生態(tài)技術(shù)評價方法及全球生態(tài)治理技術(shù)研究

甄 霖, 王繼軍, 姜志德, 劉孝盈, 張長印, 馬建霞,肖 玉, 謝永生, 謝高地

1 中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所, 北京 100101 2 中國科學(xué)院水利部水土保持研究所, 楊陵 712100 3 西北農(nóng)林科技大學(xué), 楊陵 712100 4 中國水利水電科學(xué)研究院, 北京 100038 5 水利部水土保持監(jiān)測中心, 北京 100053 6 中國科學(xué)院蘭州文獻(xiàn)情報中心, 蘭州 730000

生態(tài)技術(shù)評價方法及全球生態(tài)治理技術(shù)研究

甄 霖1,*, 王繼軍2, 姜志德3, 劉孝盈4, 張長印5, 馬建霞6,肖 玉1, 謝永生2, 謝高地1

1 中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所, 北京 100101 2 中國科學(xué)院水利部水土保持研究所, 楊陵 712100 3 西北農(nóng)林科技大學(xué), 楊陵 712100 4 中國水利水電科學(xué)研究院, 北京 100038 5 水利部水土保持監(jiān)測中心, 北京 100053 6 中國科學(xué)院蘭州文獻(xiàn)情報中心, 蘭州 730000

全球范圍內(nèi)生態(tài)退化形勢嚴(yán)峻,生態(tài)技術(shù)在遏制生態(tài)退化進(jìn)程中發(fā)揮著重要作用。長期以來,對生態(tài)技術(shù)缺乏系統(tǒng)研究和評價,影響了其在脆弱生態(tài)區(qū)生態(tài)治理中的應(yīng)用與推廣?！吧鷳B(tài)技術(shù)評價方法、指標(biāo)體系及全球生態(tài)治理技術(shù)評價”項目(2016YFC0503700)獲得國家重點(diǎn)研發(fā)計劃“典型脆弱生態(tài)修復(fù)與保護(hù)研究”專項支持。該項目旨在厘清全球生態(tài)退化狀況及其對生態(tài)技術(shù)的需求,建立生態(tài)技術(shù)評價指標(biāo)體系與方法模型,評價國內(nèi)外不同類型生態(tài)技術(shù)以及重大生態(tài)工程區(qū)和不同生態(tài)退化區(qū)域的生態(tài)技術(shù)實(shí)施效果,篩選和推介滿足我國及發(fā)展中國家生態(tài)治理需求的生態(tài)技術(shù),建立生態(tài)技術(shù)評價平臺和集成系統(tǒng),為推動我國生態(tài)文明建設(shè)和發(fā)展中國家生態(tài)治理提供科學(xué)支撐。

生態(tài)技術(shù); 生態(tài)退化; 生態(tài)治理工程; 評價指標(biāo)和方法; 集成系統(tǒng)

日益增強(qiáng)的人類活動導(dǎo)致全球約60%的生態(tài)系統(tǒng)處于退化或者不可持續(xù)狀態(tài)[1-2],荒漠化、水土流失、石漠化等退化土地已經(jīng)至少占全球土地面積的四分之一[3]。尋求尊重自然規(guī)律、環(huán)境友好的生態(tài)治理技術(shù)成為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的重要內(nèi)容[4]。生態(tài)技術(shù)以受損自然生態(tài)學(xué)過程及其恢復(fù)機(jī)制為理論依據(jù)逐步發(fā)展而來,經(jīng)歷了生態(tài)退化問題形成機(jī)制研究、退化過程監(jiān)測方法研究、治理與修復(fù)技術(shù)研究等階段[5]。上世紀(jì)早期開始,美國、德國等發(fā)達(dá)國家啟動了大批生態(tài)保護(hù)項目[6-7],并提出根據(jù)生態(tài)退化機(jī)理[8]、生物適應(yīng)性[9]、生態(tài)穩(wěn)定性機(jī)制[10]等基本準(zhǔn)則,實(shí)現(xiàn)土地利用優(yōu)化管理、退化區(qū)綜合治理、保護(hù)性自然恢復(fù)[11],并從中積累了數(shù)量眾多的生態(tài)治理技術(shù),這些技術(shù)也從以單一目標(biāo)為主演化為兼顧生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、民生等多目標(biāo)的復(fù)合模式,標(biāo)志著生態(tài)治理已經(jīng)成為區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的重要組成部分。

