長江流域生態修復尺度、功能及方法探討

摘 要：我國進入高質量發展階段，生態文明建設及生態修復成為國家及流域治理重大需求和研究熱點。以長江流域為例，分析了流域生態系統修復的時空尺度與功能關系，并通過長江珍稀生物特點、棲息地空間尺度和典型生態修復案例分析，討論生態修復尺度與方法關系。研究表明：長江流域跨越我國東西部，氣候水文及地理地貌差異巨大，生態系統時空尺度劃分應該兼顧水域與陸域，空間尺度可以劃分為6個層次，時間尺度應該考慮生物生命周期及棲息地形成時間。流域生態修復方法應該采用工程與非工程措施結合。對于生態保護區及景觀河段以上生態空間，應該以自然修復等非工程措施為主，并采取適應性的管理措施，對于場地及工程河段的生態修復應采用工程與非工程措施結合。在生態系統修復效果評價上，應該以生態系統功能提升為主，兼顧自然景觀保護和歷史文化遺產的傳承。

關鍵詞：長江流域；生態修復；棲息地尺度與功能；自然修復；工程與非工程措施

中圖分類號：X171.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

1 生態修復現狀與問題

進入21世紀，中國大力推行生態文明建設，生態保護和修復已經成為國家、流域、地方政府綠色發展的重要工作和資源與環境領域的研究熱點[1-2]。在河流生態修復方面，董哲仁在2003年就提出生態水工學概念，并開展了河流生態修復研究[3-4]，推動了水利行業生態修復研究和實踐。2016—2022年，國家財政部、自然資源部和生態環境部組織實施了5批44個山水林田湖草生態保護修復重大工程（以下簡稱“山水工程”），涉及我國27個省（自治區、直轄市），累計完成生態保護和修復面積500多萬hm2（1 hm2=0.01 km2）[5-6]。在流域層面，2016年開始實施長江大保護[7-8]，2019年黃河流域生態保護和高質量發展全面開展。針對河流生態環境突出問題，開展了兩輪環境保護督察和一系列專項行動，同期各地方開展了大量生態修復工程[9-11]，這些工程的實施，對于生物多樣性保護和生態環境質量提升起到了重要作用。2020年自然資源部、財政部和生態環境部聯合印發《山水林田湖草生態保護修復工程指南（試行）》（以下簡稱《指南》）[12-13]。《指南》將我國生態空間分為3類，分別是自然保護地核心區、生態保護紅線內其他區域和一般生態空間，同時對農業空間和城鎮空間生態修復提出了具體要求。《指南》在空間尺度上劃分為區域（或流域）、生態系統和場地三個尺度，但主要偏重于陸域生態系統，像長江、黃河這樣的大河流域，跨越的空間尺度更大，如何兼顧流域與區域不同尺度的生態修復值得深入研究。根據已經完成的生態修復工程案例初步成果來看，目前生態修復偏重于復綠和景觀的構建，考慮生物多樣性及生態系統功能提升不足，主要原因是生態修復規劃、設計和實施人員對生態系統長期性和復雜性認識不足，在生物棲息地修復時沒有充分考慮生物生命周期及棲息地尺度關系。在生態修復方法上，雖然《指南》提出以自然恢復為主，但在大項目分解上，仍然是中小尺度場地修復項目組合而成，對于較大的生態功能區修復，一般都由幾十個甚至上百個工程項目組成，修復方法仍然以工程措施為主。本文以長江流域為例，探討流域不同時空尺度與生態系統修復的關系，以珍稀動物和實際修復案例來分析生態系統修復與棲息地尺度關系，并對相應修復方法進行討論，為流域生態系統修復提供參考。

2 長江流域生態系統尺度及功能

生態修復主要對象是生物群落及其棲息地，其中生物生命周期及棲息地形成涉及時間尺度，而生物及群落活動范圍涉及空間尺度。對于流域生態系統來說，生物是由陸域、兩棲和水域生物群落共同組成，其中水生生物棲息地的時空尺度變化幅度更大，需要研究生態系統尺度與生物和棲息地功能關系，才能實施真正的生態修復。

