山水林田湖草系统原理与生态保护修复研究

邹长新，王 燕，王文林，徐德琳，林乃峰②，李文静

(1.环境保护部南京环境科学研究所，江苏 南京 210042；2.南京信息工程大学/ 江苏省大气环境与装备技术协同创新中心，江苏 南京 210044)

我国生态系统复杂多样，受气候、地理条件和人为活动等因素影响，生态系统退化严重，这些已成为制约我国经济社会可持续发展的主要问题，为此，我国不断加强生态保护修复力度，开展了一系列生态保护修复工程，如天然林保护工程、退耕还林还草工程和三江源生态恢复工程等，这些工程的实施对生态保护与修复起到了一定促进作用[1]。然而，由于前期对生态保护修复工程对生态系统各要素流动性、区域内社会经济与生态环境协调性、流域上下游关联性等的影响考虑不足，相关部门各自为战，规划缺乏统一性、系统性和整体性，导致我国生态保护修复总体效果并不尽理想，生态问题仍然严重[1-2]。

在此背景下，基于整体生态系统观，习近平总书记提出“山水林田湖是一个生命共同体，由一个部门负责领土范围内所有国土空间用途管制职责，对山水林田湖进行统一保护、统一修复”的全新生态保护理念[3]。党的十九大报告进一步指出，要像对待生命一样对待生态环境，构建多种体系，对生态系统各个领域和环节进行系统治理，特别是统筹“山水林田湖草”系统治理，在原来的“山水林田湖”后增加了“草”，更加符合生态系统实际[4]。在“山水林田湖草是一个生命共同体”理念的指导下，统筹兼顾生态系统各要素及各部门，对生态系统进行整体保护、系统修复和综合治理，成为我国当前生态保护修复的重点任务[5-6]。

1 山水林田湖草系统保护修复原理内涵

山水林田湖草系统保护修复体现了生态学的基本原理及规律，强调区域生态系统的森林、草地、湿地、河流、湖泊、农田等要素间存在相互依存、相互制约的关系。山水林田湖草系统理念体现了对生态系统整体性和系统性的尊重，反映了山水林田湖草系统各生态系统之间的协同性和有机联系。

生态系统的整体性和协同性思想由来已久。生态整体主义环境伦理学的核心对象是生态系统或生物共同体自身或其亚系统，而不是某个成员，它体现的正是一种整体论的方法。大地伦理学作为其组成内容之一，更是一种强调整体主义的生态伦理观[7]。该理论由美国哲学家Leopold提出，强调“大地共同体”由土壤、山川等地球部分组成，是地球动作协调的器官整体，人类应该尊重大地共同体，承担起对大地共同体的义务，并强调“当一切事情趋向于保持生物群落的完整、稳定和美丽时，它就是正确的，反之则是错误的”，其中“完整”指生态系统的完整性与物种的多样性及其协调的关系，“稳定”指维持生态系统的复杂结构，使其能够具有发挥自我调节和更新的功能，“美丽”则指一种超越了经济利益的更高的审美意识[8]。KARR[9]指出，生态系统完整性是支持和保持一个平衡的、综合的、适宜的生物系统的能力，生态完整性不仅包含生物完整性，还包括物理完整性和化学完整性。

生态系统是在一定区域中共同栖居着的所有生物与其环境之间由于不断进行物质循环和能量流动过程而形成的统一整体。生态系统不仅仅是一个地理单元，还是一个具有输入和输出并具有一定自然或人为边界的功能系统单位[10]。生态系统完整性主要包括两个方面：一是生态系统组成要素的完整性，即生态系统在特定地理区域的最优化状态，生态系统具有区域自然生境所需包含的所有本土生物多样性和生态学进程，其结构和功能未受到人类干扰的不利影响；二是生态系统特性的良性状态，包括生态系统健康、抵抗力、恢复力和自组织能力，即生态系统在常规条件下维持最优化运作，在条件不断变化时抵抗人类胁迫并维持最优化运作，以及继续进化和发展的能力[11-13]。生态系统完整性作为重要原则在许多国家和地区生态系统保护和管理中被倡导和采纳，用以指导人类与环境之间的作用关系，如美国1972 年清洁水行动、加拿大国家公园行动、美国与加拿大之间大湖水质协议等[14]。生态完整性应用主要通过生态系统完整性评价来实现。基于生态系统完整性原理，通过生态系统完整性的测量和评价，了解生态系统状态和稳定性程度及变化趋势，为制定环境管理及相关政策提供依据。

