生态承载力与崇明岛生态建设

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生态承载力与崇明岛生态建设

山东茂隆新材料科技有限公司 2021-01-20 2088


简介: 崇明岛是我国第三大岛,也是世界上最大的河口冲积岛,位于长江流域和东部沿海地区 “T” 字形格局的交汇点, 是上海最具潜在战略意义的发展空间之一。 崇明的自然资源数量,特别是滩涂土地面积,风能、太阳能和大量生物能等绿色能源供给状况,以及绵长稳定的深水岸线在本区域都具有一定优势……关键字:生态承载力 崇明岛 生态建设

1 崇明岛生态建设背景

  崇明岛是我国第三大岛,也是世界上最大的河口冲积岛,位于长江流域和东部沿海地区 “T” 字形格局的交汇点, 是上海最具潜在战略意义的发展空间之一。 崇明的自然资源数量,特别是滩涂土地面积,风能、太阳能和大量生物能等绿色能源供给状况,以及绵长稳定的深水岸线在本区域都具有一定优势。此外,崇明岛也是目前长三角地区受人类活动,特别是工业化影响较小的地区,素以 “ 水清、土洁、气净 ” 而著称 [18] 。但是,由于崇明岛远离上海市中心,受交通条件的制约,人流,物流和信息流严重受阻,所受辐射影响较小,导致工业和第三产业的规模和经济效益等方面在长江三角洲地区明显缺乏竞争力 [41],被称为上海的“ 西部 ”,已严重制约了上海市社会经济的全面腾飞。

  因此,崇明的发展早已引起了有关方面的高度关注。 2002 年,上海市第八次党代会提出 “ 积极做好崇明开发准备 ”,并随后编制了《崇明岛域总体规划纲要》。 2004 年,国家主席胡锦涛对上海市提出把崇明岛建设成现代化综合性生态岛的规划给予了肯定,希望按照科学发展观的要求,切实规划好、建设好崇明岛。同年,国务院对崇明越江通道可行性给予批复。依照《崇明岛域总体发展规划》,根据崇明岛域自南向北的地带性规律,结合岛域东西两端的特色空间要求和道路布局特征,整个岛域总体布局将形成五大功能分区:崇东分区,以生态示范,休闲运动,国际教育为主体的门户景观区;崇中分区,以森林度假,办公总部,休闲居住为主体的中央森林区;崇北分区,以主题乐园和生态农业为主体的乐园旅游区;崇南分区,全岛人口和产业高度聚集的田园式中心城区;崇西分区,以国际会议,滨湖度假为主体的东方日内瓦式景湖度假区。到 2020 年,崇明将基本建设成为以优美的生态环境为品牌,以闻名的游乐度假为主导,以发达的清洁生产为支撑,环境优美、经济发达、文化繁荣、保障健全、城乡融合的上海世界级城市的生态岛区和最优美的 “ 海上花园 ” ,成为国内领先、国际一流的人类生态环境与 生态活动示范岛区 。科技兴岛 ,从 20 04 年 7 月起,上海市科委组织十几所高校、科研院所和企业的上百名专家,先后几十次上岛,实地调查,倾听建议。十易其稿,一份《崇明生态岛建设科技支撑实施方案 (2005-2007) 》日臻完善。目前,上海市崇明生态科技创新基地已初具规模,市科委布局的 包括“崇明岛生态承载力与生态安全预警系统研究”的一批科研项目正陆续展开,新成立的六大实验室已经启动, 生态崇明蓄势待发。

2 崇明岛生态经济现状及生态建设中的 科学问题

  崇明岛自然条件、自然资源与环境,以及社会经济状况均有别于上海其它地区:

  (1)从自然条件上,作为一个成陆历史很短的河口岛屿,崇明植被群落构成单一,稳定性差,服务功能和抵御风险能力低 [26] [29] [32] [37] 。崇明岛岛屿面积变化显著,岸线不稳定。自公元 7 世纪露出水面以来,崇明岛一直处于动态变化之中。其变化有两大特点:一是面积不断扩大,仅解放以来的半个多世纪面积就扩大了一倍,由建国初的600km 2 扩大为现在的1200km 2 。崇明东滩是历史上淤涨最快的岸段,上世纪 50 年代至 90 年代,每年向海推进 200 ~300m。但是,近十余年来,由于长江入海泥沙急剧下降,崇明东滩淤涨减缓 [4] [28] [31] 。二是不断移动,长期以来崇明岛呈 “ 南坍北涨 ” 之势,岛屿中心向北移动。演变不定的崇明岛不仅关系到岛屿的空间扩展,还会给当地的生态系统带来诸多生态风险。

