生態保護與修復理論和技術國外研究進展

付戰勇，馬一丁，羅 明，陸兆華,5,*

1 中國礦業大學(北京) 恢復生態學研究所，北京 100083 2 中國科學院生態環境研究中心城市與區域生態國家重點實驗室, 北京 100085 3 中國科學院大學, 北京 100049 4 自然資源部國土整治中心，北京 100035 5 濱州學院 山東省黃河三角洲生態環境重點實驗室，濱州 256603

工業革命以來,經濟發展極大地加快了社會前進的步伐,改善了人民的物質生活水平,但經濟發展所導致的全球氣候變暖、極端天氣頻發、環境污染、棲息地喪失等生態環境問題卻日益突出[1-2],全球范圍內,森林、草原、濕地等自然生態系統大面積消失[3-6],結構和功能嚴重破壞,人造系統和受人類支配的半自然生態系統大幅度增加[7],生態系統所能提供給人類的食物供給和服務功能大幅度減少[8],人類的生存發展遇到了前所未有的挑戰。

當前,人類對社會經濟發展所引發的生態與環境問題的認識尚存在理論上和科學上的不足,如何破解人類發展與生態保護這對矛盾,進而實現2030年全球可持續發展目標已成當今世界的最大難題。面對日益失衡的地球、日益破碎的生物圈以及日益擴大的人類足跡,我們已無法用傳統的環境線性思維協調指數增長與幾何增長的關系、整體與邊際的關系、現實與未來的關系。生態學特有的非線性思維范式及其系統觀、整體性、動態觀及多學科交叉的特點為探索解決這些危機提供了理論基礎和科學框架[9]。正如Palmer等20位生態學家2005年在Frontiers in ecology and the environment雜志上發表的《21世紀的生態學與可持續發展》一文中所說：“生態學研究已為了解自然和人類對自然的影響做出了巨大貢獻,在實現社會可持續發展中將起到愈來愈重要的作用”。本文通過對國外生態保護與生態修復理論、技術與實踐案例分析,力圖為我國脆弱生態系統保護與退化生態系統修復提供理論和技術支撐。

1 概念辨析

1.1 生態與環境

“生態”最早見于德國生物學家Haeckel 1866提出的生態學概念一詞,其源于古希臘文oikos,意指住所/房子(house)或者棲息地(habitat),即生態為生物的生存空間特征,生態學即研究生物與其周邊生存環境的關系。“生態”作為生態學研究的對象,應為名詞,但在國內生態一詞長期作為環境一詞的附屬物,更多表現為形容詞,其內涵與外延經常模糊不清。《中國大百科全書》甚至未列入“生態”一詞,《辭海》中解釋“生態”為生物圈內的生物,不論是同種或異種,彼此間都會相互影響。生物和它所生活的環境間,也會發生相互作用,這些現象稱為“生態”。特別是在當下我國高度重視生態保護與生態修復,倡導生態文明的大背景下,急需厘清“生態”一詞的科學內涵。

“生態”應指生物與環境的有機組合體,即自然界中生物與生物、生物與環境所構成的具有一定結構、功能和動態特征的綜合體,具有整體性、穩定性、動態性及服務功能等特征。生態是生態學的研究對象,生態不是研究“關系”的,它是具有明顯地域特征的“生物+環境”結構功能單元。可見“生態”應更接近“生態系統”。

《中國大百科全書》對“環境”的定義是：“圍繞著人群的空間及其中可以直接、間接影響人類生活和發展的各種自然因素和社會因素的總體。”并指出：“按環境主體可分為以人作為主體的人類生存環境和以生物為主體的生物界生存環境。”環境科學語境下,多數人采用前者,而在生態學中,往往采用后者。可見“環境”常因研究“主體”不同而不同。環境概念從環境學科中產生即打上了以“人”為中心的烙印。從而也決定了現有環境問題中對環境污染控制、環境保護與治理中的線性思維,因為人只是自然界中具有“社會”屬性的生物而已。

“生態”與“環境”概念在科學層面及不同話語體系下理解也有不同,比如“環境”在西語體系下常被理解為“環境就是我們周圍的一切事物”。“生態”內涵和外延均大于“環境”,可以理解為“環境”是“生態”的重要組成部分,“生態”學研究可為人類開展“環境”問題的研究提供新視野與全新視角。

