基于“山水林田湖草沙”生命共同体理念的生态问题识别与修复策略<br/>——以甘南洮河流域为例

基于“山水林田湖草沙”生命共同体理念的生态问题识别与修复策略
——以甘南洮河流域为例

2022-06-29辛顺杰梁浩东肖凯文李若飏

草业科学 2022年6期

辛顺杰，连华，梁浩东，肖凯文，李若飏

（1. 兰州交通大学建筑与城市规划学院, 甘肃兰州 730070；2. 西北师范大学地理与环境科学学院, 甘肃兰州 730070）

近年来，“山水林田湖草沙是一个生命共同体”、“人与自然是生命共同体，人类必须尊重自然、顺应自然、保护自然”等生态文明思想已逐渐深入人心。“山水林田湖草沙”生命共同体理念源自生态伦理学、环境保护和可持续发展理论，旨在说明生态系统内人类及其他生态系统要素之间相互依存的关系[1-3]。“山水林田湖草沙”作为生命共同体，具有整体性、系统性、综合性等特点，各要素彼此相互依存，相互影响，需要整体保护、系统修复、一体化治理[4]。

国外学者在自然保护和生态修复方面进行了大量的研究和实践[5-7]，国际自然保护联盟(International Union for Conservation of Nature)已经从最初关注气候变化适应和减缓逐渐发展到可持续发展的相关领域，提出了基于自然的解决方案，该方案受到广泛关注，需要继续实践和推广。由于“山水林田湖草沙”生命共同体被作为治国理政方针理论的时间并不长，现阶段有关“山水林田湖草沙”的研究正处在探索阶段，国内大多数学者主要集中讨论其内涵特征和实践路径等方面。王夏晖等[7]针对“山水林田湖草沙”生命共同体的内涵进行了系统的讨论，认为其具有尺度性、整体性、功能性和均衡性等特征。邹长新等[8]从“山水林田湖草”系统内涵出发，从生态系统完整性、生态系统健康和生态系统稳定性等方面对“山水林田湖草”系统生态保护修复进行了探讨。成金华和尤喆[9]分析了“山水林田湖草”是生命共同体原则的科学内涵与实践路径。张惠远[10]则从系统科学和景观生态学角度出发，探讨了“山水林田湖草”生态保护和修复的指导思想、目标、方法和技术。李达净等[11]系统论述了“人”在“山水林田湖草”生命共同体中的角色和作用。然而，截至目前，对“山水林田湖草沙”生命共同体这一复合式生态系统内部各要素之间耦合过程的研究尚未全面开展，缺乏系统性、一体化的生态修复理念和方法，存在着多头独自推进、生态要素分割治理、局部修复效果较好但整体效应弱等突出问题[12]。基于此，亟待强化“国土空间是一个完整生态系统”的认识，从“山水林田湖草沙”多要素一体化、整体性等方面对其保护和修复进行统筹规划、综合施策。

洮河作为黄河上游的一条较大支流，具有涵养水源、保持水土和提供生态安全屏障等重要生态功能。国内学者针对洮河流域的研究主要集中于探讨洮河流域径流变化、水环境与水生态、土地利用/土地覆被变化、水沙特性等方面[13-18]，而有关其生态环境保护与修复的研究还不够全面和完善。此外，由于独特的地理环境及不合理的人类活动而造成的洮河流域诸多生态环境问题，如水土流失、矿山环境破坏等仍没有得到根本解决，迫切需要实施“山水林田湖草沙”一体化保护和修复措施。但目前，在“山水林田湖草沙”生态保护修复分区划定过程中，该流域多针对单一生态系统问题的诊断与分区，很难体现“山水林田湖草沙”生命共同体的理念，严重缺乏系统性和整体性思路。因此，本研究以甘南洮河流域为例，基于“山水林田湖草沙”生命共同体理念，精准梳理其生态环境问题，提出其生态修复策略及建议，以期为洮河流域“山水林田湖草沙”一体化生态修复提供借鉴与参考。

