我國生態問題鑒定與國土空間生態保護修復方向

王 柯,張建軍,2,*,邢 哲,包揚航

1 中國地質大學(北京)土地科學技術學院,北京 100083 2 自然資源部土地整治重點實驗室,北京 100083 3 軍委后勤保障部工程質量監督中心,北京 100036

改善生態環境、保護生態系統是當前國際社會的重要議題。針對破壞和退化的生態系統,各國已采取多項舉措來保護和恢復生態系統。1992年,歐盟建立Natura 2000自然棲息地和野生動植物群保護網絡,要求其成員國設立特別保護區[1]。同年,196個國家簽署了《生物多樣性公約》,目標是保護生物多樣性,實現可持續發展。自公約簽署至今,已有185個國家編制了至少一份的國家生物多樣性戰略和行動計劃[2—3]。2010年,《生物多樣性公約》締約方大會第十屆會議制定了2011—2020 年《生物多樣性戰略計劃》,計劃中的目標15明確提出到2020年通過養護和恢復行動,恢復至少15%退化的生態系統[4]。2016年,聯合國發布的《2030年可持續發展議程》呼吁各國“保護、恢復和促進可持續利用陸地生態系統,可持續管理森林,防治荒漠化,制止和扭轉土地退化,遏制生物多樣性的喪失”[5]。

自改革開放以來,我國的經濟得到快速發展,人們的物質生活水平不斷提高。然而,快速的城市化和工業化導致生態環境破壞嚴重,發展和保護之間的矛盾愈演愈烈[6]。我國面臨著水土流失、石漠化、荒漠化、土壤鹽堿化、生物多樣性銳減、生態系統退化等一系列生態問題,這是中華民族永續發展的重要挑戰,關乎到人民生活福祉。近十年來,我國在生態保護和修復領域付出了巨大努力[7—10]。2012年,黨的十八大做出“大力推進生態文明建設”的戰略決策。2017年,黨的十九大報告指出要加快生態文明體制改革,建設美麗中國。“十三五”期間,我國先后開展了25個山水林田湖草生態保護修復工程試點,涉及全國24個省份,生態保護修復工作初見成效[11]。2019年,中共中央、國務院關于建立國土空間規劃體系并監督實施的若干意見指出,“堅持山水林田湖草生命共同體理念,加強生態環境分區管治,量水而行,保護生態屏障,構建生態廊道和生態網絡,推進生態系統保護和修復,依法開展環境影響評價”,生態保護修復成為國土空間規劃體系內的關鍵環節[12]。2020年6月,國家發展改革委、自然資源部聯合印發《全國重要生態系統保護和修復重大工程總體規劃(2021—2035年)》,再次昭示生態保護與修復在國家戰略中的重要地位[13—14]。2020年9月,自然資源部辦公廳、財政部辦公廳、生態環境部辦公廳聯合印發《山水林田湖草生態保護修復工程指南(試行)》,這進一步鞏固并規范了國家開展生態保護修復的技術基礎和實施路徑[15]。

在國家生態文明建設的背景下,我國學者從生態區劃[16—18]、生態退化研究[19—22]、國土空間生態保護修復理論[23—26]、生態保護修復技術歸納[27—28]、生態保護修復規劃[29—30]、生態修復成效[31—36]等多角度開展研究,這為我國全方位開展國土空間生態保護與修復工作打下基礎。針對生態問題識別的研究多集中于單一問題或單一區域[37—40],鮮有研究基于多源信息從全國生態分區角度鑒定并系統梳理不同分區關鍵生態問題及其保護修復方向。本文綜合已有多源公開數據(學術文獻、政府報告、規劃文本、新聞等)開展信息計量分析,在行政區尺度鑒定中國不同生態問題的研究熱點區域,并將具體生態問題聚焦到生態本底較為一致的生態分區單元上,為我國做好頂層設計提供基礎指引,準確把握不同區域生態保護修復重點和方向。

