生態工程:回顧與展望

王夏暉, 王金南, 王 波, 車璐璐, 戴 超, 鄭利杰

(1.生態環境部環境規劃院,北京 100012; 2.生態產品與自然資本聯合實驗室,北京 100012)

1 引言

當前，全球面臨生物多樣性喪失、氣候變化和污染加劇三重生態威脅，生態系統退化正在破壞人類賴以生存的食物和自然資源，已危及全球40%人口的生存。同時，新冠疫情仍在全球大流行，人與自然的關系尚不和諧，只有更好平衡人與自然的關系，維護生態系統穩定，才能確保人類社會健康可持續發展。為此，聯合國先后啟動了可持續發展十年、生態系統恢復十年和海洋科學促進可持續發展十年等系列行動，推動重構2020年后全球生物多樣性框架，促進全球生態系統恢復。中國一貫重視生態保護修復，實施“三北”防護林建設、京津風沙源治理、水土流失和荒漠化防治等重大生態工程，統籌推進山水林田湖草沙冰一體化保護和修復，著力提升生態系統質量和穩定性。在全球共同努力開展生態系統恢復背景下，世界各國普遍認為未來一段時期是通過生態恢復改善人類福祉、推動可持續發展的關鍵期。

生態工程是既古老又年輕的一門學科，被認為是實現可持續發展的重要手段。中國始于先秦的“天人合一”“道法自然”等哲學思想蘊含著豐富的生態工程理念，桑基魚塘、多水塘系統、梯田耕作等諸多樸素自發的生態實踐活動距今已有悠久歷史，是中國生態工程誕生和發展的典型實踐。20世紀60年代，基于全球生態危機和工業化“末端治理”困境的深刻反思，逐步形成了一門生態學的分支學科——生態工程。自生態工程概念提出的60多年來，其理論和方法體系得到不斷完善；研究對象從自然要素轉向自然—社會要素，研究尺度從小尺度生態系統服務提升轉向大尺度生態安全格局重塑，研究目標從生態系統結構與功能優化轉向人類生態福祉提升，研究方法從野外臺站樣地觀測轉向基于多源大數據信息的高精度模擬和預測。這些研究新動向，一定程度上標志著生態工程進入了新的發展階段。

在國際上，國外學者聚焦“基于自然”理念、生態恢復原則、“擬自然”技術等，深入開展了生態工程研究。如2016年國際恢復生態學會(SER)發布《生態恢復實踐國際原則和標準》(第一版)，并于2019年修訂后發布第二版；2020年世界自然保護聯盟(IUCN)發布了基于自然的解決方案(NbS)全球標準，為設計、驗證和推廣NbS提供指導及全球框架。盡管這些國際原則或標準對具體工程而言仍較為寬泛，但客觀上也促進了生態工程學科發展。在國內，生態工程近年來多以“山水林田湖草沙生態保護修復”或“國土空間生態修復”等為主題開展研究，側重于生態工程內涵特征、實踐路徑、區劃格局、技術標準、理論認知等領域研究。但由于生態工程具有明顯的尺度空間嵌套和屬性層次遞進等特性，山水林田湖草沙要素間生態耦合機制尚不清晰，區域生態系統服務時空演變與穩定維持機制有待揭示，使生態工程在具體實踐中存在系統性、整體性和協同性設計不足的問題。本文在回顧生態工程發展歷程的基礎上，辨析了生態工程概念的新內涵，闡述了生態工程理論演進過程和最新動態，并結合最新實踐進展，提出了生態工程的關鍵科學問題和未來發展趨勢。

2 概念演進與理論發展

2.1 概念內涵

1962年，美國著名生態學家Odum首次提出生態工程概念，即“人類通過運用少量輔助能而對以自然能為主的系統進行的環境控制”。1984年，中國著名生態學家馬世駿也提出了生態工程概念，“應用生態系統中物種共生與物質循環再生原理、結構與功能協調原則，結合系統最優化方法設計的分層多級利用物質的生產工藝系統。”1989年，由Mitsch和Joergensen主編的《生態工程》一書出版后，生態工程被國際學術界公認一門新學科，提出“生態工程是為了人類社會及其自然環境二者的利益而對人類社會及其自然環境進行的設計”。隨后，國際學術雜志