中國是生態(tài)退化最為嚴(yán)重的國家之一,荒漠化、水土流失、石漠化、森林生態(tài)系統(tǒng)退化等問題突出[12-13],占國土面積的22%左右[14],威脅著生態(tài)系統(tǒng)功能和人類生計[15-16]。針對這些問題,20世紀(jì)50年代起實(shí)施生態(tài)保護(hù)工程,同時對西北干旱區(qū)生態(tài)恢復(fù)、黃土高原水土流失綜合治理、南方喀斯特區(qū)石漠化生態(tài)恢復(fù)等技術(shù)開展了機(jī)理與示范研究,形成了多種生態(tài)治理模式和修復(fù)技術(shù)[17-18]。自第十個五年計劃開始,已研發(fā)面向不同類型的生態(tài)綜合整治關(guān)鍵技術(shù)214項,集成綜合治理模式64項,集成了生態(tài)恢復(fù)技術(shù)體系100多項[19],并開始了對生態(tài)治理最佳案例的梳理[20]。然而,長期以來,生態(tài)技術(shù)研究工作缺乏實(shí)施效果評價、忽視生態(tài)技術(shù)應(yīng)用、忽略生態(tài)技術(shù)地域和經(jīng)濟(jì)適宜性,缺乏科學(xué)合理的指標(biāo)體系和方法模型,對生態(tài)技術(shù)及其組合予以評價、優(yōu)選和推薦,在很大程度上影響著生態(tài)治理的效果。以生物方法為主的生態(tài)技術(shù)在生態(tài)退化治理中具有重要作用[21-23],因此,摸清生態(tài)技術(shù)需求,理清生態(tài)技術(shù)家底,推介優(yōu)良生態(tài)技術(shù),引入國外先進(jìn)技術(shù)并對國外生態(tài)治理提供關(guān)鍵技術(shù)服務(wù),將有力支撐我國和全球生態(tài)治理,有助于促進(jìn)實(shí)現(xiàn)“一帶一路”提出的“共建綠色絲綢之路、形成我國國際競爭新優(yōu)勢”愿景。

1 研究內(nèi)容

本項目通過分析全球生態(tài)退化格局及生態(tài)技術(shù)需求,構(gòu)建生態(tài)技術(shù)評價方法與指標(biāo)體系,分析典型國家不同時期和發(fā)展階段生態(tài)技術(shù)產(chǎn)生、發(fā)展與演變特征,評價不同類型生態(tài)技術(shù)以及重大生態(tài)工程和不同生態(tài)退化區(qū)域的生態(tài)技術(shù),篩選滿足我國生態(tài)文明建設(shè)及發(fā)展中國家生態(tài)治理需求的生態(tài)技術(shù),構(gòu)建生態(tài)技術(shù)評價平臺和集成系統(tǒng),推動生態(tài)技術(shù)發(fā)展與創(chuàng)新,為我國和發(fā)展中國家提供生態(tài)建設(shè)理論與技術(shù)服務(wù),為推動生態(tài)學(xué)科發(fā)展和我國生態(tài)治理提供科學(xué)支撐。研究包括以下六方面的內(nèi)容：

(1)生態(tài)退化分布與相應(yīng)生態(tài)治理技術(shù)需求分析：以明確全球和我國生態(tài)退化空間分布及其相應(yīng)生態(tài)治理技術(shù)需求為目標(biāo),在研發(fā)全球與區(qū)域尺度生態(tài)退化問題識別及空間定位方法的基礎(chǔ)上,選擇存在荒漠化、水土流失、石漠化和退化生態(tài)系統(tǒng)等典型生態(tài)退化問題的典型區(qū),分析掌握過去30年生態(tài)退化時空格局演變過程與趨勢,綜合考慮技術(shù)有效性、經(jīng)濟(jì)可行性、地域文化適宜性等多個維度,構(gòu)建典型生態(tài)退化類型區(qū)生態(tài)技術(shù)可行性評價方法體系。

