基于自然的山水林田湖草沙一體化保護和修復技術路徑探索

摘要：研究目的：探索將基于自然的解決方案（NbS）融入山水林田湖草沙一體化保護和修復工程實施全過程的理論框架、技術路徑，對其全過程技術體系和適應性管理進行研究，為科學推進工程實施提供理論基礎和技術參考。研究方法：文獻梳理、對比分析和歸納總結。研究結果：（1）山水工程實施的全過程應圍繞NbS準則和指標要求，在調查評價、規劃設計、工程實施和管理維護全過程融入NbS理念，以有效指導工程實施；（2）將NbS作為山水工程的理論指引，應針對特定生態問題和修復對象，識別關鍵修復要素并選擇對應工程技術；（3）串聯關鍵生態系統要素、貫通區域（流域）—保護修復單元—場地三個尺度是將NbS融入山水工程，推動全要素、多尺度、多層級治理的實現路徑。研究結論：將NbS準則融入山水工程調查評價、規劃設計、工程實施和管理維護全過程，是保證山水工程實施成效的關鍵，需盡快完善相關理論和實踐研究、形成具體標準和范式，推動生態系統整體保護、系統修復和綜合治理。

關鍵詞：山水林田湖草沙一體化保護和修復；基于自然的解決方案（NbS）；技術路徑

中圖分類號： X171.4 文獻標志碼：A 文章編號：1001-8158（2024）06-0040-10

基金項目：國家重點研發計劃課題（2022YFF1303205）；2019年度自然資源部高層次科技創新人才培養工程杰出青年人才資助項目（1211060 0000018003931）。

中共十八大以來，我國生態文明建設已取得了諸多成效，然而生態系統退化、生物多樣性銳減的嚴峻形勢，以及各類資源約束趨緊，仍是制約社會經濟發展的重要因素[1]。2023年，習近平在全國生態環境保護大會上強調，要堅持山水林田湖草沙一體化保護和系統治理，正確處理好自然恢復和人工修復的關系，努力找到我國生態保護修復的最佳解決方案。近年來，基于自然的解決方案（Nature-based Solutions， NbS）已逐步成為全球應對多重社會挑戰的主流化選擇。根據世界自然保護聯盟的定義，NbS指“保護、可持續管理和恢復自然的和被改變的生態系統的行動，能有效和適應性地應對社會挑戰，同時提供人類福祉和生物多樣性效益”[2]。NbS提倡向自然學習，重視自然生態系統及其對人類的福祉，謀求人與生態系統的互惠，這與我國生態文明建設的理念高度契合[3]，因此，探索基于自然生態系統內在機理與演替規律的山水林田湖草沙一體化保護和修復技術路徑尤為必要。

我國國土空間生態修復經歷了數個發展階段，取得了顯著成效[4-5]。其中，山水林田湖草沙一體化保護和修復工程（以下簡稱“山水工程”）是按照“山水林田湖草是生命共同體”理念，在生態安全屏障關鍵節點開展的大尺度、多要素、綜合性、系統性生態保護修復行動，旨在示范引領一體化保護修復的路徑與模式[6]，自2016年以來已實施了52個。2020年8月，《山水林田湖草生態保護修復工程指南（試行）》（以下簡稱《工程指南》）發布，這是我國第一個按照生命共同體理念系統指導國土空間生態保護修復實踐且帶有通則性質的規范，該規范吸收了NbS的相關理念與標準，并結合中國國情對NbS進行了本土化修正[7]。當前，雖然一些學者針對山水工程實施過程中如何融入NbS理念進行了研究，如分析了NbS自評估工具在國土空間生態保護修復中的應用路徑[8]，基于NbS對山水工程實施進行了初步探索[9]。但是，仍然存在NbS在生態保護修復過程中應用不足、工程實施全過程融入NbS的路徑不暢等問題。因而，本文基于山水工程的實施，對NbS在其全過程應用的技術路徑進行探索，以期為推進大尺度、多要素一體化保護修復提供理論基礎和技術參考。