Ecological

Engineering

(1991年)的刊發和國際生態工程學會(International Ecological Engineering Society, IEES)(1993年)的成立均推動了生態工程學科快速發展。2012年，Mitsch在多年研究基礎上提出，“生態工程是為了實現對人類和自然的雙贏，把人類社會與自然環境的需求結合起來設計可持續生態系統的學科。”近年來，在國際生態工程學會的組織下，生態工程概念匯集全球生態學家智慧，也逐漸得到學界廣泛認可，即“為了提高人類福祉，利用生態學的基本原理和整體思維方式作為解決問題方法的一門工程學。”

由于經典生態學研究多以小尺度、單一現象或過程為主體，存在系統性不足、分散孤立的局限，難以滿足大尺度生態工程管理的科技需求，人們也期望生態工程能夠提供一種科學理論和系統解決方案。近年來，在“人與自然和諧共生”“山水林田湖草是一個生命共同體”等理念引領下，以多要素、多尺度、多類型的過程耦合和空間集成為研究視角，開展的一系列國土空間生態修復的系統性、整體性、綜合性研究，彌補了基于單一生態要素或過程的研究缺陷，推動了生態工程內涵得到豐富和拓展。綜上，新時期生態工程可定義為：以“山水林田湖草生命共同體”理念為指導，以構建人與自然和諧共生關系、提升生態系統質量和穩定性為目標，在具有某一種或多種生態服務功能的空間單元內，遵循自然演替規律和利用整體思維方式，對生態系統進行保護、修復、重建等的過程和活動。而面對全球性、區域性的生態危機和社會挑戰，大尺度、多要素生態工程的顯著特征之一就是對山水林田湖草沙生態系統過程進行一體化調控，具體特征如下：

(1)系統調控、整體實施。大尺度生態系統往往由山水林田湖草沙多種生態要素構成，要素間相互影響關聯，構成一個生命有機體。生態系統的平衡和穩定性取決于系統過程和結構的完整性，只有結構和過程完整的系統，才能發揮系統正常功能。因此，生態工程遵循整體系統觀，統籌要素與要素、結構與功能、人與自然的多元關系，實施全要素、全過程、全鏈條優化調控，不斷提升生態系統穩定性。

(2)尺度關聯、格局優化。生態系統具有明顯的尺度效應和時空動態特征，不同尺度下的生態工程，在空間上相互關聯，在時間上有序推進；在某一尺度上的問題，往往需要在更小尺度上解釋其成因機制，在更大尺度上尋求解決問題的綜合路徑。基于此，生態安全格局的構建不拘泥于特定空間或時間尺度，需構建多尺度協同的生態安全格局。因此，生態工程應考慮多尺度空間關聯，利用生態安全格局構建范式，準確識別工程實施關鍵區域，優化生態安全格局。

(3)過程耦合、自我演替。依據人類活動對于生態系統的干擾度，可將生態保護修復路徑分為保育恢復、輔助再生、生態重建3個類型。面向多元目標、多種脅迫的生態工程，需發揮生態系統自我調節、自我恢復的強大自然能力，科學配置保護恢復、輔助再生、生態重建等措施，最大程度降低人類對自然恢復過程干擾，培育生態系統自我演替機能。因此，生態工程應耦合多類型生態保護修復路徑，加強適應性管理，將人類活動控制在可承載范圍內，實現生態系統正向演替。

(4)目標權衡、協同增益。生態系統服務是鏈接自然過程和社會過程的橋梁，不同服務間具有此消彼長的權衡或相互增益的協同關系。考慮到生態系統的生物多樣性、空間異質性、過程復雜性等特征，生態工程往往要在多目標、多功能情境下進行利弊權衡或協同增益。因此，生態工程應利用“格局—過程—服務—福祉”的級聯框架，有效識別生態系統服務權衡與協同的關系，在時空尺度上耦合保護、修復、重建等生態和人類活動過程，推動區域生態系統的格局優化、服務增益、福祉提升。

