基于自然的山水林田湖草沙一体化保护和修复技术路径探索

摘要：研究目的：探索将基于自然的解决方案（NbS）融入山水林田湖草沙一体化保护和修复工程实施全过程的理论框架、技术路径，对其全过程技术体系和适应性管理进行研究，为科学推进工程实施提供理论基础和技术参考。研究方法：文献梳理、对比分析和归纳总结。研究结果：（1）山水工程实施的全过程应围绕NbS准则和指标要求，在调查评价、规划设计、工程实施和管理维护全过程融入NbS理念，以有效指导工程实施；（2）将NbS作为山水工程的理论指引，应针对特定生态问题和修复对象，识别关键修复要素并选择对应工程技术；（3）串联关键生态系统要素、贯通区域（流域）—保护修复单元—场地三个尺度是将NbS融入山水工程，推动全要素、多尺度、多层级治理的实现路径。研究结论：将NbS准则融入山水工程调查评价、规划设计、工程实施和管理维护全过程，是保证山水工程实施成效的关键，需尽快完善相关理论和实践研究、形成具体标准和范式，推动生态系统整体保护、系统修复和综合治理。

关键词：山水林田湖草沙一体化保护和修复；基于自然的解决方案（NbS）；技术路径

中图分类号： X171.4 文献标志码：A 文章编号：1001-8158（2024）06-0040-10

基金项目：国家重点研发计划课题（2022YFF1303205）；2019年度自然资源部高层次科技创新人才培养工程杰出青年人才资助项目（1211060 0000018003931）。

中共十八大以来，我国生态文明建设已取得了诸多成效，然而生态系统退化、生物多样性锐减的严峻形势，以及各类资源约束趋紧，仍是制约社会经济发展的重要因素[1]。2023年，习近平在全国生态环境保护大会上强调，要坚持山水林田湖草沙一体化保护和系统治理，正确处理好自然恢复和人工修复的关系，努力找到我国生态保护修复的最佳解决方案。近年来，基于自然的解决方案（Nature-based Solutions， NbS）已逐步成为全球应对多重社会挑战的主流化选择。根据世界自然保护联盟的定义，NbS指“保护、可持续管理和恢复自然的和被改变的生态系统的行动，能有效和适应性地应对社会挑战，同时提供人类福祉和生物多样性效益”[2]。NbS提倡向自然学习，重视自然生态系统及其对人类的福祉，谋求人与生态系统的互惠，这与我国生态文明建设的理念高度契合[3]，因此，探索基于自然生态系统内在机理与演替规律的山水林田湖草沙一体化保护和修复技术路径尤为必要。

我国国土空间生态修复经历了数个发展阶段，取得了显著成效[4-5]。其中，山水林田湖草沙一体化保护和修复工程（以下简称“山水工程”）是按照“山水林田湖草是生命共同体”理念，在生态安全屏障关键节点开展的大尺度、多要素、综合性、系统性生态保护修复行动，旨在示范引领一体化保护修复的路径与模式[6]，自2016年以来已实施了52个。2020年8月，《山水林田湖草生态保护修复工程指南（试行）》（以下简称《工程指南》）发布，这是我国第一个按照生命共同体理念系统指导国土空间生态保护修复实践且带有通则性质的规范，该规范吸收了NbS的相关理念与标准，并结合中国国情对NbS进行了本土化修正[7]。当前，虽然一些学者针对山水工程实施过程中如何融入NbS理念进行了研究，如分析了NbS自评估工具在国土空间生态保护修复中的应用路径[8]，基于NbS对山水工程实施进行了初步探索[9]。但是，仍然存在NbS在生态保护修复过程中应用不足、工程实施全过程融入NbS的路径不畅等问题。因而，本文基于山水工程的实施，对NbS在其全过程应用的技术路径进行探索，以期为推进大尺度、多要素一体化保护修复提供理论基础和技术参考。