  (2)在自然资源和环境方面,突出的问题是水资源与水环境。首先,崇明生态岛的建设面临着淡水资源匮乏的严峻问题。虽然崇明岛三面临江,一面濒海,境内河网密布,雨水充沛,水资源条件得天独厚,但是崇明岛水资源量和利用状况却不容乐观。崇明地表水总量虽然丰富,可利用水资源总量约为 33.60×108m3 ,但其中约 90% 为理论上可利用长江引潮水量,本地径流量仅占 10% 左右 [33] 。随着长江沿岸耗水量的不断增加,以及南水北调工程的实施,长江口咸潮入侵对崇明岛的影响将进一步加剧,每年用于防潮、排渍等的水资源消耗量不断增加,崇明淡水资源的季节性短缺会更加突出。同时,由于长期以来产业经营比较粗放,生产和生活用水利用率低,水资源浪费现象比较突出,不合理的利用导致崇明可利用水资源量呈现不断减少的趋势。其次,由于近年来长江流域高度密集的人口和产业的快速扩展,造成崇明沿岸水质不断下降,其中三氮、活性磷酸盐等营养盐含量指标已接近或超过三类海水标准,油类含量相当于二类海水,海底的某些重金属元素也出现不同程度的超标现象。而岛内生活污水的随意排放,有机污染和石油污染的范围扩大等加重了河网水系的污染,近 40% 的河道水质不能达到功能要求。崇明每年排放生产和生活废水 4292.62×10 4 m 3 ,绝大部分污水未经处理,直接排入河道水体,是造成河道水质污染严重的重要原因。这些问题已成为困扰崇明发展的主要环境问题之一 [42] 。最后,船行波淘刷、引排水带进的泥沙、水土流失等,造成河道淤浅严重,加之道路和城镇建设等导致的河道填堵等,使崇明岛河网水系不断衰减,水资源的调蓄和利用能力受到严重制约 [27] 。

  (3)崇明岛是长江河口海陆相互作用复杂系统的重要组成部分,一些特有的自然灾害发生频繁。影响最严重的是盐水入侵。整个岛屿东侧和北侧每潮均受海水入侵之虞,西侧和南侧上段还要遭受北支盐水倒灌之害。特别在枯水季节,严重的盐水入侵可能会使崇明岛被咸水围困,给人民的日常生活和工农业生产带来重大危害。如 1978 年正逢长江流域流量大幅减少,沿江各地大量抽水,致使长江口南、北港盐水上溯强度大增,同时北支盐水连续大量倒灌入南支,致使整个崇明岛被盐水包围,众多工厂被迫停产,居民饮水发生困难,崇明县 2 万亩水稻因此错过种植季节。此次盐水入侵造成的直接经济损失达 1400 多万元,间接损失不可估量。而近年来,随着南水北调、三峡水库及河口深水航道等许多重大工程的建设,盐水入侵将进一步加剧。其次是风暴潮。崇明岛毗邻大海,地势低洼,由强热带风暴或台风造成的风暴潮来势猛、速度快、强度大、破坏力强。风暴潮席卷之处,海水淹没房屋等建筑设施,直接威胁到人民的生命财产安全。引起的海水倒灌造成农田盐碱化,沿岸淡水资源受到污染,自然资源退化。风暴潮还增大沿岸泥沙的运移,加剧了对海岸的侵蚀。据有关资料统计,每年具影响力的台风平均 6 ~ 7 次,特大风暴潮平均约 18 年出现 1 次。在全球变暖趋势下,海平面上升抬高了风暴潮的基面,势必会加剧风暴潮的破坏强度。

  (4)经济相对落后 [41] 。 2003 年,崇明县的 GDP 增加值仅 70.1 亿元,为全上海市 19 个区县最低,是闵行区的 1/4 ,浦东新区的 1/8 [30] 。农村人口比重大。虽然人口是上海市各区县中唯一长时期来持续减少的地区,但是,随着沪崇苏快速干道建设规划的实施,横沙、长兴、崇明三岛之间以及三岛与浦东新区的联系必将大大增强,产业分工与协作必将跨入一个全新的阶段。投资的增长、工业化的推进,必然会带来土地和人口的巨大压力。

  总之,在资源有限,经济落后,灾害频繁,风险增大的情况下,如何保持经济跨越式发展与资源的可持续利用的平衡关系是崇明新发展过程中必须正视的问题,也是实现崇明岛生态建设目标的前提条件。 依照《崇明岛域总体发展规划》目标需求与崇明现状,笔者认为急需解决以下重大科学问题: 崇明生态岛建设的生态内涵应该怎样落实?崇明重要资源、环境与社会承载力的潜势和未来扩展空间如何变化?它们对新型产业和未来人口的支撑能力如何?规划目标下,未来崇明适合的人口规模、能源、交通结构以及新产业结构、准入标准和布局应该是什么?如何建立承载力基础上的崇明岛生态安全预警和保障体系等等。这些科学问题和建设需求是关系到崇明岛生态建设目标能否实现的首要问题,同时也决定了对崇明岛人口和经济发展与其资源和环境支撑能力关系进行深入研究的重要性和紧迫性。

