景感生態學在流域生態系統保護與修復實踐中的應用
——以大凌河流域北票段為例

李 爽,田 野,唐明方,嚴 巖

1 中國科學院生態環境研究中心,城市與區域生態國家重點實驗室, 北京 100085 2 中國科學院大學, 北京 100049 3 中國科學院城市環境研究所,城市環境與健康重點實驗室, 廈門 361021

隨著我國社會經濟的高速發展,城鎮化水平的不斷加快,人類活動對生態系統的不利影響日益加劇,生態環境問題頻發,導致了不同程度的生態環境損害,嚴重制約或減小了生態系統功能的正常發揮[1- 4]。黨的十八大以來,黨中央、國務院高度重視生態保護與修復工作,提出了一系列新理論、新思想、新戰略,尤其是習近平生態文明思想,給整體性和系統性的生態保護與修復指明了方向與道路[5]。習近平總書記2013年11月9日在《中共中央關于全面深化改革若干重大問題的決定》中指出：山水林田湖是一個生命共同體,人的命脈在田,田的命脈在水,水的命脈在山,山的命脈在土,土的命脈在樹,用途管制和生態修復必須遵循自然規律[6]。自2016年以來,由財政部、自然資源部和生態環境部三部委聯合開展了三批共25個山水林田湖草生態保護修復試點項目,可以說,生態保護與修復已成為我國生態文明建設的一項核心內容[7-8]。

景感生態學的概念于2015年提出,是指以可持續發展為目標,基于生態學的基本原理,從自然要素、物理感知、心理認知、社會經濟、過程與風險等相關方面,研究土地利用規劃、建設與管理的科學[9]。景感生態學是研究生態系統服務和可持續發展的有效途徑,也是聯系生態系統服務和可持續發展的橋梁。景感生態學的研究目的是要在通常意義下的保持、改善和增加生態系統服務的同時,特別注重和強調要增加“可持續發展意識及其相關理念”的生態系統的服務,通過促進人們可持續發展的共同行為規范,進而使得人們在享用生態系統服務的同時,自覺地共同行動進一步地去保持、改善和增加生態系統服務,以保障可持續發展目標的實現[10]。

大凌河流域北票段自清光緒年間開始大范圍采煤,當地的采煤業曾為國家做出巨大貢獻。2009年北票市被列為國家資源枯竭型轉型試點城市[11],由于社會經濟長期依賴資源程度極高的礦山開采業,占用破壞大量土地,導致山體和生態環境遭到嚴重破壞,露天采坑、井工廢棄地、廢石渣堆遍布,形成地面塌(沉)陷、崩塌、滑坡等地質災害隱患。原有的地形地貌景觀遭到破壞,導致了植被破壞,地表涵養功能退化,水土流失嚴重,水質下降,區域生態系統退化,生態服務功能嚴重下降[12-13],傳統生態保護修復工作由于缺乏系統性、整體性和可持續性,保護修復治理的效果不盡理想[14-15]。同時,由于自然資源的枯竭,受自然環境和產業萎縮的雙重影響,當地的社會經濟發展長期處于較低水平,如何在改善大凌河流域北票段生態環境的同時促進區域的綠色轉型,實現可持續發展,已成為當地政府和居民最為迫切的現實需求[16-17]。因此在大凌河流域北票段開展以景感生態學和可持續發展理論為指導的生態保護與修復,采用景感營造的理念全面實施山水林田湖草生態保護修復工程,對山上山下、地上地下、陸地水體以及流域上中下游進行整體保護、系統修復、綜合治理,真正改變治山、治水、護田各自為戰的工作格局,對于改善區域生態環境,合理優化第一產業、調整提升第二產業、大力發展第三產業,著力加快發展綠色新興產業,實現綠色高質量發展,具有重大的現實意義和深遠的戰略意義。

1 研究區概況

本文選擇大凌河在北票市境內流域面積為研究區域,研究區面積4339.34 km2,具體范圍見圖1。大凌河流域北票段地處遼寧省西部、朝陽市東北部,南臨渤海,北接內蒙,地處大凌河中游,120°16′—121°22′E,41°20′—42°30′N之間。東西最大橫距83.25 km,南北最大縱距129.5 km。

