山水林田湖草生態保護修復的系統性認知

彭 建,呂丹娜,張 甜,劉前媛,林 堅

1 北京大學城市與環境學院,地表過程分析與模擬教育部重點實驗室,北京 100871 2 北京大學深圳研究生院城市規劃與設計學院,城市人居環境科學與技術重點實驗室,深圳 518055

隨著社會經濟發展,我國生產、生活空間在不同程度上擠占生態空間,造成生態退化,生態系統服務供給能力下降等問題。為了破解生態環境難題,各地方不同部門均積極開展生態工程修復退化、受損的生態系統；但護山、治水、養田各自為戰的單要素治理模式忽視了生態系統的完整性,成效并不明顯,常常是舊問題尚未徹底解決卻又產生了新問題,部分地區甚至出現生態系統再退化問題。為了更好地推進生態文明建設,保障生態系統功能完整性,財政部、原國土資源部與環境保護部于2016年9月聯合發文,明確以“山水林田湖草是一個生命共同體”為重要理念指導開展山水林田湖草生態保護修復工作,在生態環境受損區、重要生態功能區、生態脆弱區及生態敏感區對國土空間實施整體保護、系統修復、綜合治理[1]。

生命共同體理念強調山、水、林、田、湖、草等要素相互聯系形成完整的生態系統,實施生態保護修復時需兼顧其整體性和系統性,系統治理是山水林田湖草生態保護修復的核心,是“山水林田湖草是一個生命共同體”的直觀體現。隨著山水林田湖草生態保護修復試點工作在各地的迅速推進[2- 5],“山水林田湖草是一個生命共同體”的理念、內涵得以由模糊轉向清晰。然而,梳理現有試點項目,可以發現當前系統治理理念尚未厘清,并未嚴格從“生命共同體”的整體視角出發,導致具體實踐容易陷入“多要素簡單加和”的困境,難以有效貫徹治理的系統性、整體性[6]。與此同時,隨著國家山水林田湖草生態保護修復工作的全面推進,考核生態保護修復實施成效是實證工程合理性、指導后續修復工作的基礎。由于生態修復的成效顯現具有長期性特征,如何形成科學、有效的山水林田湖草生態保護修復工程實施效果的評估框架也成為亟待解決的科學難題。

云南撫仙湖流域位于云南高原,為半封閉的山間盆地,是珠江上游西江水系南盤江流域的源頭,也是我國重要的戰略水資源儲備庫與川滇生態安全屏障的重要組成部分；但其特殊的自然地理條件和以第一、二產業為主導的社會經濟結構,使其同時也是生態脆弱區。為保護西南地區關鍵生態安全屏障及珠江流域水資源可持續性,撫仙湖山水林田湖生態保護修復工程于2017年9月被列入國家第二批山水林田湖草生態保護修復試點。本研究重點依托撫仙湖山水林田湖草生態保護修復工程經驗,探討山水林田湖草系統治理的必要性、治理思路和考核途徑,嘗試回答如何系統治理山水林田湖草這一科學問題,以期為科學認知山水林田湖草生態保護修復的系統性提供依據,為推進新時代生態文明建設提供理論支撐。

1 山水林田湖草系統治理的必要性

打破單要素治理是山水林田湖草生態保護修復工程的核心目標,而與單要素相對的則是整體性、系統性兩大關聯概念。但是,為什么山水林田湖草治理強調的是系統性,而非整體性？明晰整體性與系統性的科學內涵,厘清二者的邏輯關系是正確運用“山水林田湖草是一個生命共同體”理念指導實施生態保護修復的前提。從英文釋義來看,整體性譯為Holistic[7],強調由生命共同體內部各個部分組成的統一整體,即視多要素為一體。系統性則譯為Systematic[8],著重根據系統(的屬性特征)進行有計劃、有順序的組織和實施,強調系統各組分(構成要素)或各部分(空間單元)的相互關聯和秩序。整合整體性與系統性的要求,生命共同體其實質是一定條件下綜合、高效、穩定地運行的(復合)生態系統。相應地,生態保護修復也應遵循生命共同體運行規律,否則系統可能遭到破壞向無序化發展,最終導致區域生態環境惡化。因此,基于語義學視角,整體性強調狀態,系統性則聚焦聯系,二者各有側重。

