闽江流域生态安全格局及其生态保护修复措施

应凌霄,王 军,周 妍

自然资源部国土整治中心自然资源部土地整治重点实验室, 北京 100035

流域是由自然和社会多种特征组分协同构成的、具有层次结构和整体功能的复杂系统[1],是生态保护和修复乃至地球系统科学领域研究的热点[1-4]。国外众多研究表明,流域生态环境往往存在着水环境污染[5-7]、水土流失[8-10]、矿山景观生态破坏[11-13]和森林与生物多样性退化[14-16]等问题,需要采取相应的措施综合治理。我国的流域生态环境同样也面临着类似的问题,主要有森林等自然植被减少、水土污染、水土流失、自然地质灾害威胁等等[17]。例如,王磊等[18]的研究表明近年来太湖流域水环境受到工业化污染的持续强烈影响；段锦等[19]揭示了东江流域植被趋于人工化,水源涵养功能在研究时期内一直下降,水土流失风险加大,同时生物多样性保护功能降低；Liu等[20]关注了鄱阳湖水系的梅江流域,认为20世纪森林砍伐导致的土壤持水能力减弱的问题,在植树造林后并没能得到完全恢复；孔令桥等[21]指出长江流域的快速城镇化导致了自然生态系统退化；Wang等[22]在黄土高原诸河流域的研究表明,随着流域面积的增加,土地利用和管理方式对土壤侵蚀的影响增大；钟莉娜等[23]认为建溪流域土地整治的实施,使流域内草地、水域的灾害风险略有增大；刘怡娜等[24]揭示了长江流域城镇扩张和农业生产对水质净化功能的显著负作用。

党的十八大以来,党中央、国务院高度重视生态环境保护修复工作,从2013年习近平总书记首次提出山水林田湖草生命共同体的理念,到2015年党的十八届五中全会提出“筑牢生态安全屏障,坚持保护优先、自然恢复为主,实施山水林田湖生态保护修复工程”,从2017年党的十九大将建设美丽中国作为全面建设社会主义现代化国家重大目标、提出要统筹山水林田湖草生态系统治理,到2019年的《政府工作报告》继续要求“加强生态系统保护修复。推进山水林田湖草生态保护修复工程试点”,都强调了生态保护修复要以生命共同体重要理念为指导,对山上下、地上下、陆地海洋以及流域上下游进行整体保护、系统修复、综合治理,真正改变治山、治水、护田各自为战的工作局面[25-26]。从而,对于单元结构完整而功能复杂的流域生态系统,其保护修复无疑应作为山水林田湖草生态工程的重要试点和山水林田湖草生命共同体理念的集中体现；基于流域的整体性和系统性,根据流域生态系统的结构功能特征,总结其面临的主要生态环境问题,提出总体生态安全格局和综合性保护修复措施[27-28],才能实现我国流域生态环境问题的有效解决,促进流域的可持续发展。在这样的背景下,福建省成为近年来设立的我国第一个国家生态文明试验区,被赋予开展生态文明改革和建设的经验积累和路径探索的重任；同时,作为福建省的母亲河,闽江流域于2018年正式开始实施山水林田湖草生态保护修复工程试点。

然而有关调查研究表明,我国前几年启动的山水林田湖草生态保护修复工程试点,已经出现了拼凑项目和盲目实施等有悖于生命共同体理念的弊端[29]；流域生态保护修复存在着偏离山水林田湖草“整体保护、系统修复、综合治理”的风险,而面临着以往生态建设工程中生态系统思维欠缺、工程项目协同机制和集成评估不足等问题[30-32],甚至还会导致流域一边治理一边破坏的后果[33]。本文拟通过总结分析相关文献,探求解决流域山水林田湖草生态保护修复工程实施中整体性和系统性不足问题,揭示工程实施遵循的“生态安全格局-生态环境问题-保护修复任务措施”这一内在逻辑；具体研究途径为,根据闽江流域生态特征和重要功能辨析提出闽江流域总体生态安全格局,在总体生态安全格局下梳理其面临的主要生态环境问题,针对相应的问题探讨生态保护修复的任务和措施,从而贯彻生态保护修复的整体性和系统性要求,为新时代流域生态建设和实施流域山水林田湖草生态保护修复工程提供参考和借鉴。

