第39卷第23期2019年12月生态学报ACTAECOLOGICASINICAVol.39,No.23Dec.,2019基金项目: 十三五 国家重点研发计划项目(2016YFC0501108,2017YFC0505904)
收稿日期:2019⁃06⁃03;㊀㊀修订日期:2019⁃08⁃01
∗通讯作者Correspondingauthor.E⁃mail:luzhaohua@cumtb.edu.cn
DOI:10.5846/stxb201906031177
付战勇,马一丁,罗明,陆兆华.生态保护修复理论和技术国外研究进展.生态学报,2019,39(23):9008⁃9021.
FuZY,MaYD,LuoM,LuZH.Researchprogressonthetheoryandtechnologyofecologicalprotectionandrestorationabroad.ActaEcologicaSinica,2019,39(23):9008⁃9021.生态保护与修复理论和技术国外研究进展
付战勇1,马一丁2,3,罗㊀明4,陆兆华1,5,∗
1中国矿业大学(北京)恢复生态学研究所,北京㊀100083
2中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室,北京㊀100085
3中国科学院大学,北京㊀1000494自然资源部国土整治中心,北京㊀1000355滨州学院山东省黄河三角洲生态环境重点实验室,滨州㊀256603
摘要:人类进入的21世纪,是一个人类真正需要进行生态反思的世纪㊂反思我们与自然的关系,反思我们与地球生命支持系统中植物㊁动物㊁抑或微生物的关系,反思我们与地球环境保障系统中的江河湖海㊁山川大地㊁森林草原㊁城镇乡村的关系㊂地球生物圈尚存的完整自然生态系统愈来愈少,人类未来生存㊁发展及适应全球变化的珍贵缓冲区(buffers)正快速萎缩,地球表面随处可见的3D系统(degraded,damagedanddestroyedecosystems)正快速增加,人类生命支撑系统中最为重要的生物多样性也正以前所未有的速度丧失,人类生存与发展之基失稳,亟待从生态保护理念出发,探索生态技术解决方案㊂在辨析生态㊁生态保护与生态修复内涵的基础上,基于文献计量学方法,以生态保护(ecologicalprotection)和生态修复(ecologicalrestoration)为主题词在WebofScience上检索了生态保护与生态修复近70年发文量及国际主流杂志发文量,分析了生态系统退化机制及驱动力,总结了国外生态保护与生态修复所依托的先进理论和技术方法,以期为我国生态系统保护与退化生态系统修复提供一定的理论指导㊂关键词:生态保护;生态修复;生态系统;退化
Researchprogressonthetheoryandtechnologyofecologicalprotectionandrestorationabroad
FUZhanyong1,MAYiding2,3,LUOMing4,LUZhaohua1,5,∗1InstituteofRestorationEcology,ChinaUniversityofMiningandTechnology,Beijing100083,China
2StateKeyLaboratoryofUrbanandRegionalEcology,ResearchCenterforEco⁃EnvironmentSciences,ChineseAcademyofSciences,Beijing100085,China3UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China4LandConsolidationandRehabilitationCenter,MinistryofNaturalResources,Beijing100035,China5KeyLaboratoryofEco-environmentalScienceforYellowRiverDelta,BinzhouUniversity,Binzhou256603,China
Abstract:The21stcenturyisacenturyinwhichmanki
ndreallyneedsecologicalreflections.Rethinkingonourrelationshipwithnature,rethinkingonourrelationshipwithplants,animals,ormicroorganismsintheplanetᶄslifesupportingsystems,rethinkingonourrelationshipwithdamagedmountains⁃rivers⁃forests⁃farmlands⁃lakes⁃grasslands,townsandvillagesintheearthᶄsenvironmentsupportingsystems.Atpresent,theintegratednaturalecosystemsintheearthᶄsbiospherearebecominglessandless,andthepreciousbuffersformankindᶄsfuturesurvival,developmentandadaptationtoglobalchangeareshrinkingrapidly.Additionally,thenumberofthe3Dsystems(degraded,damagedanddestroyedecosystems)thatcanbeseeneverywhereontheearthᶄssurfaceisincreasingdramaticallyandthemostimportantbiodiversityinthesupportingsystemofhumanlifeisfallingatanunprecedentedrate,andthefoundationofhumansurvivalanddevelopmentisunstable,
soitisurgentforustostartfromtheconceptofecologicalprotectionandexploreecologicaltechnologicalsolutions.Basedonthescientificconnotationofecology,ecologicalprotectionandecologicalrestoration,andthebibliometricmethod,this
papersearchedtherelatedarticlesandthepublicationsofinternationalmainstreammagazineswiththethemeof ecologicalprotection ,and ecologicalrestorationᶄinpast70yearsonWebofScience,analyzedtheecosystemdegradationmechanismanddrivingforce,andsummarizedtheadvancedtheoriesandtechniquesofecologicalprotectionandecologicalrestorationabroad,whichwouldprovidesometheoreticalguidanceforprotectionoffragileecosystemsandrestorationofdegradedecosystemsinChina.