生态系统完整性评价主要通过对表述生态系统组成和功能特性的多个要素指标进行相应的综合运算获得。指标筛选和综合评价是生态系统完整性评价工作的主要内容。目前，评价指标主要从生态系统完整性、压力-响应和结构-功能-组成等方面选取，其中，生态系统完整性指标分为陆生生态系统、水生生态系统和半水生生态系统等不同生态系统。综合评价则将各指标通过算术平均法、加权平均法、多元统计法和综合评价模型等方法得到综合指数，以反映生态系统完整性状况[13,15]。

山水林田湖草系统保护修复改变以往只针对单一对象的局限，将山(山体)、水(河流)、林(森林)、田(农田)、湖(湖泊、水库等)、草(草地)和人类社会等多个生态系统按生态系统耦合原理联通起来，涵盖了区域生物多样性和主要的生态学进程。基于生态系统健康要求，山水林田湖草系统保护修复通过保护与修复受损生态系统结构、提高生态系统保护能力、完善区域生态格局，维护和增强生态系统生物多样性、水源涵养、水土保持、养分循环和气候调节等服务功能，实现物质流与能量流循环有序，并对长期或突变的自然或人为扰动保持弹性和稳定性；同时，还加强了自然生态系统、社会和经济的互补协调，通过维持其较高的稳定性，最终实现生态系统良好的可持续性[16-19]。

我国自古以来就有人与自然和谐相处、尊重自然的生态智慧，特别是“天、地、人三才之道”“天人合一”的生态哲学思想，始终是我国传统哲学的灵魂根基和至高境界。《庄子·齐物论》中“天地与我并生，而万物与我为一”、《孟子》中“仁者以天地万物为一体”和《道德经》中“人法地，地法天，天法道，道法自然”等思想都是对天地人境界的最理想化总结，体现了自然界的有机整体性和系统性，这些思想作为人与自然和谐共生、尊重自然、顺应自然的宇宙观、自然观和生态观，是解决当今生态危机、开展环境保护和生态文明建设的指导性哲学依据[20-22]。从生态哲学角度看，生态系统各种因素互相作用协调发展是生态学的基本规律之一。这阐述了在生物圈内，不同等级生态系统之间，生物群落之间，植物、动物和微生物之间以及其与环境之间都处在相互作用之中，这种发生在生态系统各因素之间的相互作用具有普遍性、多样性，是生态系统结构的正常功能，使生态系统成为具有反馈机制的系统，从而维持其相对稳定性[23]。生态系统稳定性是生态系统对干扰的响应，是生态系统适应外界条件能力的具体表现，包括生态系统对外界干扰的抵抗能力和干扰消失后的恢复能力，以及生态系统所能承受外界干扰的阈值[24]。

山水林田湖草系统保护修复通过对矿山、地质灾害等受损严重、自我调节恢复困难的生态系统开展修复，辅助受损生态系统结构功能的恢复和对外界干扰的抵抗；同时，对非受损但存在生态安全隐患的生态系统采取必要的保护措施，预防生态隐患，强化生态系统对外界干扰的抵抗能力和干扰消失后的恢复能力，提升生态系统所能承受外界干扰的阈值，增强生态系统适应外界条件的能力，维持生态系统稳定性。