1 问题提出与研究框架

1.1 问题提出

近年来，基于自然的保护修复技术在我国部分生态工程中得到了一些应用，如森林间伐、划区轮牧、退田还湖及珊瑚礁重建等技术都充分借助了自然的力量，并取得了较好的成效[10]。但总体上看，修复思路依然沿袭传统生态工程的做法，普遍存在工程目标设置单一、工程实施单元未考虑完整生态系统、工程实施全过程缺少适应性管理等问题，干扰生态系统恢复成效，降低生态系统韧性和抵御气候变化及自然灾害的能力[11-13]。尽管“自然恢复为主”的理念早已提出，但如何正确处理自然与人工、整体与局部、近期与长期的关系，均需在理念、方法、手段、制度等各方面取得突破。

目前山水工程在实施方案（即工程总体规划）中一定程度上融入了NbS的理念，但实际操作中仍然存在多尺度调查评价缺乏、生态系统全要素统筹不足、规划设计整体性与系统性不够以及适应性管理机制不完善等问题，可能导致工程实施成效不明显，生态系统多样性、稳定性和可持续性难以为继。因此，山水工程的实施需要借助NbS的主要方法，并围绕多尺度关联的调查评价与规划设计、跟踪监测和适应性管理等方面开展深入研究。

1.2 研究框架

本文基于NbS理念、准则与方法，针对山水工程调查评价、规划设计、工程实施和管理维护4个阶段提出基于自然的山水林田湖草沙一体化保护和修复全过程技术框架（图1）。根据NbS准则，各阶段涉及区域（流域）、生态保护修复单元和场地等多个尺度。

NbS全球标准提出了8项基本准则和相应的28项指标[14]，明确了NbS针对的问题（准则1）、开展NbS的尺度（准则2）和关键目标（准则3），同时需要基于社会实际考虑经济可行性（准则4）、制度合理性（准则5）以及上述系列利益的权衡（准则6），进行NbS的适应性管理（准则7），最终促进NbS的主流化，从而推动可持续发展等目标的实现（准则8）[15]。NbS的主要方法一般可以划分为5大类（表1）[16]，这些方法分别针对不同目标和不同生态问题，在实践中常有所交叉。

调查评价阶段服务于不同尺度的生态本底和社会经济现状调查，以及宏观生态问题识别与诊断[17-18]，该阶段需要关注当前人类社会面对的挑战与生态系统遭受扰动和破坏的程度。规划设计阶段涉及三个尺度，在区域（流域）尺度主要完成工程总体规划的制定，结合现状调查与诊断结果，根据问题导向或目标导向确定保护修复路线[19]；在生态保护修复单元尺度，要根据工程总体规划设计保护修复方法，借助生态系统保护和修复方法选择科学合理的工程措施[20]；在场地尺度上需要将针对具体问题的生态系统方法和基础设施类方法纳入考量，完成工程设计[17]。需要注意的是，进行措施评估与优选时，应充分参考NbS准则，从生态适宜性、经济可行性和社会公正性等方面综合评价[21]。工程实施阶段在场地尺度开展，主要完成工程子项目的实施与验收。其中，工程实施应根据规划阶段的工程设计方案进行推进，针对子项目实践情况采用合适的生态系统方法和基础设施建设类方法；工程验收需要查验保护与修复措施带来的生态、社会、经济效益，从人类福祉和生物多样性等进行多方面评价[5，22]。管理维护阶段的重点是基于生态系统的管理方法，进行监测评估与适应性管理。该阶段实际上贯穿于山水工程实施的全过程和全尺度，根据要素的保护修复情况和指标的监测评估结果，及时调整工程选用措施与实施时机[19]。

2 基于自然的山水工程多尺度全要素调查监测评价技术路径

尺度是地理学和生态学研究的重要概念，它涉及空间、时间和时空域的特征量度，决定了我们对生态系统结构和功能的洞察深度[23]。当前，已有的山水工程立足于生态系统整体性修复要求，采用多尺度设计。然而，仍然存在前期调查中缺乏多尺度调查标准等问题[24]，因此，需要将NbS理念融入山水工程调查监测评价，构建全要素调查监测评价技术，确保系统修复、综合治理的要求。具体而言，可以使用IUCN划分的NbS实施方法[9]，分别在区域（流域）、生态保护修复单元和场地三个关键尺度上，根据调查目标与实际需求，对生态系统进行精准的调查监测评价[25]。

