祁连山山水林田湖草生态保护与修复的探索与实践

马蓉蓉,黄雨晗,周 伟,5,6,*,周 际,白中科,5,6,官炎俊,郑连福,詹培元,杨 正,张 艳

1 青海大学生态环境工程学院, 西宁 810016 2 中国地质大学(北京)土地科学技术学院，北京 100083 3 自然资源部国土整治中心，北京 100035 4 青海省国土整治与生态修复中心，西宁 810001 5 自然资源部土地整治重点实验室，北京 100035 6 自然资源部矿区生态修复工程技术创新中心，北京 100083

祁连山生态系统在维护我国西部生态安全方面有着举足轻重的地位,国家领导人对祁连山生态保护多次作出重要指示[1- 4]。但受全球气候变暖和资源过度开发、粗放利用、奢侈消费的影响,祁连山出现冰川消融量逐年增加、雪线退缩愈加明显[5-6]、水源涵养功能缩减等生态环境问题[7-8],进而导致山-水-林-草-湖-田生态系统发生退化,严重影响了生态系统的稳定性,制约了区域内经济社会的绿色发展。

目前,针对祁连山地区生态环境的研究主要包含水源涵养[9]、气候变化[10]、冰川冻土变化[11]、植被覆盖变化[1]、植被生产力[12]以及生物多样性保护[13]等方面,气温与降水是影响祁连山地区植被变化的主要因子,局部地区的人类活动是影响植被变化的重要因素[14-15],上述研究为生态修复提供了理论基础,但是目前大部分研究只是从土壤、植被、水文、气候等环境因子的单一变化展开的, 对生态环境的保护也只是停留在治山、治水、护田、育林各自为战的工作层面,而对生态系统的保护与修复缺乏整体性、系统性和综合性的研究[16]。习近平总书记系列讲话多次强调要运用系统论的思想方法管理自然资源和生态系统,把统筹山水林田湖草系统治理作为生态文明建设的一项重要内容来加以部署[17-18]。因此,如何实施山水林田湖草生态系统的整体保护、系统修复和综合治理已成为众多学者广泛关注的科学问题[3, 16, 19]。

前人在生态保护修复领域开展的研究虽然涉及内涵特征[18, 20]、主要环节[21]、修复路径[3, 22]、技术选择[23]、机制体制[19]和启示作用[24]等多个方面,为生态环境保护与修复提供了一定的理论与实践支撑,但缺乏系统性的梳理与总结。因此,本文以山水林田湖草修复工程试点项目祁连山为例,基于现有文献和工程实践,探索冰川与水源涵养国家重点生态功能区生态修复工程的理论与实践路径,以期为我国山水林田湖草生态系统修复工程提供参考。

1 祁连山概况及生态现状

1.1 祁连山基本概况

祁连山位于青藏高原、蒙新高原和黄土高原的交汇区和分界线,地跨青海、甘肃两省,东西长约1000 km,南北宽约300 km[25]。地貌包括山地、沟谷和盆地,以山地为主,海拔4000—6000 m；祁连山区河流多,以冰川融水补给为主,水系非常发育,围绕中心地向四周呈辐射状分布,主要包括河西内流水系、柴达木内流水系和黄河流域水系。气候、土壤、植被以及环境的纬向、经向和垂直方向的三向地带性变化明显[26-27],年均温-1.4—9.6℃,极端最高温37.6℃,极端最低温-35.8℃,年均降水量84.6—515.8 mm,年蒸发量1137.4—2581.3 mm,无霜期23.6—193 d,年均气温和降水量的分布大体由东南向西北逐渐降低；土壤类型多样[28]；主要植被有乔木林、灌丛、草原和草甸[29-30]。独特的自然环境孕育了森林、草原、荒漠、寒漠、冻原、农田、水域、冰川和雪山等九大类型在内的祁连山复合生态系统。历史上的祁连山区“森林茂密,水草肥美”,“山岭晴岚,层林滴翠”,“雪山千仞,松杉万本,保持水土,涵源吐流”[31]。因受大陆性荒漠气候和高寒气候的双重影响,生态系统极为脆弱、抗干扰能力弱,自然恢复能力较低[26, 32]。

