基于生態系統服務理論內涵的山水林田湖草生態保護修復實踐
——以河南省南太行地區試點工程為例

陳陽，王西平?，甄娜，張剛，郭玉娟，李喆，任洪濤

1.河南省自然資源監測院

2.河南省地質災害防治重點實驗室

“山水林田湖草是生命共同體”是習近平生態文明思想的重要觀點之一[1-3],是山水林田湖草生態保護修復工作的行動指南和根本遵循。山水林田湖草系統理念體現了對生態系統整體性和系統性的尊重,反映了山水林田湖草各生態系統之間的協同性和有機聯系,是生態保護修復的重要理念和指導思想[4]。將山水林田湖草作為一個生命共同體,其生態保護修復工作必須以生態系統服務功能提升為導向[5],協調好區域發展與環境保護的關系。一般來講,生態系統服務是可以描述、測度和估價的,生態系統服務與生態系統功能有對應的關系。1974年Holdren等[6]提出生態系統服務的概念,認為生物多樣性的喪失將直接影響生態系統服務功能；Daily等[7]定義了生態系統服務功能,提出生態系統服務功能是指生態系統與生態過程所形成的、維持人類生存的自然環境條件及其效用。生態系統服務的概念是隨著生態系統結構、功能及其生態過程深入研究而不斷發展的。歐陽志云等[8]通過分析生態系統服務功能價值的評估方法,對生態系統服務功能及其與可持續發展關系進行了研究；崔麗娟[9]通過分析生態系統服務功能價值,對鄱陽湖濕地生態系統服務功能進行了研究；殷格蘭等[10]通過分析南水北調中線工程渠首所在地淅川縣林地資源變化情況,研究了林地資源變化對森林生態系統服務功能的影響；李瀟等[11]通過分析南太行地區鶴山區的生態環境問題,對生態系統服務評價成果在區域山水林田湖草生態保護修復中的應用進行了研究。生態系統服務功能價值的主要特征是生態資源的使用價值不是單個或部分要素對人類社會的有用性,而是各組成要素綜合成生態系統之后表現出來的有用性。因此,科學實施國家層面啟動的山水林田湖草生態保護修復試點工程項目,必將有效提升試點區域的生態系統服務能力。

作為試點項目區域之一的河南省南太行地區是《全國生態功能區劃(修編版)》提出的太行山區水源涵養與土壤保持重要區的重要組成部分,對京津冀及汾渭平原、黃河中下游地區具有至關重要的水源涵養、水土保持、防風固沙、生物多樣性維護、防洪調蓄等生態系統服務功能[12]。由于在對當地自然資源進行利用和改造的過程中,只注重其市場價值,忽略了生態效益、經濟效益和社會效益,造成區域生態環境問題較為嚴重,大大降低了其生態系統的服務功能和價值,嚴重制約著當地經濟社會的可持續發展。

當前,各類生態系統能否可持續利用與發展是社會非常關注的熱點問題,關鍵問題的解決則取決于人們對生態系統服務功能價值的正確認識。聯合國《千年生態系統評估報告》對生態系統服務的概念進行了界定,將生態系統服務定義為生態系統為人類提供各種產品和服務的能力[13]。科學實施山水林田湖草生態保護修復試點工程,可以有效提升區域生態環境和生態產品供給能力。筆者以河南省南太行地區山水林田湖草生態保護修復試點工程為典型案例,分析研究區域主要生態環境問題,闡述區域生態保護修復思路、目標及工程部署,總結以提高生態產品供給能力、維護生態安全為目標的南太行試點工程實踐經驗,以期為河南省今后實施類似項目提供理論依據和實踐支撐。

1 研究區概況與特征

1.1 研究區概況

南太行地區位于河南省西北部,地處晉冀豫三省交界,區域范圍包括安陽市、鶴壁市、新鄉市、焦作市及濟源市的25個縣(市、區)〔圖1(a)〕,總面積約14 018.4 km2,總人口為1 666.64萬人,占河南省總人口的16.73%。南太行地區地貌由山地丘陵、平原和灘地三大基本結構單元構成,地勢總體由西北向東南傾斜,從山區到平原呈階梯式變化,層次分明〔圖1(b)〕。區域屬于典型的暖溫帶大陸性季風氣候,四季分明,跨黃河和海河兩大流域,具有鮮明的地域特征,生物資源、礦產資源豐富,是河南省重要的能源基地、糧食生產基地、食品加工基地和新型先導產業基地[14]。

