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im体育网页版官网行業動態生態修復與土地綜合整

发布日期2020-03-31  浏览次数: 150  作者:im体育网页版官网

近年來,隨著城鎮化持續推進,鄉村生態環境的高速非農化、村莊建設用地空廢化、農村水土環境嚴重污損化等生態環境問題日益凸顯。鄉村的生態價值正逐步被認同,im体育网页版官网生態、生產和生活的協調發展才是實現鄉村振興及可持續發展的核心。目前鄉村振興研究多注重經濟和土地利用,而如何實現鄉村空間資源建設開發的生態適應性,是學界、業界追蹤探討的焦點問題之一。

鄉村快速發展創造碩果累累的同時也帶來大量的垃圾,這些廢棄物不僅對鄉村生態環境帶來了極大的污染,同時也隨著生態系統的循環在廣大鄉村地區蔓延開來,對鄉村的生態環境造成極大破壞,導致惡性循環,im体育网页版官网造成鄉村生產、生活、生態失衡。

鄉村服務業的發展趨勢則是體現在與新興產業的借勢互動,以“三+一”特色旅游的發展模式帶動鄉村第三產業的經濟,對于這種模式適合的鄉村則是擁有天然的山水條件以及人文歷史資源或是位于景區周邊等具有特殊自然區位的鄉村。

農村產業綜合體實質上是以龍頭企業、農民合作社以及家庭農場農戶等新型經營主體為主要參與者,以農產品加工業為支撐點,打造鄉村旅游品牌化從而實現農業休閑化。有序激活生態的發展要素、山水田林村等生態資源,同時以文化為導向,旅游為引擎,農業增收、農民增富為目標,打造農、文、旅三位一體以此保證資源的有序開發。

積極響應國家農業節水行動以及對水生生物保護行動。集成推廣土配方、水肥一體化以及機械深施肥等生態施肥模式。實行電子商務進村,建設并完善農村電商公共服務體系,同時實施農商互聯,積極推動農產品流通企業與新型農業經營主體對接,打造農產品全產業鏈條,對于鄉村原有的生態自然資源搭建發布推介平臺,實行鄉村旅游精品發布活動。

對于具有一定產業資源基礎的鄉村,考慮水土資源、地理氣候、發展前景、村民意愿及產業聯動等多方面因素,建議選取現代化的農業種植業、養殖業、農產品加工及商貿服務作為未來發展的基礎產業,以旅游觀光為衍生產業,衍生產業同樣也是未來發展的核心產業,構建生態適宜性鄉村產業體系。

對于一些具有國家投資建設的較大工程的鄉村,可以以農業科技創新為支撐,提升現代種業自主創新能力以及科技創新水平,通過培育一批第一、第二、第三產業產融合、適度規模經營多樣以及“互聯網+”緊密結合的各類新型經營主體,建立產品生態化加工基地,促進農業提質增效。

生產型鄉村旅游產品的打造主要包括兩類,即以鄉村農園、農家樂及鄉村周邊景區形成產品組合的鄉村營地公園和基于互聯網,集電子商務、在線種地、物流、有機種植等為一體的農業生產類旅游產品。后者以“都市農業+假日經濟+‘互聯網+’”為旅游發展平臺,圍繞都市假日的體驗經濟模式,衍生出“農趣樂園、假日牧場”等創意項目形態。通過互聯網的思維引導,將農業生產與都市生活高速有效地嫁接起來。以“互聯網+”為主的旅游生態產品易形成都市人群常態化的黏性消費,以及“周末體驗+日常持續”消費需求,具體的旅游產品形態如下表所示。

通過一產提升,加快轉變農業發展方式,做大做強特色產業,推進現代農業園區建設;發展多種形式適度規模經營,推動農林特結合,種養加一體。三產升級,把鄉村旅游產業、現代服務業發展與增強城市功能、促進就業緊密結合起來;提高第三產業比重。

鄉村產業生態化發展模式的構建必須立足于區域發展視域,鄉村所依托的區域發展空間實質上是生態化鄉村構建的基本空間腹地,只有平衡區域生態環境才能促進鄉村空間的生態化發展。為此,鄉村生態空間結構應與社會經濟協同發展,避免因生態環境惡化而導致惡性循環。反之,鄉村生態結構合理的前提下,鄉村生態環境優化,村莊空間布局有序,產業結構高效、環保,有利于促進社會經濟的協調發展。

生態修復是海岸帶空間規劃的重要組成部分,而韌性理念中有關規劃—吸收—恢復—適應的演化規律對于海岸帶生態修復具有重要的指導意義。以沙化較為典型的海南木蘭灣海岸帶區域為例,開展海岸帶國土空間生態修復規劃的方法及應用研究,基于沙化脆弱性和生態系統服務的空間耦合分析劃分不同類型空間,并分區制定生態修復規劃方案。研究結果表明:(1)沙化脆弱性高的區域主要是旱地和沙地,面積達21.8%,生態系統服務高的區域主要是林地、水域、濕地,面積達67.5%。(2)重建修復區主要位于魚塘、旱地一帶,占總面積的16.4%;人工輔助修復區主要位于旱地以及迎風面一帶,面積達5.5%;適度開發區多為基本完全沙化區域,面積為15.8%。相關評估結果和生態修復規劃方案能夠揭示生態系統各關鍵因子之間的脅迫—響應機理,為海岸帶沙化區域的生態修復及恢復提供科學支撐。