1.2 祁连山生态地位

党和国家、省委、省政府十分重视祁连山生态环境的保护与建设。1980 年国务院确定祁连山水源涵养林为国家重点水源林区,1988 年我国设立甘肃省祁连山国家自然保护区,2008年国家将祁连山区确定为水源涵养生态功能区和全国50个重要生态服务功能区之一,明确提出启动祁连山水源涵养区生态环境保护和综合治理规划研究；2012年国家发展改革委批复《祁连山生态保护与综合治理规划(2012—2020)》,范围包含祁连山南坡(青海)和北坡(甘肃)。主要建设包括林地保护和建设、草地保护和建设、湿地保护和建设、水土保持、冰川环境保护、生态保护支撑工程以及科技支撑工程七项内容。2014年最新规划调整后的自然保护区面积198.70万hm2,加上划定的66.60万hm2外围保护地带,总面积265.30万hm2(图1)。2017年,成立祁连山国家公园,面积5.02万km2,核心保护区为 2.75 万km2,占国家公园总面积的 55%,其中：甘肃省片区为 1.81 万km2,青海省片区为 0.94 万km2；一般控制区为 2.27 万km2,占国家公园总面积的 45%,其中：甘肃省片区 1.63 万km2,青海省片区 0.64 万km2。

图1 甘肃祁连山国家级自然保护区位置图Fig.1 Location map of Qilian Mountains national nature reserve in Gansu province

在《全国生态功能区划》中,祁连山是西北地区重要水源涵养生态功能区的核心部分[5,33]。该区共发育大小冰川3066 条,冰川总面积达1972.5 km2,冰川总储量为954亿m3,最大的冰川达到57 km2,是河西走廊、河湟地区、青海湖盆地、柴达木盆地最重要的淡水供给基地,与青海南部的“三江源区”共同构筑起“中华水塔”[3]。

在《中国生物多样性保护战略白皮书》中,祁连山被确定为具有代表意义的生物多样性保护优先区和典型区,世界高寒库“种质资源库”、“遗传基因库”和野生动物迁徙的重要廊道[34]。作为中国北方重要生态安全屏障,祁连山延续着以“丝绸之路”为代表的中华文明,保障着甘肃“河西走廊”、青藏高原中心城市、青海北部和河湟谷地以及内蒙古额济纳等地区人民的生存命脉。

1.3 祁连山生态退化及成因分析

生态退化的程度既取决于生态系统功能维护能力和自我修复能力的高低,也取决于外界压力的大小[35]。祁连山山脉地质发育年代短,稳定性较差,山高、坡陡、峡谷深,风化壳浅薄,土壤厚度薄、质地粗,在寒旱生境中,简单的系统结构与功能致使生态环境十分脆弱[34]。

祁连山生态退化现象主要表现在以下几个方面：其一,长期大规模的探矿、采矿活动[36],造成保护区局部植被破坏、水土流失、地表塌陷,进而导致生态空间遭受挤占,景观破碎化显著[37]；其二,由于人类对自然资源的无序利用,开荒、放牧、砍伐木材及矿山开采等活动日渐加剧,植被退化明显,生物多样性降低[38- 42]；其三,受全球气候变暖和人为活动影响,祁连山区冰川消融量呈增加趋势,雪线上升日益显著,致使冰川呈萎缩状态,水源涵养功能下降[43-44]；其四,由于在设计、建设、运行中对生态流量考虑不足,水电资源开发强度大[45-46],导致下游河段出现减水甚至断流现象,河道生态基流保证率低,加之旅游业的发展、城镇化水平的提升和人口聚集度的提高,河流纳污能力和自净能力显著下降[47]。鉴于此,祁连山生态环境保护与修复工程的实施刻不容缓。

2 祁连山生态保护与修复工程

2.1 生态保护与修复工程概况

甘肃、青海两省申报的祁连山山水林田湖生态保护修复工程试点项目分别得到了国家财政部的批复,纳入全国山水林田湖生态保护修复试点范围,主要着眼于祁连山生态功能,以流域为单元,山水林田湖草为主要治理对象,以森林、草地、湿地植被恢复和工程治理为重点,对山体、水体、林草、田地、湿地进行修复及治理。具体工程概况如下：