2.1 依据尺度明确调查评价内容

在区域（流域）尺度上，可使用生态系统修复方法和基于区域的保护方法，调查监测评价重点关注区域完整性与生物多样性、生态廊道、植被恢复、水土流失、河湖水系连通性等，设置景观生态格局调查评价指标，包括景观丰富度、景观破碎度和生态系统类型构成比例等。在保护修复单元尺度上，可以使用生态系统修复方法和保护方法，如森林景观恢复、生态恢复和生态工程。这一尺度重点是调查评价单元内水土环境质量、动植物组成与群落结构、生物多样性，可设置水源涵养量、土壤保持量和物种丰富度等指标。在场地尺度上，主要应用基于生态系统的适应、灾害风险降低和缓解措施。此外，自然基础设施和绿色基础设施建设也是这一尺度的重点，如湿地修复、城市绿化等。因而，这一尺度调查监测评价需要更加具体和细致，它关注的是具体地点的生态问题和修复需求。例如，土壤侵蚀、水质污染或生物多样性丧失等问题，可设置土壤侵蚀模数、水质以及物种数目等调查评价指标。

2.2 对生态系统全要素进行调查评价

山水工程的实施范围是区域（流域）尺度的国土空间[26]，其保护和修复的对象是各类生态要素组合而成的整体；其保护和修复措施也区别于传统生态工程中单一的、人工痕迹过重的恢复手段；其核心是整合、协同各生态要素的空间配置，优化生态系统的格局、过程和服务功能[27]。在NbS理念中，“自然”是充分掌握自然规律，通过自然的力量实现恢复后生态系统的整体性与连通性，恢复生物多样性的同时不损害人类福祉。因此，山水工程调查监测评价需全面考虑各生态要素，确保景观完整性与连通性。山水工程多个要素调查监测评价主要是融合NbS的生态系统修复方法以及针对具体问题的生态系统方法。这些方法旨在解决具体的生态问题，提高生态系统的适应性和稳定性。在实施过程中，上述两大类方法常交叉使用。例如，在森林生态系统中，可以采用森林景观恢复方法来促进森林的恢复和发展，同时，也可以采用基于生态系统的适应方法来提高森林生态系统对气候变化的适应性。因而，应根据具体问题开展全要素系统调查监测评价。此外，实施方案需要确认项目的直接和间接成本及效益，对项目的投资、运行、维护等成本进行全面分析和评价，同时通过比较不同方案的直接和间接成本及效益，可以权衡利弊，选择最优方案。基于自然的山水工程全要素多尺度调查监测评价技术路径如图2所示。

3 基于自然的山水工程全过程多层级规划设计技术路径

当前生态保护修复工作沿袭了土地利用总体规划的分层传导体系结构，在规划设计过程中易忽略对生态系统整体性和系统性的考量[27]。因此，山水工程需要融入NbS的理念，从全过程进行规划设计。多层级是指从宏观的区域（流域）规划到微观的场地设计，有别于以地块层面为主的一般规划设计，山水工程的规划设计具有显著的尺度性，与NbS关于尺度的理念相对应，不同的尺度有不同的生态修复内容，确保工程的设计与实施遵循自然规律，实现整体设计的连贯性与有效性[28-29]。根据《工程指南》，山水工程规划设计的全过程一般划分为总体规划、单元规划、工程设计三个阶段，不同阶段分别对应流域（区域）尺度、保护修复单元尺度、场地尺度三个层级（图3）。

3.1 总体规划

总体规划阶段是将规划设计理念和思路转化为实际成果的首要环节，主要关注的是流域（区域）尺度。这一环节应以国土空间总体规划为依据，并与省级或市级国土空间生态保护修复等相关专项规划相衔接。在此阶段，需要着重考虑NbS的指标要求，以确保项目的可持续发展和社会价值的实现。总体规划阶段需要优先考虑社会挑战，针对项目区域内存在的生态受损、资源短缺、环境破坏等问题进行深入分析，并制定应对策略。另外，在总体规划阶段应充分考虑区域（流域）各生态系统之间的关联性，将其纳入项目的整体框架中，确保工程实施与生态保护修复总体目标相协调，以提升区域生态系统的稳定性和可持续性。例如官厅水库流域山水林田湖草系统治理实践项目，以提升流域水源涵养功能为核心目标，采取系列措施有效解决了库区水质水安全问题，同时应对了防灾减灾、经济和社会发展以及环境退化和生物多样性丧失等社会挑战。具体而言，首先通过污染点治理、关停矿山、消除农业面源污染等手段消除流域生态威胁。以此为基础，在流域尺度进行总体设计，根据生态问题识别与诊断结果，针对库区植被生态系统、湿地生态系统、河流生态系统，分别采取相应的生态恢复及生物多样性保护措施，充分体现了项目整体性和系统性。