1 闽江流域概况

闽江流域范围位于东经116°23′—119°43′、北纬25°23′—28°19′之间,发源于福建省西部的武夷山脉,最后由福州市闽江河口流入台湾海峡,流域面积达6.1万km2,约占福建全省面积的一半[34](图1)。闽江流域属亚热带季风气候,气候温暖湿润,年均气温18℃左右,年降水量约为1700mm,气象灾害则以暴雨洪涝和台风灾害为主。闽江流域在我国和福建省社会经济中都占有重要地位,是海峡西岸经济区的重要组成部分；同时,闽江流域位于我国重要生态屏障——南方丘陵山地带,是我国东南部地区具有水源涵养、土壤保持和生物多样性保护等重要生态功能的地区,保障着我国东南地区和台湾海峡生态安全。

图1 闽江流域位置Fig.1 Location of the Minjiang River basin

森林生态系统是闽江流域面积最大的生态系统,约占流域面积的75%[35]。闽江流域属亚热带常绿阔叶林一级分布区,其中武夷山地具有我国东南现存面积最大、保留最为完整的中亚热带常绿阔叶林森林生态系统,在全球同纬度带中具有典型性和代表性。河流生态系统是闽江流域内起联系作用的核心部分,流域内河网密度为0.0907km/km2。上游河流沿山谷发育,构成溪河众多、径流量大、流域面广的树状水系；中游段主流比降较大,河谷狭窄,滩多水急；下游河床比小,流速缓慢,大部分属于漫滩曲流型河流。

闽江流域生物多样性较高,植物种类2297种,其中高等植物166科841属2002种,有苏铁、南方红豆杉、水松、伯乐树(钟萼木)、银杏等国家一级保护植物5种,以及刺桫椤、粗齿桫椤、金毛狗等二级保护植物28种。流域野生动物资源丰富,哺乳类110多种,鸟类540多种,爬行类110余种,两栖类25种鱼类174种,昆虫5000多种[36],其中很多被列为国家和省级保护物种。闽江口湿地和三明市沙溪流域明溪段等地还位于全球性的候鸟迁徙通道,是亚洲东部鸟类迁徙的重要停歇站和冬候鸟的越冬地、夏候鸟的繁殖地。

2 总体生态安全格局

汤小华对福建省生态功能区划的研究表明,生态系统服务功能综合评价的极重要地区和重要地区主要分布于闽西和闽中山地,具有关键的生态屏障作用[37]；而闽江流域涵盖了这一生态屏障的大部分区域,包括流域上游的武夷山地和中游的鹫峰山-戴云山地,是我国大面积亚热带常绿阔叶林重要分布区和水源涵养区,也是我国生物多样性保护的重点地区[38-40]。山地靠近闽江流域主要干支流的坡面一直延伸到河岸的区域,是流域生态屏障与闽江水系的直接联系地带,也是自然过程和工农业生产生活等人为活动频繁发生的地带,往往具有重要的水土保持功能[41-42]。因此,这一地带与流域核心——水系,以及生态屏障一起构成了流域总体生态安全骨架,承担着闽江流域水源涵养、土壤保持、生物多样性保护等重要生态功能。同时,鉴于“青山挂白”的矿山在福建省的广泛分布和所受到的特殊关注,矿山区域一直被作为生态保护修复的重点对象[43-45]；恢复矿区自然生态环境,是对闽江流域生态功能的重要补充和对总体生态安全的重要提升。

