|第1章| 绪论
海岸带是指海洋与陆地相互交换、相互作用的地带，是从海岸线向海洋和陆地延伸一定范围的地区，包括陆域和海域。海岸带由于其海陆交界的特殊地理位置及优越的环境和丰富的资源，已成为人类赖以生存和发展的重要地区。全球约有60%的人口和2/3的大中型城市集中在海岸带区域。在快速的城市化进程中，伴随着围填海、网箱养殖等高强度的人类活动方式，海岸带生态环境问题日益突显（Mori and Takemi，2016；Chauvin et al.，2016；Zhang et al.，2017）。流域—河口—近海是一个连续的统一体（图1-1）。近岸海域水体污染物大约有80%来自上游流域的输入。在流域范围内的人类活动产生的陆源污染物通过河流汇入海洋，导致近海的富营养化，严重影响着海岸社会-生态系统可持续性（吕永龙等，2016）。把海岸带综合管理的尺度拓展到上游流域已经成为一种共识（Huang et al.，2013a；Zhu et al.，2018；Pittman and Armitage，2019）。
图1-1 流域—河口—近海空间连续体
土地利用变化、气候变化导致的水资源短缺、水污染、水灾害和水生态退化已严重威胁人类生存，流域管理成为重要的议题（Bourzac，2013；Lawford et al.，2013；Green et al.，2015）。流域作为水资源管理的*佳空间单元，其土地利用对河流水质有着重要作用（Foley et al.，2005）。土地利用影响着河流污染物的来源，而土地利用活动改变着陆源污染物从源头到河段出水口的传输过程。随着人口的增加，人类对食物以及居住地的需求增加。这种需求的增加驱动着土地利用的变化，特别是农业用地增加以及城市扩张（Foley et al.，2005），继而导致过量营养盐通过陆域和水域传输至下游河流及海湾、近海，成为水质恶化（如富营养化及低氧现象）的重要原因之一（Zhou et al.，2014）。近几十年来，全球近海流域普遍存在氮（N）、磷（P）等营养盐输出通量大量增加的现象（Howarth et al.，2011；Hong et al.，2013）。过量的N、P 营养盐输入，会造成水体富营养化和其他生态损害，威胁人类赖以生存的生态系统服务与功能，包括饮用水的供给、娱乐、渔业等（Paerl，2006；Whitehead and Grossman，2012）。
水是可持续发展的核心，人类生产与生活离不开淡水资源，淡水资源的可持续利用与发展关系到社会、经济和环境的可持续性（Doll et al.，2003；Poff et al.，2007）。自20世纪以来，由于全球气候变化和人类活动等多种因素的影响，河川径流已经发生了很大的变化，目前包括河川径流在内的水资源安全受到了极大的威胁。而近海流域的水生态环境受到海洋和陆地环境的双重影响，其环境特征复杂、生物系统多样化且受人类活动干扰剧烈，这些独有的特征使得淡水资源的利用与管理被重点关注（Ranjan et al.，2009）。20世纪70年代以来的研究表明，尽管流域水电梯形开发可以带来一定的经济效益，如防洪与发电，但其造成的生态破坏已经大大超出了预期（Richter and Thomas，2007；Petts，2009）。流域水电开发不可避免地影响自然流域状况，进而影响到下游的生态环境，因此电站水库下游的生态评估与管理成为科学界长期关注的一个问题（Bunn and Arthington，2002；Huang et al.，2013b）。流域的水文变化不仅仅受到人类活动的影响，还受到气候变化的干扰。如何区分并识别气候变化对流域水文变化的干扰成为研究难点。
为了解决水生态环境问题，促进水资源的可持续利用，国家和地方相关部门出台了一系列政策措施，如《水污染防治行动计划》和《关于全面推行河长制的意见》。党的十九大报告指出，“加快水污染防治，实施流域环境和近岸海域综合治理”。近年来，我国地表水质虽有所改善，但水污染总体形势仍然不容乐观，截至2020年12月，仍有15.4%的地表水国控监测断面水质劣于Ⅳ类标准；我国陆源入海污染压力仍较大，190个入海河流国控断面中，Ⅳ类水质断面62个，占比为32.6%；V 类水质断面17个，占比为8.9%；劣Ⅴ类水质断面8个，占比为4.2%。近岸局部海域污染依然严重，面积在100km2以上的44个大中型海湾中，13个海湾一年四季均出现海水水质劣Ⅳ类；沿海各省（自治区、直辖市）中，福建近岸海域水质一般，与2018年相比，水质状况有所下降；绝大部分近岸海域的生态环境处于亚健康状态，实施监测的河口、海湾等18个典型海洋生态系统中有15个处于亚健康和不健康的状态①。为全面贯彻落实党中央、国务院决策部署，打好污染防治攻坚战，2018年12月，福建省生态环境厅等部门联合印发《九龙江口和厦门湾生态综合治理攻坚战行动计划实施方案》；2022年2月，福建省生态环境厅等部门联合印发《福建省重点流域水生态环境保护“十四五”规划》，以推进陆海统筹系统治理。在这种背景下，开展近海流域海岸带环境变化和人类与自然双重扰动下的海岸带环境及生态效应研究，并提出基于科学的流域/海岸带管理策略具有重要的现实意义。
1.1 海岸带土地利用变化
随着社会经济的快速发展与人口规模的不断增大，海岸带资源与环境面临的压力日益显著。资源与环境承载压力的加剧，尤其是人类对土地资源的需求，对生态环境的可持续发展有着严重影响，目前已经引起了管理者和学术界的广泛关注（Xu et al.，2020；Burke et al.，2021）。
