泥沙沉积与围垦对洞庭湖生态系统服务功能的影响

中国生态农业学报

ChineseJournalofEco󰀁Agriculture

Vol.13󰀁No.2April,󰀁2005

泥沙沉积与围垦对洞庭湖生态系统服务功能的影响李景保󰀁钟赛香󰀁杨󰀁燕

王克林

*

(湖南师范大学资源与环境科学学院󰀁长沙󰀁410081)(中国科学院亚热带农业生态研究所󰀁长沙󰀁410125)摘󰀁要󰀁研究泥沙沉积和围垦对洞庭湖生态系统部分服务功能的影响结果表明,泥沙、围垦、湿地三者既互为条件,又互为因果关系,这种因果循环关系在湖泊生态系统中产生了泥沙淤积󰀁湿地浮涨󰀁钉螺孽生、害鼠繁殖、土地沙化,泥沙沉积󰀁湿地围垦󰀁生物资源量减少,泥沙沉积加围垦󰀁调蓄功能减弱󰀁洪涝频繁、水体污染、航道阻塞等一系列连锁反应,且很大程度上削弱或损害了湖泊服务功能,进而降低了部分服务功能的价值,即水产和饲草资源损失价值32.1亿元,蓄水与供水功能损失价值1.53亿元,调蓄洪水与生物多样性损失价值41.92亿元,生态环境与航运功能损失价值74.76亿元。

关键词󰀁生态系统󰀁服务功能󰀁围垦󰀁泥沙󰀁价值

󰀁Bao,EffectsonthefunctionsofecosystemservicesofDongtingLakefromsiltdepositandlandreclamation.LIJing

ZHONGSai󰀁Xiang,YANGYan(CollegeofResourcesandEnvironment,HunanNormalUniversity,Changsha410081,

󰀁Lin(InstituteofSubtropicalAgricultureandEcology,ChineseAcademyofSciences,ChangshaChina),WANGKe410125,China)CJEA,2005,13(2):179~182

Abstract󰀁Theeffectsonpartfunctionsofecosystemservicesfromsiltdepositandreclamationwerestudiedinthispaper.

󰀁resultTheresultsshowthatsiltdeposit,reclamation,andwetlandhavetherelationshipofmutualcondition,mutualreason󰀁and󰀁effect.Andthecirculatorycause󰀁and󰀁effectrelationship,therefore,formsthe3eco󰀁andthemutualcirculatorycause

logicalchain󰀁reacting,i.e.siltdeposit󰀁wetlandswelling󰀁oncomelaniahupensisbreeding,ratbreeding,landdeteriorate;siltdeposit󰀁wetlandreclamation󰀁reducingofbio󰀁resources;siltdepositandlandreclamation󰀁functionreduceofwaterconservancy󰀁thefrequencyofflooding,waterpollution,theblockingofnavigationlane.Allofthechainsweakenand/ordoharmtothefunctionsoflakeservices,andfurtherreducepartoftheirvalue,namelythelossesofaguaticproductre󰀁sources,ofsavingandsupplyingwater,ofadjutingandsavingandbiologydiversities,ofecologyenvironmentandshipping,reaching3210millionyuan,153millionyuan,4192millionyuanand7476millionyuanrespectively,withappropriateesti󰀁mationofthepotentialvalue.

Keywords󰀁Ecosystem,Servicesfunction,Landreclamation,Siltdeposit,Economicvalue(ReceivedAug.3,2004;revisedSept.9,2004)