KeyWords:ecologicalprotection;ecologicalresto
ration;ecosystems;degradation工业革命以来,经济发展极大地加快了社会前进的步伐,改善了人民的物质生活水平,但经济发展所导致的全球气候变暖㊁极端天气频发㊁环境污染㊁栖息地丧失等生态环境问题却日益突出[1-2],全球范围内,森林㊁草原㊁湿地等自然生态系统大面积消失[3⁃6],结构和功能严重破坏,人造系统和受人类支配的半自然生态系统大幅度增加[7],生态系统所能提供给人类的食物供给和服务功能大幅度减少[8],人类的生存发展遇到了前所未有的挑战㊂
当前,人类对社会经济发展所引发的生态与环境问题的认识尚存在理论上和科学上的不足,如何破解人类发展与生态保护这对矛盾,进而实现2030年全球可持续发展目标已成当今世界的最大难题㊂面对日益失衡的地球㊁日益破碎的生物圈以及日益扩大的人类足迹,我们已无法用传统的环境线性思维协调指数增长与几何增长的关系㊁整体与边际的关系㊁现实与未来的关系㊂生态学特有的非线性思维范式及其系统观㊁整体性㊁动态观及多学科交叉的特点为探索解决这些危机提供了理论基础和科学框架[9]㊂正如Palmer等20位生态学家2005年在Frontiersinecologyandtheenvironment杂志上发表的‘21世纪的生态学与可持续发展“一文中所说: 生态学研究已为了解自然和人类对自然的影响做出了巨大贡献,在实现社会可持续发展中将起到愈来愈重要的作用 ㊂本文通过对国外生态保护与生态修复理论㊁技术与实践案例分析,力图为我国脆弱生态系统保护与退化生态系统修复提供理论和技术支撑㊂
保护环境的文章
1㊀概念辨析
1.1㊀生态与环境 生态 最早见于德国生物学家Haeckel1866提出的生态学概念一词,其源于古希腊文oikos,意指住所/房子(house)或者栖息地(habitat),即生态为生物的生存空间特征,生态学即研究生物与其周边生存环境的关系㊂ 生态 作为生态学研究的对象,应为名词,但在国内生态一词长期作为环境一词的附属物,更多表现为形容词,其内涵与外延经常模糊不清㊂‘中国大百科全书“甚至未列入 生态 一词,‘辞海“中解释 生态 为生物圈内的生物,不论是同种或异种,彼此间都会相互影响㊂生物和它所生活的环境间,也会发生相互作用,这些现象称为 生态 ㊂特别是在当下我国高度重视生态保护与生态修复,倡导生态文明的大背景下,急需厘清 生态 一词的科学内涵㊂
生态 应指生物与环境的有机组合体,即自然界中生物与生物㊁生物与环境所构成的具有一定结构㊁功能和动态特征的综合体,具有整体性㊁稳定性㊁动态性及服务功能等特征㊂生态是生态学的研究对象,生态不是研究 关系 的,它是具有明显地域特征的 生物+环境 结构功能单元㊂可见 生态 应更接近 生态系统 ㊂‘中国大百科全书“对 环境 的定义是: 围绕着人的空间及其中可以直接㊁间接影响人类生活和发展的各种自然因素和社会因素的总体㊂ 并指出: 按环境主体可分为以人作为主体的人类生存环境和以生物为主体的生物界生存环境㊂ 环境科学语境下,多数人采用前者,而在生态学中,往往采用后者㊂可见 环境 常因研究 主体 不同而不同㊂环境概念从环境学科中产生即打上了以 人 为中心的烙印㊂从而也
决定了现有环境问题中对环境污染控制㊁环境保护与治理中的线性思维,因为人只是自然界中具有 社会 属性的生物而已㊂
9009㊀23期㊀㊀㊀付战勇㊀等:生态保护与修复理论和技术国外研究进展㊀
0109㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀39卷㊀ 生态 与 环境 概念在科学层面及不同话语体系下理解也有不同,比如 环境 在西语体系下常被理解为 环境就是我们周围的一切事物 ㊂ 生态 内涵和外延均大于 环境 ,可以理解为 环境 是 生态 的重要组成部分, 生态 学研究可为人类开展 环境 问题的研究提供新视野与全新视角㊂
1.2㊀生态环境