2.2 理論發展

2.2.1 工程原則

2012年，Mitsch在總結生態工程發展歷程時認為，自我設計、整體思維、清潔能源利用和生態系統保護等是生態工程的核心原則。2019年，SER發布的《生態恢復實踐的國際原則和標準》第二版，提出生態恢復的8項原則和4項實踐標準。2020年，IUCN發布了NbS的全球標準，包括8項準則和28項指標。在國內，馬世駿先生較早地提出了生態工程“整體、協調、再生、循環”的4項基本原則；隨后，王如松院士又將其拓展為開拓適應、競爭共生等8項設計原則；任海等認為自我設計與人為設計理論是唯一從恢復生態學中產生的理論。2020年，為規范和指導各地山水林田湖草生態保護修復工程實施，國家發布《山水林田湖草生態保護修復工程指南(試行)》；隨后，又啟動了相關生態保護修復工程的方案編制、驗收評估等規范文件研究工作。當前，生態工程實施原則趨于規范化和標準化，以便更好指導具體工程實踐。同時，不少學者意識到生態工程已有原則標準仍需進一步明確，如Sowiń和Garcíab認為NbS的概念和標準仍具有模糊性，使得許多補充或相關措施的行動經常被誤認為是NbS。

2.2.2 工程對象

生態工程研究起源于歐美國家自然資源管理實踐與傳統生態學研究，多以自然生態系統為研究對象，如早期研究側重于污水自然凈化、河湖和濕地恢復等領域。21世紀初，盡管已有學者認為工程對象由自然生態系統開始延伸至社會—經濟—自然復合生態系統，但總體上，仍以自然生態系統為主。Romanelli等通過文獻計量法發現，大多數研究對象是森林生態系統，對草原、濕地、海洋等研究較少。在中國，研究對象起初主要為農業生態工程，后又逐漸拓展到退化生態系統恢復、污染控制等領域。近年來，中國深入開展自然資源管理體制改革，推動了生態工程對象從自然要素轉向社會—自然要素。同時，研究對象由中小尺度轉向大尺度，如傅伯杰等開展黃河流域人地系統耦合機理與優化調控，鄔建國等定量研究了全球變化與區域可持續發展耦合關系。生態工程研究對象開始強調區域自然恢復與社會人文、政策決策的耦合研究，嘗試從協調人地矛盾源頭出發，提升生態系統服務和人類福祉。同時，社會要素與自然要素的相互影響機理有待揭示，如生態修復制度創新對生態工程的影響如何、生態產品價值路徑如何實現等。

2.2.3 工程目標

生態工程目標由單一的保護生態環境，逐步拓展到人與自然互饋受益，實現人與自然和諧、經濟與環境協調發展，如Mitsch認為生態工程的目標包括恢復受到人類活動嚴重干擾的生態系統，以及發展人與自然和諧的可持續生態系統。任海等認為生態恢復的近期目標是恢復退化生態系統的結構、功能、動態和服務功能，長期目標是實現生態系統的可持續發展。傅伯杰認為國土空間生態修復3個演進階段核心治理目標分別是協調布局、系統治理、人地和諧。考慮到自然生態系統的時空動態特征和恢復過程的不確定性，研究目標也從目標導向轉向過程導向，將生態恢復作為生態系統自我修復的開始，強調全過程適宜性管理。生態工程的研究目標由單純的修復生態，拓展為人與自然同時受益，由生物組分和功能優化轉向人類福祉提升。