目前，关于山水林田湖草系统的相关研究较少。已有研究多是对山水林田湖草系统保护修复的意义、理论基础、存在问题和措施建议等进行阐述[2,25-26]。部分学者对山水林田湖草系统保护修复的实践案例进行了介绍，如河南省淅川县的移土培肥工程[27]、环巢湖生态示范区建设[28]、福建省长汀县南山下村和半坑村村庄整治[29]、河北省围场县生态保护修复[30]等。如何将山水林田湖草系统保护修复理论研究与实践相结合，并在实践中进一步完善和提升理论，是今后需要重点关注的研究内容。

2 山水林田湖草生态保护修复内容

根据生态系统完整性和协同性原理，为贯彻山水林田湖草系统理念，统筹生态系统整体保护和系统修复，山水林田湖草生态保护修复过程中建议遵循以下原则：

(1)整体保护，系统修复。尊重生态系统的整体性和系统性，始终将整体保护、系统修复理念贯穿始终，紧紧围绕提高生态系统完整性及服务功能的目标，全面、整体地开展保护与修复。

(2)综合治理，科学设计。立足全局，加强顶层设计，坚持问题导向，综合治理生态退化、环境污染、景观破碎、栖息地受损等生态问题，选取可行、有效和相对成熟的治理技术和方法，提高保护修复效率。

(3)连通耦合，互补协调。立足当前，着眼长远，将山(山体)、水(河流)、林(森林)、田(农田)、湖(湖泊、水库等)、草(草地)按照生态系统耦合原理联通起来，分阶段、逐步有序地实施综合治理与生态修复，统筹兼顾，加强社会、经济、自然系统的互补协调。

(4)统筹力量，协同创新。有效凝聚各方力量，整合矿山地质环境治理、土地整治、环境污染治理、水污染防治、农村环境保护和生态修复等各类工程，协同推动山水林田湖生态保护修复，加强学科间专业合作和融合，提升创新能力。

基于生态问题现状，统筹山水林田湖草系统保护修复的相关要求，结合相关理论要求，山水林田湖草系统保护修复内容包括以下方面：第一，对全国生态功能区划中重要生态功能区、重点生态敏感脆弱区和生态保护红线内典型区域开展生态系统格局、质量与功能状况调查与评估，将评估结果作为制定山水林田湖草系统保护与修复工程实施方案的依据；第二，强化生态修复技术研发和完善生态修复制度，加强已有重点生态保护修复工程建设，进一步巩固和促进生态保护修复成效；第三，开展煤矿塌陷区、工矿废弃地生态修复与复垦利用，因地制宜构建江河湖库水系连通格局，统筹水资源调配与防洪减灾能力，加强中小河流治理和山洪地质灾害防治，加强荒漠化、石漠化、盐碱化、水土流失和污染区综合治理等措施，加强退化生态系统保护修复及其能力建设；第四，开展自然保护区物种资源分布、保护成效及生态系统状况调查与评估，识别生物多样性及物种栖息地关键区域的自然保护区空窗区域，开展自然保护区规范化工程建设，构建和完善跨区域生态廊道，增强生态系统完整性和连通性，通过优化生物多样性保护格局提高生物多样性保护功能；第五，针对重要生态功能区、重点生态敏感脆弱区和生态保护红线等重要生态区域内的人类分布干扰区，有序推动生态移民和产业升级；第六，建立集监测、评估、预警、调控和管理等功能于一体的山水林田湖草系统信息管理平台，形成山水林田湖草系统保护与修复长效管理机制。山水林田湖草系统保护修复内容构成见图1。

山水林田湖草系统保护修复试点区采取的主要保护修复关键技术见表1。

表1中技术方法相对成熟，在生态保护修复中可以快速高效地开展实施。除这些技术方法外，在生态保护修复中还要积极探索新理念、新技术及新方法的应用。例如，以大地景观为载体的生态基础设施——海绵国土，具备一定的雨洪调蓄、水源涵养和雨污净化功能，可以用来综合、系统、可持续地解决水问题，实现生态防洪、水质净化、地下水补给、生态修复、生物保护、气候调节和人居环境改善等综合目标，是生态治水理念的进一步发展[31]。

图1 山水林田湖草系统保护修复内容构成Fig.1 Contents of protection and restoration of mountain-river-forest-farmland-lake-grass system