1 數據資料與方法

1.1 基于文獻計量的研究熱度評價模型

本文首先應用文獻計量方法從行政區尺度探索我國不同生態問題關注程度的空間差異,并將研究結果作為后續聚焦各生態區關鍵生態問題的基礎判斷。以CNKI和Web of Science期刊數據庫為數據源,通過文本提取、生態問題及地名實體詞識別、地名標準化等手段,獲取了不同省/市針對不同生態問題的研究文獻。由于我國不同省市間的科研能力存在差異,導致不同省市的科研論文發表數量存在巨大差異,如果僅從科研論文的發文數量來表征研究熱度來說,可能會出現“信息鴻溝”造成的認知偏差。因此,本文選擇生態問題相關科研論文數量與相應省/市全部科研論文數量的比值作為調節系數,對特定生態問題研究論文出現頻次進行修正后,得到一個更加綜合、科學的生態問題研究熱度值。生態問題研究熱度值的計算公式為：

式中,Q為生態問題綜合研究熱度指數；Nse為某一地點在以荒漠化、水土流失、石漠化、生物多樣性、鹽漬化、生態系統退化、礦山生態退化等為主題檢索到的文獻中出現的總頻次。Nall為某一地點發表的學術研究文獻的總量。為方便區域間的對比分析,本文對Q進行了標準化處理,得到生態問題相對研究熱度指數Q0,其中,max(Q)為Q的最大值,min(Q)為Q的最小值。

1.2 生態區劃的選取

在對我國生態問題研究熱度評判的基礎上,本文從生態分區的角度進一步聚焦本地化的生態現狀和問題,以提出針對不同生態區的生態保護修復重點和方向。以生態區為研究單元可以更好的為生態系統的研究、評價、保護修復和管理提供一個合適的空間單元,其打破了傳統行政界線的限制,為因地制宜實施區域生態保護與修復工程提供科學支撐。本文通過綜合對比不同生態區劃方案,最終采用傅伯杰院士提出的生態區劃方案[16]。該區劃方案在深入研究我國生態本底特征、生態服務功能、生態敏感性和人類活動對生態環境的脅迫等要素的特點和規律的基礎上,綜合考慮了光、溫、水、土、風、熱、植被、地形地貌、人類活動等自然要素和人為要素,將我國劃分為3個生態大區、13個生態地區和57個生態區(表1)。該方案可以為區域可持續性發展戰略、生態保護與修復工程提供宏觀框架。

表1 中國生態區劃表

1.3 生態區保護與修復方向的確定

國際生態修復學會(SER)于2016年發布的《生態修復實踐國際標準》中提出根據修復場地生態系統損害或退化程度的差異可將生態保護修復模式可分為自然再生、輔助再生和生態重建三類[41]。隨著生態文明建設的快速推進,我國對生態保護和修復提出新要求,國家發展改革委、自然資源部于2020年聯合印發的《全國重要生態系統保護和修復重大工程總體規劃(2021—2035年)》提出了未來十五年生態保護修復的工作方向。同年,自然資源部辦公廳、財政部辦公廳、生態環境部辦公廳聯合印發的《山水林田湖草生態保護修復工程指南(試行)》提到,“組合運用保護保育、自然恢復、輔助再生、生態重建修復模式,采取工程、技術、生物等多種措施,提升綜合治理的成效”。因此,本文在借鑒國際經驗的基礎上,以我國提出的保育保護、自然恢復、輔助再生、生態重建四類生態保護修復措施為指引,通過摸清生態本底、鑒定生態問題,確定不同生態分區內的主導保護修復方向,以期為未來國家全面開展生態保護修復工作提供基礎參考。

1.4 基于多源信息的重要生態問題鑒定框架

由于我國幅員遼闊,無論是氣候條件、地形地貌、植被類型、地質條件等自然條件,還是人口密度、人類活動強度、經濟發達程度等社會經濟條件都存在明顯的差異,因此不同區域存在的生態系統問題差異明顯。針對生態系統問題的區域差異性,本文設計了一個基于信息源和關鍵詞的信息篩選框架,從提取出的有效信息中整合不同生態分區的重要生態問題,并結合行政區尺度(省/市)的熱度分析結果進行信息匹配和空間匹配分析,使得分區尺度下的生態問題更加聚焦化且本地化(圖1)。本文通過不同行政級別的政府文本、政府公報、政府公告、學術文獻和網頁新聞、通訊和報導等多源渠道,以各生態區的核心名詞及生態問題/保護/修復、森林、草地、濕地、農田、礦山、生物多樣性、水土流失、土地沙化、石漠化、鹽堿化、退化、自然災害等為關鍵詞,反復對不同信息源的不同關鍵詞進行有效信息的提取,并依靠專業知識和專業經驗將有效信息進行整合,最終鑒定出不同生態區生態系統的現狀和問題。

