长江流域生态修复尺度、功能及方法探讨

摘 要：我国进入高质量发展阶段，生态文明建设及生态修复成为国家及流域治理重大需求和研究热点。以长江流域为例，分析了流域生态系统修复的时空尺度与功能关系，并通过长江珍稀生物特点、栖息地空间尺度和典型生态修复案例分析，讨论生态修复尺度与方法关系。研究表明：长江流域跨越我国东西部，气候水文及地理地貌差异巨大，生态系统时空尺度划分应该兼顾水域与陆域，空间尺度可以划分为6个层次，时间尺度应该考虑生物生命周期及栖息地形成时间。流域生态修复方法应该采用工程与非工程措施结合。对于生态保护区及景观河段以上生态空间，应该以自然修复等非工程措施为主，并采取适应性的管理措施，对于场地及工程河段的生态修复应采用工程与非工程措施结合。在生态系统修复效果评价上，应该以生态系统功能提升为主，兼顾自然景观保护和历史文化遗产的传承。

关键词：长江流域；生态修复；栖息地尺度与功能；自然修复；工程与非工程措施

中图分类号：X171.4                                                文献标志码：A

1 生态修复现状与问题

进入21世纪，中国大力推行生态文明建设，生态保护和修复已经成为国家、流域、地方政府绿色发展的重要工作和资源与环境领域的研究热点[1-2]。在河流生态修复方面，董哲仁在2003年就提出生态水工学概念，并开展了河流生态修复研究[3-4]，推动了水利行业生态修复研究和实践。2016—2022年，国家财政部、自然资源部和生态环境部组织实施了5批44个山水林田湖草生态保护修复重大工程（以下简称“山水工程”），涉及我国27个省（自治區、直辖市），累计完成生态保护和修复面积500多万hm2（1 hm2=0.01 km2）[5-6]。在流域层面，2016年开始实施长江大保护[7-8]，2019年黄河流域生态保护和高质量发展全面开展。针对河流生态环境突出问题，开展了两轮环境保护督察和一系列专项行动，同期各地方开展了大量生态修复工程[9-11]，这些工程的实施，对于生物多样性保护和生态环境质量提升起到了重要作用。2020年自然资源部、财政部和生态环境部联合印发《山水林田湖草生态保护修复工程指南（试行）》（以下简称《指南》）[12-13]。《指南》将我国生态空间分为3类，分别是自然保护地核心区、生态保护红线内其他区域和一般生态空间，同时对农业空间和城镇空间生态修复提出了具体要求。《指南》在空间尺度上划分为区域（或流域）、生态系统和场地三个尺度，但主要偏重于陆域生态系统，像长江、黄河这样的大河流域，跨越的空间尺度更大，如何兼顾流域与区域不同尺度的生态修复值得深入研究。根据已经完成的生态修复工程案例初步成果来看，目前生态修复偏重于复绿和景观的构建，考虑生物多样性及生态系统功能提升不足，主要原因是生态修复规划、设计和实施人员对生态系统长期性和复杂性认识不足，在生物栖息地修复时没有充分考虑生物生命周期及栖息地尺度关系。在生态修复方法上，虽然《指南》提出以自然恢复为主，但在大项目分解上，仍然是中小尺度场地修复项目组合而成，对于较大的生态功能区修复，一般都由几十个甚至上百个工程项目组成，修复方法仍然以工程措施为主。本文以长江流域为例，探讨流域不同时空尺度与生态系统修复的关系，以珍稀动物和实际修复案例来分析生态系统修复与栖息地尺度关系，并对相应修复方法进行讨论，为流域生态系统修复提供参考。

2 长江流域生态系统尺度及功能

生态修复主要对象是生物群落及其栖息地，其中生物生命周期及栖息地形成涉及时间尺度，而生物及群落活动范围涉及空间尺度。对于流域生态系统来说，生物是由陆域、两栖和水域生物群落共同组成，其中水生生物栖息地的时空尺度变化幅度更大，需要研究生态系统尺度与生物和栖息地功能关系，才能实施真正的生态修复。