3 山水林田湖草系统保护修复实践

目前，我国开展的山水林田湖草系统保护修复试点区集中在祁连山冰川与水源涵养生态功能区、黄土高原丘陵沟壑水土保持生态功能区、京津冀水源涵养功能区和南岭山地森林及生物多样性生态功能区等国家重点生态功能区。2017年，我国启动陕西、河北、甘肃、江西、青海等省的国家重点生态功能区山水林田湖草系统保护修复试点工作(表2[32-36])。

在前期调研的基础上，各省山水林田湖草系统保护修复工程总体实施方案已编制完成并审核通过，各县具体工程实施子方案和部分省级独立工程实施子方案也已基本编制完成。方案总体原则是通过资金整合，以区域生态环境问题和主导生态系统功能为导向，对山上山下、地上地下、流域上下游等进行整体保护、系统修复和综合治理，改变治山、治水、护田、植树、种草各自为战的工作格局，实现生态系统“格局优化、系统稳定、功能提升”的生态保护修复目标。各示范区由于其生态功能定位、地理特征和生态问题的不同，所要实施的生态保护修复工程也存在差异。

表1山水林田湖草系统保护修复关键技术

Table1Keytechnologyofprotectionandrestorationofmountain-river-forest-farmland-lake-grasssystem

组成内容主要关键技术山覆坑平整,表土回填,疏浚河道,设置挡墙、拦砂坝、抗滑桩、截排水沟、谷坊、排导堤、格构,围栏封育,恢复植被等水河道疏浚、水系连通、截污纳管、清水补给、修建护岸工程、河岸生物阻隔、植被恢复、生态护坡等林退耕还林、封山育林、人工造林、开沟换土、修建灌溉管网、有害生物防控等田土地整治、坡耕地改造、建设农田防护林、点面源治理、化肥减施、地膜回收、规范化养殖场粪污无害化处置、水保集雨工程、节水灌溉等湖退田还湿、湿地封育、基底修复与重建、内源污染物控制、富营养化营养盐去除、蓝藻水华去除、生物群落优化、浮岛净化、浮床净化、水生植物配置等草退耕还草、退牧育草、围栏封育、飞播种草、草地补播改良、鼠害防治、虫害防治、毒杂草防治、设置草方格沙障等

表2山水林田湖草系统保护修复试点情况

Table2Practiceofprotectionandrestorationofmountain-river-forest-farmland-lake-grasssystem