系統論中,系統被定義為要素與要素之間關系的總和。在討論部分與整體關系時,系統與整體可視為近義詞,表達相同的含義,可相互替換。比如,系統是由相互作用相互依賴的組成部分結合而成的、具有特定功能的整體。進一步地,系統論的八大原理顯示,所有的系統都具有開放性、自組織性、復雜性、整體性、關聯性、等級結構性、動態平衡性和時序性等基本特征[9]。其中,整體性作為系統的核心屬性,強調了系統是具有獨立要素所不具有的性質與功能的整體,因而不能脫離整體以單一對象的視角看待系統的構成部分。更進一步,基于系統論的關聯性、復雜性、等級結構性視角,系統性在涵蓋整體性的基礎上,進一步關注各要素相互關聯。作為一個社會-生態系統,生命共同體的系統性決定了山水林田湖草系統治理的必要性,主要體現在實施的對象生態系統和主體社會系統。

1.1 生態保護修復對象

山水林田湖草生態保護修復工程面向的是全域國土空間[10]。區別于以往單一類型的生態系統保護修復,當前生態保護修復的對象是山水林田湖草生命共同體,其本質是景觀綜合體。在這一生命共同體中,山、水、林、田、湖、草各要素基于地表過程耦合,相互作用并形成具有特定結構和功能的統一整體,并在人類社會經濟活動影響下出現結構與功能變化。因此,保護與修復工作應具備特定空間范圍屬性,關注自然要素之間及其與人類活動的相互聯系。

作為景觀綜合體,生命共同體是一個典型的由自然生態、社會經濟因素共同驅動的復雜開放系統,具有自組織性、多穩態、非線性、閾值效應、歷史依賴和不可預期等復雜系統特征[11]。除系統內部要素的相互作用以外,生命共同體本身也作為一個整體不斷地與其他系統進行物質、能量和信息交換；不同的系統要素對整體功能的作用不一且在系統耦合過程中承擔不同角色。生命共同體的系統要素類型按照功能和作用可以分為主導要素、緩沖要素等,按照要素間的影響則可以分為主動影響“源”和被動影響“匯”[12]。

系統組成要素和要素間相互作用的復雜性決定了山水林田湖草系統治理是一個從生命共同體整體性特征出發,綜合考慮要素交互作用,整合、協同要素空間配置的動態優化過程。實施山水林田湖草生態保護修復時,不能忽視要素的聯系將其簡單分類治理(如山的治理、水的修復、林的保護等等),也不能采取“一視同仁”的治理方式,需要從生命共同體的系統性出發,根據要素耦合作用機制協調各類型要素,對生命共同體的修復目標、主導功能、環境影響、投入產出等進行綜合分析,采取多要素關聯、多過程耦合、多空間協同的系統治理措施,才能使生命共同體的整體結構與功能達到預期目標,實現系統的可持續發展。因此,系統治理成為山水林田湖草生態保護修復實施的必然途徑。