甘肃省张掖市祁连山黑河流域山水林田湖草生态保护修复治理工程围绕南部水源涵养及林草植被恢复、中部绿洲生态经济优化提升和北部防风固沙生态综合治理三大板块,实施黑河水源涵养区(祁连山)生态修复、水环境保护治理、湿地保护治理、土地整治与污染修复、重点区域生态治理等5个方面31个建设项目；武威市祁连山山水林田湖生态保护修复工程项目按照“南护水源、中调结构、北治风沙”的总体布局,规划实施林草植被恢复、矿山环境治理恢复、生态移民安置、小流域综合治理、水生态环境保护、湿地保护治理、土地整治与污染修复、重点区域生态治理等139个建设项目；青海省按照水系分布特征和自然地形将研究区分为黑河流域河源区、青海湖北岸汇水区、大通河流域(分河源区和干流区)与疏勒河-哈拉湖汇水区4个工程实施区,涵盖构建生态安全格局、提升水源涵养能力、提高生物多样性和物种丰富度、强化生态环境和自然资源监管能力4大类 49项工程,解决祁连山区“山碎、林退、水减、田瘠、湿(湖)缩”的现实问题。

2.2 典型生态保护与修复措施

根据Hobbs和Harris等[48- 49]的研究,是否进行修复以及采用什么措施进行修复取决于生态退化的程度及其生态系统功能受影响的程度。祁连山统筹自然生态各要素,立足山水林田湖草是一个生命共同体理念,按照以水源涵养和生物多样性保护为核心的祁连山生态功能定位要求,对冰川、湿地、森林、草原等进行整体保护、系统修复,着力提升水源涵养和生物多样性保护服务功能。如果严重退化,则需要使用工程措施加以治理和恢复；如果是轻度退化或没有退化,则需要从管理的角度加以保护；如果介于二者之间,使用生物措施更加有利于恢复和功能的维持[35]。

2.2.1矿山地质环境治理

矿山地质环境治理是治山、修山主要途径,是地貌重塑关键环节,治理措施主要包括井口封堵、裂缝夯填、采坑回填、平整压实渣堆、修筑松散物拦挡坝、修筑排水渠护堤、刷坡、覆土绿化、植被恢复等工程[37,50- 51]。按照项目设计,张掖市山丹县、肃南县实施关停、退出探采项目54个,治理废弃矿山采空区、塌陷区、采坑、井巷、尾矿(弃渣堆、排土场)等358 km2,实施山丹大马营、肃南皂矾沟、西石门等矿库隐患综合治理；武威市凉州区、古浪县、天祝县实施129处矿山、砖厂、采石场等地质灾害点治理,治理面积22.92 km2；天祝县实施鹰台沟石灰岩矿等5个矿山,以及凉州区张义、谢河、新华等乡镇居民集中生活区周边的123个废弃矿山复绿工程,复绿面积24 km2。青海省祁连山区修复县祁连县小八宝石棉矿区、门源县历史砂金采矿区、门源县无主砂石料场、无主废弃矿山等无主矿山废弃地0.28万hm2。

2.2.2水生态保护与修复

通过保护区范围内的重点流域水生态环境调查评估,摸清主要水生态环境现状及主要污染构成,建立完整的本底值体系,为未来环境演变预测和风险评估提供基础,理清主要水生态环境问题和潜在风险源,形成以问题为导向的生态环境保护措施和工程决策系统；通过疏浚河道、土地平整、护坡建设、植被恢复等措施,对黑河、山丹河、东大河、西大河等河流水环境生态进行保护和修复,并加强地下水开发利用与保护,优化水资源调配,划定地下水禁采区、过渡区和实验区,实行水量、水位双控制,建设地下水污染防治体系,逐步修复被污染的地下水；通过生物措施和工程措施,对东柳沟、隆畅河、摆浪河、冰沟河、牛鼻子河、童子坝河、洪水河、大堵麻河、马营河、大野口河、酥油口河等黑河支流进行小流域综合治理；在人口相对集中的典型乡镇,开展生活源垃圾及污水资源化和减量化应用示范,建立生活固废规模化的再生资源分拣集散中心,建立固废资源化综合利用项目,开展农村生活污水分散式处理试点。通过采取工程与生物措施相结合、人工治理与自然修复相结合的方式,以拟自然理念为指引,全面提升河流生态系统服务功能,实现人水和谐共生。