圖1 南太行地區區劃與地貌Fig.1 Regionalization and geomorphology of South-Taihang Area

1.2 區域特征

南太行地區處于太行山脈和豫北平原的過渡地帶,是黃土高原和華北平原的分水嶺,是中部地區重要的生態屏障,是構筑國家生態安全戰略格局的關鍵節點。南太行5市處于中原城市群核心地區,是對接京津冀及汾渭平原、雄安新區,銜接環渤海經濟區、長江經濟帶的重要區域,同時也是國家南水北調中線工程的必經之地。南水北調中線工程從南向北依次穿過焦作市、新鄉市、鶴壁市、安陽市,承擔著國家重要飲用水水源供給功能,是緩解華北地區缺水危機、支撐中國經濟第三極雄安新區建設發展、維護京津冀地區可持續發展的重大戰略工程,對華北地區水資源供給和國家水生態安全具有重大戰略意義。

2 主要生態環境問題

自2013年河南省開展生態省建設以來,制定出臺多部生態環境保護政策法規,系統謀劃全省生態環境保護治理工作。南太行地區各地市積極推進生態保護修復工作,將生態保護納入經濟社會發展總體布局,不斷加強生態建設,嚴格保護生態空間,生態環境保護與建設取得了一定成效。但由于南太行地區歷史欠賬較多,仍然存在較為突出的生態環境問題。

2.1 歷史遺留礦山生態破壞問題突出

由于南太行地區歷史遺留礦山和政策性關閉礦山導致的礦山地質環境破壞面積大,歷史欠賬較多,區域內礦產資源長期、過度、無序開發帶來了諸多生態環境破壞問題。據2017年河南省礦山地質環境遙感動態監測,南太行地區仍有露天采場、廢渣堆、排土場、尾礦庫、矸石堆、工業廣場、選礦廠、冶煉廠等責任人滅失礦山地質環境問題1 375處,面積達80.26 km2；“三區兩線”責任人滅失礦山地質環境問題833處,面積達60.5 km2[15],礦山生態環境恢復治理任務仍十分繁重。

2.2 流域水生態環境保護治理需求迫切

近年來南太行地區河流生態系統受人為因素和自然因素的影響遭到了不同程度的破壞,水系連通性下降,大多數季節性河流非汛期生態徑流難以保障,長期干涸造成了部分河道河床裸露、濕地退化,水生態環境狀況總體較差。南太行地區5市淺層地下水及巖溶水超采區面積共10 052 km2,占國土面積的45.34%,遠高于全省26.58%的平均地下水超采區占比水平[16]。因此,系統開展流域水環境保護治理,統籌解決南太行地區功能性、結構性水資源短缺問題的需求十分迫切。

2.3 重要生態系統受損退化嚴重

由于人類長期以來對南太行地區自然資源的大規模、無序開發利用,導致部分區域生態系統出現了一定程度的受損退化。森林生態系統結構單一、中幼林面積占比大,質量普遍偏低。以焦作市為例,森林生態系統中純林占有林地面積的93.9%,混交林僅占6.1%[16],且林分齡組結構不合理。

2.4 部分地區水土流失和土壤污染治理任重道遠

由于受地形地貌特征和土壤植被等自然因素制約,加上人類大規模、高強度的開發利用,南太行部分地區水土流失問題突出,包括焦作、安陽、新鄉和鶴壁4市18個縣(市、區)的河南省太行山東部山地丘陵水源涵養保土區共有1 626.8 km2水土流失[16]。此外,大量的工業污染物以及生活垃圾、工業廢物、農業廢物等產生量不斷增加,土壤環境質量和農產品品質下降明顯,河流水質級別為輕度污染,對該地區的生態安全和糧食安全造成嚴重影響。

2.5 區域生態系統服務功能和生態產品供給能力下降

生態系統服務是生態系統提供的產品和服務的總稱,是人類直接或間接從生態系統中得到的利益,是連接生態系統功能與人類福祉的重要紐帶[17]。根據2005年、2015年生態系統類型數據統計,10年間南太行地區的城鎮和植被(森林、灌木、草地)面積分別增加290.89和279.40 km2,濕地和農田面積分別減少23.56和540.20 km2[16](圖2)。盡管植被面積有所增加,但樹種單一、林分結構簡單,森林生態系統服務功能不高。濕地面積的減少,直接導致區域內水源涵養、土壤保持、洪水調蓄以及生物多樣性保護等服務功能降低；農田面積的減少,直接使區域內土地產出效益和生態產品供給能力下降。

圖2 2005年、2015年南太行地區生態系統類型分布Fig.2 Distribution of ecosystem types in South-Taihang Area in 2005 and 2015