本文基于“山水林田湖草”生命共同體理念,分析國土空間生態保護修復“尊重自然、順應自然、保護自然”的實現途徑,為國土空間生態保護修復的“整體保護、系統修復、綜合治理”提供理論與方法指導。研究表明:(1)自然途徑有6種不同范式:自然范式、本土范式、過程范式、文化范式、實驗范式、綠色范式。(2)不同范式各有優劣,需要根據社會需求情況、自然重要性、自然破壞程度的高低進行綜合選擇,才能實現生態保護修復成效最優。國土空間生態保護修復要充分認識自然定位和價值認知的多元性,充分發揮自然途徑6種范式的優勢,探索生態保護修復的組合方案,促進國土空間生態保護修復實現高質量發展。

國土空間生態保護修復是為構建國土空間安全格局,實現國土空間生態系統穩定,提升生態系統服務功能和景觀價值等綜合目標,按照“山水林田湖草是一個生命共同體”的理念,對受到高強度的國土開發建設、礦產資源開發利用以及自然災害影響等造成生態系統嚴重破損退化、生態產品供給能力下降的區域,采取國土空間規劃、設立自然保護區、實施國土整治、修復退化土地以及運用生物技術等綜合措施,對國土空間采取整體保護、系統修復、綜合治理等活動的統稱。

近年來,國土空間生態保護修復實踐中逐步形成了“尊重自然、順應自然、保護自然”的共識。這與國際上NBS(nature-basedsolut-ions)的探索有異曲同工之處。NBS在中國被翻譯為“基于自然的解決方案”或“自然解決途徑”。本研究認為應譯為“自然途徑”更簡單明了,在實踐中可以直接嫁接對應的工作,如棕地修復的自然途徑、濕地修復的自然途徑、城市更新的自然途徑等,通俗易懂、便于應用。自然途徑很大程度上是已有概念或原則的統稱,涵蓋了設計結合自然、綠色基礎設施、生態工程、天然保水措施、生態系統服務、綠色基礎設施、生態修復等。概括而言,國內外對于“自然途徑”的探討都比較泛,內容廣,方法多,但無論是問題界定還是解決之道都尚未達成共識。為促進自然途徑在國土空間生態保護修復過程中的有效落地,本文嘗試以質性研究為基礎,以范式提煉為起點構建自然途徑的框架體系。

本文主要采用質性研究的方法來歸納總結國內外的自然途徑。研究的原始資料主要是生態保護修復相關理論以及典型案例。研究過程對于國際生態保護修復前沿動態和有關研究成果進行了梳理,對保護生態學、恢復生態學、植物生態學、群落生態學、生態系統生態學等相關理論進行了全面深入研究,并依據生態保護修復項目影響力、獲獎情況和公眾認可度三個因素,收集整理了英國、德國、美國、俄羅斯等10多個國家不同尺度的典型案例217個,并對生態修復典型案例的主要理念、修復路徑、修復方法等進行研究,以實現對現有理論和典型案例的準確掌握。

一是對于自然生態系統的不同假設,亦即對于自然的定位,代表著不同范式對于自然期望或是對標生態系統的差異。這一界定主要參考了Hobbs和Norton從自然生態系統退化程度角度對于生態修復的分類,分別針對未受到破壞的生態系統、基本良好的生態系統、受到破壞生態系統、以及嚴重受損的生態系統。該分類只考慮了自然系統,未考慮人地耦合以及可持續發展的系統性。

三是自然生態系統修復途徑差異,特別是人工方法和自然途徑在不同范式中的不同作用。這一方法上的差異主要借鑒了Eggermont等的觀點,認為自然途徑可以通過人類做功的程度分為三類:不需要人類做功、需要人和自然交互做功、需要大量人工干預。該分類籠統地解釋了自然做功以及人工干預,但未涉及具體途徑以及功能差異。

自然范式是指讓自然做功,保護荒野生態系統,防止人為侵占和干擾,達到“無為而治”的目的。該范式認為自然有其自己的發展途徑,可以自己生存,解決自己的問題。自然而成的“荒野”是終極目標。決定恢復什么樣的生態系統,最簡單的方法就是讓大自然來決定。自然范式認為自然做功是生態保護修復的主要途徑,保護是唯一的人工介入方式。保護就是少用,盡量減少浪費與破壞,應有效看護具有重要意義的生態區域。自然范式在生態保護修復中主要考慮了生態系統的自我恢復能力,優點是投入較少,缺點是生態保護修復的結果可能并不可控,也忽視了人居環境的建構。

本土范式是指在不影響生態系統健康和完整性與可持續性的前提下,利用人工修復將生態系統恢復到其“史前”狀態的修復方式。本土范式認為生態系統能夠回到過去,且人工干預能夠把一個受損的區域恢復到“史前”狀態;人類干預是重建健康生態系統的必要舉措,通過修復可以直接建立新的“史前”群落。本土范式符合地域特征,運用本土物種進行修復適應性強,主要考慮了自然生態功能,但很多地方的“史前”狀況很難界定,且不清晰,導致在生態保護修復時很難找到對標的本土生態系,也忽視了對人居環境的建構,是一種靜態的自然觀。

