基于自然的解决方案：应对水资源危机中国实践——浙江千岛湖水源地保护案例

靳 彤 穆 泉 王龙柱 郭飞飞 葛 乐

(大自然保护协会, 北京100600)

1 前言

基于自然的解决方案（Nature-based Solution，NbS）是指通过保护、可持续管理和修复自然或人工生态系统，从而有效和适应性地应对社会挑战，并为人类福祉和生物多样性带来益处的行动[1]。与灰色基础设施投资相比，健康的水源地作为重要的自然基础设施，不但能够收集、储存和过滤淡水资源，而且能够带来超出水安全范围的效益，包括助益解决气候和生物多样性等问题。同时，通过引入生态补偿的方式，NbS可以维护或恢复流域的完整性，减轻上游地区生态转型成本的压力，创造额外的社会、经济和环境效益，从而强化整体水安全，是一种有效水资源管理战略。

千岛湖又名新安江水库，位于浙江省杭州市淳安县和建德市境内，湖泊面积567.40 km2，因湖内拥有上千座翠岛而得名[2−3]。承载千岛湖的新安江水系，发源于安徽黄山休宁县，流域面积11 453 km2，经浙江千岛湖汇入钱塘江，保障着钱塘江中下游的环境质量和水体功能[4−5]。2013年千岛湖及新安江上游流域被正式定位为“长三角地区重要战略水源地和生态屏障”。自2020年起，千岛湖开始为杭州城市及沿线区域1 000多万居民提供饮用水，至少占杭州市饮用水供给的50%[6]。同时，千岛湖及新安江上游流域地处国家黄山−怀玉山生物多样性保护优先区域内（图1），生物多样性保护价值十分重要[7−8]。

图 1 千岛湖及新安江上游流域范围Fig. 1 Qiandao Lake and upstream basin of Xin’an River

经过多年治理，目前千岛湖流域整体水质优良，2001−2015年期间湖体水质持续保持在一至二类水标准，水体富营养化程度为中营养状态，总氮是全湖水质下降的首要污染物，甚至曾逼近Ⅲ类标准[9−12]，敲响水质下降的警钟。2017年，世界银行联合大自然保护协会（The Nature Conservancy，TNC）共同在千岛湖流域进行调研发现，流域内的面源污染已经超过点源污染的贡献，与集水区内农户在种植中过量使用农药、化肥、畜禽养殖等不合理的农业方式密切相关。以淳安县为例，其境内汇入千岛湖及新安江上游的“一江十九溪”水质均比干流差，总氮排放量中75%来自农业，氨、氮排放量中农业源占56%[13]。由于农业面源污染治理的来源广泛且分散，涉及的农户数量众多，缺乏有效的长期治理机制，一直被视为水环境治理中的一大难题[14]。

为了更好地实现跨区流域环境保护与生态发展，2013年12月，由国家发展和改革委员会牵头，联合浙江、安徽两省联合编制了《千岛湖及新安江上游流域水资源与生态环境保护综合规划》。为了落实此战略规划中的目标和重点任务，浙江省发展和改革委员会制定了《浙江省千岛湖及新安江上游流域水资源与生态环境保护实施方案》。2016年，国家发展和改革委员会、财政部和浙江省引入1.5亿美元世界银行贷款，实施“千岛湖及新安江流域水资源与生态环境保护项目”，旨在将千岛湖打造为流域治理的全国示范。项目立项伊始，世界银行就与大自然保护协会建立了合作伙伴关系，由TNC为世界银行项目提供流域面源污染分析与规划的科学支持，并通过引入企业、公益组织等社会资源尝试建立“千岛湖水基金”，以探索NbS在水源地保护中的创新应用以及流域农业面源污染治理的长效管理及资金机制，实现长期改善水源地水质的目标，达到生态保护和绿色经济的双赢。

