作者：王夏晖 王波 柴慧霞 牟雪洁 朱振肖 张丽荣
“生态美”是衡量美丽中国的重要标尺之一。2023年11月，中央全面深化改革委员会审议通过了《关于全面推进美丽中国建设的意见》，习近平总书记在主持会议时强调，建设美丽中国是全面建设社会主义现代化国家的重要目标，要锚定2035年美丽中国目标基本实现，持续深入推进污染防治攻坚，加快发展方式绿色转型，提升生态系统多样性、稳定性、持续性，守牢安全底线，健全保障体系，推动实现生态环境根本好转。自然生态保护在美丽中国建设进程中发挥着极其重要的作用，通过全面提升生态系统服务功能和生物多样性保护水平，扎实推进生态保护修复重大工程和生物多样性保护重大工程，改善自然生态系统状况，稳定提高生态产品供给能力，实现生态系统良性循环，不断满足人民日益增长的优美生态环境需要。美丽中国的核心要义是实现人与自然和谐共生的现代化，建设美丽中国首先要有山清水秀、持续健康的自然生态，具体体现为生态安全屏障牢固、生态服务功能健全、生态系统质量稳定，呈现出山川湖泽秀丽、物种多样协调、人地共生和谐之美。
近年来，联合国先后启动了可持续发展十年、生态系统恢复十年、海洋科学促进可持续发展十年等系列行动，组织相关方共同履行《联合国气候变化框架公约》《生物多样性公约》等生态保护责任，以应对生物多样性丧失、气候变化和污染加剧等多重生态危机[1]。未来一段时期成为通过生态恢复改善人类福祉、推动可持续发展的关键期[2]。自20世纪60年代，“生态工程”被提出后，其在保护重要生态区域、修复受损生态系统、提升生态功能和质量、促进区域可持续发展等方面的重要作用日益被广泛认可。
中国是生态工程起源及发展的重要国家之一，“天人合一”“道法自然”等哲学思想蕴含着丰富的生态工程理念，桑基鱼塘、多水塘系统、梯田耕作等生态工程实践活动历史悠久。1949年以后，国家相继实施了“三北”防护林建设、京津风沙源治理、水土流失和荒漠化防治、山水林田湖草沙一体化保护和系统修复等重大生态工程，生态保护修复取得重大进展。但由于生态工程涉及多维尺度空间、多类型生态要素、多属性经济社会因子，在具体实践中往往系统性、整体性和协同性不足。本文系统阐述了生态工程科学原理、研究及实践进展，提出了新时期科学推进生态工程的对策建议。
生态工程是一门典型的交叉学科，涉及生态系统生态学、景观生态学、恢复生态学、人类生态学等多个学科，一个系统高效的生态工程必须建立在对自然规律的深刻把握和认知之上。应重点研究以下科学规律[3,4]：一是研究生态系统结构、过程、功能、演替机制，以及生态系统与人类相互作用关系，揭示不同生态系统的自我调节与演变规律，帮助决策者因地制宜、科学布局各类生态工程，更好地实现生态保护修复目标；二是以景观为对象，重点研究其结构、功能、动态变化及其管理，融合生态学、地理学、景观设计等内涵，在实现受损生态系统恢复的基础上，还要兼顾区域整体景观格局、景观美学等价值；三是研究生态系统退化机理、退化生态系统恢复与重建，尤其是对受损退化生态系统的恢复与管理；四是研究人类与自然环境相互关系、相互作用规律，揭示人与自然的耦合关系、相互作用机理，有助于找到人与自然和谐共生的实现路径。
需要特别强调的是，生态工程属于复杂科学范畴，社会—经济—自然复合生态系统理论是生态工程的核心基础理论之一[5]。生态工程研究与处理的对象是作为有机整体的社会—经济—自然复合生态系统，这个复合生态系统由社会、经济、自然3类亚系统组成，构成了相互联系、相互作用的复杂生态关系和信息流、物质流、能量流网络体系，塑造出人与自然之间矛盾、平衡、互馈、共生等不同关系。此外，生态工程还涉及系统工程学，例如系统整体性、功能综合性、结构有序性等理论知识。由于生态工程的目标是通过一系列保护修复措施，充分发挥生态系统综合调控能力，实现经济社会的可持续发展。因此，生态工程也涉及经济学，包括自然资源价值理论、生态经济平衡理论等。
