基于生态系统服务理论内涵的山水林田湖草生态保护修复实践——以河南省南太行地区试点工程为例

陈阳，王西平∗，甄娜，张刚，郭玉娟，李喆，任洪涛

1.河南省自然资源监测院

2.河南省地质灾害防治重点实验室

“山水林田湖草是生命共同体”是习近平生态文明思想的重要观点之一[1-3],是山水林田湖草生态保护修复工作的行动指南和根本遵循。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各生态系统之间的协同性和有机联系,是生态保护修复的重要理念和指导思想[4]。将山水林田湖草作为一个生命共同体,其生态保护修复工作必须以生态系统服务功能提升为导向[5],协调好区域发展与环境保护的关系。一般来讲,生态系统服务是可以描述、测度和估价的,生态系统服务与生态系统功能有对应的关系。1974年Holdren等[6]提出生态系统服务的概念,认为生物多样性的丧失将直接影响生态系统服务功能；Daily等[7]定义了生态系统服务功能,提出生态系统服务功能是指生态系统与生态过程所形成的、维持人类生存的自然环境条件及其效用。生态系统服务的概念是随着生态系统结构、功能及其生态过程深入研究而不断发展的。欧阳志云等[8]通过分析生态系统服务功能价值的评估方法,对生态系统服务功能及其与可持续发展关系进行了研究；崔丽娟[9]通过分析生态系统服务功能价值,对鄱阳湖湿地生态系统服务功能进行了研究；殷格兰等[10]通过分析南水北调中线工程渠首所在地淅川县林地资源变化情况,研究了林地资源变化对森林生态系统服务功能的影响；李潇等[11]通过分析南太行地区鹤山区的生态环境问题,对生态系统服务评价成果在区域山水林田湖草生态保护修复中的应用进行了研究。生态系统服务功能价值的主要特征是生态资源的使用价值不是单个或部分要素对人类社会的有用性,而是各组成要素综合成生态系统之后表现出来的有用性。因此,科学实施国家层面启动的山水林田湖草生态保护修复试点工程项目,必将有效提升试点区域的生态系统服务能力。

作为试点项目区域之一的河南省南太行地区是《全国生态功能区划(修编版)》提出的太行山区水源涵养与土壤保持重要区的重要组成部分,对京津冀及汾渭平原、黄河中下游地区具有至关重要的水源涵养、水土保持、防风固沙、生物多样性维护、防洪调蓄等生态系统服务功能[12]。由于在对当地自然资源进行利用和改造的过程中,只注重其市场价值,忽略了生态效益、经济效益和社会效益,造成区域生态环境问题较为严重,大大降低了其生态系统的服务功能和价值,严重制约着当地经济社会的可持续发展。

当前,各类生态系统能否可持续利用与发展是社会非常关注的热点问题,关键问题的解决则取决于人们对生态系统服务功能价值的正确认识。联合国《千年生态系统评估报告》对生态系统服务的概念进行了界定,将生态系统服务定义为生态系统为人类提供各种产品和服务的能力[13]。科学实施山水林田湖草生态保护修复试点工程,可以有效提升区域生态环境和生态产品供给能力。笔者以河南省南太行地区山水林田湖草生态保护修复试点工程为典型案例,分析研究区域主要生态环境问题,阐述区域生态保护修复思路、目标及工程部署,总结以提高生态产品供给能力、维护生态安全为目标的南太行试点工程实践经验,以期为河南省今后实施类似项目提供理论依据和实践支撑。

1 研究区概况与特征

1.1 研究区概况

南太行地区位于河南省西北部,地处晋冀豫三省交界,区域范围包括安阳市、鹤壁市、新乡市、焦作市及济源市的25个县(市、区)〔图1(a)〕,总面积约14 018.4 km2,总人口为1 666.64万人,占河南省总人口的16.73%。南太行地区地貌由山地丘陵、平原和滩地三大基本结构单元构成,地势总体由西北向东南倾斜,从山区到平原呈阶梯式变化,层次分明〔图1(b)〕。区域属于典型的暖温带大陆性季风气候,四季分明,跨黄河和海河两大流域,具有鲜明的地域特征,生物资源、矿产资源丰富,是河南省重要的能源基地、粮食生产基地、食品加工基地和新型先导产业基地[14]。