2.1 流域生態系統空間尺度劃分

長江流域面積180萬km2，有大小河流7 000余條，由于氣候、水文、地形、地貌的多樣性，造就了生物多樣性[14]。綜合考慮水生生物生命周期及棲息地特點，筆者在研究健康長江評價時曾提出大河生態系統空間尺度可以劃分為6個[15-16]，從小到大依次是：微生境、生態斑點、工程河段、景觀河道、全河長（包括主要支流）和整個流域。對照《指南》關于陸域生態空間尺度的劃分，河流的生態斑點和工程河段與陸域的場地尺度相近，而景觀河段與生態系統尺度接近，全河長與區域（流域）基本一致。顯然，微生境不需要立項專門修復，而整個長江也不可能用一個項目進行修復，所以，作為指導陸域生態修復工程的《指南》，劃分為3個尺度是合理的，但從長江流域生態系統結構及生物功能來看，在理論上劃分為6個尺度也是科學的。綜合考慮山水林田湖草系統治理，同時考慮生物生命周期及棲息地特點，修改后的流域生態系統空間尺度劃分為6個等級，具體描述見表1。

從生物生命周期和棲息地形成及演變來看，陸域生物棲息地形成周期遠長于陸地生物生命周期，即先有穩定連片的棲息地（如林草植被和湖泊濕地），才會有穩定的陸生生物群落。而河流受頻繁的洪枯過程影響，水生生物棲息地年際甚至年內變化都很大，與生物生命周期關系更為緊密，兩者時間尺度甚至一致，例如魚類棲息地主要的三場一道（產卵場、索餌場、越冬場和洄游通道），與魚類生命周期密切相關，其生命周期在三場之間遷徙而完成。

2.2 生物功能與時空尺度關系

生物的功能與棲息地（空間和質量）關系密切。藻類等微生物雖然微小、生命周期短，但他們是一切生物的祖先，在自然界無處不在，尤其在土壤中數量最多，水藻可以附吸在河中泥沙等漂移質上。微生物通過競爭氧氣和營養物質而生存，其基本的生態功能是分解死去的動植物，并將其還原為有機和無機物，促進物質和能量的循環和轉化。草原、森林、水草等植物是通過競爭陽光和營養物質而生存，基本的生態功能是為地球提供氧氣、為生物提供棲息地和食物（食草動物）、為河湖等水域提供有機質等營養物質。在陸域，森林，特別是原始森林和天然林因具有優良的隱蔽條件和豐富食物為大型野生動物提供生存空間。在自然條件下，食草動物與草原和林地植被之間，食肉動物與食草動物之間維持著生態平衡，而且動物等級越高，需要更大的連片森林空間，如虎豹活動范圍可以達到幾十km2，其中棲息地空間需要達到生態功能區的尺度。由于人類活動影響，許多珍貴野生動物被迫退縮到殘存而不連續的沼澤、森林、草原、山區等地區，常常被分割成互不連接的獨立群體，容易造成近親繁殖，品種日益退化[17]。

表2列出了部分長江流域國家一級保護動物，包括水生動物、兩棲動物、陸生野生動物和候鳥。它們都需要一定范圍的棲息地，其中中華鱘洄游距離曾經在長江上溯2 000～3 000 km，壽命可以達到40年，而目前由于無法洄游到傳統產卵場，所以面臨嚴重的生存危機。許多大型候鳥遷徙距離達幾千km，棲息地空間尺度更大。從棲息地空間尺度看，候鳥＞大型洄游魚類＞大型野生動物＞爬行動物＞兩棲動物，保護野生動物，必須首先保護它們生命周期遷徙需要的全部棲息地。

2.3 長江魚類棲息地時空尺度與功能

長江水系現有魚類400余種，其中純淡水魚類350種左右，特有魚類156種。在特有魚類中，124種分布于上游，23種分布于中下游，9種分布于全江[18]。長江魚類棲息地空間尺度主要由三場一道組成，三場名稱闡述了棲息地的功能，魚類在三場之間遷移范圍決定了魚類生存的空間尺度。

長江魚類按洄游范圍，分為江湖洄游魚類（如青魚、草魚、鰱魚、鳙魚四大家魚）、河海洄游魚類（如中華鱘）、河流魚類（如圓口銅魚、銅魚）和湖泊定居魚類（如鯉、鯽等）4類。按產卵類型分為黏性卵（如團頭魴、鯉、鯽、鯰等）、沉性卵（如胭脂魚、四川裂腹魚和黃顙魚等）、浮性卵（如鱸形目的鱖、斑鱖、大眼鱖等）和漂流性卵（如四大家魚等）4類，產卵類型決定了魚類需要的水文、水動力和底質條件，如產黏性卵一般需要附吸在水生植物（水草）或者軟體動物（貝殼）上；產沉性卵一般沉積在石礫或沙質上；而漂流性卵需要一定水動力過程（如流速或者流速增量）才能保證在漂流過程中成魚苗。

