水土保持生态修复研究进展

曹寒 CAO Han；马香玲 MA Xiang-ling；李洁 LI Jie；史亚梅 SHI Ya-mei；孙杰肖 SUN Jie-xiao；王雄宾 WANG Xiong-bin

（河北省水利科学研究院，石家庄 050051）

1 生态修复机理的研究

1.1 生态修复机理

随着我国经济的不断发展，生态破坏问题也日益突出，生态修复便成为学术界亟待解决的问题。从本质上看，生态修复就是遵循生态恢复学规律，凭借大自然的自修复能力同时以人工干预为辅，使退化的生态系统尽快恢复原有形态[1]。可以说，生态修复是一项非常复杂繁琐的工程，也是一个循序渐进的过程。其依赖于大自然发挥自我修复能力，同时人类加以科学引导。其内涵是：充分遵循生态系统自然规律，在此基础上，通过生物、工程等技术，尽可能的减少甚至消除生态系统退化的主导因子，使自然植被恢复至原始状态，以及生态系统的功能恢复如初。

1.2 国外关于生态修复机理的研究

早在上世纪中叶，就有不少外国学者进行了大量相关研究。上世纪，英、美、澳大利亚的经济发展水平位于世界前列，这些国家的采矿业也非常发达。而该行业的发展以及地下水开采直接导致了严重的生态破坏[2]。这一问题受到学者们的广泛关注，人类也开始意识到退化生态系统修复的重要性。五十年代，生态修复逐步扩展到各种生态系统类型。上世纪七十年代中期，美国召开“受损生态系统的恢复”会议，与会专家深入分析和探讨了生态修复的概念和特征。之后的数十年时间里，又有其他国家相继召开相关的专题讨论会。上世纪八十年代末，国外学者Mitsch对以往的研究经验进行了总结，提出了生态工程这一概念。此后，又有很多学者开始研究生态学原理对于土木工程中的应用价值，而之后的“多自然型河道生态修复技术”理论也是在此基础上形成的。上世纪九十年代中期，英国召开第六届国际生态学大会，在会议中，不少专家就生态恢复做了讨论。总体来看，上世纪后半页，生态修复在欧美国家受到广泛重视，并且进行了长期研究，目前已经构建起较为完整的理论体系。德国、丹麦等国家也在上世纪开展了一项河流曲化恢复工程原理研究，结果显示，N、P营养物质的去除率很高。在亚洲，日本、韩国的经济发展迅速，其生态问题也非常突出，因此这些国家也对生态修复原理进行了一系列研究，并取得一定成就。

1.3 国内关于生态修复机理的研究

在我国经济水平不断提高的过程中，生态环境保护工作也日益受到重视[3]。国内对生态系统的恢复与重建工作开始于南方。通过梳理既往的相关资料可知，从50年代末到80年代，我国开始逐步重视生态修复问题，并且在这一时期，分别在华南地区、农牧交错区等，投入大量的人力物力和财力进行生态系统恢复重建方面工作，通过人工干预，这些地区的生态逐渐得到恢复，这对其他地区的生态重建提供了参考。上世纪九十年代初期，我国召开“全国土地退化防治学术讨论会”，与会专家就当时的生态现状进行了分析，然后归纳出我国在土地退化方面的研究成果，为国内的生态修复实践提供了理论上的指导[2]。

90年代以后，陕西省吴旗县等地区已经进行了大量的生态修复实践工作，并由此提出“封山育林”的建议；几乎在同一时期，内蒙古乌兰察布盟也通过长期的研究和反复实践，提出“进一退二还三”的战略，之后这些战略举措被引入其他地区。长江上游地区在实施重点防治工程的过程中，开展“建退还封改”工作，其采用以生态自修复为主，人工干预为辅的方针，探索出一条治理水土流失的好路子。此后，我国的一些科研机构也展开了类似研究，如中科院水土保持研究所等高等机构以黄土高原为基地，深入分析水土保持生态修复机理，根据生物多样性原理，提出在黄土高原恢复和重建退化生态系统，首先必须要确保当地的物种多样性，然后结合黄土高原的地理条件，采用草、灌、乔相结合，各种生物科学组合以更好的适应环境。李万全等对青海省黄河流域生态修复情况展开了探讨并就其中存在的问题提出解决建议[4]；高之栋等研究了江苏赣榆县横山生态修复情况，在此基础上，还进一步总结出丘陵山地生态修复植物群落演替规律[5]；除此之外，我国学者刘巍等主要针对我国黑土地地区进行研究，然后分析这些地区生态退化机制，并由此提出了中国黑土地上生态退化修复的机理与对策[6]。陈奇伯以长江下游的洋派河小流域为研究对象，分析了这一地区的退化生态系统修复现状，然后基于生态系统的受损程度，给出相应的解决策略[7]。基于以上的叙述可知，当前国内外关于生态修复的研究众多，并逐步形成了相应的理论体系，这为我国生态修复工程的规划提供了理论上的参考，有效地推动了各项生态修复工作的开展。