就具體的信息篩選過程而言,本文視各級政府最新發布的相關生態區的生態現狀、生態問題的公報/規劃/公告為權威性、可信度最高的信息源(優先信息源),將近年來有關該生態區的現狀、問題及相關保護修復模式進行整合。在找不到相關政府部門發布的信息時,本文通過篩選文獻(次級信息源)中生態區的有效信息,并按照時間先后進行信息整合。當優先信息源和次級信息源都沒有篩選到相關生態區的有效信息時,本文選取新聞等其他信息渠道作為備選/驗證信息源來對生態區生態現狀和問題信息進行篩選。當然,實際的篩選過程往往是政府、文獻和新聞三級信息源同時篩選并相互驗證的過程,以期能更加科學的鑒定出各生態區的生態現狀和問題。在確定各生態區關鍵生態問題的基礎上,以各信息源提到的針對性保護修復措施為基礎,結合各生態問題共性的保護修復方向,提出不同生態區的主要生態保護修復方向(圖2)。

圖1 重要生態問題鑒定框架Fig.1 A research framework for identifying ecological problems

圖2 生態問題信息篩選與整合Fig.2 Selection and integration of information on ecological problems

2 結果分析

2.1 中國生態問題熱度分析

2.1.1生態問題熱度變化分析

本文通過文獻檢索獲取不同省/市針對不同生態問題的研究文獻,并按照文獻發表時間進行歸納整理,獲得我國生態問題研究熱度的時間變化(圖3)。就總體趨勢而言,我國生態問題研究熱度呈增長態勢。基于趨勢變化分析,可以將我國生態問題研究熱度大致劃分為5個階段。1982—1998年我國針對生態問題的研究處于低熱度的平穩階段,該階段每年發表的文獻雖呈緩慢的波動增長趨勢,但文獻數量沒有超過150篇。1998—2008年我國針對生態問題的研究熱度進入快速增長階段,研究文獻數量從131篇增加到1145篇,年均增長量達92篇,其中的重要原因之一是1998年的特大洪災讓我國更加深刻的認識到保護生態環境的重要性。2008—2012年我國有關生態問題的研究熱度處于熱度較高的平穩階段,該階段研究文獻數量保持在1100篇左右,我國生態問題的研究從理論體系、技術方法到實際應用都不斷豐富。2012—2014年,我國有關生態問題的研究熱度進入短暫的快速增長階段,其重要原因是第十八次全國代表大會首次提出“美麗中國”的執政理念,并將生態文明建設寫入黨章,這再次掀起了我國生態領域的研究熱潮。2014年以后,我國有關生態問題的研究熱度一直處于高熱度階段,發表論文篇數保持在1700篇左右。

圖3 生態問題研究熱度年際變化Fig.3 Time variation of research interest of ecological problems

2.1.2省域尺度生態問題熱度分析

就不同省/直轄市、不同生態問題研究文獻的絕對量而言,生物多樣性和水土流失的研究熱度明顯高于其他生態問題,且研究范圍較廣,多數省份都有涉及(圖4)。其中,云南省生物多樣性相關研究的絕對研究熱度最高,相關研究文獻超過700篇,這與云南省生態本底條件密不可分,云南素有“動植物王國”的美譽,是我國生物多樣性最高的省份,也是全國34個物種最豐富的熱點地區之一。其他生態問題的研究熱度呈現較為明顯的區域分異,針對生態系統退化的相關研究主要集中在內蒙古、青海、新疆和吉林,針對鹽堿化的相關研究主要集中在新疆、吉林、天津、山東和寧夏,針對荒漠化的相關研究主要集中在內蒙古、青海、寧夏、甘肅、新疆和遼寧,針對石漠化的相關研究主要集中在滇桂黔三省/自治區,針對礦山生態退化的相關研究主要分布于內蒙古、山西、河北、四川、貴州、新疆等礦產資源稟賦優異的省份。就相對研究熱度而言,各生態問題的熱點分布與研究文獻數量的區域分布總體一致,但也存在一些差異。相較于研究文獻數量的熱度分布,內蒙古、海南和寧夏生物多樣性以及內蒙古荒漠化的相對研究熱度更為突出(圖5)。

圖4 省域尺度各生態問題研究論文數量Fig.4 The number of research papers on various ecological problems at the provincial scale