1 研究区概况

1.1 研究区范围及位置

洮河发源于青海省海南州境内的西倾山东麓，从青海省海南州河南蒙古族自治县赛尔龙镇流出进入甘肃省境内，曲折向东流过碌曲县、临潭县、卓尼县城南，至岷县茶埠急转向西北，出九甸峡与海甸峡后，穿临洮盆地，于永靖县刘家峡水库坝上2 km 处汇入黄河。本研究涉及的洮河甘南段河流总长度367.9 km，流域面积约1.34 × 104km2，流域面积50 km2以上支流93 条，地表水水资源总量6.756 × 109m3。其中自产水量3.926 × 109m3，入境水量2.830 × 109m3，地下水水资源量1.542 × 109m3。甘南段洮河流域包括碌曲县、卓尼县、临潭县全境以及合作市勒秀乡、夏河县科才乡(图1)。

图1 研究区地理区位图Figure 1 Geographic location of Ganan, Taohe River basin, and the study area

1.2 生态功能定位

甘南洮河流域位于青藏高原东北部，是“青藏高原生态屏障”的重要组成部分，境内汉、回、藏等民族文化构成其以农耕和放牧为主的生活生产方式[19-20]。甘南段洮河流域囊括了高寒草地、高原森林、高原湿地三大主要陆地生态系统，其中草地生态系统和湿地生态系统是该流域面积最大的生态系统。在《全国主体功能区规划》(国发〔2010〕46 号)划定的“两屏三带”为主体的生态安全格局中，该流域是黄河上游重要的生态安全屏障之一，担负着保障黄河中下游生态和生产生活安全的重要作用；在《全国生态功能区划(2015 年修编)》划定的生态系统格局中，该流域属于“甘南山地水源涵养重要区”；在《甘肃省主体功能区规划》中，该流域属于甘南黄河重要水源补给生态功能区，为黄河上游生态屏障。

2 生态问题识别与诊断

2.1 问题识别与原因分析

2.1.1 水土流失严重，水土保持能力下降

水土流失是甘南洮河流域一个最为严重的生态问题。水土流失现状各县不尽相同，其中卓尼县、临潭县水土流失最为严重，两县的水土流失面积为2.42 × 105hm2，占整个甘南段洮河流域水土流失总面积的63.8%，强度以中度、重度为主；碌曲县水土流失面积1.37 × 105hm2，强度为轻微。

甘南洮河流域水土流失严重的原因在于：一是地形多为高山丘陵区，沟道以侵蚀下切、侧蚀、向源为主，形成沟岸坍塌、沟底揭蚀等多种水土流失的形式，地貌上展现出沟壑纵横，冲沟、支沟发育，地块破碎，水土流失严重区域，各支沟有联通成片的趋势，其中流域面积较大、水土流失较为严重的小流域共17 条。二是土地荒漠化问题严重，土质疏松，植被覆盖率减少，导致土壤裸露。其中许多山坡坡度多为20°～30°，形成较多坡耕地，且谷底宽阔，分布有大量堆积物，部分地区黄土覆盖较厚，为水土流失的发生提供了物源条件，加之较为集中的雨季强降水又为水土流失提供了动力条件，致使降水冲蚀强度更加剧烈，形成恶性循环。三是不合理的人类活动，例如草地的超载过牧、林区过度砍伐、农区陡坡开荒以及修路等开发建设扰动行为加剧了水土流失[21-22]。

2.1.2 矿山开采不合理，历史遗留问题较多

据甘南州自然资源局2020 年统计数据显示，甘南洮河流域有矿山116 处，其中临潭县35 处、卓尼县29 处、碌曲县52 处(图2)。虽经前期治理，该区域内仍有49 处矿山需修复治理，其中，无主矿山16处，有主矿山33 处，合计渣堆总方量约5.86 × 105m3。截至目前，采矿活动破坏的土地资源面积仍有80.41 hm2，其中草地45.41 hm2，林地13.00 hm2，耕地22.00 hm2。目前，该地区最为突出的矿山环境问题是大量遗留的废弃采坑和渣堆。这些采坑和渣堆一方面破坏土地和植被资源，降低了洮河流域水源涵养能力；另一方面造成景观破碎化并形成引发次生地质灾害的条件，加剧了水土流失，诱发崩塌、滑坡及泥石流等地质灾害。

