【文章精选】白中科等 | 人工如何支持引导生态系统自然修复

2016—2018年，经国务院批复同意，财政部、原国土资源部、原环境保护部共同组织实施了3批25个山水林田湖草生态保护修复工程试点。在全面总结山水林田湖草生态保护修复工程试点经验和问题的基础上，与国际国内生态保护修复先进理念和有关标准充分衔接，自然资源部、财政部、生态环境部联合印发《山水林田湖草生态保护修复工程指南（试行）》，这是中国第一个按照山水林田湖草是一个生命共同体理念系统指导生态保护修复实践、带有通则性质的规范，是一项重要的标志性成果。此外，2020年发布的《全国重要生态系统保护和修复重大工程总体规划（2021—2035年）》，是当前和今后一段时期推进全国重要生态系统保护和修复重大工程的指导性规划，基本原则之一就是要坚持“保护优先，自然恢复为主”。

自然修复或被动恢复，是指不依靠人工干预或者以最小化的人工干预措施达到生态恢复的目标；人工修复或主动修复，是指依靠人工干预或诱导达到生态恢复的目标，也是生态修复的最基本方法。由于国内外生态修复的自然、社会、经济背景不同，对人工如何支持引导生态系统自然修复的理解不同，争议主要集中在自然修复现实的必要性、可行性和适用性。因此，讨论建立适宜中国不同区域、不同生态系统受损程度、不同保护目标的生态修复本土化方案就非常重要。

基于以上考虑，本文旨在探讨“人工如何支持引导生态系统自然修复”的内涵与外延，提出人工支持引导生态系统自然修复的路径和关键方法，以期为山水林田湖草生态保护修复工程实施以及相关政策和标准的制定等提供依据。

2008年世界银行发布了《生物多样性、气候变化和适应性：来自世界银行投资的NbS》报告，首次在官方文件中提出NbS这一概念。NbS的相关理念、准则、方法、工具及一系列成功案例，对新时期中国山水林田湖草生态保护修复理论发展与实践应用，具有重要的启示和借鉴意义。需要注意的是，NbS以生态环境保护为前提，将维护生物多样性和生态系统服务作为基础性任务，并非解决发展问题的“万能方案”。

中国的生态系统保护修复，大多属于社会-经济-自然复合生态系统修复。而社会—经济—自然复合生态系统，是以人为主体的社会、经济系统和自然生态系统在特定区域内通过协同作用而形成的复合系统。由于中国人多地少，区域发展不平衡，生态修复不仅要使生态系统恢复到固有的自然生态系统服务价值，而且要有所提升，达到更高一层级的生态平衡，为人类提供更多的生态产品，人工支持引导就显得尤为重要。

生态胁迫来自人类或气候变化对生态系统正常结构和功能的干扰，这些干扰往往超出生态系统恢复力，导致生态系统发生不可逆的变化甚至退化或崩溃。消除生态胁迫是人工支持引导自然修复中的关键一步，最主要手段就是通过生态环境整治、减少碳排放等措施为生态系统的自然修复提供更优的生境，而改变生境的前提是生态问题识别与诊断，以及恢复力评价，其基本认知可由图1表示。

图1表明，在生态系统严重破坏区域（橙色部分），必须通过加强物理手段进行干预，并采取工程技术措施帮助已经严重破坏的生态系统进行生态重建。

在生态系统受损较为缓和的区域（黄色部分），可通过人工引入期望物种或移除不良物种等人工支持措施，帮助受损生态系统进行自然修复。在山西北部，极少有成片的榆树纯林分布，因这一地带风蚀、水蚀并重，“榆钱”尚无落地定居、繁殖更新的基本条件，通过营造刺槐与榆树混交林解决了这一问题。刺槐为豆科植物，前期生长迅速，为“榆钱”定居提供了生境，虽然后期刺槐生长弱于榆树，甚至发生退化，但起到了先锋树种的作用。

在生态系统退化程度较低的区域（绿色部分），可通过生态系统综合管理活动，人工引导退化生态系统自然恢复。例如，对退化草场的围封轮休管理，对因洪水或火灾等自然灾害导致生态系统功能退化的迹地清理等管理手段，促进了期望物种的快速自然恢复，从而实现区域人工支持引导下的受损生态系统的自然修复。