過程范式強調對自然過程的理解和尊重,認為自然做功和人工干預在生態修復過程中同等重要。在對植物群落演替深刻了解的基礎上,通過人為設計或技術手段對自然系統進行干預,進而促進或加快自然生態系統的演替。在人工擾動下,許多自然災害(如干旱、洪水和風暴)消失了;生態修復應當把必要的擾動作為自然演替的重要內容,以更好地模擬真實的自然進程。過程范式借用自然做功,有效發揮了自然的作用。但該范式高度依賴對自然演替的相關研究,且實施過程時間較長,也忽視了人居環境的建構。

文化范式是指在生態保護修復中注重人的需求和生態關懷,努力通過人地關系調整,創造生態系統完整、文化價值延續的多功能景觀,不僅提供生態系統服務,確保生態安全,而且要恢復人對環境的新認知以及良好的人地關系,實現人地復合的生態系統(Social-Ecol-ogicalSystem)可持續發展。該范式認為許多生態問題都是由社會問題導致的,如果人對生態系統沒有正確的認知,即使受損生態局部得到修復,整體系統也會繼續受到破壞。因為有些原生態自然環境并不一定受到社會大眾的歡迎,人們也就不會主動去維護它,可持續發展的目標必須兼顧人的需求以及生態功能。

文化范式強調生態關懷的重要性。無論是生態修復的物質空間形式還是修復過程,都充分考慮人對自然的關懷以及深度體驗。物質空間形式上的關懷一般有兩種表現形式:一種是文化定式所形成的物質空間偏好。另一種是生態藝術。修復過程中彰顯生態關懷的途徑主要是強化儀式感以及公眾參與。鼓勵人們持續參與干預-恢復過程可以增強人類與自然的互動。文化范式的最終目標是創造生態完整、文化價值自然延續的多功能景觀。不僅要提供生態系統服務,確保生態安全,而且要恢復人對環境行為的新認知以及良好的人地關系,最終實現可持續發展目標。文化范式強調了人地關系的重要性。

實驗范式是指在生態修復前,通過風險可控、目標多元的試驗,測試最適合的修復方法,避免修復出現不可逆的風險發生。實驗范式將生態系統定義為人類世生態系統,認為生態系統的發展方向是非線性和不可預測的,通常不會按照預設的路徑發展,需要實驗測試后,才能選取適宜的修復方法。人類世生態系統指在一個快速變化的時代,生態系統的結構和功能大多數已發生了變化,與“史前”的真實性和共同進化的生物組合相去甚遠,發展軌跡不一定與歷史條件和傳統的自然演替有關,不確定性是人類世生態系統的關鍵特征。

為應對不確定性,實驗范式強調借用不確定的干擾和不可預測的趨勢嘗試“在做中學”或“摸著石頭過河”。對標的理想生態系統并不存在,在充滿干擾的條件下,不斷進行恢復力和可持續性測試的實驗,是最適合人類世生態系統的解決方案。大多數城市環境都屬于人類世生態系統,修復實驗需要在改善休閑機會、舒適性、安全性和生物多樣性變化等多方面發揮作用。實驗范式的優勢在于直面不確定性,且要求試驗有清晰的目標,但目標都是人為確定的,沒有客觀標準,實驗結果可能存在良莠不齊等問題。

綠色范式是指通過人工方式對擬修復區域增加綠化或綠色,降低對生態系統的負面影響,但綠化或綠色不一定能形成一個穩定的生態系統。綠有“淺綠”和“深綠”之爭,淺綠只是表面的綠色,深綠基本等同于生態系統保護和讓自然做功。在現實中,淺綠的影響和運用較為廣泛。綠色范式大多是倡導“綠色的比不綠的更生態”,自然基本等同于“綠色的環境”,其生態功能并不一定受到重視。綠色模式實施性強,難度小,見效快,但只考慮綠化,不一定生態。僅僅增加了綠化覆蓋,或是降低了對生態的破壞,可能并沒有達到可持續發展的系統功能。

綠色范式比較典型的例子是綠色屋頂和綠墻等綠色基礎設施,雖然看起來綠了,也會產生一定的生態作用,但大多數綠色屋頂和綠墻并不會形成一個生態系統,僅僅在緩解或降低城市發展負面影響上起到了一定作用。還有我國大量單一物種的植樹造林,以及退耕還林的過程中將果樹當成森林的現象,并不能形成有效的生態群落,生態系統的功能較為脆弱,僅僅是形成了綠色。目前,國內很多生態修復可能都處于這一范式,其意義與價值值得深入研究,有些范式可能缺乏對自然生態功能以及人居環境需求的深入理解,而有些地方囿于各種條件只能用綠色范式來盡可能地實現一定的生態價值與綠化效果。

綜上所述,六種生態修復范式具有不同特色、各自的優點,也存在一定的不足,因而它們的適用需要因地制宜。國土空間生態保護修復的系統性與復雜性,決定了生態保護修復實踐過程不可能用一個模式、一種途徑去實現。不同范式之間從理論上是獨立的,但實際操作中卻存在一定的轉化、鑲嵌甚至是協同關系。選擇修復范式時,應根據修復對象實際情況,充分考慮自然生態功能與價值的重要性、自然生態破壞情況以及社會需求程度等因素,發揮范式的優勢、避免不足。對于國土空間生態保護修復涉及面廣、修復范圍大的,可以選擇幾種修復范式組合實施,以實現最佳修復效果(表2)。