研究區總國土面積4339.34 km2,其中耕地面積1118.25 km2,園地面積181.68 km2,林地面積1342.56 km2,牧草地面積489.12 km2,城鄉建設用地154.01 km2,交通用地30.71 km2,水利設施用地109.23 km2,未利用土地913.76 km2(圖2)。

圖2 研究區土地利用圖Fig.2 Land use map of research area

研究區內現有10處高陡邊坡、9處廢棄采坑,城區周邊鄉鎮治理區內共有32處廢棄采場、1處矸石山,占用損毀土地面積179.77 hm2,崩塌、滑坡和泥石流等礦山地質災害頻發；大凌河一級支流2016—2018年斷面監測水質超標嚴重,大凌河干流水質部分月份仍然不能標,2015—2018年各指標均呈上升的趨勢,CODCr、氨氮、總磷濃度較高,甚至超過Ⅴ類限值[16]。研究區現有水土流失面積1896.5 km2,占全市土地總面積的42.43%。其中：輕度侵蝕面積1417.55 km2,中度侵蝕面積441.22 km2,強度侵蝕面積34.84 km2,極強度侵蝕面積2.75 km2,劇烈侵蝕面積0.14 km2,在《全國水土保持規劃(區劃)》中,屬于“國家水土流失重點治理區”[18]。

2 數據來源與研究思路

2.1 數據來源

本文使用大凌河流域北票段的相關社會經濟統計數據、土地利用數據、氣象數據、遙感影像、數值高程模型數據以及各級行政界限、水系等矢量數據。遙感監測數據來源于中國科學院資源環境科學數據中心(hppt://www.resdc.cn/),空間分辨率為30 m。

2.2 研究思路

山水林田湖草各生態要素相互作用、相互聯系、相互依托,采用景感營造的理念統籌山水林田湖草生態保護修復,必須從系統思路、全局視角、流域系統層面出發,針對核心問題和關鍵環節,根據相關要素功能聯系、作用關系,統籌考慮各要素保護與修復需求,提出系統性整體解決方案[19-24]。研究區域是典型的山地-平原-河流-湖泊復合生態系統,作為一個生命共同體,這一復合生態系統提供了水源涵養、水土保持、防風固沙、水質凈化、生物多樣性維持、產品供給等多樣化的生態系統服務,而這些不同生態系統服務間,存在著此消彼長的權衡關系或者相互增益的協同關系。由于人類對不同生態系統服務不合理的選擇利用,導致在增加供給功能的同時,引起生命共同體其他生態功能的下降,是區域生態環境問題產生的根本原因[25-30]。

本研究以景感生態學和可持續發展為理論基礎,采用景感營造的理念構建了大凌河流域北票段生態系統保護與修復綜合治理框架(圖3)。

圖3 研究區山水林田湖草生態保護與修復綜合治理框架Fig.3 The comprehensive management framework of ecological protection and restoration of full-array ecosystems in research area

框架以保持—改善—提升生態系統服務為目標,設計了“問題識別—系統治理—自然修復—景感營造”四維導向的生態保護與修復思路。針對大量工礦廢棄地、水土流失嚴重、水環境污染和村鎮環境基礎設施落后等典型生態環境關鍵問題,開展以流域為單元的山水林田湖草全生態要素的系統治理,在自然生態系統占主導區域強調應用“再野化”方法自然修復與野生動物棲息地生境營造,減小工程量和資金投入,在人類活動密集區應用景感生態學理論和方法,開展景感空間營造,優化景觀格局、改善人居環境,通過塑造景感空間,寓情于景,引導和增強居民的生態環保意識,調動居民自發的生態保護行為,滿足居民的愿景和社會的需要,進而促進生態保護與修復的效果。

從生態安全、生態健康和生態福祉三個方面作為生態保護修復的實施路徑,通過歷史遺留礦山治理、白石水庫水環境提升和水土流失綜合治理保障區域生態安全；通過大黑山植被恢復、農田面源污染治理、生態廊道建設、環白石水庫濕地建設、生物多樣性提升,保持生態系統健康；通過居民的生態意識行為導引,增強公眾對生態環境的滿意度,促進綠色產業發展,提升生態福祉的效果。

