“我家住在黃土高坡，大風(fēng)從坡上刮過(guò)……”如今，黃土高原的模樣已然改變。昔日“山是和尚頭、水是黃泥溝”，如今變成了山川秀美的“好江南”。在由黃變綠的生態(tài)跨越中，中國(guó)的景觀生態(tài)學(xué)研究也跨入了國(guó)際前沿。什么是景觀生態(tài)學(xué)？如何從科學(xué)角度理解“綠水青山就是金山銀山”？

本次我們專(zhuān)訪到了中國(guó)科學(xué)院地學(xué)部院士、自然地理學(xué)家、景觀生態(tài)學(xué)家傅伯杰，請(qǐng)他為我們揭秘黃土高原變綠背后的故事。下文根據(jù)專(zhuān)訪內(nèi)容整理。

(資料圖片)

01

研究黃土高原四十年，

我們做了哪些事？

我的研究領(lǐng)域是自然地理和景觀生態(tài)學(xué)。自然地理是指地表自然環(huán)境的特征，比如山、水、森林、土地的變化；景觀是不同生態(tài)系統(tǒng)的空間組合。景觀生態(tài)學(xué)是生態(tài)學(xué)的一個(gè)分支學(xué)科，也是生態(tài)學(xué)中發(fā)展最為迅速的一個(gè)學(xué)科，屬于地理學(xué)和生態(tài)學(xué)之間的一個(gè)交叉學(xué)科?！? 中國(guó) 科學(xué)院 院士 、 “黃土之父”劉東生

我之所以把研究方向定在“黃土高原”上，是因?yàn)辄S土高原在世界上具有特殊意義的地理單元。幾千萬(wàn)年以來(lái)，沙漠中間的沙塵通過(guò)風(fēng)蝕、傳輸、降落堆積形成巨大黃土高原。這是“黃土之父”劉東生先生研究了黃土高原的形成之后提出的“風(fēng)成說(shuō)”。

黃土高原既是中華民族的搖籃，也是中國(guó)農(nóng)業(yè)的發(fā)源地。但是由于長(zhǎng)期的耕種，黃土比較疏松。黃土高原的土壤侵蝕、土壤流失特別嚴(yán)重，造成了“越墾越窮，越窮越墾”的局面。在20世紀(jì)80年代，中國(guó)生態(tài)學(xué)會(huì)發(fā)起了生態(tài)平衡的討論，我在研究生一年級(jí)時(shí)寫(xiě)了兩篇文章，一篇是景觀生態(tài)學(xué)的文章，另一篇就是黃土高原生態(tài)平衡的探討。

▲ 1982年傅伯杰院士參加沙漠考察圖片來(lái)源：科學(xué)網(wǎng)

實(shí)際上，我本科的學(xué)位論文、碩士和博士論文都與黃土高原有關(guān)（包括土地的分類(lèi)、土地生態(tài)的評(píng)價(jià)、土地可持續(xù)的利用等方向），可以說(shuō)我的關(guān)注點(diǎn)一直是在黃土高原上。

在20世紀(jì)八九十年代，黃土高原治理最主要的目標(biāo)是減少水土流失，減少土壤侵蝕。我們的這項(xiàng)研究是從不同的土地單元、土地類(lèi)型出發(fā)，分析土地利用結(jié)構(gòu)（指林地、草地、農(nóng)田、梯田等不同類(lèi)型的土地利用方式以及組合）如何影響土壤養(yǎng)分、土壤水分和土壤侵蝕，如何能夠把它減少到最低的范圍。通過(guò)長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)，我們發(fā)現(xiàn)了坡地上不同的土地利用方式的組合效應(yīng)，提出了合理的土地利用方式，為生態(tài)恢復(fù)、水土流失的治理提供科學(xué)依據(jù)。