1 問題提出與研究框架

1.1 問題提出

近年來，基于自然的保護修復技術在我國部分生態工程中得到了一些應用，如森林間伐、劃區輪牧、退田還湖及珊瑚礁重建等技術都充分借助了自然的力量，并取得了較好的成效[10]。但總體上看，修復思路依然沿襲傳統生態工程的做法，普遍存在工程目標設置單一、工程實施單元未考慮完整生態系統、工程實施全過程缺少適應性管理等問題，干擾生態系統恢復成效，降低生態系統韌性和抵御氣候變化及自然災害的能力[11-13]。盡管“自然恢復為主”的理念早已提出，但如何正確處理自然與人工、整體與局部、近期與長期的關系，均需在理念、方法、手段、制度等各方面取得突破。

目前山水工程在實施方案（即工程總體規劃）中一定程度上融入了NbS的理念，但實際操作中仍然存在多尺度調查評價缺乏、生態系統全要素統籌不足、規劃設計整體性與系統性不夠以及適應性管理機制不完善等問題，可能導致工程實施成效不明顯，生態系統多樣性、穩定性和可持續性難以為繼。因此，山水工程的實施需要借助NbS的主要方法，并圍繞多尺度關聯的調查評價與規劃設計、跟蹤監測和適應性管理等方面開展深入研究。

1.2 研究框架

本文基于NbS理念、準則與方法，針對山水工程調查評價、規劃設計、工程實施和管理維護4個階段提出基于自然的山水林田湖草沙一體化保護和修復全過程技術框架（圖1）。根據NbS準則，各階段涉及區域（流域）、生態保護修復單元和場地等多個尺度。

NbS全球標準提出了8項基本準則和相應的28項指標[14]，明確了NbS針對的問題（準則1）、開展NbS的尺度（準則2）和關鍵目標（準則3），同時需要基于社會實際考慮經濟可行性（準則4）、制度合理性（準則5）以及上述系列利益的權衡（準則6），進行NbS的適應性管理（準則7），最終促進NbS的主流化，從而推動可持續發展等目標的實現（準則8）[15]。NbS的主要方法一般可以劃分為5大類（表1）[16]，這些方法分別針對不同目標和不同生態問題，在實踐中常有所交叉。

調查評價階段服務于不同尺度的生態本底和社會經濟現狀調查，以及宏觀生態問題識別與診斷[17-18]，該階段需要關注當前人類社會面對的挑戰與生態系統遭受擾動和破壞的程度。規劃設計階段涉及三個尺度，在區域（流域）尺度主要完成工程總體規劃的制定，結合現狀調查與診斷結果，根據問題導向或目標導向確定保護修復路線[19]；在生態保護修復單元尺度，要根據工程總體規劃設計保護修復方法，借助生態系統保護和修復方法選擇科學合理的工程措施[20]；在場地尺度上需要將針對具體問題的生態系統方法和基礎設施類方法納入考量，完成工程設計[17]。需要注意的是，進行措施評估與優選時，應充分參考NbS準則，從生態適宜性、經濟可行性和社會公正性等方面綜合評價[21]。工程實施階段在場地尺度開展，主要完成工程子項目的實施與驗收。其中，工程實施應根據規劃階段的工程設計方案進行推進，針對子項目實踐情況采用合適的生態系統方法和基礎設施建設類方法；工程驗收需要查驗保護與修復措施帶來的生態、社會、經濟效益，從人類福祉和生物多樣性等進行多方面評價[5，22]。管理維護階段的重點是基于生態系統的管理方法，進行監測評估與適應性管理。該階段實際上貫穿于山水工程實施的全過程和全尺度，根據要素的保護修復情況和指標的監測評估結果，及時調整工程選用措施與實施時機[19]。

2 基于自然的山水工程多尺度全要素調查監測評價技術路徑

尺度是地理學和生態學研究的重要概念，它涉及空間、時間和時空域的特征量度，決定了我們對生態系統結構和功能的洞察深度[23]。當前，已有的山水工程立足于生態系統整體性修復要求，采用多尺度設計。然而，仍然存在前期調查中缺乏多尺度調查標準等問題[24]，因此，需要將NbS理念融入山水工程調查監測評價，構建全要素調查監測評價技術，確保系統修復、綜合治理的要求。具體而言，可以使用IUCN劃分的NbS實施方法[9]，分別在區域（流域）、生態保護修復單元和場地三個關鍵尺度上，根據調查目標與實際需求，對生態系統進行精準的調查監測評價[25]。