图2 甘南洮河流域矿山、草原、湿地、森林现状图Figure 2 Current status of mines, grasslands, wetlands, and forests in Taohe River Watershed, Gannan

上述问题形成的主要原因是历史上采矿活动的粗放无序及不合理采矿行为。其次是较落后的采矿技术、后期对矿区生态环境修复治理监管不到位以及生态环境保护意识较弱。最后，由于矿山修复治理中存在的一些问题，如多头独自推进、生态要素分割治理、缺少整体性修复、局部修复效果较好但整体效应弱等，使矿山生态修复成为一个长期的“老大难”问题。

2.1.3 草地退化问题依然严峻

甘南洮河流域现有草地7.34 × 105hm2，其中可利用草地6.91 × 105hm2，难利用草地4.32 × 104hm2，草地利用率为94.1%。甘南洮河流域重度退化草地面积为1.22 × 105hm2，占退化草原面积的20.3%；中度退化草地面积为4.1 × 105hm2，占68.2%；沙化面积共6.94 × 104hm2，占11.5% (图2)。

草地退化、沙化引发的主要环境问题：一是植被覆盖度下降、草原生产力大幅下降，导致草地调节气候、涵蓄水源、防风固沙、保持水土、净化空气等生态功能明显衰退。二是草地鼠、虫害较为严重。由于其防治技术缺乏系统性、连续性、深入性的研究，使鼠、虫预防和防治工作收效甚微。与其他放牧区相比，该区域草地退化除了引发严重的环境问题外，还具有“治理难”的特点。一方面，工程建设及采矿等频繁的人类活动干扰，增大了治理难度；另一方面，后期监管力度不足和监管技术落后等人为原因，使原本恢复的草地二次退化、沙化现象严重。

2.1.4 湿地萎缩问题亟需解决

甘南洮河流域现有湿地面积5.0 × 104hm2，其中河流湿地5.0 × 103hm2，沼泽湿地4.0 × 104hm2，湖泊湿地2.5 × 103hm2，滩涂湿地1.5 × 103hm2，其他湿地1.0 × 103hm2。沼泽湿地占湿地总面积的80%，是该区最主要的湿地类型(图2)，集中分布于碌曲县、夏河县科才乡，主要有尕海湿地、李恰如牧场湿地和达玖塘湿地。目前甘南洮河流域湿地存在的主要问题：一是区内天然湿地面积减少；二是湿地无序的放牧、开垦和改造。三是水生生物的生存环境受到严峻的挑战，生物多样性降低，湿地经济植物发展场所变窄，导致湿地系统涵养水源能力下降。

导致这些问题产生的原因：一方面，在全球变暖的背景下，该区域地表蒸发量增大，降水和地表径流不断减少、冻土严重退化、地下水位持续下降、河流流量减少，进而导致湖泊和沼泽不断萎缩。另一方面，伴随人类对湿地资源的过度利用，湿地水源涵养能力下降。在湿地面积减少和水源涵养功能衰退的的共同作用下，湿地生物栖息环境逐渐恶化，物种多样性也随之降低。

2.1.5 耕地质量不高，易引发次生灾害

甘南洮河流域耕地面积较少，约为1.16 × 105hm2，仅占该流域土地总面积的8.7%，主要分布于临潭县、卓尼县相对平缓的丘陵区。该流域耕地质量等别为十二等至十四等，且十二等耕地分布较少，十三等耕地分布最广。这些耕地的主要问题表现为质量较低，导致生态脆弱性和生态敏感性增大；坡耕地较多，耕作层不断变薄，加剧了水土流失、土地荒漠化进程，并引发系列次生灾害；大规模的生产建设活动挖废、塌陷，占压了大量土地资源，产生了大量的工矿废弃地，复垦利用难度较大；部分区域土壤污染严重，土壤理化性质变差。

甘南洮河流域耕地存在诸如上述问题的原因主要在于其本身所处的自然环境和人为的过度干扰。一方面，该流域地形条件较为特殊，不宜开垦的坡耕地较多，且气温较低，使得耕地质量较低。另一方面，该流域突出的人地矛盾和不合理的耕作方式，加剧了耕地生态问题。此外，农业生产中农药、化肥使用不合理，导致农业面源污染。

