生态环境领域共同的理论基础探析

孙发政

(深圳市大自然生态园林技术有限公司，广东 深圳 518131)

1 生态环境领域学科林立、学派众多，但有共同的理论基础

1.1 生态学和环境科学学科林立

生态学是研究生物与环境及其相互关系的科学，大致经历了4个时期[1]：①生态学的萌芽时期(公元16世纪以前)，公元前1200年我国《尔雅》一书中，记载了176种木本植物和50多种草本植物的形态和生长环境。②生态学的建立时期(公元17世纪至19世纪末)，1869年德国动物学家HAECKEL提出生态学一词，并首次给出生态学定义。③生态学的巩固时期(20世纪初至50年代)，这个时期形成了几个著名的生态学派：北欧学派、法瑞学派、英美学派、苏联学派。1935年英美学派代表人物TANSLEY首先提出生态系统的概念。④现代生态学时期(20世纪60年代至现在)。生态学已形成庞大的学科体系，如：植物生态学、动物生态学、草地生态学、森林生态学、水域生态学、景观生态学、农业生态学、土壤生态学、恢复生态学，等等。

环境是相对于某一中心事物而言的[2]，环境科学所研究的环境是以人类为主体的外部世界的总体，是指影响人类生存和发展的各种天然的和经过人工改造的自然因素的总和。环境科学是研究人类社会发展活动与环境规律之间的相互作用关系，寻求人类社会与环境协调演化、可持续发展途径与方法的科学。环境科学分支众多，如：区域环境学、全球环境学、聚落环境学、基础环境学、应用环境学、物理环境学、大气环境学、生物环境学等。

1.2 水土生态理论的创立和发展

2004年11月，笔者作为《中国发明与专利》杂志的封面人物接受记者专访时首次提出“水土生态”一词，这个词表述的是一个自然规律：地球上凡是有水土的地方，必然有植物的生长，植物的生长又保护和培育着水土资源。经过理论上的不断探索和实践上的升华，现已形成水土生态理论体系。水土生态的内涵是指地球上水土与植被相互依存、相互制约、相互促进与发展的一种生态平衡关系；广义上说，水土生态是指水、土、植被在其运动和演化过程中的一切关系的总和[3]。

水土生态不是简单地将“水土”与“生态”二字相加，它反映的是自然界水、土、植被相互联系、相互依存的一般规律，在规划、建设、国土、农业、林业、草业、水利、环保等方面具有普遍的、重要的现实意义。水、土、植被三大要素既各自独立，又相互联系，是“既见森林，又见树木”的整体自然观。

水土生态理论总揽了地球上的生态与环境，抓住了生态环境的“牛鼻子”。所有生态环境问题归咎于三大根源：①水土生态退化；②环境污染；③资源衰竭。三者既各自独立，又相互联系，水土生态是重中之重。水土生态的提出，使纷繁复杂的生态环境问题一目了然。

水土生态的提出，找到了生态、环境、资源的结合点，无论是生态、环境，还是资源，统统都离不开水、土、植被三大要素。水、土、植被既是生态、环境的主体，又是资源的载体。若从广义上理解水土生态，那么冰川和沙漠也是地球上水土生态存在的各种方式之表现。

1.3 狭义的水土生态和广义的水土生态

狭义的水土生态，一般指水热条件较好的地区，植被繁茂，水源丰沛。其三大要素是指：①水。地表水、土壤水、生物水(不包括气态水和固态水及海水)。②土。土壤、岩土(含由岩土构成的地貌)。③植被。森林、草原、农作物、园林绿地(不包括藻类)。