重点生态功能区试点区域生态功能生态问题保护修复对策祁连山冰川与水源涵养生态功能区武威市、张掖市、海北州、海西州我国西北重要的生态安全屏障,维系着河西走廊地区的生态平衡和经济社会的稳定及发展受气候变化和人为干扰等因素的影响,冰川萎缩、雪线上升、景观破碎化、林草植被退化、沙化范围扩大、风沙线推进速度加快等问题严重在祁连山区北部,围绕“南护水源、中调结构、北治风沙”开展工程规划,综合开展南部水源涵养区保护和林草植被恢复保护、中部环境保护治理及生态经济优化提升、北部防风固沙治理等相关工程;在祁连山区南部,围绕4个流域布局“连山、通水、育林、肥田、保湖、统筹”等相关工程,以有效解决祁连山区“山碎、林退、水减、田瘠、湿(湖)缩”等问题,提升区域生态系统服务和生态屏障功能黄土高原丘陵沟壑水土保持生态功能区延安市、铜川市、渭南市黄土高原-川滇国家级生态屏障重要组成部分,拥有“黄土高原丘陵沟壑”和“秦巴生物多样性”两个国家级生态功能区,对保障黄河和长江中下游地区生态安全具有极其重要的作用水土流失严重、水资源短缺且时空分布不均、植被稀疏且林分质量差、矿产开采等造成生态破坏,导致灾害频发、河流常年断流、耕地面积减少、土地生产力下降等重点修复南部和北部两大片区,实行“梁、塬、坡、沟、川”共治,“水、土、林、田、人”共利,系统规划,整体推进,通过打造杏子河流域水土共保共治工程、石川河流域上下游水生态协同保护修复工程及照金废弃煤矿生态修复与遗址公园建设工程等亮点工程,形成多目标、多功能、高效益的保护修复体系京津冀水源涵养功能区张家口市、承德市、保定市与北京山水一体,山水林田湖等自然生态要素兼备,生态空间拓展潜力大,生态安全保障地位突出,京津冀生态环境支撑区和水源涵养功能区的核心区域,京津重要的生态屏障森林林分质量下降,植被覆盖率低,草原过度垦殖、超载放牧,湿地萎缩干化,水资源开发过度,生态功能退化,水资源承载压力大,资源约束趋紧,矿山开采方式粗放,地形地貌景观破坏、山区水土流失问题突出,农业面源污染突出,农业生产环境日趋恶化统筹考虑各区域承担的生态服务功能和系统性、关联性修复要求,确定 “一线”、“一弧”、“两水系”和拓展治理区域的总体布局,着力打造绿色奥运廊道、环首都生态安全屏障、永定河潮白河水源涵养功能区和坝上防风固沙区,实现修山、治污、增绿、固沙、扩湿、整地并重,实施跨区域、跨部门山水林田湖系统修复,打造京津生态屏障水源涵养区和生物多样性保护关键地区赣州市赣江和东江水源的根基和命脉所在,其水源涵养和水质净化功能对江西省和珠三角区域都有重要意义,是我国生物多样性保护的关键地区,地处南岭山地、武夷山脉、罗霄山脉的交汇地带,是南方丘陵山地生态屏障组成部分矿山开采导致严重的植被破坏和水土流失,生活污水和工业污水排放量较大、废弃稀土矿山污染、畜禽养殖和脐橙种植面源污染严重、水环境质量急需改善等生态环境问题突出统筹区域内各生态环境要素,系统部署推进生态保护与修复工程,按流域、分片区,构建以东北片区、西北片区、东南片区和西南片区4片区为主体,以水土流失敏感区、矿山资源及规划矿区、江河湖库、生物多样性保护重要区等区域为网点的生态保护与修复工程实施架构重点推进流域水环境保护与整治、矿山环境修复、水土流失治理、生态系统与生物多样性保护、土地整治与土壤改良5大类生态建设工程,努力实现重点区域生态环境明显改善和区域生态环境的全面恢复

修改自文献[32-36]。

4 展望

与以往的生态保护修复工程相比，山水林田湖草系统保护修复更加强调整体性和协调性，建议今后重点围绕以下方面开展研究：

(1)山水林田湖草系统生态要素耦合关系。探讨山水林田湖草系统各生态要素之间的关系与影响机制，揭示不同区域不同主导生态系统功能下自然生态要素与人类活动要素的交互胁迫耦合关系、阶段、类型以及耦合机理。

(2)区域生态要素合理配置方法与空间优化。通过生态廊道、水系连通、景观设计等生态设计方法探讨不同生态系统功能主导下区域山水林田湖草系统各要素的适宜性优化配置技术与方法。

(3)山水林田湖草系统一体化保护与修复技术及调控模式构建。构建适用于不同区域的一体化保护修复技术体系，探索生态与经济社会效益协同的保护修复调控模式。

(4)山水林田湖草系统保护修复成效评估。从布局优化、系统稳定、功能提升等方面筛选评估指标和方法，构建山水林田湖草系统保护修复成效评估技术方法。

根据国务院最新机构设置，自然资源部负责山水林田湖草整体保护、系统修复、综合治理工作。山水林田湖草系统保护与修复是一项长期而复杂的系统工程，需要在国家、省、市、县等各级政府不断加强管理，把生态保护与修复摆上议事日程，创新体制机制，制定出台有利于生态保护修复工程实施的各项制度政策。要加强项目管理，严格考核评价，推动各地把项目绩效与政绩考核挂钩，提高地方对此项工作的重视程度，强化地方对项目的主体责任，促进保护修复成效的提高。