2.1.6 森林质量不高，水源涵养能力降低

洮河流域林区是重要的天然林区，目前有卓尼洮河国家级自然保护区和临潭冶力关国家森林公园。据甘南州林草局统计，该流域现有林业用地1.73 × 105hm2，占区域土地总面积的13.7%，主要分布在碌曲县和卓尼县。其中，有林地4.22 × 104hm2，灌木林地1.13 × 105hm2，疏林地4.76 × 103hm2，未成林造林地1.31 × 104hm2(图2)。

目前，该流域林区森林生态问题主要表现：林分质量下降、水源涵养能力降低和局部区域出现林线后移；森林和植被破环严重，全林区森林资源大幅减少。其产生的原因有二：一方面，区域内山体挺拔陡峭，基岩裸露，森林植被立地条件较差，特殊的气候条件使得适生树种较少，森林林种单一，森林资源质量较低。另一方面，不合理的毁林开荒以及违法破坏树木等人为原因使脆弱的森林生态环境面临的威胁更大。

2.2 生态问题诊断与关联性

“山水林田湖草沙”生命共同体是一个多层次、关系复杂且有序的系统，不同要素之间存在强烈的联动作用[23-26]。针对甘南洮河流域生态环境问题，从生态系统质量、生态系统退化破损、生态系统胁迫、生物多样性、生态系统稳定性等方面，经实地考察、咨询专家和参考已有成果，通过全面分析研判后，对主要生态问题进行识别与排序：水土流失、矿山生态环境破坏、草地退化、湿地萎缩、耕地质量不高、林地退化，其中最突出的是水土流失与矿山生态环境破坏。

甘南洮河流域生态问题之间相互制约、相互影响，并存在着千丝万缕的关联性。例如，卓尼县、临潭县等地的水土流失日趋严重，大量植被被冲刷，草地生态系统退化破损，形成黑土滩、盐碱地、草丘等，加剧了草地退化、沙化。同时，湿地生态系统不断受损，部分湿地、沼泽逐渐萎缩，并导致了部分耕地质量降低。临潭县、卓尼县、碌曲县等地矿山的不合理及过度开采使得山体和植被大量被破坏，加剧了林地、草原退化和水土流失等生态问题，同时也使得耕地的数量下降，质量降低，而低质量的坡耕地又会导致泥石流等次生地质灾害的发生。碌曲县、卓尼县等地的草地退化、沙化，使草地生态系统质量下降，加剧了该流域水土流失，也使湿地生态系统稳定性失衡、湿地大面积萎缩。卓尼县、临潭县、碌曲县等地的部分林地退化，森林覆盖面积减少，导致生物多样性锐减，加剧了区域水土流失，同时诱发草地退化、沙化程度加剧。上述六大生态问题的产生均会导致水源涵养能力降低，最终使得其水源补给功能和生态屏障功能大幅下降(图3)。

图3 生态问题关系图Figure 3 Relationships of ecological problems

3 生态保护修复策略

3.1 总体思路

甘南洮河流域作为黄河上游重要水源涵养地，是青藏高原的生态安全屏障，在涵养水源、调节气候、保持水土和维护生物多样性等方面具有极其重要的生态地位。秉承“山水林田湖草沙是一个生命共同体”、“绿水青山就是金山银山”的重要生态理念，在遵循生态环境“自然恢复”客观规律的同时，尊重自然，顺应自然，保护自然，科学合理实施对生态环境的“干预治理”，二者做到有机统一、相互促进。

基于“山水林田湖草沙”一体化治理理念，围绕洮河流域面临的诸多生态问题，以水源涵养为核心，以流域空间格局优化和管控为前提，秉承“整体保护、综合治理、系统修复”的宗旨，注重生态保护和修复的整体性、系统性、协同性、关联性，坚持“修山扩林、调田节水、护草固沙、育林补水、治湖保水”并重；精准识别与诊断生态环境问题，科学划分保护修复单元，合理选取保护修复模式；进行系统化、整体化布局生态治理工程，通过各大子项目之间相互支撑、相互连通、相互协调，采取多要素关联、多过程耦合、多空间协同的系统性治理措施，达到“修山、保水、治湖、扩林、调田、护草、固沙”一体化效果(图4)。