从流域整体性和系统性的保护修复出发,构建闽江流域“一江一带一区一屏”的总体生态安全格局(图2)。“一江”指闽江水系,涵盖了闽江干流及支流的水环境,是闽江流域的核心组成部分,具有水质净化、水生生物多样性保护等主要生态功能；“一带”指闽江干流及主要支流沿线第一重山的坡面带,具有水土保持的重要功能,同时也是人为活动和自然条件变化等地表过程频繁的区域；“一区”指分布在流域范围内的矿区,是闽江流域生态修复的特殊区域,恢复其自然生态功能对生态安全格局有着重要的补充和完善作用；“一屏”指流域的山地生态屏障,包括源头和上游的武夷山地生态屏障和中游的鹫峰山-戴云山地生态屏障,具有重要的水源涵养和生物多样性保护功能,是流域生态保护修复的重点区域。按照整体保护、系统修复、区域统筹、综合治理的思路,基于总体生态安全格局,以“一江一带一区一屏”对应的生态环境问题导向,提出生态保护修复的主要任务和工程措施,以期使流域生态环境得到显著改善,实现生态保护修复与经济社会发展协同共赢,从而为全国树立生态文明建设新样板和山水林田湖草生态保护修复实践新经验[46]。

图2 闽江流域总体生态安全格局Fig.2 Ecological security pattern of the Minjiang River basin

3 主要生态环境问题

闽江流域生态环境及其变化对流域总体生态安全格局深刻影响,在福建生态省和海峡西岸经济区建设中起着关键性的作用[47]。流域内大规模的人类活动带来的负面效应导致了流域生态环境自我调节和自然恢复功能逐渐减弱,引起了日趋严重的生态安全问题,如“一江”水环境污染、“一带”水土流失、矿区生态破坏、森林屏障和生物多样性面临威胁等等[48]。

3.1 水环境污染问题突出

20世纪八九十年代以来,闽江流域大量的农业生产和生活污水、工业废水和废弃物排放,江河污染日益严重,河道变窄,水质恶化[49]。2005年上半年,闽江干支流Ⅲ类水质达标率仅有83.7%[50]；另外局部河段网箱养殖过密,造成水体富营养化[51]。之后虽然地方政府大力开展相关整治工作,整体水质有所提升,Ⅰ—Ⅱ类水质占96.1%[52],但闽江干支流COD、氮磷、油类和重金属等主要排放总量仍然较高,2017年排放总量达120.43万t[53],达不到生活用水要求的III类水质仍然存在,主要分布于闽江干流中游和下游大樟溪流域[52],以及闽江口[54]。究其原因,畜禽养殖和农业面源污染一直是造成闽江流域污染的重要来源之一,中上游地区(如南平市境内建溪流域和三明市境内金溪、九龙溪-沙溪流域)尤为严重[55-56]；沿江生活污水处理设施建设滞后,生活源水污染占比仍然较大,生活污水排放量相当于工业污水排放量的1倍以上[57]；重工业企业沿闽江上游各支流两岸分布,产业结构性与布局性带来的环境风险十分突出[58]。

3.2 水土流失依然严重

闽江流域是福建省水土流失最为严重的地区之一,根据《全国水土保持规划 (2015—2030年) 》,福建省有22个水土流失治理重点县,而其中闽江流域就占了11个；流域水土流失面积大,仍有大面积的严重的水土流失区亟待治理,截至2015年底,水土流失总面积50.23万hm2,水土流失率8.24%,其中,中度及以上流失面积24.54万hm2,占49%。流域上游是闽西山地,其主要干支流两侧坡度陡峭,红壤广泛发育加上水保防护措施不到位使得水土流失最为严重[59],同时由于森林群落结构的不合理导致其中林下水土流失现象尤为突出[60-61]；流域中游主要干支流沿岸带局部分布缓丘盆谷,这些地区近年来人为活动加剧,城市建设、交通基础设施建设、矿产开采以及果园茶园开发,造成大面积的新增水土流失[62]；另外,一些河道两岸“边治理、边破坏”、“一方治理、多方破坏”的现象依然存在[50],生态基础仍很脆弱,容易反复。

