新時代中國土地生態學發展的思考

郭旭東，謝俊奇

（1.中國土地勘測規劃院，自然資源部土地利用重點實驗室，北京 100035；2.北京市規劃和自然資源委員會，北京 100045）

1 引言

土地生態學是應用生態學的一般原理, 研究土地生態系統的能量流、物質流和價值流等的相互作用和轉化, 開展土地利用優化與調控的學科[1]。中國土地生態學產生是國際生態學發展前沿和國內土地科學發展內在要求相互作用的結果[2]。國際上，土地生態學是伴隨景觀生態學的興起而發展起來，景觀生態學早期就稱為“Land Ecology”或“Geoecology”，后來統稱為“Landscape Ecology”。中國自然資源管理面臨的現實形勢要求把土地、生物和環境作為一個系統來開展研究，尋求解決土地利用和生態保護問題的途徑和措施[1]。在土地科學的學科體系中，土地生態學處于基礎地位[3]，與景觀生態學相比，土地生態學更偏重于實際應用[4]。中國系統開始土地生態學研究是在20 世紀80 年代末至90 年代初[2]，不同學者從不同角度為中國土地生態學發展做出了積極貢獻。中國科協、中國土地學會一直積極推動土地生態學發展，舉辦了新觀點新學說學術沙龍[5]，出版了《土地生態學》專著[6]，每年開展學科跟蹤等[7-8]。2016年12月22日，中國土地學會第七次全國會員代表大會上，土地生態分會正式成立，謝俊奇當選土地生態分會主任委員。這是近年來中國土地學會唯一新增的分支機構，也是目前中國唯一一個土地生態學專業學術組織。2017年、2018年土地生態分會連續舉辦了兩屆全國土地生態學學術研討會，在交流前沿學術觀點、傳播土地生態知識、推動土地生態學學科發展等方面起到了良好效果。

中國已經進入建設中國特色社會主義新時代，生態文明建設已經成為國家戰略。黨的“十九大”指出中國經濟已由高速增長階段轉向高質量發展階段，要求加快推進生態文明體制改革。當前，國家機構改革組建了自然資源部和生態環境部。自然資源部要落實中央關于統一行使全民所有自然資源資產所有者職責，統一行使所有國土空間用途管制和生態保護修復職責的要求，這些對土地生態學提出了新的要求。新時代，土地生態學如何肩負起時代的要求，需要每一位從事土地生態學研究的科技工作者認真思考，并通過自己的研究實踐加以落實，從而推動土地生態學學科發展，發揮滿足國家戰略實施和國家決策需求的應有作用。

2 土地生態學研究進展概述

土地生態學的主要研究內容分為土地生態系統結構與變化、土地生態功能與過程、土地生態分類與調查、土地生態評價、土地生態規劃與設計、土地生態恢復與重建、土地生態管護和土地生態經濟8個部分[6]。由于土地生態分類與調查是土地生態系統結構與變化的前提和重要手段，土地生態功能與過程是土地生態評價的重要內容和研究基礎，土地生態經濟更多可從土地經濟學領域總結，本文重點從土地生態系統結構與變化、土地生態評價、土地生態規劃與設計、土地生態恢復與重建和土地生態管護5個方面對土地生態學研究進展做一概述。

2.1 土地生態結構和變化

土地生態結構和變化的主要研究內容包括土地生態系統的形成、演替、基本特征及人為驅動下的變化等[1]。土地生態分類[9]，深度學習、人工智能等新的自動分類方法，土地生態格局演變及其環境響應[10-11]，應用統計模型、過程模型、元胞模型、多智能體模型[12]等模擬和預測未來土地生態變化趨勢是研究熱點。

土地生態結構和變化研究正經歷著由單一要素、子系統和靜態過程研究向多要素、復雜系統和動態過程綜合研究發展，由發現現象與規律向理解生態過程和微觀機理發展。集成全球、區域、流域、熱點地區等不同尺度下土地生態變化與多個環境因子間的綜合影響機理和反饋機制，發展格局—過程的定量識別與研究方法[13]，構建綜合、動態模擬模型，將成為未來土地生態結構與變化研究的重點內容。基于遙感的土地生態信息快速提取和長期、連續的野外觀測、監測與實驗將成為獲取土地生態變化信息、構建土地生態變化模型的重要手段。