2.1 流域生态系统空间尺度划分

长江流域面积180万km2，有大小河流7 000余条，由于气候、水文、地形、地貌的多样性，造就了生物多样性[14]。综合考虑水生生物生命周期及栖息地特点，笔者在研究健康长江评价时曾提出大河生态系统空间尺度可以划分为6个[15-16]，从小到大依次是：微生境、生态斑点、工程河段、景观河道、全河长（包括主要支流）和整个流域。对照《指南》关于陆域生态空间尺度的划分，河流的生态斑点和工程河段与陆域的场地尺度相近，而景观河段与生态系统尺度接近，全河长与区域（流域）基本一致。显然，微生境不需要立项专门修复，而整个长江也不可能用一个项目进行修复，所以，作为指导陆域生态修复工程的《指南》，划分为3个尺度是合理的，但从长江流域生态系统结构及生物功能来看，在理论上划分为6个尺度也是科学的。综合考虑山水林田湖草系统治理，同时考虑生物生命周期及栖息地特点，修改后的流域生态系统空间尺度划分为6个等级，具体描述见表1。

从生物生命周期和栖息地形成及演变来看，陆域生物栖息地形成周期远长于陆地生物生命周期，即先有稳定连片的栖息地（如林草植被和湖泊湿地），才会有稳定的陆生生物群落。而河流受频繁的洪枯过程影响，水生生物栖息地年际甚至年内变化都很大，与生物生命周期关系更为紧密，两者时间尺度甚至一致，例如鱼类栖息地主要的三场一道（产卵场、索饵场、越冬场和洄游通道），与鱼类生命周期密切相关，其生命周期在三场之间迁徙而完成。

2.2 生物功能与时空尺度关系

生物的功能与栖息地（空间和质量）关系密切。藻类等微生物虽然微小、生命周期短，但他们是一切生物的祖先，在自然界无处不在，尤其在土壤中数量最多，水藻可以附吸在河中泥沙等漂移质上。微生物通过竞争氧气和营养物质而生存，其基本的生态功能是分解死去的动植物，并将其还原为有机和无机物，促进物质和能量的循环和转化。草原、森林、水草等植物是通过竞争阳光和营养物质而生存，基本的生态功能是为地球提供氧气、为生物提供栖息地和食物（食草动物）、为河湖等水域提供有机质等营养物质。在陆域，森林，特别是原始森林和天然林因具有优良的隐蔽条件和丰富食物为大型野生动物提供生存空间。在自然条件下，食草动物与草原和林地植被之间，食肉动物与食草动物之间维持着生态平衡，而且动物等级越高，需要更大的连片森林空间，如虎豹活动范围可以达到几十km2，其中栖息地空间需要达到生态功能区的尺度。由于人类活动影响，许多珍贵野生动物被迫退缩到残存而不连续的沼泽、森林、草原、山区等地区，常常被分割成互不连接的独立群体，容易造成近亲繁殖，品种日益退化[17]。

表2列出了部分长江流域国家一级保护动物，包括水生动物、两栖动物、陆生野生动物和候鸟。它们都需要一定范围的栖息地，其中中华鲟洄游距离曾经在长江上溯2 000～3 000 km，寿命可以达到40年，而目前由于无法洄游到传统产卵场，所以面临严重的生存危机。许多大型候鸟迁徙距离达几千km，栖息地空间尺度更大。从栖息地空间尺度看，候鸟＞大型洄游鱼类＞大型野生动物＞爬行动物＞两栖动物，保护野生动物，必须首先保护它们生命周期迁徙需要的全部栖息地。

2.3 长江鱼类栖息地时空尺度与功能

长江水系现有鱼类400余种，其中纯淡水鱼类350种左右，特有鱼类156种。在特有鱼类中，124种分布于上游，23种分布于中下游，9种分布于全江[18]。长江鱼类栖息地空间尺度主要由三场一道组成，三场名称阐述了栖息地的功能，鱼类在三场之间迁移范围决定了鱼类生存的空间尺度。

长江鱼类按洄游范围，分为江湖洄游鱼类（如青鱼、草鱼、鲢鱼、鳙鱼四大家鱼）、河海洄游鱼类（如中华鲟）、河流鱼类（如圆口铜鱼、铜鱼）和湖泊定居鱼类（如鲤、鲫等）4类。按产卵类型分为黏性卵（如团头鲂、鲤、鲫、鲶等）、沉性卵（如胭脂鱼、四川裂腹鱼和黄颡鱼等）、浮性卵（如鲈形目的鳜、斑鳜、大眼鳜等）和漂流性卵（如四大家鱼等）4类，产卵类型决定了鱼类需要的水文、水动力和底质条件，如产黏性卵一般需要附吸在水生植物（水草）或者软体动物（贝壳）上；产沉性卵一般沉积在石砾或沙质上；而漂流性卵需要一定水动力过程（如流速或者流速增量）才能保证在漂流过程中成鱼苗。