1.2 生態保護修復主體

作為實施生態保護修復的主體,人類社會系統大多以有效恢復和維護生態系統完整性為目標[13],但實施時卻往往忽略了當前和未來人類活動對生態系統的影響,未能從修復成果的長時期特征出發,不具備前瞻性。隨著人類文明從原始文明向工業文明、生態文明的轉進,人與自然的關系經歷了從服從、征服進而為協同的轉變過程[14]。這一過程中,人與自然的耦合關系越發密切,人類活動的作用范圍也由局部要素點對點的影響擴大到多要素、多區域的交互作用。人類的主觀能動性正在顯著影響和改變自然生態系統的結構和功能,自然、社會、經濟系統相互作用形成了社會-生態復合系統[11]。社會-生態復合系統受到外界干擾后恢復能力存在彈性閾值,超過彈性閾值時系統可能喪失自我調節能力而崩潰[15]。而這一彈性閾值不僅僅由生態系統本底狀態決定,更取決于社會系統對生態系統的作用方式、強度及持續時間。如果僅考慮恢復或重建生態系統的完整性,忽視了社會系統對生態系統的影響,山水林田湖草生態保護修復極易出現“修復-退化-再修復-再退化”的無效循環。因此,山水林田湖草生態保護修復在明確生命共同體作為治理對象的基礎上,需關注人地關系,協同社會-生態復合系統共同發展。

由于山水林田湖草生命共同體是一個復雜系統,其對于社會系統的干預所產生的反饋也是非線性的。過去生態系統修復工作主要由單一生態環境管理部門負責統籌,各子部門獨立開展工作,主要出于部門事權以單要素治理為主[16],忽視了社會-生態過程耦合聯系,缺乏對不同要素在生命共同體中的重要作用有所差異的科學認知。因此,早期工作易出現僅注重結構形態的表觀治理,忽視生態過程修復,導致修復效果不佳。此外,非平衡的社會經濟發展導致當前我國不同區域的發展階段性存在較大差異。山水林田湖草系統治理不僅需要整合生命共同體自身的問題,同時需要關注社會系統對生態系統當前及未來的差異性需求。這同時也對社會系統內部有關生態系統結構、過程、服務的高效溝通、充分協調提出了更高的要求。因此,社會系統作為山水林田湖草治理的主體,需要基于系統性思維統籌全局、系統謀劃、整合全社會的生態保護與修復需求。

2 山水林田湖草系統治理的實施思路

明確工程實施的范圍、對象和內容是山水林田湖草系統治理的基礎。山水林田湖草生命共同體是特定條件下不同類型生態系統在一定范圍內相互作用形成的空間組合。流域作為陸地生態系統的基本單元[17],具有完整的生態過程[18],是山水林田湖草系統治理的最佳實施單元。通過關注流域內和流域間的生態系統結構、功能及其空間格局,有助于識別關鍵自然資源要素；同時,根據社會-生態過程的耦合特征以及要素的狀態與重要性進行目標需求與約束條件整合,橫向加強要素間的空間聯系,縱向提升要素的生態效能,能夠有效實現自然資源全要素治理。

2.1 基于要素識別的系統治理關鍵環節

從山水林田湖草生命共同體的系統性特征入手,將關鍵要素控制與全要素耦合相結合的治理方式是山水林田湖草系統治理的關鍵環節。也就是說,在控制景觀綜合體關鍵要素結構與功能的基礎上,基于社會-生態過程識別關鍵要素耦合聯系的自然資源要素并實現全要素綜合治理,協同提升區域生態功能、生產功能和生活功能。

準確識別山水林田湖草生命共同體的關鍵要素是順利推進系統治理的基礎,關鍵要素通常對應較高的生態系統服務重要性、生態脆弱性,或有限的資源環境承載力,能夠迅速響應環境變化并維持生態系統穩定性。由于人類生產生活對自然資源要素的高強度索取也易對景觀綜合體的穩定性造成負擔,社會系統需求較高或增速較快的要素也應在治理時作為關鍵要素予以關注。此外,各要素在空間上通過物質與非物質的社會-生態過程彼此聯系、互相作用。如關鍵要素與全要素的耦合機制遭到破壞,關鍵要素的退化將通過生態過程產生負向的“鏈條式反應”,對其他要素的結構與功能產生負面影響。因此,山水林田湖草的系統治理應根據生態過程和要素響應特征厘清所涉要素及其關聯關系,著力推進關鍵要素識別與全要素耦合相結合的核心環節,切實保障系統治理的順利推進。

