第四节 洞庭湖湿地环境功能利用
一 洞庭湖湿地环境功能利用与经济发展
湿地具备净化水质的能力。本书将人类社会发展过程中环洞庭湖湿地区域居民利用湖泊湿地净化水质的功能改善人类生活的利用方式称为环境功能利用。人类社会早期，环洞庭湖湿地区域居民就存在排放生产、生活废弃物到洞庭湖湿地中的社会行为，八十垱和胡家屋场遗址留存有早期的围沟，用于排水。随着人口的增加，生产方式日趋多元化，农业成为环洞庭湖湿地区域的主要产业，积肥设施得到应用。《氾胜之书》记载：“凡耕之本，在于趣时、和土、多粪泽”，“以溷中熟粪粪之亦善”。[78]肥料的使用增加了粮食产量，也形成最早的农业面源污染。但早期人类活动对洞庭湖湿地生态系统的干扰非常微小，并没有显现出来。
新中国成立前，环洞庭湖湿地区域工业发展缓慢，只有少数小矿山、造纸厂、印染厂和纺织厂等生产单位。以常德市为例，20世纪初，存在以石煤、杂柴为燃料，使用烧制法生产石灰和青砖的小土窑；1915年，市域内有500余家织布机户，1100余台织布机；1933年，市域内有17个较具规模的纺织厂；形成以芦苇等为原料、以家庭为单位的造纸业手工作坊，季节性强，生产规模小；食品加工行业仅有一些熬糖、煮酒、榨油等手工作坊，多为前店后场，规模小。20世纪50年代以前，常德市域内仅有74家小厂、小作坊和小矿，量小，形成规模很小的污染源，且污染源分散、危害低。这段时期，区域内农业生产以土杂肥和人畜肥等为肥料、以明火烧杀和人工捕捉等原始方法灭虫，没有形成农业污染源，城镇规模小，生活污染相对较轻，城镇生活垃圾多做农田渣肥处理。
新中国成立后至改革开放初期，在农业经济领域，环洞庭湖湿地区域耕作制度不断演变。第一阶段（1949～1954年）的耕作制度总体表现为一年一熟。第二阶段为20世纪50年代中期至60年代末期，耕作制度以一年两熟为主，开始试验一年三熟，推动稻田绿肥耕作制。其中，常德市1969年的双季稻面积占水田面积的65%，一季稻降低至26%；益阳市绿肥种植面积占稻田面积的80%左右。环洞庭湖湿地区域稻谷亩产由新中国成立初期的200多斤增至1958年的500多斤。第三阶段为20世纪70年代，耕作制度发展到一年三熟，[79]逐步试验和推广多种形式的一年三熟制，“稻、稻、油”的发展较为普遍，绿肥产量提高，1亩绿肥可肥土1.5～2亩旱稻。1979年，环洞庭湖湿地区域绿肥田早稻亩产达到667.3斤，[80]稻田复种指数由20世纪60年代中期的193.8%增至1979年的254.7%。20世纪70年代后期，环洞庭湖湿地区域开始了“稻、稻、肥→分区水旱轮作”的尝试。[81]以安乡县为例，数据表明，1949～1979年，双季稻面积及其占水田比重分别由19.93平方千米和5%增至321.50平方千米和91%，一季稻面积及其占水田比重分别由378.02平方千米和94.1%降至38.50平方千米和9%；绿肥面积及其占水田比重分别由80.67平方千米和20.1%增至291.74平方千米和82.6%；粮食单产和复种指数分别由每亩265斤和129.74%递增至每亩933.4斤和261.7%，增长率分别达到252%和101%。[82]毫无疑问，耕作制度的丰富和完善、复种指数的提高及绿肥的大量使用等内涵式扩大再生产方式有力地促进了农业生产的发展。但是随着农田垦殖和复种指数的提高，化肥和农药的施用强度日益增大。20世纪50年代初，环洞庭湖湿地区域开始使用化肥和农药。1952年，环洞庭湖湿地区域农药施用量平均值为每亩4克，化肥施用量平均值约为每亩5.6千克。20世纪60年代前期，化肥和农药使用适量。60年代后期，化肥和农药施用量逐渐增加。1985年，环洞庭湖湿地区域化肥施用量达到每亩74.18千克（按耕地计算），农药使用量为每亩1.36千克，区域农业污染逐渐加重。尽管20世纪70年代末期开始增加了化肥、农药的使用，但是农业生产对洞庭湖湿地水质的影响有限。