生态工程的目的是遵循生态系统演替和物质循环规律，提高生态系统的缓冲能力、韧性和稳定性，所遵循的一般性原理可归纳为整体、协调与平衡、自生、循环再生等[3]。整体论强调系统的整体功能，在系统水平上研究区域整体修复。在自然界中，处于稳态的生态系统，在一定时期内均具有相对稳定而协调的结构和功能，生态系统内的生物与非生物环境因素之间，通过相互制约、转化、补偿、交换等作用，在结构、物质和能量流通上达到相对稳定的平衡状态。自生原理则是指自然界中所有生态系统都具有自我调适和自我修复的能力，通过自我设计，能够很好地适应周围环境，同时通过生态系统演进也能使周围的环境变得更为适宜。生物的生存、繁衍和发展，都离不开物质在各类生态系统内和生态系统间循环，以及生物圈生物地球化学循环，物质循环的每个环节都为物质生产或生命再生提供机会。
除了上述一般性原理，生态工程还需遵循以下生态学核心原理[3,4]。一是物种共生原理。自然界任何一种生物都不能离开其他生物而单独生存和繁衍，生物之间的关系可分为竞争抗生与互惠共生两大类。二是生态位原理。生态系统中各种生态因子都具有明显的变化梯度，这种变化梯度中能被某种生物占据利用或适应的部分称之为其生态位，每一种生物在自然界中都有其特定的生态位。在生态调控工程中，合理运用生态位原理，可以构成一个具有多样化种群、稳定而高效的生态系统。三是食物链原理。在自然生态系统中，由生产者、消费者、分解者构成食物链，物质、能量在食物链构成的网络中转化和传递。加强食物链原理在生态工程中的应用，对提高人工生态系统的功能十分重要。四是限制因子原理。温度、土壤、水分、养料、光照、空气和其他相关生物等对生物生长、发育、生殖、行为和分布有直接或间接影响，这些生态因子彼此联系、相互制约、相互促进。五是生物与环境协同进化原理。生态系统作为生物与环境的统一体，既要求生物要适应其生存环境，又同时伴有生物对生存环境的不断改造作用。
实施整体系统规划。“山水林田湖草生命共同体”是由不同生态要素有机联系组成的复杂系统，功能上具有整体性、动态性和连续性，彼此提供养分、能量或其他物质，引发生态系统结构、过程和功能的演变。生态工程需要基于各要素之间、要素与外部环境之间强关联及相互作用认知，整体、系统地规划设计才能更全面有效地解决问题。
增强生态产品供给。生态工程规划设计要将生态保护红线、自然保护地、自然公园等重要生态空间以及森林、草地、湿地等重要生态系统作为优先保护对象，采取自然恢复为主、人工干预为辅的方式，根据生态系统退化、受损程度和恢复力，合理选择保育保护、自然恢复、辅助再生和生态重建等措施，修复生态系统结构和功能，提供优质生态产品。
多重要素融合设计。生态工程涵盖自然、社会、经济、文化等众多因素，具有涵盖要素多、覆盖范围广、系统性强、时间跨度大等特点。生态工程规划设计需要在生态环境、社会经济、系统工程等多个领域或学科交叉融合基础上，综合考虑选择不同模式，通过对生态要素的系统优化与全面修复，实现提升整体生态系统服务及可持续性的目标。
实行多目标综合管理。针对区域、流域、景观、生态系统、场地、种群群落等不同空间尺度，系统诊断识别生态环境风险，围绕解决不同尺度生态环境、经济、社会的多层次目标，统筹考虑生态系统的物质产品供给、调节服务、景观文化等多重服务价值，按照国土空间开发保护和管控要求，落实分级、分类、分区要求，精细化、精准化制定工程方案。