2 千岛湖水源地保护实现路径

2020年，世界自然保护联盟（International Union for Conservation of Nature，IUCN）正式发布了NbS的全球标准，提出了8项基本准则和相应的28项指标，旨在将NbS的设计和执行过程标准化，帮助改善项目设计和实施，促进NbS在更广泛的层面和地区得到应用（图2）。千岛湖水源地保护项目借鉴多项NbS的标准（如项目充分链接了生态系统和社会系统），在保护水源地的同时，有效地应对水安全这一社会挑战，提升人类福祉。应遵循根据尺度来设计NbS的准则开展流域尺度生态治水规划，在流域尺度评价的基础上，精准定位重点地区，设定NbS防控农业面源污染的具体目标和技术措施及项目资金安排。千岛湖水基金模式践行包容性治理、在首要目标和其他多种效益间公正地权衡的原则，为不同利益相关方参与到水源地保护中搭建了多种渠道，建立一个多元参与的流域共治模式和自我造血的可持续资金机制，为NbS取得长期成效打好基础。

图 2 IUCN的NbS全球标准的相互关联性（IUCN，2020）Fig. 2 Interconnectedness of NbS Global Standards for IUCN (IUCN, 2020)

2.1 流域尺度生态治水规划

千岛湖流域生态治水实践首先以完整的流域范围为对象，以水质提升为目标开展系统分析和规划，诊断农业面源污染物的来源和分布格局，识别应当优先治理的地块，并且通过情景分析为应用农业NbS措施治理面源污染提供决策支持，从成本有效性的角度，探究“清源”的最优方案。

研究发现，仅占千岛湖流域面积17%的农业用地贡献了流域64%总氮污染负荷、68%总磷污染负荷和60%泥沙污染负荷。其中，在浙江省范围内，面积仅占1/4的20个子流域总体污染贡献超过1/3，被识别为关键子流域（图3a）；而旱地、水田和园地（茶园/果园）的污染物输入强度最大，被识别为关键地类（图3b）。在这些关键子流域的关键地类进行治理将事半功倍，通过在关键子流域内设定不同的生态治水措施情景发现，减少施肥量、有条件的退耕还林、作物下游设置植被缓冲带等措施都能够有效地减少污染物负荷，改善水质。

2.2 农业NbS防控农业面源污染

2.2.1 农业NbS措施试点示范

在流域分析的基础上，结合实地调研对地方社会经济可行性的筛选，千岛湖水基金选择了淳安县安阳乡上梧溪子流域为试点（图4），针对主要面源污染来源的水稻田和茶园开展了精准施肥、覆盖作物、生态防控等一系列农业NbS实践示范，对措施的污染防治效果、成本投入、对农作物影响等维度进行科学评价，建立起“源头减量+过程拦截+末端处理”的流域面源污染治理综合示范基地，试点土地总面积约6.7 hm2，直接辐射流域面积40.2 hm2。

图 3 千岛湖流域面源污染来源分析Fig. 3 Analysis of non-point source pollution sources in the Qiandao Lake Basin

图 4 千岛湖水基金淳安县安阳乡综合示范基地Fig. 4 Qiandao Lake water fund, Anyang Township, Chun‘an County, comprehensive demonstration base

2.2.1.1 精准施肥

通过测量土壤肥力状况，结合作物营养需求，科学确定肥料合理施用量，并用菜籽饼（有机肥）部分替代化肥，从而实现肥料的减量增效。

2.2.1.2 绿肥覆盖

水稻田冬闲时轮作固氮植物紫云英，能够缓解因地表裸露引起的水土流失，同时紫云英作为后茬作物的生物肥料，腐化分解时能大量激发土壤氮素，增加土壤有机质含量，改善土壤物理性状及提高土壤肥力（图5a）[15]。规范种植条件下，22.4~37.3 kg/hm2的种子量，成熟后替代10%~20%的化肥量，稻谷千粒重比常规施肥处理高出3.62%，产量提高了11.18%。

2.2.1.3 蜜源植物

在农业种植区的边缘缓冲带，种植花卉类蜜源植物，可以吸引各类传粉昆虫，增加农业种植区的生物多样性，利用天敌调控农作物病虫害，从源头减少农药的使用频率和使用量（图5b）[16]。