2.2.4 技術方法

生態保護與修復方案往往是多種技術的有機組合，而修復效果取決于修復方案的科學性。不同類型、不同尺度的生態工程，所采用的技術方法明顯不同，如表1匯總了生態工程的主要修復技術方法，并分析了不同技術方法的優缺點。依據退化生態系統恢復對象不同，恢復技術主要包括：(1)非生物或環境要素(包括土壤、水體、大氣)的恢復技術；(2)生物因素(包括物種、種群和群落)的恢復技術；(3)生態系統(包括結構與功能)的總體規劃、設計與組裝技術；(4)景觀恢復技術(包括生態系統間連接技術、生態保護網絡構建技術等)。根據人類干擾程度的不同，主要包括生態保護技術(如自然保護地技術、生態功能群重建技術、生態網絡構建技術等)和生態修復技術(如土壤修復技術、植物修復技術、景觀修復技術、再野生化技術等)。從研究尺度來看，小尺度上的研究側重于水體、土壤、植被、礦山等單要素技術方法研究，而大尺度的研究側重于生態安全格局構建、生態網絡建設、生態修復區劃、多生態要素修復集成等技術。當前，生態工程技術方法體系正趨于加快完善階段，既強調小尺度、單因素技術的擬自然、再野化等特征，也注重大尺度、多要素技術的耦合性、協調性。而面向國土空間生態修復，生態修復技術發展尚不成熟、體系尚不完備，如生態調查與評估、生態規劃與布局、空間及要素統籌修復、修復效果評價等技術亟待聯合攻關。

表1 生態工程的主要技術方法與優缺點分析

工程對象技術類型主要技術優缺點水體物理截污分流與引水沖污、底泥疏浚、人工曝氣等技術。化學化學除藻、底泥封閉、復合混凝沉淀、電催化氧化等技術。生物-生態微生物強化、植物凈化、人工濕地、生物膜凈化及生物-生態組合等技術。物理化學方法見效快,工程造價較高,化學方法易導致“二次污染”;生物-生態方法具有處理效果好、工程造價相對較低、運行成本低廉等優點[41,42]。土壤物理物理分離法、溶液淋洗法、固化穩定法、凍融法和電動力法等。化學溶劑萃取法、氧化法、還原法和土壤改良劑投加技術等。生物微生物修復、植物修復和動物修復3種, 其中以微生物與植物修復應用最為廣泛。同物理化學方法相比, 生物修復具有可基本保持土壤的理化特性、污染物降解完全、處理成本低和應用廣泛的特點。生物修復的局限性包括污染物種類的局限性、受環境因素的影響大、修復時間長等[43]。礦山土壤重構排土、換土、去表土、客土與深耕翻土方法等物理改良技術,化學改良技術等。生物恢復植物修復、土壤動物修復、土壤微生物修復以及菌根生物修復技術等。廢水控制與處理膜處理法、混凝土法、生物膜法、SBR法、生物氧化法、氧化溝法及濕地處理法等。土壤的物理改良和化學改良投資巨大,不能改變原有景觀面貌。生物修復投資小,能夠同時改變大氣、水體和土壤的環境質量,減輕污染對人體健康的危害,并且可能同時展開農林開發,具有一定的經濟優勢[44]。生態系統生態評價與規劃土地資源評價與規劃、環境評價與規劃、景觀生態評價與規劃等技術。生態系統組裝與集成生態工程設計、景觀設計、系統構建與集成;自然保護地構建、生態功能群重建、生態網絡構建等技術。水體、土壤和礦山等單要素生態修復技術側重于場地小尺度應用;生態系統類型含景觀、區域、流域等中大尺度生態系統,一方面,側重于系統內單技術應用,另一方面,側重于系統間結構和功能完善、生態評價、格局優化等。

