生態環境領域共同的理論基礎探析

孫發政

(深圳市大自然生態園林技術有限公司，廣東 深圳 518131)

1 生態環境領域學科林立、學派眾多，但有共同的理論基礎

1.1 生態學和環境科學學科林立

生態學是研究生物與環境及其相互關系的科學，大致經歷了4個時期[1]：①生態學的萌芽時期(公元16世紀以前)，公元前1200年我國《爾雅》一書中，記載了176種木本植物和50多種草本植物的形態和生長環境。②生態學的建立時期(公元17世紀至19世紀末)，1869年德國動物學家HAECKEL提出生態學一詞，并首次給出生態學定義。③生態學的鞏固時期(20世紀初至50年代)，這個時期形成了幾個著名的生態學派：北歐學派、法瑞學派、英美學派、蘇聯學派。1935年英美學派代表人物TANSLEY首先提出生態系統的概念。④現代生態學時期(20世紀60年代至現在)。生態學已形成龐大的學科體系，如：植物生態學、動物生態學、草地生態學、森林生態學、水域生態學、景觀生態學、農業生態學、土壤生態學、恢復生態學，等等。

環境是相對于某一中心事物而言的[2]，環境科學所研究的環境是以人類為主體的外部世界的總體，是指影響人類生存和發展的各種天然的和經過人工改造的自然因素的總和。環境科學是研究人類社會發展活動與環境規律之間的相互作用關系，尋求人類社會與環境協調演化、可持續發展途徑與方法的科學。環境科學分支眾多，如：區域環境學、全球環境學、聚落環境學、基礎環境學、應用環境學、物理環境學、大氣環境學、生物環境學等。

1.2 水土生態理論的創立和發展

2004年11月，筆者作為《中國發明與專利》雜志的封面人物接受記者專訪時首次提出“水土生態”一詞，這個詞表述的是一個自然規律：地球上凡是有水土的地方，必然有植物的生長，植物的生長又保護和培育著水土資源。經過理論上的不斷探索和實踐上的升華，現已形成水土生態理論體系。水土生態的內涵是指地球上水土與植被相互依存、相互制約、相互促進與發展的一種生態平衡關系；廣義上說，水土生態是指水、土、植被在其運動和演化過程中的一切關系的總和[3]。

水土生態不是簡單地將“水土”與“生態”二字相加，它反映的是自然界水、土、植被相互聯系、相互依存的一般規律，在規劃、建設、國土、農業、林業、草業、水利、環保等方面具有普遍的、重要的現實意義。水、土、植被三大要素既各自獨立，又相互聯系，是“既見森林，又見樹木”的整體自然觀。

水土生態理論總攬了地球上的生態與環境，抓住了生態環境的“牛鼻子”。所有生態環境問題歸咎于三大根源：①水土生態退化；②環境污染；③資源衰竭。三者既各自獨立，又相互聯系，水土生態是重中之重。水土生態的提出，使紛繁復雜的生態環境問題一目了然。

水土生態的提出，找到了生態、環境、資源的結合點，無論是生態、環境，還是資源，統統都離不開水、土、植被三大要素。水、土、植被既是生態、環境的主體，又是資源的載體。若從廣義上理解水土生態，那么冰川和沙漠也是地球上水土生態存在的各種方式之表現。

1.3 狹義的水土生態和廣義的水土生態

狹義的水土生態，一般指水熱條件較好的地區，植被繁茂，水源豐沛。其三大要素是指：①水。地表水、土壤水、生物水(不包括氣態水和固態水及海水)。②土。土壤、巖土(含由巖土構成的地貌)。③植被。森林、草原、農作物、園林綠地(不包括藻類)。