3.2 单元规划

单元规划阶段主要关注生态保护修复单元尺度。生态保护修复单元是指在工程范围内，根据生态问题识别与诊断结果，在相对完整的自然地理单元内，统筹考虑小流域和行政区域、工程组织实施的便利性等划分的生态保护修复工程综合实施片区[30]。NbS全球标准要求充分考虑工程与周围环境的整体性和连通性，加强生态系统各要素的关联。单元规划应遵循生态系统整体性原则，将生态保护修复单元视为一个有机整体，注重各生态要素之间的相互联系，具体包括土地利用、水资源、生物多样性等多个方面。其次，要充分考虑工程与周围环境的连通性。在单元规划阶段，应通过生态廊道、植被恢复等措施，加强生态系统各部分之间的连通性，促进生态流的形成，从而加强生态系统的完整性和稳定性，提高生态服务功能。再者，应采用绿色、自然基础设施和生态工程技术，结合生态系统修复的方法，进行多层次、多目标的规划设计。例如，利用自然地形地貌，减少对自然水分循环的干扰；进行水土平衡分析，避免工程实施对生态环境造成不良影响。

3.3 工程设计

工程设计阶段主要关注场地尺度。NbS全球标准要求明确项目直接和间接的成本与效益，并且需要制订监测与评估方案，这意味着在项目的设计和实施过程中，需要全面考虑各种成本，包括资金、人力、时间等方面的投入。同时，也要关注项目的效益，如生态保护、社会福祉、经济发展等方面的收益。除此之外，制订监测与评估方案也是NbS的重要指标之一。在工程设计阶段的场地尺度，应将规划设计的理念和目标转化为具体的工程措施和技术方案。这需要充分考虑工程实施的可行性和技术要求，同时确保工程设计符合生态保护的原则。例如，采用生态友好的建筑材料和技术，减少对自然资源的破坏和污染；优化工程布局，降低对生态系统服务的影响。

4 基于自然的山水工程一体化保护和修复工程技术路径

NbS将生态系统的良好运作视为基石，通过其提供生态系统服务，为人类社会带来福祉[9]。山水工程从宏观视角出发，坚定地遵循尊重、顺应和保护自然的理念，以复合生态系统为保护修复对象。NbS理念的引入为提高山水工程的整体性、系统性、科学性和可操作性，避免过往工程中不同程度地存在问题诊断不清晰、项目布局零散随机、修复手段单一化、干扰措施过度化等现象，提供了解决路径[31]。

4.1 一体化保护修复工程技术体系

基于自然的山水工程需要针对区域内不同的生态系统开展多尺度全要素调查监测评价、全过程多层级规划设计，进而进行基于自然的工程技术梳理，包括植被恢复、生物修复、水土治理、节水灌溉、绿色基础设施、封育造林等。在识别生态要素的基础上通过不同要素之间的耦合关系分析，进行核心生态要素的识别。例如，在以流域为主的生态系统修复中，流域是以河湖水系为基底的完整生态系统，“水”是流域生态保护修复的核心要素[32]。同理，在以森林、草地为主的生态系统修复中可以选择“林”“草”为核心要素，利用关键要素的生态过程串联其他要素，根据问题导向和目标指引原则实施基于自然的一体化生态保护和修复工程，并合理确定各项工程实施的时序，满足区域生态可持续发展的需求。例如，云南省洱海流域山水工程以流域内山水林田湖村各要素共同组成的社会—经济—自然复合生态系统为保护修复对象。各个要素互为条件、相互影响、相互制约，构成一个不可分割的有机生命共同体，在生态保护修复过程中以“水”为核心，通过提升多种生态系统服务的组合功能，解决流域内农田面源污染、水质不达标和生物多样性受损等问题[33]。