生态工程实施方案涵盖规划和设计两大模块，二者既相互区别又互为支撑。生态工程规划阶段围绕区域或流域、景观尺度，主要涵盖基础调查与评估、生态问题诊断与成因分析、规划目标、工程布局与单元划分、工程建设内容、组织实施机制等。一是基础调查与评估，在收集整理相关资料文献和调查研究的基础上，分析规划区自然生态、经济社会、文化制度等生态工程实施基础。二是生态问题与成因诊断，分析识别工程区在生态空间、生态安全、生态环境等方面存在的问题及其主要成因，明确核心生态问题的根源。三是制定总体战略，阐述生态工程的政策要求、定位、范围、期限等，明确思路和原则，制定工程总体目标及阶段目标，建立工程绩效评价指标体系。四是工程总体布局与实施单元划分，通过开展空间综合评价，识别拟开展保护和修复的重要空间、敏感脆弱空间、受损破坏空间等范围、面积与分布，并根据国土空间类型和生态系统整体性，制定生态工程分区实施导引。五是确定工程建设内容，围绕突出问题和目标，提出生态工程的任务、具体措施与实施时序要求。六是制定组织实施机制，明确保障规划有效实施的配套政策、组织保障、绩效评价等。
生态工程设计阶段主要服务于生态系统及场地尺度，基于规划确定的空间布局，以保护修复单元为单位开展具体设计，主要包含每一个单元的问题诊断、目标指标细化、子任务设计、保护修复技术和模式筛选、效果评价与优化、投资测算等。相对于规划阶段，问题诊断需进一步精准聚焦生态系统的结构、生态过程、食物链的完整性等方面，并分析深层次的驱动因素，制定细化可量化可监测的目标指标，建立保护保育区和修复区的子项目清单，因地制宜选择技术和管理措施，验证措施的可行性和有效性，测算工程投资、明确资金渠道。
合理的生态工程布局是实现预期成效的首要一环。应在工程区空间上识别和合理布局生态源地、生态廊道、生态节点，形成有利于保障区域生态安全、提供生态服务的空间格局[6]。例如，通过建设以国家公园为主体的自然保护地体系，整体协调生态斑块、生态廊道、生态基质的空间布局，使得生态系统的服务功能得到最大程度的发挥。对区域生态过程与功能恢复提升起关键作用、对区域生态安全具有重要保障、担负重要缓冲和辐射功能的生境斑块，要确定为生态源地。生态网络体系中对物质、能量与信息流动具有重要连通作用，尤其是为动物迁徙提供重要通道的带状区域，要确定为生态廊道。具有重要生态服务功能的敏感区、脆弱区，则构成影响、控制区域生态安全的关键生态节点。
生态基础设施可涵盖绿地、湿地、水体、生物滞留池、绿色屋顶等自然和半自然系统，具有保持、改善和增加生态系统服务的作用[7]。主要类型的生态基础设施包括：一是径流滞蓄设施。通过适宜植被选择、填料基质筛选与结构设计，形成具有径流滞蓄功能的设施。二是水质净化设施。根据水文状况、进水方式、植被和填料选择等因素，发挥污染物去除的作用。水文状况影响生物群落组成和生物化学过程，以及污染物迁移。去除污染物能力是植物净化水质的关键，可根据不同的污染类型选择不同净化性能的植被。同时，根据污染物类型选择天然材料、人工材料等不同基质。三是气候调节设施。目前具有一定气候调节功能的生态基础设施主要为绿色屋顶、可渗透路面、区域绿地等。