图4 生态系统一体化修复关系图Figure 4 Relationships among integrated ecosystem restoration measures

3.2 生态修复目标

以提升水源涵养能力、稳定黄河水资源补给为主要目标，兼顾国土空间优化、生态功能提升、生态服务价值提高、绿色发展。紧紧围绕“山水林田湖草沙”这一生命共同体，积极推动甘南段洮河流域生态环境的持续改善，进一步筑牢青藏高原的生态安全屏障，使甘南段洮河流域草地退化和沙化趋势得到有效遏止，小流域水土保持能力持续增强，矿山生态环境治理有效，水源涵养林培育初具规模，湿地和生物多样性保护更趋有效，流域内“山水林田湖草沙”生态保护修复一体化效果更加突显，水源涵养及调蓄功能持续提升。其生态修复目标指标如表1 所列。

表1 甘南洮河流域山水林田湖草沙生态保护与修复目标指标Table 1 Performance indicators for ecological protection and restoration of mountain-water-forest-field-lake-grass-sand in Taohe River Watershed, Gannan

3.3 修复单元与修复模式

3.3.1 修复单元划分

对于生态保护修复分区及修复单元的划定，应将其生态系统作为生命共同体综合诊断，然后选择生态系统问题在空间上分布相对聚集，且各生态系统问题相互关联的区域开展[21-23]。

根据甘南洮河流域特点、生态系统类型、生态环境功能、生态质量、生态保护与开发空间格局，按照山水林田湖草沙统筹规划和系统修复的原则，结合甘南洮河流域主要的生态功能区划，针对洮河流域面临的诸多生态问题。基于自然地理单元的空间分布，并结合区域总体功能定位和行政单元相对完整性，依据“生态问题 + 地理区位 + 生态要素”将甘南洮河流域重点治理区域划分为5 个生态修复单元：卓尼-临潭水土流失治理与矿山生态修复单元、碌曲高原草原与湿地生态修复单元、洮河卓尼森林生态保护单元、太子山南麓森林与草原生态修复单元、尕海则岔湿地与生物多样性保护单元(图5)。

图5 生态修复分区图Figure 5 Zone maps of ecological restoration

3.3.2 修复模式选择

根据现状调查、生态问题识别与诊断结果、生态修复目标等，依据其主要生态问题、生态系统退化与受损程度、恢复力强弱等综合研判，并结合自然恢复为主、人工修复为辅的原则，选择主要修复模式与辅助修复模式相结合的方式，针对所划分的5 个保护修复单元，合理选择自然恢复、保护保育、辅助再生、生态重塑等保护修复模式(表2)。

表2 甘南洮河流域生态环境修复模式表Table 2 Zoning of ecological environment restoration model in Taohe River Watershed, Gannan

3.4 生态修复方案

3.4.1 卓尼-临潭水土流失治理与矿山生态修复单元

该单元主要包括卓尼县完冒镇、扎古录镇，及临潭县羊永镇、石门乡、三岔乡、店子镇等地。突出的生态问题是水土流失与矿山生态环境破坏。该单元水土流失情况严重，其面积为2.42 × 105hm2，通过实施谷坊坝、护岸、种草、种树等措施，可完成临潭县10 条沟道和卓尼县7 条沟道的小流域生态保护修复。该单元的矿山生态环境破坏也较严重，累计破坏面积68.74 hm2，通过实施渣堆平整、局部削填方、挡土墙砌筑、场地平整、覆土绿化等措施，可完成35 处矿山生态修复。针对以上水土流失及矿山环境问题集中区域，依据水土流失面积占比减少40%和矿山地质环境治理率80%的标准，需进行强力的人工干预或生态重建工程治理恢复，主要采取生态重塑。

另外，该单元内草原超载过牧、草原退化现象也较为严重。其中卓尼县退化草地面积达1.91 × 105hm2，临潭县退化草地面积6.21 × 104hm2；同时由于林业投入的严重不足，后备资源培育和森林管护力度不大，导致全林区森林资源大幅度减少，林线后移、林分质量下降，针对以上林草问题，需要采取辅助再生修复模式。其重点布设与实施工程应为小流域生态保护修复和土地综合整治、矿山环境治理与恢复。