3 生态承载力与崇明生态岛建设

  生态承载力强调特定生态系统所提供的资源和环境对人类社会系统良性发展的支持

复合土工布主要应用在五大领域:1、环保,环卫。十分有效地解决了城市固体废弃物污染环境的问题,可避免对环境造成持续污染。 2、水利工程用于坝基加固,排水板对地下水的引流、导排降压等。3、市政建筑工程软土基础加固与排水等各类防渗工程4、石油化工系统、化工污水池防渗、炼油厂污水池防渗、电镀酸洗池防渗防腐,管道内衬等。5、道路交通设施、道砟下面的防渗导流加固,涵洞与隧道防渗加固地下水导排与电路防潮保护)。

能力,是多种生态要素综合形成的一种自然潜能 [1] 。与其它能力一样,它可以发展,也可以衰退,取决于人类的资源利用方式。一定生态承载力基础上,可以承载的人口和经济总量是可变的,取决于人口与生产力的空间分布、不同土地利用方式之间的优化程度、以及产业结构与产业技术水平 [15] 。因此,生态承载力决定着一个区域经济社会发展的速度和规模,而生态承载力的不断提高是实现可持续发展的必要条件 [34] [38] 。如果在一定社会福利和经济技术水平条件下,区域的人口和经济规模超出其生态系统所能承载的范围,将会导致生态环境的恶化和资源的匾竭,严重时会引起经济社会的畸形发展甚至倒退。生态承载力研究是区域生态环境规划、实现区域人口、经济和环境协调发展的科学保障。 生态承载力研究注重人口、资源、环境和发展之间的关系,属于评价、规划与预测一体化的综合研究,研究内容包括资源与环境子系统的共容、持续承载和时空变化特征,以及人类价值的选择、社会目标、价值观念、技术手段与承载力的互动。研究的根本目的在于找到一整套政策,使一个地区在人口和资源变化的情况下仍能保证持续稳定的发展,或根据区域承载力制定相应的人口、经济政策,与区域经济社会发展方向、速度和规模密切相关。

  崇明生态岛建设旨在实现社会经济高度发展,生态环境得到有效保护和提升、居民生活品质明显改善、人与社会和谐发展的、跨越式区域发展模式。这种发展模式对崇明的资源与环境提出了更高的要求,也带来了明显压力 [24] 。首先,交通条件、流通环境的改善将会大大增加岛上的人口数量。相应地,这将要求单位面积上的土地产出更多。但是,由于崇明岛目前社会经济文化水平均落后于上海市其他各区,从和谐社会统筹区域发展的要求,崇明县要尽力赶上上海发展的节奏,也必须大大地提高土地的生产能力,土地承载压力势必增大。其次,生态岛的建设目标对岛屿淡水水质和水环境提出了更高要求,加剧了原有的水资源矛盾和水环境问题,资源性、工程性和水质型缺水等问题更加突出,水资源安全利用的风险将会成为影响崇明生态岛建设的主要限制因素和战略瓶颈。加快制定合理的水资源利用和开发规划战略,为崇明生态岛建设提供安全的水资源保障,是一项十分迫切的战略性任务。第三,根据《崇明岛域发展规划纲要》提出的森林花园岛、旅游渡假岛以及生态人居岛的建设目标,未来崇明的森林生态系统不仅要提供更多、更好的林产品、果品以满足更多人口消费和建设需求,还肩负着如何在人口压力增大、各项工程带来的生态风险增加情况下,维持和提升完备的生态涵养和防护的功能,同时能满足人们欣赏风景、陶冶性情的旅游需求。根据《崇明岛林业发展规划》( 2003 ~ 2020 ),至 2020 年崇明森林覆盖率要达到 55 %,届时崇明岛将有一半以上的土地被森林覆盖,森林生态系统将成为崇明岛最为重要的生态系统,也是崇明岛生态建设的主要部分 [30] 。因此,崇明森林资源承载力研究对生态岛的建设具有重大指导意义。最后,由于特殊的区位地理条件,崇明岛还存在一些明显的自然灾害,如盐水入侵、风暴潮等。因此,崇明生态岛建设应该首先借鉴国际岛屿生态建设的成功经验,提出自己的发展模式,建立与之相适应的新型产业结构、人口规模和布局方案,并对岛屿生态承载力进行综合评估及阈值研究,提出具有可操作性的提升区域生态承载力的对策,构建崇明岛重要生态系统的健康和风险评价指标体系和模型,建立、开发环境安全和灾害预警系统,为崇明生态岛经济发展和环境资源可持续利用提供建议和战略决策依据。

4 建议

  依据生态学原理,在可持续发展的前提下,结合崇明岛生态建设目标,考虑崇明岛重要资源、环境、人口和产业现状以及区域优势,从生态承载力研究出发,我们提出以下建议:

4.1 崇明生态承载力研究要紧密结合区域特点

  根据生态承载力的国际研究热点,结合崇明岛本身的特点和优势,崇明岛生态承载力的研究应注重以下方面:

  (1)注重资源要素的网络关系,开展区域生态承载力的综合研究。早期关于生态承载力的研究,多侧重单一资源要素,如水、土地和关键矿产等,忽略了资源各要素间的网络关系以及系统的整体效应。随着可持续发展思想和概念的提出,迫切需要从 “ 自然—经济—社会 ” 更宏观的复合巨系统层面上,探讨资源和环境承载力同人口、经济发展相协调的问题。崇明岛面临着良好的国际、区域发展机遇和挑战,必须协调区域经济社会发展同人口、资源、环境复合关系。随着经济全球化的不断深化,三岛联动,特别是长江三角洲一体化进程的加快,加上崇明与浦东、苏北交通联系的改善,崇明与外界的联系必将大大加强,崇明县与上海市、长江三角洲、中国其它地区之间的经济合作与竞争态势、互利机制将增强,崇明岛将有更多融入长三角一体化的机会,并会在未来长江流域经济发展中发挥重大作用。机遇挑战并行,崇明生态岛良好的人流、物流、技术流、资金流、信息流的有利外部环境还将需要大量的协调与合作。因此,崇明岛生态承载力研究要注重多目标、多情景系统模拟与动态预测。

  (2)强调结果的动态及可预测性。以往生态承载力研究多偏重于静态现状分析,缺乏对动态变化过程的预测,未能将现状承载力同潜在承载力相结合。对于崇明岛而言,作为一个冲积岛屿,其面积和岸线都处在不断变化之中,而崇明岛生态环境建设将给岛上的人口、土地利用以及产业等社会经济环境带来巨大变化。动态的环境要求其承载力的研究结果是动态的,并且具有可预测性。

  (3)考虑区域及国家政策等人为影响,强调经济发展的跨越性。作为经济发展的重点地区,崇明在相当长的一段时期内将享受到国家和上海市政府的青睐。优惠的政策,巨额的投资,将为崇明的发展创造良好的基础,使崇明成为国际投资环境新热点,并迎来一次跨越式的大发展。同时,势必带来人口规模、产业结构的大演变。因此研究崇明岛生态承载力必须充分考虑区域及国家政策等人为影响因素,注重其时效性、滞后性和潜在性。

  (4)从 “3R” 原则、 B 模式理念出发,探讨提高崇明承载力的对策。 “3R” 原则是指循环经济建立依赖于以 “减量化( Reducing )、再使用( Reusing )、再循环( Recycling )” 为内容的行为原则。与传统经济 “对资源的高开采、低利用、污染物的高排放” 相对,以 “3R” 原则为核心的循环经济展示出的特征是 “对资源的低开采、高利用、污染物的低排放” 。相类似的,莱斯特 · R · 布朗提出的 B 模式是以太阳能、氢能为主要能源,广泛再使用、再循环和稳定人口的经济发展模式。布朗提出要通过市场的努力,促进新能源、新技术的开发和推广,最重要的是要调整能源经济结构,改变过去那种以高度能源消耗为特征的经济发展模式。崇明生态岛建设为一种跨越式的经济发展模式,面临许多资源与环境问题,必须遵从 “3R” 原则、 B 模式理念,积极寻求提高崇明生态承载力的对策与策略。

4.2 研究生态岛资源节约型可持续发展模式

  尽管具有自己的区域特色,崇明的发展也需要借鉴国际成功经验。 美国纽约长岛和崇明岛的情况是最相似的,它是毗邻大都市的岛屿经济发展典范。它利用独特的区位优势、良好的环境和广阔的土地,大力发展度假居住、科技研发等产业,成为纽约集投资移民和智力移民的后来居上的现代化综合型生态岛。通过对纽约长岛生态岛研究,分析如何利用毗邻大都市岛屿的区位条件,发展以科技研发、度假旅游为主要内容的现代服务业,同时又保持良好生态环境的区域开发模式。重点应放在生态岛与毗邻大都市区互动的内部动力机制和外部政策文化环境。制定与区域生态承载力相适应的新型产业结构、人口规模的调整和优化布局方案,提出崇明生态岛资源节约型可持续发展模式。