图 5 绿肥覆盖和蜜源植物图片Fig. 5 Pictures of green fertilizer covers and nectar plants

2.2.1.4 秸秆覆盖

千岛湖茶园种植以坡耕地为主，通过对茶园进行秸秆覆盖减少裸露地表，能够有效地降低茶园水土及氮磷养分流失，并改善土壤环境与林间小气候环境，保水、保肥，增强茶园抗旱减灾能力。汛期期间，秸秆覆盖茶园与无覆盖茶园相比，有效地减少了26.02%的径流量和86.2%的泥沙量，径流水体中总磷、总氮、氨氮、硝氮和可溶性氮分别削减了57.31%、44.03%、56.23%、41.85%和50.02%。

2.2.1.5 人工湿地

通过在农业种植区域内建设人工湿地（图6），使农业退水在进入沟渠排放入湖前，水体中富余的营养物质经过湿地中净水植物和经济作物的二次利用，得到充分的拦截。

图 6 人工湿地图片Fig. 6 Pictures of the constructed wetlands

2.2.1.6 生态沟渠

“三面光沟”硬质排水沟渠，破坏了沟渠原有的生态系统，导致沟渠丧失自净能力。项目建成杭州地区第一条系统化、规范化的生态氮磷拦截沟渠，全长约310 m，通过技术改造在硬质化沟底和沟壁上栽植水生植物，恢复沟渠生态系统，覆盖汇水农田面积约33.5 hm2。利用植物吸收、截留沉降、生态吸附以及微生物作用等方式，削减农业退水中的氮磷（图7）。

图 7 生态沟渠对比图片Fig. 7 Comparison pictures of ecological ditches

2.2.2 生态护水措施全流域推广

千岛湖水基金在试点示范及监测评估的基础上，识别出了一系列面源污染治理效果好、成本低、农户易接受（尽量不影响农业收成）的生态护水措施，并总结形成了护水措施实施指南工具包。同时，与蚂蚁金服依托区块链及人工智能等技术，联合开发出了“护水宝”小程序，将这些措施通过标准化的方式在全流域进行推广和复制，从而帮助更多的村民护水、增收。

“护水宝”是一个多方参与的智慧平台，政府机构和公益组织在平台中确定面源污染治理的（如绿肥覆盖、化肥/农药实名制、蜜源植物等）“有效、成本低、易操作”措施（如绿肥覆盖、化肥/农药实名制、蜜源植物等），并制定措施和实施的核心标准，提供农户治理措施成功实现后的物资/资金奖励。流域内的农户自愿加入平台，选择愿意实施的面源污染治理措施后，手机拍照方式上传，平台通过区块链和地理信息定位等技术进行认证通过后即可获得相关的奖励积分，积分可兑换环境友好农资，且进入流域护水农户排行榜。第三方科研机构/监测机构抽测参与农户地块的实施情况，并针对农户实施中需要的技术支持，提供相关的农技服务指导（图8）。

“护水宝”平台还可以为农产品制作一个透明、可信的“身份认证”二维码，让农产品的生态种植方法、生长情况以及对水源保护的贡献等，都能轻松地实现可追溯，确保保护措施的实施可信，无形中也增强了农产品的市场竞争力。

2.3 多方参与的流域共治模式

2.3.1 水基金模式设计

水基金模式是一个基于生态服务补偿（payments for ecosystem services, PES）理念的管理和资金机制[17]。PES强调享受生态服务（如清洁水）的消费者应当为生态系统的保护和恢复而付费[18]。简而言之，水基金的实质是下游水用户购买上游的生态系统服务功能（图9）。水基金模式是国际上针对面源污染治理最有效的管理模式与资金机制之一。TNC是国际上具有最丰富水基金建立经验的国际组织，2000年在厄瓜多尔建立第一支资金规模为5 000万美元的水基金，迄今为止，已经在全世界成功建立43支水基金，在厄瓜多尔、哥伦比亚、秘鲁、巴西、墨西哥等国家总计保护和修复了700万hm2的重要水源地，为保障5 000万人的安全饮水做出突出贡献[17,19]。