图1 南太行地区区划与地貌Fig.1 Regionalization and geomorphology of South-Taihang Area

1.2 区域特征

南太行地区处于太行山脉和豫北平原的过渡地带,是黄土高原和华北平原的分水岭,是中部地区重要的生态屏障,是构筑国家生态安全战略格局的关键节点。南太行5市处于中原城市群核心地区,是对接京津冀及汾渭平原、雄安新区,衔接环渤海经济区、长江经济带的重要区域,同时也是国家南水北调中线工程的必经之地。南水北调中线工程从南向北依次穿过焦作市、新乡市、鹤壁市、安阳市,承担着国家重要饮用水水源供给功能,是缓解华北地区缺水危机、支撑中国经济第三极雄安新区建设发展、维护京津冀地区可持续发展的重大战略工程,对华北地区水资源供给和国家水生态安全具有重大战略意义。

2 主要生态环境问题

自2013年河南省开展生态省建设以来,制定出台多部生态环境保护政策法规,系统谋划全省生态环境保护治理工作。南太行地区各地市积极推进生态保护修复工作,将生态保护纳入经济社会发展总体布局,不断加强生态建设,严格保护生态空间,生态环境保护与建设取得了一定成效。但由于南太行地区历史欠账较多,仍然存在较为突出的生态环境问题。

2.1 历史遗留矿山生态破坏问题突出

由于南太行地区历史遗留矿山和政策性关闭矿山导致的矿山地质环境破坏面积大,历史欠账较多,区域内矿产资源长期、过度、无序开发带来了诸多生态环境破坏问题。据2017年河南省矿山地质环境遥感动态监测,南太行地区仍有露天采场、废渣堆、排土场、尾矿库、矸石堆、工业广场、选矿厂、冶炼厂等责任人灭失矿山地质环境问题1 375处,面积达80.26 km2；“三区两线”责任人灭失矿山地质环境问题833处,面积达60.5 km2[15],矿山生态环境恢复治理任务仍十分繁重。

2.2 流域水生态环境保护治理需求迫切

近年来南太行地区河流生态系统受人为因素和自然因素的影响遭到了不同程度的破坏,水系连通性下降,大多数季节性河流非汛期生态径流难以保障,长期干涸造成了部分河道河床裸露、湿地退化,水生态环境状况总体较差。南太行地区5市浅层地下水及岩溶水超采区面积共10 052 km2,占国土面积的45.34%,远高于全省26.58%的平均地下水超采区占比水平[16]。因此,系统开展流域水环境保护治理,统筹解决南太行地区功能性、结构性水资源短缺问题的需求十分迫切。

2.3 重要生态系统受损退化严重

由于人类长期以来对南太行地区自然资源的大规模、无序开发利用,导致部分区域生态系统出现了一定程度的受损退化。森林生态系统结构单一、中幼林面积占比大,质量普遍偏低。以焦作市为例,森林生态系统中纯林占有林地面积的93.9%,混交林仅占6.1%[16],且林分龄组结构不合理。

2.4 部分地区水土流失和土壤污染治理任重道远

由于受地形地貌特征和土壤植被等自然因素制约,加上人类大规模、高强度的开发利用,南太行部分地区水土流失问题突出,包括焦作、安阳、新乡和鹤壁4市18个县(市、区)的河南省太行山东部山地丘陵水源涵养保土区共有1 626.8 km2水土流失[16]。此外,大量的工业污染物以及生活垃圾、工业废物、农业废物等产生量不断增加,土壤环境质量和农产品品质下降明显,河流水质级别为轻度污染,对该地区的生态安全和粮食安全造成严重影响。

2.5 区域生态系统服务功能和生态产品供给能力下降

生态系统服务是生态系统提供的产品和服务的总称,是人类直接或间接从生态系统中得到的利益,是连接生态系统功能与人类福祉的重要纽带[17]。根据2005年、2015年生态系统类型数据统计,10年间南太行地区的城镇和植被(森林、灌木、草地)面积分别增加290.89和279.40 km2,湿地和农田面积分别减少23.56和540.20 km2[16](图2)。尽管植被面积有所增加,但树种单一、林分结构简单,森林生态系统服务功能不高。湿地面积的减少,直接导致区域内水源涵养、土壤保持、洪水调蓄以及生物多样性保护等服务功能降低；农田面积的减少,直接使区域内土地产出效益和生态产品供给能力下降。

图2 2005年、2015年南太行地区生态系统类型分布Fig.2 Distribution of ecosystem types in South-Taihang Area in 2005 and 2015