2.2 面向社會需求的系統治理目標定位

盡管人類社會能夠根據自身主觀需求改造生態系統,但是在資源開發利用的方向、強度分異與自然資源本底限制的雙重壓力下,各項生態修復的資金、科技、人力等需求及投入均存在顯著差異(圖1)。因此,山水林田湖草系統治理的需求決定了生態保護修復的投入,該需求既取決于基于潛力發展的訴求,又受制于打破本底約束的壓力。其中,基于潛力發展的需求主要依據問題導向和目標指向兩大原則確定。前者多聚焦當下問題,后者則立足預期目標,面向未來發展愿景。考慮到山水林田湖草系統治理以及生態系統可持續性提升都是滿足社會發展需求與人類福祉的保障,對生命共同體的認知在包含其生態系統要素關聯本質的基礎上還應關注社會系統,尤其是其空間維度。如果不考慮社會發展需求與人類福祉,山水林田湖草系統治理可能陷入“人為破壞-主動治理-自然恢復-再人為破壞”的惡性循環。生態文明建設是中華民族的千年大計,當前生態保護修復還肩負著脫貧攻堅、鄉村振興等國家重大責任。同時,考慮到我國幅員遼闊,人口分布和經濟發展具有顯著的空間不均衡特征,應特別根據主體功能區規劃、生態功能區劃、國民經濟與社會發展規劃等確定流域的“三生”功能,自上而下確定山水林田湖草生態保護修復預期目標,實施差別化的系統治理。此外,打破約束的壓力同樣源自生態系統和社會系統。生態系統中氣候、土壤等非生物因素通常難以變更,構成生命共同體演化的“短板”要素,決定了區域自然恢復與人工修復能夠達到的潛力和上限,而社會系統中的鄉風民俗等文化傳統短時間內也無法改變,也會對生態保護修復的成效產生長期影響。

自然資源本底現狀的約束是山水林田湖草系統治理需要克服的首要壓力。自然資源稟賦相對不足的區域往往具有修復難度大、脆弱性高、易受外界干擾并退化的特征,通常依賴于更高的治理成本。此時,社會系統與生態系統之間需要綜合協調,適當調整社會經濟發展方向,通過經濟適當讓步于生態或者加大資金、技術投入的形式使山水林田湖草生命共同體能夠承載社會經濟系統的發展壓力。當前國土空間規劃明確要求開展資源環境承載力評價和開發適宜性評價,從而明確國土開發的限制因子及適宜性；相應地,面向生態保護修復的自然資源本底約束評價體系亦亟需建立,從而判別生態保護修復的潛力與壓力,為合理確定人工干預規模與強度提供科學依據。

圖1 山水林田湖草生態保護修復的目標定位Fig.1 The goal of ecological protection and restoration for mountains, rivers, forests, farmlands, lakes, and grasslands

2.3 撫仙湖流域系統治理要點

目前,撫仙湖流域的生態環境問題突出體現在以下四方面：首先,湖體生態環境脆弱。撫仙湖為貧營養湖泊,生態系統結構單一,流域庫塘濕地生境受破壞嚴重[19]。同時,由于撫仙湖的上游湖泊——星云湖底泥污染嚴重、湖體水質差[20],為保護撫仙湖水質,2009年以后星云湖不再向其補水,導致近年來撫仙湖水位下降。其次,入湖河流污染嚴重。撫仙湖補給河流馬料河、路居河,星云湖主要補給河流東大河、西大河和大街河,水質均較差。再次,農田面源污染脅迫大。由于撫仙湖周邊農田復種指數高,粗放的耕作方式造成化肥農藥使用量大,加劇了面源污染風險[21]。最后,礦山裸露,植被覆蓋率低[22]。流域內歷史遺留的34個礦區不僅導致地表高度裸露,同時還造成流域東岸和北部礦區水土流失嚴重,水源涵養功能下降。面對這一系列的生態環境問題,在撫仙湖山水林田湖生態保護修復工程中,長期保持I級優質水資源被列為工程實施目標,識別流域重要生態環境問題是工程的實施基礎,圍繞關鍵要素確定系統治理對象則是工程的實施途徑。