3.4.2 碌曲高原草原与湿地生态修复单元

该单元主要包括碌曲县大部分地区及合作市勒秀乡、夏河县科才乡等。主要的生态问题是草地退化沙化与湿地萎缩。单元内退化草原面积约3.48 ×105hm2，其中轻度退化草原4.13 × 104hm2，中度退化草原2.24 × 105hm2，重度退化草原8.30 × 103hm2，随着毒草、杂草、害草逐渐成为优势种群，牧产草量下降，鼠虫害日益猖獗，草地水蚀、风蚀现象日益严重。另外，单元内的达久塘沼泽湿地，由于超载过牧和全球变暖等人为或自然因素，致使该区域内湿地出现不同程度的面积萎缩、涵养水源能力下降、生物多样性降低等退化现象，生态环境不断恶化。

鉴于该单元大部分区域因人为扰动小且生态问题不明显，遵循尊重自然、顺应自然的原则，故主要修复模式采取自然恢复。而对于单元内部分草地退化、沙化严重地段，通过实施修复黑土滩、修复鼠类危害草地和虫害草地等措施[27]，使其严重退化草地得到有效的生态修复；而对达久塘沼泽湿地可采取人工修复，进行有害生物(病虫害)综合防治、植被恢复、围栏疏浚、围堰蓄水、湖塘清淤、生态河道修复、水鸟栖息地恢复措施；另外，对北侧存在的较多历史遗留无主矿山可进行人工修复治理，故该单元的辅助修复模式可选择辅助再生。其重点实施工程应为草原生态保护修复与湿地保护修复。

3.4.3 洮河卓尼森林生态保护单元

该单元主要包括卓尼县刀告乡、尼巴镇、术布乡。该单元内的森林资源具有涵养水源、保持水土的重要作用，近30 多年的大规模采伐利用等不合理的经营，导致其林地郁闭度逐步降低，林地涵养水源、保持水土的生态功能下降，因而其主要的生态问题是林地退化。由于该单元内分布有甘肃洮河国家级自然保护区，需要减少人工干扰，因此，主要修复模式选择自然恢复，辅助修复模式为保护保育。其重点实施工程应为森林生态保护修复及生态环境监测预警与评价系统等。

3.4.4 太子山南麓森林与草原生态修复单元

该单元主要包括卓尼县康多乡、恰盖乡、藏巴哇镇、勺哇土族乡及临潭县羊沙镇、八角乡。单元内的冶力关地质公园是甘南州天然林的主要分布区域之一，20 世纪50 年代以来由于受到自然及人为因素的干扰，使森林和植被遭到严重破环。近年来虽然森林面积逐年增加，但是存在的问题是原始森林面积较小、次生林面积较大、森林整体质量不高，使得其生态系统平衡失调局面还没有彻底恢复，需要加大天然林保护力度。因此，主要修复模式选择保护保育。部分草地和萎缩湿地恢复以及需进行土地综合整治区域，辅助修复模式选择辅助再生。其重点布设与实施工程应为森林生态保护修复与草原、湿地保护修复及生态环境监测预警与评价系统等。

3.4.5 尕海则岔湿地与生物多样性保护单元

该单元主要包括碌曲县尕海镇、拉仁关乡、郎木寺镇。该修复单元内主要为甘肃尕海则岔国家级自然保护区，尕海湖是洮河的重要水源地，自然条件严酷，生态脆弱，森林、草地、湿地等生态系统的自我恢复能力相对较弱，需要进一步加大尕海则岔湿地与生物多样性保护力度，因此主要修复模式选择保护保育。另外，由于林地在过去滥采滥伐、重采伐、轻管护的形势下，该单元森林面积锐减，蓄积量减小；牧民生产方式落后，长期超载放牧，草原无序利用，管理不善，导致草地退化、碱化和沙化较严重，湿地萎缩明显，生物多样性锐减，需要进行人工治理，辅助修复模式选择辅助再生。其重点布设与实施工程应为森林、草地、湿地和生物多样性保护修复及生态环境监测预警与评价系统等。