水土保持生態(tài)修復研究進展

曹寒 CAO Han；馬香玲 MA Xiang-ling；李潔 LI Jie；史亞梅 SHI Ya-mei；孫杰肖 SUN Jie-xiao；王雄賓 WANG Xiong-bin

（河北省水利科學研究院，石家莊 050051）

1 生態(tài)修復機理的研究

1.1 生態(tài)修復機理

隨著我國經濟的不斷發(fā)展，生態(tài)破壞問題也日益突出，生態(tài)修復便成為學術界亟待解決的問題。從本質上看，生態(tài)修復就是遵循生態(tài)恢復學規(guī)律，憑借大自然的自修復能力同時以人工干預為輔，使退化的生態(tài)系統(tǒng)盡快恢復原有形態(tài)[1]。可以說，生態(tài)修復是一項非常復雜繁瑣的工程，也是一個循序漸進的過程。其依賴于大自然發(fā)揮自我修復能力，同時人類加以科學引導。其內涵是：充分遵循生態(tài)系統(tǒng)自然規(guī)律，在此基礎上，通過生物、工程等技術，盡可能的減少甚至消除生態(tài)系統(tǒng)退化的主導因子，使自然植被恢復至原始狀態(tài)，以及生態(tài)系統(tǒng)的功能恢復如初。

1.2 國外關于生態(tài)修復機理的研究

早在上世紀中葉，就有不少外國學者進行了大量相關研究。上世紀，英、美、澳大利亞的經濟發(fā)展水平位于世界前列，這些國家的采礦業(yè)也非常發(fā)達。而該行業(yè)的發(fā)展以及地下水開采直接導致了嚴重的生態(tài)破壞[2]。這一問題受到學者們的廣泛關注，人類也開始意識到退化生態(tài)系統(tǒng)修復的重要性。五十年代，生態(tài)修復逐步擴展到各種生態(tài)系統(tǒng)類型。上世紀七十年代中期，美國召開“受損生態(tài)系統(tǒng)的恢復”會議，與會專家深入分析和探討了生態(tài)修復的概念和特征。之后的數(shù)十年時間里，又有其他國家相繼召開相關的專題討論會。上世紀八十年代末，國外學者Mitsch對以往的研究經驗進行了總結，提出了生態(tài)工程這一概念。此后，又有很多學者開始研究生態(tài)學原理對于土木工程中的應用價值，而之后的“多自然型河道生態(tài)修復技術”理論也是在此基礎上形成的。上世紀九十年代中期，英國召開第六屆國際生態(tài)學大會，在會議中，不少專家就生態(tài)恢復做了討論?？傮w來看，上世紀后半頁，生態(tài)修復在歐美國家受到廣泛重視，并且進行了長期研究，目前已經構建起較為完整的理論體系。德國、丹麥等國家也在上世紀開展了一項河流曲化恢復工程原理研究，結果顯示，N、P營養(yǎng)物質的去除率很高。在亞洲，日本、韓國的經濟發(fā)展迅速，其生態(tài)問題也非常突出，因此這些國家也對生態(tài)修復原理進行了一系列研究，并取得一定成就。

1.3 國內關于生態(tài)修復機理的研究

在我國經濟水平不斷提高的過程中，生態(tài)環(huán)境保護工作也日益受到重視[3]。國內對生態(tài)系統(tǒng)的恢復與重建工作開始于南方。通過梳理既往的相關資料可知，從50年代末到80年代，我國開始逐步重視生態(tài)修復問題，并且在這一時期，分別在華南地區(qū)、農牧交錯區(qū)等，投入大量的人力物力和財力進行生態(tài)系統(tǒng)恢復重建方面工作，通過人工干預，這些地區(qū)的生態(tài)逐漸得到恢復，這對其他地區(qū)的生態(tài)重建提供了參考。上世紀九十年代初期，我國召開“全國土地退化防治學術討論會”，與會專家就當時的生態(tài)現(xiàn)狀進行了分析，然后歸納出我國在土地退化方面的研究成果，為國內的生態(tài)修復實踐提供了理論上的指導[2]。