  经济的发展与环境的保护似乎是矛盾的,难以两全。然而德国巴伐利亚州的发展模式给这一问题以圆满的答案,巴州面积 7 万平方公里,人口 1200 万,是德国最大的“农业州”。 50 多年前,巴州工业贫乏,经济落后,在经济发展中“掉”在了德国国家经济的最后面。但是,目前巴伐利亚州已成为德国经济最具活力的地区,纯农业占 GDP 的比重下降到 1 %,工业、科技及服务业所占比重增至 99 %。2003 年巴州的社会生产总值达 3709 亿欧元,已超过欧盟 25 国中的 19 个国家。人均产值为 29917 欧元,也明显高于德国和欧盟的平均水平。巴州在传统农业的基础上实现跨越式发展的模式也非常值得崇明岛借鉴。此外,位于德国南部的“黑森林”地区不仅保持了森林覆盖率高、生态环境优良的优势,而且通过发展生态旅游、生态农业,建设生态城镇,较好地解决了生态环境保护与区域经济发展之间的矛盾和问题。崇明生态岛建设应该借鉴国内外不同社会经济发展模式的内容,结合崇明的自然和人文特色,重点分析与崇明岛类似地区的区域发展轨迹,分析和总结生态岛建设不同模式及其发展的成功经验,探索崇明资源节约型生态岛建设模式。总之,可以通过调研和模拟,分析西方主要发达国家地区在不同发展阶段时的人口结构,环境污染,产业结构,经济资源消耗密度与经济总量(GDP 、人均 GDP)的关系,揭示“社会经济发展-环境响应”的变迁模式和一般规律。最后,对比研究崇明岛自身历史、现状与未来(生态岛建设目标)。应通过实地调查、统计数据收集,对崇明岛自然资源特点,土地利用方式、水土气等环境因子状况、经济结构与空间形态、人口增长与分布、乡土文化与公共管理等方面进行综合调研与分析,建立生态资本帐目表与环境状况动态监测及预警、预报系统,鉴明崇明历史、现实与未来之间的相似与相异之处,以了解现实差距、明确薄弱环节、确立开发优势,从而对崇明生态环境建设与经济社会发展阶段做出科学判定。

4.3 综合研究崇明岛生态承载力现状和发展动态

  近年来生态承载力的研究侧重于模型模拟和区域承载力的综合研究 [3] [5] [11] 。在模型研究方面,有 系统生态学的分室模型 [25] , 生态足迹模型 [9] , Logistic 模型 [6] 等。 英国苏格兰资源利用研究所(英文名)应用系统动力学理论,建立了提高人口承载能力备选方案模型,即 ECCO(Enhancement of Carrying Capacity Options)模型 [19]。该模型在“一切都是能量”的假设前提下,模拟不同发展策略下,人口与资源环境承载力之间的弹性关系,从而确定以长远发展为目标的区域发展优选方案。该模型在一些国家应用取得了较好效果,并得到联合国开发计划署的认可 [35]。在区域生态承载力研究方面也有很多报道 [7] [12] [13] [16] 。 Walker (1995)对经济增长和环境之间的关系在国家、区域和地方三个尺度上进行了比较研究 [22];而 Harris 等(1999)在全球和区域尺度上对农业生态系统的承载力进行分析,探讨了农业产量、生态制约因素及人口等的关系,为研究区域生态承载力树立了典范 [10]。因此崇明岛生态承载力研究应紧跟国际前沿,直取生长点,建议从以下几个方面开展研究:

(1)崇明岛生态承载力现状调查与分析

  首先必须对崇明岛生态承载力的现状有清楚的了解。可以通过对现有自然、社会和经济背景资料进行调研,采用网格法对岛屿生态环境与社会经济要素调查、取样、分析,获得相对完整的水、气、土、动植物、社会经济数据以及它们的时空分布格局,并进行环境监测。对卫片、航片进行判读和解译,应用国内外成熟的商业数据管理系统和主流的商业 GIS 工具,以及成熟的 Web 服务技术框架,建立崇明岛生态信息系统,以便为研究人员提供简捷、高效的数据贮存、获取、量化、分类,可视化分析和制图,情景模拟以及辅助决策管理等综合服务平台。系统在设计和开发过程中,应充分考虑到与上海市数字城市基础平台的对接。系统主要由多源、分布式生态环境资源数据模块,生态信息管理模块,元数据库和目录服务模块组成。基于生态信息系统,采用多种研究方法,如生态足迹分析方法、自然植被净第一性生产力估测方法、资源与需求差量方法、可持续环境承载力模型方法、生态承载力综合评价方法及状态空间法等对比 [14] [20] [21] [39] 研究崇明岛生态承载力现状。