在工业经济领域，环洞庭湖湿地区域工业发展得到重视。以常德市为例，1963年后，先后建成桃源纺织印染厂、西洞庭造纸厂等生产规模较大、污染较重的企业。截至1975年，市域新增640家工业企业，1975年以后，尤其是十一届三中全会后，市域内乡镇企业发展迅速。20世纪80年代初期，市域内工矿企业共计11656家，其中，村办企业占比为67.23%，乡镇企业占比为8.66%，乡镇以上企业占比为24.11%。总的来看，20世纪80年代初期，环洞庭湖湿地区域已经形成以石化、造纸、食品、纺织、机械和建材六大行业为主导的较为完整的工业体系，这六大行业产值占区域总产值比重为90%左右。湖南省内环洞庭湖湿地区域工业形成以岳阳、常德、益阳和津市为中心，以食品、化学、石油、纺织和机械产业为支柱的区域性经济网络体系，其中，常德、津市生产的食品畅销国内外。岳阳市石化总厂、长岭炼油厂和洞庭氮肥厂的石油化工产值占区域行业总产值的86%。纺织工业遍及区域内各市县，岳阳以化纤、麻纺为主，益阳以棉麻混纺、针丝织品为主，常德以棉纺、丝织品为主；常德、益阳机械工业总产值占区域行业总产值的80%。[83]在城镇建设领域，城镇化进程开始启动。20世纪50年代开始，环洞庭湖湿地区域城镇建设速度加快，区域内居民生活水平提高，居民生活方式改变，区域内生活污染逐步加重。20世纪80年代初期，农村剩余劳动力进城务工经商，常德市域内城镇人口负荷增大，城镇坑厕相继改为水冲厕所，加大了污水排放量，生活污染更加突出。以常德市为例，1988年，该市域内共计排放3122.94万吨生活污水，产生3.74万吨化学耗氧量、3.12万吨生化需氧量。
新中国成立后至改革开放初期，环洞庭湖湿地区域典型的农业自然经济结构模式发生变化，开始向以工业为主、工农业并重、城市中心作用和依托作用得到发挥的综合发展经济模式转型。环洞庭湖湿地区域居民对洞庭湖湿地天然的自净能力的利用不再局限于早期的利用湿地净化农业生产污水和生活污水，而是扩展到工业化、城镇化发展过程中产生的污染物的净化。新中国成立后至改革开放初期，环洞庭湖湿地区域由工农业生产、生活及血防污染源造成的环境污染逐步加重。20世纪50年代，环洞庭湖湿地区域形成较大的工业污染源，化肥、农药对区域水环境的污染开始出现；20世纪60年代，水体污染范围扩大；20世纪70年代末，部分水体因产业污染开始变劣，这个时期，工业废水对洞庭湖湿地水环境的影响相比农药等农业生产污染较大，废水污染也相对集中于石化、造纸、食品、纺织、机械和建材六大行业。[84]相关研究表明，1979年，环洞庭湖湿地区域生产规模较大的17家氮肥厂、造纸厂每天排放18万吨没有经过处理的废水，其中，南县造纸厂污染藕池河，沅江造纸厂污染万子湖，君山造纸厂污染鱼类洄游的君山。[85]1981～1990年，环洞庭湖湿地区域湖南省内三市工业废水排放量均呈增长态势。[86]1985年，环洞庭湖湿地区域污水排放总量为13190.8万吨，工业污水排放占81.2%。[87]1990年环洞庭湖湿地区域工业污水达到54875万吨，相比2005年增长了412%。其中，常德市域内工业污染源共计273个，排放污水20539.57万吨，化学耗氧量7650.62吨，铅及其无机化合物1312吨。
20世纪90年代初期，区域经济快速发展。1991～2015年，环洞庭湖湿地区域三次产业结构不断发展变化，由1991年的42.32∶33.79∶23.89演变至2000年的28.45∶37.19∶34.36，进而演变至2015年的14.53∶47.74∶37.73，[88]第二产业对区域国民经济的贡献越来越大。当前，在经济总量增长较慢、工业化仍在推进的情况下，环洞庭湖湿地区域产业结构调整仍然坚持“做大做强工业”的路径依赖，而环洞庭湖湿地区域现有主导产业对洞庭湖湿地水质演变做出了一定的贡献。