2.1 依據尺度明確調查評價內容

在區域（流域）尺度上，可使用生態系統修復方法和基于區域的保護方法，調查監測評價重點關注區域完整性與生物多樣性、生態廊道、植被恢復、水土流失、河湖水系連通性等，設置景觀生態格局調查評價指標，包括景觀豐富度、景觀破碎度和生態系統類型構成比例等。在保護修復單元尺度上，可以使用生態系統修復方法和保護方法，如森林景觀恢復、生態恢復和生態工程。這一尺度重點是調查評價單元內水土環境質量、動植物組成與群落結構、生物多樣性，可設置水源涵養量、土壤保持量和物種豐富度等指標。在場地尺度上，主要應用基于生態系統的適應、災害風險降低和緩解措施。此外，自然基礎設施和綠色基礎設施建設也是這一尺度的重點，如濕地修復、城市綠化等。因而，這一尺度調查監測評價需要更加具體和細致，它關注的是具體地點的生態問題和修復需求。例如，土壤侵蝕、水質污染或生物多樣性喪失等問題，可設置土壤侵蝕模數、水質以及物種數目等調查評價指標。

2.2 對生態系統全要素進行調查評價

山水工程的實施范圍是區域（流域）尺度的國土空間[26]，其保護和修復的對象是各類生態要素組合而成的整體；其保護和修復措施也區別于傳統生態工程中單一的、人工痕跡過重的恢復手段；其核心是整合、協同各生態要素的空間配置，優化生態系統的格局、過程和服務功能[27]。在NbS理念中，“自然”是充分掌握自然規律，通過自然的力量實現恢復后生態系統的整體性與連通性，恢復生物多樣性的同時不損害人類福祉。因此，山水工程調查監測評價需全面考慮各生態要素，確保景觀完整性與連通性。山水工程多個要素調查監測評價主要是融合NbS的生態系統修復方法以及針對具體問題的生態系統方法。這些方法旨在解決具體的生態問題，提高生態系統的適應性和穩定性。在實施過程中，上述兩大類方法常交叉使用。例如，在森林生態系統中，可以采用森林景觀恢復方法來促進森林的恢復和發展，同時，也可以采用基于生態系統的適應方法來提高森林生態系統對氣候變化的適應性。因而，應根據具體問題開展全要素系統調查監測評價。此外，實施方案需要確認項目的直接和間接成本及效益，對項目的投資、運行、維護等成本進行全面分析和評價，同時通過比較不同方案的直接和間接成本及效益，可以權衡利弊，選擇最優方案。基于自然的山水工程全要素多尺度調查監測評價技術路徑如圖2所示。

3 基于自然的山水工程全過程多層級規劃設計技術路徑

當前生態保護修復工作沿襲了土地利用總體規劃的分層傳導體系結構，在規劃設計過程中易忽略對生態系統整體性和系統性的考量[27]。因此，山水工程需要融入NbS的理念，從全過程進行規劃設計。多層級是指從宏觀的區域（流域）規劃到微觀的場地設計，有別于以地塊層面為主的一般規劃設計，山水工程的規劃設計具有顯著的尺度性，與NbS關于尺度的理念相對應，不同的尺度有不同的生態修復內容，確保工程的設計與實施遵循自然規律，實現整體設計的連貫性與有效性[28-29]。根據《工程指南》，山水工程規劃設計的全過程一般劃分為總體規劃、單元規劃、工程設計三個階段，不同階段分別對應流域（區域）尺度、保護修復單元尺度、場地尺度三個層級（圖3）。

3.1 總體規劃

總體規劃階段是將規劃設計理念和思路轉化為實際成果的首要環節，主要關注的是流域（區域）尺度。這一環節應以國土空間總體規劃為依據，并與省級或市級國土空間生態保護修復等相關專項規劃相銜接。在此階段，需要著重考慮NbS的指標要求，以確保項目的可持續發展和社會價值的實現。總體規劃階段需要優先考慮社會挑戰，針對項目區域內存在的生態受損、資源短缺、環境破壞等問題進行深入分析，并制定應對策略。另外，在總體規劃階段應充分考慮區域（流域）各生態系統之間的關聯性，將其納入項目的整體框架中，確保工程實施與生態保護修復總體目標相協調，以提升區域生態系統的穩定性和可持續性。例如官廳水庫流域山水林田湖草系統治理實踐項目，以提升流域水源涵養功能為核心目標，采取系列措施有效解決了庫區水質水安全問題，同時應對了防災減災、經濟和社會發展以及環境退化和生物多樣性喪失等社會挑戰。具體而言，首先通過污染點治理、關停礦山、消除農業面源污染等手段消除流域生態威脅。以此為基礎，在流域尺度進行總體設計，根據生態問題識別與診斷結果，針對庫區植被生態系統、濕地生態系統、河流生態系統，分別采取相應的生態恢復及生物多樣性保護措施，充分體現了項目整體性和系統性。