(2)生態(tài)技術(shù)評價方法、指標(biāo)與評價模型開發(fā)：針對生態(tài)技術(shù)評價研究滯后,缺乏有效的評價指標(biāo)體系、評價方法及評價模型的現(xiàn)實(shí),圍繞生態(tài)技術(shù)概念界定及相關(guān)理論研究,以及適用于生態(tài)技術(shù)群、多源數(shù)據(jù)、多時空尺度的生態(tài)技術(shù)評價方法這些重要問題,基于不同歷史時期生態(tài)環(huán)境及經(jīng)濟(jì)社會對關(guān)鍵生態(tài)技術(shù)的形成和應(yīng)用的影響,重點(diǎn)開展生態(tài)技術(shù)類型的劃分和生態(tài)技術(shù)群的確定及生態(tài)技術(shù)評價體系的研究,從適用范圍、適用成本、使用效果、技術(shù)差距、技術(shù)擴(kuò)散、應(yīng)用障礙等方面,建立生態(tài)技術(shù)評價方法與指標(biāo)體系,為生態(tài)技術(shù)評估提供科學(xué)依據(jù)和關(guān)鍵技術(shù)支撐。

(3)不同類型生態(tài)技術(shù)識別、演化過程與評價：采用自然語義模糊識別技術(shù)方法,建立生態(tài)技術(shù)分類識別技術(shù),辨識生態(tài)治理的技術(shù)類型及其特征。通過系統(tǒng)梳理國外近100年、國內(nèi)近60年生態(tài)技術(shù)理論與實(shí)踐歷程,分析各類生態(tài)技術(shù)演化過程及其機(jī)理,揭示生態(tài)技術(shù)演化的動態(tài)特征及規(guī)律；針對水土流失、荒漠化、石漠化、退化生態(tài)系統(tǒng)等生態(tài)退化問題的治理技術(shù),形成生態(tài)技術(shù)長清單,對其中典型和關(guān)鍵生態(tài)技術(shù)進(jìn)行評價和優(yōu)選。

(4)近年來國家重大生態(tài)工程關(guān)鍵技術(shù)評估：全面梳理1980年代以來國家重大水利工程、生態(tài)治理工程、交通工程中的生態(tài)技術(shù)；選擇京津風(fēng)沙源國家重大生態(tài)工程、黃河上中游水土保持重點(diǎn)防治工程、南方石漠化綜合治理工程等典型重大生態(tài)工程關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行評估；建立生態(tài)技術(shù)數(shù)據(jù)庫及背景參數(shù)庫,分析比較不同生態(tài)退化區(qū)、不同行業(yè)重大生態(tài)工程技術(shù)的適用性、經(jīng)濟(jì)性、發(fā)展推廣性以及生態(tài)效果等；依據(jù)我國生態(tài)治理技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢,按功能、類型、適用范圍等梳理形成針對不同區(qū)域、治理目標(biāo)和發(fā)展階段的生態(tài)技術(shù)和技術(shù)組合。

(5)生態(tài)治理與生態(tài)文明建設(shè)生態(tài)技術(shù)篩選、配置與試驗(yàn)示范：挖掘分析具有地域針對性的生態(tài)技術(shù),通過典型區(qū)域生態(tài)技術(shù)配置、評價和試驗(yàn)示范,篩選石漠化(云南西疇)、荒漠化(內(nèi)蒙古鄂托克)、水土流失(陜西安塞)、退化生態(tài)系統(tǒng)(寧夏鹽池)等4個國家級重大生態(tài)工程重點(diǎn)監(jiān)測示范區(qū),甄別和定量評估現(xiàn)有生態(tài)技術(shù)群或類型實(shí)施的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)與社會效果,分析其技術(shù)配置的合理性,推薦適宜我國生態(tài)建設(shè)需求且適用于不同區(qū)域條件的生態(tài)技術(shù)配置模式并在典型區(qū)進(jìn)行應(yīng)用示范。