1.2 生態環境

“生態環境”一詞最早由已故中科院院士黃秉維(五屆全國人大常委) 1982年在全國人大討論憲法草案時,針對草案中“保護生態平衡”這一說法提出來的。他當時認為“保護生態平衡”不夠確切,建議改為“保護生態環境”。他的建議在政府報告和憲法中都被采用,“生態環境”從此成為法定名詞。但后來黃先生發現這個提法不當,在自己的文章中明確地說：“顧名思義,生態環境就是環境、污染和其他的環境問題都應包括在內,不應該分開,所以我這個提法是錯誤的”。

“生態環境”在《中國大百科全書》的定義是：“環繞著人群的空間中可以影響到人類生活、生產的一切自然形成的物質、能量的總體”。可見其仍秉持“人本中心”的理念,與“環境”無大差異。嚴格講“生態環境”并不是一個科學的概念,把環境與生態疊加使用也是不妥的。“生態環境”的準確表達應當是“自然環境”,外文沒有“生態環境”或“生態的環境”的說法,《中國大百科全書》中即將“生態環境”譯為“ecological environment”。生態與環境既有區別又有聯系。生態偏重于生物與其周邊影響因子相互作用及其綜合特征,更多地體現出系統性、整體性、關聯性,而環境更強調以人類生存發展為中心的外部因素,更多地體現為人類社會的生產和生活提供的廣泛空間、充裕資源和必要條件。

1.3 生態保護

“生態保護”(ecological protection)指人類對生態系統有意識的保護。生態保護是以生態科學為指導,遵循生態規律對生態及其環境的保護對策和措施。生態保護的關鍵在于應用生態學的理論和方法,研究并解決人與生態環境之間相互影響的問題,協調人類與生物圈之間的相互關系。生態保護的重點是通過保護生態系統結構的完整性來維持其功能的可持續性。通常生態保護的對象主要為自然、近自然生態系統及自然資源、生物多樣性等。

1.4 生態修復

“Ecological restoration”在學術上比較常用的中文釋義是“生態恢復”和“生態修復”,不同國家叫法不同,我國與日本叫做“生態修復”,歐美國家稱之為“生態恢復”。“生態修復”(ecological restoration)是指輔助退化、受損或被破壞的生態系統而進行的恢復過程。在生態學原理指導下,以生物修復為基礎,結合物理修復、化學修復和工程技術措施,通過優化組合,使之達到最佳效果的修復技術。生態修復的施行需要生態學、植物學、微生物學、栽培學和環境工程等多學科的結合。當前,生態修復理論和實踐走在世界前列的是歐洲、北美、新西蘭和澳洲,其中,歐洲偏重礦區修復,北美偏重森林和水體修復,而新西蘭和澳洲則偏重于草原的生態修復。

1.5 環境保護與生態保護

“環境保護”(environmental protection)簡稱“環保”,指人類為解決現實的或潛在的環境問題,協調人類與環境的關系,保障經濟、社會的可持續發展而采取的各種行動的總稱,環境保護是單因素和單方面的,保護重點以“人”為中心。“生態保護”(ecological protection或ecological conservation)是指對生態系統整體的保護,保護重點以“生物”為主,包括不同層次的生物,亦包括不同尺度的生物環境,乃至整個地球生物圈及其組成部分。

2 生態保護與生態修復國外研究進展

2.1 生態保護與生態修復研究趨勢分析

基于文獻計量學,以生態保護(ecological conservation / protection)與生態修復(ecological restoration / reclamation / recovery / remediation / rehabilitation )為主題詞在Web of Science上檢索了1950年至2018年相關文獻的發表情況(圖1)。近70年來,國際上生態保護與生態修復研究大致呈現出以下特征：(1)生態研究

圖1 近70年Web of Science “生態保護”和“生態修復”為主題詞的SCI論文發表情況Fig.1 SCI papers with ‘ecological protection’, ‘ecological restoration’ and ‘ecological’ in recent 70 years