工业化进程的推进，吸纳了大量农村劳动力，环洞庭湖湿地区域城乡人口结构发生改变，加之人口的增长，这些都加大了洞庭湖湿地的生态承载压力。一方面，城镇化率由1991年的14.65%增至2015年的47.8%，[89]城镇人口的增加扩大了消费需求，消费结构和生活方式也发生改变，冲厕的大量使用，减少了粪肥等农家绿肥的积制和施用的路径依赖，与此同时，环洞庭湖湿地区域粮食单产由1991年的每亩344千克增至2015年的每亩507千克，化肥和农药的高投入就成为粮食单产提高的优选路径，2014～2015年，课题组对环洞庭湖湿地区域农业县的食物安全调研表明，户均购买化肥5314千克，61.07%的农户施用有机肥，但有机肥仅用于秧苗培育和蔬果种植。其中，桃源县有56.84%的农户仅在秧苗培育和蔬果种植时施用有机肥；监利县比例更低，仅有14.29%的农户在秧苗培育和蔬果种植时施用有机肥。[90]另一方面，城镇基础设施建设滞后，存在污水处理厂规模、排污管网不足等诸多问题，大量排放的生产、生活污水对洞庭湖湿地生态系统产生胁迫。例如，湘阴县截污管网建设滞后，造成部分污水没有处理直排；华容县河西城区日排放废水3.9万吨，超出县城污水处理厂2万吨的处理能力，1.9万吨废水也是未经处理直排；澧县新城区因县城污水处理厂规模偏小超负荷运行，加之部分生产生活污水没入管网，也存在未经处理直排的现象。[91]
环洞庭湖湿地区域农业结构调整也对洞庭湖湿地水生态系统产生胁迫。1991年以来，环洞庭湖湿地区域农业产业结构发生变动。整体上来看，种植业和林业占环洞庭湖湿地区域农林牧渔业总产值的比重呈现降低态势，牧业和渔业占农林牧渔业的比重呈现增长态势。[92]从个体来看，种植业占比从1991年的61.92%降至2004年的36.47%，又增至2015年的48.79%，相比1991年降低了约13个百分点；林业占比从1991年的3.82%降至2001年的2.29%，2004年又增至3.36%，其后又降低，存在多次反复升降，2015年的林业占比为2.87%，相比1991年降低了近1个百分点；牧业占比由1991年的27.43%增至2004年的46.43%，接着降至2006年的36.18%，2007年增至40.17%，2015年又有所降低，实现35.69%，相比1991年上升了8个百分点；渔业占比由1991年的6.84%增至1998年的10.35%，其后维持在11%～13%，2015年渔业占比为12.75%，相比1991年上升了5.91个百分点。由此可见，牧业继种植业成为环洞庭湖湿地区域的重要组成部分，畜牧业的发展加剧了养殖污染。
环洞庭湖湿地区域经济增长及产业结构演变导致的污染排放通过水体运动影响了洞庭湖湿地水体质量。本书分析2015年环洞庭湖湿地区域污染产生量。[93]2015年，环洞庭湖湿地区域共有规模以上工业企业4699家，[94]区域纱、化学药品原药、氮肥、化学农药、食用植物油和机制纸及纸板的产量分别为1042000吨、108916.99吨、526200吨、91590吨、4233675吨和2784300吨，共计产生污水12231.94万吨，依据各类单位工业产品排放污染物量计算。环洞庭湖湿地区域生活污水排放分别统计城镇生活污染排放和农村生活污染排放。农村居民生活各类污染物排放系数依据相关文献数据确定，统计农村居民生活污染排放和农村散养畜禽污染排放，[95]农村生活污水由于是分散排放，依据排放量的10%统计各类污染物入湖量；城镇生活污水经过集中处理设施，依据排放量的90%统计各类污染物入湖量。[96]环洞庭湖湿地区域年生猪存栏1475.3万头，牛存栏142.1万头，各类畜禽污染物排放系数参见相关文献。[97]环洞庭湖湿地区域水产养殖面积为5039.33平方千米，其中，塘库养殖面积为2679.20平方千米。