生态环境 一词最早由已故中科院院士黄秉维(五届全国人大常委)1982年在全国人大讨论宪法草案时,针对草案中 保护生态平衡 这一说法提出来的㊂他当时认为 保护生态平衡 不够确切,建议改为 保护生态环境 ㊂他的建议在政府报告和宪法中都被采用, 生态环境 从此成为法定名词㊂但后来黄先生发现这个提法不当,在自己的文章中明确地说: 顾名思义,生态环境就是环境㊁污染和其他的环境问题都应包括在内,不应该分开,所以我这个提法是错误的 ㊂
生态环境 在‘中国大百科全书“的定义是: 环绕着人的空间中可以影响到人类生活㊁生产的一切自然形
成的物质㊁能量的总体 ㊂可见其仍秉持 人本中心 的理念,与 环境 无大差异㊂严格讲 生态环境 并不是一个科学的概念,把环境与生态叠加使用也是不妥的㊂ 生态环境 的准确表达应当是 自然环境 ,外文没有 生态环境 或 生态的环境 的说法,‘中国大百科全书“中即将 生态环境 译为 ecologicalenvironment ㊂生态与环境既有区别又有联系㊂生态偏重于生物与其周边影响因子相互作用及其综合特征,更多地体现出系统性㊁整体性㊁关联性,而环境更强调以人类生存发展为中心的外部因素,更多地体现为人类社会的生产和生活提供的广泛空间㊁充裕资源和必要条件㊂
1.3㊀生态保护
生态保护 (ecologicalprotection)指人类对生态系统有意识的保护㊂生态保护是以生态科学为指导,遵循生态规律对生态及其环境的保护对策和措施㊂生态保护的关键在于应用生态学的理论和方法,研究并解决人与生态环境之间相互影响的问题,协调人类与生物圈之间的相互关系㊂生态保护的重点是通过保护生态系统结构的完整性来维持其功能的可持续性㊂通常生态保护的对象主要为自然㊁近自然生态系统及自然资源㊁生物多样性等㊂
1.4㊀生态修复
Ecologicalrestoration 在学术上比较常用的中文释义是 生态恢复 和 生态修复 ,不同国家叫法不同,我国与日本叫做 生态修复 ,欧美国家称之为 生态恢复 ㊂ 生态修复 (ecol
ogicalrestoration)是指辅助退化㊁受损或被破坏的生态系统而进行的恢复过程㊂在生态学原理指导下,以生物修复为基础,结合物理修复㊁化学修复和工程技术措施,通过优化组合,使之达到最佳效果的修复技术㊂生态修复的施行需要生态学㊁植物学㊁微生物学㊁栽培学和环境工程等多学科的结合㊂当前,生态修复理论和实践走在世界前列的是欧洲㊁北美㊁新西兰和澳洲,其中,欧洲偏重矿区修复,北美偏重森林和水体修复,而新西兰和澳洲则偏重于草原的生态修复㊂1.5㊀环境保护与生态保护
环境保护 (environmentalprotection)简称 环保 ,指人类为解决现实的或潜在的环境问题,协调人类与环境的关系,保障经济㊁社会的可持续发展而采取的各种行动的总称,环境保护是单因素和单方面的,保护重点以 人 为中心㊂ 生态保护 (ecologicalprotection或ecologicalconservation)是指对生态系统整体的保护,保护重点以 生物 为主,包括不同层次的生物,亦包括不同尺度的生物环境,乃至整个地球生物圈及其组成部分㊂
2㊀生态保护与生态修复国外研究进展
2.1㊀生态保护与生态修复研究趋势分析
基于文献计量学,以生态保护(ecologicalconservation/protecti
on)与生态修复(ecologicalrestoration/reclamation/recovery/remediation/rehabilitation)为主题词在WebofScience上检索了1950年至2018年相关文献的发表情况(图1)㊂近70年来,国际上生态保护与生态修复研究大致呈现出以下特征:(1)生态研究
图1㊀近70年WebofScience 生态保护 和 生态修复 为主题词的SCI论文发表情况
Fig.1㊀SCIpaperswith ecologicalprotection , ecologicalrestoration and ecological inrecent70years1109
㊀23期㊀㊀㊀付战勇㊀等:生态保护与修复理论和技术国外研究进展㊀