3 生態工程實踐進展

3.1 國外生態工程實踐

在人類文明發展進程中，由于農業文明時代人類改造自然的能力較小，尚未開展較大規模的生態工程建設。進入20世紀后，隨著各國工業化和城市化進程加快，面對環境污染和生態破壞問題，許多國家實施了重大生態工程，如美國“羅斯福工程”、前蘇聯“斯大林改造大自然計劃”、加拿大“綠色計劃”、法國“林業生態工程”、日本“治山計劃”、韓國“治山綠化計劃”、北非“綠色壩工程”、印度“社會林業計劃”、菲律賓“植樹造林計劃”等。以上工程實施，對改善工程區生態環境發揮了積極作用。自20世紀60年代“生態工程”概念提出后，憑借其零(低)能耗、無污染等優勢，一些地區探索利用其基本原理解決環境污染、海洋富營養化等問題，如美國20世紀70年代在佛羅里達的Garimsville種植柏樹使之成為森林濕地，處理污水中有機質和金屬元素；在馬薩諸塞州的沿海沼澤及鹽灘上利用生態工程處理地表徑流，以防止海洋富營養化；在德國建立了以蘆葦為主的濕地處理廢水的生態工程。近年來，國外生態工程也側重于整體系統觀、“基于自然的”理念、“擬自然”技術的應用，如歐洲萊茵河一度被稱為“歐洲下水道”，在經歷污水治理、水質恢復等階段后，開始側重于從生態系統的角度看待萊茵河流域的可持續發展，將生態系統的恢復作為最終目標，接續實施了生態修復、提高補充兩個階段工程，經過50多年的修復后，使萊茵河成為生物多樣性豐富、更加貼近自然的河流生態系統；NbS作為一種國際主流化方案，也被廣泛應用于生物多樣性保護、氣候變化適應、農業可持續發展等領域。當前，歐洲、北美和澳洲等國家在生態恢復工程實踐方面走在前列，涉及森林、草原、河流生態恢復和廢棄礦地修復等，如歐洲的礦山廢棄地生態恢復，北美國家的水體和林地生態恢復，新西蘭和澳洲的草原生態恢復等生態工程技術和管理處于領先水平。

3.2 我國生態工程實踐

我國實施的一系列重大生態工程具有鮮明的時代特征，由其特定的經濟社會發展階段所決定，體現了人們對重大自然災害的深刻反思(圖1)，如1978年西北、華北、東北風沙危害和水土流失問題，1998年長江特大洪災和2000年北方大面積沙塵暴等。回顧我國生態建設發展歷程(表2)可以發現，1978年之前我國鮮有大型生態工程，三北防護林工程是我國最早實施的規模較大的生態工程。自1978年至今，依據生態保護理念和方法的不同，可將我國生態工程分為啟動實施(1978～1999年)、重點治理(2000～2012年)、系統修復(2013年～至今)三個階段。(1)啟動實施期。生態保護理念未得到足夠重視，讓步于經濟發展，生態退化和自然災害頻發，啟動實施了三北、沿海防護林、天保等生態工程，探索了防沙治沙、水土流失、天然林保護等技術，但由于生態工程尚處于試點示范階段，有關技術方法有待完善。(2)重點治理階段。受可持續發展理念影響，堅持經濟發展與生態保護并重，啟動了京津冀風沙源、退牧還草、濕地保護等生態工程，初步建立了防沙治沙、草地修復、濕地保護、石漠化治理等技術體系，但多為單要素生態修復技術，要素間系統修復技術研究不足，空間尺度關聯、格局優化等大尺度技術逐漸受到重視。(3)系統修復階段。受生態文明理念影響，堅持生態優先、綠色發展，實施了以山水林田湖草沙系統治理為代表的生態工程，在進一步完善單要素修復技術體系的同時，探索了以國土空間生態修復為主的多要素耦合、空間關聯技術體系。如劉世梁等通過對貴州省生態系統服務和景觀脆弱度分析，辨析了保護與發展沖突區，有效識別了生態修復的優先區，提高了生態工程實施針對性；史芳寧等通過廣西左右江生態網絡分析，將“山水林田湖草”一體化調控理念落實到具體地區；彭建等認為現有國土空間生態修復研究側重于系統性、整體性、綜合性等認知，以市縣尺度的生態安全格局識別與優化生態修復分區等研究為主。