[98]塘库排污系数采用化学含氧量每平方千米7450千克，总氮每平方千米1100千克，总磷每平方千米10100千克。区域水产养殖鱼类包括草鱼、青鱼、鳙鱼、鲢鱼等，[99]以草鱼为主要水产品，据此依据第一次全国污染源普查手册相关系数确定网围养殖排污系数。农田径流污染依据径流污染负荷公式展开，各类污染物排放系数参见相关文献，[100]入湖量按10%的比例计算。[101]研究表明，环洞庭湖湿地区域畜禽养殖源、生活污染源、工业污染源居化学需氧量入湖量前三位；环洞庭湖湿地区域生活污染源总氮入湖量位列第一，畜禽养殖源和水产养殖污染源总氮入湖量继后；环洞庭湖湿地区域畜禽养殖源总磷入湖量位列第一，水产养殖污染源和生活污染源总磷入湖量继后，这与相关研究成果是相吻合的。
二 洞庭湖湿地环境功能利用、湿地资源变动及其影响
受人类活动干扰，洞庭湖湿地湿地水质发生变化。人类社会相当长一段时期内，由于环洞庭湖湿地区域农业生产处于原始农业至传统农业的发展阶段，农业生产产生的污染对洞庭湖湿地生态系统的生态胁迫十分有限，洞庭湖湿地水质几乎不受人类活动影响。新中国成立前，尽管近代工业初步发展，但由于洞庭湖湿地是典型的吞吐型湖泊湿地，换水周期短，流速较大，自净能力大，尚未突破洞庭湖湿地水环境阈值。
新中国成立后至改革开放初期，经济发展诱致的污染排放量逐渐增加，开始干扰洞庭湖湿地生态系统，但是1983～1984年的监测数据表明，洞庭湖湿地水体溶解氧平均值为每升8.5～9.7毫克，溶解氧充足；矿化度平均值为每升108～122毫克，为低矿化水；亚硝酸根和硝酸根平均值分别为每升0.001～0.03毫克和0.08～0.16毫克，硝化过程迅速且彻底；化学耗氧量平均值为每升1.54毫克，有机质含量偏低。由此可见，由于洞庭湖湿地水体流速大、更换频繁，稀释自净能力强，20天即可更新。20世纪80年代初期的洞庭湖湿地水生态环境条件良好，[102]洞庭湖湿地水体还是可以达到地表水类Ⅰ、Ⅱ类标准，[103]其中，水体化学需氧量为一、二级标准。[104]1986年，洞庭湖湿地水质开始恶化，并于1988年呈现污染态势。1991年，洞庭湖湿地水质又开始好转，基本处于轻污染或清洁状态，基本维持在国家标准Ⅰ级至Ⅱ级，[105]即使到了1997年，洞庭湖湿地水质基本良好。[106]1999年，由于总磷的严重超标，洞庭湖湿地水质再次处于严重污染状态。2001年，洞庭湖湿地水质污染程度降低，处于轻污染状态。2004年，洞庭湖湿地水质污染再一次加重。由此可见，1986～2004年，洞庭湖湿地水质污染呈现“升→降→升→降→升”的波动发展态势。
2006～2010年，洞庭湖湿地水质整体为优，10个断面达到或优于Ⅲ类水质标准，但是水质中总氮、总磷营养指标污染较重，其中，所有断面总磷浓度劣于Ⅲ类水质。[107]与此同时，2009～2010年调查数据表明，底泥中铬、镉、铅、砷和镍含量处于临界效应浓度（TEL）和可能效应浓度（PEL）之间，生态风险凸显；枯水期，洞庭湖湿地底泥中镉、铅、砷和镍的平均浓度低于PEL、高于TEL。数据表明，洞庭湖湿地不同区域污染程度存在差异。
2011～2016年，洞庭湖湿地不同水质类别面积是动态变化的。2011～2015年，Ⅲ类湿地水质面积是减少的，Ⅴ类水质面积是增加的，尽管2016年Ⅴ类水质面积占比由2015年的72.7%降至2016年的16.7%，洞庭湖湿地水质有所改善，Ⅴ类水质面积比例下降63.63%，Ⅳ类水质面积比例上升63.63%，但是环洞庭湖湿地区域出现了集中式饮用水水源地水质超标情况，以益阳市龙山港为例，龙山港断面全年锑超标6次。[108]
洞庭湖湿地历年水质类别占比数据反映了洞庭湖湿地水质演变态势，从整体来看，1986～2016年，洞庭湖湿地Ⅰ～Ⅲ类水质呈现显著降低态势，[109]1986～1990年以Ⅰ～Ⅲ类水质为主演变为2012～2016年以Ⅳ类水质为主。