一是有利于深化對自然生態系統和生態修復關系的認識。當前,我國各級政府、相關部們和有的基層組織正按照黨中央、國務院的決策部署,積極推進國土空間生態修復工作,力度之大、范圍之廣、投入之多前所未有,亟需深化對自然生態系統的認識和人們對美好生活環境的認識。生態修復范式的確立,可以加深人們對自然做功、生態系統特征、修復風險管控和“淺綠”修復等內涵的理解和認識,注重在生態修復中的生態關懷,避免盲目的生態修復或造成對原有生態系統結構或功能的新損壞,有利于落實“尊重自然、順應自然、保護自然”理念,推進生態系統各要素和各功能之間的整體保護、系統修復和綜合治理,貫徹“山水林田湖草”生命共同體理念。

二是有利于為國土空間生態保護修復提供科學方法論。生態修復范式的提出,能夠為國土空間生態修復提供更為具體的方法論指導,避免生態修復實踐的盲目性。生態保護修復實踐,可以依據修復范式的特點,既可以為特定的修復區域和環境需求的生態修復提供范式選擇,又可以針對區域或流域尺度的修復對象和不同的修復目標,實施修復范式組合,充分發揮不同范式的優勢、克服不足,達到投入合理、修復成效最佳的目標。

三是有利于指導修復實踐和生產建設工作。修復范式涵蓋了從荒野地到人居環境美好建設等不同自然生態系統保護修復,可以指導各種場景下的修復實踐與生產建設工作。對于重要生態功能區的生態修復,應尊重自然的前提下,按照生態系統“安全保障、功能提升、景觀美化”的要求,推進生態基礎設施建設互聯互通,特別是大面積的經濟林種植,應盡可能避免單一物種,種植多種物種,保持生物多樣性,確保生態系統服務功能得到有效提升。對于重要經濟發展區域的生態修復,應充分考慮人的需求與生態功能的有機結合,避免“淺綠”現象。

生態修復范式是依據國內外有關研究成果,結合我國生態修復實踐需求歸納提出的,形成的成果還是初步的,有待進一步細化和完善,創建具有中國特色的國土空間生態保護修復范式。未來應圍繞修復范式的理論、方法和具體實施措施開展深入研究,為不同區域的生態保護修復與需求目標提供具體指導;結合“山水林田湖草生態保護修復試點”項目實施,深入開展修復范式的總結,進一步豐富生態保護修復范式的內涵;推進不同修復范式標準化和定量化研究,為各地開展生態保護修復實施方案編制與資金投入測算提供依據。

早期,生態學被認為是研究生物棲息或居住環境的科學。1866年,德國的博物學家海克爾首次為生態學下了定義:生態學是研究有機體與其周圍環境,包括非生物環境和生物環境相互關系的科學。之后,不同學者都對生態學的定義進行了探索,但總體上都認為:生態學是研究有機體與環境之間相互關系及其作用機理的科學。這里,生物包括動物、植物、微生物及人類本身,即不同的生物系統;而環境則指生物棲息地中的無機因素,如空氣、光照、水分、熱量和無機鹽類等。生態系統是指在一定的時間和空間內,生物組分與非生物組分環境之間通過不斷的物質循環和能量流動而相互聯系、相互作用、互相依存并具有一定功能的統一整體。強調生態系統結構與功能之間的相互聯系和相互作用以及自我調節機制,成為普遍接受的生態系統分析理論。生態系統的范圍可大可小,相互交錯,最大的生態系統是生物圈,最為復雜的生態系統是熱帶雨林生態系統,人類主要生活在以城市和農田為主的人工生態系統中。

生態學是一個龐大的學科體系,按所研究的生物類別不同,可分為微生物生態學、植物生態學、動物生態學、人類生態學等;按生物系統的結構層次劃分,可分為個體生態學、種群生態學、群落生態學、生態系統生態學等;按生物棲息的環境不同,可分為陸地生態學和水域生態學,陸地生態學又可分為森林生態學、草原生態學、荒漠生態學、農田生態學等,水域生態學又可分為海洋生態學、湖沼生態學、流域生態學、濕地生態學等。

生態學的基本原理,通常包括4個方面的內容:個體生態、種群生態、群落生態和生態系統生態。個體生態是研究生物個體與其環境因子之間關系的科學,側重研究生物個體對某些環境因子的生態適應,包括生理調節、生長發育等適應機制;種群生態著重將一個種的地區群體作為研究對象,它是在個體、種群、群落中,以種群為研究對象的生態學分支;群落生態是研究群落與環境相互關系的科學,是生態學的一個重要分支學科,它不是以一種生物作為對象,而是把群落作為研究對象;生態系統生態指由生物群落與無機環境構成的統一整體為研究對象,屬于生態學研究的最高層次。