退化生态系统是指在一定的时空背景下，由于自然因素、人为因素干扰，或二者共同干扰，导致生态要素和生态系统整体发生不利于生物和人类生存的量变和质变，与健康生态系统相比，是一类病态的生态系统。由于生态系统受损与退化的要素不同、程度不同，以及修复的目标不同，这些在人类活动压力下受到破坏的自然生态系统恢复重建过程中的正向演替，可能是沿着受损与退化时的轨迹复归，也可能是沿着一种新路径去恢复。因此，前期人工支持引导生态系统自然修复就非常关键。另外，对于一些在极端条件下修复的退化生态系统，还要满足人类的价值取向，不是一步到位，而是需要通过一串目标来实现，所以正向演替大多数需要前期的人工支持引导。

由于受损生态系统的功能恢复比形态恢复难度大、时间长，绝大部分受损的生态系统必须通过前期人工支持引导、中后期借助自然修复。因此，自然修复并非放任不管，否则，受损缺失的生态系统结构难以在短时间内补缺，包括生物和非生物组分保持相对稳定的相互联系、相互作用而形成的组织形式、结合方式和秩序，生态系统的供给服务、调节服务、文化服务和支持服务，以及维系生态安全、保障生态调节功能、提供良好人居环境清新的空气、清洁的水源、健康的土壤和宜人的气候等生态产品也难以在人类期望的时间内得到有效供给。

生态修复是协助遭到退化、损伤或破坏的生态系统恢复的过程，其中，“协助”是关键词，其实质是希望人类创造或改善促进生态系统恢复与发展的条件。在实施过程中，虽然通常以考虑工程和经济因素为主，但主要的逻辑和理念仍为生态学。因此，人工支持引导生态系统自然修复的理论基础，依然遵循的是物质循环和能量流动原理，其核心思想是通过人工支持引导来改善限制因子的制约性，促进受损生态系统的自然修复，摒弃对受损生态系统推倒重来或放任自然恢复的极端思想。

新时期生态修复包容了若干概念，其内涵与外延更丰富，更强调满足代际需求和价值取向下的尊重自然和借助自然进行受损生态系统的修复，应在该背景下充分发挥“整体保护、系统修复、综合治理”的主观能动性。人工支持引导生态系统自然修复有三层涵义：一是目标清晰的人工引导方向与过程；二是科学合理的前期人工支持手段和力度；三是尽快利用自然的自我恢复能力，使遭到破坏的生态系统恢复良性循环。

人工支持引导生态系统自然修复通常以参照生态系统为标准。参照生态系统是指能够作为生态恢复目标或基准的生态系统，通常包括当地受损前的生态系统、未因人类活动而退化的本地生态系统，以及能够适应正在发生的或可预测的环境变化的生态系统。参照系选取不能简单以某一年的区域和生态系统的所有状态指标为标准。因此，人工支持引导生态系统自然修复的案例非常重要，不仅留下有待解决的问题，而且提供了解决这些问题的途径，提供了选择问题的标准，即哪些问题值得研究和推广，哪些问题需要进一步探讨和改进，等等。

保护保育模式主要是通过保护生物物种或者不同生物群落所依存的栖息地、生态系统，以及保护和维系栖息地（自然生态保护区域内）原住居民文化与传统生活习惯，以达到自然生态系统的良性演替，维持自然资源的永续存在与可持续利用。

荒野保护是典型的保护保育模式之一。荒野保护的概念最早源自美国，随后其理念传播至其他国家。从全球尺度的荒野地图看，中国是荒野景观大国，陆域荒野地总面积排名全球第六，因此被定义为“巨型荒野国家”。另一案例是荒漠保护保育。荒漠的物种丰富度虽然比不上森林和湿地，却是中国抗逆性植物集中分布的资源库，保存了大量孑遗物种，还进化演化出一大批珍贵、特有、稀有等专属物种，也是多种珍稀野生动物的自由王国。

自然恢复模式是指通过停止对生态系统的人为干扰，消除生态胁迫性因素，依靠生态系统的自我调节能力和自组织能力使其向有序的方向自然演替和更新恢复，促进生态系统的正向演替。“自然恢复”必须撤离人为扰动，这种方法可缩短实现森林覆盖目标所需的时间，保护珍稀物种和增加森林的稳定性，投资小、效益高，在保持水土、控制和改善微气候、保护生物多样性和维持大气平衡方面，封闭后实现自然恢复的森林比人工林要好得多。

