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什么是山水林田湖草生态修复?主要内容有哪些?

北极星环境修复网  来源:《国土空间生态修复》  作者:吴次芳 肖武等  2020/8/6 11:32:19  我要投稿  

北极星环境修复网讯:“山水林田湖草生命共同体”这一理念科学地界定了人与自然和生态系统要素之间的内生关系,蕴含着丰富的生态哲学思想,为人类认识自然界和协调人与自然关系提供了重要的理论依据(王夏晖等,2015),是对人地关系的一种生动阐述。“山水林田湖草生命共同体”以山、水、林、田、湖、草等不同的资源环境要素所组成的复杂巨系统为主体,是对多层次、多尺度资源环境要素相互作用关系及人地协同关系的高度凝练(黄贤金等,2016)。基于这一理念,生态修复决策者和管理者应当将自然生态系统视为不可分割的整体,科学认识山、水、林、田、湖、草等生态资源之间存在的物质、能量流动与交换,改变过去对单一要素进行生态修复的割裂格局,实现对生态系统的整体保护、系统修复和综合治理(成金华等,2019)。

山水林田湖草生命共同体具有以下特征:①整体性。山、水、林、田、湖、草等不同资源环境要素之间是普遍联系、相互影响、彼此制约的,是一个不可分割的整体。人类活动对某种自然资源的不当开发,会对其他自然资源、生态环境乃至整个生态系统产生影响。②系统性。不同资源环境要素通过物质循环与能量流动形成了形态各异、功能多样的生态系统。生态系统一旦遭受到某种程度的破坏,势必对整个生态系统功能的正常运行产生影响,且这种影响是不可逆的,很难通过生态修复恢复至原来的状态。③层次性。不同要素在生态系统中所处的位置、功能等属性存在差异,不同类型的生态系统在结构、功能等基本特性上也存在差异,因此要因时因地制宜。④尺度性。不同尺度范围的生态系统在结构复杂性、功能多样性等方面存在较大差异,具有尺度效应。⑤功能多样性。生态系统服务功能具有多样性,例如水源涵养、土壤保持、防风固沙、生物多样性保护等,应结合供给与需求,做好协调与权衡。

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一、生态本底状况的调查与评估

生态本底状况的调查与评估是山水林田湖草生态修复的一项基础性工作,是实现对生态系统管理和保护动态监测的重要环节,因此具有较强的科学性、技术性和政策性。此项工作需要弄清不同类型的生态系统的结构、过程和功能特征,摸清不同区域特别是《全国生态功能区划》中所确定的不同生态功能区的生态系统类型、格局和功能状况,掌握不同区域的生态敏感性程度(土壤侵蚀、沙漠化、盐渍化、石漠化、冻融和酸雨等)和生态系统服务(供给、调节、支持和文化等)的空间分异规律,并结合社会经济发展状况,分析生态系统管理和保护中存在的问题,从而为山水林田湖草生态修复提供基本依据。其主要内容包括:①不同区域的自然资源、生态环境、社会经济技术等条件的发展演变。②不同生态系统的数量、质量和空间布局的发展演变。③不同生态系统的生态敏感性分异规律。④不同区域的生态系统服务评估及其权衡与协同的动态变化。⑤诊断当前的生态系统管理和保护中存在的问题,为未来的生态系统可持续发展指明方向。⑥根据获得的基础数据将调查与评估的结果进行空间可视化操作。由于生态系统过程具有动态性,应及时对调查与评估结果进行补充更新,并对生态系统管理和保护进行动态监测,以体现调查与评估工作的现势性。