廣義的水土生態包括狹義的水土生態，不僅是植被繁茂的地區，還有荒漠、沙漠、冰川等地球上各種類型的地貌，其三大要素是系統觀念下的水、土、植被：①水。雨水、大氣水、地下水、土壤水、生物水、江、河、湖、海、沼澤、冰、雪等，包括地球上自然存在的各種狀態的水，液態、固態、氣態；江、河、湖、海中的水不僅指H2O ,還包括水體中生活的藻類、小魚、小蝦等生物。②土。組成地球巖石的物質是化學元素，化學元素化合成礦物，礦物集合成巖石。山川、丘陵大地的地貌形態組成物質主要是巖石和松散顆粒物質，巖石是土壤成土母質的來源。地球陸地表面上的土壤，是經過巖石風化過程及生物因素作用下的成土過程所形成，經歷了漫長而又復雜的地質歷史過程。原始土壤是隨著地球陸地上低等綠色植物的不斷進化、演替而發展變化的。可見，土壤與巖石是一脈相承的。水土生態廣義的土，包括土壤、巖石、礦藏、地形地貌、沙等。③植被。地球生物圈中的植物層叫植被。植物隨著地球的發展，由原始的生物不斷地演化，經歷了大約35億年的過程，形成到現在已知的近40萬種的植物界。最簡單的植物只有一個細胞，如小球藻，而高大的植物可達60～100 m。植物界按照進化系統分為藻類植物、菌類植物、苔蘚植物、蕨類植物及種子植物。綠色植物將太陽能轉變為化學能，才有了生物食物鏈的傳遞。

1.4 水土生態與生態環境諸多的內在聯系

1.4.1 水土生態與城市建設

花園城市、園林城市、生態城市、生態園林城市、森林城市、田園城市、海綿城市、山水城市、韌性城市、會呼吸的城市，等等，這些眾多的提法其本質是保護、修復和治理好城市的水、土、植被，實現清潔的水(保證生態用水)、干凈的土壤(保護原生地貌)、豐茂的植被(多樣的生態景觀)。大氣霧霾的源頭，是綠水青山(水土生態)被過度地改變和破壞所造成的。所以，城市生態建設中的關鍵，是水土生態的保護和修復。

1.4.2 水土生態與水土保持

無論城市水土保持，還是農村水土保持，本質上都是水土生態問題[4]，也就是說，需要協調和處理好水、土、植被相互依存、相互促進與發展的生態平衡關系。保持水土的目的是為了促進植被(包括農作物)的恢復和發展，而植被的恢復和發展又保護和培育著水土資源。在國土尺度上，恢復和發展植被(荒漠化防治)，是防治水土流失的根本措施；在城市尺度上，開發建設項目水土保持，重點是理水保土、恢復綠化(景觀)，維護原生地貌。水土生態的三大要素，是系統觀念下的水、土、植被，與水土保持不盡相同。

1.4.3 水土生態與景觀生態

景觀生態學的思想主線是“格局—過程—尺度之間的相互關系”，所有的景觀生態的理論、方法和應用，都圍繞著這條主線展開[5]。景觀生態學中的重要概念，如斑塊、廊道、基質，無不是建立在不同尺度的水土生態背景之中；沒有水土生態，景觀生態便無從談起。

1.4.4 水土生態與生態文化

唐朝詩人王維《山居秋暝》：“空山新雨后，天氣晚來秋。明月松間照，清泉石上流。竹喧歸浣女，蓮動下漁舟。隨意春芳歇，王孫自可留。”展現了一派水土生態的畫卷[6]；我國的山水畫，也都離不開水、土、植被三大要素，是水土生態的生動寫照。

1.4.5 水土生態與生態系統、生態修復、農業生態、水生態等

任何生態系統都存在著物質循環、能量流動和信息傳遞。植被是初級生產者，將太陽能轉化為化學能，有了食物鏈的傳遞；土壤是生產者營養供給及消費者、分解者的活動場所；水是最大的溶劑，物質循環必須有水的參與才能完成。所以說，水土生態是一切生態系統的基礎。在礦山生態修復流程里，首要的是解決好水源，然后是種植土；因地制宜地選擇和搭配植物種類，也是礦山生態修復的關鍵。同理，水、土、植被三大要素是農業生態、水生態等生態系統的骨架和基礎。水土生態是各種類型生態系統的最大公約數。