2.2.3林草生态保护与修复

结合天然林资源保护、三北防护林体系建设、新一轮退耕还林、退牧还草工程,以提高森林覆盖率和草原植被盖度为目标,通过人工造林、封山育林、三化草原治理、草原围栏、有害生物防控等综合措施,使现有森林得到有效保护,草原承载能力得到提高,水源涵养功能进一步提高。通过对祁连山林区的林中空地、水土流失严重区、河流两岸的宜林地开展人工造林,对农林交错区、林缘地带以及25度以上的坡耕地,实施退耕还林(草),增加林草覆盖度,通过人工补播等措施,促进草场植被自然修复及退化的改良,推进草原禁牧休牧轮牧,提高草原自然恢复能力。

祁连山北坡构建了坡地鱼鳞坑、坡脚水平沟、坡底沟缘“锁”边的水源涵养林恢复体系,在一定程度上减少了水土流失,提高了土壤蓄水力,增加了植被盖度,提升了水源涵养能力[34]；针对祁连山区黑土滩人工草地生态系统重建,李苗等[40-41]研究发现全耕翻种草和免耕补播能显著提高草地植物的盖度、高度、优良牧草量和地上植物量。李世雄等[27]提出祁连山区的黑土坡治理应主要以人工重建植被为主,实施人工播种和条播两种方式,种植前应进行鼠害防治,播种后覆土镇压并覆盖无纺布,同时设置围栏进行禁牧封育,旨在控制水土流失,提高植被覆盖率,提升草地恢复力；如肃南县采取围栏封育、草地改良和合理利用等手段,草原生态得到逐步恢复全；县天然草原植被平均总盖度从2015年的67%上升为2017年的77.6%[52]。

2.2.4田地生态保护与修复

通过开展土地平整、土壤改良、灌溉与排水、田间道路、测土配方施肥、增施有机肥等措施,进行祁连山沿线高标准农田建设,全面提升农田质量,从根本上改善祁连山沿线贫困区农业生产条件,提高耕地质量和土地产出效益,为祁连山浅山区坡耕地退耕还林还草和生态移民搬迁安置创造条件。同时,通过配套建设农田防护林网,增加祁连山浅山区的造林绿化面积,有效改善生态环境,通过配套完善农田灌溉设施,实施滴灌、喷灌等高效节水灌溉技术,提高灌溉水利用率,增加生态供水,促进祁连山田地生态环境保护与修复。大力推进废弃、退化、污染、损毁土地的综合治理、改良和修复,优化城乡用地结构布局,高效利用土地资源,实现光、热、水、土资源的优化配置,努力提高资源的利用效率[53]。通过采用围栏和人工相结合的方式进行封禁管护,杜绝樵采、割草、挖根等破坏沙地植被现象,封禁区严禁放牧等行为,促进植被及荒漠生态系统的恢复[54]。

2.2.5湿地生态保护与修复

对湿地生态环境保持较好、人为干扰不严重的湿地,以保护为主,以避免生态进一步恶化,减畜禁牧,减少或停止对沼泽化草甸资源的过度利用,封泽育草,保持其自然植被的稳定性,在临近人畜进出活动区建立网围栏实施封育；对环境恶劣、人为干扰严重、破坏较重的,通过各种工程措施进行恢复；对因矿产资源露天和无序开采遭到破坏的沼泽草甸、天然林灌、冻土等实施生态恢复,制定切实可行的生态修复方案。通过新建防护林草带、设立保护围栏、进行湿地污染控制、围堰蓄水、实施清淤疏浚、水生植被恢复、修建引洪拦水坝、生态防护林带建设、修建宣传牌、修建界标等措施,逐步扩大湿地面积,加强水生植被恢复。同时,严格监控水源环境,控制湿地污染,控制地下水的不合理开采利用和对湿地过度的农业开发、放牧等人为干扰和破坏[55]。通过宣传教育并制定必要的保护条例,提高人们对保护冰川重要性的认识,促使其生产经营活动尽量远离冰川外围的沼泽湿地和林草植被。