中有關生態保護與生態恢復的研究明顯可以劃分為兩個階段,即前50年平穩發展期(1950—1999年)和近20年的快速增長期(2000—2018年)。(2)總體來看,國際上發表的生態保護研究論文多于生態恢復研究論文數量,特別是進入21世紀以來的近20年,生態保護研究呈現快速增長態勢,明顯高于生態修復研究論文數量,表現出保護研究優先的特征。(3)從國際上生態保護與生態修復研究論文占生態研究論文總數的比例看,自1963年以來均呈現快速增長態勢,特別是生態保護論文比例從1963年的1.91%增長到2018年的26.24%,生態保護研究更加受到重視,發文數量也自此明顯超過生態修復研究,這與1962年美國生物學家Rachel Carson《寂靜的春天》的發表不無關系。

依據2017年—2018年兩期Nature Index收錄的國際頂級期刊(選取綜合類期刊：Nature,Science,PNAS和美國、英國等生態學頂級專業期刊：Ecology,Ecology Letters,Frontiers in Ecology and the Environment,Journal of Ecology對生態保護與生態修復近20年論文(1999年—2018年)在Web of Science上進行檢索(圖2)。整體來看,生態保護與生態修復的發文數量隨時間均呈波動增長態勢。

圖2 近20年國際頂級綜合類期刊與生態學頂級專業期刊 “生態保護”和“生態修復”發文量對比圖Fig.2 Comparison of publications of ‘ecological protection’ and ‘ecological restoration’ between international top comprehensive journals and ecological professional journals in recent 20 years

從生態保護與生態修復的研究對象看,以山(mountain / ridge / mine)、水(river)、林(forest)、田(cropland / farmland)、湖(lake)、草(grassland)、城(city / urban)、海(ocean / sea)、濕地(wetland / marsh / salt marsh / peatland / pool)為主題詞在Web of Science上進行檢索。結果表明,生態保護與生態修復的對象多集中在森林、海洋、河流、濕地和山體。

圖3 近20年來不同生態系統的生態保護與生態修復發文情況對比圖Fig.3 Comparison chart of ‘ecological protection’ and ‘ecological restoration’ of different ecosystems in recent 20 years

2.2 國外生態保護與生態修復理論

2.2.1生態系統退化機制

干擾(disturbances),即由外部因素引起的生態系統的任何可見的變化,是調節生態系統結構和功能的自然驅動力[10]。以陸地生態系統(森林、草原、荒漠、凍原、城市、農田、山體)和水生生態系統(河流、湖泊、沼澤、海洋、濱海濕地)為研究對象,比較分析不同生態系統退化的主要驅動力(表1)。

當前,許多管理行動旨在緩解當地的干擾與壓力,以增強生態系統對全球氣候變化的適應能力。通過管理可預測的人為干擾,以維持足夠高的生物多樣性水平,確保生態系統的恢復能力,確定生態閾值,為應對全球氣候變化中的不確定性和生態恢復提供切實可行的解決方案。

2.2.2生態保護與生態修復原則

干擾是生態系統退化的驅動力和退化發生的必要前提,一旦干擾超過了生態系統的抵抗力閾值后,生態系統就會發生退化,退化程度決定于干擾強度、干擾頻率、干擾時間和干擾規模[10,29]。一般而言,針對一個受到干擾而正在退化或者已經退化的生態系統,該如何保護與修復,應依據退化生態系統所受的干擾程度和生態系統結構、功能破壞程度而定,一般可分為三種情況：

表1 生態系統退化與驅動因子

(1)生態系統受外界干擾程度較小,對原有生態系統結構和功能影響較小,這種情況下,可以充分依靠生態系統的自我調節與自恢復能力,遵循“保護為主”原則；

(2)生態系統受外界干擾程度較大,對生態系統結構與功能造成較大影響,在開展生態保護與生態修復時應視生態系統結構和功能受損程度梯度、格局,實行修復中的保護,遵循“保護+修復”并重原則；

(3)生態系統受外界干擾程度很大,造成原有生態系統的結構和功能遭受嚴重破壞,生物多樣性顯著降低,遠遠超出了生態系統自然恢復的能力,這種情況下,必須借助生態修復來促進生態系統結構與功能修復甚而重建,遵循“修復為主”原則。