在实际调查与评估过程中,应遵循以下基本原则:①真实性原则。生态本底调查与估工作需要投入巨大的财力、物力和人力,且周期性较长,为确保结果的可靠性和有效性,调查与评估过程应能真实反映生态系统的发展演变状况。②科学性原则。生态本底调查与评估应兼顾方法的先进性和经济的合理性,采用先进的科学技术和方法,如数字测量技术、遥感、3S技术等,提高调查与评估结果的精度,并将结果进行空间可视化,从而清晰展示区域生态系统各类属性的空间格局和动态变化。③规范性原则。生态本底调查与评估应严格按照相关规程的调查规定、评估要求和技术标准进行,严格落实重要环节的检查和验收制度,以过程的规范性来增强结果的全面性、科学性和有效性。④系统性原则。由于山水林田湖草是不可分割的生命共同体,在调查与评估的过程中要统筹考虑不同的生态要素、流域上下游和区域之间的生态功能互补关系,同时考虑各类规划和政策因素的影响,以此增强调查与评估结果的内在关联性。⑤预见性原则。生态本底调查与评估的目的是为山水林田湖草生态修复提供必要的基础资料,是优化生态系统管理和保护的重要依据,因此其结果不仅要反映生态系统的现实状况,而且也要对生态系统未来的发展演变具有一定的预见性和启示意义。

二、生态修复工程的实践模式探索

对于已有的生态修复工程,应全面总结值得借鉴和推广的经验、存在问题和改进方向,加强生态修复在模式、技术、制度等方面的探索,从而进一步巩固生态修复工程的成效,同时也为其他区域即将开展的生态修复工程提供重要参考。生态修复工程是一项复杂的系统工程,涵盖了自然、社会、经济、文化等众多要素,因此必须要统筹兼顾,深入分析其在修复模式、修复技术、修复制度等方面的经验和教训,以此促进生态修复工程在不同区域和不同时段的合理有序展开。

生态修复包括了基于生态系统恢复力的自然生态修复和基于人类干预的人工生态修复,反映了特定阶段的特定区域的自然、社会、经济、文化、人类心理等多种要素对生物多样性、生态系统结构、过程和功能修复的综合作用(胡聃等,2002)。因此,生态修复工程具有涵盖要素多、覆盖范围广、系统性强、时间跨度大等特点,在理论研究和实践探索中不能仅仅考虑自然生态系统本身,同时也应将人类和社会经济文化等因素的影响纳入考虑范畴,进行综合考量。传统的生态修复模式主要包括3个方面:①对于生物多样性的修复,主要侧重于物种多样性和基因多样性。②对于生态系统结构、过程和功能的修复,主要侧重于生态系统的稳定性和可持续性。③对于生态系统服务的修复,主要侧重于生态系统为人类提供的惠益的完整性和多样性。

然而,由于生态系统自身随时发生物质代谢和能量流动,加之人类活动和其他因素的干扰,通过生态修复技术使生态系统恢复并保持原来的状态,可能不符合实际。因此,构建一套遵循生态系统演化规律的动态的、发展的生态修复模式,是提升生态修复科学性和有效性的必由之路。张文波等(2009)通过将人类活动和社会经济等因素融入已有的生态修复模式,提出了“点”“线”“面”和“多维立体”相整合的动态的、多层次的生态修复模式,分别对应物种修复、生态系统的复杂结构及其相互关系修复、社会经济等因素的影响、人的思想文化和行为的修复,层层递进,环环相扣,最终实现生态系统的整体性修复。因此,生态修复模式是一项动态开放式的课题,需要在多学科交叉融合的基础上探索生态修复的新技术、新方法,并对生态修复的理论进行不断的补充和更新,从而在实践中对生态修复工程产生更加积极有效的指导作用。

生态修复技术指的是以生态修复理论为基础,综合运用物理修复、化学修复、生物修复以及工程技术等多种方式,对于不同退化程度的生态系统进行修复,从而使退化生态系统恢复并维持稳定状态的实践路径。根据修复方式性质的不同,生态修复技术可以分为物理修复技术、化学修复技术、生物修复技术以及上述技术组合而成的综合修复技术。以土壤污染修复技术为例,欧美国家从20世纪80年代以前到21世纪经历了从物理、化学修复到物理、化学和生物修复再到高效经济的修复的转变,中国在此方面的修复技术从20世纪60年代以前到21世纪经历了4个阶段的演进:①物理修复。包括填埋、刮土、复土等治理措施。②以土地资源稳定利用和环境基础设施建设为主要特征的物理修复。③物理、化学和生物修复相结合的方式,包括土地复垦等。④以植物修复为重点的多种物理、化学和生物修复方式相结合(串丽敏等,2014)。不同的土壤污染修复技术有各自的适用范围和生态效果,而土壤污染生态修复是涵盖较多因素的系统工程,因此研发一套融合物理、化学、生物等技术的成熟的生态修复技术体系和相关设备,是提升生态修复的综合效益的关键。