4.2 工程技术选择

按照“山水林田湖草是生命共同体”理念，结合NbS方法选取具有代表性的三类NbS修复技术。一是适应性的方式，同时应对多种社会挑战，通过受自然启发的动态解决方案，对生态系统修复过程动态管理；二是尊重自然规律，通过技术手段改善生态环境；三是依托自然力量，以自然恢复为主，人工修复为辅，增强社会经济以及生态系统韧性[34]。在这一基础上，按照NbS全球标准中要素综合、措施综合、效益综合、优化生态和体现可持续性的要求，选择封育造林、植被恢复、生物修复、水土治理、节水灌溉和绿色基础设施等生态型保护修复措施。针对区域生态系统问题，综合考虑自然边界与行政边界、自然恢复和人工修复之间的关系，对各种措施进行优化组合与配置，实现“整体保护、系统修复和综合治理”[35]。基于自然的山水工程一体化保护和修复工程技术路径如图4所示。

5 基于自然的山水工程全流程适应性管理维护技术路径

鉴于生态修复后受损生态系统的演替过程和规律仍难以精确把握，当前保护修复措施对生态系统造成的影响仍存在较大不确定性。传统的刚性项目管理方式，往往会导致保护修复效果偏离既定目标。为此，基于NbS标准探索全流程适应性管理维护路径尤为必要。本节围绕调查评价、规划设计、工程实施和管理维护构建了适应性管理维护技术路径。

5.1 全流程管理

在调查评价阶段，深入了解工程区域的生态状况和自然环境，识别具体生态问题，评估生态系统服务的现状及变化趋势、环境容量和生态敏感性，为后续流程提供基础数据。在规划设计阶段，采用生态系统保护和生态系统修复方法进行不同生态系统生态功能设计，并根据NbS全球标准开展监测和评估，提出NbS方案。NbS方案应注重降低人为干预、保护自然环境和生态系统自我修复能力；同时，根据监测与评估方案进行动态监测。在工程实施阶段，基于基础设施建设类方法与生态系统保护方法等优先采用适当的施工方法和材料，减少对自然环境的干扰和破坏。在管理维护阶段，基于生态系统管理的方法，建立完善的维护管理制度，确保生态系统稳定演替。基于自然的山水工程全流程适应性管理维护技术路径如图5所示。

监测与评估方案应贯穿于生态保护修复措施的全生命周期，以确保项目的实施效果得到及时评估。通过监测与评估，可以及时发现项目实施中的问题，并及时采取相应的措施进行改进，从而提高项目的实施效果和可持续性。在整个山水工程实施周期内，通过适应性管理不断学习整个复杂系统，并根据系统变化及时调整NbS策略，通过持续反馈循环优化山水工程管理维护工作。

5.2 工程实施后的管理维护

由于生态系统在时空尺度上变化十分复杂，山水工程在三年实施期后，可能面临生态环境再退化、修复成果难维持等问题。适应性管理作为一种对资源利用进行过程管理的活动体系，通过持续监测、评估与调整保护策略，确保长期有效保护。加强长效机制建设，促进生态系统健康稳定，可以破解静态管理方式所面临的各类困境[36-37]。为了确保保护修复效果的稳定性和可持续性，需要结合NbS方法将基于自然的适应性管理维护技术融入山水工程实施全流程。

6 结论与建议

6.1 结论

（1）以山水工程为例，结合NbS八项准则及五项方法，探索构建了涵盖多尺度、多要素一体化保护修复调查评价、规划设计、工程实施和管理维护全过程，基于自然的实施技术框架。

（2）山水工程调查评价应针对山水林田湖草沙全要素，依据区域（流域）、生态保护修复单元和场地三个关键尺度确定调查评价内容与指标，充分掌握不同尺度自然生态系统本底与问题，为开展规划设计、技术路径措施选择和适应性管理的奠定基础，以充分发挥自然的力量恢复生态系统。

（3）山水工程规划设计的全过程可划分为总体规划、单元规划、工程设计三个阶段，分别对应工程三个层级。总体规划主要明确工程应对的社会挑战，以提升区域生态系统的稳定性和可持续性；单元规划强调生态系统各部分之间的连通性，促进生态流的形成；工程设计阶段主要将规划设计的理念和目标转化为具体的工程措施和技术方案。