生态系统具有非常强的自我恢复和调节功能，对于生态修复区域首先应考虑最小干预措施，辅助一定的人工干预，实现生态系统自我演进和更新。荒野保护和再野化是目前国际上研究较多的最小干预措施之一，是近年来兴起的一种生态保护修复方法，旨在通过减少人类干扰，提升特定区域中的荒野程度，以提升生态系统韧性和维持生物多样性，使生态系统达到能够自我恢复和维持的状态。我国已经开展的退耕还林还草还湿、本土物种重引入、生态廊道建设、生态移民等，均属于该类保护恢复措施。山水林田湖草沙生态保护修复工程也与再野化措施的理念、目标、内容和方法等存在一致性。山水林田湖草沙要素之间在景观尺度上高度关联，因此，生态修复和重建应从自然地理规律出发，科学评判区域地带性植被的种植适宜性，在厘清自然资源要素相互作用关系及其资源环境效应的基础上，确定适于本地自然条件的恢复方式和生态要素空间配置模式。
以生态系统可持续性为目标，通过监测、评估、调控等措施，提升生态系统的恢复力。基于自然的解决方案是体现全过程适应性管理的最新成果，即通过保护、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[8]。基于自然的解决方案遵循的准则包括：综合应对社会多重挑战、基于不同尺度设计保护恢复措施、推动生物多样性净增长和生态系统完整性、经济可行、治理过程公开透明、做好首要目标和多种效益间的权衡、基于证据进行适应性管理、具有可持续性并在一定范围内实现主流化等。2020年，我国有关部门发布山水林田湖草生态保护修复工程相关指南，明确要求遵循自然生态系统的整体性、系统性、动态性及其内在规律，用基于自然的解决方案，采取工程、技术、生物等多种措施，对山水林田湖草等各类自然生态要素进行保护和修复，实现国土空间优化，提高社会—经济—自然复合生态系统韧性[9]。
生态工程是提高优质生态产品供给能力的重要手段。近年来，生态工程已成为很多国家应对全球生态危机的优先选项。通过生态工程的实施，可以实现对生态系统的保护和修复，重建破坏的生态系统、恢复生态系统的功能、提高自然资源的利用效率、实现区域可持续发展。生态工程促进生态产品供给，可以提高生态产品的质量和数量，更好地满足人们对生态产品的需求；同时，也可以保护和修复生态环境，逐步恢复生态系统的弹性和服务功能，为经济社会发展提供生态安全保障。
近年来，各地以地市、区县、乡镇、村等为单元开展的生态文明建设系列示范工程是生态工程推动生态产品价值实现的新的呈现形式和重要载体。生态产品价值实现是区域生态文明建设示范工程的核心任务和关键目标。推动生态产品价值实现成为践行“绿水青山就是金山银山”理念的重要着力点，国家有关部门组织开展了生态产品价值实现试点示范，引导地方从多个方面探索生态产品价值实现的有效路径和模式。各地通过开展生态文明建设示范市（县）、“绿水青山就是金山银山”实践创新基地等区域生态文明示范建设工程，在生态保护修复与生态产品供给、经济转型绿色发展、创新长效保障制度等方面积极开展实践探索，形成了生态补偿、绿色银行、资源利用、复合业态、品牌引领、市场驱动、生态增值、绿色金融等一大批各具特色的生态产品价值实现模式。
通过生态工程改善或恢复生态系统的结构和功能，有效发挥森林、草原、湿地和土壤的固碳作用，保护生态系统碳库并提升生态系统碳汇能力，是实现碳达峰、碳中和目标的重要途径[10]。在碳中和的长期目标下，基于自然的解决方案能够在农业、林业、海洋和湿地等各领域依靠自然的生态功能增加碳汇，抵消重点行业的碳排放，最后实现碳中和的目标。基于“双碳”目标，生态工程建设实施需要评估国家重大生态工程增汇潜力及风险，提出增汇的系统管理优化方案，科学认知区域生态系统碳循环过程，对生态碳汇工程技术经济可行性、碳汇效应及生态环境影响进行评估论证，制定行之有效的增汇减排政策[11]。