广义的水土生态包括狭义的水土生态，不仅是植被繁茂的地区，还有荒漠、沙漠、冰川等地球上各种类型的地貌，其三大要素是系统观念下的水、土、植被：①水。雨水、大气水、地下水、土壤水、生物水、江、河、湖、海、沼泽、冰、雪等，包括地球上自然存在的各种状态的水，液态、固态、气态；江、河、湖、海中的水不仅指H2O ,还包括水体中生活的藻类、小鱼、小虾等生物。②土。组成地球岩石的物质是化学元素，化学元素化合成矿物，矿物集合成岩石。山川、丘陵大地的地貌形态组成物质主要是岩石和松散颗粒物质，岩石是土壤成土母质的来源。地球陆地表面上的土壤，是经过岩石风化过程及生物因素作用下的成土过程所形成，经历了漫长而又复杂的地质历史过程。原始土壤是随着地球陆地上低等绿色植物的不断进化、演替而发展变化的。可见，土壤与岩石是一脉相承的。水土生态广义的土，包括土壤、岩石、矿藏、地形地貌、沙等。③植被。地球生物圈中的植物层叫植被。植物随着地球的发展，由原始的生物不断地演化，经历了大约35亿年的过程，形成到现在已知的近40万种的植物界。最简单的植物只有一个细胞，如小球藻，而高大的植物可达60～100 m。植物界按照进化系统分为藻类植物、菌类植物、苔藓植物、蕨类植物及种子植物。绿色植物将太阳能转变为化学能，才有了生物食物链的传递。

1.4 水土生态与生态环境诸多的内在联系

1.4.1 水土生态与城市建设

花园城市、园林城市、生态城市、生态园林城市、森林城市、田园城市、海绵城市、山水城市、韧性城市、会呼吸的城市，等等，这些众多的提法其本质是保护、修复和治理好城市的水、土、植被，实现清洁的水(保证生态用水)、干净的土壤(保护原生地貌)、丰茂的植被(多样的生态景观)。大气雾霾的源头，是绿水青山(水土生态)被过度地改变和破坏所造成的。所以，城市生态建设中的关键，是水土生态的保护和修复。

1.4.2 水土生态与水土保持

无论城市水土保持，还是农村水土保持，本质上都是水土生态问题[4]，也就是说，需要协调和处理好水、土、植被相互依存、相互促进与发展的生态平衡关系。保持水土的目的是为了促进植被(包括农作物)的恢复和发展，而植被的恢复和发展又保护和培育着水土资源。在国土尺度上，恢复和发展植被(荒漠化防治)，是防治水土流失的根本措施；在城市尺度上，开发建设项目水土保持，重点是理水保土、恢复绿化(景观)，维护原生地貌。水土生态的三大要素，是系统观念下的水、土、植被，与水土保持不尽相同。

1.4.3 水土生态与景观生态

景观生态学的思想主线是“格局—过程—尺度之间的相互关系”，所有的景观生态的理论、方法和应用，都围绕着这条主线展开[5]。景观生态学中的重要概念，如斑块、廊道、基质，无不是建立在不同尺度的水土生态背景之中；没有水土生态，景观生态便无从谈起。

1.4.4 水土生态与生态文化

唐朝诗人王维《山居秋暝》：“空山新雨后，天气晚来秋。明月松间照，清泉石上流。竹喧归浣女，莲动下渔舟。随意春芳歇，王孙自可留。”展现了一派水土生态的画卷[6]；我国的山水画，也都离不开水、土、植被三大要素，是水土生态的生动写照。

1.4.5 水土生态与生态系统、生态修复、农业生态、水生态等

任何生态系统都存在着物质循环、能量流动和信息传递。植被是初级生产者，将太阳能转化为化学能，有了食物链的传递；土壤是生产者营养供给及消费者、分解者的活动场所；水是最大的溶剂，物质循环必须有水的参与才能完成。所以说，水土生态是一切生态系统的基础。在矿山生态修复流程里，首要的是解决好水源，然后是种植土；因地制宜地选择和搭配植物种类，也是矿山生态修复的关键。同理，水、土、植被三大要素是农业生态、水生态等生态系统的骨架和基础。水土生态是各种类型生态系统的最大公约数。