3.3 矿区生态破坏明显

闽江流域是福建省重要的矿产资源宝库,大量矿区开采各类矿石,对地方经济发展做出巨大贡献[63]。然而,长期的开发和加工对生态环境影响严重,突出表现为以下方面。首先是矿点多,废弃矿山和无主矿山多,主要分布于建溪流域上游、九龙溪和闽江源-金溪等流域,其开采过程中形成众多高陡露采边坡和废渣堆,易发生崩塌、滑坡和泥石流等地质灾害,同时压占和损毁大量的土地资源导致地形地貌景观和天然植被破坏,生态环境严重受损[64-65]。另外,铅锌等有色金属开发还会产生大量重金属污染物,闽江中上游是福建省最重要的铅锌矿开采区,铅锌矿石开采、选矿和冶炼产业散布,其中以尤溪流域大田县、尤溪县等地重金属本底最高,不但会造成当地农作物产品重金属污染,还会进入水系对下游流域和海洋生态造成负面影响[64,66]。

3.4 森林和生物多样性面临退化威胁

21世纪以来,闽江流域森林覆盖率有所提高,目前约为75%[35]；但林分质量较低,森林可持续性处于中等偏弱状态,生态功能面临退化威胁,主要体现在以下几个方面：一是天然林严重退化,占森林面积比由1978年的75.7%降低到20世纪末的52.3%[67],尤以闽江源等上游山地减少最甚[41,68],而人工林和经济林的比例提高；二是人工造林的林种单一,林分结构中针叶林和阔叶林比例失调,杉木和马尾松占绝大多数,而阔叶林所占比例大幅下降,针叶林阔叶林面积比由20世纪80年代的1.46∶1到21世纪变为4.65∶1[69],从而导致上游各一级支流流域森林水源涵养功能下降[70]；三是从龄组结构看,森林后备资源贫乏,用材林消耗过度,低龄化趋势明显,中幼林面积占85%以上[67],制约了森林资源可持续发展。

闽江流域森林生态功能面临威胁,也使生物多样性受到严峻挑战[71-72]。一是上游陆域生境局部恶化[35],主要是在闽江源-金溪和建溪流域上游,由于森林生态功能降低,环境污染,导致生态系统复杂性降低,造成动植物生境恶化。二是中下游水域动物栖息地锐减和迁徙通道受阻[73-74],河道采砂、河岸取土、占用河滩地等现象仍然存在,同时流域梯级电站开发率高达85%[75],数量庞大的各类塘坝隔断鱼类洄游通道,部分鱼类产卵场被破坏,对水生动物多样性保护造成重大影响,尤其造成下游水口水库区及其上游段鱼类种类减少[74]。三是流域自然保护区保护能力不足[76-77],突出表现为武夷山等重要地区保护区面积不足,各类保护区分散,市县级保护区管理粗放,斑块式保护小区变动随意性大；一些自然保护区中还分布有村落[78],酒店农家乐等服务设施缺乏生活污水、垃圾的处理转运设施,面源污染进入到保护区中,降低保护区生境质量。四是下游河口段外来物种入侵呈上升态势[79-80],互花米草、水葫芦、空心莲子草等对生态环境的危害较大[81],防控形势仍然严峻,生态安全受到严重威胁。

4 生态保护修复任务和措施

4.1 生态保护修复主要任务

4.1.1实施水环境综合治理

针对“一江”开展闽江流域水环境综合治理。着眼于流域多功能特征,上下游协调,分级分类实施,系统推进水污染防治、水生态保护和水资源管理,全面提升闽江流域水环境质量,降低闽江入海的有机物、氨氮和重金属总量,改善闽江入海水质,改变台湾海峡海西侧海水水质“亚健康”状态,构筑台湾海峡生态安全屏障[82]。