每種魚在水生態系統中都有其生態功能，并通過捕食者、競爭者、餌料生物之間關系體現。以食物鏈為例，以浮游植物為主食的魚有鰱、華鯪、銀鲴等；以著生藻類為主食的魚有軟刺裸裂尻魚、裂腹魚、逆魚、四川突吻魚等；以水生高等植物為主食的魚有草魚、長春鳊、團頭魴等；以浮游動物為主食的魚有長短頜鱭、鳙等；以底棲無脊椎動物為主食的魚有長江鱘、胭脂魚、銅魚、圓口銅魚、青魚、黃鱔等；以魚為主食的有江豚、鳡、河鯰和鰻鱺等。中華鱘索餌場在近海，進入長江一年多時間，很少掠食，但其產卵量大，其卵曾經是許多激流魚類的食物。

魚類棲息地可以劃分為功能棲息地和物理棲息地[19]。功能棲息地包括生物環境和非生物環境兩方面，其中非生物環境包括底質、流速、水深、水溫等理化性質，如四大家魚產卵基本環境條件是江水溫度在18℃以上，有漲水過程（洪水過程），水流流速達到0.45～2.26 m/s，產卵后在河流漂流200 km以上，魚卵才能變成魚苗。通江湖泊，并具有連續200 km以上洪水涌進的河道才是四大家魚基本的棲息地空間。魚類物理棲息地包括水流和河道形態，其中水流形態又可細分為淺灘、深槽、岸邊緩流、緩流、急流、跌水、水潭、洄流等。所以，即使魚類，其生態系統也十分復雜。

3 生態修復方法

生物多樣性是建立在棲息地多樣性基礎上，保護生物多樣性，首先必須保護棲息地的多樣性，并為他們留下足夠的空間。生態修復主要內容是生物的保護和棲息地的修復，必須采用科學的方法。

3.1 生態修復的目的

生態修復的總體目標是提升生態系統功能及其為人類服務的價值，達到人與自然和諧共生。生態空間類型不同，相應的具體目的不同。

（1）自然保護地等生態紅線。恢復或重建已退化或即將消失的生態系統，重現人類活動干擾前生態系統所具有的結構和功能，其中核心區，應盡可能恢復到自然狀態，使珍稀、特有保護物種能夠生存，生態系統穩定。

（2）江湖水域空間。對于自然河湖，維持水系縱向、橫向及垂直向（包括地表水與地下水之間）的連通性和近自然的水文、水動力過程。對于梯級開發河道，不僅要對關鍵物種開展搶救性的保護措施，而且要通過水庫群聯合生態調度，滿足魚類等保護物種生命敏感時段需要的水文過程。對于景觀和工程河段河道及岸線，以修復生物棲息地（例如魚類的三場一道）和河岸生態屏障或者生態走廊為目的。

（3）農業空間。在打造高標準農田基礎上，維護農田原有生境，保護生物多樣性。構建集中連片的耕地、草地、濕地和林地相結合的復合生態系統，促進農業生態化發展，保護農耕時代的歷史文化遺產，如古橋、古村、運河和灌溉遺產等。

（4）城鎮空間。保護城郊生態空間，打通城市水系、綠地與過境河流生態廊道。建成區海綿化、道路園林化，基礎設施綠色和低碳化，保護歷史文化和工業化遺產，打造宜居城市。

3.2 生態修復方法

生態修復方法分為工程和非工程措施兩大類。工程措施主要通過工程項目形式重建或者改建受損生態空間，如修建水網、河湖疏浚、礦山復綠、人工濕地等。工程措施景觀改善見效快，但需要的資金較多。非工程措施主要通過法律、法規、政策和能力建設等措施，約束或者限制人類行為，特別強調“自然是母，時間為父”的自然修復原則，如天然林保護、封山育林、退田還湖、十年禁漁、生態補償[20]、生態移民和水工程生態調度、生態監測、保護區專業隊伍建設、環保科普等都屬于非工程措施。非工程措施對于各類生態空間和不同尺度生態空間都適用，特別是對國家公園、自然保護區、大區域及全河長等大時空尺度的生態修復。自然修復雖然需要的時間長，但成本低，長遠效益好，是未來生態修改的主要發展方向。在大尺度生態系統修復中，應該以非工程措施為主，工程措施為輔，而場地及工程河段及以下的修復多以工程措施為主，同時實施相應的保護和管理措施。具體實踐中應該以問題為導向，因地制宜選擇適宜的方法。典型生態修復方法見表3。