1󰀁泥沙沉积、围垦与湖泊生态系统的关系

生态系统服务功能是生态系统与生态过程所形成及所维持的人类赖以生存的自然环境条件和效用。洞庭湖为我国第2大淡水湖泊,洞庭湖悬移泥沙来自湖南省湘资沅澧四水及长江四口(松滋口、太平口、藕池口、调弦口于1959年封堵),入湖泥沙经湖泊调蓄沉积后由湖口七里山输入长江。据泥沙平衡原理计算,湖内多年平均沉积泥沙量达1.2828亿t,占入湖泥沙量的74.1%。近数十年中尽管入湖泥沙呈减少趋势,但由于每年5~10月份泥沙沉积量大于冲刷量[1],加之湖面日益缩减,洞庭湖盆始终处于沉积状态(见表1)。随大量泥沙的沉积,大面积湿地相继出露,人类围湖垦殖活动随之兴起。据调查统计,洞庭湖湿地围湖垦殖大体经历了3个阶段,一是20世纪50年代治湖工程中湖区先后遇到1949、19年2次特大洪水,滨湖堤垸几乎全部溃决,曾进行了培修大堤、洪道并流堵口、合修大圈等治湖工程,该时期共围垦湿地3.15km2。二是20世纪60年代前后围垦了钱粮湖、贺家山、屈原、茶盘洲、北洲子等农场及沅南大垸,此期间共围垦湿地617.21km2。三是20世纪70年代末结合矮围灭螺及治湖调洪,围垦了沅江东南垸、漉湖、横岭湖和一些湖

󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁

󰀁󰀁*中国科学院知识创新工程重要方向性项目(KZXC2󰀁SW󰀁415)资助

收稿日期:2004󰀁08󰀁03󰀁改回日期:2004󰀁09󰀁09

󰀁󰀁

180中国生态农业学报

表1󰀁近50余年洞庭湖泥沙沉积动态变化

Tab.1󰀁ChangesofsiltdepositofDongtingLakeinrecentfivedecades

第13卷

统计年份Statisticalyears

入湖泥沙量/亿t

Sedimentsquantityofenteringlake长江四口FourbayousinChangjiang

2.20391.90431.44161.10761.09170.73451.3961

湖南四水FourriversinHunan0.43760.28340.40790.36630.23810.23030.3341

合计Total2.152.18771.84951.53691.32980.981.7302

出湖泥沙量/亿tSedimentsquan󰀁tityofpour󰀁inglake

0.69790.57790.52400.38320.32090.26270.4474

5~10月份泥沙沉积量/亿tSedimentsdepo󰀁sitionquantityfromMaytoOct.

1.93081.77321.42981.16601.09380.77141.3409

年均泥沙沉积量/亿tSedimentsdepo󰀁sitionquantityperyear

1.94361.60981.32551.15371.000.70211.2828

沉积百分比/%Percentageofdeposition

1951~19581959~19661967~19721973~19801981~19901991~19981951~1998

73.5873.5771.6675.0175.8672.7774.14

汊,围垦面积共149.5km2。1949~1979年间湖区共围垦1695km2,围垦强度达0.44,居长江中下游3大湖泊(鄱阳湖0.24,太湖0.06)之首。据卞鸿翔[2]研究,围垦使泥沙沉积速率提高50%,即人类活动助长了泥沙沉积。湖泊湿地随泥沙的不断沉积而增加,为人类围湖垦殖提供了良好场所。但过度围垦导致洞庭湖面缩减,既改变了水动力条件,又助长了泥沙沉积,在湖泊生态系统中形成泥沙沉积󰀁湿地显露󰀁围垦湿地󰀁泥沙沉积的恶性循环关系[3]。水是搬运泥沙的动力,泥沙是塑造湖泊环境的介质,围垦是人与湖泊争地,其相互作用则干扰了生态系统服务功能的正常运转与发挥。

2󰀁泥沙沉积与围垦对湖泊生态系统服务功能的影响及损失价值估算

湖泊生态系统与其他自然生态系统同样是一个开放系统,生物与生物、生物与环境之间相互依存、相互作用,其中任何1个环节发生变化,其他环节则会发生连锁反应(见图1),故围垦或泥沙沉积可通过不同方

式直接或间接影响洞庭湖生态系统服务功能。

2.1󰀁泥沙沉积对湖泊生态系统服务功能的连锁反应

洞庭湖多年平均泥沙沉积量达1.2828亿t,按洪道面积1013km和1951~1995年湖面积的加权平均值3000km2计算,湖盆年均填高0.024m,年净增湿地0.04万hm2,芦苇和荻等水生植物以年均6.5hm2速度

图1󰀁泥沙沉积与围垦对洞庭湖生态系统的连锁反应

Fig.1󰀁RippleeffectscausedbysiltdepositandreclamationinecosystemofDongtingLake

2

增长。大面积湿地和水生植物的相继显露为钉螺孳生及东方田鼠繁殖提供了适宜的生境条件。钉螺是血吸虫惟一中间宿主,生活在水位波动线上下,孳生在冬陆夏水、杂草丛生的洲滩、沟港、堤坡或涵闸的潮湿环境