4.1.2加强水土流失防治

对于“一带”形成干支流流域联动,综合防治水土流失。以支流为骨架、以小流域为单元、以自然恢复为主、因地制宜、系统治理的原则[55],促进干流和主要支流沿线第一重山的自然植被保护和恢复,对涉及人类活动的流域坡耕地、茶园、竹林、马尾松林及崩岗等土地利用通过梯田改造、林草植被恢复与改良、沟道防护等措施进行全面治理[83]。

4.1.3开展废弃矿区修复

对分布在流域范围内的矿区实施综合性的生态修复。根据“宜耕则耕、宜林则林、宜园则园、宜水则水”的原则,对试点区内历史遗留废弃矿山恢复损毁土地使用功能[84-85]；同时在矿山修复过程中,要与周边生态环境相结合,对有条件区域考虑与后期规划相衔接,为地方政府下一步将引入社会资本打造矿山遗址公园提供基础,实现废弃矿山资源化[85]。

4.1.4强化森林和生物多样性保护

对于流域的生态屏障根据自然生态系统服务类型强化主导功能。严格保护天然林和生态公益林,控制林木资源消耗型项目建设,对林地退化的区域进行森林抚育,提高常绿阔叶林比例,改善森林结构,增强水源涵养、土壤保持等重要生态功能[55]；加强自然保护区的建设、监督和管理,大力建设自然保护区群网,禁止各种破坏自然资源和产生环境污染的开发建设活动,以维护生物多样性,保护和修复我国东南生物基因宝库[76]。

4.2 生态保护修复工程措施

4.2.1水环境治理与生态修复工程

基于流域水环境存在的一系列污染问题和生态保护修复任务,形成相应的工程措施[51,86-87]：1)水源地保护工程,使管控(封禁)措施、水源涵养林建设和湿地保护修复等多措并举,主要针对于各主要支流源头；2)农村面源污染治理工程,包括垃圾处理和生活污水处理设施建设,以及畜禽养殖和水产养殖污染源综合整治,分布于流域干支流两岸城镇乡村的人类活动区；3)已污染水体修复工程,进行淤积物、污染物清理处置,以及应用人工湿地、生态浮岛、曝气复氧、生物膜法等生物净化,尤其注意流域上游和下游到河口段的污染水体治理；4)河道综合整治与水资源调配工程,实施疏浚河道、建设生态护岸和堤防等措施。

4.2.2水土流失防治及农地生态功能提升工程

针对水土流失问题和防治任务,加强闽江源区天然林保护和流域上游沿线防护林建设和保护[41,68]；在流域中游沿线第一重山坡面带开展梯田改造及配套设施建设、林草植被恢复与改良、沟道防护为主的水土流失治理工程,具体包括退耕还林还草、坡改梯、坡面水系工程建设、生态防护林和生态堤岸等防护设施建设等内容[88],同时配合实施农用地生态功能提升工程,包括整治田块、改良土壤、建设灌排设施、整修田间道路、完善农田防护与生态环境保持体系、配套农田输配电设施和灾毁土地修复等一系列措施[83,89]。

4.2.3废弃矿山生态修复和地质灾害防治工程

根据废弃矿山的分布及其造成的环境破坏和地质灾害威胁等问题,结合其治理任务,需要采取以下工程措施[90-91]。在流域上游和源头区域的矿山区,大力加强土地整治和植被恢复,重塑废弃排土场地形地貌、再造和改良土壤生境、重建植被和优化矿山景观；对于中游尤溪流域等地的重金属矿山分布区,还要重点实施水土污染治理工程,通过酸性土壤改良、增施有机菌肥和磷肥、种植吸附能力强的植物和湿地处理等措施对酸性水土污染和重金属污染进行综合治理；所有矿区还有其他地质灾害易发地都要开展地灾防治工程,采取截排水、支挡和主动加固等措施对稳定性差、危险性大、危害程度高、难以搬迁的重要滑坡地质灾害点进行综合防治。