生态修复工程是涵盖众多要素的复杂的系统工程,需要完善的生态修复制度来为其保驾护航。在宏观层面,应上下联动科学谋划山水林田湖草生态修复工程的系统布局和整体格局,加大对“两屏三带”、京津冀水源涵养区、生态保护红线、森林公园、自然保护区等事关国家和区域生态安全的生态敏感区和长江经济带、粤港澳大湾区、“一带一路”等国家战略和区域倡议的生态修复力度。为确保生态修复工程过程的科学规范有效,应加强生态修复模式与技术的研发和应用,以维护和提升区域整体生态系统功能为目标,统筹考虑各类生态要素和各项修复工程,研究制定区域生态修复的技术指南、标注规范、技术路线、主要内容、标准方法、动态监测、成效评估、绩效评估等相关规范和标准,以此增强生态修复的制度化和规范化。同时,应创新和完善管理体制机制,落实生态修复的主体责任、考核机制、资金使用管理制度等,建立生态修复的奖励和惩罚机制,加快形成部门间的统一协同联动机制,整合已有的财政资金来源渠道,同时探索社会资金的筹措渠道,吸引更多社会资本加入生态修复。

三、生态修复的路径选择与格局优化

在理论储备和经验积累的基础上,山水林田湖草生态修复应根据不同区域突出的生态环境问题,找准问题的主要矛盾和矛盾的主要方面,结合区域的自然条件、社会经济状况等区域的整体特征和相关规划,准确识别需要重点保护和优先修复的区域范围和区域生态修复的关键环节。统筹考虑各类生态要素在受损程度、目标要求、演化趋势、对于区域复合系统的作用等方面的差异,采取适当的生态修复工程和非工程措施,包括斑块、基质、廊道的合理构建,优化生态系统内部结构,形成全方位、立体化的生态修复格局。在此基础上,应基于水源涵养、水环境治理、土壤修复、生态廊道建设、植物种类选择等多维度、适用性强的生态修复技术,有针对性地开展水环境修复、土壤修复、农牧用地修复、煤矿塌陷地修复、工矿废弃地修复、生物多样性保护等生态修复和保护工程,加强对退化生态系统的综合修复和保护能力。此外,对于自然保护区等重要的生态敏感区,应对生态系统的稳定性、物种的地理分布、基础设施建设等状况进行调查与评估,在此基础上对生态系统进行多层次生态修复,如完善生态廊道网络、绿色基础设施等,有序推动生态移民进程,积极鼓励发展绿色产业,以此来优化生物多样性保护格局,增强生态系统结构和功能的完整性和稳定性。

山水林田湖草生态修复应统筹考虑人的要素,将人纳入生命共同体,妥善处理好生态修复与社会经济发展之间的关系,合理配置好生产生活生态空间,从而实现人与自然的和谐共生。一方面,生态修复应尊重和顺应自然规律,尽可能发挥自然恢复的力量,辅以必要的人工修复。生态系统的不同自然要素之间通过物质循环和能量流动形成直接或者间接的相互作用关系,对于外界压力具备一定的抗干扰能力和自我恢复能力。但是,当外界压力超出其生态阈值,可能引发系统发生不可逆的非线性退化,因此在生态修复过程中必须要考虑系统效应和阈值效应,做到统筹兼顾、循序渐进、科学修复。另一方面,应将人类福祉的提升和改善作为生态修复的根本出发点和落脚点,以优化生态系统服务供给为抓手,实现生态系统结构、过程和功能修复与人类福祉的有机统一。生态修复工程应把解决与人民群众生产生活密切相关的突出的生态环境问题放在重要位置,以实现联合国2030可持续发展目标(SDGS)为重要牵引,向人类社会创造更多惠益。当然,由于不同的生态系统服务之间存在此消彼长的权衡关系和相互增益的协同关系,在生态修复过程中应根据生态系统管理的不同目标,权衡与协调不同生态系统服务供给的内在格局及其与消费的关系,从而优化生态修复的效果。