▲ 萬(wàn)米高空航拍甘南黃土高原 圖片來(lái)源：中國(guó)國(guó)家地理

這項(xiàng)研究在我們開(kāi)展觀測(cè)的流域已經(jīng)應(yīng)用了。這些地區(qū)幾十年內(nèi)已經(jīng)發(fā)生了很大的變化，例如羊圈溝流域的水土流失已經(jīng)減少到了原來(lái)的25%，這還與后來(lái)的退耕還林還草措施有著密切的關(guān)系。我們現(xiàn)在還在監(jiān)測(cè)幾個(gè)坡面的動(dòng)態(tài)變化。

到了2005年，我們發(fā)現(xiàn)隨著黃土高原植被的恢復(fù)，水土流失、水源涵養(yǎng)、固碳效應(yīng)都發(fā)生了很大的變化。所以我們又集中針對(duì)黃土高原生態(tài)系統(tǒng)過(guò)程和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的相互關(guān)系進(jìn)行研究，這方面的研究也有幾個(gè)突破：

第一個(gè)方面，揭示了黃河泥沙近幾十年減少的原因。這段時(shí)間黃河泥沙減少主要是由于人類(lèi)活動(dòng)引起的。2000年以來(lái)，退耕還林還草工程的實(shí)施是泥沙減少的主要原因，占57%。壩庫(kù)、梯田等工程措施是1970年代至1990年代黃土高原產(chǎn)沙減少的主要原因，占54%。

▲ 黃土高原社會(huì) - 生態(tài)系統(tǒng)演變階段 圖片來(lái)源： 中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心

第二個(gè)方面，隨著植被的恢復(fù)，黃土高原的固碳效應(yīng)在增加，從碳源變成了碳匯。植被越來(lái)越豐富，生產(chǎn)力越來(lái)越大。但是因?yàn)橹脖换謴?fù)以后蒸散量增加，黃土高原地表徑流在減少。所以現(xiàn)在我們需要調(diào)整黃土高原植被恢復(fù)的結(jié)構(gòu)和群落結(jié)構(gòu)，使之適合于黃土高原自然地理的環(huán)境和特點(diǎn)。

第三個(gè)方面是發(fā)展了植被恢復(fù)和土地利用優(yōu)化的模型。

因?yàn)榻畮啄甑难芯浚覀冊(cè)?020年又獲得了一項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)。02

植樹(shù)造林，多多益善？

一般公眾認(rèn)為種樹(shù)就是有好處，但是生態(tài)建設(shè)實(shí)際上是要符合當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境條件和特點(diǎn)，不是越綠越好，不是樹(shù)種得越多越好。本來(lái)在干旱地區(qū)基本上沒(méi)有樹(shù)，如果非要去種樹(shù)，要么是引水灌溉，但是可能當(dāng)?shù)貨](méi)有足夠的水資源；要么是勉強(qiáng)種上樹(shù)，把地下水抽干了。在適合種樹(shù)的地方可以種樹(shù)，適合種草的地方要種草。因?yàn)椴莸母当容^淺，其用水量是有限的。

所以我們提出的黃土高原治理措施是退耕還林還草，在適合還林的地方還林，在不能還林的地方還草。現(xiàn)在生態(tài)修復(fù)的理念更進(jìn)一步，我們要基于自然進(jìn)行生態(tài)修復(fù)，通過(guò)自然修復(fù)、人工輔助修復(fù)等手段讓生態(tài)系統(tǒng)自然演替。

我們會(huì)針對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的不同退化程度，采取不同的修復(fù)方式。退化比較輕、能夠自然修復(fù)的地方，可以采取封閉手段，減少干擾，讓它自然恢復(fù)。退化比較嚴(yán)重的地方，需要人工輔助修復(fù)，比如初期通過(guò)人工補(bǔ)種一些草和樹(shù)苗，等生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)到一定程度，再進(jìn)行自然恢復(fù)。

03

如何深刻理解

“綠水青山就是金山銀山”？

首先我們要了解“綠水青山”的概念，即自然的環(huán)境和條件，也就是生態(tài)系統(tǒng)（比如森林、草地、濕地、灌叢、農(nóng)田等都屬于生態(tài)系統(tǒng)的類(lèi)型）。從科學(xué)上解釋?zhuān)熬G水青山就是金山銀山”就是說(shuō)，生態(tài)系統(tǒng)能夠給人類(lèi)提供服務(wù)，是人類(lèi)可持續(xù)生存和發(fā)展的基礎(chǔ)。