3.2 單元規劃

單元規劃階段主要關注生態保護修復單元尺度。生態保護修復單元是指在工程范圍內，根據生態問題識別與診斷結果，在相對完整的自然地理單元內，統籌考慮小流域和行政區域、工程組織實施的便利性等劃分的生態保護修復工程綜合實施片區[30]。NbS全球標準要求充分考慮工程與周圍環境的整體性和連通性，加強生態系統各要素的關聯。單元規劃應遵循生態系統整體性原則，將生態保護修復單元視為一個有機整體，注重各生態要素之間的相互聯系，具體包括土地利用、水資源、生物多樣性等多個方面。其次，要充分考慮工程與周圍環境的連通性。在單元規劃階段，應通過生態廊道、植被恢復等措施，加強生態系統各部分之間的連通性，促進生態流的形成，從而加強生態系統的完整性和穩定性，提高生態服務功能。再者，應采用綠色、自然基礎設施和生態工程技術，結合生態系統修復的方法，進行多層次、多目標的規劃設計。例如，利用自然地形地貌，減少對自然水分循環的干擾；進行水土平衡分析，避免工程實施對生態環境造成不良影響。

3.3 工程設計

工程設計階段主要關注場地尺度。NbS全球標準要求明確項目直接和間接的成本與效益，并且需要制訂監測與評估方案，這意味著在項目的設計和實施過程中，需要全面考慮各種成本，包括資金、人力、時間等方面的投入。同時，也要關注項目的效益，如生態保護、社會福祉、經濟發展等方面的收益。除此之外，制訂監測與評估方案也是NbS的重要指標之一。在工程設計階段的場地尺度，應將規劃設計的理念和目標轉化為具體的工程措施和技術方案。這需要充分考慮工程實施的可行性和技術要求，同時確保工程設計符合生態保護的原則。例如，采用生態友好的建筑材料和技術，減少對自然資源的破壞和污染；優化工程布局，降低對生態系統服務的影響。

4 基于自然的山水工程一體化保護和修復工程技術路徑

NbS將生態系統的良好運作視為基石，通過其提供生態系統服務，為人類社會帶來福祉[9]。山水工程從宏觀視角出發，堅定地遵循尊重、順應和保護自然的理念，以復合生態系統為保護修復對象。NbS理念的引入為提高山水工程的整體性、系統性、科學性和可操作性，避免過往工程中不同程度地存在問題診斷不清晰、項目布局零散隨機、修復手段單一化、干擾措施過度化等現象，提供了解決路徑[31]。

4.1 一體化保護修復工程技術體系

基于自然的山水工程需要針對區域內不同的生態系統開展多尺度全要素調查監測評價、全過程多層級規劃設計，進而進行基于自然的工程技術梳理，包括植被恢復、生物修復、水土治理、節水灌溉、綠色基礎設施、封育造林等。在識別生態要素的基礎上通過不同要素之間的耦合關系分析，進行核心生態要素的識別。例如，在以流域為主的生態系統修復中，流域是以河湖水系為基底的完整生態系統，“水”是流域生態保護修復的核心要素[32]。同理，在以森林、草地為主的生態系統修復中可以選擇“林”“草”為核心要素，利用關鍵要素的生態過程串聯其他要素，根據問題導向和目標指引原則實施基于自然的一體化生態保護和修復工程，并合理確定各項工程實施的時序，滿足區域生態可持續發展的需求。例如，云南省洱海流域山水工程以流域內山水林田湖村各要素共同組成的社會—經濟—自然復合生態系統為保護修復對象。各個要素互為條件、相互影響、相互制約，構成一個不可分割的有機生命共同體，在生態保護修復過程中以“水”為核心，通過提升多種生態系統服務的組合功能，解決流域內農田面源污染、水質不達標和生物多樣性受損等問題[33]。