（4）基于NbS的山水工程可以通过适应性的方式、尊重自然规律和依托自然的力量等理念，识别区域生态保护修复的主要问题，通过生态过程串联各生态系统要素和尺度，根据NbS的原则统一布局实施山水工程，满足区域社会、经济、生态可持续发展的需求。

（5）为了确保山水工程生态保护修复效果的稳定性和可持续性，基于自然的适应性管理维护技术应融入山水工程全流程。开展调查评价、规划设计、工程实施和管理维护全过程监测评估，通过评估结果的持续反馈，对管理进行不断优化。

6.2 建议

（1）面对当前NbS在山水工程中的应用技术研究不足的问题，未来应加强山水林田湖草沙生命共同体理论研究，揭示各生态要素功能时空效应与耦合关系，构建基于自然的山水林田湖草沙一体化保护和修复方法体系，结合山水工程实施调查评价、规划设计、工程实施和管理维护全流程，研发基于自然的一体化生态保护修复技术并开展应用示范，提升区域（流域）生态系统的多样性、稳定性和可持续性。

（2）针对当前基于自然的山水林田湖草沙一体化保护和修复标准体系建设滞后的问题，应借鉴参考《工程指南》和《IUCN 基于自然的解决方案全球标准》等标准，构建基于自然的调查评价、规划设计、工程实施和管理维护全过程山水工程实施标准体系，促进NbS理念在山水工程中的应用，支撑山水工程全流程科学实施管理。

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Technological Path Exploration for Application of Nature-based Solutions to Integrated Ecological Conservation and Restoration Project of Mountains， Rivers， Forests， Farmland， Lakes， Grassland and Deserts

ZHOU Yan1，2， WANG Jinman2，3， CHEN Yan1，2， YING Lingxiao4， ZHOU Xu1，2， FENG Yu2，3， JING Ming5

（1. Land Consolidation and Rehabilitation Center（Land Science and Technology Innovation Center）， Ministry of Natural Resources， Beijing 100035， China； 2. Key Laboratory of Land Consolidation and Rehabilitation， Ministry of Natural Resources， Beijing 100035， China； 3. School of Land Science and Technology， China University of Geosciences（Beijing）， Beijing 100083， China； 4. Research Center for Eco-Environmental Sciences， Chinese Academy of Sciences， Beijing 100085， China； 5. China Natural Resources News， Beijing 100860， China）

Abstract： The purposes of this study are to explore the theoretical framework and technical pathways to integrate Naturebased Solutions （NbS） into integrated ecological conservation and restoration project of mountains， rivers， forests， farmland， lakes， grassland and deserts （Shan-Shui initiative）， to investigate the adaptive management of the project’s full process technology system， to provide theoretical basis and technical references for the implementation of such initiatives， and to address the current issues of insufficient scientific basis and excessive human intervention in ecological protection and restoration. The research methods include literature review， comparative analysis and summary. The research results show that： 1） the implementation of Shan-Shui initiative should comply with NbS principles and indicators. Incorporating NbS into the whole process of investigation and evaluation， planning and design， project implementation， management and maintenance is strongly encouraged to effectively guide the implementation of the project. 2） NbS should be used as the theoretical guidance for Shan-Shui initiatives， by identifying critical restoration elements and selecting corresponding engineering technologies for specific ecological problems and restoration targets. 3） Connecting key ecosystem elements and integrating regional （basin）-conservation and restoration unit scale-site scale are the pathway for integrating NbS into Shan-Shui initiative and promoting holistic， multi-scale and multi-level governance. In conclusion， incorporating the NbS principles throughout the whole process of investigation and assessment， planning and design， implementation， management and maintenance is vital to ensuring the effectiveness of Shan-Shui initiative. The improvement of the relevant theoretical and practical studies and setting specific standards and paradigms are urgently necessary to promote the overall conservation， systematic restoration and comprehensive management of ecosystems.

Key words： integrated ecological conservation and restoration project of mountains， rivers， forests， farmland， lakes， grassland and deserts； nature-based solutions； technological path

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