3 生態保護修復總體思路與目標

3.1 總體思路

堅持保護優先、自然恢復為主、人工干預為輔的方式,堅持問題導向和目標導向相結合[18],從系統工程和全局角度統籌考慮南太行地區生態保護修復,整體施策、多措并舉,全方位、全地域、全過程開展山水林田湖草生態保護修復工程,圍繞管控、修山、治水、護渠、復綠、整地、擴濕等綜合性治理措施,聚焦重點區域和突出問題[14],充分考慮年度資金投入強度和工程的緊迫性、可行性,因地制宜、分區分階段保護修復[19],統籌推進南太行地區礦山生態環境治理與修復、流域水生態環境保護修復、土地整治與污染修復、重要生態系統保護與生物多樣性維護等。通過對退化生態系統的人工干預,促進系統完成規劃—吸收—恢復和適應的演化[20],并有效降低系統在重組階段的脆弱性,以維持和提升生態系統服務功能的可持續發展。提高區域生態產品供給能力,維護區域生態安全格局,大力提升太行山生態區、沿黃生態涵養帶、南水北調中線總干渠生態走廊的生態服務功能,維護國家生態安全、飲水安全,促進人與自然和諧發展。

3.2 績效目標

針對南太行地區突出的生態環境問題,基于“綠水青山就是金山銀山”的理念[21-22],確定其山水林田湖草生態保護修復的總體目標為:有效整治歷史遺留礦山地質環境問題,有效改善流域水生態環境質量,解決水土流失、濕地功能退化、農村面源污染、土壤環境污染等影響本地區生態安全的主要問題,促使區域生態環境質量明顯改善,使生態系統服務功能穩定健康發展,生態產品和生態功能得到有效提升。結合南太行地區生態環境問題及本次生態環境恢復治理資金量,綜合確定南太行地區試點工程的績效目標指標(表1)。

表1 南太行地區山水林田湖草生態保護修復指標體系[16]Table 1 Index system of ecological protection and restoration of mountain-river-forest-farmland-lake-grass in South-Taihang Area

4 生態保護修復方案

4.1 總體布局

基于對南太行地區生態系統結構特征及時空變化分析,從生態系統整體性和生態服務功能管理角度出發,綜合考慮不同要素間、不同區域間的生態聯系與耦合過程[23],利用ArcGIS等空間分析工具開展南太行地區生態功能重要性、生態系統敏感脆弱性評價,識別生態保護修復重點區域空間分布和主要結構特征,依據區域生態環境問題與主要生態功能定位和保護管理需求等因素,以保障生態系統整體性為原則,突出太行山區的生態屏障、南水北調中線工程總干渠供水安全以及兩大流域的生態支撐,充分銜接各類空間規劃、區劃及生態保護紅線階段成果,確定南太行地區生態保護修復工程“一山一渠兩流域”的總體布局。其中,“一山”即太行山水源涵養與生物多樣性保護區,面積為2 868.66 km2,占南太行地區面積的20.46%；“一渠”即南水北調中線工程總干渠生態廊道保護區,總長度為243.77 km,占南水北調中線工程總長度的18%,總干渠生態廊道面積為118.71 km2,占南太行地區面積的0.1%；“兩流域”即黃河流域水土保持區和海河流域水生態環境修復區,面積分別為4 182.81和6 966.93 km2,分別占南太行地區面積的29.84%和49.70%。(圖3)。

圖3 南太行地區山水林田湖草生態保護修復總體布局Fig.3 Overall layout of ecological protection and restoration of mountain-river-forest-farmland-lake-grass in South-Taihang Area

4.2 生態功能分區

在綜合考慮生態系統服務之間的權衡與協同關系基礎上[24],以“一山一渠兩流域”為總體布局,以實現格局優化、系統穩定、功能提升為目標,以問題導向、目標引領、工程支撐、管理保障為要求,堅持以自然恢復為主、人工干預為輔的方式,以維護和提升生態系統功能和環境質量為重要手段,全面分析南太行地區生態系統各自然要素及其之間的空間結構、物質交換、能量流動關系,評估生態系統的質量、服務功能的現狀與變化趨勢。以生態地質調查評估為基礎,根據區域生態環境要素、生態環境敏感性與生態服務功能空間分異規律,確定不同地域單元的主導生態功能,將南太行地區劃分為5個生態功能區,針對不同生態功能區,實施不同程度的針對性措施,確定各功能分區主要問題和重點任務(表2),實現南太行地區分區保護和可持續開發管控。

表2 南太行地區山水林田湖草生態保護修復功能分區Table 2 Functional zoning of ecological protection and restoration of mountain-river-forest-farmland-lake-grass in South-Taihang Area