4.2 工程技術選擇

按照“山水林田湖草是生命共同體”理念，結合NbS方法選取具有代表性的三類NbS修復技術。一是適應性的方式，同時應對多種社會挑戰，通過受自然啟發的動態解決方案，對生態系統修復過程動態管理；二是尊重自然規律，通過技術手段改善生態環境；三是依托自然力量，以自然恢復為主，人工修復為輔，增強社會經濟以及生態系統韌性[34]。在這一基礎上，按照NbS全球標準中要素綜合、措施綜合、效益綜合、優化生態和體現可持續性的要求，選擇封育造林、植被恢復、生物修復、水土治理、節水灌溉和綠色基礎設施等生態型保護修復措施。針對區域生態系統問題，綜合考慮自然邊界與行政邊界、自然恢復和人工修復之間的關系，對各種措施進行優化組合與配置，實現“整體保護、系統修復和綜合治理”[35]。基于自然的山水工程一體化保護和修復工程技術路徑如圖4所示。

5 基于自然的山水工程全流程適應性管理維護技術路徑

鑒于生態修復后受損生態系統的演替過程和規律仍難以精確把握，當前保護修復措施對生態系統造成的影響仍存在較大不確定性。傳統的剛性項目管理方式，往往會導致保護修復效果偏離既定目標。為此，基于NbS標準探索全流程適應性管理維護路徑尤為必要。本節圍繞調查評價、規劃設計、工程實施和管理維護構建了適應性管理維護技術路徑。

5.1 全流程管理

在調查評價階段，深入了解工程區域的生態狀況和自然環境，識別具體生態問題，評估生態系統服務的現狀及變化趨勢、環境容量和生態敏感性，為后續流程提供基礎數據。在規劃設計階段，采用生態系統保護和生態系統修復方法進行不同生態系統生態功能設計，并根據NbS全球標準開展監測和評估，提出NbS方案。NbS方案應注重降低人為干預、保護自然環境和生態系統自我修復能力；同時，根據監測與評估方案進行動態監測。在工程實施階段，基于基礎設施建設類方法與生態系統保護方法等優先采用適當的施工方法和材料，減少對自然環境的干擾和破壞。在管理維護階段，基于生態系統管理的方法，建立完善的維護管理制度，確保生態系統穩定演替。基于自然的山水工程全流程適應性管理維護技術路徑如圖5所示。

監測與評估方案應貫穿于生態保護修復措施的全生命周期，以確保項目的實施效果得到及時評估。通過監測與評估，可以及時發現項目實施中的問題，并及時采取相應的措施進行改進，從而提高項目的實施效果和可持續性。在整個山水工程實施周期內，通過適應性管理不斷學習整個復雜系統，并根據系統變化及時調整NbS策略，通過持續反饋循環優化山水工程管理維護工作。

5.2 工程實施后的管理維護

由于生態系統在時空尺度上變化十分復雜，山水工程在三年實施期后，可能面臨生態環境再退化、修復成果難維持等問題。適應性管理作為一種對資源利用進行過程管理的活動體系，通過持續監測、評估與調整保護策略，確保長期有效保護。加強長效機制建設，促進生態系統健康穩定，可以破解靜態管理方式所面臨的各類困境[36-37]。為了確保保護修復效果的穩定性和可持續性，需要結合NbS方法將基于自然的適應性管理維護技術融入山水工程實施全流程。

6 結論與建議

6.1 結論

（1）以山水工程為例，結合NbS八項準則及五項方法，探索構建了涵蓋多尺度、多要素一體化保護修復調查評價、規劃設計、工程實施和管理維護全過程，基于自然的實施技術框架。

（2）山水工程調查評價應針對山水林田湖草沙全要素，依據區域（流域）、生態保護修復單元和場地三個關鍵尺度確定調查評價內容與指標，充分掌握不同尺度自然生態系統本底與問題，為開展規劃設計、技術路徑措施選擇和適應性管理的奠定基礎，以充分發揮自然的力量恢復生態系統。

