新时代中国土地生态学发展的思考

郭旭东，谢俊奇

（1.中国土地勘测规划院，自然资源部土地利用重点实验室，北京 100035；2.北京市规划和自然资源委员会，北京 100045）

1 引言

土地生态学是应用生态学的一般原理, 研究土地生态系统的能量流、物质流和价值流等的相互作用和转化, 开展土地利用优化与调控的学科[1]。中国土地生态学产生是国际生态学发展前沿和国内土地科学发展内在要求相互作用的结果[2]。国际上，土地生态学是伴随景观生态学的兴起而发展起来，景观生态学早期就称为“Land Ecology”或“Geoecology”，后来统称为“Landscape Ecology”。中国自然资源管理面临的现实形势要求把土地、生物和环境作为一个系统来开展研究，寻求解决土地利用和生态保护问题的途径和措施[1]。在土地科学的学科体系中，土地生态学处于基础地位[3]，与景观生态学相比，土地生态学更偏重于实际应用[4]。中国系统开始土地生态学研究是在20 世纪80 年代末至90 年代初[2]，不同学者从不同角度为中国土地生态学发展做出了积极贡献。中国科协、中国土地学会一直积极推动土地生态学发展，举办了新观点新学说学术沙龙[5]，出版了《土地生态学》专著[6]，每年开展学科跟踪等[7-8]。2016年12月22日，中国土地学会第七次全国会员代表大会上，土地生态分会正式成立，谢俊奇当选土地生态分会主任委员。这是近年来中国土地学会唯一新增的分支机构，也是目前中国唯一一个土地生态学专业学术组织。2017年、2018年土地生态分会连续举办了两届全国土地生态学学术研讨会，在交流前沿学术观点、传播土地生态知识、推动土地生态学学科发展等方面起到了良好效果。

中国已经进入建设中国特色社会主义新时代，生态文明建设已经成为国家战略。党的“十九大”指出中国经济已由高速增长阶段转向高质量发展阶段，要求加快推进生态文明体制改革。当前，国家机构改革组建了自然资源部和生态环境部。自然资源部要落实中央关于统一行使全民所有自然资源资产所有者职责，统一行使所有国土空间用途管制和生态保护修复职责的要求，这些对土地生态学提出了新的要求。新时代，土地生态学如何肩负起时代的要求，需要每一位从事土地生态学研究的科技工作者认真思考，并通过自己的研究实践加以落实，从而推动土地生态学学科发展，发挥满足国家战略实施和国家决策需求的应有作用。

2 土地生态学研究进展概述

土地生态学的主要研究内容分为土地生态系统结构与变化、土地生态功能与过程、土地生态分类与调查、土地生态评价、土地生态规划与设计、土地生态恢复与重建、土地生态管护和土地生态经济8个部分[6]。由于土地生态分类与调查是土地生态系统结构与变化的前提和重要手段，土地生态功能与过程是土地生态评价的重要内容和研究基础，土地生态经济更多可从土地经济学领域总结，本文重点从土地生态系统结构与变化、土地生态评价、土地生态规划与设计、土地生态恢复与重建和土地生态管护5个方面对土地生态学研究进展做一概述。

2.1 土地生态结构和变化

土地生态结构和变化的主要研究内容包括土地生态系统的形成、演替、基本特征及人为驱动下的变化等[1]。土地生态分类[9]，深度学习、人工智能等新的自动分类方法，土地生态格局演变及其环境响应[10-11]，应用统计模型、过程模型、元胞模型、多智能体模型[12]等模拟和预测未来土地生态变化趋势是研究热点。

土地生态结构和变化研究正经历着由单一要素、子系统和静态过程研究向多要素、复杂系统和动态过程综合研究发展，由发现现象与规律向理解生态过程和微观机理发展。集成全球、区域、流域、热点地区等不同尺度下土地生态变化与多个环境因子间的综合影响机理和反馈机制，发展格局—过程的定量识别与研究方法[13]，构建综合、动态模拟模型，将成为未来土地生态结构与变化研究的重点内容。基于遥感的土地生态信息快速提取和长期、连续的野外观测、监测与实验将成为获取土地生态变化信息、构建土地生态变化模型的重要手段。