(2)评价崇明岛重要资源和环境要素承载力

  崇明作为“社会-经济-自然”复合系统,其重要资源和环境要素承载力应当建立科学完备的评价指标体系。可以通过评估模型研究,探讨特定资源或环境要素的承载力与区域生态系统各要素之间的关系,以确定特定资源或环境对人口、产业的支撑能力和阈值。应包括以下内容: i)土地资源承载力研究。土 地资源承载力分析应从资源、环境、人口、发展之间的关系入手,研究经济发展、生态保护、资源开发速度与人口合理承载的动态关系,从而为人地关系的协调发展提供科学依据。包括 土地利用结构与人口、社会经济发展水平及承载力的双向互动关系;经济发展的产业结构、经济密度、空间结构与土地经济承载力的互动关系;在特定前提条件下,人们的生活水平和生活方式与空间分布及其与土地的人口承载力的互动关系;在上述三方面分析研究基础上,建立多目标、多因素综合评估目标体系,提出可供选择的决策咨询方案。 ii)水资源承载力研究。根据崇明岛生态环境功能分区,探讨崇明岛生态环境需水类型,研究崇明岛不同功能区域各部分生态需水量。从水资源供水系统、需水系统和排放系统,筛选与社会经济发展和环境保护相关的水资源承载力评价指标,构建崇明岛水资源承载力评价指标体系。运用系统动力学(SD)方法,设立评价指标体系内各系统的反馈结构及其因果关系链,定量计算崇明水资源所能承载的社会经济发展规模和生态资产维护目标,判断崇明岛社会经济发展水资源承载可行性。研究制定崇明节水型社会的评价指标体系,从技术、经济、政策、宣传等角度,构建崇明岛节水型社会建设的保障机制。 iii)森林资源承载力研究。森林是区域生态基础设施之一,对生态环境改善具有重大意义。森林资源承载力应从岛屿森林资源现状质、量调查入手,根据木材、果品、防护、景观美化、道路养护等不同目的需求及其动态变化,基于岛屿不同的生态功能分区,采用 3S 系统,对整个岛屿的森林承载力进行评估、模拟和预测,为崇明岛未来森林规划与建设提供科学依据。

(3)崇明岛区域生态承载力综合评估和多目标系统模型预测

  考虑崇明生态岛建设的目标定位,应从整个岛屿的可持续利用管理出发对崇明岛生态系统承载力现状和发展动态进行综合研究。通过探讨崇明产业状况、人口发展与生态承载力的协调机制,寻求提升崇明生态承载力的对策等。同时,应纳入预测的科技发展、可利用的区域优势,进行情景分析,预测崇明重要资源承载力在未来(2005-2020 年)的发展动态,并评估不同时段崇明资源承载力潜势与预测人口、产业发展的耦合状况,提出优化资源配置、利用途径以及提升资源承载力的有效对策。具体内容应包括:社会、经济、环境和可持续发展量化综合指标体系建立;以 ECCO(Enhancement of Carrying Capacity Options)模型为基础的崇明生态系统承载力数学模型的构建和参数化;崇明生态系统承载力的动态模拟及变化趋势预测;崇明产业状况、人口发展与生态承载力的优化配置等。

  在人类社会高度发达的今天,任何生态系统都是一个存在人类经济活动的开放性系统,因此研究区域承载力就不能过于局限,而应该把它放在更高一层的系统中综合考虑。尽管崇明岛是一个孤立的岛屿,它与周围生态系统却有着千丝万缕的联系,如上海市或整个长三角地区水资源的利用模式及水污染的状况直接影响崇明岛的水资源现状。崇明岛不断与外界发生能量流、物质流、信息流和资金流,特别是当沪崇苏快速干道和东海大桥建成之后,崇明与上海乃至整个长三角地区就会迅速融合为一个整体。因此研究崇明岛区域生态承载力,必须从系统的观点出发,综合考虑整个上海市,甚至长三角地区的资源与环境要素状况。

4.4 研究提高崇明岛生态承载力的对策

  生态承载力是可变的,但这种可变性在很大程度上是可以由人类活动加以控制,这体现出生态承载力具有人类价值的选择性。人类在经济活动中应有目的地寻求生态限制因子,并降低其限制强度,以使生态承载力在量和质上向人类预定的目标变化。但人类施加的影响和作用必须有一定的限度,必须在生态系统本身的自然规律范围内,否则会降低系统的生态承载力,造成生态系统的退化。提高生态承载力的过程是人类在一定条件下,将生态承载力低的生态系统改造为生态承载力高的生态系统,且通过各种手段包括法律、行政、经济等,阻止生态系统功能发生退化。因此可以从以下几个方面考虑。

(1)增加自然植被覆盖率,提高植被净初级生产力

  太阳能要通过绿色植物才能被固定下来,并在整个生态系统中流动。研究表明,植被覆盖率将直接影响区域生态承载力的大小。因此,大幅度增加崇明岛植被覆盖率将有助于其承载力的提高。由于各植被类型固定太阳能的能力不同,其承载力也不同。森林是净生产力最高的植被类型,生态承载力也最高。因此,为提升崇明岛的生态承载力,应进行大规模的植树造林。目前全岛森林资源总量明显不足,2003 年森林覆盖率达 16.8% ,约为全球平均水平的一半,全国平均水平的三分之二。按照《崇明岛林业发展规划》,至 2020 年森林覆盖率要达到 55 %。如何实现,怎样实现这一目标呢?作者认为除了按规划在岛屿中部建设100km 2 左右的森林休闲度假区外,在岛屿西、南、北面沿江200m范围内建设防汛护岸的江防林,树种以阳性、耐湿树种为主,如湿地松(Pinus elliottii)、旱快柳(Salix matsudana)、加杨(Populus canadensis)等。东面在围垦地边缘建设保地防潮的海防林,选择阳性、耐盐碱、耐生理干旱、根系发达的树种。以上两种防护林应同时考虑配置灌木树种来增强防护效果,树种选择耐阴、树型优美、花期长久的品种,如柽柳(Tamarix hispida)、小叶黄杨(Buxus microphylla)、赤杨(Alnus tinctoria)(有固氮能力)。这样,在崇明岛不断向东淤长的过程中,将在岛屿东部逐渐形成大面积的森林生态系统,也会大幅度提升东滩的旅游承载力。在道路两侧50m范围内建设景观优美的防护林;在农田中每隔 500~800m建设宽度为30m左右的农田防护林网,树种以阳性树种为主,枝叶繁茂,防风效果好。这些防护林不仅能直接提高生态承载力,同时通过抗灾减灾间接地提高了崇明岛区域生态承载力。此外,优质牧草场、高产作物品种等也属于承载力较高的植被类型。