從技術、制度和資金三個方面保障生態保護與修復的實施,營造“綠水青山就是金山銀山”、區域綠色高質量發展的美好愿景,調動全社會的積極性共同參與到大凌河流域北票段的生態保護與修復工作中,形成合力,加速生態保護與修復進程與效果。最后,在生態保護與修復的進程中,通過環境物聯網等高科技手段,應用景感生態學的趨善化模型,不斷進行適應性調整與優化,實現投入與產出效益的雙贏,助力資源枯竭型城市成功轉型,實現區域可持續發展。

3 大凌河流域北票段山水林田湖草生態保護與修復的景感營造

3.1 大凌河流域北票段山水林田湖草生態保護與修復景感空間體系構建

本研究圍繞全面貫徹落實習近平生態文明思想,統籌推進山水林田湖草系統修復,堅持“保護優先、系統治理、綠色發展”的原則,在系統治理的基礎上,強調自然生態系統的“再野化”修復和人類聚集區的景感空間營造,按照“一中心、二重點、五要素、六工程”組織實施,形成了大凌河流域北票段山水林田湖草生態保護與修復景感空間體系(圖4)。

圖4 研究區山水林田湖草生態保護與修復景感空間體系Fig.4 The landsense creation system for ecological protection and restoration in research area

“一中心”即以聚焦于保持-改善-提升區域生態系統服務為中心；“二重點”即筑牢我國遼西北生態屏障和保障遼西北和內蒙古東部供水安全；“五要素”即圍繞流域內礦山、林草、河道、農田、湖水等生態要素開展系統治理,協同提升流域清水產流、防風固沙、水土保持、水質提升、生態廊道連通、生物多樣性保護等關鍵生態系統服務； “六工程”就是在前期治理的基礎上,分時間、分步驟、分區域,通過三年的時間,充分考慮資金年度投入強度、可行性及地方政府的實施能力,優先啟動對國家生態安全格局產生重大影響的工程項目,安排實施“礦山地質環境綜合治理工程、水土保持與植被修復工程、生態廊道建設與生物多樣性保護工程、重要水源地生態保護與修復工程、面源污染防治與村鎮環境綜合整治工程、生態環境物聯網與管理支撐建設工程”等6方面重點工程項目,推動大凌河流域北票段生態環境的持續改善,保障遼西北、東北平原和京津冀的生態安全,促進區域產業轉型,實現綠色高質量發展。

3.2 景感營造工程布局與分區

根據“尊重自然、差異治理”的主要原則,按照“因地制宜、重點突出”的規劃方法,結合《遼寧省“十三五”生態環境保護規劃》、《北票市環境保護“十三五”環境保護規劃》、《北票市城市總體規劃》、《白石水庫生態環境保護工程可行性研究報告》等現有主要生態保護修復相關規劃方案,根據景感空間營造的原則,將研究區生態保護修復分為“低山丘陵水土保持與林草植被生態修復帶、大黑山礦山地質環境綜合整治生態修復區、高丘臺地水源涵養與風沙防治生態修復區、水源地生態保護與面源污染防治區、白石水庫水生態修復與生物多樣性保護區”5個主要治理區域,形成“一帶、四區”的生態保護修復格局(圖5、表1)。

表1 研究區山水林田湖草生態保護與修復治理分區表

圖5 研究區山水林田湖草生態保護與修復治理分區圖 Fig.5 Districts of the ecological protection and restoration in research area

3.3 景感營造工程實施的生態效益評估

(1)生態效益

根據工程量推算,通過山水林田湖草生態修復工程建設,大凌河流域北票段荒漠化進程得到控制,阻止沙漠向東侵蝕,嚴重沙化沙漠占比減少3%；受損山體得到全面修復,大黑山國家森林公園受損山體地質環境治理率達到100%,消除次生地質災害發生,實現生態資源價值的“兩山轉化”。

通過坡耕地水土流失治理工程,增加土壤植被蓄水效果,涵養水源,項目所在鄉鎮的水土流失將得到有效控制,水土流失面積減少13500 hm2,治理的坡耕地面積占項目區可治理坡耕地總面積的72.03%,年均攔蓄天然降水量在250萬 m3以上,區域的可利用水資源總量明顯提高。