2.2 土地生态评价

土地生态评价集中土地生态适宜性评估[14]、土地质量评估[15]、生态系统服务评估[16]、土地生态系统健康评估[17]、土地生态安全评估[18]等方面。土地生态安全评估的核心是土地生态系统健康评估，一般认为生态系统是持久的、连续的或是可持续的，那么该生态系统就是健康的，而健康和完整性都不是生态系统固有的特征，不能得到生态学理论的支持[19]。“健康”一般是针对“风险”而言的，与其评估“健康”存在诸多不确定性，不如转向具体的“风险”评估。

生态系统服务评估是生态评价的重要内容和趋势[20]。生态系统服务评估主要是建立在生态系统“结构与过程—功能—服务—收益”的级联框架的基础上[21]，包括物质量和价值量两种评估方法[22]。尽管价值量评估有其重要意义，但越来越多的共识是物质量评估方法相对更为可靠，能够客观反映生态系统状况及其提供服务的实际大小，其研究的优先级应高于价值量评估[23-24]。生态系统服务评估的价值在于定量评价生态系统结构与功能对全球变化的影响和响应[25]，理解多尺度的生态系统服务的空间流动、权衡和供需关系，实现区域生态系统服务集成与定向提升。

综合来看，土地生态评估应重点测度生态系统胁迫及其效应，生态状况、生境质量、生物多样性间的相互联系，以及上述因素对生态系统提供生态服务能力的影响[26]。

2.3 土地生态规划与设计

土地生态规划与设计将生态学原理与规划设计有机结合，在国家及区域尺度上能够有效权衡保护与发展的关系，为区域可持续发展提供可行路径[27]。土地生态规划与设计往往以土地适宜性、承载力、生态系统服务等生态评价为基础，再以评价结果评估、指导及优化规划空间布局[28]。当前中国土地生态规划与设计研究呈现三个特点：一是应用范围更加广泛，土地生态规划与设计的理论与方法已经应用到区域规划、流域规划、土地利用总体规划、城镇规划、乡村规划、土地整治规划及其他微观规划与设计等几乎各种类型的规划实践领域中[29-31]；二是时代特点更加鲜明，推进生态文明建设的时代背景下，“多规合一”、规划间衔接、三生空间划定与管理等成为当前中国空间规划领域研究热点问题[32]；三是进一步关注生态规划与设计技术方法，比如引入低碳经济等新理念，改进传统生态学方法、优化空间模型以提高适用性，采用情景模拟分析方法实现资源优化配置等[33]。

2.4 土地生态恢复与重建

土地生态恢复与重建研究集中在矿区生态恢复与重建[34]、区域或流域生态恢复[35]、退化土地恢复与重建[36]、土地生态化整治[37]等领域。矿区生态恢复已发展起比较成熟的“地貌重塑、土壤重构、植被重建、景观再现、生物多样性重组与保护”的恢复技术[38]，并进一步融入“边采边复”理念，实现矿区土地生态恢复重建目标。退化土地的生态恢复与重建正在由单一要素如土壤、植被等的退化机理研究和修复重建技术研发转向以流域为代表的自然地理单元或完整的区域生态系统作为恢复或评价对象[39]。为避免传统植被重建措施可能引起的负面生态效应[40]，人工恢复与诱导自然恢复相结合的方式成为重要的恢复重建措施。景观结构格局优化、视觉美学评价技术等已成为重建农田、乡村景观的重要技术方法[41]。

2.5 土地生态管护

土地生态管护体系包括法律、政策、行政管理和技术等一系列制度安排[42]。中国土地生态管护已取得长足进展，包括水流、森林、山岭、草原、荒地、滩涂等自然资源的所有权统一进行确权登记已经开始；《自然生态空间用途管制办法（试行）》已印发实施并开展了试点工作；生态补偿已经成为生态保护效益外部性内部化的公共制度安排，其重点领域已经覆盖了森林、草原等重点生态功能区，以及矿山、水资源、水土保持、海洋、野生动物等领域，跨流域、跨区域的生态补偿实践已经展开；一些省份建立了河长制；以国家公园为主的自然保护地管理体制正在建立[43]。然而，如何对自然资源的所有权统一进行确权登记，尤其是多类多维复杂的矿产资源如何纳入统一登记仍面临诸多挑战[44]。自然生态空间边界如何划定、如何监测、管制策略如何制定等仍需深入开展研究[45]。土地生态资产评估和生态补偿价值核算工作总体仍显薄弱[46]。

