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国土空间生态修复关键技术初探

发表时间 :2021-09-15 09:32:41 来源:中国矿业网

  在当前加强生态文明建设的大背景下,国土空间生态修复正处在多目标协同治理、全要素全过程耦合的重要发展阶段。如何快速推进国土空间生态修复关键技术研发,促进生态系统质量与稳定性提升,守住自然生态安全边界,成为实现“人与自然和谐共生”核心愿景的关键问题。
  国土空间生态修复面临的新形势
  工业文明以来,生境损失、环境污染等典型生态系统受损问题逐渐显现。全球气候变化和城市化背景下,“社会—经济—自然”复合生态系统的复杂性愈发凸显,与经济社会快速发展伴生的人地矛盾突出,供给、调节、文化等多项生态系统服务供需不均衡加剧。面对人类社会发展的多重挑战,新时期生态文明建设理念引领了“山水林田湖草沙冰”一体化保护和修复的战略诉求,“人与自然和谐共生”成为人类发展的核心愿景。由此,国土空间生态修复概念应运而生,其更强调全域、全要素、全过程的系统性思维,更注重从保护自然中寻找发展机遇,探索符合自然生态、社会经济规律的发展路径。
  国土空间生态修复是实现气候治理目标、增强人类社会对于全球变化适应性的重要抓手。2020年9月,在第七十五届联合国大会上,中国政府庄重承诺2060年前实现碳中和目标。碳达峰、碳中和已是国土空间治理现代化的重要内容。因此,如何结合美丽中国建设目标,通过国土空间治理创新,发挥国土空间治理作用,构建低碳导向的土地利用格局与治理体系,践行绿色复苏的气候治理新思路,是当前亟待回答的重大课题。
  国土空间生态修复是落实“双重”规划、实现国土空间治理的重要形式。2020年,伴随着《全国重要生态系统保护和修复重大工程总体规划(2021—2035年)》和《山水林田湖草生态保护修复工程指南(试行)》的印发,国土空间生态修复工作有了科学方法指引。在国土生态安全网络格局构建背景和生态文明理念指引下,国土空间生态修复地位持续提升,不仅成为新时期生态文明思想统领下的国家重大战略任务,且逐渐成为现阶段国土空间治理的重要形式,也是落实“双重”规划的重要抓手。
  生态修复技术体系是支撑一体化保护修复、促进生态修复成效显现的重要工具。国土空间生态修复是支撑复合生态系统健康稳定与和谐发展的重要途径。全面统筹“山水林田湖草沙冰”全要素,构建新的技术体系,科学分区系统治理,合理量化评估技术效果等,不仅需要全流程管理思维下的科学实验予以验证,更需要完备的技术体系作支撑。
  生态修复理念与技术的发展
  国际上生态修复理念起源于19世纪后期~20世纪中期,当时以资源利用管理为导向,生态修复目标较为单一,且以人为干预的工程措施为主要修复手段。20世纪后期,生物多样性维系、水土保持、大气环境改善等也被纳入生态修复需求,因此,面向不同类型自然生态系统,保护与修复逐渐关注综合目标与生态效益。我国生态修复源起于20世纪80年代,强调通过生态工程实现退化、损伤或破坏生态系统的重建,如三北防护林建设、退耕还林工程等,该阶段生态修复的核心理念是基于人工干预措施直接应对国土空间生态环境破坏问题。
  近年来,在全球可持续发展目标指引下,再野化、基于自然的解决方案等先进生态修复理念得到了广泛认可和应用,我国生态修复的应用范围也由最初的场地尺度、单一对象等转为更宏观、涵盖多种生态系统的国土空间生态修复,呈现出新载体、全要素、多尺度的新发展格局。以“山水林田湖草沙冰”一体化保护和修复为代表的国土空间生态修复,正在经历着从早期地方试点走向国家顶层设计、从重大工程布局到科学评估长期监管的关键转型时期,对实现人与自然和谐共生、多目标协同的可持续发展具有重要战略意义。