(2)科学规划园区建设,适度发展立体交通

  崇明岛由泥沙淤积而成,成陆历史很短,目前还在不断向东扩展,面积以每年两万亩的速率逐年增加。但作为岛屿,它的发展空间还是受到限制, 生态环境比较脆弱,单位土地的生产能力明显低于其他各区 。随着人口的增加,城镇建设规模的扩大,以及道路建设的增长,环境压力将增大,对土地的需求将空前高涨。因此必须合理利用土地资源,寸土寸金。在城镇建设和道路建设规划中要有超前意识,充分发展空间结构,科学规划园区建设,避免“住宅”污染,保证有大面积的土地以实施生态农业、集约经营的需求。在交通建设方面,应考虑崇明的长远发展,须作到水、陆、空结合,立体发展。陆路交通要合理规划,具有前瞻性,避免重复建设。

(3)开发利用无公害能源,提高能源利用率

  能源的利用方式对区域生态承载力影响很大,很多能源工业会产生大量的工业“三废”,严重污染环境,造成区域承载力下降,影响整个生态系统的健康发展,导致生态系统服务功能降低。所以必须提高能源的利用效率。同时开发崇明岛具有优势地位的清洁、无公害能源,如风能、太阳能,进行能源利用结构的优化和合理布局,使得能源高效、清洁利用与生态岛建设以及人们的生活、生产方式紧密结合。

(4)发展生态农业、调整农业产业结构

  生态农业有利于利用和保护自然资源,减少对环境的污染与破坏,避免掠夺式开发和经营,促进生态系统良性循环。因而生态农业能大大提高劳动生产率、资源利用率及区域生态系统承载力,充分合理地利用、保护和增殖自然资源,加速物质循环与能量转化,投入少,产出多。在崇明这个一直以农业为主,今后以保护原生态为目标的相对落后的城市边缘地区,发展生态农业是唯一可行的对策。因此必须调整现有的农业产业结构,发展资源节约型、集约化、科技含量高的规模化农业模式。在牧业方面,到目前为止,崇明岛上的牧业(山羊)还是以散养为主,不仅效率低下,对生态系统破坏也很严重。对牧场的管理基本上采取只取不给的掠夺式经营。要提高生态承载力,达到可持续发展的目的首先要建立以人工或半人工草场为主的经济型畜牧业生产基地,提高草场净第一性生产力。草场管理集约化经营,牲畜采用圈养,不仅可发挥崇明畜牧业的原有优势,还可大大提高其草场的生态承载力。

(5)产业结构的合理布局和优化

  根据生态岛建设的总体目标和要求,应用循环经济、资源节约型、产业集群、新产业区、点轴模式等理论,以崇明岛经济社会基础、资源和区域优势、科技进步等为前提,进行崇明资源供给需求分析,崇明岛经济物质代谢对外界依赖度分析,以及经济转型后的资源利用模式情景分析,构建崇明经济资源消耗密度评价和资源节约型经济评价指标体系,确定崇明未来生态型经济发展目标,优化产业结构,探讨生态产业园区的组织模式以及生态产业的发展路径,最终建立基于生态承载力和生态安全的崇明岛产业集群发展战略与模式。

(6)崇明生态岛建设的适度人口规模和目标

  虽然崇明人口是上海市各区县中唯一长时期来持续减少的地区,但是,随着崇明大发展的不断深入,必然会带来人口的大量集聚。 意味着消费的增加,也意味着人类向自然索取的递增和向环境排放废弃物的增多。因此,在开发建设过程中,如何确保资源与人口、经济、环境之间的协调有序发展,是必须切实予以解决的首要问题。 在科学发展观指导下,应深入研究适宜崇明生态岛持续发展的产业与人口结构,探讨崇明产业结构转型、人口发展与生态承载力的互动机制 [23] 。同时,应制定与区域生态承载力相适应的新型产业结构、人口规模的调整和优化布局方案,对于实现崇明大开发的目标定位和宏伟蓝图,促进崇明人口与经济社会协调和可持续发展、实现人与自然的和谐,具有重要的现实意义。