1.5 生态环境领域共同的理论基础

人与自然的关系错综复杂，归根结底是人与水土生态的关系。气候、温度、湿度、大气、阳光、地貌、动植物、土壤、矿藏、冰雪等，千丝万缕，而从水土生态理论来看，与人类生产活动直接相关的，或者说工农业生产不断改变和破坏的，就是水、土、植被三大要素(系统)。

自然界本来是一个整体，因研究需要而拆分。学科林立、学派众多，都是从不同侧面或角度来揭示某一个方面的矛盾和规律。从系统观念和现实需求看，生态环境领域更需要有能够把握整体并统领全局的新理论。水土生态理论应运而生，并将与人类和动植物有关的一切生态过程有机地整合到水土生态理论中。

2 地球生态环境保护和修复，呼唤诞生一个共同的理论基础

2.1 全球面临生态环境的挑战

气候变化、生物多样性减少、环境污染，是人类面临的全球性挑战。如，原始森林已不到历史时期的5%；大坝阻断河流，一些鱼类灭绝；降雨减少，干旱加重；海洋生态系统退化；多年冻土解冻，冰川、积雪融化；臭氧层破坏；大气、水源、面源污染等。这些问题的根源还在于地球水土生态的改变和破坏。

2.2 “山水林田湖草沙冰”的水土生态原理

2.2.1 “山水林田湖草沙冰”的要义

从“山水林田湖”到“山水林田湖草”，再到“山水林田湖草沙”，再到“山水林田湖草沙冰”，这是基于生命共同体理念的系统性的生态保护和修复，强调的是自然生态系统的原真性、完整性、关联性和系统性，以确保地球生态系统的健康和人类的可持续发展。

2.2.2 “山水林田湖草沙冰”的实质是水土生态

地球上的自然景观丰富多样，除了“山水林田湖草沙冰”，还有湿地、江河、海洋、滩涂、盐湖、荒漠、戈壁、沼泽，等等。这些不同类型的自然景观存在着本质上的联系，这就是广义的水土生态[7]。水，包括湖泊、湿地、江河、海洋、冰川、积雪等；土，包括山、田、岩土、矿物、沙地等；植被，包括森林、草原、园林绿地等。广义的水土生态，概括了自然界所有的生态景观、生态系统类型，并抽象到了水土生态新概念。

2.2.3 “山水林田湖草沙冰”的系统保护与修复，是不同尺度、不同类型的水土生态的保护与修复

水土生态概括了地球上所有的自然景观和各类生态系统，构成了大自然的骨架与主体，地球上所有动植物的生存和繁衍，都是基于一定的水土生态环境。宏观尺度上，水土生态就是地球关键带，是研究人类生存与发展的核心问题；微观尺度上，一滴水、一粒沙、一棵草、一棵树，它们的运动及联系，都是水土生态所要关注的内容。

2.3 保护地球水土生态，就是保护地球生命家园

地球经过漫长的地质年代演化，造就了今天的山山水水——水土生态。所谓低影响开发、海绵城市，主要是理顺人水关系；基于自然的解决方案，是能够在减缓和适应气候变化影响的同时，保护生态多样性、促进可持续发展的创新解决方案[8]。这些理论都是对水土生态理论的丰富和发展。水土生态的保护与修复，需要综合应用现有的理论、技术和方法，在水土生态理论的统领和指导下，开展科学的行动，减少盲目，防止“出发点是建设生态，而结果却是毁了生态”情况的出现。

地球上有了水土生态，才有了生命的存在。但这种条件是可以被改变和破坏的。生命存在的条件，归根结底是能量和物质，水土生态是生命存在的物质基础和能量源泉。保护地球水土生态，就是保护地球生命家园。

3 水土生态理论是保护和修复地球生态环境的共同理论基础

3.1 水土生态与气候变化

联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)2021年最新报告：除非未来几十年内大幅减少温室气体排放，否则全球变暖幅度在21世纪将达1.5～2 ℃；极端高温将更频繁地达到农业和健康的临界耐受阈值；应该停止所有新化石燃料的勘探和生产。