  目前,空间规划、重大工程、政策保障已经成为开展国土空间生态修复的重要抓手,国际上涌现出以生态网络建设、近自然生态工程、生态补偿制度等为代表的诸多典型案例,贡献了生态修复技术的成功经验。我国也在政策和实践等层面开展了诸多探索:2016年以来,中央财政支持实施35个“山水林田湖草”一体化保护和修复工程;《山水林田湖草生态保护修复指南(试行)》吸收了国际先进理念,首次对我国国土空间生态修复理念方法和技术框架进行了顶层设计,成为我国第一个按照“山水林田湖草是一个生命共同体”理念系统指导我国生态保护修复实践、带有通则性质的规范。
  目前国土空间生态修复存在的问题
  我国国土空间生态保护修复目前仍存在一些问题,特别表现在我国国土空间生态修复技术发展尚不成熟,体系尚不完备,不足以支撑当前迫切的生态修复需求等方面。
  一是调查技术目前主要围绕水、土壤、生物等单要素开发,适用于多尺度的调查评价标准尚不完备,难以满足一体化保护修复的基本信息需求。生态问题识别和诊断缺少系统分析,导致问题诊断不全面、不准确。同时,评估技术主要关注生态安全、风险、生态系统服务、资源环境承载力等方面,缺少先进适用技术的多方案比选。
  二是生态修复的规划与布局基于不同的空间层级,技术侧重点各有不同,但仍缺乏陆海统筹、时空协调的国土空间规划技术, 面向多层级、系统修复目标的生态修复优先区不明确,生态修复工程布局难以有的放矢。
  三是空间及要素统筹不足,综合性的系统修复技术亟待联合攻关。目前各类修复技术主要作用于生态空间,集中在森林、海洋、河流和山体等自然资源单要素修复领域,城镇和农业空间多目标协同的生态修复技术体系尚不完备,三类空间缺乏要素耦合、空间统筹的技术集成研究。
  四是效果评价目前多采取依托于遥感影像的单指标对比评估,或采用生态恢复分级评价生态修复程度。但评价结论严重依赖于资料完备性和遥感影像的时空分辨率,这对相关新技术的研发提出了更高要求。同时,现有技术中缺乏对人为主动干预和价值观取向等生态修复隐含要素的科学考量,社会经济系统与人文系统、生态系统的交互关系未引起足够重视,生态系统服务的域外效应、跨区域流动过程尚不明晰。
  生态修复关键技术领域与研究方向思考
  国土空间生态修复技术按照项目开发时序,涵盖了国土空间生态修复的前期调查评价技术、中期规划设计施工技术、及后期监测、绩效评价技术等。面对“生态问题是什么、在哪儿实施更科学、怎么修复更合理、修复效果怎么样”的国土空间生态修复重大科学问题,根据当前国土空间生态修复技术不足和功能需求,笔者按照问题诊断、分区治理、分类修复和功能提升四个目标提出7类生态修复关键技术,分别对应生态调查与评估、生态规划与布局、空间及要素统筹修复、修复效果评价四大项目实施环节,以期实现全域、全要素、全过程的国土空间系统修复。
  重大生态问题监测与治理技术。水土流失、石漠化、荒漠化等典型区域重大生态问题的监测与治理是当前国土空间生态修复的基本任务。未来亟须开展我国主要生态问题的多尺度监测与评估,研究典型区域重大问题的成因与时空演变机制、基于自然的解决方案分级分类协同治理生态问题、基于未来气候和土地利用变化情景研发典型区域重大生态问题治理成效的监测与预警技术,构建和强化面向生态问题治理的国土空间用途管制体系。特别是在全球气候变化和城市化演变进程中,实现碳中和、生物多样性保护等目标已经成为当前国家和地区发展的重大战略诉求,必须深入明晰生态问题治理与区域重大战略目标的协同机制与实现路径。