人工支持引导的三江源区生态系统自然修复是自然恢复模式之一。经过植被恢复后，提高了土壤的最大保水能力，改善了当地的土壤水分状况，增多了蒸散发量和本地蒸散发再循环的水量，从而减少了地表径流量。

辅助再生模式亦称协助再生模式，是以受损生态系统的自我恢复能力为基础，辅以物质与能量的人工输入，促进退化或受损的生态系统结构逐步恢复并进入良性循环的活动。

人工支持引导的美国黄石公园生态系统自然修复，就是辅助再生模式之一。1926年，黄石公园里就没有了狼的踪迹，于是，美洲赤鹿数目激增，吃光了公园内的草木，破坏了生态平衡。1995年，黄石公园决定重新引进狼，狼引进之后，鹿群随之改变了行动模式，河谷和峡谷很快重新萌发了生机。狼群引入遵循的是生态修复重要理论——营养级联理论，即某生态系统中某营养级生物数量明显改变后，其他营养级生物数量会相应发生变化的现象。河流变化对狼群活动也做出了响应，河岸的侵蚀弱化了，河道变窄了，沿河形成了更多的水潭和浅滩。总之，狼群并不庞大，但它们在黄石国家公园中不仅改变了生态系统，还改造了地理形态。

生态重建模式仅适宜于人类活动频繁区域，是指针对因人类活动或自然灾害导致生态系统功能和自我恢复能力丧失、生态系统发生不可逆转的情况，采取物理、化学、生物、生态或工程技术方法，消除非生物和生物屏障，重新使生态系统进入良性循环状态的活动。

人工支持引导黄土高原极度退化生态系统的自然修复，就是典型的生态重建模式之一。中国地质大学（北京）土地复垦与生态修复研究团队，历经30年的实践和验证，提出原创性的“地貌重塑、土壤重构、植被重建、景观重现、生物多样性重组与保护”五元共轭论，成功实践了“前期人工支持诱导、中后期靠自然修复”的方法。生态重建模式的另一案例是地处晋西北的山西右玉县，近70年来，右玉县广大干部群众坚持不懈植树造林，创造了黄土高原上的生态奇迹，使晋西北的风沙得到了有效控制，区域生态环境得到了极大改观。

从世界范围看中国，中国人口众多，区域发展不平衡，中国的国情要求“耕地数量不减少、质量不降低、生态不退化”。如何通过人工支持引导生态系统的自然修复，优化生态系统结构，缓解耕地保护与退耕还林、还草、还湿的矛盾？实践证明，耕地保护与生态自然修复的效果关系极大。只有严格执行耕地保护制度，坚守18亿亩耕地红线，同时提高耕地的绿色产能，才能避免把坡度较大的土地开垦为耕地，把草地、滩涂等必要的生态用地开垦为耕地。因此，在农业生产区域，以全域土地综合整治为人工支持措施，开展山水林田湖草生态保护修复，就是消除“生存与发展”这一生态胁迫性因子的有效途径。

水是生命之源、生产之本、生态之基。从生物气候带考虑，生态系统受损退化后自然修复的过程，极大地受制于水资源的空间分配和循环特征的影响。由于受水资源丰度的胁迫，自东到西、自南到北生态系统自然修复的难度越来越大。

从地形因子考虑，随着海拔高度的增加，因降水、温度、风速、无霜期的变化，生态胁迫性因素不断增多，生态系统自然修复的难度越来越大，需要人工支持与引导的方式和力度也迥然不同。

农区与牧区生态保护修复模式不同。农区与牧区的本质区别是农民定居、牧民游牧。平原农区四季如春，气候温热，适宜种植，若农民全年在田间春播、夏育、秋收、冬藏，定会过着丰衣足食、安居乐业的生活，所以定居是平原农民的生活方式。而高原牧区冰天雪地，气候寒冷变化无常，植被脆弱，游牧是高原牧人亘古未变的文化根基，更是人与自然和谐相处的成功典范。

过度强调围栏放牧也会引起植被退化。健康的草场土壤肥沃、植被多元，物质循环和能量自然流动明显。而封闭草场内，长期禁止动物和牲畜进入草场采食，对植物自身营养跟进和植物种群优化形成严重制约。使用围栏要掌握好草畜之间的覆盖面、合理性、调节度、采食量，尤其要掌握好围栏使用的时间跨度。