3.3 典型案例分析

表4列出了8個國內外典型生態修復案例，其中長江十年禁漁、國家公園（三江源）屬于大尺度生態空間修復項目；美國Everglades濕地、三峽水庫生態調度和瑞典Em河屬于中尺度生態空間修復項目；杭州西溪濕地、堯治河村和武漢園博園屬于中小尺度場地修復項目。在修復方法方面，生態空間尺度越大，非工程措施越重要，比如長江十年禁漁和三江源國家公園保護主要采用非工程措施。中小尺度生態修復多以問題為導向，工程措施相對較多。從修復的時間上看，生態修復的初期多采用工程措施，后期必須采取適用性的保護措施。

對于大尺度生態空間修復，必須要有長期規劃和持續的觀測，如美國Everglades濕地、英國Loch Leven湖生態修復及觀測研究長達30～40年。對于珍稀等瀕危物種的保護，除需要開展搶救性保護外，生態修復的重點在于保護棲息地及環境條件。在陸域，不僅要有綠（植被）、也要見野生動物及群落。在水域，長江十年禁漁實施后，必須同步開展魚類的三場一道的修復，如江豚等需要的河漫灘的修復，不僅要實現旗艦物種數量的恢復，也要實現水生生物多樣性和生態系統功能的提升。

4 結 論

目前我國生態修復的點多面廣，但開展生態修復時間總體較短，缺乏修復后的長期科學觀測和評估。從修復效果看，目前比較注重景觀格局的改變（如綠化面積、水域或者濕地面積、景觀等），其次是比較重視旗艦物種的保護，對生態系統保護和修復效果的評價還有待深入研究。本文根據長江流域生態系統特點，初步探討了不同尺度生態空間功能與修復方法關系。主要結論如下。

（1）流域生態系統十分復雜，不僅與陸域生態系統有密切關系，而且河流棲息地時空尺度變化更大，生態修復規劃必須基于長期的科學觀測，對保護物種特點及需要的棲息地深入了解的基礎上開展。

（2）生物生命周期與棲息地時空尺度關系十分密切，生物等級越高，需要連續的棲息地尺度越大。洄游魚類棲息地不僅空間尺度大，而且要求自然的水文、水動力和水體物理特性，全面修復任重道遠。

（3）生態系統修復重點是生物棲息地及環境要素的修復，陸域是連片的天然林或者草地，水域修復的重點是恢復近自然的水文、水動力過程及江湖連通。

（4）生態修復方法最好是采用工程與非工程措施相結合，特別強調自然修復等非工程措施，不僅可以降低修復成本，而且可以使生態修復效果持續，達到生態系統功能和自然資源價值提升。

（5）生態系統修復及后期保護過程中，應該在堅持長期、系統的科學監測基礎上，定期開展修復效果評估和生物多樣性評價，采用適應性的保護和管理措施。

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Scale，Function and Methods of Ecological Restoration

in the Yangtze River Basin

CHEN Jin1，2

（1. Changjiang River Scientific Research Institute of Changjiang Water Resources Commission，Wuhan 430010，China；2. School of Water Resources and Hydropower Engineering，Wuhan University，Wuhan 430072，China）

Abstract：As China enters the stage of high-quality development，the ecological civilization construction and ecological restoration have become a major demand and research focus of basin governance. This paper examines the relationship between spatio-temporal scale and function of ecosystem restoration in the Yangtze River Basin. Through the analysis of rare organisms，habitat spatial scale and typical ecological restoration cases in the Yangtze River，this paper presents the relation between the scale and methods of ecological restoration. Findings reveal that the Yangtze River basin spans the eastern and western parts of China，which exhibit significant disparities in climate，hydrology and geographical landform. It is imperative to consider both the water area and the land area when determining the spatial scale of ecosystem restoration. Accordingly，the spatial scale can be divided into 6 levels，while in terms of time scale，it is necessary to account for biological life cycle and the time required for habitat formation. The restoration approach for the river basin should integrate both engineering and non-engineering measures. For ecological protection areas and ecological space in the upstream of landscape river section，non-engineering measures such as natural restoration should be the mainstay with adaptive management measures. For ecological restoration of sites and engineered reaches，a combination of engineering and non-engineering measures is recommended. In the evaluation of ecosystem restoration outcomes，emphasis should be placed on the improvement of ecosystem functions while considering the preservation of natural landscapes and historical and cultural heritage.

Key words：the Yangtze River Basin；ecological restoration；habitat scale and function；natural restoration；engineering and non-engineering measures

收稿日期：2023-05-04

基金項目：國家自然科學基金重點項目（U2040206）；國家自然科學基金重大項目（41890820）

作者簡介：陳 進，男，正高級工程師，博士，主要從事流域水資源與環境研究。E-mail：chenjin@mail.crsri.cn