2.2 土地生態評價

土地生態評價集中土地生態適宜性評估[14]、土地質量評估[15]、生態系統服務評估[16]、土地生態系統健康評估[17]、土地生態安全評估[18]等方面。土地生態安全評估的核心是土地生態系統健康評估，一般認為生態系統是持久的、連續的或是可持續的，那么該生態系統就是健康的，而健康和完整性都不是生態系統固有的特征，不能得到生態學理論的支持[19]。“健康”一般是針對“風險”而言的，與其評估“健康”存在諸多不確定性，不如轉向具體的“風險”評估。

生態系統服務評估是生態評價的重要內容和趨勢[20]。生態系統服務評估主要是建立在生態系統“結構與過程—功能—服務—收益”的級聯框架的基礎上[21]，包括物質量和價值量兩種評估方法[22]。盡管價值量評估有其重要意義，但越來越多的共識是物質量評估方法相對更為可靠，能夠客觀反映生態系統狀況及其提供服務的實際大小，其研究的優先級應高于價值量評估[23-24]。生態系統服務評估的價值在于定量評價生態系統結構與功能對全球變化的影響和響應[25]，理解多尺度的生態系統服務的空間流動、權衡和供需關系，實現區域生態系統服務集成與定向提升。

綜合來看，土地生態評估應重點測度生態系統脅迫及其效應，生態狀況、生境質量、生物多樣性間的相互聯系，以及上述因素對生態系統提供生態服務能力的影響[26]。

2.3 土地生態規劃與設計

土地生態規劃與設計將生態學原理與規劃設計有機結合，在國家及區域尺度上能夠有效權衡保護與發展的關系，為區域可持續發展提供可行路徑[27]。土地生態規劃與設計往往以土地適宜性、承載力、生態系統服務等生態評價為基礎，再以評價結果評估、指導及優化規劃空間布局[28]。當前中國土地生態規劃與設計研究呈現三個特點：一是應用范圍更加廣泛，土地生態規劃與設計的理論與方法已經應用到區域規劃、流域規劃、土地利用總體規劃、城鎮規劃、鄉村規劃、土地整治規劃及其他微觀規劃與設計等幾乎各種類型的規劃實踐領域中[29-31]；二是時代特點更加鮮明，推進生態文明建設的時代背景下，“多規合一”、規劃間銜接、三生空間劃定與管理等成為當前中國空間規劃領域研究熱點問題[32]；三是進一步關注生態規劃與設計技術方法，比如引入低碳經濟等新理念，改進傳統生態學方法、優化空間模型以提高適用性，采用情景模擬分析方法實現資源優化配置等[33]。

2.4 土地生態恢復與重建

土地生態恢復與重建研究集中在礦區生態恢復與重建[34]、區域或流域生態恢復[35]、退化土地恢復與重建[36]、土地生態化整治[37]等領域。礦區生態恢復已發展起比較成熟的“地貌重塑、土壤重構、植被重建、景觀再現、生物多樣性重組與保護”的恢復技術[38]，并進一步融入“邊采邊復”理念，實現礦區土地生態恢復重建目標。退化土地的生態恢復與重建正在由單一要素如土壤、植被等的退化機理研究和修復重建技術研發轉向以流域為代表的自然地理單元或完整的區域生態系統作為恢復或評價對象[39]。為避免傳統植被重建措施可能引起的負面生態效應[40]，人工恢復與誘導自然恢復相結合的方式成為重要的恢復重建措施。景觀結構格局優化、視覺美學評價技術等已成為重建農田、鄉村景觀的重要技術方法[41]。

2.5 土地生態管護

土地生態管護體系包括法律、政策、行政管理和技術等一系列制度安排[42]。中國土地生態管護已取得長足進展，包括水流、森林、山嶺、草原、荒地、灘涂等自然資源的所有權統一進行確權登記已經開始；《自然生態空間用途管制辦法（試行）》已印發實施并開展了試點工作；生態補償已經成為生態保護效益外部性內部化的公共制度安排，其重點領域已經覆蓋了森林、草原等重點生態功能區，以及礦山、水資源、水土保持、海洋、野生動物等領域，跨流域、跨區域的生態補償實踐已經展開；一些省份建立了河長制；以國家公園為主的自然保護地管理體制正在建立[43]。然而，如何對自然資源的所有權統一進行確權登記，尤其是多類多維復雜的礦產資源如何納入統一登記仍面臨諸多挑戰[44]。自然生態空間邊界如何劃定、如何監測、管制策略如何制定等仍需深入開展研究[45]。土地生態資產評估和生態補償價值核算工作總體仍顯薄弱[46]。