(6)生態(tài)技術(shù)評價平臺與集成系統(tǒng)研發(fā)：集成項目研究成果,應(yīng)用元數(shù)據(jù)異構(gòu)集成、空間位置關(guān)聯(lián)技術(shù)、C/S和B/S架構(gòu)等技術(shù)構(gòu)建全球生態(tài)治理技術(shù)庫、生態(tài)技術(shù)空間與屬性數(shù)據(jù)庫以及生態(tài)技術(shù)評價模型庫,開發(fā)生態(tài)技術(shù)評價平臺與集成系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)全球與中國生態(tài)退化查詢與分析、生態(tài)技術(shù)評價與分析、生態(tài)技術(shù)篩選以及數(shù)據(jù)庫管理等,完成全球生態(tài)技術(shù)評價報告,促進(jìn)研究成果展示和應(yīng)用。

2 研究思路

本項目以全球和我國生態(tài)退化分布-生態(tài)治理技術(shù)需求-現(xiàn)有生態(tài)技術(shù)評價-適用生態(tài)技術(shù)篩選為主線,以荒漠化防治技術(shù)、水土流失治理技術(shù)、石漠化治理技術(shù)、退化生態(tài)系統(tǒng)治理技術(shù)研發(fā)為重點(diǎn),通過挖掘和分析全球典型生態(tài)退化區(qū)不同發(fā)展階段生態(tài)技術(shù)產(chǎn)生、發(fā)展與演變特征,明確我國生態(tài)文明建設(shè)需采用的生態(tài)技術(shù)及其重大戰(zhàn)略方案,推動生態(tài)技術(shù)發(fā)展與創(chuàng)新,為我國和發(fā)展中國家生態(tài)文明建設(shè)提供科學(xué)支撐。

研究將首先開展數(shù)據(jù)收集工作,應(yīng)用格網(wǎng)化、尺度轉(zhuǎn)換法實(shí)現(xiàn)多源數(shù)據(jù)整合；應(yīng)用驅(qū)動要素空間聚合方法和互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù),開展生態(tài)退化空間定位,形成空間分布圖；選擇典型退化區(qū),應(yīng)用衛(wèi)星遙感生態(tài)參數(shù)反演和模擬技術(shù),分析退化過程的時空動態(tài),預(yù)判演變態(tài)勢；應(yīng)用參與式利益相關(guān)者分析和動態(tài)匹配法,形成生態(tài)技術(shù)需求分析框架。

在上述基礎(chǔ)上,應(yīng)用文獻(xiàn)分析法、TRIZ方法等,確定生態(tài)技術(shù)特征、分類和功能,形成生態(tài)技術(shù)辨識方法；從生態(tài)技術(shù)的適用范圍、適用成本、使用效果、技術(shù)差距、技術(shù)擴(kuò)散、應(yīng)用障礙等方面,構(gòu)建生態(tài)技術(shù)評價指標(biāo)體系,提出評估方法模型,并在典型案例區(qū)進(jìn)行驗(yàn)證。

應(yīng)用上述方法體系,評價全球近100年、中國近60年生態(tài)技術(shù)特點(diǎn)和演化規(guī)律,梳理國家重大生態(tài)工程及行業(yè)工程中的生態(tài)治理技術(shù),重點(diǎn)對京津風(fēng)沙源區(qū)、黃河中上游地區(qū)水土流失區(qū)、南方石漠化區(qū)生態(tài)治理關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行全面梳理和評估,構(gòu)建適宜單一目標(biāo)、綜合目標(biāo)、不同區(qū)域的生態(tài)技術(shù)推薦方案；選擇4個國家級重點(diǎn)監(jiān)測示范點(diǎn),對示范點(diǎn)生態(tài)技術(shù)配置和實(shí)施效果進(jìn)行深入分析,形成服務(wù)于國家生態(tài)文明建設(shè)、具有地域針對性的生態(tài)技術(shù)優(yōu)化配置模式。