本书对2015年洞庭湖湿地生态系统受污染后造成的损失进行货币计量，具体分析居民身体健康损失、工业损失与生活用水损失。水生态系统污染对环洞庭湖湿地区域居民身体健康造成的损失采用人力资本法（见公式3.1）。
公式3.1中，M、Pp和Sp分别指洞庭湖湿地水生态系统污染区人口数、人力资本和居民身体健康损失，Ti为洞庭湖湿地水生态污染导致的i种疾病患者丧失的劳动时间，Yi、Wi和Hi分别指i种疾病患者医疗花费、死亡导致的工作年损失和陪护人员误工费，Li和L0i分别指污染区与清洁区的i种疾病发病率差值以及i种疾病死亡率的差值。鉴于缺少环洞庭湖湿地区域受水生态系统污染影响的人口数及有关疾病的发病率等统计资料，本书将未能得到自来水供给的人口视为受水生态系统污染影响的人口，以乡村人口为主。截至2015年，岳阳市农村自来水普及率为76.6%，益阳市农村自来水普及率为76.5%，常德市农村自来水普及率为75%，望城区农村自来水普及率为70%，[110]据此倒推受污染人口比例，基于受污染人口主要集中于乡村，人力资本则以农民人均纯收入表示。经计算，得到环洞庭湖湿地区域水生态系统污染造成的人体健康损失状况（见表3-3）。数据表明，水生态系统污染造成居民健康损失呈现递增态势。
表3-3 2010～2015年洞庭湖湿地生态系统污染造成的居民身体健康损失
洞庭湖湿地水污染损失成本计算见公式3.2。[111]
公式3.2中，WI指污水使用造成的工业损失，QI指工业用水量，PI指受污染的地表水处理成本，工业污水处理成本按每吨0.8元的单价计算。[112]经计算，得到环洞庭湖湿地区域水生态系统污染造成的工业用水损失状况（见表3-4）。数据表明，历史时期环洞庭湖湿地区域水生态系统污染造成的工业损失呈现倒“U”形曲线，工业损失减少，说明工业用水效率在提高。
表3-4 2010～2015年洞庭湖湿地生态系统污染造成的工业用水损失
水生态系统污染对环洞庭湖湿地区域生活用水造成的损失是指水生态系统受到污染，导致水质下降，进而难以满足生活用水需求，这将提高净化成本。则计算公式为：[113]
公式3.3中，WW指污水使用造成的生活用水损失，QW指生活用水量，PW指每吨生活用水的水质净化和处理成本。[114]生活用水增加水质净化处理成本，参照居民污水处理成本每吨0.85元的单价计算。[115]经计算，得到环洞庭湖湿地区域水生态系统污染造成的工业用水损失状况（见表3-5）。数据表明，历史时期环洞庭湖湿地区域水生态系统污染造成的生活用水损失呈现“U”形曲线，生活用水损失先减少后增加。[116]
表3-5 2010～2015年洞庭湖湿地生态系统污染造成的生活用水损失
已有研究表明，1985年，环洞庭湖湿地区域环境污染造成的经济损失为3.26亿元，[117]而当前洞庭湖湿地生态系统污染造成损失要远远高于1985年的经济损失。研究数据也表明，历史时期洞庭湖湿地生态系统污染造成的各类损失存在差异，工业用水损失得到缓解，但是水生态系统污染造成的居民健康损失和生活用水损失呈现增长态势。事实上，环洞庭湖湿地区域居民对洞庭湖湿地环境功能利用强度的持续增大，使洞庭湖湿地水质型缺水的程度和范围不断增加。[118]因数据缺失以及内在复杂的机理，本书没有分析污水灌溉农田造成的农作物损失，但是相关研究表明，洞庭湖湿地腹地沅江市周边区域的耕地中，重金属镉、铬、汞、铜、铅均有不同程度的富集，[119]环洞庭湖湿地区域内华容、君山等县市（区）的莲藕中呈现不同水平的重金属污染，综合污染指数高，食用风险已经显现。虽然环洞庭湖湿地区域尚未发现镉慢性中毒流行病，但大米镉超标也是事实，不抓紧治理农田土壤镉累积问题，稻米就会成为有“杀机”的“镉米”。