中。人们常因放牧、种田、捕鱼虾、打湖草以及防洪抢险等活动感染血吸虫病,以致严重危及人身健康甚至

[4]

生命。东方田鼠是洞庭湖区重要农业害鼠,繁殖率高,一般20d繁殖1胎,其种群分布与湿地面积大小及其显露时间长短密切相关。枯水期东方田鼠在杂草丛生的湿地上栖息、繁殖,春末夏初随湖泊水位上涨,湿地淹没于水下,东方田鼠以游泳方式从垸外湖河湿地向防洪大堤内迁移,侵入农田危害农作物,传播流行病疫,使湖区粮食减产,患钩端螺旋体和流行性出血热等疾病人数增多[5]。因钉螺感染和害鼠传播流行疾病,洞庭湖区146万t植物资源存量中真正利用的仅1/3,大量植物资源未被开发而白白浪费。泥沙沉积还导致土地沙化。由于近50年洞庭湖泥沙沉积率一直为71%~74%,沙化土地面积由1949年前的3.4179万hm2增至2000年的5.09万hm2,受沉积环境和水动力条件影响,沙化土地可分5个类型,即流动沙地139hm2(占0.2%)、半固定沙地1.0392万hm2(占18.8%)、固定沙地3.372万hm2(占60.9%)、沙改田(地)1.101万hm(占19.9%)和非生物工程治沙地155hm(占0.2%)。2.2󰀁围垦对湖泊生态系统服务功能的连锁反应

围湖垦殖是在受季节性淹水或常年性淹水不深的湿地上,选择有利地势筑土作堰,外御水,内造田,是以扩大耕地面积为目的的一种较普遍的湿地利用方式。其实质是将自然生态系统转变为人工农田生态系统。实践表明该利用方式可改变和碎化湖泊生态系统的生境,进而对其服务功能产生不良连锁反应。首先2

2

第2期李景保等:泥沙沉积与围垦对洞庭湖生态系统服务功能的影响181

围垦缩小了生物赖以生栖的空间,围掉的湖汊浅滩多为外源性有机物质的汇入口,具有很高的生物多样性,是适宜鱼、鸟类索饵和产卵的良好场所,且沿岸挺水植物又是某些候鸟、水禽栖息和繁殖地,围垦破坏了水生动植物的正常生境;同时围垦扩大了耕地面积,湖区农药用量由1.5万t增至21万t,加上大量投放沤制黄红麻废水铬渣和五氯酚钠等血防药物,污染了生物的生境,导致湖区野生动植物种类及数量呈急剧减少趋势,如银鱼是名贵经济鱼类,20世纪50年代产量达150~200t,目前产量仅为1.0~1.5t,天然湖泊年均鲜鱼产量由50年代的2.45万t降至近几年的0.7万t,50年代较常见的白鳍豚、天鹅等珍稀禽兽近几年几乎绝迹,白头鹤等珍稀鸟类也少有出现。其次围湖造田后垸外湖河泥沙不断沉积,而垸内泥沙沉积中断,湖区垸高田低格局日益突出,堤垸抗洪能力被泥沙沉积和洪水位不断抬高所削弱,洪溃缺堤现象频繁发生。能量巨大的溃堤洪水一方面使垸内村庄、耕地、水利设施及人民生命财产遭受洪水冲击,垸内积水排泄不畅受淹致涝,且把垸外河湖湿地上的钉螺疫水、泥沙和悬浮物带入垸内,使河湖沟渠、农田、水体受到污染,垸内曾灭螺达标的村庄、耕地、堤坡和水域复发钉螺,湖区灭螺血防工作严峻。2.3󰀁泥沙沉积与围垦对湖泊生态系统服务功能的连锁反应

1951~1998年洞庭湖泥沙总沉积量为60.14亿t,以泥沙干容重1.3t/m计算,相当于损失湖容46.63亿m3,在已围垦总面积(1695km2)中以湿地平均积水深度1.5m计,相当于损失湖容29.6亿m3,再加上其他社会经济活动(如水利工程)的影响,使洞庭湖