3 生态保护修复总体思路与目标

3.1 总体思路

坚持保护优先、自然恢复为主、人工干预为辅的方式,坚持问题导向和目标导向相结合[18],从系统工程和全局角度统筹考虑南太行地区生态保护修复,整体施策、多措并举,全方位、全地域、全过程开展山水林田湖草生态保护修复工程,围绕管控、修山、治水、护渠、复绿、整地、扩湿等综合性治理措施,聚焦重点区域和突出问题[14],充分考虑年度资金投入强度和工程的紧迫性、可行性,因地制宜、分区分阶段保护修复[19],统筹推进南太行地区矿山生态环境治理与修复、流域水生态环境保护修复、土地整治与污染修复、重要生态系统保护与生物多样性维护等。通过对退化生态系统的人工干预,促进系统完成规划—吸收—恢复和适应的演化[20],并有效降低系统在重组阶段的脆弱性,以维持和提升生态系统服务功能的可持续发展。提高区域生态产品供给能力,维护区域生态安全格局,大力提升太行山生态区、沿黄生态涵养带、南水北调中线总干渠生态走廊的生态服务功能,维护国家生态安全、饮水安全,促进人与自然和谐发展。

3.2 绩效目标

针对南太行地区突出的生态环境问题,基于“绿水青山就是金山银山”的理念[21-22],确定其山水林田湖草生态保护修复的总体目标为:有效整治历史遗留矿山地质环境问题,有效改善流域水生态环境质量,解决水土流失、湿地功能退化、农村面源污染、土壤环境污染等影响本地区生态安全的主要问题,促使区域生态环境质量明显改善,使生态系统服务功能稳定健康发展,生态产品和生态功能得到有效提升。结合南太行地区生态环境问题及本次生态环境恢复治理资金量,综合确定南太行地区试点工程的绩效目标指标(表1)。

表1 南太行地区山水林田湖草生态保护修复指标体系[16]Table 1 Index system of ecological protection and restoration of mountain-river-forest-farmland-lake-grass in South-Taihang Area

4 生态保护修复方案

4.1 总体布局

基于对南太行地区生态系统结构特征及时空变化分析,从生态系统整体性和生态服务功能管理角度出发,综合考虑不同要素间、不同区域间的生态联系与耦合过程[23],利用ArcGIS等空间分析工具开展南太行地区生态功能重要性、生态系统敏感脆弱性评价,识别生态保护修复重点区域空间分布和主要结构特征,依据区域生态环境问题与主要生态功能定位和保护管理需求等因素,以保障生态系统整体性为原则,突出太行山区的生态屏障、南水北调中线工程总干渠供水安全以及两大流域的生态支撑,充分衔接各类空间规划、区划及生态保护红线阶段成果,确定南太行地区生态保护修复工程“一山一渠两流域”的总体布局。其中,“一山”即太行山水源涵养与生物多样性保护区,面积为2 868.66 km2,占南太行地区面积的20.46%；“一渠”即南水北调中线工程总干渠生态廊道保护区,总长度为243.77 km,占南水北调中线工程总长度的18%,总干渠生态廊道面积为118.71 km2,占南太行地区面积的0.1%；“两流域”即黄河流域水土保持区和海河流域水生态环境修复区,面积分别为4 182.81和6 966.93 km2,分别占南太行地区面积的29.84%和49.70%。(图3)。

图3 南太行地区山水林田湖草生态保护修复总体布局Fig.3 Overall layout of ecological protection and restoration of mountain-river-forest-farmland-lake-grass in South-Taihang Area

4.2 生态功能分区

在综合考虑生态系统服务之间的权衡与协同关系基础上[24],以“一山一渠两流域”为总体布局,以实现格局优化、系统稳定、功能提升为目标,以问题导向、目标引领、工程支撑、管理保障为要求,坚持以自然恢复为主、人工干预为辅的方式,以维护和提升生态系统功能和环境质量为重要手段,全面分析南太行地区生态系统各自然要素及其之间的空间结构、物质交换、能量流动关系,评估生态系统的质量、服务功能的现状与变化趋势。以生态地质调查评估为基础,根据区域生态环境要素、生态环境敏感性与生态服务功能空间分异规律,确定不同地域单元的主导生态功能,将南太行地区划分为5个生态功能区,针对不同生态功能区,实施不同程度的针对性措施,确定各功能分区主要问题和重点任务(表2),实现南太行地区分区保护和可持续开发管控。

表2 南太行地区山水林田湖草生态保护修复功能分区Table 2 Functional zoning of ecological protection and restoration of mountain-river-forest-farmland-lake-grass in South-Taihang Area