針對撫仙湖流域生態功能退化問題,撫仙湖山水林田湖生態保護修復工程將該流域的生態功能定位為關鍵水源涵養區與淡水供給區,將其生產、生活功能定位為生態農業區與綠色旅游區。為實現該目標,利用關鍵要素“湖”與“水”的生態過程串聯山、林、田等要素,并將流域劃分為湖體保護區、綠色發展區和水源涵養區,根據問題導向和目標指引原則,圍繞“修山-保水-擴林-調田-治湖-護草”重點部署生態保護修復工程(圖2),具體包括調田節水類、生境修復類、礦山修復與水源涵養類、控污治河類、湖泊保育與綜合管理類等,從而構建“一湖三圈五區”流域生態保護修復格局[23],橫向上加強有利的生態過程與要素間聯系,縱向上通過發展綠色生態農業、修山復林、治理湖泊提升要素的生態功能,從而達到保障撫仙湖流域現有的水源涵養功能,并滿足區域社會、經濟、生態可持續發展目標的需求。但從系統論視角來看,當前單要素的撫仙湖山水林田湖治理考核指標如礦山修復面積、農田整治面積、污染物排放削減量等,只能直觀體現單一要素的結構與功能修復狀況,無法表征多要素之間的權衡或者協同影響,亟需強化系統治理成效考核指標。

3 山水林田湖草治理的系統性考核

山水林田湖草生態保護修復的系統性考核,強調治理的系統性及其效能,該效能指系統治理目標和手段的正確性以及治理效果對人類福祉的有益性。山水林田湖草生態保護修復的直接目標是提升生態系統服務潛在供給,但不同類型的生態系統服務之間往往存在不同程度的權衡與協同特征,例如供給服務的上升可能會增大調節服務下降風險。此外,生態系統服務權衡關系存在隨時空尺度推移而同步變化的特征[24],人類對經濟、社會、生態的決策偏好也可能會使山水林田湖草系統治理偏離總體效益最優的初衷。因此,充分考慮生態系統服務的權衡關系是山水林田湖草生態保護修復系統性考核的重要內容,也是確保其系統治理達到生態合理、經濟有利、社會有效等綜合目標的重要保障。

同時,山水林田湖草生態保護修復的效能評估還需要關注時間維度,強化社會-生態系統緩慢釋放的“療效”,因為社會文明演進、科學技術進步和生態系統整體功能改善均能夠助力生態保護修復成效的長期提升。社會-生態過程中存在快變量和慢變量,快變量生態保護修復的響應時間較之慢變量短,對應的功能可以很快得到提升。例如,要素的數量比例和空間格局可在短時間內發生(人類期望的)變化,但區域整體功能的提升則需要相對漫長的時間；同時,人工修復可以較快實現要素結構與功能的提升,而自然恢復效果的彰顯則可能需要歷經數年甚至數十年。此外,相較而言,慢變量相較快變量往往對生命共同體的系統治理成效更具約束作用,但快變量與慢變量在時空尺度可能存在脫鉤現象。因此,盲目追求短期考核指標(尤其是單要素及生態系統結構修復目標)的實現反而可能不利于生命共同體整體功能提升目標的達成；立足可持續性科學視角,考慮系統要素關聯、空間協同特征的多目標、多維度、多屬性、多過程的評估,應作為山水林田湖草生態保護修復系統性考核的基本途徑。

圖3 山水林田湖草治理系統及其考核 Fig.3 The governance system and its assessment in mountains, rivers, forests, farmlands, lakes, and grasslands