圖5 省域尺度各生態問題相對研究熱度Fig.5 Relative research interest in various ecological problems at the provincial scale

2.1.3地級市尺度生態問題熱度分析

城市尺度的相對研究熱度在空間分布特征上與省域尺度研究熱度的分布特征相似,水土流失和生物多樣性問題的研究在大多數城市均有涉及(圖6),平均相對熱度較高。水土流失相對研究熱度排名前五的城市依次是伊犁哈薩克自治州、天水市、定西市、延安市和朝陽市,相對研究熱度值均超過0.35。生物多樣性相對研究熱度排名前五的城市依次是伊犁哈薩克自治州、大興安嶺地區、黃山市、阿拉善盟和呼倫貝爾市,相對研究熱度值均超過0.3。此外,荒漠化相對研究熱度較高的城市包括內蒙古的錫林郭勒盟、呼倫貝爾市、阿拉善盟、烏蘭察布市和興安盟、青海的黃南藏族自治州和海北藏族自治州、陜西的榆林市以及遼寧的朝陽市。石漠化相對研究熱度較高的城市包括貴州的六盤水市、黔西南布依族苗族自治州、黔東南苗族侗族自治州和黔南布依族苗族自治州、云南的紅河哈尼族彝族自治州、文山壯族苗族自治州和迪慶藏族自治州、湖南的湘西土家族苗族自治州以及廣西的河池市。鹽堿化相對研究熱度較高的城市包括黑龍江的大慶市、新疆的伊犁哈薩克自治州和哈密地區、吉林的松原市以及河北的滄州市。生態系統退化相對研究熱度較高的城市包括西藏的那曲地區、青海的果洛藏族自治州、甘肅的甘南藏族自治州以及內蒙古的錫林郭勒盟。礦山生態退化相對研究熱度相較于其他生態問題較低,且空間分布較為分散,熱度較高的城市包括山西的朔州市、內蒙古的烏海市、遼寧的撫順市、鞍山市、本溪市和阜新市,黑龍江的鶴崗市、雙鴨山市和黑河市,山東的棗莊市、安徽的銅陵市、淮南市和淮北市、四川的攀枝花市、江西的贛州市、湖南的婁底市、陜西的銅川市、寧夏的白銀市、青海的海東市和玉樹藏族自治州等。

圖6 城市尺度生態問題研究熱度Fig.6 Research interest in various ecological problems at the city level

2.2 不同生態分區重要生態問題鑒定

基于重要生態問題鑒定框架,本文通過多源信息的整合得到57個生態區的生態現狀和生態問題(圖7)。水土流失、荒漠化、林草生態系統退化、生物多樣性是各生態區關注的重要生態問題。不同生態區的主要生態問題差異明顯,且生態問題在我國各生態區的空間分布上存在明顯的分異性。以水土流失為主要生態問題的生態區有25個,主要分布在東部濕潤、半濕潤生態大區。以生物多樣性銳減為主要生態問題的生態區有25個,主要分布在亞熱帶和熱帶濕潤、半濕潤生態區以及青藏青藏高原高寒生態大區。以荒漠化為主要生態問題的生態區有21個,主要分布在西北干旱、半干旱生態大區和青藏高原高寒生態大區。以森林生態系統退化為主要生態問題的生態區有32個,以草地生態系統退化為主要問題的生態區有18個,以濕地生態系統退化為主要問題的生態區有18個,以農田生態系統退化為主要問題的生態區有18個,以礦山生態退化為主要生態問題的生態區有11個。此外,超過80%生態區的主要生態問題都在3個以上,這體現出我國多數生態區生態問題的緊迫性和復雜性。

圖7 不同生態區生態問題鑒定Fig.7 Identification of ecological problems in different ecodistricts

2.3 生態區保護與修復方向分析

在多源信息整合的基礎上,本文將我國現有國家自然保護區、國家森林公園和國家地質公園與生態分區進行疊加分析,以期反映不同生態分區的保護力度以及未來不同生態分區生態保護或修復的方向。從圖8中可以看出,以保育保護和生態恢復為主的生態區多為生態區內自然保護區、森林公園和地質公園數量多、面積大、占比高的地區,而以輔助再生和生態重建為主的生態區則數量少、面積小、占比低。且以保育保護和生態恢復為主的生態區大多位于我國邊陲以及人類活動較弱的地區,如大興安嶺北部針葉林生態區、喀喇昆侖山礫漠生態區等等。以自然恢復和輔助再生為主的地區多集中在農業生態區以及東部熱帶、亞熱帶生態林區,如魯中南山地丘陵落葉闊葉林生態區、粵西南沿海丘陵農業生態區等。以輔助再生和生態重建為主的地區多集中在我國水土流失、石漠化問題嚴重地區,以及人類活動較為頻繁的地區,如東北平原農業生態區、黔桂喀斯特脆弱生態區等。