1.5 生態環境領域共同的理論基礎

人與自然的關系錯綜復雜，歸根結底是人與水土生態的關系。氣候、溫度、濕度、大氣、陽光、地貌、動植物、土壤、礦藏、冰雪等，千絲萬縷，而從水土生態理論來看，與人類生產活動直接相關的，或者說工農業生產不斷改變和破壞的，就是水、土、植被三大要素(系統)。

自然界本來是一個整體，因研究需要而拆分。學科林立、學派眾多，都是從不同側面或角度來揭示某一個方面的矛盾和規律。從系統觀念和現實需求看，生態環境領域更需要有能夠把握整體并統領全局的新理論。水土生態理論應運而生，并將與人類和動植物有關的一切生態過程有機地整合到水土生態理論中。

2 地球生態環境保護和修復，呼喚誕生一個共同的理論基礎

2.1 全球面臨生態環境的挑戰

氣候變化、生物多樣性減少、環境污染，是人類面臨的全球性挑戰。如，原始森林已不到歷史時期的5%；大壩阻斷河流，一些魚類滅絕；降雨減少，干旱加重；海洋生態系統退化；多年凍土解凍，冰川、積雪融化；臭氧層破壞；大氣、水源、面源污染等。這些問題的根源還在于地球水土生態的改變和破壞。

2.2 “山水林田湖草沙冰”的水土生態原理

2.2.1 “山水林田湖草沙冰”的要義

從“山水林田湖”到“山水林田湖草”，再到“山水林田湖草沙”，再到“山水林田湖草沙冰”，這是基于生命共同體理念的系統性的生態保護和修復，強調的是自然生態系統的原真性、完整性、關聯性和系統性，以確保地球生態系統的健康和人類的可持續發展。

2.2.2 “山水林田湖草沙冰”的實質是水土生態

地球上的自然景觀豐富多樣，除了“山水林田湖草沙冰”，還有濕地、江河、海洋、灘涂、鹽湖、荒漠、戈壁、沼澤，等等。這些不同類型的自然景觀存在著本質上的聯系，這就是廣義的水土生態[7]。水，包括湖泊、濕地、江河、海洋、冰川、積雪等；土，包括山、田、巖土、礦物、沙地等；植被，包括森林、草原、園林綠地等。廣義的水土生態，概括了自然界所有的生態景觀、生態系統類型，并抽象到了水土生態新概念。

2.2.3 “山水林田湖草沙冰”的系統保護與修復，是不同尺度、不同類型的水土生態的保護與修復

水土生態概括了地球上所有的自然景觀和各類生態系統，構成了大自然的骨架與主體，地球上所有動植物的生存和繁衍，都是基于一定的水土生態環境。宏觀尺度上，水土生態就是地球關鍵帶，是研究人類生存與發展的核心問題；微觀尺度上，一滴水、一粒沙、一棵草、一棵樹，它們的運動及聯系，都是水土生態所要關注的內容。

2.3 保護地球水土生態，就是保護地球生命家園

地球經過漫長的地質年代演化，造就了今天的山山水水——水土生態。所謂低影響開發、海綿城市，主要是理順人水關系；基于自然的解決方案，是能夠在減緩和適應氣候變化影響的同時，保護生態多樣性、促進可持續發展的創新解決方案[8]。這些理論都是對水土生態理論的豐富和發展。水土生態的保護與修復，需要綜合應用現有的理論、技術和方法，在水土生態理論的統領和指導下，開展科學的行動，減少盲目，防止“出發點是建設生態，而結果卻是毀了生態”情況的出現。

地球上有了水土生態，才有了生命的存在。但這種條件是可以被改變和破壞的。生命存在的條件，歸根結底是能量和物質，水土生態是生命存在的物質基礎和能量源泉。保護地球水土生態，就是保護地球生命家園。

3 水土生態理論是保護和修復地球生態環境的共同理論基礎

3.1 水土生態與氣候變化

聯合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)2021年最新報告：除非未來幾十年內大幅減少溫室氣體排放，否則全球變暖幅度在21世紀將達1.5～2 ℃；極端高溫將更頻繁地達到農業和健康的臨界耐受閾值；應該停止所有新化石燃料的勘探和生產。