表2 我國重大生態工程發展階段及特征

發展階段工程名稱開始時間實施背景階段特征啟動實施期(1978～1999年)三北防護林工程1978年西北、華北和東北風沙危害和水土流失。沿海防護林體系建設工程1988年沿海地區臺風、海嘯等自然災害頻發,嚴重威脅人民群眾生命財產安全。長江流域防護林體系建設工程1989年過度采伐森林,導致流域水土保持能力持續削弱,生態環境不斷惡化。天然林資源保護工程1998年天然林資源過度采伐,導致林區森林資源危機。1998年長江發生特大洪災。退耕還林還草工程1999年由于盲目毀林開墾等,造成了嚴重的水土流失和風沙危害,自然災害頻頻發生。改革開放后,生態保護理念未得到足夠重視,讓步于經濟發展,生態退化和自然災害頻發,啟動實施了一些重大生態工程,但防沙治沙、水土流失、天然林保護等技術尚處于探索階段,有待完善。重點治理期(2000～2012年)京津風沙源治理工程2000年京津乃至華北地區多次遭受風沙危害,特別是2000年春季,北方揚沙和沙塵暴天氣多次影響首都。退牧還草工程2003年西部地區受超載過牧等影響,天然草原加速退化。濕地保護工程2003年受圍墾和過度開發等影響,重要自然濕地及其生物多樣性普遍遭受破壞。巖溶地區石漠化綜合治理工程2008年石漠化嚴重制約著西南熔巖地區經濟社會發展。進入新世紀,受可持續發展理念影響,堅持經濟發展與生態保護并重,啟動了一批新的重大生態工程,防沙治沙、草地修復、濕地保護、石漠化治理等單要素技術體系相對完備,但要素間系統修復技術研究不足。系統修復期(2013年～至今)山水林田湖草生態保護修復工程試點2016年受高強度的國土和礦產開發利用等影響,我國一些生態系統破損退化嚴重,生態供給能力不斷下降。重要生態系統保護和修復重大工程2020年我國自然生態系統總體仍較為脆弱,經濟發展帶來的生態保護壓力依然較大。十八大以來,受生態文明理念影響,堅持生態優先、綠色發展,實施了山水林田湖草沙系統治理為代表的生態工程,在進一步完善單要素修復技術體系的同時,探索了以國土空間生態修復為主的多要素耦合、空間關聯技術體系。

圖1 1978～2020年我國重大生態工程時間軸

回顧生態工程發展歷程，我國重大生態工程始終聚焦重點生態區突出問題，修復內容由治山、治水、治沙等單一內容逐漸拓展到山水林田湖草沙一體化保護和修復，工程實施區的自然生態系統總體穩定向好，生態系統服務功能逐步增強，取得了顯著成效。然而，在學術層面，由于生態系統服務—結構—過程之間關系是復雜的、關聯的，加之受到高強度人類活動影響，使得生態工程設計原理和技術方面仍存在一些問題，如生態系統服務對人類活動的響應機制是什么，對人類福祉的影響如何，以及工程管理體系不完善、工程整體設計不夠、本土化適用技術缺乏、工程實施全過程監管不足等問題。因此，仍需加強生態工程科技創新，開展生態保護修復基本理論和關鍵技術攻關。

對比國內外生態工程實踐可知，生態工程通常均遵循了生態學基本原理和方法，充分發揮了生態系統凈化、調節、緩沖等生態服務功能，在改善區域生態狀況、治理污染等方面發揮了重要作用。近年來，國外生態工程側重于“基于自然的”理念、“擬自然”技術和“再野化”技術的應用，強調工程技術研究的同時，也注重工程管理的創新，推進生態修復實踐趨于標準化和規范化。我國在生態文明思想指導下，尤其是“山水林田湖草是一個生命共同體”理念引領下，通過保護地體系建設、生態格局優化、生態網絡構建等技術方法，強化了生態系統的多要素關聯、多過程耦合、多目標協同的研究，同時，側重生態保護修復制度創新，加強生態工程全過程管理。借鑒國外生態工程實踐經驗，我國生態工程在“基于自然的”理念、“擬自然”技術和“再野化”技術應用方面仍有較大提升空間，在推進生態工程標準化方面，仍有待進一步規范。

4 科學問題與發展趨勢

4.1 科學問題

針對當前大尺度生態工程研究局限和重大科技需求，需深入研究區域生態系統的要素—結構—過程—功能—服務—福祉級聯關系，揭示人類活動高強度干擾下生態系統過程—格局—服務的響應機制，完善基于人與自然雙向互惠關系重構的生態工程調控原理，建立區域山水林田湖草沙協同保護與修復工程技術方法，闡釋區域生態安全格局變化與人類福祉的協同演變進程，以下四個方面科學問題亟待研究：