3 土地生態學發展的思考

3.1 加快構建土地生態學知識體系

（1）夯實理論基礎。與其他成熟的學科不同，土地生態學的理論基礎還相對單薄，迫切需要進一步吸收借鑒其他學科的先進理論，指導和應用于土地生態學實踐。從土地生態學的發展歷程來看，土地生態學是地理學、生態學和土地科學的交叉產物。從土地生態學研究實踐來看，土地生態學更多是應用自然地理學和景觀生態學的基本原理和方法來解決土地利用過程中的生態學問題。可見，自然地理學和景觀生態學可以成為土地生態學的核心理論基礎。土地生態學應用實踐中，應該自覺應用“區域分異”“斑塊—廊道—基質”“景觀異質性”“格局—過程—功能—服務”“生態系統服務”等基本原理。明確和強調土地生態學的理論基礎，目的在于幫助我們能夠從正確的視角發現解決現實復雜問題的基本方法。

（2）明晰概念體系。由于土地生態學是一門交叉學科，存在一定的術語的混用和套用現象。特別是近年來，隨著國家生態文明建設戰略的不斷推進，“生態”似乎越來越成為一個時髦的名詞，但引發的爭議也較大。比如什么是“生態用地”“生態空間”？什么又是 “自然生態空間”“城市生態空間”？什么是“自然資源資產”“生態資產”？等等。單就“生態用地”而言，大多數研究將其定義為某些具體地類集合，這在一定尺度上進行生態文明統計是可以的，但從概念本身出發則不夠準確。實際上，生態用地的實質就是具有重要調節服務的土地利用類型[47]。從這個定義可以看出，是不是生態用地首先要看是否具有調節服務，由此將生態用地和土地功能聯系起來；其次生態用地是一個相對概念，即“重要”調節服務，什么是重要，什么是不重要，一定是相對的，這種相對性是依賴尺度和區域存在的；最后生態用地還是要落實到地、斑塊上，落到土地利用類型上。生態空間則不同，我們提到生態空間，一定是暗含這個空間不是生產空間（農業格局）和生活空間（城鎮發展格局），所以生態空間是一個范圍，盡管我們強調三種空間不交叉、不重疊，但實際上生態空間范圍內必然會存在各種非生態用地，生產或生活空間也一定會存在生態用地。明晰和理解這些基本概念，或許就容易解決好“三區三線”劃定過程中困擾我們的一些實際問題。當前要集各方智慧，通過土地基本術語的修訂等來進一步明晰土地生態學的概念體系。

（3）構建學科體系。盡管土地科學學科體系研究有一定進展，但體系構架還不十分明確。在土地科學學科體系中，土地生態學和其他分支學科的關系、邊界還不十分清楚。需要按照土地生態分類、土地生態調查監測、土地生態評價、土地生態規劃設計、土地生態管護等邏輯鏈條進一步梳理土地生態學學科體系。

3.2 加快提升土地生態評價技術方法

（1）發展基于問題的土地生態評價機理模型。土地生態評價涉及的內容較為廣泛，目前的評價存在一定的泛化現象，主要表現是指標羅列，然而指標的生態學意義不明確，各個指標之間的關系不獨立[48]，評價的結果以狀態為主，缺乏針對問題的解決措施。評價模型仍舊以統計模型為主，說服力不夠。一些模型參數的本地化程度薄弱，以拿來主義為主，是否能夠真實反映地方實際情況尚有疑問，這些都限制了土地生態學的實際應用。發展針對問題的土地生態評價機理模型，也有賴于理論的突破，有賴于對土地生態過程的深刻認識和了解，有賴于對關鍵科學數據的采集和關鍵科學現象的觀測監測，有賴于空間信息的精細化表達。