通過白石水庫水環境保護與修復工程及白石水庫生態緩沖帶建設工程,削減入庫COD 4148.62 t/a、氨氮412.08 t/a、TN 761.31 t/a、TP 123.52 t/a,河濱緩沖帶增加120 hm2,生態涵養林增加280 hm2,濕地增加696 hm2,有效削大凌河流域入庫河流的入湖污染量,恢復流域的優良生態環境,促進白石水庫的水質顯著改善,有效發揮白石水庫在我國“遼西北供水工程”的關鍵節點的生態安全保障功能,以及“東水南調西輸”的調蓄池的生態服務功能,保障內蒙古干旱區的備用水源的生態安全。

通過大黑山-天鵝湖聯絡帶生態廊道建設,向中心軸兩側延伸5 km范圍內進行綠化生態修復治理,利用規劃范圍內的荒灘荒地,宜林荒山和稀疏林地進行綠化造林,規劃總生態修復造林面積為6942.4 hm2,道路綠化帶長度約為50 km,在保障河道“水質安全、行洪安全、生態安全”的基礎上打造一條融安全線、經濟線、交通線于一體的“河路生態區”,提高路岸生態建設,促進項目區經濟的可持續發展。

(2)社會效益

項目的實施,將直接推動城鄉人居環境的改善和優化,城鎮生活垃圾無害化處理率達到93%以上,鄉村生活垃圾無害化處理率達到85%以上,城鄉污水集中處理率提高到97%,農村戶用廁所無害化改造,2019年普及率達到83%,到2020年達到85%左右,改廁數量達到3800個左右。新建村鎮一體化污水處理設施6座及配套污水收集管網。新建鄉鎮垃圾收集站5座,設置垃圾收集點202處,垃圾熱解氣化處理站1座,人居環境將更加方便舒適,使人民群眾的幸福感、獲得感大為增加。

通過土地整治修復工程的實施,使得區域土壤理化性質到改善,生態產品供給、保持水土的功能顯著提升,促進土地利用結構的調整,提高區域基本農田比例,增加可利用土地,為林地、耕占補平衡和工業建設用地提供后備資源,為區域的綠色產業發展提供有力的土地資源保障。

在工程實施過程中,政府、企業和群眾對環境污染治理和生態保護修復的重要性和價值將有更充分的認識,進一步增強生態責任意識和綠色消費意識,重視生態脆弱區的環境承載力,自覺踐行綠色生產生活方式,形成全社會共治、共管、共享的生態文明新格局,實現人與自然和諧發展。

(3)經濟效益

通過生態修復試點工程的實施,可以合理調整產業結構,大力發展現代生態農牧業、清潔能源、數字化產業、生態旅游、生態水產養殖等綠色產業,為當地經濟可持續發展提供基礎。

4 結論與展望

本研究探討了景感生態學在山水林田湖草生態保護與修復中的應用,基于生態學、景感生態學和可持續發展理論,結合研究區的生態環境問題和發展需求,設計了“問題識別—系統治理—自然修復—景感營造”四維導向的生態保護與修復思路,構建了大凌河流域北票段生態系統保護與修復綜合治理框架,以保持、改善和提升生態系統服務為目標,構建了大凌河流域北票段山水林田湖草生態保護與修復體系,形成了“一帶四區”的生態安全格局,為大凌河流域北票段的生態保護與修復提供了具有針對性和可行性的頂層設計方案。通過開展景感空間營造,優化景觀格局、改善人居環境,引導和增強居民的生態環保意識,調動居民自發的生態保護行為,滿足居民的愿景和社會的需要,進而促進生態保護與修復的效果。

同時需要注意到,在傳統的生態保護與修復實踐中,往往將人類活動默認為對自然生態系統的擾動而加以限制和減少,如大量設置級別不高的保護區,即增加了地方政府長期的財政負擔又占用了大量的土地資源,其結果往往效果有限并制約了區域的發展潛力。因此,在未來的生態保護與修復工作中,建議充分應用景感生態學理論,通過構建區域居民的共同行為規范,引導并實現人類對自然生態系統的有利影響,進一步提升生態系統保護與修復的效果,促進區域可持續發展。