每种鱼在水生态系统中都有其生态功能，并通过捕食者、竞争者、饵料生物之间关系体现。以食物链为例，以浮游植物为主食的鱼有鲢、华鲮、银鲴等；以着生藻类为主食的鱼有软刺裸裂尻鱼、裂腹鱼、逆鱼、四川突吻鱼等；以水生高等植物为主食的鱼有草鱼、长春鳊、团头鲂等；以浮游动物为主食的鱼有长短颌鲚、鳙等；以底栖无脊椎动物为主食的鱼有长江鲟、胭脂鱼、铜鱼、圆口铜鱼、青鱼、黄鳝等；以鱼为主食的有江豚、鳡、河鲶和鳗鲡等。中华鲟索饵场在近海，进入长江一年多时间，很少掠食，但其产卵量大，其卵曾经是许多激流鱼类的食物。

鱼类栖息地可以划分为功能栖息地和物理栖息地[19]。功能栖息地包括生物环境和非生物环境两方面，其中非生物环境包括底质、流速、水深、水温等理化性质，如四大家鱼产卵基本环境条件是江水温度在18℃以上，有涨水过程（洪水过程），水流流速达到0.45～2.26 m/s，产卵后在河流漂流200 km以上，鱼卵才能变成鱼苗。通江湖泊，并具有连续200 km以上洪水涌进的河道才是四大家鱼基本的栖息地空间。鱼类物理栖息地包括水流和河道形态，其中水流形态又可细分为浅滩、深槽、岸边缓流、缓流、急流、跌水、水潭、洄流等。所以，即使鱼类，其生态系统也十分复杂。

3 生态修复方法

生物多样性是建立在栖息地多样性基础上，保护生物多样性，首先必须保护栖息地的多样性，并为他们留下足够的空间。生态修复主要内容是生物的保护和栖息地的修复，必须采用科学的方法。

3.1 生态修复的目的

生态修复的总体目标是提升生态系统功能及其为人类服务的价值，达到人与自然和谐共生。生态空间类型不同，相应的具体目的不同。

（1）自然保护地等生态红线。恢复或重建已退化或即将消失的生态系统，重现人类活动干扰前生态系统所具有的结构和功能，其中核心区，应尽可能恢复到自然状态，使珍稀、特有保护物种能够生存，生态系统稳定。

（2）江湖水域空间。对于自然河湖，维持水系纵向、横向及垂直向（包括地表水与地下水之间）的连通性和近自然的水文、水动力过程。对于梯级开发河道，不仅要对关键物种开展抢救性的保护措施，而且要通过水库群联合生态调度，满足鱼类等保护物种生命敏感时段需要的水文过程。对于景观和工程河段河道及岸线，以修复生物栖息地（例如鱼类的三场一道）和河岸生态屏障或者生态走廊为目的。

（3）農业空间。在打造高标准农田基础上，维护农田原有生境，保护生物多样性。构建集中连片的耕地、草地、湿地和林地相结合的复合生态系统，促进农业生态化发展，保护农耕时代的历史文化遗产，如古桥、古村、运河和灌溉遗产等。

（4）城镇空间。保护城郊生态空间，打通城市水系、绿地与过境河流生态廊道。建成区海绵化、道路园林化，基础设施绿色和低碳化，保护历史文化和工业化遗产，打造宜居城市。

3.2 生态修复方法

生态修复方法分为工程和非工程措施两大类。工程措施主要通过工程项目形式重建或者改建受损生态空间，如修建水网、河湖疏浚、矿山复绿、人工湿地等。工程措施景观改善见效快，但需要的资金较多。非工程措施主要通过法律、法规、政策和能力建设等措施，约束或者限制人类行为，特别强调“自然是母，时间为父”的自然修复原则，如天然林保护、封山育林、退田还湖、十年禁渔、生态补偿[20]、生态移民和水工程生态调度、生态监测、保护区专业队伍建设、环保科普等都属于非工程措施。非工程措施对于各类生态空间和不同尺度生态空间都适用，特别是对国家公园、自然保护区、大区域及全河长等大时空尺度的生态修复。自然修复虽然需要的时间长，但成本低，长远效益好，是未来生态修改的主要发展方向。在大尺度生态系统修复中，应该以非工程措施为主，工程措施为辅，而场地及工程河段及以下的修复多以工程措施为主，同时实施相应的保护和管理措施。具体实践中应该以问题为导向，因地制宜选择适宜的方法。典型生态修复方法见表3。