從生態系統的角度看,任何生物的生存都不是孤立的。同種個體之間有互助、有競爭;植物、動物、微生物之間也存在復雜的相生相克關系。人類為滿足自身的需要,不斷改造環境,環境反過來又影響人類。例如自工業革命以來,由于人口驟增、過度開墾、過度放牧等不合理的活動,以及工業化、城鎮化過程所產生的土地利用變化及各種污染物的影響,再加上全球變化的影響,使得地球生態系統大面積嚴重退化,它們所提供的各類產品和各種服務功能的能力都受到了很大的損害。大量研究表明,一個生態系統要能夠長期保持其結構和功能的相對穩定性,物質和能量的輸入和輸出應當接近相等,也就是要保持所謂的生態平衡。否則,在熱力學規律的作用下,系統將走向無序。由此,人類迫切需要掌握生態學理論來調整人與自然、人與資源、人與環境、人與生態系統的關系。唯有維持生態系統平衡,才能促進可持續發展。

生態系統就是在一定空間區域內,由生物群體與無機環境組成的結構有序的復合系統。或者說,任何生態系統都具有特定的結構,不同的結構決定了生態系統的不同功能。所謂生態系統結構,是生態系統中的組成成分及其在時間、空間上的分布和各組分間的能量、物質、信息流的方式和特點。通常認為,生態系統的結構包括:物種結構、時空結構和營養結構3個方面。按照生態系統結構理論,國土空間生態修復在物種結構方面,應當保障物種的多樣性,由此才能有利于系統的穩定和持續發展;在時空結構方面,要有利于充分利用光、熱、水、氣、地資源,提高光能的利用率;在營養結構方面,要有利于實現生物物質和能量的多級利用和轉化,形成一個高效的、無廢物的系統。維護生態系統的結構平衡,是國土空間生態修復需要優先考慮的問題。

生物群落的演替是指在生物群落發展變化過程中,由低級到高級,由簡單到復雜,一個階段接著一個階段,一個群落代替另一個群落的自然演變現象。在通常情況下,開始是先鋒植物侵入遭到破壞的地方并定居和繁殖。先鋒植物改善了被破壞地段的生態系統后,隨著其他更適宜物種的生存和繁衍,比如更能忍受有限的資源或具有更大的競爭優勢,先鋒植物逐步被取代。在遭到破壞的群落地點所發生的這一系列變化就是演替。演替有原生演替和次生演替兩種基本類型,發生哪一種類型的演替由演替過程開始時的土地條件所決定。無論是原生演替還是次生演替,都可能通過人為手段加以調控,從而改變演替速度或方向。國土空間生態修復需要在生物群落演替理論的指導下,通過物理、化學、生物或工程等技術手段,調控待修復生態系統的演替過程和發展方向,恢復或重建生態系統的結構和功能。例如,在人工干預下,坡地生態修復的順序一般應為:先鋒植物(通常選擇草類植物)→當地草種→灌木→喬木(土層太薄不能演替到喬木)(周連碧等,2010)。

任何物種的生存和發展,都離不開資源的保障。在資源稀缺的情景下,出于生物的本能,物種便會開始資源競爭。資源競爭是指物種對空間、營養物質、光等資源的競爭,競爭分為種內競爭和種間競爭。從微生物、浮游植物到高等植物,及至浮游動物的實驗都表明,資源供給濃度會影響或決定一個種群數量的衰退、增長或維持不變。生態位是指每個個體或種群在種群或群落中的時空位置及功能關系,它表示生態系統中每種生物生存所必需的生境最小閾值。在自然環境里,每一個特定位置都有不同種類的生物,其活動以及與其他生物的關系取決于它的特殊結構、生理和行為,因而每種生物都具有自己的獨特生態位。更具體來說,每一種生物占有各自的空間,在群落中具有各自的功能和營養位置,以及在溫度、濕度、酸堿度、氧化還原電位等環境變化梯度中所居的地位。一個種的生態位,是按其食物和生境來確定的,生境是指某個種的個體或群體為完成生命過程需要的、一定面積上的資源和環境條件。在國土空間生態修復工程中,要避免引進生態位相同的物種,盡可能使各個物種的生態位錯開,避免種群之間的直接競爭,重視維持生態系統的生物多樣性,例如采取灌木與草本搭配、冷季型草與暖季型草搭配、針葉林與闊葉林搭配等,以保證群落的穩定性。

生態適宜性,是指在一個具體的地域空間范圍內,環境中的要素為生物群落所提供的生存空間的大小及對其正向演替的適合程度。溫度、濕度、食料、氧氣、二氧化碳和其他相關生物等生態因子都會對生物生長、發育、生殖、行為和分布產生直接或間接的影響。任何一種生態因子只要不能滿足生物的需要,或者超越生物的耐受范圍,它就會成為這種生物的限制因子。這種影響生物生存發展的生態因素,存在著強度“閾限”的現象,稱之為“因素限制律”。例如,大約半個世紀以前,澳大利亞開始了數百萬英畝的荒地,這里的自然條件較好,水分比較充分,溫度也有較好的保障,但是田野里卻像沙漠一樣,完全是一派不毛之地的現象。即使是一些先鋒植物也不在此生長。后來發現,這些開墾的土地中缺少一種微量元素鉬,它是生物固氮過程中必不可少的催化劑。當施加鉬鹽后,紅花苜蓿開始生長,隨后越來越繁茂,最終成為一個重要的牧場。其實,早在1840年,德國化學家李比西就提出了“最低因素限制律”的理論。該理論認為:在各種植物生長因素中,如有一個生長因素強度低于植物的最少需求量,則將使植物減產或抑制其生長發育。國土空間生態修復,應該重視尋找生態修復的限制因子,重視生態適宜性評價,根據當地的氣候、地形、土壤、水文、地質等來選擇適合當地生長的生物種類,找出與當地環境相適宜的物種,使生物種類與環境因子相適宜。在干旱地區的荒漠化治理過程中,水是最重要的限制因素。如果種上杏仁桉樹,一棵該樹種每年能蒸發175噸的水,這不僅不能治理荒漠化,反而加劇了地下水的干涸。