四、生态修复的信息整合和系统管理

山水林田湖草生态修复工程不仅囊括自然、社会、经济、文化等多种要素,而且覆盖山上与山下、流域上下游、地上与地下、陆地与海洋等不同地理单元,是多层次、立体化的复杂系统工程,因此必须建立上下联动的生态修复统一管理体制机制和形成多方参与的生态修复治理格局,从而保障生态修复工程的可持续推进。为科学、有序、高效地落实生态修复工程的具体措施,同时对生态修复过程进行及时有效的动态监管,生态修复的信息化管理是必由之路。应充分应用现代信息科学技术,搭建生态系统调查与评估、监测预警、反馈调控、工程管理等多功能集成的山水林田湖草生态修复信息管理系统,积极发挥其在生态修复工程中的基础支撑作用和监测调控作用。

在生态修复工程开始之前,应集中力量做好生态系统状况的调查与评估工作。充分运用RS,GPS,GIS等现代信息科学技术的优势,进行基本数据的采集、记录、更新、补充和修正等工作,包括生态系统及各组成要素的数量、质量、结构、功能、地理特征、基础设施、管理维护等基本状况。在此基础上,融合生态学、环境科学、地理学等多学科优势对生态系统结构的复杂性、过程的合理性、功能的稳定性、生物多样性等内在机制进行逐一研判,并据此对生态系统在整体格局和局部区域的健康程度进行诊断。在此基础上,根据基础数据和相关方法对不同生态系统的敏感性和脆弱性进行等级划分,并基于生态系统动态反馈复杂过程和相关模型方法对可能引发生态系统状态的非线性变化的早期预警信号进行系统识别,进而讨论生态系统对于外界压力的抗干扰能力和自我恢复能力,界定人类活动的合理规模和强度。与此同时,综合自然条件、社会经济状况和人类需求等不同要素,对生态系统的不同区域进行功能分区,确定不同区域的主导功能类型,包括水源涵养区、防风固沙区、生物多样性保护区、水土保持区、洪水调蓄区等,并基于生态系统服务评价理论对不同区域生态系统服务的物理量和价值量进行科学评估,根据生态系统管理的不同目标进行生态系统服务权衡与协同,为生态修复模式与路径提供科学参考。此外,还应根据基础数据和相关理论对生态系统状态的演变趋势进行情景模拟与综合研判,以此增强生态修复的针对性和有效性。

在生态修复工程具体实施过程中,应基于生态系统状况调查与评估的结果,充分发挥现代信息科学的技术优势并不断创新技术模式,构建覆盖全要素的、一体化的山水林田湖草生态修复动态监测预警体系和智能管控体系,提升信息化程度,形成部门协作、数据共享、统一监管的工作机制,确保生态修复工程的顺利实施。根据生态修复的整体目标和工程布局,在已有的自然资源和生态环境监测体系中补充与更新生态修复的内容,并重新设计与调整生态修复监测点位的布局,集成多种方式、各方力量和技术手段,搭建山水林田湖草生态修复工程的动态监测数据平台。在此基础上,要基于科学的理论与方法构建生态修复预警评价指标体系,确定预警的指标阈值和不同级别,把握预警尺度,采用有效的预警方法,验证预警信号输入与输出的灵敏性,从而形成完善的生态修复动态监测预警系统。要充分发挥人工智能(AI)的技术优势,如专家系统、智能搜索引擎、计算机视觉和图像处理、机器翻译和自然语言理解、数据挖掘和知识发现等,尝试运用大数据分析方法,提升生态修复动态监测预警的智能化和精细化程度。积极发挥山水林田湖草生态修复动态监测预警系统的功能优势,对生态修复工程进行全覆盖、全指标、全过程跟踪监督,对于工程实施过程中存在的问题,应及时进行反馈与响应,总结经验教训。同时,应对工程成效进行实时动态评估,以确保生态修复工程的科学、有序、高效推进。

原标题:什么是山水林田湖草生态修复?主要内容有哪些?

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