图 8 “护水宝”平台运行模式Fig. 8 Operation mode of “Water bao” platform

图 9 水基金概念示意图Fig. 9 Schematic model of the water fund concept

水基金信托是PES在千岛湖水源保护方面的具体形式，强调多方共赢且透明的市场运作[19]，其主要特点与作用如下：

2.3.1.1 科学、有效地长期改善流域水质

开展上游生态系统保护、修复以及生态友好型农业最佳实践等基于自然的解决方案，从而消除或减少影响流域供水安全的关键威胁，提升流域环境服务，保障土地生态健康。

2.3.1.2 秀水惠民，调动农民的积极性

农户通过参与水基金生态友好型活动而获得劳务报酬，同时享受水基金下游产业盈利的分红。

2.3.1.3 为社会多方资源参与水环境保护提供可靠平台

信托投资的形式能保证支持者资金在第三方监管下用于公益和污染防治目的，所有过程均公开、透明，保障投资者初衷的实现。同时，在水基金生态产业运营良好情况下，企业等投资人支持自然保护亦可能获得投资增值和非现金回报。

2.3.2 千岛湖水基金

水源地的农业面源污染具有分散和滞后的特点，需要与当地社区紧密合作以及持久的资源投入，引导村民从生态护水的行动中获得经济收益，逐步转向环境友好型的绿色产业发展模式，这需要政府、社区、企业和普通公众的多方参与。为探索流域水环境治理的长效资金与治理机制，2018年2月，阿里巴巴公益基金会和民生通惠公益基金会联合发起，引入1 000万元社会公益资金设立“中国水源地保护慈善信托”，而“千岛湖水基金”作为信托资助的首个项目在杭州启动。万向信托作为受托人负责信托基金的管理和运营，TNC作为科学顾问负责制定和指导千岛湖水基金的流域保护投入与效果评估。

“千岛湖水基金”创新地引入了慈善信托架构（图10），将社会公益资金、生态产业等纳入资金体系，为传统的慈善捐赠方式增加了多元化，且具有影响力的投资口径。一方面，“千岛湖水基金”为农业NbS等生态治水措施试点示范及全流域推广提供必要的资金支持；另一方面，出资发起建立名为“湖酷”的社会企业，投资流域内有益于水源地保护的生态农产品、自然教育、生态体验、文创项目等环境友好型产业，为不同利益相关方参与到水源地保护中搭建了多种渠道，希望水源地保护建立一个多元参与的流域共治模式和自我造血的可持续资金机制。

图 10 千岛湖水基金运行架构Fig. 10 Qiandao Lake water fund operation structure

“湖酷”与联华超市等大型商超等销售合作伙伴，共同建立一个可持续的可追溯产业链，依托“护水宝”对采取护水措施生产农产品进行可追溯认证。一方面，为千岛湖水源地优质农产品打造“千岛清泉”品牌，助力村民开网店售货；另一方面，也助力流域内特优护水农产品销售，通过网络预订、淘宝直播、企业定制等方式对接市场，建立稳定的销售渠道。

千岛湖水基金还把水源保护的理念融入当地的特色旅游产品中，开发出研学旅游、生态旅游等产品与活动，把水源保护变成有乐趣的事情，使水源地内外的社会公众都能参与其中。具体包括：结合旅游特色，融入国际通行的科学素养教育，为千岛湖学校、研学机构、酒店等赋能，开发水源保护主题的优质自然教育课程；以“公益+”方式，通过公益丰收节、音乐节、千岛湖马拉松赛等活动，让企业员工、水源地百姓、各地自然热爱者来到千岛湖，关注这里的生态保护和农业特色。村民能成为生态保护的讲师，能在生态旅游服务中增收。同时，在千岛湖建立起一支民间河长的队伍，将当地村民变为家乡的守护者。

3 结果与分析

3.1 生态效益

经浙江农林大学国家重点实验室第三方独立监测评估，在示范水稻田中，绿肥替代10%化肥，能够有效地降低30%~40%的氮磷流失风险，同时实现稻谷增产11.8%；而示范茶园的覆盖措施能有效减少径流中57.31%的总磷和44.03%的总氮（相当于将茶园径流水质从四类提升到二类），并提升茶园土壤肥力。生态沟渠建成以来系统运行稳定，使径流中化学需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）含量减少15%，总氮、总磷流失量减少15%~20%，生物多样性趋向丰富，并能够持续、有效地净化农田退水。同时，项目实施过程中充分考虑农业景观中的自然/半自然生境镶嵌和连通，通过建设农田边界生态缓冲带、传粉昆虫栖息地、防止农田生态系统及其基本设施的过度硬化和人工化，对提升生物多样性、提升农村生态环境质量和农业景观功能也具有重要作用。同时，生态护水的措施也带来了减排效益，优化施肥措施减排约 CO2e 582 kg/hm2，绿肥措施减排约 CO2e 701 kg/hm2，从而为应对气候变化作出了贡献[16]。