气候变化、全球变暖，后果是灾难性的。用水土生态理论来分析，产生这一问题的根本原因在于人类活动的无序和无节制，从源头上看，是人类对于地球水土生态过度干扰和破坏造成的后果。保护和修复地球水土生态，早日实现碳中和，从源头上阻止全球气候变暖给人类带来的不可逆转的灾难，是刻不容缓的[9]。

水土生态的核心是水、土、植被(系统)之间的相互联系、相互作用，包括生物地球化学循环、植被演替、景观地貌等，水土生态系统发生的复杂物理、化学和生物过程相互耦合使之成为有机联系和不断变化的动态系统。工业化和城市化，开矿采油、铺路架桥、筑坝蓄水、盖楼建园，使大量绿水青山被破坏，变成钢筋水泥城市。这些剧烈的活动，不仅改变了地球原生地貌及水土生态平衡，使碳汇原生植被和土壤消失，还持续排放大量温室气体。

水土生态是地球历史长期演化的结果，其演化历史比人类的历史还要久远。处理好人与水土生态的关系，人与自然和谐才有基本保证，才能保护好野生动植物，维护生物多样性和大自然的生态平衡。控制温室气体排放，必须从源头上保持地球水土生态平衡。

3.2 水土生态与生物多样性

人类诞生的初期与生物多样性共同发展、进化，随着文明的发展，人类开始主动地改造自然。现如今，人类改造和破坏自然的能力已经到了“无所不能”的程度。

人类对水土生态的改变和破坏，直接毁掉的是生物生境，成为生物多样性丧失和物种灭绝的主要原因之一。如我国内陆水体中有900多种淡水鱼类，其中有多种珍稀和特有的鱼类，现大约92种生活在淡水的鱼类逐渐成为濒危物种，有4种已经灭绝。主要原因是鱼类栖息地的丧失，如修建水利水电工程、围湖造田、填水建城等。

水土生态的改变和破坏，还直接造成野生动植物生境的毁灭、破碎化，影响到动植物的生存、迁移和繁衍。如生活在热带森林中的生物种类，由于人类大规模地开垦森林，众多生物生境丧失殆尽，许多物种灭绝。

水土生态的破坏还从源头上引起气候变化，在过去的大约30年中，气候变化对物种的分布和丰富度造成了严重的影响[10]。保护地球水土生态，控制温室气体排放，阻止气候变暖，将会使许多生物免遭灭绝的灾难。

3.3 水土生态理论是生态环境领域共同的理论基础

水土生态理论深刻地阐明了生态、环境、资源的关系，抓住了生态问题的本质，回答了生态环境的根本原因是人类没有处理好人与水的关系、与土壤的关系、与植被的关系，即水土生态的关系[11]。需要确立水土生态理论的指导地位，把解决生态、资源、环境诸多问题，以问题为导向转换到以水土生态理论为导向。治标的同时，更需要治本。

工业化和城市化将众多山头、森林、草原、农田、湿地、湖泊等整治为平地，硬化后建大厦、小区、工厂、道路、机场等，不仅使生物生境遭到毁灭性破坏，生物多样性锐减，还污染环境。土地的硬化和温室气体的排放已引起全球水循环和气候变化。这些问题的根源还在于破坏和改变了陆地生态系统中三大要素即水、土、植被(系统)的原生状态及水土生态平衡，致使生态系统破碎，生态功能失调。

为了发展经济，世界各国都在争先恐后地推进工业化、城市化，这种情形下，如果没有共同的理论基础，地球生态环境前景令人担忧。人类所作所为如果危害了地球生命支持系统——水土生态系统，不仅危害生物界所有物种，而且最终危害的还是人类自己。在当代迅猛发展的工业化、城镇化面前，需要维护水土生态的完整性和连续性，强调水土生态基础设施规划和建设，保障城镇生态系统服务功能，努力实现地球生态环境的可持续维护。