氣候變化、全球變暖，后果是災難性的。用水土生態理論來分析，產生這一問題的根本原因在于人類活動的無序和無節制，從源頭上看，是人類對于地球水土生態過度干擾和破壞造成的后果。保護和修復地球水土生態，早日實現碳中和，從源頭上阻止全球氣候變暖給人類帶來的不可逆轉的災難，是刻不容緩的[9]。

水土生態的核心是水、土、植被(系統)之間的相互聯系、相互作用，包括生物地球化學循環、植被演替、景觀地貌等，水土生態系統發生的復雜物理、化學和生物過程相互耦合使之成為有機聯系和不斷變化的動態系統。工業化和城市化，開礦采油、鋪路架橋、筑壩蓄水、蓋樓建園，使大量綠水青山被破壞，變成鋼筋水泥城市。這些劇烈的活動，不僅改變了地球原生地貌及水土生態平衡，使碳匯原生植被和土壤消失，還持續排放大量溫室氣體。

水土生態是地球歷史長期演化的結果，其演化歷史比人類的歷史還要久遠。處理好人與水土生態的關系，人與自然和諧才有基本保證，才能保護好野生動植物，維護生物多樣性和大自然的生態平衡。控制溫室氣體排放，必須從源頭上保持地球水土生態平衡。

3.2 水土生態與生物多樣性

人類誕生的初期與生物多樣性共同發展、進化，隨著文明的發展，人類開始主動地改造自然。現如今，人類改造和破壞自然的能力已經到了“無所不能”的程度。

人類對水土生態的改變和破壞，直接毀掉的是生物生境，成為生物多樣性喪失和物種滅絕的主要原因之一。如我國內陸水體中有900多種淡水魚類，其中有多種珍稀和特有的魚類，現大約92種生活在淡水的魚類逐漸成為瀕危物種，有4種已經滅絕。主要原因是魚類棲息地的喪失，如修建水利水電工程、圍湖造田、填水建城等。

水土生態的改變和破壞，還直接造成野生動植物生境的毀滅、破碎化，影響到動植物的生存、遷移和繁衍。如生活在熱帶森林中的生物種類，由于人類大規模地開墾森林，眾多生物生境喪失殆盡，許多物種滅絕。

水土生態的破壞還從源頭上引起氣候變化，在過去的大約30年中，氣候變化對物種的分布和豐富度造成了嚴重的影響[10]。保護地球水土生態，控制溫室氣體排放，阻止氣候變暖，將會使許多生物免遭滅絕的災難。

3.3 水土生態理論是生態環境領域共同的理論基礎

水土生態理論深刻地闡明了生態、環境、資源的關系，抓住了生態問題的本質，回答了生態環境的根本原因是人類沒有處理好人與水的關系、與土壤的關系、與植被的關系，即水土生態的關系[11]。需要確立水土生態理論的指導地位，把解決生態、資源、環境諸多問題，以問題為導向轉換到以水土生態理論為導向。治標的同時，更需要治本。

工業化和城市化將眾多山頭、森林、草原、農田、濕地、湖泊等整治為平地，硬化后建大廈、小區、工廠、道路、機場等，不僅使生物生境遭到毀滅性破壞，生物多樣性銳減，還污染環境。土地的硬化和溫室氣體的排放已引起全球水循環和氣候變化。這些問題的根源還在于破壞和改變了陸地生態系統中三大要素即水、土、植被(系統)的原生狀態及水土生態平衡，致使生態系統破碎，生態功能失調。

為了發展經濟，世界各國都在爭先恐后地推進工業化、城市化，這種情形下，如果沒有共同的理論基礎，地球生態環境前景令人擔憂。人類所作所為如果危害了地球生命支持系統——水土生態系統，不僅危害生物界所有物種，而且最終危害的還是人類自己。在當代迅猛發展的工業化、城鎮化面前，需要維護水土生態的完整性和連續性，強調水土生態基礎設施規劃和建設，保障城鎮生態系統服務功能，努力實現地球生態環境的可持續維護。