖11),發(fā)現(xiàn)部分工業(yè)活動(dòng)對(duì)水溫有較大影響,如大鵬液化天然氣碼頭和大亞灣核電站、南海油脂工業(yè)和南天油粕工業(yè)附近海域水溫比周邊海域均高出1℃。海洋熱污染會(huì)改變近海海域水生態(tài)環(huán)境,影響海洋生物的分布,如日本高濱核電站的排水使得海水升溫,引來熱帶魚在周邊海域定居,給生態(tài)系統(tǒng)帶來了潛在風(fēng)險(xiǎn)。類似的,通過疊加分析海岸帶高程和沿海居住區(qū),能夠預(yù)測(cè)氣候變化引發(fā)的海平面上升對(duì)海岸帶居民的影響。

陸海交互產(chǎn)生的生態(tài)環(huán)境問題十分復(fù)雜,傳統(tǒng)的地面調(diào)查盡管能夠反映土地覆蓋和人為活動(dòng)特征,但是還缺乏對(duì)生態(tài)環(huán)境問題產(chǎn)生過程的刻畫與表征。因此,地面調(diào)查的內(nèi)容、方法還需要根據(jù)生態(tài)環(huán)境問題進(jìn)一步完善。比如針對(duì)紅樹林,需要調(diào)查其中的人類活動(dòng)特征、外來入侵物種分布等;針對(duì)珊瑚礁,需調(diào)查其生長(zhǎng)情況、是否存在珊瑚白化等;針對(duì)面源污染,需要調(diào)查生活區(qū)的廢氣排放、農(nóng)田與果園的農(nóng)藥農(nóng)肥排放、裸土及建設(shè)用地的揚(yáng)塵、港口碼頭的廢氣廢水排放、海水養(yǎng)殖區(qū)的廢水與有機(jī)廢物排放等;針對(duì)入?？凇⑴盼劭诘?需要調(diào)查入海河流流量、泥沙入海情況、排放水體的顏色、溫度、渾濁度等。這些調(diào)查內(nèi)容涉及的指標(biāo)多、難度大,調(diào)查方法缺少規(guī)范,具有較大的挑戰(zhàn)。在陸海統(tǒng)籌的后續(xù)研究中,還需要不斷實(shí)踐和探索,使該框架更好地支撐海岸帶生態(tài)監(jiān)管實(shí)踐。