“过载放牧”和“过度保护”同样会导致草场退化。一是增加牲畜会伤牧。如一定面积草蓄平衡承载100头，若超载50头，就会使所有牲畜进食量严重不足，最初大面积牲畜体质、体能下滑直接导致免疫力每况愈下，最终出现大量死亡，直到牲畜保有量达到草原可承载的区间方可停止牲畜伤亡。二是牲畜减少会损草。原本可承载牲畜100头，但人为减畜50头后，会出现一半的草场处于闲置状态，动物与植物之间的依存链条渐渐断裂，最终导致植被根茎萎缩，甚至有些植被会出现永久性死亡，直到人类遏制这种退化势态。

生物多样性与稳定性是人工支持引导生态系统自然修复的主要目标。生物多样性是多层次的，各个层次的多样性对生态系统稳定性的贡献并非相同，作为生物多样性的本质，遗传多样性是生态系统稳定性的关键因素。因此，人工支持引导生态系统自然修复中，要高度重视土壤“种子库”的作用。

生境受损与生物群落退化是影响生态系统稳定性的两大因素，二者相互影响、相互制约。重塑稳定的地貌和重构水、肥、气、热协调的土壤，一直是生态修复的基础性工程，也是生物多样性重组的前提。科学地在地貌重塑、土壤重构、植被重建、景观重现阶段植入生物多样性的理念，就会反证“重塑的地貌、重构的土壤、重建的植被、重现的景观”的可持续性。

农田是典型的人工生态系统，也是最不稳定的生态系统。耕地生物多样性保护问题，应明确保护耕地永续利用的生物多样性有哪些种类，以及这些种类哪些来源于耕地本身，哪些来源于耕地周边环境。首先从景观镶嵌格局上优化布局（规划层面），将耕地生物多样性保护与利用尺度纳入到农田生态系统的结构调整与利用中。另外，生物多样性的基础是生境多样性，应通过土地综合整治与生态修复工程进行调控（实施层面）。中国耕地生物多样性保护既要避免照搬国外模式，又要避免矫枉过正，不同生物气候带下的水田、水浇地、旱地的耕地类型，自有不同生物多样性的保护与农事操作的模式可鉴。

从原始荒野的保护，到极度退化生态系统（采矿废弃地）的生态重建，均离不开人工支持和引导，只是模式不同。对于原始的或保存较好的生态系统，通过物种与种群的生物多样性保护、生态系统的保护种引入、自然保护区的保存来实现；对于轻中度退化的生态系统，通过生态系统的保护和培育，促进正向生态演替的生态保育；对于严重破坏退化的生态系统，通过人工干预实现生态系统组成和结构改良或改造层面的恢复重建；对于原生生态系统已消失的土地，可以转变为其他生态系统、用人工方法仿造重建原有的生态系统，或根据需求构建全新的生态系统。

人工支持引导生态系统自然修复的核心，是通过土地整治消除生态修复的物理屏障，在改变植物生长水热条件的同时，也为“种子库”的形成奠定了基础；同时要选择先锋植物和适生植物，以及注重植物之间的合理配置，用生物屏障助推受损生态系统的自然修复。人工支持引导可以提高生态系统自然修复的速率和效果，增加生态系统稳定程度和生物多样性水平，在全国重要的生态系统保护修复中要考虑人工支持引导措施并验证其作用。

自然修复的本质是最小化的人工干预，但并不等于放任不管。“基于自然的解决方案”要考虑中国本土化生态保护修复的差异性，要从国家生态安全的角度出发，以生态系统综合管理为手段，以消除最大的生态胁迫性因子为基础，强化生态系统的自然更新。这样可以缩短实现生态修复所需的时间，保护珍稀物种和增加生态系统的稳定性，减少投资和提高效益。

生态保护修复如同人体的健康管理，应由“开刀治病”转向“健康管理”或全程“适应性管理”，这即是应对山水林田湖草生态保护修复工程实施过程中生态系统演变复杂性的需要，也是应对先进适用生态修复技术模式选择的需要。山水林田湖草生态保护修复，在什么样的条件下需要启动适应性管理机制？国内外有哪些成功的生态保护修复适应性管理经验可借鉴、失败的教训可规避？针对人工支持引导生态系统自然修复过程中的不同变化条件，需要什么样的技术政策措施来解决？等等，需要进一步通过实践、认识，再实践、再认识。

（本文责编：郎海鸥；网络编辑：曾 爽）