（2）發展大數據土地生態評價方法。“大數據”已經成為新時代新技術的主要特征。如果說“發展基于問題的土地生態評價機理模型”還是從傳統角度提升土地生態評價技術方法的話，發展大數據土地生態評價技術方法則是當前我們必須面對和解決的技術難題。土地生態學的基本對象是土地生態系統，是一個以人為中心的復雜的復合生態系統，其數據來源多頭、構成多元、種類多樣，適合應用大數據技術分析問題和解決問題。首先，一個重要工作是要把社會人文因素引入到生態評價中[49]，從傳統的自然生態評價轉向自然人文相結合的生態評價，特別是要善于引入人的心理，感官等因素，通過某種表達，體現真實現狀，獲得真實評價；其次，要充分應用物聯網、移動互聯等先進技術，實現數據的實時獲取、物物的時時相通，以物治物；最后，要發展大數據計算方法，搭建運算平臺，實現海量數據的有效管理和快速分析。

（3）發展重點地區精細化土地生態評價方法。關注城市結構三維變化和城市生態環境變化[50]，關注鄉村基于大比例尺的村莊用地變化及生態環境影響，關注生態保護紅線的土地生態變化快速評估技術方法。

3.3 加快推進面向國家戰略和決策需求的土地生態學實踐應用

（1）自然資源調查監測。自然資源統一管理要求自然資源調查監測對象要從單一的土地覆被/土地利用轉向土地全要素，土地分類和變化信息的獲取要從以依賴傳統的人工方式為轉走向以智能化、自動化方式為主，調查監測的內容要從單一的數量監測轉向數量、質量和生態的綜合監測。要實現以上要求，一是要研究生產高分辨率土地全要素監測基礎產品，在土地利用/土地覆被調查監測基礎上，生產融合關鍵生態因子和重要生態指標的高分辨率土地全要素基礎數據產品，為國土空間規劃和生態修復提供基礎性信息；二是要開展土地全要素自動分類和變化信息提取技術研究，準確快速獲取生態用地之間、生態用地與其他地類之間的轉換信息；三是要加快推進自然資源調查監測數據分析評價，構建全國土地資源綜合監測網絡。

（2）國土空間規劃。當前國土空間規劃體系的重構對我們提出了新的要求，傳統的諸如“區域人地關系”等理論是否還合適？基于國家治理能力現代化和引導經濟發展方式轉變的國土空間規劃核心技術到底是什么？規劃方法要在合理科學分配建設用地指標、測算各類用地需求的基礎上向何處發展？空間規劃、區域規劃、專項規劃的邊界在哪里？要解決這些問題，一是要開展國土空間理論和技術方法創新，將生態系統服務協同和權衡、區域生態系統供需與集成、生態安全格局等理論和技術方法應用到國土空間規劃實踐中，為“三區三線”劃定提供新的思路和應用案例；二是創新國土開發適宜性評價和資源環境承載力評價理論和方法，資源環境承載力評價的重點在于生態承載力評價，其核心思想是資源是流動的，而生態是固定的，由此引起指標、評價單元和基本方法的不同，因此，要善于從人的需求、區域發展定位、資源的限制性和環境生態容量之間的平衡找到新的支撐點和落腳點；三是要發展生態系統價值核算理論和方法，建立自然資源資產、生態補償價值評估技術方法，通過國土空間規劃，引導經濟發展方式轉向綠色發展。

（3）國土空間生態修復。新的形勢要求我們進一步科學識別需要修復的重點地區和關鍵地帶，加快研究新的生態恢復措施，思考生態修復如何和經濟社會發展緊密結合，提出可操作性的區域修復方案和措施。需要開展以下研究工作：一是要提升中國國土空間生態修復的基礎理論與技術措施，中國幅員遼闊，生態系統和生態脆弱區域類型多樣，越來越多長期實驗觀測和長時間序列研究證據表明，傳統的修復理念和方式正面臨挑戰[51]，迫切需要在考慮氣候變化背景條件下，研制區域生態修復的關鍵技術措施；二是建立科學的國土空間生態修復識別與修復效果評估的技術方法體系，從基礎土地條件，土地利用變化，關鍵生態因子，生態系統服務的角度識別和判定需要生態修復的重點區域；三是開展重點地區國土空間生態修復監測。結合區域經濟社會發展實際，開展區域生態破壞的影響因素和機理研究，制定可操作的區域生態恢復方案，全面、實時監測生態修復的自然、社會和經濟影響因子。