山水林田湖草治理系統性考核框架的構建可以從理論與實踐兩方面考慮。理論上,依托生態系統的結構、功能特征及復雜程度,借鑒Chorley和Kennedy對自然地理系統的分類[25],隨著對系統結構-功能復雜度、要素關聯緊密度認知的發展,可將山水林田湖草治理系統分作四級遞進系統(圖3)：(1)形態系統。“獨以形似”的系統治理過程,即關注生命共同體中各要素及其相互的結構特征進行生態保護修復,如根據河道外形和內部結構確定穩定的河道形態進行水生態修復,將山水林田湖草視為一個靠物理要素和空間結構連接的松散系統；(2)級聯系統。“重求神似”的系統治理過程,關注生態過程,側重要素間物質、能量或信息流的動態聯系,如移除水壩連通河流上下游,但容易囿于局部(兩種特定生態系統服務的權衡關系)而忽視整體(景觀功能)；(3)過程-響應系統。“形神兼備”的系統治理過程,整合形態系統與級聯系統,兼顧系統中的快慢變量,將生命共同體視作一個局地的、多子系統響應的、多生態過程耦合的動態生命系統,重視驅動因素及其響應結果；(4)控制系統。“以神調形”的系統治理過程,根據山水林田湖草系統治理的戰略目標與定位,基于過程-響應系統中識別的關鍵要素與過程,強化系統治理的整體效能最優,關注系統內外統籌,并借助正負反饋調節對治理措施進行優化調整。考核山水林田湖草系統治理效能時,可以依照“目標-約束-成本”對四級系統進行生態保護修復的系統性評估,即依據關鍵要素控制、全要素耦合相結合的系統治理思路,在考慮其自然約束條件的基礎上,構建指標體系評估是否以最低的投入成本實現了山水林田湖草生態保護修復的系統目標。

實踐中,山水林田湖草生態保護修復需要重點關注從空間關聯視角審視流域內和流域間治理的系統性。流域內注重要素比例的“形似”優化及其空間布局,通過多目標協同途徑綜合把握生態系統服務之間的權衡與協同關系,在國土綜合整治的平臺上進行自然資源全要素治理、全過程恢復,從而通過“形神兼備”、“以神調形”的系統治理過程提升系統穩定性并達到整體效益最優。例如,撫仙湖流域通過控制“水”和“湖”兩大關鍵要素,根據農田耕作、礦山開采、森林砍伐等社會-生態脅迫過程識別相應的響應要素將流域劃分為山上水源涵養區、壩區綠色發展區和山下湖體保護區,并充分考慮了區域發展目標和氣候、地形等自然條件約束,采取自然恢復和人工修復相結合的方式針對河流、農田、林地、礦山和居住用地等要素實施系統治理,降低生態保護修復成本。另一方面,流域間治理的系統性則主要關注撫仙湖流域與其他流域生態系統服務流的近、遠程耦合,統籌水資源、水環境和水生態三方面的需求。例如,基于生態基流協調上下游生態環境需水量[26],通過生態補償統籌山上山下、流域上下游的系統治理。

4 結語

山水林田湖草生態保護修復的成功路徑在于多要素關聯、多過程耦合、多空間協同的系統治理,而如何踐行并評估治理的系統性則是當前亟待解決的一大難題。本研究初步探討了山水林田湖草系統治理的必要性、實施思路和考核方法。基于系統性、整體性的概念辨析,指出山水林田湖草的生命共同體屬性必須強化系統性才可打破現有治理困境,而生態保護修復對象與主體的系統性決定了系統治理的必要性。通過分析要素的屬性和功能識別系統治理的關鍵環節,并結合社會需求確定系統治理的目標定位,提出基于關鍵要素控制與全要素耦合相結合的治理思路,進而以撫仙湖流域為例詮釋山水林田湖草系統治理的實施途徑。基于系統復雜度、緊密度及其認知,山水林田湖草生態保護修復可分為四級遞進系統,而整合流域內外空間分異特征,基于“目標-約束-成本”框架可以實現山水林田湖草系統治理的效能評估。