  可以采用 P — S “可能—满意度”法、“环境—就业”法,“趋势—理想—目标”法等方法建立经济适度人口规模理论模型,评估崇明岛人口发展的压力,并在多方案设计下,模拟和预测未来( 2005-2020 )的适度人口规模。应重点探讨人口发展与产业发展的良性互动机制,人口发展与城市化过程关系,人口发展和资源承载力扩展以及人口发展与环境容量发展的协同关系。

(7)加强法制宣传,增强法制观念,运用法律、法规等保护环境

  法律、法规在保护生态环境方面的作用越来越突出。在人们生态意识还不太强时,它是防止生态退化的重要方式。因此,应加强有关法律的执行检查力度,依法打击破坏资源与环境的违法行为。有关部门与企业在经济发展和项目建设时,要充分考虑对周围生态环境的影响,严格执行生态环境的有关法律法规。惩前是为了毖后,还应充分利用崇明县前卫生态村生态学科普教育基地,加强示范和生态宣传教育。

4.5 构建崇明岛生态安全预警调控系统

  与生态承载力密切相关的另一人类关注的问题是生态安全 [2] [8] [17] [36] [40] [43] 。随着崇明生态岛建设的实施,生态安全问题将日益显现出来,特别是重要的资源生态系统、环境敏感区,如主要交通干线沿线区、重要滨岸湿地、淡水资源等。如何构建生态安全预警系统以确保生态岛建设目标的实现将是当务之急。生态安全的基础是生态承载力,在前两项建议的基础上,采取多种数据采集方式,进行不同尺度调查和过程模型分析,结合区域人口、产业、交通、能源和资源需求的动态发展状况以及承载力阈值分析,开发多层次、多尺度以及兼备评价、预测、预警和对策等功能为一体的生态安全预警信息系统,主要应包括以下内容。

(1)评估淡水资源生态安全

  应参考崇明岛水资源承载力研究,进一步对崇明岛淡水资源的状况,供需平衡,重要风险源过程、影响进行模拟研究,结合宏观经济、社会、人口、生态环境等多因素预测,对崇明岛淡水资源安全现状和未来 20 年的变化进行生态安全评估。

(2)评估重要公路沿线生态环境安全

  依照《崇明岛域发展规划纲要》,未来崇明交通状况将发生巨大变化,如陈海公路和拟建中的沪崇苏高速公路等,将大大改善崇明的交通状况。作为一个生态岛的建设,应充分考虑崇明岛交通干线及沿线区域重要生态系统健康和风险状况以及环境,对污染、土地占用和能源消耗等安全进行调查和综合评估。在此基础上,还要对沪崇苏高速公路开通后崇明交通状况进行情景模拟分析,预测和评估未来崇明主要交通干线区域生态环境安全状况。从生态和资源环境角度对崇明交通的发展规模进行监控和预警,以促进崇明交通的可持续发展。

(3)评估重要滨岸湿地生态环境安全

  湿地是崇明岛重要的生态系统类型之一。应对崇明岛重要滨岸湿地结构和功能,湿地生态服务价值,湿地在不同层次的安全阈值等进行评估。利用“ P-S-R ”法,从“压力(P)”,如咸潮入侵、风暴潮冲淤频率、围垦强度、沉积物污染状况、水体营养状况、动植物污染状况、滩涂养殖和捕捞等,湿地“状态(S)”,如动植物资源、生物多样性指数、滩地面积、滩地淤涨速率等,,以及“响应(R)”,如湿地保护措施的加强、恢复和管理水平的提高、治理经费的增加等,建立评估指标体系,对滨岸重要湿地生态安全进行综合评估和预测。

(4)基于 3S 系统的崇明岛生态安全风险管理与预警系统

  作为现代信息技术, 3S 系统是区域研究中的重要工具与方法。运用 3S 技术,基于崇明生态信息系统,可以构建崇明岛生态安全的风险评价、管理和预警信息系统,为崇明生态岛建设提供安全管理的分析平台。主要内容包括:用户需求调研和分析,主要风险要素的识别,风险评价的方法和技术体系建立,生态环境风险评价,风险要素的制图和地球观测数据的使用和评估模型建立等。

5 结语

  崇明岛由于其独特的区域位置和自然优势,成为上海最具潜在战略意义的发展空间。崇明生态岛建设应通过对比研究国内外类似发展的成功模式,结合崇明岛生态建设目标,以及崇明岛重要资源、环境、人口和产业现状以及区域优势,提出适合崇明生态建设目标的发展途径。通过确定崇明岛重要资源的承载力,环境容量以及适宜的人口和经济支撑能力,提出与区域生态承载力相适应的新型产业结构、人口规模和布局方案,并积极探讨具有可操作性的提升区域生态系统承载力的对策。构建崇明岛重要生态系统的健康和风险评价指标体系和评价模型,开发环境安全与灾害预警系统,为崇明生态岛经济发展和环境资源可持续利用提供建议和战略决策依据。


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