90年代以后，陜西省吳旗縣等地區(qū)已經進行了大量的生態(tài)修復實踐工作，并由此提出“封山育林”的建議；幾乎在同一時期，內蒙古烏蘭察布盟也通過長期的研究和反復實踐，提出“進一退二還三”的戰(zhàn)略，之后這些戰(zhàn)略舉措被引入其他地區(qū)。長江上游地區(qū)在實施重點防治工程的過程中，開展“建退還封改”工作，其采用以生態(tài)自修復為主，人工干預為輔的方針，探索出一條治理水土流失的好路子。此后，我國的一些科研機構也展開了類似研究，如中科院水土保持研究所等高等機構以黃土高原為基地，深入分析水土保持生態(tài)修復機理，根據生物多樣性原理，提出在黃土高原恢復和重建退化生態(tài)系統(tǒng)，首先必須要確保當?shù)氐奈锓N多樣性，然后結合黃土高原的地理條件，采用草、灌、喬相結合，各種生物科學組合以更好的適應環(huán)境。李萬全等對青海省黃河流域生態(tài)修復情況展開了探討并就其中存在的問題提出解決建議[4]；高之棟等研究了江蘇贛榆縣橫山生態(tài)修復情況，在此基礎上，還進一步總結出丘陵山地生態(tài)修復植物群落演替規(guī)律[5]；除此之外，我國學者劉巍等主要針對我國黑土地地區(qū)進行研究，然后分析這些地區(qū)生態(tài)退化機制，并由此提出了中國黑土地上生態(tài)退化修復的機理與對策[6]。陳奇伯以長江下游的洋派河小流域為研究對象，分析了這一地區(qū)的退化生態(tài)系統(tǒng)修復現(xiàn)狀，然后基于生態(tài)系統(tǒng)的受損程度，給出相應的解決策略[7]。基于以上的敘述可知，當前國內外關于生態(tài)修復的研究眾多，并逐步形成了相應的理論體系，這為我國生態(tài)修復工程的規(guī)劃提供了理論上的參考，有效地推動了各項生態(tài)修復工作的開展。

2 生態(tài)修復模式及評價效益指標的研究

早在20世紀70年代的瑞士和德國就形成了“多自然型河道生態(tài)修復技術”[8]，從現(xiàn)有的情況看，很多發(fā)達國家已經廣泛使用了這一技術，為實現(xiàn)“自然與人的和諧共處”提供了技術上的支持，同時也為建設生態(tài)河流、生態(tài)城市奠定了基礎，當前，這一理論已經被相繼引入其他國家。在此基礎上，美國的多家機構和部門于九十年代初期提出龐大的生態(tài)修復計劃，即在二十年以后，該國恢復受損河流64萬km，湖泊67萬hm2。

本世紀以來，我國也逐漸重視、實施水土治理，并取得了一系列可喜成就。2001年水利部在全國范圍內實施生態(tài)修復試點工程，此后不久，又進一步擴大了生態(tài)修復試點范圍。很多專家經過長期的研究后發(fā)現(xiàn)，生態(tài)修復可快速實現(xiàn)大面積水土流失治理，且這一舉措十分有利于植被恢復，值得在全國范圍內進行推廣。北京林業(yè)大學的解明曙等通常長期的實地勘查、收集資料，提出了適宜生態(tài)修復8類地區(qū)[9]；西北農林科技大學的張青峰和王九軍等提出了黃土高原生態(tài)修復的方案[10]，之后這一方案被推廣至其他地區(qū)；毛德華等分析了西北地區(qū)生態(tài)修復情況，并就其中存在的問題提出相應的對策和建議[11]；北京林業(yè)大學的袁和第等人對通過系統(tǒng)分析黃土高原水土流失治理措施體系和流域土地利用情況提出黃土高原水土流失治理模式形成具體的生態(tài)修復機制框架[12]，實踐證明，這種修復模式非常有效。