4.2.4森林和生物多样性保护工程

由于流域森林人工化问题突出、生态系统破碎化程度高、水源涵养功能较弱和生物多样性保护面临较大的压力,需要实施相应的保护修复工程[55,81,92]。一是森林生态功能提升工程,主要是划定武夷山地、鹫峰山-戴云山地集中连片的生态保护红线区,加大生态屏障的天然林和生态公益林保护力度,推进亚热带常绿阔叶林的抚育和恢复；二是湿地保护恢复工程,对于上游山地湖泊湿地、闽江下游及河口湿地,改善湿地微气候和水循环,提供亲水空间,去除水体中的有机污染,控制互花米草等外来入侵植物；三是重要候鸟迁徙通道保护与修复工程,特别针对沙溪流域的国际候鸟通道,恢复通道栖息地基底自然生态环境、进行物种选育和培植、优化群落结构；四是自然保护区建设和提升工程,开展保护能力建设,改善保护区自然村人居环境。

5 结论和讨论

闽江流域是维持我国东南丘陵山地区和台湾海峡生态安全的重要部分,具有“一江一带一区一屏”总体生态安全格局,同时面临着水环境污染问题突出、水土流失严重、矿区生态破坏、森林生态功能退化显著和生物多样性受到威胁等一系列生态环境问题。应当遵循山水林田湖草生命共同体的理念,基于流域整体性、系统性的逻辑进行生态保护修复。在闽江流域总体生态安全格局的框架下,针对相应的生态环境问题,实施和强化闽江水环境综合治理、干支流沿岸带水土流失防治、矿区废弃土地生态修复、武夷山地等重要生态屏障森林和生物多样性保护等工程措施,以期使闽江流域生态系统得到显著改善,有效提高资源环境承载能力,保障台湾海峡生态安全,提升我国东南生态屏障功能,为我国山水林田湖草生态保护修复工程提供科学依据和实践经验。

在未来的生态保护修复工程开展中,还须注重机制创新和能力建设,为流域生态保护修复工作提供保障。一是在流域关键节点布局水土质量数据采集分析设备,全天候在线监测水土污染情况,并配合完善现场抽样巡查制度,实现污染的长效防控[93-94]。统一规划、整合优化设立生态环境质量监测点位,汇集大气、地表水、地下水、土壤、植被、动物和微生物等要素,构建集中式生活饮用水水源监测、干支流水质监测、生态屏障和自然保护区生态质量监测等动态监测体系,构建矿山区域、流域水系沿线城镇生活-工业区和农业生产养殖区等固定源、面源和移动源在内的各项污染源实时监测体系,客观、准确反映流域水土质量状况和污染源转移路径,不定期开展抽样验证,为闽江流域水土环境保护修复提供长期数据支撑。

二是需要充分利用中高分辨率的卫星遥感和无人机等现代通信技术,构建流域生态系统综合监管平台,提升生态保护修复成效[28,95]。在流域生态系统尺度上,借助遥感等高新技术建立相关大数据平台；基于各类生态环境数据资源,整合“一江一带一区一屏”等关键地理空间信息,开展大数据挖掘和统计分析,建立以各级流域为单元的生态环境质量监测、趋势预测和预警机制,完善生态保护修复成效评估体系,为整个闽江流域山水林田湖草生态保护修复工程提供科学高效的、精细化的信息管理综合平台。

三是建立流域生态系统服务功能评价体系,量化基于生态系统服务功能的补偿指标,探讨设立流域生态横向补偿资金相关制度,推动全流域经济社会生态协调发展[96-98]。根据流域上下游生态功能定位和区域特点,建立生态补偿示范区(例如武夷山地生态屏障),构建科学合理的生态价值核算体系以及分区域生态补偿标准,提出价值补偿、工程补偿等模式的路径；按照“谁开发、谁保护,谁破坏、谁恢复,谁受益、谁补偿,谁污染、谁付费”原则,建立流域生态补偿资金筹集制度、分配制度和资金管理制度,为缓解闽江流域生态保护与发展压力、提升流域综合效益提供制度支持。