4.3 生態保護修復工程治理分區

按照“山水林田湖草是生命共同體”的指導思想,從生態系統整體性、生態系統服務功能及生態系統管理出發,按照“一山一渠兩流域”生態保護修復空間分布,依據區域主要生態功能定位、突出生態環境問題和保護管理需求等因素,在南太行地區山水林田湖草生態保護修復5個生態功能分區的基礎上,圍繞區域核心生態服務功能,以生態系統的整體性和系統性為原則,統籌考慮南太行地區自然生態各要素、山上山下、地上地下以及流域上下游、干支流、左右岸,以行政區劃為參考,將南太行地區生態保護修復工程范圍進一步劃分為7個工程治理區,分別從礦山環境保護治理、流域水環境生態修復、土地整治與修復、森林系統保護與修復、生物多樣性保護等方面,確定各項工作開展的工程治理區域及各工程區主要修復措施(表3)。

表3 南太行地區生態保護修復工程分區Table 3 Zoning of ecological protection and restoration projects in South-Taihang Area

4.4 主要工程布局

部署南太行地區生態保護修復工程堅持以管控、修山、治水、護渠、整地、復綠及擴濕為主線,遵循標本兼治、遠近結合的原則[25]。南太行地區試點工程部署礦山環境治理、水生態環境治理、生態系統保護、土地整治與污染修復、科技創新工程五大類12亞類共53項生態保護修復工程,其中,礦山環境治理工程27項,水生態環境治理工程10項,生態系統保護工程10項,土地整治與污染修復工程5項,科技創新工程1項,工程布局見圖4。

圖4 南太行地區生態保護修復工程布局Fig.4 Layout of ecological protection and restoration projects in South-Taihang Area

4.4.1 礦山環境治理

南太行地區礦山地質環境治理項目區位于濟源市西部及北部、焦作市和新鄉市北部、鶴壁市和安陽市西部山前與平原交接帶。開展林州市礦山地質環境恢復治理、“三區兩線”周邊礦山整治(新鄉市)等27項工程,總概算費用為190 835萬元。其中2019年實施21項工程,概算費用為137 801萬元；2020年實施6項工程,概算費用為53 034萬元。自然恢復措施主要以平整整形、撒播草籽、管護為主；工程措施主要為危巖體清除、廢石廢渣清除、場地平整、植被重建、土地復墾、廢棄礦井封堵、廢渣填埋等。綜合治理礦山地質環境286處,治理面積267.02 km2,其中工程治理面積114.41 km2,自然恢復面積152.61 km2,水土流失面積40.25 km2,工程實施后可新增林地面積24.15 km2,新增草地面積559.23 hm2,新增土地整治面積5.57 km2。

4.4.2 水生態環境治理

水生態環境治理包括水土保持及協同治理、河道生態修復整治、生態補水及濕地建設等10項工程,總概算費用為163 904萬元。其中2019年實施9項工程,概算費用為63 819萬元；2020年實施1項工程,概算費用為100 085萬元。工程措施主要為土方開挖回填、森林生態建設等,預期成效包括治理河道長185.38 km,新增濕地面積99.95 hm2,治理水土流失面積145.65 km2,新增林地面積762.2 hm2,新增草地面積407.92 hm2,新增土地整治面積616.1 hm2,挖填方1 124.74萬m3,植樹74.83萬株、灌木79.74萬株。

4.4.3 生態系統保護

生態系統保護類項目區位于鶴壁市北部、焦作市西部和東北部、新鄉市北部、濟源市一帶。開展湯河中上游濕地修復、南水北調焦作城區段生態保護、太行山國家級獼猴自然保護區、南太行林業有害生物綜合防控等10項工程,總概算費用為253 948萬元。其中2019年實施2項工程,概算費用為92 690萬元；2020年實施8項工程,概算費用為161 258萬元。工程措施主要為河道綜合整治,實施生物過濾系統、滯留塘,建設生態河道、生態岸坡和植物浮床、生態廊道等,2019年完成治理河道31.60 km,新增濕地面積3.27 km2,水土流失治理面積28.67 hm2,新增林地面積101.3 hm2,新增草地面積81.33 hm2；2020年完成治理河道32.79 km,新增濕地面積235.6 hm2,新增林地面積3 066.7 hm2。