2 生态修复模式及评价效益指标的研究

早在20世纪70年代的瑞士和德国就形成了“多自然型河道生态修复技术”[8]，从现有的情况看，很多发达国家已经广泛使用了这一技术，为实现“自然与人的和谐共处”提供了技术上的支持，同时也为建设生态河流、生态城市奠定了基础，当前，这一理论已经被相继引入其他国家。在此基础上，美国的多家机构和部门于九十年代初期提出庞大的生态修复计划，即在二十年以后，该国恢复受损河流64万km，湖泊67万hm2。

本世纪以来，我国也逐渐重视、实施水土治理，并取得了一系列可喜成就。2001年水利部在全国范围内实施生态修复试点工程，此后不久，又进一步扩大了生态修复试点范围。很多专家经过长期的研究后发现，生态修复可快速实现大面积水土流失治理，且这一举措十分有利于植被恢复，值得在全国范围内进行推广。北京林业大学的解明曙等通常长期的实地勘查、收集资料，提出了适宜生态修复8类地区[9]；西北农林科技大学的张青峰和王九军等提出了黄土高原生态修复的方案[10]，之后这一方案被推广至其他地区；毛德华等分析了西北地区生态修复情况，并就其中存在的问题提出相应的对策和建议[11]；北京林业大学的袁和第等人对通过系统分析黄土高原水土流失治理措施体系和流域土地利用情况提出黄土高原水土流失治理模式形成具体的生态修复机制框架[12]，实践证明，这种修复模式非常有效。

“水土保持生态修复的环境效应”，从本质上来说，就是指水土流失治理、生态修复等举措所带来的影响。需要指出的是，水土流失区生态与环境具有复杂性，在进行生态修复时，其可能会对环境带来正向影响，但也有可能产生负向影响。现阶段，国内外不少学者对这一概念进行了定义和研究，并提出相应的评价指标。如上世纪八十年代中期，美国实施自然生态保护项目（CRP），然后深入探讨了该项目对土壤性状、土壤侵蚀等的影响；山东农业大学刘霞、张光灿等利用各种试验手段深入地对生态修复工程的生态效益、经济效益等进行研究，由此得出相应的结论；刘瑞禄等主要分析了现阶段我国水土保持生态修复工程的生态效益，然后通过总结大量的研究资料，提出评价生态效益的基本方法与步骤；近年来，国内学者卢玉东等详细分析和探讨了我国重庆市壁山小流域生态修复现状，并使用一些前沿科技，如遥感技术等展开生态修复效益监测研究[13]；谷丛楠等利用层测分析法构建基于DEA算法的矿山修复生态效益评估模型，完善设计生态评估过程中的缺点[14]。廖迎娣等人在充分研究江苏长江岸线生态修复中存在的问题基础上，提出了植被覆盖度、水土保持度、原生植物恢复度、植物物种多样性4个主要指标、护岸型式多样性、岸线曲直度2个辅助指标，通过建立相关的生态修复评价指标体系，实现了对生态修复效果的定量化评价[15]。

3 生态修复发展趋势

3.1 以科学规律和新科技为基础开展系统性研究

生态修复作为一项重要的研究命题，是水土保持学、生态学、环境科学、资源科学、农学、工程学、经济学等多种学科的重要研究领域，是需要推进重大科学问题的研究，是科学开展国土综合治理与系统修复的一项重要科学[16]。随着全球气候变化，大尺度生态系统功能逐渐退化的大背景下，宏观尺度的生态修复工作需求量增加。在较大的空间尺度上，人地耦合系统中的经济社会与自然生态的互相反馈作用日益凸显。生态修复工作对象也由自然生态系统转变为人地耦合系统，生态修复的目标也必须由单纯的自然生态修复扩大到经济发展、社会和谐、人民幸福、文化传承等多个维度，建立持续发展的生态系统，实现人与自然和谐共生。一方面要加强理论研究，借助长序列野外试验观测数据，运用ARCgis、AHP法（层次分析法）、Invest模型等构建数据模型，系统了解生态修复内在机理和影响机制，夯实生态修复学科基础。另一方面在以互联网为基础的数字化时代，要善于借用新技术为科研工作服务，如搭建数据平台，利用大数据平台将海量生态修复数据进行整理分析，在此基础上，提出了一系列山水林田湖草沙系统治理措施，实现远程智能，定位交互推送[17]；利用自动化监测技术、无人机航拍测绘技术的获取更多精准数据，利用大数据信息平台进行数字化管理，构建不同区域、流域水土流失预报数学模型。