最后,集成全部空間數(shù)據(jù)庫、生態(tài)技術(shù)庫、模型方法庫,形成生態(tài)技術(shù)評價集成平臺,研發(fā)生態(tài)技術(shù)評價應(yīng)用系統(tǒng)；通過元數(shù)據(jù)檢索方法、空間位置關(guān)聯(lián)方法等,實(shí)現(xiàn)通用的GIS功能和專用業(yè)務(wù)功能；基于項目研究結(jié)果,形成《全球生態(tài)治理技術(shù)評價報告》。項目總體技術(shù)路線圖如圖1所示。

圖1 項目技術(shù)路線Fig.1 Implementation route of the program

3 研究目標(biāo)和預(yù)期成果

本項目總體目標(biāo)是基于國家對生態(tài)治理技術(shù)評價和推薦的需求,在厘清全球生態(tài)退化狀況及其生態(tài)治理技術(shù)需求的基礎(chǔ)上,建立生態(tài)治理技術(shù)辨識、評價指標(biāo)體系與評價方法和模型；識別和評價國內(nèi)外不同類型生態(tài)技術(shù)、我國重大生態(tài)工程生態(tài)治理技術(shù)和國家級監(jiān)測示范點(diǎn)不同生態(tài)退化類型和區(qū)域的生態(tài)技術(shù)及其實(shí)施效果,推介適合我國和發(fā)展中國家生態(tài)治理需求的生態(tài)技術(shù)模式；建立生態(tài)技術(shù)評價平臺和集成計算機(jī)系統(tǒng),為我國與其他發(fā)展中國家生態(tài)治理提供技術(shù)支撐與借鑒,促進(jìn)我國在生態(tài)治理領(lǐng)域的國際合作與交流。

上述研究目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)將產(chǎn)生一系列成果,主要包括全球與區(qū)域生態(tài)退化關(guān)鍵要素數(shù)據(jù)庫、全球生態(tài)治理技術(shù)庫、生態(tài)技術(shù)評價模型庫；全球生態(tài)退化區(qū)分布圖、典型區(qū)生態(tài)退化圖譜；生態(tài)技術(shù)評估方法與模型體系5套、生態(tài)技術(shù)清單和優(yōu)化方案、生態(tài)退化綜合治理關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和效果專利、關(guān)鍵技術(shù)篩選的咨詢報告；軟件與集成系統(tǒng)；系列綜合評價報告、科技報告；同時,還將出版《全球生態(tài)治理技術(shù)評價報告》等專著2部、發(fā)表學(xué)術(shù)論文50篇以上、培養(yǎng)高級人才等。