土地利用是指人类根据土地的自然属性和社会经济发展的需要，有目的地长期开发、改造和利用土地资源的一切人类活动（刘纪远和布和敖斯尔，2000；Jansen and Gregorio，2002）。土地利用与土地覆被变化（Land Use and Land Cover Change，LUCC）不仅与陆地表层大量的物质循环与生命过程紧密联系，同时在特定的时空条件下还能揭示人类活动对自然资源和生态环境的作用过程（刘纪远等，2002）。1995年，国际地圈-生物圈计划和全球环境变化的人文因素计划（International Human Dimension Programme on Global Environmental Change，IHDP）共同发起了“土地利用与土地覆被变化研究计划”，将土地利用与土地覆被变化列为核心项目，该项目致力于寻求土地利用变化过程尤其是解释其变化原因的知识融合。对人类与环境耦合系统的观测、前因后果的解释、模拟等是土地利用变化科学的主要研究内容。此后，对土地利用领域方面的研究力度逐渐增加，其已经成为全球变化研究的重要组成部分。当前，土地利用变化研究的主要领域包括格局和过程、驱动力、生态环境效应等方面。
由于不断攀升的环境压力及在区域生态系统服务中的特殊作用，海岸带包括沿海流域已成为土地变化研究者们关注的焦点。沿海流域的土地利用变化对河口、近岸海域水质具有重要影响。近40年来，中国尤其是海岸带地区受城市化、农业集约化和森林砍伐等人类活动的影响，土地利用正经历着强烈而快速的变化。因此，对中国海岸带包括沿海流域的土地利用变化进行清晰而准确的量化和理解十分必要。海岸带的土地利用变化从格局到过程、海岸带土地利用变化的内在驱动机制及其环境生态效应研究是当前土地利用研究的前沿与热点。
1.2 海岸带环境与生态效应
1.2.1 气候变化的水文效应
降水是流域径流的主要来源，降水的变化通过影响流域的直接径流（包括地表径流和快速壤中流等）进而影响流域水文情势。气候变化引发全球气温上升、降雨模式变化，并影响区域的水循环，流域的水文情势也随之改变（Labat et al.，2004）。降水变化的形式是多样的，包括年均降水量、年际变化、季节性变化、降水强度变化和极值变化等。在气候变化的背景下探究河流水文的年际变化模式以及这种变化对气候状况的敏感性是气候变化研究的主要关注点之一（Helence et al.，2013）。
近年来，为了区分气候变化和人类活动对流域水文的影响，人们开展了多项研究（Tomer and Schilling，2009；Zhang et al.，2015），可分为气候弹性模型、基于模型的方法和概念模型三种研究类型。前两种类型包括5种形式的干燥指数和SWAT 模型①，已被广泛开发和应用于估算气候变化及人类活动对河流流量的绝对影响。Tomer 和Schiling（2009）开发的概念模型可用于区分气候变化及土地利用对流域径流的相对影响，从经验上理解流域的生态水文特性如何应对气候变化和土地利用变化（Zhang et al.，2015）。然而，上述这些方法不能完全描述这两个因素之间的相互作用。由于降水-径流模型的参数不确定性和人类活动的滞后影响，解释其间的相互作用可能会很困难。因此，与估计气候和人类活动的绝对影响相比，尝试区分相对影响更为现实和实用。阐释气候变化与人类活动对流域水文的相对影响有助于揭示流域水文响应机制并制定气候变化的适应性策略。
1.2.2 水电梯级开发的水文效应
流域水电开发通过改变流域水文情势进而影响流域生态系统，相比于其他形式的人类活动，流域水电开发带来的生态影响更具有破坏性（Losos et al.，1995；Costigan and Daniels，2012；Zhao et al.，2012）。研究表明，水电开发可以引起流域湖库化现象，主要表现为径流脉冲现象减弱、径流变化速度降低及基流增加等（Baker et al.，2004；王修林和李克强，2006；Poff et al.，2007；Costigan and Daniels，2012；McManamay et al.，2012；Zhao et al.，2012）。同时，水电开发对流域生态水文的影响存在区域差异。例如，在干旱的新疆地区，主要表现为地下水位降低，而在湿润、半湿润的长江、黄河及淮河流域则表现为地表径流减少（Hu et al.，2008；Dai and Liu，2013）。在半干旱地区，水电开发引起径流量减少主要集中在雨季，而在其他地区的研究却发现该效应主要集中在旱季（Hu et al.，2008）。从径流的变异性来看，Zhao 等（2012）的研究发现水电开发会引起澜沧江流域4月、6月、7月及10月的径流量出现异常波动，在黄河流域、珠江流域的研究也发现了类似的结果（Yang et al.，2008；Chen et al.，2010）。由于气候类型的差异，美国大平原地区的流域与我国流域的径流波动规律有着显著的差异（Costigan and Daniels，2012）。
流域水电开发后的生态水文管理，从开始只注重平均流量，到广泛关注包括极端流量、径流速率和极端径流发生时间等，再到构建指标体系描述水文过程的改变（Black et al.，2005）。国外学者率先提出了量化生态水文指标体系表达水文情势。Richter 等（1996）提出了基于五大类32个水文指标的水文变化指标法（indicators of hydrological alteration，IHA）。Olden 和Poff（2003）总结了171个水文指标，从中找到简单且具有代表性的指标，通过筛选发现IHA 指标就足够描述这171个水文指标的大部分水文变化信息。IHA 的指标都是与河流生态稳定紧密相关的参数，其具有简易和代表性的优点而在分析水文情况改变的研究上得到广泛使用（Trush et al.，2000；Yang et al.，2012a；Gao et al.，2012）。为了全面了解筑坝对河流水文情势的影响，Mathews 和Richter（2007）提出了环境流量成分（environment flow components，EFCs
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