2.2.3生態保護理論

(1)大地共同體理論

《大地倫理》在生態學“群落(community)”概念的基礎上擴充為“大地共同體(land community)”概念。1949 年,Leopold在“大地倫理”中對大地倫理學的科學內涵作了進一步闡述：“當一切事情趨向于保持生命共同體的完整、穩定和美麗時,方為正”[30]。這里的“完整”指生態系統的完整性與物種的多樣性及其協調的關系；“穩定”指維持生態系統自我調節和自我更新的功能；“美麗”則是指一種超越了經濟利益的更高的審美意識。完整、穩定和美麗是三位一體的有機整體,是大地共同體不可分割的三個要素。隨著人們生態意識的提高,大地倫理主張擴大共同體的界限和研究對象,使之包括土壤、水、植物和動物,也就是由它們組成的整體“大地”。同時,人類再也不能再像以前那樣把大地視為自己的附屬品,只從經濟角度去濫用和破壞大地,人類應該把自己看作“大地共同體”的一員,有責任維護生命共同體的完整、穩定和美麗。

(2)島嶼生物地理學理論

1967 年,MacArthur 和 Wilson 提出了島嶼生物地理學理論,首次闡述了物種多樣性和“島嶼”面積、隔離程度的關系,即“島嶼”的面積及其隔離程度決定了物種豐富度[31]。島嶼生物地理學理論作為研究破碎化生境和物種保護問題的基礎,是應用科學方法解決由人類干擾或其它因素引起的物種、群落和生態系統出現的各種問題的學科,其應用與發展也有了更加廣闊的空間,成為物種及其棲息地保護和自然保護區設計的理論基礎[32-34]。

(3)生物多樣性保護理論

蕉城區水利系統的旅游解說系統不僅要普及游客關于水生態，水文化以及水保護的知識，讓游客在了解水利資源的同時，也能夠自覺保護水利資源。

生物多樣性(biological diversity或biodiversity)指生物(植物、動物、微生物)與環境形成的生態復合體以及與此相關的各種生態過程的總和。生物多樣性作為最重要的生態系統結構與功能特征,是生態學領域最為重要的研究內容。2010年,國際生物多樣性公約締約方大會第十屆會議制定了20個包括“愛知生物多樣性目標”在內的戰略計劃,采取有效行動來制止生物多樣性的喪失。只有保護了地球上的種質資源,才能可持續的保持生態系統的穩定性和服務功能。鑒于越來越多的人認識到生物多樣性在生態系統功能和服務中所發揮的重要作用,當今時代的生態保護已經從單純的物種保護轉變到物種、群落和生態系統多層次的保護[10,12,35-36]。

(4)涌現性理論

在生態保護中,系統性原理強調的整體性與功能性是內部結構與外部系統環境綜合作用的結果,也就是我們所說的涌現(emergence)。涌現過程是新功能和新結構產生的過程,是一種從低層次到高層次的過渡,但這個性質并不存在于任何單個要素中,而是系統在由低層次構成更高層次時才表現出來。系統功能之所以表現為“整體大于部分之和”,就是因為系統涌現了新質的緣故,其中“大于部分”就是涌現的新質。系統的這種涌現性是系統的適應性主體之間非線性相互作用的結果,這有助于認識生態系統結構與功能特征。

(5)立法保護

法律法規為更高層次的生態保護提供了一定的依據,歐美國家在立法保護方面一直走在世界前列。1891 年,美國《森林保護法案》頒布,國有森林系統形成,從法律意義上來約束人們保護森林；1964 年,美國的《荒野法》(Wilderness Act)提出了對聯邦土地的荒野價值進行特別保護的立法理念,成功保護了3.7萬平方千米的聯邦土地,并且創設了國家荒野地保護系統,開啟了美國荒野保護歷史的新篇章,這對荒野地后續的生態保護提供了一定的新思路。1970年,美國瀕危物種保護法(Endangered Species Act)指出,政府要劃出保護地并資助瀕危物種的保護；2008年,David的《荒野：美國價值觀的歷史,意義和前途》一文認為荒野保護是美國環境傳統發展的中心價值,并且已經建立在法律和機構當中,通過荒野法案得以更加廣泛的保護。

2.2.4生態修復理論

生態修復的對象是生態系統,它作為改善退化生態系統的生產力和緩解生態系統損失的一種方法,為生物多樣性保護和自然資源管理提供了新的思路和機遇。生態修復是建立在恢復生態學的理論基礎上所進行的實踐,生態修復的理論基礎來源于恢復生態學。Jordan等提倡采用“綜合方法”進行修復,以促進科學方法和生態修復實踐的融合[37]。目前,國外生態修復依據的理論主要包括以下四個方面：