4 結(jié)語

本項目是專項的一項重要研究任務(wù),項目將通過繪制全球生態(tài)退化分布和治理技術(shù)需求分布圖,建立生態(tài)治理技術(shù)評價方法及指標(biāo)體系,對現(xiàn)有生態(tài)技術(shù)及其組合進(jìn)行系統(tǒng)挖掘和全面評價,形成全球生態(tài)治理技術(shù)評價報告。項目實(shí)施將產(chǎn)生一系列的社會、經(jīng)濟(jì)與生態(tài)效益。研究成果將有利于我們?nèi)嬲J(rèn)識全球和區(qū)域生態(tài)退化狀況及其對生態(tài)技術(shù)需求,通過實(shí)現(xiàn)“推薦一批、表揚(yáng)一批、批判一批”,明確不同生態(tài)技術(shù)優(yōu)勢與局限,指導(dǎo)典型生態(tài)退化區(qū)選擇更為經(jīng)濟(jì)高效、具備地域適應(yīng)性和容易推廣的生態(tài)技術(shù),節(jié)約生態(tài)治理成本,改善生態(tài)退化區(qū)的自然資源狀況,從而促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展。本項目將篩選推介適合不同區(qū)域和生態(tài)治理目標(biāo)的生態(tài)技術(shù)以及適合未來國家重大生態(tài)工程關(guān)鍵技術(shù),為不同區(qū)域預(yù)防和治理生態(tài)退化提供經(jīng)驗(yàn)借鑒和技術(shù)手段。項目開發(fā)的生態(tài)技術(shù)評價平臺和集成系統(tǒng),可以為政府決策和相關(guān)部門了解生態(tài)退化狀況和生態(tài)技術(shù)實(shí)施效果提供有力支撐。項目實(shí)施過程中,將與應(yīng)用部門包括決策和管理部門、生態(tài)工程公司、生態(tài)監(jiān)測示范點(diǎn)、公眾等保持密切聯(lián)系與對接,提高社會各界對項目成果的認(rèn)知,促進(jìn)項目成果的落地應(yīng)用；同時,還將與專項中其他項目進(jìn)行交流與溝通,為生態(tài)技術(shù)挖掘和評估補(bǔ)充最新進(jìn)展信息,滿足國家對生態(tài)技術(shù)評估的需求。

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The methodology for assessing ecological restoration technologies and evaluation of global ecosystem rehabilitation technologies

ZHEN Lin1,*, WANG Jijun2, JIANG Zhide3, LIU Xiaoying4, ZHANG Changyin5, MA Jianxia6, XIAO Yu1, XIE Yongsheng2, XIE Gaodi1

1InstituteofGeographicSciencesandNaturalResourcesResearch,ChineseAcademyofSciences,Beijing100101,China2InstituteofSoilandWaterConservation,ChineseAcademyofSciencesandMinistryofWaterResources,Yangling712100,China3NorthwestAgriculture&ForestUniversity,Yangling712100,China4ChinaInstituteofWaterResourcesandHydropower,Beijing100038,China5TheMonitoringCenterofSoilandWaterConservationMinistryofWaterResource,Beijing100053,China6LanzhouCenterforLiteratureandInformationoftheChineseAcademyofSciences,Lanzhou730000,China

Ecological degradation is grim on global level, and ecological restoration technologies play important roles in the process of mitigating ecosystem degradation. For a long time, the lack of systematic research on the ecological technologies has affected its application in ecological fragile zones. Supported by the Ministry of Science and Technology of China, National Key Research and Development Program of "Typical fragile ecological restoration and protection" has recently launched a project entitled "The methodology and indicator system for assessing ecological restoration technologies and evaluation of global ecosystem rehabilitation technologies" (2016YFC0503700). The main goals of this project are: clarifying the global ecological degradation status and needs of ecological technologies; establishing indicator system for assessment of ecological technologies; evaluating the effects of different types of ecological technologies in regions of national key ecological restoration projects are implemented, as well as different ecological degradation zones; screening appropriate ecological technologies to meet the demand of ecological civilization construction and ecological governance of China; building up ecological technology evaluation platform and integrated system; and eventually providing scientific support for China′s ecosystem protection and ecological restoration and the global ecological governance.

ecological restoration technologies; ecosystem degradation; ecological restoration projects; indicator system; integrated application system

國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項目(2016YFC0503700)

2016- 10- 14

10.5846/stxb201610142080

*通訊作者Corresponding author.E-mail: zhenl@igsnrr.ac.cn

甄霖, 王繼軍, 姜志德, 劉孝盈, 張長印, 馬建霞, 肖玉， 謝永生，謝高地.生態(tài)技術(shù)評價方法及全球生態(tài)治理技術(shù)研究.生態(tài)學(xué)報,2016,36(22):7152- 7157.

Zhen L, Wang J J, Jiang Z D, Liu X Y, Zhang C Y, Ma J X, Xiao Y, Xie Y S, Xie G D.The methodology for assessing ecological restoration technologies and evaluation of global ecosystem rehabilitation technologies.Acta Ecologica Sinica,2016,36(22):7152- 7157.