3

表2󰀁洞庭湖天然湖泊面积与容积的变化

Tab.2󰀁ChangesofDongtingLake󰀂snaturalacreageandcubage

年󰀁份Years1949191958197119781995

湖面积Lacustrinearea435039153141282026912625

减少值Decreasing

年均减少值Decreasingperyear󰀁󰀁87.0193.524.718.43.9

湖容积Lacustrinecubage293268228220186167

减少值Decreasing

年均减少值Decreasingperyear

5.010.00..91.1

435.0774.0321.0129.066.0

25.040.08.034.019.0

湖面湖容在50余年发生了深刻变化(见表2)。湖面湖容急剧减少产生一系列不良连锁反应,即调蓄功能衰退󰀁外洪内涝交织频繁󰀁水质污染。从典型洪水年调蓄状态看,天然湖泊调蓄功能衰退更加显著(见表3)。

表3󰀁典型洪水年洞庭湖调蓄功能的变化

Tab.3󰀁ThefunctionchangesofconservancyofDongtingLakeintypicalfloodingyears

典型年份Typicalyears1919961998

湖南四水洪量长江四口洪量区间洪量总入湖洪量总出湖洪量FloodquantityFloodquantityInterzoheTotalfloodquantityTotalfloodquantityoffourriversoffourbayousfloodquantityofenteringofpouring

1373.1475.3817.7

968.51.88.4

284.075.0230.1

2625.5705.01696.2

2065.484.01526.0

湖泊调蓄

Storageoflake560.5256.6170.2

高洪水位历时/dTimeofthehighfloodlevelslast洪水起涨至最高水位时间为5月2日~8月3日,历时72d洪水起涨至最高水位时间为6月2日~7月2日,历时28d洪水起涨至最高水位时间为6月1日~8月2日,历时72d

而每年主汛期(7~8月份)洞庭湖接纳的湘资沅澧四水及长江四口的洪水量却始终很大,常形成外洪内涝的危险局面,特大洪涝灾害日趋频繁。据灾情资料统计,1951~2000年间发生特大洪涝灾害的年份,20世纪50年代1次(19年),60年代1次(1969年),70年代2次(1973年和1976年),80年代3次(1980年、1983年和1988年),90年代5次(1994年、1995年、1996年、1998年和1999年)。同时湖面缩小降低了水草和湖水对流失化肥、农药、城镇污水及血防灭螺药物的净化和稀释能力,加速了湖泊水质污染。据湖区环境监测站近几年对全湖水监测评价表明,其有色度、悬浮物、高锰酸盐指数、氨氮、非离子氮、总N、总P和总大肠菌群检测值超标,尤其后3项超标率最高,分别达72.59%、55.73%及27.25%[6]。泥沙沉积与围垦使湖区原有四通八达的水运网络变成了一堵、二淤、三枯水状况,枯水期有些航道绕道航行,有些常年航道逐渐变成季节性航道,季节性航道又相继成为停航河道,通航里程大为缩减。2.4󰀁湖泊生态系统服务功能受损价值估算

研究分析表明长期泥沙淤积塑造了洞庭湖特殊的生态环境,而围垦(含其他经济活动)又破坏了湖泊生态系统的结构与功能[7]。二者相互循环作用则削弱和损害了湖泊生态系统环境、资源、生态等部分服务功能,进而导致洞庭湖生态系统的不健康,降低其服务功能价值。在围垦1695km2湿地面积中已无法划分出182中国生态农业学报第13卷

湿地类型,本研究将其围垦面积分为水面与饲草用地,前者按60%计为1017km2,后者按40%计为678km2,以估算水产资源和饲草资源的经济损失价值。水产资源价值计算式为:

C价=SiWi

(1)

式中,C价为湿地减少后所损失的水产品价值(元/󰀂),Si为水产养殖面积(hm2),Wi为单位面积水产品价值量(元/hm2)。洞庭湖区水面养殖以鱼、珍珠、虾蟹等水产品混合养殖模式为主,单位面积产值为25843元/hm2[8],计算得出洞庭湖围垦减少湿地年水产品损失价值量为26.28亿元。饲草资源价值计算式为:

C价=SiWiCi

(2)

