城市海岸带生态系统长期修复成效的多维评估——以中国五缘湾为例

《Global Ecology and Conservation》：Assessing long-term restoration effectiveness in urban coastal ecosystems: Insights from Wuyuan Bay, China

　　

城市海岸带修复对于在满足社会需求的同时维持生态系统健康至关重要。然而，对其多维成效的评估仍然有限。本研究采用一套针对修复目标定制的多维评估框架，评估了中国最早的城市海岸带修复项目之一——五缘湾的长期修复成效。该框架包含生态环境质量（Ecological Environmental Quality, EEQ）、生态系统过程（Ecosystem Process, EP）和文化生态系统服务（Cultural Ecosystem Service, CES）三个模块。研究人员量化了2000年至2020年的修复成效，考察了三个模块之间的协同关系，并评估了空间溢出效应。各指标和模块的恢复呈现异步性。八项指标中有七项表现出不同程度的改善。营养盐相关指标和文化生态系统服务改善迅速，增幅为0.41–0.64。与此同时，溶解氧（Dissolved Oxygen, DO）和底栖物种丰富度（Benthic Species Richness, BR）初期下降且恢复缓慢。在模块层面，文化生态系统服务的改善幅度最大，其次是生态环境质量，再次是生态系统过程。综合成效的分阶段分析显示出显著的滞后效应。综合评估得分在20年间提升了64.40%，其中超过80%的提升发生在修复完成后的十年内，而非修复刚完成之时，这凸显了修复项目长期监测与评估的必要性。协同分析表明，生态环境质量与生态系统过程之间的耦合最强，其他模块之间的关系则随时间动态演变。修复相关的正向变化表现出空间距离衰减模式，影响范围延伸至干预点约1公里处。总体而言，本研究表明海岸带生态系统修复的不同维度以不同速率恢复，并呈现动态的相互关联，为城市海岸带修复的长期评估和适应性管理提供了科学依据。

论文解读：城市海岸带生态系统长期修复成效的多维评估——以中国五缘湾为例

一、研究背景与问题

海岸带是陆海交互的关键区域，涵盖湿地、潮滩和浅海等多种生态系统，对维持生物多样性、减缓气候变化以及保障生态系统功能与服务至关重要。然而，全球范围内高强度的人类开发活动导致海岸带生态系统普遍退化，对城市防灾、气候调节和人类福祉产生了负面影响。随着全球海岸带修复项目的迅速扩展，系统评估其成效变得日益重要。早期评估多依赖物理化学、栖息地、植被和生物多样性等指标，但仅凭这些指标无法全面反映修复后生态系统是否恢复了维持其改善所需的过程。修复的最终目标是建立具有完整功能完整性的自维持生态系统。因此，近年来评估重点逐渐从生态结构与环境质量转向生态系统功能，并日益纳入社会文化效益。然而，现有评估仍存在三方面不足：其一，评估框架往往偏重生态结构或环境质量，未能将生态系统功能和社会文化效益纳入同一框架；其二，修复评估的时间维度关注不足，短期观测难以区分暂时波动与持续恢复；其三，不同修复维度可能异步响应，且修复带来的变化可能超越干预边界，与城市化等其他空间过程叠加。这些不足凸显了开展长期、分阶段、多维度的海岸带修复成效评估的必要性。

二、研究内容与意义

本研究以中国厦门五缘湾为典型案例，该湾曾因海堤建设、填海造地和养殖活动而严重退化。2005年，厦门启动了全国最早的城市海岸带生态修复项目之一，覆盖约1000公顷，主要措施包括2005至2007年的水动力修复（清淤、拆除钟宅旧海堤以恢复水文连通性）、污染控制（建设污水收集系统、截流直排污水、清除农业工业及海水养殖污染源）以及栖息地保护与重建（恢复一个湿地和三个森林栖息地，逐步拆除海水养殖设施）。研究采用与修复目标相适应的多维评估框架，涵盖生态环境质量、生态系统过程和文化生态系统服务三个模块，评估了2000至2020年五缘湾的长期修复成效。研究旨在：评估三个时间阶段（修复前、修复完成期、修复后长期阶段）的修复成效；比较三个模块的时间响应模式和恢复速率；刻画修复相关变化在直接修复区之外的空间距离衰减模式。该研究为城市海岸带修复的长期评估、可持续海岸管理和适应性修复规划提供了科学依据。

三、主要关键技术方法

研究人员采用多维评估框架，以2000年（T0）、2010年（T1）和2020年（T2）三个时间点对应修复前、修复完成期和修复后长期阶段。生态环境质量模块包含溶解氧（DO）、溶解无机氮（DIN）、活性磷酸盐（PO?）、归一化植被指数（NDVI）和底栖物种丰富度（BR）五项指标，其中DO、DIN、PO?和BR来自研究机构在三个年份5月的野外调查，NDVI来自Landsat 5/TM和Landsat 8/OLI遥感影像。生态系统过程模块采用初级生产力和水源涵养指数。文化生态系统服务模块基于土地利用类型评估休闲服务。数据经TOPSIS方法标准化至0–1范围，采用熵权法确定指标权重，模块间等权加权计算综合得分。修复成效以指标、模块或综合得分的变化值表征。空间溢出效应通过缓冲区分析刻画修复相关变化随距离的衰减模式。

四、研究结果

指标层面的异步恢复。 八项指标中有七项呈现不同程度的改善。营养盐相关指标（DIN、PO?）和文化生态系统服务改善迅速，增幅为0.41–0.64。溶解氧和底栖物种丰富度初期下降且恢复缓慢，反映出不同生态组分对修复干预的响应速率存在显著差异。

模块层面的差异化改善。 文化生态系统服务改善幅度最大，其次为生态环境质量，生态系统过程改善相对最小。这表明修复的社会效益在短期内即可显现，而生态系统功能的恢复则需要更长时间。

综合成效的滞后效应。 综合评估得分在20年间提升了64.40%，其中超过80%的提升发生在修复完成后的十年内（2010–2020年），而非修复刚完成时（2005–2009年）。这一滞后效应凸显了修复项目长期监测与评估的必要性。

模块间协同关系。 生态环境质量与生态系统过程之间的耦合最强，表明环境条件的改善与生态系统功能的恢复密切相关。其他模块之间的关系则随时间动态演变，反映出修复过程中不同维度间的相互作用并非恒定。

空间溢出效应。 修复相关的正向变化表现出空间距离衰减模式，影响范围延伸至干预点约1公里处。这表明修复效益不仅局限于直接干预区域，还能惠及周边地区。

五、讨论与结论

讨论部分指出，不同修复维度以不同速率恢复并呈现动态的相互关联。营养盐指标的快速改善归因于污染控制措施的及时生效，而溶解氧和底栖生物群落的缓慢恢复则反映了海洋生态系统对干扰响应的滞后性。文化生态系统服务的快速提升与修复后滨海空间的休闲功能转型密切相关。空间溢出效应表明修复项目可产生超出其边界的正外部性，但影响范围有限。研究结论强调，海岸带生态修复的不同维度恢复速率各异，综合评估必须考虑时间滞后和空间外溢，长期监测与适应性管理是确保修复成效持续的关键。该研究为城市海岸带修复项目的成效评估提供了涵盖生态、功能和社会效益的多维框架，也为类似区域修复项目的设计和评估提供了方法参考。