群落演替(community succession)一般指植物群落在受到干擾后的恢復過程或在裸地上植物群落的形成和發展過程。群落演替的定義有廣義和狹義之分,廣義上是指植物群落隨時間變化的生態過程,狹義上是指在一定地段上群落由一種類型變為另一種類型的質變、且有順序的演變過程。無論原生演替還是次生演替,都可以通過一定的人為操作進行調控,從而改變演替方向和演替速度,即只要克服或消除外界的干擾壓力,將有助于對自然生態系統和人工生態系統進行有效地控制和管理,并且可指導退化生態系統恢復和重建[38]。群落演替過程中,演替方向易受到干預,其中,營養級聯效應在一定程度上顯得尤為重要。營養級聯(trophic cascade)是在多營養級中的自上而下的鏈式反應,生態系統中某營養級生物數量明顯改變后,其他營養級生物數量會發生相應變化。在生態恢復實踐中,應當注意生態演替過程中的營養級聯效應,使演替朝著合適的方向進行。目前群落演替理論被廣泛用于退化森林、草原、濕地植被的恢復中[39]。

(2)生態系統穩定性理論

生態系統具有趨于平衡點的穩定特性,生態系統穩定性(ecosystem stability)通常被定義為生態系統在應對干擾發生狀態變化的同時并進行重組以維持生態系統功能的能力[10,40-41]。生態系統穩定性由生態系統的抵抗力和恢復力兩個獨立的過程共同決定,抵抗力指引起生態系統結構變化的干擾的大小,而恢復力是指返回到生態系統最初結構的速度。這兩個過程從根本上是不同的,但很少被區分開來。目前,生態系統穩定性理論已經成為自然生態系統管理和生態修復的核心概念[42-43]。

(3)群落構建理論

在一個特定的時間和空間中,群落構建(community assembly)是一個群落中物種在空間和時間尺度上組合的決定因素,物種多樣性越高,組合越復雜,生態系統就越穩定[44]。群落構建研究對于解釋物種共存和物種多樣性的維持是至關重要的,生態修復工作越來越側重于受干擾地區生物群落的物種組成多樣性和功能多樣性,通過物種結構、時空結構和營養結構的組合來指導修復工作。在過去20年中,生態修復研究主要集中于如何提升生態系統功能和促進生物多樣性的恢復,群落構建在生態修復工作中得以被應用[3,45-46]。

(4)生態位理論

生態位(niche)是指在自然生態系統中一個種群在時間和空間上的位置關系及其與相關種群之間的功能關系。1917年,Grinell最早提出了生態位的概念,用來劃分環境的空間單位和一個物種在環境中的地位。1957年,英國生態學家Hutchinson進一步完善了生態位的概念和內涵,并提出了n維生態位(n-dimensional niche),該種定義被廣泛接受,沿用至今。Young等[38]和Wainwright等[44]在探究生態恢復和生態學理論的關系時,提及生態位所發揮的重要作用。根據生態位理論,在生態修復過程中,首先要調查修復區的生態環境條件,根據生態環境因子選擇適當的生物種類,同時避免只引進生態位相同或者相似的物種,使得各種群在群落中擁有自己的生態位,避免或者減少種群間的競爭,實現物種間共存,維持生態系統的長期穩定。

2.3 國外生態保護與生態修復技術

2.3.1生態保護技術

生態保護直接作用于山體、河流、森林、農田、湖泊、草原、濕地等生態系統,從而提高了山、水、林、田、湖、草的保持水土、涵養水源和孕育生物多樣性的能力,使各系統的生態功能得到進一步提升,發揮未來更大的社會效益、經濟效益和生態效益。生態保護的根本就是保護生物多樣性,這是基礎,也是保護的核心。目前,相關生態保護技術主要包括以下三個方面：