(1)人類活動高強度干擾下的生態系統過程—格局—服務的響應機制。生態系統對人類干擾產生響應和反饋時，生態系統服務和產品也產生相應的變化。因此，隨著人類改造自然能力的不斷提高，需要研究人類活動高強度干擾下生態系統服務的響應與反饋特征，探究導致生態系統服務變化的系統結構與生態過程根源，分析人類需求對生態系統過程—格局—服務產生影響的不同驅動作用，研究人類活動干擾下生態系統格局、過程、功能、質量的變化。

(2)基于人與自然雙向互惠關系重構的生態工程調控原理。生態工程的終極目標是生態系統服務和人類福祉協同提升。因此，需要通過生態工程調控，持續優化甚至重構人與自然雙向互惠關系，深入研究生態系統與人類福祉及資源環境的關系，人類發展需求與生態系統服務供給的沖突及其權衡的生態學原理，需要開發生態系統監測、評估、預測和監管的理論方法，研究設計生態系統的保護、利用、管理和重建等應用理論及方案。

(3)區域山水林田湖草沙協同保護與修復工程技術方法。山水林田湖草沙生態要素間具有復雜的關聯性，在生態系統上具有完整性。因此，要在完善單要素生態修復技術的基礎上，深入揭示生態系統的要素與要素、要素與系統、系統與環境的生態學關系及其關系的形成機理、維持機制及其調控原理，集成和優化跨尺度、多要素生態修復技術，以滿足國土空間生態保護修復技術需求。

(4)區域生態安全格局變化與人類福祉的協同演變進程。區域生態安全格局的變化，會影響到區域生態系統服務的強化或削弱，進而影響到以生態系統服務為基礎的人類福祉。因此，需要開展區域生態安全格局背景下的生態系統服務定量評估，研究生態系統服務的空間轉移規律，定量評估生態系統服務變化對人類福祉的影響，進而建立區域生態安全格局與人類福祉提升的協同耦合模型。

4.2 發展趨勢

面對全球性多重生態危機，生態學以其非線性思維、整體系統觀、多學科整合等特點和優勢，為探索解決全球生態危機提供了科學基礎，生態工程是重要實現路徑。當前，生態工程研究正進入新發展階段，從理論研究、實踐探索到決策管理，更加注重工程實際問題的解決，需要充分利用成熟技術和管理手段，實現工程綜合效益最大化。在技術方法上，大尺度、多要素生態保護修復強調整體保護、系統修復、綜合治理，側重于自然保護地、生態網絡構建、景觀連通性提升、生態修復區劃等技術研究，注重單要素生態修復技術的整合、優化和互補；小尺度、單要素生態修復技術則側重于“基于自然的”理念、“擬自然”技術、“再野化”技術的工程實踐和技術完善。隨著各類生態工程持續深入推進，生態工程技術、材料、裝備向多目標、環境友好型、生態化發展，納米材料、人工復合材料、生物材料等新興環保型材料和生態設計將更多被采用，在生態修復中實現節能減排，減少溫室氣體排放。另外，生態工程實施尺度逐步由中小尺度向流域、區域等大尺度生態工程轉變，更加注重社會、人文、政策因素耦合，強調適應性恢復和管理，以生態工程為橋梁，構建人與自然和諧相處的生命共同體。

5 結語

當前，我國自然生態系統總體仍較為脆弱，生態承載力和環境容量不足，經濟發展帶來的生態保護壓力較大，資源過度開發導致生態破壞問題突出，系統保護難度加大，亟待加強生態學基礎理論研究和工程實踐探索。隨著“山水林田湖草是一個生命共同體”理念引領重大生態工程實踐取得新成果，生態工程的概念、理論和方法獲得新發展，更加注重人與自然和諧共生關系構建和經濟-社會-生態多元目標的協同增益。中國近年實施的山水林田湖草沙生態保護修復工程實踐，探索了一種“以自然之道，養萬物之生”的系統性可持續解決方案，在工程區取得明顯成效，為解決全球性生態危機提供了一種生態工程新范式。考慮到全球氣候變化對生態系統服務和人類福祉的影響是全面的，人類社會需求增長對生態系統的脅迫是系統的，未來還需要進一步融合地理學、環境學、管理學、系統工程學等理論方法和現代信息技術，加強新時期生態工程科技創新與實踐，以滿足面向美麗中國建設的生態保護修復重大戰略需求。