生物多樣性通常指生命形式的多樣化,通常包括遺傳多樣性、物種多樣性和生態系統多樣性3個組成部分:①遺傳多樣性。也就是生物的遺傳基因的多樣性。一個物種所包含的基因越豐富,它對環境的適應能力就越強。它可以表現在多個層次上,如分子、細胞、個體等。在自然界中,對于絕大多數有性生殖的物種而言,種群內的個體之間往往沒有完全一致的基因型,而種群就是由這些具有不同遺傳結構的多個個體組成的。②物種多樣性。物種是生物分類的基本單位,物種多樣性是指地球上動物、植物、微生物等生物種類的豐富程度。它包括兩個方面:一是指一定區域內的物種豐富程度,可稱為區域物種多樣性。二是指生態學方面的物種分布的均勻程度,可稱為生態多樣性或群落物種多樣性。物種多樣性是衡量一定地區生物資源豐富程度的一個客觀指標(蔣志剛等,1997)。在闡述一個國家或地區生物多樣性豐富程度時,最常用的指標是區域物種多樣性。區域物種多樣性的測量有以下3個指標:一是物種總數。即特定區域內所擁有的特定類群的物種數目。二是物種密度。指單位面積內的特定類群的物種數目。三是特有種比例。指在一定區域內某個特定類群特有種占該地區物種總數的比例。③生態系統多樣性。是指地球上生態系統組成、功能的多樣性以及各種生態過程的多樣性,包括生境的多樣性、生物群落和生態過程的多樣化等多個方面。其中,生境的多樣性是生態系統多樣性形成的基礎,生物群落的多樣化可以反映生態系統類型的多樣性。生物多樣性的恢復,在國土空間生態修復中具有突出的作用。在遺傳多樣性方面,國土空間生態修復要重視選擇那些適應當地氣候和土壤條件以及抗干擾能力強的品種;在物種多樣性方面,國土空間生態修復應當根據生態系統的退化程度,充分考慮物種與生境的復雜關系,選擇陽生性、中生性或陰生性種類并合理搭配;在生態系統多樣性方面,國土空間生態修復應盡可能恢復生態系統結構和功能,加快恢復與地帶性生態系統相近似的生態系統。

景觀生態學的研究起源于20世紀50年代的德國、荷蘭等歐洲國家。20世紀80年代以來,景觀生態學理論在全球范圍內得到迅速發展。景觀生態學中的景觀,它既不是地理學意義上的景觀,也不是人們日常生活中所說的景觀,而是從生態系統組合的意義上來理解的。它強調景觀是由生態系統所組成的異質性區域,是一種具有異質性或綴塊性的空間單元。景觀生態學主要研究景觀結構、景觀功能和景觀動態及其相互作用的過程。從國土空間生態修復的角度看,下述景觀生態學的基本原理,具有重要的指導意義。

①景觀結構。景觀是由斑塊、廊道和基質等景觀要素組成的異質性區域,各要素的數量、大小、類型、形狀及在空間上的組合形式構成了景觀的空間結構。國土空間生態修復的重要目標之一,就是要對受損景觀結構進行生態修復,如對景觀中的棲息地進行生態修復,以保證生物的棲息、覓食、繁衍等基本生物過程的延續。

②景觀功能。它包括景觀構成要素(斑塊、廊道、基質)和網絡結構等所形成的各種功能,如廊道的傳輸作用、斑塊形成的源和匯、網絡連接形成的景觀整體結構所體現出來的景觀整體性功能。具體來說,景觀的功能主要有4個方面:一是植被的第一性生產力功能;二是景觀生態系統的服務功能;三是自然景觀的美學功能;四是景觀的生態功能。修復和提升景觀功能,是國土空間生態修復的重要使命和核心內容。我國公元前256年耗費4年建成的都江堰,天旱時能夠放水灌溉,雨季時可堵塞閘門蓄水。洪水季節,大部分洪水泄入外江,使內江免遭水災;到枯水季節大部分水流則流入內江,保證灌溉用水。都江堰水利工程有效地利用了景觀內的廊道,科學合理地輸送水流,有效提升了景觀的生態功能,確保了當地的生態穩定性。