（3）山水工程規劃設計的全過程可劃分為總體規劃、單元規劃、工程設計三個階段，分別對應工程三個層級。總體規劃主要明確工程應對的社會挑戰，以提升區域生態系統的穩定性和可持續性；單元規劃強調生態系統各部分之間的連通性，促進生態流的形成；工程設計階段主要將規劃設計的理念和目標轉化為具體的工程措施和技術方案。

（4）基于NbS的山水工程可以通過適應性的方式、尊重自然規律和依托自然的力量等理念，識別區域生態保護修復的主要問題，通過生態過程串聯各生態系統要素和尺度，根據NbS的原則統一布局實施山水工程，滿足區域社會、經濟、生態可持續發展的需求。

（5）為了確保山水工程生態保護修復效果的穩定性和可持續性，基于自然的適應性管理維護技術應融入山水工程全流程。開展調查評價、規劃設計、工程實施和管理維護全過程監測評估，通過評估結果的持續反饋，對管理進行不斷優化。

6.2 建議

（1）面對當前NbS在山水工程中的應用技術研究不足的問題，未來應加強山水林田湖草沙生命共同體理論研究，揭示各生態要素功能時空效應與耦合關系，構建基于自然的山水林田湖草沙一體化保護和修復方法體系，結合山水工程實施調查評價、規劃設計、工程實施和管理維護全流程，研發基于自然的一體化生態保護修復技術并開展應用示范，提升區域（流域）生態系統的多樣性、穩定性和可持續性。

（2）針對當前基于自然的山水林田湖草沙一體化保護和修復標準體系建設滯后的問題，應借鑒參考《工程指南》和《IUCN 基于自然的解決方案全球標準》等標準，構建基于自然的調查評價、規劃設計、工程實施和管理維護全過程山水工程實施標準體系，促進NbS理念在山水工程中的應用，支撐山水工程全流程科學實施管理。

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Technological Path Exploration for Application of Nature-based Solutions to Integrated Ecological Conservation and Restoration Project of Mountains， Rivers， Forests， Farmland， Lakes， Grassland and Deserts

ZHOU Yan1，2， WANG Jinman2，3， CHEN Yan1，2， YING Lingxiao4， ZHOU Xu1，2， FENG Yu2，3， JING Ming5

（1. Land Consolidation and Rehabilitation Center（Land Science and Technology Innovation Center）， Ministry of Natural Resources， Beijing 100035， China； 2. Key Laboratory of Land Consolidation and Rehabilitation， Ministry of Natural Resources， Beijing 100035， China； 3. School of Land Science and Technology， China University of Geosciences（Beijing）， Beijing 100083， China； 4. Research Center for Eco-Environmental Sciences， Chinese Academy of Sciences， Beijing 100085， China； 5. China Natural Resources News， Beijing 100860， China）

Abstract： The purposes of this study are to explore the theoretical framework and technical pathways to integrate Naturebased Solutions （NbS） into integrated ecological conservation and restoration project of mountains， rivers， forests， farmland， lakes， grassland and deserts （Shan-Shui initiative）， to investigate the adaptive management of the project’s full process technology system， to provide theoretical basis and technical references for the implementation of such initiatives， and to address the current issues of insufficient scientific basis and excessive human intervention in ecological protection and restoration. The research methods include literature review， comparative analysis and summary. The research results show that： 1） the implementation of Shan-Shui initiative should comply with NbS principles and indicators. Incorporating NbS into the whole process of investigation and evaluation， planning and design， project implementation， management and maintenance is strongly encouraged to effectively guide the implementation of the project. 2） NbS should be used as the theoretical guidance for Shan-Shui initiatives， by identifying critical restoration elements and selecting corresponding engineering technologies for specific ecological problems and restoration targets. 3） Connecting key ecosystem elements and integrating regional （basin）-conservation and restoration unit scale-site scale are the pathway for integrating NbS into Shan-Shui initiative and promoting holistic， multi-scale and multi-level governance. In conclusion， incorporating the NbS principles throughout the whole process of investigation and assessment， planning and design， implementation， management and maintenance is vital to ensuring the effectiveness of Shan-Shui initiative. The improvement of the relevant theoretical and practical studies and setting specific standards and paradigms are urgently necessary to promote the overall conservation， systematic restoration and comprehensive management of ecosystems.

Key words： integrated ecological conservation and restoration project of mountains， rivers， forests， farmland， lakes， grassland and deserts； nature-based solutions； technological path

（本文責編：張冰松）