通过生态工程实施推动生态保护与气候变化协同增效。在应对气候变化领域，通过保护、修复和可持续管理生态系统，提升生态系统服务功能，增加碳汇，从而有效减缓和适应气候变化，提高气候韧性，同时为人类福祉和生物多样性带来益处。在农业、森林和其他陆地生态系统、海岸带和沿海生态系统等领域，通过提升生态系统服务功能，不同程度增加碳汇，同时还能带来保护生物多样性、促进经济发展等多元协同效果[12]。特别应重视在能源结构优化、传统产业升级、绿色低碳技术创新等领域将基于自然的解决方案与碳减排措施深度融合，共同助力碳达峰碳中和。
我国在人与自然和谐共生理念引领下，通过重大生态工程实施、自然保护地体系建设、生态格局优化、生态网络构建等，强化了生态保护修复制度创新和生态工程全过程管理。在全球气候变化和生态风险加剧的宏观背景下，自然生态系统与人类社会互动和影响日益加深，生态退化驱动因素趋于多源化、复合化，人类亟需在生态工程学基本原理基础上，谋求人与自然共生关系的重塑，构建具备多要素、多尺度、多层次、多目标联动融合和生态系统服务协同增益的生态保护修复新路径。未来生态工程发展方向应主要关注以下三个方面[9]：一是要强调人与自然的共生关系和协同增益，工程涉及要素从自然要素转向自然—社会多要素及其耦合体，由生物组分和功能优化转向人类生态福祉提升，强调自然恢复与社会、人文、管理决策的耦合，推动生态产品价值实现。二是要强调基于自然规律实现生态系统过程耦合和自我演替。“基于自然”的核心是遵循自然规律，发挥生态系统的强大缓冲、净化、调节、保育等生态服务功能，提高生态系统质量和稳定性。通过对工程实施区域范围内社会—自然要素的优化调控，提升区域整体生态服务功能，培育提升生态系统自我更新机能。三是要强调系统调控、空间关联与协同效应。统筹要素与要素、结构与功能、人与自然的多元关系，开展生态系统的全要素、全过程、全链条优化调控。考虑不同尺度的生态问题和胁迫因子的不同，分类型提出有针对性的生态保护与修复路径。
具有上述特征的生态工程，可归于一种新的生态工程范式——基于自然的生态工程（Nature-based Ecological Engineering, NbEE），即：为促进自然生态系统服务和人类社会福祉协同增益，在遵循自然演替规律和整体思维方式的前提下，通过流域或区域、景观、生态系统、地块等不同空间尺度关联，以山水林田湖草沙生态系统服务功能保育提升为关键内容，以推动构建人与自然和谐共生关系为核心目标的一种多要素、多尺度、多层次、多目标、多手段综合运用的生态保护修复工程[9]。基于生态系统服务协同理论认知，利用景观格局—生态过程互馈机理，识别退化生态系统的关键区域、驱动因素和互馈关系，阐释和量化人类活动对生态系统服务的影响，评估生态工程在提升生态系统质量和稳定性、人类社会可持续发展方面的综合效应，进而采取适应性管理，调控和优化工程目标路径，协同推进受损生态系统恢复和人类社会可持续发展，加快推动人与自然和谐共生的美丽中国建设进程。
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（王夏晖系生态环境部环境规划院副总工程师、生态产品与自然资本联合实验室执行副主任、研究员；王波系生态环境部环境规划院农村环境保护中心主任；柴慧霞系生态环境部环境规划院副研究员；牟雪洁系生态环境部环境规划院生态所区域生态室负责人；朱振肖系生态环境部环境规划院助理研究员；张丽荣系生态环境部环境规划院科技处处长、生物多样性与自然保护地研究中心执行主任，本文通讯作者）
来源：《环境保护》2023年第24期