(1)自然保護地技術

全球氣候變化背景下,人類越來越重視生物多樣性的保護工作,在全球范圍內分別成立了世界自然保護聯盟(IUCN)、IUCN世界保護地委員會(WCPA)、生物多樣性公約(CBD)和西班牙生物多樣性基金會(The Fundación Biodiversidad)等機構,旨在保護自然資源和維持生態系統服務功能。自然保護地是一個明確界定的地理空間,通過法律或其他有效方式獲得認可、得到承諾和進行管理,以實現對自然及其擁有的生態系統服務和文化價值的長期保護。國外設立自然保護地的時間較早,1872年,經美國政府批準建立了世界上公認的第一個國家公園——黃石國家公園,這一舉動為全球國家公園的建立開辟了一條全新的道路。目前,自然保護地和國家公園的實踐從美國一個國家發展到全球近200個國家,從“國家公園”單一概念發展成為“自然保護地體系”,并產生了“世界自然和文化遺產地”、“國際重要濕地”、“ 世界地質公園”等一系列概念,國家公園的概念本身也從單一的生物保護擴展到生態系統水平的保護。

(2)生態功能群重建技術

功能性狀(functional traits)決定了生物體的生物學和生態學特性,即在特定的生物和非生物條件下生物體生長、生存和繁殖的能力,個體間功能特征值的分布決定了群落的功能結構[47],可以更直觀的表明物種的生態策略和對環境變化的響應機制。近年來,基于功能性狀的方法越來越多地被用于研究演替過程中的生態變遷[39]和應對棲息地退化[48-49]、氣候變化[50]或外來物種入侵等的干擾[51]。Lechêne等基于功能特征方法,研究了灘涂濕地生態恢復過程中魚類的功能群,這有助于識別潮汐沼澤修復過程中驅動群落變化的因素,在未來的生態保護實踐中,基于功能性狀的方法將有很大潛力來用于潮汐濕地和水生動物棲息地的保護[52]。此外,基于植物功能性狀的方法也被用于物種多樣性維持和群落穩定性研究。

(3)生態網絡構建技術

隨著經濟的發展,人類對土地的不合理利用所造成的景觀破碎化和片段化嚴重威脅到生物多樣性,導致物種組成發生改變、種群數量降低、滅絕速率加快[53]。生態網絡(ecological network)是應對棲息地破碎化的重要手段,通過提升破碎棲息地間的景觀連接度來緩解生境破碎化所帶來的負面影響。目前,國外對生態網絡的研究較多,在不同區域、從不同空間尺度上均開展了豐富的研究和實踐工作,通過使用核心區、緩沖區、生態廊道或者淺河中的踏腳石,創造自然生境來連通以森林、湖泊、荒野為主的自然區,從而誕生了歐洲生態網、歐洲Nature2000自然保護基礎網絡、荷蘭國家生態網絡、泛歐生態網絡等,這為生物多樣性保護和生態保護提供了一定的科學依據。

2.3.2生態修復技術

退化生態系統的修復方案是多種技術的有機組合,生態修復效果很大程度上取決于修復方案的科學性,主要包括功能性修復和目的性修復。近年來,新的生態修復技術相對完善開來,從傳統單一的植樹造林到水、土、氣、生四相結合進行綜合治理,開展生態修復工作,同時也兼顧地上地下,山上山下,上游下游等各方面的影響因素,應用技術主要包括以下四個方面：

(1)土壤修復技術

工業革命以來,隨著工業化、農業化和城市化的推進,土壤重金屬污染已經成為全球范圍內的一大難題[54-55]。原位處理和異位處理是重金屬污染土壤修復的常用修復技術,植物的原位修復技術是一種經濟有效、友好的修復方法,主要取決于重金屬的生物有效性[56-57]。目前國外常用的修復技術主要包括物理化學修復技術——土壤淋洗技術、玻璃化技術、固化和穩定化技術[19,57],生物修復技術——植物穩定技術、植物刺激技術、植物轉化技術、植物過濾技術、植物萃取技術和微生物修復技術[58-59]。

(2)植物修復技術

原生植被的喪失是當今世界面臨的最嚴重的土地退化問題之一。播種作為一種傳統的植被恢復方法,在土地修復和管理中得以使用[60]。然而,在干旱和半干旱區的退化生態系統中,播種恢復效果并不理想,土壤結皮減少了水分的滲透和氣體交換,嚴重影響種子的萌發率,導致植物建成率非常低[61]。美國西部大盆地地區的牧場種苗研究表明,幼苗的出現是從種子到成熟植株過程中的一個主要發育瓶頸[61,62]。種子群技術和種子包衣技術等新技術提出了克服這些限制的潛在方法,可以提高結皮土壤中的出苗率,為幼苗生長提供了有利條件[63]。此外,在礦區生態修復過程中,Fernández等提出了干旱礦區植被重建關鍵技術,包括植物物種選擇、幼苗種植、群落構建以及植被維護等[64]；Merino-Martín等考慮到植被生命周期的重要性,提出了全局植被重建技術(植物物種優選、表土覆蓋、播種和維護管理)[65]。