中有关生态保护与生态恢复的研究明显可以划分为两个阶段,即前50年平稳发展期(1950 1999年)和近20年的快速增长期(2000 2018年)㊂(2)总体来看,国际上发表的生态保护研究论文多于生态恢复研究论文数量,特别是进入21世纪以来的近20年,生态保护研究呈现快速增长
态势,明显高于生态修复研究论文数量,表现出保护研究优先的特征㊂(3)从国际上生态保护与生态修复研究论文占生态研究论文总数的比例看,自1963年以来均呈现快速增长态势,特别是生态保护论文比例从1963年的1.91%增长到2018年的26.24%,生态保护研究更加受到重视,发文数量也自此明显超过生态修复研究,这与1962年美国生物学家RachelCarson‘寂静的春天“的发表不无关系㊂依据2017年 2018年两期NatureIndex收录的国际顶级期刊(选取综合类期刊:Nature,Science,PNAS和美国㊁英国等生态学顶级专业期刊:Ecology,EcologyLetters,FrontiersinEcologyandtheEnvironment,JournalofEcology对生态保护与生态修复近20年论文(1999年 2018年)在WebofScience上进行检索(图2)㊂整体来看,生态保护与生态修复的发文数量随时间均呈波动增长态势
图2㊀近20年国际顶级综合类期刊与生态学顶级专业期刊 生态保护 和 生态修复 发文量对比图
Fig.2㊀Comparisonofpublicationsof ecologicalprotection and ecologicalrestoration betweeninternationaltopcomprehensivejournalsandecologicalprofessionaljournalsinrecent20years
从生态保护与生态修复的研究对象看,以山(mountain/ridge/mine)㊁水(ri
ver)㊁林(forest)㊁田(cropland/farmland)㊁湖(lake)㊁草(grassland)㊁城(city/urban)㊁海(ocean/sea)㊁湿地(wetland/marsh/saltmarsh/peatland/pool)为主题词在WebofScience上进行检索㊂结果表明,生态保护与生态修复的对象多集中在森林㊁海洋㊁河流㊁湿地和山体㊂
2109㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀39卷㊀
图3㊀近20年来不同生态系统的生态保护与生态修复发文情况对比图
Fig.3㊀Comparisonchartof ecologicalprotection and ecologicalrestoration ofdifferentecosystemsinrecent20years
2.2㊀国外生态保护与生态修复理论
2.2.1㊀生态系统退化机制
干扰(disturbances),即由外部因素引起的生态系统的任何可见的变化,是调节生态系统结构和功能的自然驱动力[10]㊂以陆地生态系统(森林㊁草原㊁荒漠㊁冻原㊁城市㊁农田㊁山体)和水生生态系统(河流㊁湖泊㊁沼泽㊁海洋㊁滨海湿地)为研究对象,比较分析不同生态系统退化的主要驱动力(表1)㊂
当前,许多管理行动旨在缓解当地的干扰与压力,以增强生态系统对全球气候变化的适应能力㊂通过管理可预测的人为干扰,以维持足够高的生物多样性水平,确保生态系统的恢复能力,确定生态阈值,为应对全球气候变化中的不确定性和生态恢复提供切实可行的解决方案㊂
2.2.2㊀生态保护与生态修复原则
干扰是生态系统退化的驱动力和退化发生的必要前提,一旦干扰超过了生态系统的抵抗力阈值后,生态系统就会发生退化,退化程度决定于干扰强度㊁干扰频率㊁干扰时间和干扰规模[10,29]㊂一般而言,针对一个受到干扰而正在退化或者已经退化的生态系统,该如何保护与修复,应依据退化生态系统所受的干扰程度和生态系统结构㊁功能破坏程度而定,一般可分为三种情况:
109㊀23期㊀㊀㊀付战勇㊀等:生态保护与修复理论和技术国外研究进展㊀