4.4.4 土地整治與污染修復

土地整治與污染修復類包括農田綜合整治、土壤污染修復等5項工程,總概算費用為20 641萬元。其中2019年實施2項工程,概算費用為11 761萬元；2020年實施3項工程,概算費用為8 880萬元。主要通過對田、土、水、路、林、電、技、管等多個方面工程的實施,建設旱能澆、澇能排、基礎設施完備、土地生產高質量、高標準、高效益,整體性功能較強的高標準農田。治理后可新增土地整治面積68.34 km2,新增高標準農田面積1 938 hm2,新增林地面積0.135 km2。

4.4.5 科技創新工程

生態修復不僅僅是植樹種草,更不是農事經驗的簡單實踐,必須轉變思維方式,要在科學理論支撐的基礎上進行科學實踐。南太行地區2020年實施科技創新工程1項,總概算費用為817萬元。主要包括衛輝—輝縣—鳳泉區破損山體及石漠化生態修復的機理和復綠技術研究、沁蟒河流域濕地生態保護的生態地質學及修復技術研究、湯河生態水位及岸帶植物生存域研究和濟源市基于非飽和水流的土壤重金屬污染生態治理技術研究4個子項目。

5 方案特色與實施效果

5.1 方案特色

按照“山水林田湖草是生命共同體”的指導思想,根據南太行地區礦山生態環境破壞、流域水生態環境治理需求迫切、重要生態系統受損退化嚴重、水土流失和土壤污染等突出生態環境問題,將研究區劃分為“一山一渠兩流域”的總體布局,以分區主導生態功能定位為指導,把保護放在優先位置[26],分階段修復,篩選符合分區生態環境保護修復目標的重點項目,改變過去治山、治水、種樹、護田、種草等工作各自為戰的工作格局。從時間和空間2個維度考慮工程項目之間的協調配合,明確工程的績效目標、年度計劃、資金投入等,保證生態保護修復工程的精準落地,做到工程效果可量化、可考核。通過試點工程的實施,逐漸提升研究區生態系統的水源涵養、土壤保持、防風固沙、洪水調蓄以及保護生物多樣性等服務功能,以期提供更多優質生態產品以滿足人民日益增長的優美生態環境需要[27],并逐步構建南太行地區山水相依、林田相和、湖山相接、草水相連的生態系統服務體系。

5.2 實施效果

南太行地區試點工程方案自2019年3月實施以來,因地制宜采取加速、延緩、阻斷、過濾、調控等管理和技術工程手段,實施系統性保護修復[28]。截至2020年6月底,計劃的248個子項目中已累計開工246項,占計劃項目數的99.19%,隨著具體工程的落地實施,各項績效目標穩步實現。其中河道治理長度222.15 km,新增水土流失治理面積191.28 km2,新增林地面積35.55 km2,改造低質低效林地面積3 822.60 hm2,新增高標準農田面積1 938.0 hm2,新增草地面積746.2 hm2,新增濕地面積442 hm2,保護珍稀物種棲息地面積20 hm2,綜合整治礦山地質環境162處,治理礦山環境面積185.06 km2,新增土地整治面積64.80 km2。通過南太行地區試點工程的實施,從工程謀劃到項目實施和成效推廣,打破行政界線,以流域為單位,以整合提升工程項目綜合效益為重點[29],促進區域水資源合理分配與土地資源高效利用,實現山水林田湖草等生態要素的有機結合[30],促使區域生態系統服務能力穩步提升。

6 結語

實施山水林田湖草生態保護修復工程須打破行政區劃、部門管理、行業管理和生態要素界限,綜合考慮各要素保護需求,以保護生態系統原真性、完整性和生態服務功能為目標。在綜合分析生態保護修復工程與生態系統服務功能提升關系的基礎上,以南太行地區試點工程為例,進行了山水林田湖草生態保護修復實踐探索。從自然生態系統演替規律和內在機理出發,統籌兼顧,整體實施,著力提高生態系統自我修復能力,以管控、修山、治水、護渠、整地、復綠及擴濕為主線,部署南太行地區生態保護修復工程,因地制宜采取加速、延緩、阻斷、過濾、調控等管理和技術工程手段。根據南太行地區礦山生態環境破壞、流域水生態環境急需治理、重要生態系統受損退化嚴重、水土流失和土壤污染等突出生態環境問題,確定了“一山一渠兩流域”的總體布局,并將其劃分為5個生態功能區和7個工程治理區。以維護和提升區域生態系統服務功能為核心,逐漸形成山水林田湖草生態系統良性循環,促進自然生態系統質量整體改善和生態產品供給能力全面增強,平衡生態環境保護與經濟發展、資源利用的關系。通過推廣試點工程成功經驗和實踐模式,建設河南省山水林田湖草綜合治理先行示范區,努力開創打造美麗中國“河南樣板”生態保護治理新局面。