“水土保持生態(tài)修復的環(huán)境效應”，從本質上來說，就是指水土流失治理、生態(tài)修復等舉措所帶來的影響。需要指出的是，水土流失區(qū)生態(tài)與環(huán)境具有復雜性，在進行生態(tài)修復時，其可能會對環(huán)境帶來正向影響，但也有可能產生負向影響?，F(xiàn)階段，國內外不少學者對這一概念進行了定義和研究，并提出相應的評價指標。如上世紀八十年代中期，美國實施自然生態(tài)保護項目（CRP），然后深入探討了該項目對土壤性狀、土壤侵蝕等的影響；山東農業(yè)大學劉霞、張光燦等利用各種試驗手段深入地對生態(tài)修復工程的生態(tài)效益、經濟效益等進行研究，由此得出相應的結論；劉瑞祿等主要分析了現(xiàn)階段我國水土保持生態(tài)修復工程的生態(tài)效益，然后通過總結大量的研究資料，提出評價生態(tài)效益的基本方法與步驟；近年來，國內學者盧玉東等詳細分析和探討了我國重慶市壁山小流域生態(tài)修復現(xiàn)狀，并使用一些前沿科技，如遙感技術等展開生態(tài)修復效益監(jiān)測研究[13]；谷叢楠等利用層測分析法構建基于DEA算法的礦山修復生態(tài)效益評估模型，完善設計生態(tài)評估過程中的缺點[14]。廖迎娣等人在充分研究江蘇長江岸線生態(tài)修復中存在的問題基礎上，提出了植被覆蓋度、水土保持度、原生植物恢復度、植物物種多樣性4個主要指標、護岸型式多樣性、岸線曲直度2個輔助指標，通過建立相關的生態(tài)修復評價指標體系，實現(xiàn)了對生態(tài)修復效果的定量化評價[15]。

3 生態(tài)修復發(fā)展趨勢

3.1 以科學規(guī)律和新科技為基礎開展系統(tǒng)性研究

生態(tài)修復作為一項重要的研究命題，是水土保持學、生態(tài)學、環(huán)境科學、資源科學、農學、工程學、經濟學等多種學科的重要研究領域，是需要推進重大科學問題的研究，是科學開展國土綜合治理與系統(tǒng)修復的一項重要科學[16]。隨著全球氣候變化，大尺度生態(tài)系統(tǒng)功能逐漸退化的大背景下，宏觀尺度的生態(tài)修復工作需求量增加。在較大的空間尺度上，人地耦合系統(tǒng)中的經濟社會與自然生態(tài)的互相反饋作用日益凸顯。生態(tài)修復工作對象也由自然生態(tài)系統(tǒng)轉變?yōu)槿说伛詈舷到y(tǒng)，生態(tài)修復的目標也必須由單純的自然生態(tài)修復擴大到經濟發(fā)展、社會和諧、人民幸福、文化傳承等多個維度，建立持續(xù)發(fā)展的生態(tài)系統(tǒng)，實現(xiàn)人與自然和諧共生。一方面要加強理論研究，借助長序列野外試驗觀測數(shù)據，運用ARCgis、AHP法（層次分析法）、Invest模型等構建數(shù)據模型，系統(tǒng)了解生態(tài)修復內在機理和影響機制，夯實生態(tài)修復學科基礎。另一方面在以互聯(lián)網為基礎的數(shù)字化時代，要善于借用新技術為科研工作服務，如搭建數(shù)據平臺，利用大數(shù)據平臺將海量生態(tài)修復數(shù)據進行整理分析，在此基礎上，提出了一系列山水林田湖草沙系統(tǒng)治理措施，實現(xiàn)遠程智能，定位交互推送[17]；利用自動化監(jiān)測技術、無人機航拍測繪技術的獲取更多精準數(shù)據，利用大數(shù)據信息平臺進行數(shù)字化管理，構建不同區(qū)域、流域水土流失預報數(shù)學模型。