3.2 统筹考虑社会效益和经济效益

我国生态修复研究起步较晚，但近些年来随着人们对环境的重视，关于生态修复研究的发展速度迅速迅猛，而且发展事态依旧强劲。随着党的十八大会议中将生态文明建设纳入中国特色社会主义事业五位一体总体布局中，将生态文明建设提至更高战略高度。自本世纪以来，我国生态破坏日益严重，因此国家也尤其关注生态文明建设。而水土保持生态修复属于生态文明建设的范畴，做好这项工作，可带来巨大的经济效益和社会效益。生态修复作为一项系统性工作，不仅仅是党和政府的事情，更是需要全社会携手一起解决的工作。近年来，随着大家生态环保意识的不断增强，大家对生态环境重要性的意识也越发强烈。生态修复工作的推进，越来越多的企业将生态保护与修复纳入到自己的企业建设过程中，在建设发展过程中注重生态环境保护，以金钱、物资、项目投入等多种方式参与生态修复工程中。而在现阶段，不仅国家政府着手于这项工作，企业、其他社会组织和个人也纷纷参与到生态修复中，为治理工作的深入开展做出了重要的贡献，在全社会形成了共同参与的良好社会风气。

通过生态修复工作的开展，培养农民群众“绿水青山就是金山银山”的生态文明建设价值观念[18]，积极践行人与自然的和谐发展的理念，在生态修复的基础上发展绿色经济。在水土保持生态修复工程中，通过退耕还林、封育禁牧、沟道防护、坡面治理等多种措施[19]，有效减少水土流失，实现生态环境逐步好转到完全恢复，营造出山青水绿的生态宜居环境。将水土保持生态修复建设理念于乡村振兴紧密结合，使生态修复治理成效成为实现乡村振兴的建设力量。加强对生态修复建设与农村经济发展关系的探究，将生态效益与经济效益相结合，在农业结构调整过程中，依托当地特色资源和企业，实现生态环境与当地特色相融合的发展[20-21]，因地制宜打造农村生态产业，带动流域内经济发展，将生态修复建设与流域治理、农村基础设施建设以及美丽乡村建设等有机地结合在一起，建设“绿水青山”的同时，实现“金山银山”助力当地经济发展，提供农民收入。

4 生态修复研究存在问题

经过科学工作者多年的潜心研究，关于生态修复机理、模式、评价效益、指标等领域的研究都较深入地开展了，对生态修复工程的实施起到了理论与实践的指导意义[2]。但水土保持生态修复还有待于作进一步的探讨：

①生态自然修复机理研究。生态退化与众多因素有关，比如人为因素、自然因素等，人类需要进行针对性的修复，因此对修复机理的研究并不可少。具体来说，需分析生态系统可逆性修复能力，以及找出更有效的措施以有效解除干扰下生态系统的演替进程等等，而这也是人类进行更深层次研究的必经之路。

②生态修复实施区域及指标体系的探讨。具体来说，就是要完成实施区域及限制性指标研究。学术界需要明确当前可以实施生态自然修复工程的区域，即指明这些区域要满足什么样的条件才能进行修复，需要注意的问题有哪些。

③生态修复工程验收分区标准研究。即在现有的基础上提出更详尽的标准。

5 结论

基于以上分析，水土保持生态修复作为我国生态文明建设过程中重要的组成部分，对于推动绿色经济的发展具有积极意义。然而现阶段，这项工作在实践上存在许多问题[22]，如整体性不够、系统性不足、连续性交叉、持续性不强等问题[23-24]。建议今后可在生态修复演替进程、修复能力及修复区域技术措施方面开展进一步研究，作为我国在水土保持生态修复理论和技术研究进一步完善和补充，同时加大新技术、新方法的应用，充分运用各种现代化科技手段为生态修复工作服务，为我国大面积水土流失区的生态建设，促进国民经济健康可持续发展提供科学依据和强有力的技术支撑。