3.3 典型案例分析

表4列出了8个国内外典型生态修复案例，其中长江十年禁渔、国家公园（三江源）属于大尺度生态空间修复项目；美国Everglades湿地、三峡水库生态调度和瑞典Em河属于中尺度生态空间修复项目；杭州西溪湿地、尧治河村和武汉园博园属于中小尺度场地修复项目。在修复方法方面，生态空间尺度越大，非工程措施越重要，比如长江十年禁渔和三江源国家公园保护主要采用非工程措施。中小尺度生态修复多以问题为导向，工程措施相对较多。从修复的时间上看，生态修复的初期多采用工程措施，后期必须采取适用性的保护措施。

对于大尺度生态空间修复，必须要有长期规划和持续的观测，如美国Everglades湿地、英国Loch Leven湖生态修复及观测研究长达30～40年。对于珍稀等濒危物种的保护，除需要开展抢救性保护外，生态修复的重点在于保护栖息地及环境条件。在陆域，不仅要有绿（植被）、也要见野生动物及群落。在水域，长江十年禁渔实施后，必须同步开展鱼类的三场一道的修复，如江豚等需要的河漫滩的修复，不仅要实现旗舰物种数量的恢复，也要实现水生生物多样性和生态系统功能的提升。

4 结 论

目前我国生态修复的点多面广，但开展生态修复时间总体较短，缺乏修复后的长期科学观测和评估。从修复效果看，目前比较注重景观格局的改变（如绿化面积、水域或者湿地面积、景观等），其次是比较重视旗舰物种的保护，对生态系统保护和修复效果的评价还有待深入研究。本文根据长江流域生态系统特点，初步探讨了不同尺度生态空间功能与修复方法关系。主要结论如下。

（1）流域生态系统十分复杂，不仅与陆域生态系统有密切关系，而且河流栖息地时空尺度变化更大，生态修复规划必须基于长期的科学观测，对保护物种特点及需要的栖息地深入了解的基础上开展。

（2）生物生命周期与栖息地时空尺度关系十分密切，生物等级越高，需要连续的栖息地尺度越大。洄游鱼类栖息地不仅空间尺度大，而且要求自然的水文、水动力和水体物理特性，全面修复任重道远。

（3）生态系统修复重点是生物栖息地及环境要素的修复，陆域是连片的天然林或者草地，水域修复的重点是恢复近自然的水文、水动力过程及江湖连通。

（4）生态修复方法最好是采用工程与非工程措施相结合，特别强调自然修复等非工程措施，不仅可以降低修复成本，而且可以使生态修复效果持续，达到生态系统功能和自然资源价值提升。

（5）生态系统修复及后期保护过程中，应该在坚持长期、系统的科学监测基础上，定期开展修复效果评估和生物多样性评价，采用适应性的保护和管理措施。

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Scale，Function and Methods of Ecological Restoration

in the Yangtze River Basin

CHEN Jin1，2

（1. Changjiang River Scientific Research Institute of Changjiang Water Resources Commission，Wuhan 430010，China；2. School of Water Resources and Hydropower Engineering，Wuhan University，Wuhan 430072，China）

Abstract：As China enters the stage of high-quality development，the ecological civilization construction and ecological restoration have become a major demand and research focus of basin governance. This paper examines the relationship between spatio-temporal scale and function of ecosystem restoration in the Yangtze River Basin. Through the analysis of rare organisms，habitat spatial scale and typical ecological restoration cases in the Yangtze River，this paper presents the relation between the scale and methods of ecological restoration. Findings reveal that the Yangtze River basin spans the eastern and western parts of China，which exhibit significant disparities in climate，hydrology and geographical landform. It is imperative to consider both the water area and the land area when determining the spatial scale of ecosystem restoration. Accordingly，the spatial scale can be divided into 6 levels，while in terms of time scale，it is necessary to account for biological life cycle and the time required for habitat formation. The restoration approach for the river basin should integrate both engineering and non-engineering measures. For ecological protection areas and ecological space in the upstream of landscape river section，non-engineering measures such as natural restoration should be the mainstay with adaptive management measures. For ecological restoration of sites and engineered reaches，a combination of engineering and non-engineering measures is recommended. In the evaluation of ecosystem restoration outcomes，emphasis should be placed on the improvement of ecosystem functions while considering the preservation of natural landscapes and historical and cultural heritage.

Key words：the Yangtze River Basin；ecological restoration；habitat scale and function；natural restoration；engineering and non-engineering measures

收稿日期：2023-05-04

基金項目：国家自然科学基金重点项目（U2040206）；国家自然科学基金重大项目（41890820）

作者简介：陈 进，男，正高级工程师，博士，主要从事流域水资源与环境研究。E-mail：chenjin@mail.crsri.cn