  一体化生态修复优先区识别技术。明确生态修复空间层级和基本单元是布局国土空间生态修复重大工程的重要依据。依托地理学、生态学及景观生态学等多学科交叉,未来须深化“山水林田湖草生命共同体”的理论内涵与关键技术支撑,明晰“山水林田湖草沙冰”等多要素综合的一体化生态修复基本空间单元的划分方法,进一步构建面向多层级修复目标协同的生态地理分区、生态安全格局构建技术体系。具体而言,应关注土地退化风险、生态系统脆弱性和敏感性等评估体系构建,发展多尺度生态安全阈值研判和系统预警方法,研发生态安全屏障、重点生态功能区、自然保护地体系、一体化修复优先区等关键地域定量识别技术。
  城镇、农业和生态空间统筹修复技术。作为国土空间的三大基本类型,城镇、农业和生态空间承担着居民生产生活、生态服务或产品供给的关键功能,明确城镇、农业和生态空间统筹修复技术是平衡区域发展与保护的基本途径。在深化退化生态空间综合修复技术的基础上,应研发城市化地区可持续发展与生态安全协同技术,构建农业空间土地可持续管理与生态系统服务协同提升技术,进一步提出城镇空间和农业空间复合生态系统的韧性提升途径,构架城镇、农业和生态空间中结构失衡、功能紊乱、综合效益低下的冲突区域识别与监管体系,发展全域、全要素、全过程的多尺度国土空间统筹修复技术。
  矿山生态修复技术。矿山是兼具自然资源供给和剧烈人类活动干扰的典型区域,矿山开采伴随着高强度生态系统退化与损害,因此矿山生态修复是当前开展国土空间生态修复的重要抓手。面向矿山开采全流程,未来亟须明晰不同受损程度、恢复阶段的矿山全生命周期关键调控因素,探究“矿区自然—社会复合生态系统”时空演变模式与调控技术,研发矿区及相关流域“土壤—植被—水耦合系统”的风险评估与预警防控技术,特别关注矿区土壤重构、植被重建、地表—地下水系统修复、高陡硬质边坡修复、生物多样性保护与重构等关键技术体系研发。
  水平衡监管与预警技术。调控水资源供需均衡与动态平衡是实现生态系统可持续管理的基础保障,发展水资源监管与预警技术也是国土空间生态修复的优先领域。基于国家含水层探测与三维可视化技术提升,需要明晰不同区域大气降水、地表水、地下水、固态水等多种类型水资源的相互转化规律和动态平衡原理,建立水资源数量与结构优化配置技术体系,研发面向水资源质量提升的可持续生态系统评估与治理修复技术。特别是在水资源确权管理背景下,应建立水平衡“监测—模拟—预警”的全过程监管体系,推进国土空间规划和生态修复规划水资源控制指标的阈值厘定技术研发。
  近海与海岛(礁)生态安全保障技术。近海与海岛(礁)作为陆地生态系统和海洋生态系统的重点过渡与耦合区域,未来亟待明晰近海生态风险防范途径与海岛(礁)可持续管理体系。一方面,要构建近海富营养化、有害藻华、缺氧、酸化等多重海洋生态灾害的实时立体监测与预警技术,研究近海生态系统对人类活动和气候变化的响应机制与稳定性提升技术;另一方面,要探究海岛(礁)形成与演化和海洋环境变化规律,研究岛体结构与工程安全的监测与评估方法,建立海岛(礁)开发保护多目标统筹下的资源综合利用技术体系。当前,尤其需要关注沿海红树林湿地生态价值,发展关键生态系统服务特别是碳汇核算体系,研发面向碳汇能力提升的近海生态修复技术。
  生态系统质量与稳定性提升技术。生态系统健康水平及其抵抗外界干扰的稳定性决定了国土空间生态修复的对象与层级的状态。以生物多样性保护与安全利用技术研究为基础,未来需要构建面向生态系统结构、过程与功能的监测和评估技术,以及生态风险预警体系,并适时提出生态系统质量与稳定性提升的系统解决方案与重点工程布局。此外,综合考虑社会系统需求及其与生态系统的时空耦合关系,须研发多尺度参数本地化的生态系统服务评估技术,明晰全程耦合框架下生态系统服务的跨区域流动过程,研究面向不同类型工程和政策的生态补偿机制,研发国土空间生态修复工程与政策成效量化的关键技术。(中国土地)

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