4.3 生态保护修复工程治理分区

按照“山水林田湖草是生命共同体”的指导思想,从生态系统整体性、生态系统服务功能及生态系统管理出发,按照“一山一渠两流域”生态保护修复空间分布,依据区域主要生态功能定位、突出生态环境问题和保护管理需求等因素,在南太行地区山水林田湖草生态保护修复5个生态功能分区的基础上,围绕区域核心生态服务功能,以生态系统的整体性和系统性为原则,统筹考虑南太行地区自然生态各要素、山上山下、地上地下以及流域上下游、干支流、左右岸,以行政区划为参考,将南太行地区生态保护修复工程范围进一步划分为7个工程治理区,分别从矿山环境保护治理、流域水环境生态修复、土地整治与修复、森林系统保护与修复、生物多样性保护等方面,确定各项工作开展的工程治理区域及各工程区主要修复措施(表3)。

表3 南太行地区生态保护修复工程分区Table 3 Zoning of ecological protection and restoration projects in South-Taihang Area

4.4 主要工程布局

部署南太行地区生态保护修复工程坚持以管控、修山、治水、护渠、整地、复绿及扩湿为主线,遵循标本兼治、远近结合的原则[25]。南太行地区试点工程部署矿山环境治理、水生态环境治理、生态系统保护、土地整治与污染修复、科技创新工程五大类12亚类共53项生态保护修复工程,其中,矿山环境治理工程27项,水生态环境治理工程10项,生态系统保护工程10项,土地整治与污染修复工程5项,科技创新工程1项,工程布局见图4。

图4 南太行地区生态保护修复工程布局Fig.4 Layout of ecological protection and restoration projects in South-Taihang Area

4.4.1 矿山环境治理

南太行地区矿山地质环境治理项目区位于济源市西部及北部、焦作市和新乡市北部、鹤壁市和安阳市西部山前与平原交接带。开展林州市矿山地质环境恢复治理、“三区两线”周边矿山整治(新乡市)等27项工程,总概算费用为190 835万元。其中2019年实施21项工程,概算费用为137 801万元；2020年实施6项工程,概算费用为53 034万元。自然恢复措施主要以平整整形、撒播草籽、管护为主；工程措施主要为危岩体清除、废石废渣清除、场地平整、植被重建、土地复垦、废弃矿井封堵、废渣填埋等。综合治理矿山地质环境286处,治理面积267.02 km2,其中工程治理面积114.41 km2,自然恢复面积152.61 km2,水土流失面积40.25 km2,工程实施后可新增林地面积24.15 km2,新增草地面积559.23 hm2,新增土地整治面积5.57 km2。

4.4.2 水生态环境治理

水生态环境治理包括水土保持及协同治理、河道生态修复整治、生态补水及湿地建设等10项工程,总概算费用为163 904万元。其中2019年实施9项工程,概算费用为63 819万元；2020年实施1项工程,概算费用为100 085万元。工程措施主要为土方开挖回填、森林生态建设等,预期成效包括治理河道长185.38 km,新增湿地面积99.95 hm2,治理水土流失面积145.65 km2,新增林地面积762.2 hm2,新增草地面积407.92 hm2,新增土地整治面积616.1 hm2,挖填方1 124.74万m3,植树74.83万株、灌木79.74万株。

4.4.3 生态系统保护

生态系统保护类项目区位于鹤壁市北部、焦作市西部和东北部、新乡市北部、济源市一带。开展汤河中上游湿地修复、南水北调焦作城区段生态保护、太行山国家级猕猴自然保护区、南太行林业有害生物综合防控等10项工程,总概算费用为253 948万元。其中2019年实施2项工程,概算费用为92 690万元；2020年实施8项工程,概算费用为161 258万元。工程措施主要为河道综合整治,实施生物过滤系统、滞留塘,建设生态河道、生态岸坡和植物浮床、生态廊道等,2019年完成治理河道31.60 km,新增湿地面积3.27 km2,水土流失治理面积28.67 hm2,新增林地面积101.3 hm2,新增草地面积81.33 hm2；2020年完成治理河道32.79 km,新增湿地面积235.6 hm2,新增林地面积3 066.7 hm2。