3 土地生态学发展的思考

3.1 加快构建土地生态学知识体系

（1）夯实理论基础。与其他成熟的学科不同，土地生态学的理论基础还相对单薄，迫切需要进一步吸收借鉴其他学科的先进理论，指导和应用于土地生态学实践。从土地生态学的发展历程来看，土地生态学是地理学、生态学和土地科学的交叉产物。从土地生态学研究实践来看，土地生态学更多是应用自然地理学和景观生态学的基本原理和方法来解决土地利用过程中的生态学问题。可见，自然地理学和景观生态学可以成为土地生态学的核心理论基础。土地生态学应用实践中，应该自觉应用“区域分异”“斑块—廊道—基质”“景观异质性”“格局—过程—功能—服务”“生态系统服务”等基本原理。明确和强调土地生态学的理论基础，目的在于帮助我们能够从正确的视角发现解决现实复杂问题的基本方法。

（2）明晰概念体系。由于土地生态学是一门交叉学科，存在一定的术语的混用和套用现象。特别是近年来，随着国家生态文明建设战略的不断推进，“生态”似乎越来越成为一个时髦的名词，但引发的争议也较大。比如什么是“生态用地”“生态空间”？什么又是 “自然生态空间”“城市生态空间”？什么是“自然资源资产”“生态资产”？等等。单就“生态用地”而言，大多数研究将其定义为某些具体地类集合，这在一定尺度上进行生态文明统计是可以的，但从概念本身出发则不够准确。实际上，生态用地的实质就是具有重要调节服务的土地利用类型[47]。从这个定义可以看出，是不是生态用地首先要看是否具有调节服务，由此将生态用地和土地功能联系起来；其次生态用地是一个相对概念，即“重要”调节服务，什么是重要，什么是不重要，一定是相对的，这种相对性是依赖尺度和区域存在的；最后生态用地还是要落实到地、斑块上，落到土地利用类型上。生态空间则不同，我们提到生态空间，一定是暗含这个空间不是生产空间（农业格局）和生活空间（城镇发展格局），所以生态空间是一个范围，尽管我们强调三种空间不交叉、不重叠，但实际上生态空间范围内必然会存在各种非生态用地，生产或生活空间也一定会存在生态用地。明晰和理解这些基本概念，或许就容易解决好“三区三线”划定过程中困扰我们的一些实际问题。当前要集各方智慧，通过土地基本术语的修订等来进一步明晰土地生态学的概念体系。

（3）构建学科体系。尽管土地科学学科体系研究有一定进展，但体系构架还不十分明确。在土地科学学科体系中，土地生态学和其他分支学科的关系、边界还不十分清楚。需要按照土地生态分类、土地生态调查监测、土地生态评价、土地生态规划设计、土地生态管护等逻辑链条进一步梳理土地生态学学科体系。

3.2 加快提升土地生态评价技术方法

（1）发展基于问题的土地生态评价机理模型。土地生态评价涉及的内容较为广泛，目前的评价存在一定的泛化现象，主要表现是指标罗列，然而指标的生态学意义不明确，各个指标之间的关系不独立[48]，评价的结果以状态为主，缺乏针对问题的解决措施。评价模型仍旧以统计模型为主，说服力不够。一些模型参数的本地化程度薄弱，以拿来主义为主，是否能够真实反映地方实际情况尚有疑问，这些都限制了土地生态学的实际应用。发展针对问题的土地生态评价机理模型，也有赖于理论的突破，有赖于对土地生态过程的深刻认识和了解，有赖于对关键科学数据的采集和关键科学现象的观测监测，有赖于空间信息的精细化表达。