③景觀過程。景觀的結構和功能會隨著時間的推移而發生變化,是一個動態的過程。景觀破碎化過程就是現代景觀最為重要的過程,它不僅極大地降低了生物多樣性,而且還加速了荒漠化等許多其他負面影響。連通過程是景觀破碎化的反過程,通過連通不僅改變了原有的斑塊,還會引起景觀機制的改變,有利于維護和促進生物的多樣性。土地轉換是另外一種重大的現代景觀過程,它總體上是有害于自然群落,對生物多樣性的保護不利。較大規模的土地轉換,加大了景觀破碎化程度,因而也影響了該地的生物多樣性,并導致了濕地面積持續下降。通常情況下,狼群要避開某些特定的土地利用類型,例如耕地、園地、草地和落葉林地,它們喜歡至少有一些針葉樹的森林。同時,狼群的發生很大可能需要滿足公路密度在0.23千米/平方千米以下的條件,在被重要高速路分割的地區不會有任何狼群的出現。美國密歇根州北部狼種群數量遠高于威斯康星州,原因就是后者的景觀很破碎,且缺少高的空間連接性。

④滲透理論。它是專門通過研究景觀連接度來研究臨界閾現象的理論。所謂景觀連接度是指景觀空間結構單元之間的連續性程度,而臨界閾現象是指某一事件或過程(因變量)在影響因素或環境條件(自變量)達到一定程度(閾值)時突然地進入另一種狀態的情形,它是一個由量變到質變的過程,從一種狀態過渡到另一種截然不同狀態的過程。滲透理論最突出的要點就是當媒介的密度達到某一臨界密度時,滲透物突然能夠從媒介材料的一端到達另一端。物理學可能應用滲透理論來研究在某種不導電的媒介中加入多少金屬材料才能使其導電。在大分子形成過程中,當小分子之間的化學鍵的數目增加到什么程度時分子聚合即可發生。國土空間生態修復則可應用滲透理論來研究某一物種處于什么樣的國土環境時才能正常生長和繁殖。當某一物種的生境面積占總國土面積的比例增加到何種程度時該物種的個體可以通過彼此相互連接的生境從景觀的一端運動到另一端,從而使景觀破碎化對種群動態的影響大大降低。植被覆蓋度達到多少時流動沙丘可以被固定。對于瀕危物種來說,其生境面積占整個景觀面積的多大比例時它才能幸免于生境破碎化作用的強烈影響等。

⑤復合種群理論。在現實的國土空間環境中,絕大多數種群都生存在充滿綴塊性的或破碎化的生境中。復合種群就是用來表示“由經常局部性絕滅,但由重新定居而再生的種群所組成的種群”,即復合種群是由空間上彼此隔離,而功能上又相互聯系的兩個或兩個以上的亞種群或局部種群組成的種群綴塊系統。亞種群之間的功能聯系主要指生境綴塊間的繁殖體(如植物種子、孢子)或生物個體的交流。亞種群出現在生境綴塊中,而復合種群的生境則對應于景觀綴塊鑲嵌體。復合種群理論就是研究這種空間復合體特征和規律的一種學說。復合種群的類型主要有5種:一是經典型或Levins復合種群,由許多大小和生態特征相似的生境綴塊組成;二是大陸-島嶼型復合種群或核心-衛星復合種群,它們由少數很大的和許多很小的生境綴塊所組成;三是綴塊性復合種群,指由許多相互之間有頻繁個體或繁殖體交流的生境綴塊組成的種群系統;四是非平衡態復合種群,它在生境的空間結構上可能與經典型或綴塊性復合種群相似,但它的再定居過程不明顯或全然沒有,使系統處于不穩定狀態;五是中間型或混合型復合種群,即在不同空間范圍內這些復合種群表現不同結構特征(鄔建國,2000)。這5類復合種群反映了自然界中種群空間結構的多樣性和復雜性,不同結構的復合種群具有不同的動態特征。1萬多年前,人類已經開始有意識地開發利用國土空間,地球上完全不被擾動的土地已經很少了,因而大多數種群都是復合種群。在國土空間生態修復時,應當以復雜種群理論為指導,深入研究區域的復合種群類型,提供更好的保護用地,以利于各種復合種群的發育、成長,促進國土空間的生物多樣性保護。

⑥島嶼生物地理學理論。1967年,MacArthur等提出了島嶼生物地理學理論,主要用于解釋島嶼生物種類要比大陸同等地塊少很多等島嶼生物地理分布的基本特征。該理論主要包括兩個核心論點:①物種-面積關系理論。即島嶼面積越大物種數量越多。例如,古巴擁有比牙買加更多鳥類、爬行動物等,牙買加擁有比安提瓜更多種類。②平衡理論。物種遷入島嶼的初始速度較快,隨著物種數量增加,滅絕率增加。當新物種遷入與原來占據島嶼的物種滅絕在同一速率進行時,島嶼物種數量達到平衡密度。平衡密度與島嶼面積等相關,面積較大可容納較多物種,平衡密度較高,即島嶼的面積效應。島嶼達到平衡密度時間取決于島嶼與大陸距離等,即島嶼的距離效應:距離較近,遷入速度較快,達到平衡密度時間較短,島嶼物種數量較多;距離較遠,遷入速度較慢,達到平衡密度時間較長,島嶼物種數量較少(劉小明,2012)。由于自然保護區、生態紅線區、孤立雨林或高山、湖泊、戈壁、沙漠山地、孤立雨林甚至人類社會包圍下的小塊自然棲息地的物種數量狀況等都可當作類似的島嶼,因而使得島嶼生物地理學理論得到更廣泛的應用。需要指出的是,島嶼和大陸的生存環境畢竟是有實質性差別的,例如島嶼環境單一化、氣候周期性變化和四周被海水包圍等,與大陸的生存環境不能同日而語,簡單的對比不足以深刻揭示其成因。然而,在國土空間生態修復過程中,防止出現“生物孤島”現象,是值得引起高度關注的。例如,劃定生態紅線,如果沒有充分考慮連通過程,就很容易破壞景觀的網絡格局,而影響結點的可接近性,影響物種流能迅速從源達到匯,增加了路途過程中能量的消耗,提升了捕食者襲擾的概率,從而造成“生物孤島”,影響生物的多樣性。