4.4.4 土地整治与污染修复

土地整治与污染修复类包括农田综合整治、土壤污染修复等5项工程,总概算费用为20 641万元。其中2019年实施2项工程,概算费用为11 761万元；2020年实施3项工程,概算费用为8 880万元。主要通过对田、土、水、路、林、电、技、管等多个方面工程的实施,建设旱能浇、涝能排、基础设施完备、土地生产高质量、高标准、高效益,整体性功能较强的高标准农田。治理后可新增土地整治面积68.34 km2,新增高标准农田面积1 938 hm2,新增林地面积0.135 km2。

4.4.5 科技创新工程

生态修复不仅仅是植树种草,更不是农事经验的简单实践,必须转变思维方式,要在科学理论支撑的基础上进行科学实践。南太行地区2020年实施科技创新工程1项,总概算费用为817万元。主要包括卫辉—辉县—凤泉区破损山体及石漠化生态修复的机理和复绿技术研究、沁蟒河流域湿地生态保护的生态地质学及修复技术研究、汤河生态水位及岸带植物生存域研究和济源市基于非饱和水流的土壤重金属污染生态治理技术研究4个子项目。

5 方案特色与实施效果

5.1 方案特色

按照“山水林田湖草是生命共同体”的指导思想,根据南太行地区矿山生态环境破坏、流域水生态环境治理需求迫切、重要生态系统受损退化严重、水土流失和土壤污染等突出生态环境问题,将研究区划分为“一山一渠两流域”的总体布局,以分区主导生态功能定位为指导,把保护放在优先位置[26],分阶段修复,筛选符合分区生态环境保护修复目标的重点项目,改变过去治山、治水、种树、护田、种草等工作各自为战的工作格局。从时间和空间2个维度考虑工程项目之间的协调配合,明确工程的绩效目标、年度计划、资金投入等,保证生态保护修复工程的精准落地,做到工程效果可量化、可考核。通过试点工程的实施,逐渐提升研究区生态系统的水源涵养、土壤保持、防风固沙、洪水调蓄以及保护生物多样性等服务功能,以期提供更多优质生态产品以满足人民日益增长的优美生态环境需要[27],并逐步构建南太行地区山水相依、林田相和、湖山相接、草水相连的生态系统服务体系。

5.2 实施效果

南太行地区试点工程方案自2019年3月实施以来,因地制宜采取加速、延缓、阻断、过滤、调控等管理和技术工程手段,实施系统性保护修复[28]。截至2020年6月底,计划的248个子项目中已累计开工246项,占计划项目数的99.19%,随着具体工程的落地实施,各项绩效目标稳步实现。其中河道治理长度222.15 km,新增水土流失治理面积191.28 km2,新增林地面积35.55 km2,改造低质低效林地面积3 822.60 hm2,新增高标准农田面积1 938.0 hm2,新增草地面积746.2 hm2,新增湿地面积442 hm2,保护珍稀物种栖息地面积20 hm2,综合整治矿山地质环境162处,治理矿山环境面积185.06 km2,新增土地整治面积64.80 km2。通过南太行地区试点工程的实施,从工程谋划到项目实施和成效推广,打破行政界线,以流域为单位,以整合提升工程项目综合效益为重点[29],促进区域水资源合理分配与土地资源高效利用,实现山水林田湖草等生态要素的有机结合[30],促使区域生态系统服务能力稳步提升。

6 结语

实施山水林田湖草生态保护修复工程须打破行政区划、部门管理、行业管理和生态要素界限,综合考虑各要素保护需求,以保护生态系统原真性、完整性和生态服务功能为目标。在综合分析生态保护修复工程与生态系统服务功能提升关系的基础上,以南太行地区试点工程为例,进行了山水林田湖草生态保护修复实践探索。从自然生态系统演替规律和内在机理出发,统筹兼顾,整体实施,着力提高生态系统自我修复能力,以管控、修山、治水、护渠、整地、复绿及扩湿为主线,部署南太行地区生态保护修复工程,因地制宜采取加速、延缓、阻断、过滤、调控等管理和技术工程手段。根据南太行地区矿山生态环境破坏、流域水生态环境急需治理、重要生态系统受损退化严重、水土流失和土壤污染等突出生态环境问题,确定了“一山一渠两流域”的总体布局,并将其划分为5个生态功能区和7个工程治理区。以维护和提升区域生态系统服务功能为核心,逐渐形成山水林田湖草生态系统良性循环,促进自然生态系统质量整体改善和生态产品供给能力全面增强,平衡生态环境保护与经济发展、资源利用的关系。通过推广试点工程成功经验和实践模式,建设河南省山水林田湖草综合治理先行示范区,努力开创打造美丽中国“河南样板”生态保护治理新局面。