（2）发展大数据土地生态评价方法。“大数据”已经成为新时代新技术的主要特征。如果说“发展基于问题的土地生态评价机理模型”还是从传统角度提升土地生态评价技术方法的话，发展大数据土地生态评价技术方法则是当前我们必须面对和解决的技术难题。土地生态学的基本对象是土地生态系统，是一个以人为中心的复杂的复合生态系统，其数据来源多头、构成多元、种类多样，适合应用大数据技术分析问题和解决问题。首先，一个重要工作是要把社会人文因素引入到生态评价中[49]，从传统的自然生态评价转向自然人文相结合的生态评价，特别是要善于引入人的心理，感官等因素，通过某种表达，体现真实现状，获得真实评价；其次，要充分应用物联网、移动互联等先进技术，实现数据的实时获取、物物的时时相通，以物治物；最后，要发展大数据计算方法，搭建运算平台，实现海量数据的有效管理和快速分析。

（3）发展重点地区精细化土地生态评价方法。关注城市结构三维变化和城市生态环境变化[50]，关注乡村基于大比例尺的村庄用地变化及生态环境影响，关注生态保护红线的土地生态变化快速评估技术方法。

3.3 加快推进面向国家战略和决策需求的土地生态学实践应用

（1）自然资源调查监测。自然资源统一管理要求自然资源调查监测对象要从单一的土地覆被/土地利用转向土地全要素，土地分类和变化信息的获取要从以依赖传统的人工方式为转走向以智能化、自动化方式为主，调查监测的内容要从单一的数量监测转向数量、质量和生态的综合监测。要实现以上要求，一是要研究生产高分辨率土地全要素监测基础产品，在土地利用/土地覆被调查监测基础上，生产融合关键生态因子和重要生态指标的高分辨率土地全要素基础数据产品，为国土空间规划和生态修复提供基础性信息；二是要开展土地全要素自动分类和变化信息提取技术研究，准确快速获取生态用地之间、生态用地与其他地类之间的转换信息；三是要加快推进自然资源调查监测数据分析评价，构建全国土地资源综合监测网络。

（2）国土空间规划。当前国土空间规划体系的重构对我们提出了新的要求，传统的诸如“区域人地关系”等理论是否还合适？基于国家治理能力现代化和引导经济发展方式转变的国土空间规划核心技术到底是什么？规划方法要在合理科学分配建设用地指标、测算各类用地需求的基础上向何处发展？空间规划、区域规划、专项规划的边界在哪里？要解决这些问题，一是要开展国土空间理论和技术方法创新，将生态系统服务协同和权衡、区域生态系统供需与集成、生态安全格局等理论和技术方法应用到国土空间规划实践中，为“三区三线”划定提供新的思路和应用案例；二是创新国土开发适宜性评价和资源环境承载力评价理论和方法，资源环境承载力评价的重点在于生态承载力评价，其核心思想是资源是流动的，而生态是固定的，由此引起指标、评价单元和基本方法的不同，因此，要善于从人的需求、区域发展定位、资源的限制性和环境生态容量之间的平衡找到新的支撑点和落脚点；三是要发展生态系统价值核算理论和方法，建立自然资源资产、生态补偿价值评估技术方法，通过国土空间规划，引导经济发展方式转向绿色发展。

（3）国土空间生态修复。新的形势要求我们进一步科学识别需要修复的重点地区和关键地带，加快研究新的生态恢复措施，思考生态修复如何和经济社会发展紧密结合，提出可操作性的区域修复方案和措施。需要开展以下研究工作：一是要提升中国国土空间生态修复的基础理论与技术措施，中国幅员辽阔，生态系统和生态脆弱区域类型多样，越来越多长期实验观测和长时间序列研究证据表明，传统的修复理念和方式正面临挑战[51]，迫切需要在考虑气候变化背景条件下，研制区域生态修复的关键技术措施；二是建立科学的国土空间生态修复识别与修复效果评估的技术方法体系，从基础土地条件，土地利用变化，关键生态因子，生态系统服务的角度识别和判定需要生态修复的重点区域；三是开展重点地区国土空间生态修复监测。结合区域经济社会发展实际，开展区域生态破坏的影响因素和机理研究，制定可操作的区域生态恢复方案，全面、实时监测生态修复的自然、社会和经济影响因子。