借助“护水宝”，通过政府推荐农户、农户推荐农户等方式，截至2020年年底，千岛湖的生态护水农业已推广至346 hm2，覆盖水稻、茶叶、水果、山核桃等主要典型流域农产品种类；2024年，经过水基金项目的二期建设，生态护水农业有望在整个千岛湖流域推广到5 025 hm2，这相当于1%的土地保护，不仅能够带来全流域10%的面源污染削减，还能够带来6 000多吨CO2e的减排效益[16]。

同时，千岛湖水基金也与亚洲开发银行（Asian Development Bank，ADB）在安徽范围内的新安江源头区域建立合作，将茶园种植面源污染治理经验推广到上游，支持新安江全流域的水源保护项目设计与实施，共同提升绿色产业发展，助力流域生态补偿。

3.2 经济效益

千岛湖水基金引入了商业的力量，通过高附加值农产品的研发、生产和品牌打造，以及精品自然教育课程的研发，让护水模式具备“造血功能”，助力千岛湖发展生态产业。在项目示范茶园，通过组织农户开展生态护水种植、统一采摘标准，提升原叶品质，并利用区块链技术溯源，“千岛清泉”品牌赋能，为示范项目农户带来平均 11940 元/hm2的增收，相当于农户茶园收入提升了30%~40%。

企业还结合网络预订、淘宝直播、企业定制等方式，助力流域内特优护水农产品的销售，帮助获得有机认证的葡萄走出水源地，对接高端客户，优质、优价提升幅度超50%，助推千岛湖大米、茶叶、茶籽油等农产品销售，累计获超过23万点赞量，带动千岛农品销售超过10万元。

3.3 社会效益

千岛湖水基金被淳安县政府作为七个“两山”价值转化的典型案例之一，入驻“两山银行”展示馆向社会展示。开发的“饮水思源”主题的小河长研学课程，被联合国可持续发展教育（杭州）专业区域中心评为“可持续发展精品课程”，并被浙江农林大学授予“环境保护志愿者基地”、淳安县授予“研学基地”和中国林学会授予“千岛湖水源地保护自然学校”。通过中小学自然教育课程、企业公益团建、品牌活动等多种方式，2020年累计为600人提供线下生态服务产品。通过媒体宣传、品牌活动、企业合作等方面，提升了流域水保护的社会影响力，获得超过20万次的社会关注量。项目还为当地农户和徽浙两省河长提供了保护能力培训，年度线上、线下培训超300人次。

4 讨论与结论

截至2020年，千岛湖水基金所开展的一系列的保护措施不仅在节约成本方面有极大优势，而且带动了农户的积极参与。未来水基金将致力于在千岛湖全流域推广这些生态护水措施，到2024年实现保护1%的关键土地（5 025 hm2），带来全流域10%的面源污染削减的目标。同时，通过参与水基金信托，用水户的成本投入不但可以进行有效的水源地的保护，也能带来更广泛的社会经济和生态环境效益。例如，保护重要陆生水生物种的栖息地环境、农业产量的提高、更可靠的能源产出以及碳汇效益。

城市水源是中国城市经济发展和居民健康的一项重要资源。目前，在中国至少有1/3的湖泊和河流污染严重，无法继续供人类使用，为快速发展的城市提供水源的73%的水源地正面临着中高度污染[20−22]。与大多数的国家相似，中国城市水源地的保护工作与责任由多个政府部门共同承担。由于水源地的保护同时涉及水域与陆地，因此相关政策的制定过程挑战重重。通过整合多方资源，水基金模式为规模化实施保护行动提供一个前所未有的金融和监管机制。基于生态系统服务付费的水基金能够激励地方政府和企业积极参与水源地的保护，为满足中国持续经济增长和自然资源的保护需求提供了双赢的解决方案。未来在中国城市规模不断扩增和用水挑战凸显的背景下，必须整合多方资源，携手为中国建造一个可持续的水未来而努力。