3 生态保护修复的策略与建议

图2 祁连山区生态修复的策略与建议Fig.2 Strategies and recommendations for ecological restoration in Qilian Mountains

本文运用文献研究、经验分析、工程类比等方法,遵循“山水林田湖草是一个生命共同体”理念,多角度、全方位系统性的提出了祁连山区生态保护修复的策略与建议(图2)。其核心内容为：以构建科学合理的生态安全格局,维护区域生态系统稳定为核心,以生态退化现象及成因为切入点,提出宏观划定生态保护与修复“三条红线”(生态保护、资源利用、环境承载阈值红线),中观制定生态保护与修复机制(水源涵养服务、生态廊道修复、生态补偿机制),微观上解决“山水林田湖草”各要素生态保护与修复存在的问题,实现自然生态系统-社会经济系统相互协调、相互促进、共同发展,为构筑中国重要生态安全屏障,推进区域经济绿色发展,进一步提升人类福祉献计献策。

4 展望

祁连山是中国西部重要生态安全屏障,是国家重点生态功能区,其生态保护与治理一直受到国家、地方政府和当地居民高度关注。根据技术评估和预测结果,在生态修复技术领域,核心技术主要掌握在欧美国家,中国总体处于跟跑的状态。生态技术需求与生态退化问题、退化诱因和机理、社会经济和体制制度密切相关,同时也具有鲜明的时空针对性[35]。因此,未来生态保护与修复工程实践还需从以下几个方面进行探索：

(1)加强基础调研,加强科技创新。目前有关祁连山的研究资料和数据相对陈旧,不利于精准识别和诊断主要生态环境问题。建议开展基础调查和监测,摸清家底,精准研判生态系统现状与变化趋势,为生态保护修复和管理打下坚实的基础[21],为区域生态修复治理技术、生态环境监测技术、生物资源开发技术、传统农牧业优化升级技术、水资源合理利用技术等做好关键性的科技攻关、集成和示范；

(2)加强统一规划,加强协同管理。受行政区划制度的影响,流域往往被行政区划“碎片化”。在整个祁连山区域的治理中存在着不同层次政府之间、不同级别的保护区之间以及同级别不同地方政府之间的横纵向多重府际关系、多种行动主体以及北坡(甘肃)和南坡(青海)的跨域环境协作治理的困境[56]。因此,在推行流域空间治理体系时,应加强统一规划、加强协同管理；

(3)积极完善生态补偿机制。祁连山的水源涵养地位不仅是中国国家生态财富,还是人类共同的生态财富。国务院提出“研究建立祁连山生态补偿试验区”[57]。如何实施大范围跨区域不同利益主体间的生态补偿是世界性的难题。生态补偿是国家公园体制建设中的“必修课”,祁连山国家级自然保护区已被列入国家生态补偿示范区,但仍存在补偿机制不健全、管理体制不顺畅等问题,致使补偿范围、模式、政策约束等的制定与保护区生态环境保护与修复的需要不相适应[4,58]。还需加大横向纵向补偿力度,提高补偿标准,扩大补偿范围,丰富补偿方式,创新补偿办法,最终形成保护者和受益者良性互动的体制机制,以此推进生态文明建设；

(4)建立由“开刀治病”工程治理向“健康管理”自然恢复逐步引导的生态修复理念。生态系统修复包括工程治理和自然恢复,在减轻人为干扰的基础上,顺应自然、保护自然,可积极引导生态系统朝着健康有序的方向演替[59]。在生态修复生态系统功能稳定提升后,应逐步引导生态系统向自我修复方向发展,由治理为主向保护为主转变,由“开刀治病”向“健康管理”转变。