3.2 統(tǒng)籌考慮社會效益和經濟效益

我國生態(tài)修復研究起步較晚，但近些年來隨著人們對環(huán)境的重視，關于生態(tài)修復研究的發(fā)展速度迅速迅猛，而且發(fā)展事態(tài)依舊強勁。隨著黨的十八大會議中將生態(tài)文明建設納入中國特色社會主義事業(yè)五位一體總體布局中，將生態(tài)文明建設提至更高戰(zhàn)略高度。自本世紀以來，我國生態(tài)破壞日益嚴重，因此國家也尤其關注生態(tài)文明建設。而水土保持生態(tài)修復屬于生態(tài)文明建設的范疇，做好這項工作，可帶來巨大的經濟效益和社會效益。生態(tài)修復作為一項系統(tǒng)性工作，不僅僅是黨和政府的事情，更是需要全社會攜手一起解決的工作。近年來，隨著大家生態(tài)環(huán)保意識的不斷增強，大家對生態(tài)環(huán)境重要性的意識也越發(fā)強烈。生態(tài)修復工作的推進，越來越多的企業(yè)將生態(tài)保護與修復納入到自己的企業(yè)建設過程中，在建設發(fā)展過程中注重生態(tài)環(huán)境保護，以金錢、物資、項目投入等多種方式參與生態(tài)修復工程中。而在現(xiàn)階段，不僅國家政府著手于這項工作，企業(yè)、其他社會組織和個人也紛紛參與到生態(tài)修復中，為治理工作的深入開展做出了重要的貢獻，在全社會形成了共同參與的良好社會風氣。

通過生態(tài)修復工作的開展，培養(yǎng)農民群眾“綠水青山就是金山銀山”的生態(tài)文明建設價值觀念[18]，積極踐行人與自然的和諧發(fā)展的理念，在生態(tài)修復的基礎上發(fā)展綠色經濟。在水土保持生態(tài)修復工程中，通過退耕還林、封育禁牧、溝道防護、坡面治理等多種措施[19]，有效減少水土流失，實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境逐步好轉到完全恢復，營造出山青水綠的生態(tài)宜居環(huán)境。將水土保持生態(tài)修復建設理念于鄉(xiāng)村振興緊密結合，使生態(tài)修復治理成效成為實現(xiàn)鄉(xiāng)村振興的建設力量。加強對生態(tài)修復建設與農村經濟發(fā)展關系的探究，將生態(tài)效益與經濟效益相結合，在農業(yè)結構調整過程中，依托當?shù)靥厣Y源和企業(yè)，實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境與當?shù)靥厣嗳诤系陌l(fā)展[20-21]，因地制宜打造農村生態(tài)產業(yè)，帶動流域內經濟發(fā)展，將生態(tài)修復建設與流域治理、農村基礎設施建設以及美麗鄉(xiāng)村建設等有機地結合在一起，建設“綠水青山”的同時，實現(xiàn)“金山銀山”助力當?shù)亟洕l(fā)展，提供農民收入。

4 生態(tài)修復研究存在問題

經過科學工作者多年的潛心研究，關于生態(tài)修復機理、模式、評價效益、指標等領域的研究都較深入地開展了，對生態(tài)修復工程的實施起到了理論與實踐的指導意義[2]。但水土保持生態(tài)修復還有待于作進一步的探討：

①生態(tài)自然修復機理研究。生態(tài)退化與眾多因素有關，比如人為因素、自然因素等，人類需要進行針對性的修復，因此對修復機理的研究并不可少。具體來說，需分析生態(tài)系統(tǒng)可逆性修復能力，以及找出更有效的措施以有效解除干擾下生態(tài)系統(tǒng)的演替進程等等，而這也是人類進行更深層次研究的必經之路。

②生態(tài)修復實施區(qū)域及指標體系的探討。具體來說，就是要完成實施區(qū)域及限制性指標研究。學術界需要明確當前可以實施生態(tài)自然修復工程的區(qū)域，即指明這些區(qū)域要滿足什么樣的條件才能進行修復，需要注意的問題有哪些。

③生態(tài)修復工程驗收分區(qū)標準研究。即在現(xiàn)有的基礎上提出更詳盡的標準。

5 結論

基于以上分析，水土保持生態(tài)修復作為我國生態(tài)文明建設過程中重要的組成部分，對于推動綠色經濟的發(fā)展具有積極意義。然而現(xiàn)階段，這項工作在實踐上存在許多問題[22]，如整體性不夠、系統(tǒng)性不足、連續(xù)性交叉、持續(xù)性不強等問題[23-24]。建議今后可在生態(tài)修復演替進程、修復能力及修復區(qū)域技術措施方面開展進一步研究，作為我國在水土保持生態(tài)修復理論和技術研究進一步完善和補充，同時加大新技術、新方法的應用，充分運用各種現(xiàn)代化科技手段為生態(tài)修復工作服務，為我國大面積水土流失區(qū)的生態(tài)建設，促進國民經濟健康可持續(xù)發(fā)展提供科學依據和強有力的技術支撐。