圖8 生態區保護區現狀及生態保護和修復方向Fig.8 Protection situations and ecological restoration directions in different ecodistricts

3 結論與討論

本文通過熱度分析法判別我國各類生態問題的研究熱點區域,并通過構建基于多源信息的生態問題鑒定框架,確定了不同生態分區的生態現狀及關鍵生態問題。在此基礎上,本文以保育保護、自然恢復、輔助再生和生態重建四大類生態保護修復措施為參考,并疊加我國重要自然保護地,提出不同生態區生態保護修復的方向,為我國生態保護修復工作提供基礎指引。

(1)我國各類生態問題的研究熱度存在明顯的內部差異和空間差異。從省域尺度而言,無論是論文數量的熱圖還是相對研究熱度的熱圖,研究熱度較高的生態問題主要是水土流失和生物多樣性,研究區域主要集中在我國西部省份。從地級市尺度而言,水土流失和生物多樣性問題較為普適,超過85%的城市均有關于這兩個生態問題的研究。石漠化、荒漠化、鹽堿化和生態系統退化的相對研究熱度則表現出更為明顯的空間聚集特征。

(2)水土流失、荒漠化、生物多樣性、林草生態系統退化是各生態區重點關注的生態問題,其中超過半數的生態區重點關注森林生態系統退化,且該生態問題涉及到各個生態大區和生態地區。此外,鹽漬化、石漠化、礦山生態退化、自然災害威脅以及城市生態環境問題雖在各生態區零星分布,但也是我國需要迫切緩解的重要生態問題,如環渤海城鎮及城郊農業生態區的土壤鹽漬化問題、黔桂喀斯特脆弱生態區的石漠化問題、橫斷山區常綠闊葉林、暗針葉林生態區的滑坡泥石流災害、汾渭河谷農業生態區的礦山生態退化和大氣污染問題等。超過80%生態區的主要生態問題都在3個以上,這體現出我國多數生態區生態問題的緊迫性和復雜性。

(3)各生態區生態保護修復方向存在差異。人類活動較少、自然保護地集中的生態區主要采取保育保護和自然恢復相結合的保護修復措施,此類生態區的保護修復重點應放在建立保護區、瀕危生物的育種、繁殖、加強生物多樣性監測等方面。東部熱帶、亞熱帶生態林區以及農業生態區主要采取自然恢復和輔助再生相結合的保護修復措施,保護修復重點放在自然封育、人工造林種草、農林間作等方面。人類活動密集、生態問題突出的生態區應主要采取輔助再生和生態重建相結合的保護修復措施,保護修復重點應放在各項工程類和物理化學類措施,如修建淤地壩、設置草方格沙障、修建引水渠、灌水洗鹽等。

生態保護修復工作是國土空間規劃的重要組成部分,是加快推進我國生態文明建設戰略部署的重要動力。而生態保護修復順利開展的前提就是摸清不同生態本底區域所面臨的關鍵生態問題,做到先“望聞問切”再“對癥下藥”。本文從行政區尺度鑒定生態問題熱點地區,并從生態分區角度進一步聚焦關鍵生態問題和保護修復方向,以提高不同區域生態保護修復措施的整體性、系統性和針對性。值得注意的是,本文的研究重點在于摸清我國不同生態區的關鍵生態問題并初步提出各生態區的生態保護修復方向,而沒有針對各生態區提出具體的保護修復路徑。因此,在本文的基礎上,未來的研究可以借鑒國內外生態保護修復相關成功的案例和經驗,提出針對不同生態區、涵蓋共性和個性生態問題的本土化的生態保護與修復技術體系,建立包括保障目標、主體、模式、評估、預警等模塊的全方位多角度的生態安全綜合保障體系,從分區分類維度和時空尺度描繪“美麗中國”生態文明建設的生態質量改善路線圖,為建成美麗中國提供建設藍圖。