式中,C价为湿地减少的饲草资源损失价值,Si为饲草资源面积(hm2),Wi为饲草单位面积产量(t),Ci为饲草单位面积纯收入价格(元/t),湿地饲草单位价格为230元/t,计算得出因减少湿地年少生产饲草253万t(以每1万hm2生产饲草37.3万t计),饲草资源价值损失量为5.82亿元。蓄水与供水价值损失(L价)计算式为:

L价=ViKi

(3)

式中,Vi为第i年湿地减少后蓄水量(亿m3),Ki为第i年工农业用水单位价值量(元/m3),洞庭湖区工农业供水单位价格为0.1元/m3。围垦减少水面1017km2,按湿地平均积水深度1.5m计,减少蓄水量为15.3亿m,据此计算出洞庭湖区围垦后减少的湿地蓄水与供水损失价值为1.53亿元。洞庭湖围垦减少蓄洪容积15.3亿m3,泥沙淤积损失湖容46.63亿m3,共减少蓄洪容积61.93亿m3,调洪损失价值计算式为:

L价=XiL0(1+i)

(4)

式中,L价为减少调蓄洪水所损失的价值,Xi为修建水库库容的平均价格0.67元m3[9],L0为当年调蓄洪水量(m3),i为修建水库的价格增长率,据此计算出洞庭湖围垦(1979年停止)和泥沙淤积(1951~1998年)后每年减少湿地调蓄洪水所损失的价值为41.50亿元。生物多样性损失价值计算式为:

L价=WiCi

(5)

式中,L价为洞庭湖湿地减少所损失的生态价值,Wi为减少的湿地面积,Ci为湿地单位面积生态价值,根据洞庭湖湿地自然保护区的实际投资和该区人民对生态功能的认识水平,现行保护条件下洞庭湖湿地单位面积生态价值为246.58元/hm2

[9]

3

,计算得出作为野生动植物栖息地洞庭湖区因围垦减少的湿地损失价值为

4179.53万元。多年泥沙淤积对湿地生态环境产生了不良连锁反应,即泥沙淤积󰀁生态环境退化󰀁土地沙化󰀁湿地,水生植物扩展󰀁血吸虫中间宿主󰀁钉螺孳生蔓延,进而降低了湿地环境的服务功能价值。据报道洞庭湖区血吸虫病主要流行于岳阳、益阳、常德等地37个县、市(区)和农场,尽管经过50余年的防治,现仍有钉螺面积17.47万hm2,血吸虫病人约21万人,病畜约2.0万头,每年因血吸虫病感染造成的经济损失达2.45亿元。1991~1998年湖区沙害村庄3个,沙化耕地6.86万hm,草地1880hm,公路5248km,水渠1279.8km,因沙害而造成的年均经济损失达1.55亿元。泥沙沉积和围垦还降低了湖泊的航运功能价值,据航运部门统计泥沙淤积和围垦使湖区河道断航52条,断航里程1280km,按湖南、四川、重庆等省市山丘区20世纪90年代3级公路平均造价552.83万元/km计算,其航运损失价值达70.76亿元。

参󰀁考󰀁文󰀁献

1󰀁湖南省政协经济科技委员会.三峡工程与洞庭湖关系研究.长沙:湖南科学技术出版社,2002.122󰀁卞鸿翔,龚循礼.洞庭湖滩地围垦问题的初步研究.地理学报,1985,40(2):132~140

3󰀁李景保.论洞庭湖滩地围垦及其对生态环境的影响.长江流域资源与环境,1993,2(4):340~34󰀁李景保.论洞庭湖区钉螺孳生环境与生态灭螺防病.湖泊科学,2000,12(2):140~146

5󰀁邹邵林,郭󰀁聪,刘新平.洞庭湖区洲滩环境演变对东方田鼠暴发成灾的影响.自然灾害学报,2000,9(2):118~1226󰀁李荣喜,秦󰀁林.洞庭湖水体污染现状与治理对策.湖南水利水电,2000(2):34~357󰀁董明辉.洞庭湖湿地生态农业资源持续开发研究.生态农业研究,2000,8(4):75~78

8󰀁李景保,朱󰀁翔,蔡炳华.洞庭湖区湿地资源可持续利用途径研究.自然资源学报,2002,17(3):387~3929󰀁庄大昌,欧维新,丁登山.洞庭湖湿地退田还湖的生态经济效益研究.自然资源学报,2003,18(5):536~2

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