人口劇增、全球變化、生物多樣性喪失、地下水枯竭和生態環境退化使人類陷于難以擺脫的生態困境之中,并威脅到人類社會的可持續發展。如何保護現有的自然生態系統,綜合整治和恢復已經退化的生態系統,以及重建可持續的人工生態系統,成為人類亟待解決的重大課題。在這種背景之下,恢復生態學在20世紀80年代應運而生。按照國際恢復生態學會的定義:生態恢復是幫助研究生態整合性恢復和管理的科學,生態整合性包括生物多樣性、生態過程和結構、區域及歷史情況、可持續的社會實踐等廣泛的范圍(張雪等,2017)。恢復生態學在發展過程中充分吸收了生態學已有的理論,如競爭、生態位、耐性定律、演替、定居限制、護理效應、互利共生等,但在自身發展過程中也產生了一些特有的理論。與國土空間生態修復關系最為密切的特有理論,主要有下幾方面:

①自我設計和人為設計理論。自我設計理論認為,只要有足夠的時間,隨著時間的推移,退化生態系統將會根據環境條件合理地組織自己,并最終改變其組分結構。人為設計理論則認為,通過工程方法和植物重建可直接恢復退化生態系統,但恢復的類型可能是多樣的。在國土空間生態修復過程中,需要因地制宜地將兩種理論相結合。如果生態系統退化已經比較嚴重,種子庫已經喪失,自我設計的結果只能是環境決定的群落。而人為設計理論把恢復放在個體或種群層次上考慮,恢復的可能是多樣性的結果。是否采取自我設計手段取決于周邊景觀狀況、歷史、地區物種池中本土物種或者外來物種的共享、損失生境的快速補償的必要性及有關的生態系統服務如侵蝕控制等。一般說來,在國土空間生態修復中應盡量采用自我設計,可以提高恢復場地生物多樣性和自我維持能力。

②適應性恢復理論。研究表明,即使有一定年限的恢復,相對于原生生態系統,也只有23%~26%的生物結構(主要由植物集合驅動)和生物地球化學功能(主要由土壤碳庫驅動)恢復。可見,生態系統是很難完全恢復的,因為它有太多的組分,而且組分間存在非常復雜的相互作用。此外,在生態系統恢復過程中,由于物理、生態環境及社會經濟因素發生變化,對生態系統的認識也要發生變化,在恢復過程中要考慮恢復目標與措施進行適應性生態恢復。也就是說,恢復目標的確定要根據生態、經濟和社會現實;不是重建歷史上的系統狀態,而是幫助系統獲得自我發展和維持的能力(任海等,2014)。

③集合規則理論。該理論認為,一個植物群落的物種組成是按照環境和生物因子對區域物種庫中植物種的選擇與過濾組合的,在一定條件下生物群落中的種類組成是可以解釋和預測的。已有研究表明:物種庫通常包括區域、地方和群落物種庫3個層次,集合規則顯示種與種之間的組合是受到環境過濾影響的,而某些種與種之間是不互相聯系的。這主要與生態位相關的過程、物種是平等的中性過程、特化和擴散過程有關。生物間相互作用的集合規則主要基于物種和功能群等生物組分的頻率;而生物間及生物與非生物環境因子間相互作用的集合規則強調基于確定性、隨機性及多穩態模型的生態系統結構和動態響應(任海等,2014)。在國土空間生態修復過程中,在進行生物多樣性恢復時,需要充分考慮集合規則的影響。

④恢復力理論。生態恢復的核心不僅是治理被破壞的植被或者退化的土壤,而且還應該建生態系統恢復力。恢復力理論并不是恢復生態學所特有的,但恢復生態學的恢復力理論進行了創新發展。該理論認為,重建有恢復力的系統需要了解這個系統的自然演替、相互作用以及動態過程。恢復力應該包括兩種能力:一是在當下擾動中的恢復能力;二是在未來擾動中的恢復能力。因此,按照恢復力理論,生態恢復需要重新建立與地形、土壤相匹配的樹種多樣性,用表土物質來促進多樣的、自然的植物群落的演替,還可以使用定植技術來提高抗壓能力(張紹良等,2018)。也就是說,生態系統恢復要強調動態平衡、多樣性與穩定性的關系,還要考慮冗余性和生態網絡的恢復,考慮它在景觀背景下與其他生態系統的邊界、連接性、能量與物質流動態、物理環境等問題。重建有持久恢復力的系統,建設生態功能再生場所,是國土空間生態修復的重大任務。明確恢復力建設的目標,探索提高土壤恢復力、植被群落恢復力、景觀恢復力等的機理和路徑,是一個需要持續探索的重大理論和實踐課題。