(3)景觀修復技術

Nassauer和Opdam將景觀定義為一個不斷被人類改造以增加其視覺價值的生態系統的異質性鑲嵌斑塊,由不同植被類型和土地利用類型在空間上搭配組合而成[11,66]。目前,景觀方法在緩解生境破碎化和調整群落結構等方面發揮了一定作用,國外常用的景觀修復技術主要包括加強斑塊的生態連通性、地貌重塑,加強修復場地和周邊生態系統功能的協調等。Aronson等強調了在景觀尺度上進行生態修復的重要性,包括景觀結構、生物組成和景觀內生態系統之間的功能交互[67]；Datar在露天礦山修復過程中利用擬自然理念來重塑景觀,注重增加地形的異質性[68]。此外,還可以控制景觀的連通性和滲透性,從而實現特定的恢復目標。例如,城市保護區的鳥類棲息地可以通過修復鄰近的林地和在住宅花園中使用本地植物物種來增強[69]。

(4)再野生化技術

再野生化(rewilding)是使某一區域回歸到野性、自主的狀態,它強調對種類繁多的本地物種和關鍵物種的大規模、大空間的生態保護與恢復,使這些物種在自然條件下達到豐足的數量,以重新獲得健康、可持續、適應力強的生態系統[70]。Lorimer等則認為再野生化是一種維持或提高生物多樣性的方法和技術[71]。目前,再野生化已經從單純的強調大型動物保護擴展為生態系統的保護與修復,即生態系統再野生化。當前,再野生化技術在德國萊比錫城市森林內自然洪水的恢復、瑞士國家公園的管理、巴西里約熱內盧奇久卡國家公園的生物多樣性的保護和生態系統的恢復以及白俄羅斯切爾諾貝利禁區的生態系統和野生動物保護與生態修復等實踐中發揮了重要作用。在此背景下,了解其他國家在荒野概念和再野生化方面的應用,這將有助于我國開展荒野相關的研究,為我國生態修復提供一定的參考。

3 結論與展望

生態保護與生態修復必須建立在生態科學認知的基礎上,首先要明確保護的對象與修復的目標,建立一套適合特定生態系統保護與修復的技術方法,做到“一塊區域、一個問題、一種技術、一項工程”,全面考慮生態修復工作的目標與任務,堅持“保護優先、自然恢復為主”,實行“宜水則水、宜林則林、宜草則草”原則,綜合考慮生態系統的完整性、穩定性、連續性和可持續性,以及生態原理的適用性、修復技術水平、科研人員的參與、資金投入與群眾訴求等因素,科學制定退化生態系統的修復方案,逐步實現生態系統從結構的修復到功能的修復。回顧國外生態保護與生態修復的理論與實踐,可以對照我國在山水林田湖草的生態保護與生態修復項目,還應關注以下四個方面：

(1)生態保護與生態修復尚缺乏系統全面的生態理論指導。人類發展依托自然,依托對生態的真正認知。目前,人類生態知識的欠缺和認識的偏頗尚不足以支撐對自然的保護,生態保護普遍缺乏對保護對象的系統、全面與綜合的認識。

(2)學習和對照國際上對生態保護與生態修復研究的“生態保護為主,生態修復為輔”態勢及“生態修復服務于生態保護總目標”的原則,逐漸調整我國“生態保護”與“生態修復”割裂與分離的局面,兼顧生態系統的完整性、穩定性、連續性和可持續性,實現“宜保則保、宜修則修”,“保修結合、相輔相成”。

(3)對生態保護與生態修復工程缺乏“前期科學規劃-過程監測-修復效果后評估”全過程管理機制。修復項目普遍缺乏科學數據,無法開展生態保護與生態修復工程科學定量評價。

(4)生態保護與生態修復技術應用與工程應充分鼓勵政府、企業、研究單位及其他利益攸關方的廣泛參與,以保證生態保護與修復工程的經濟社會性和生態可持續性。