生態(tài)系統(tǒng)的提供服務(wù)可以分為三類(lèi)：第一類(lèi)是供給服務(wù)。比如淡水、燃料、木材、食品，這些都是我們從生態(tài)系統(tǒng)里面直接獲得的產(chǎn)品。最重要的一項(xiàng)服務(wù)叫做調(diào)節(jié)服務(wù)，即生態(tài)系統(tǒng)給人類(lèi)提供的生態(tài)效應(yīng)。試想如果地球沒(méi)有生態(tài)系統(tǒng)，沒(méi)有生物圈，那就像火星一樣沒(méi)有生命。生態(tài)系統(tǒng)可以調(diào)節(jié)氣候、調(diào)節(jié)洪水、調(diào)控疾病、降低污染等。還有一種就是文化服務(wù)，即從旅游、景觀、美學(xué)、文化空間給人類(lèi)提供服務(wù)。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的價(jià)值是巨大的。最早提出生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值計(jì)算的是一位美國(guó)科學(xué)家，1997年，他在Nature上發(fā)表一篇文章評(píng)估了當(dāng)年全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的價(jià)值是33萬(wàn)億美元，是當(dāng)年全球GDP的1.8倍。所以說(shuō)，生態(tài)系統(tǒng)給我們提供的價(jià)值實(shí)際上比其他生產(chǎn)的價(jià)值要多得多，但是如果生態(tài)系統(tǒng)被破壞了，那人類(lèi)長(zhǎng)期生存的基礎(chǔ)就沒(méi)有了，所以我們說(shuō)“綠水青山就是金山銀山”。

▲風(fēng)力發(fā)電

現(xiàn)在碳中和確實(shí)是一個(gè)很重要的機(jī)遇，因?yàn)槲已芯康氖亲匀坏乩砗途坝^生態(tài)學(xué)，特別關(guān)注“基于自然的氣候解決方案（Natural Climate Solutions, NCS）”。

我們?cè)凇蹲匀弧獨(dú)夂蜃兓返恼撐模ā爸袊?guó)基于自然氣候解決方案的生物物理和經(jīng)濟(jì)限制”）評(píng)估了中國(guó)生態(tài)系統(tǒng)管理對(duì)固碳和減少溫室氣體排放的貢獻(xiàn)。這項(xiàng)研究評(píng)估了2000年到2020年中國(guó)通過(guò)人工造林、濕地恢復(fù)、農(nóng)田管理等16項(xiàng)基于自然的措施，結(jié)果顯示，2000年至2020年間，中國(guó)生態(tài)系統(tǒng)管理實(shí)施的主要措施獲得的額外氣候減緩能力為每年0.6Pg（1Pg=10億噸）二氧化碳當(dāng)量，達(dá)到了同期工業(yè)二氧化碳年排放量均值的8%。

同時(shí)我們也估算了未來(lái)40年的碳匯潛力，即在碳達(dá)峰和碳中和階段通過(guò)生態(tài)系統(tǒng)管理可產(chǎn)生的效應(yīng)。這類(lèi)研究可以應(yīng)用地理學(xué)和生態(tài)學(xué)的知識(shí)為碳中和發(fā)揮作用。

除了機(jī)遇，挑戰(zhàn)也是有的。我們?cè)趯?duì)黃土高原的研究中發(fā)現(xiàn)：不同自然地帶的固碳效應(yīng)計(jì)算還要考慮水資源的消耗。比如干旱區(qū)固碳效應(yīng)較大，但是水資源能否支持該地區(qū)發(fā)揮長(zhǎng)期固碳能力？這些問(wèn)題需要進(jìn)行觀測(cè)、估算才能夠得到科學(xué)的結(jié)論。

04

讓生態(tài)融入城市

我這幾年一直有一個(gè)觀點(diǎn)，即讓生態(tài)融入城市而不是點(diǎn)綴城市。城市確實(shí)是一個(gè)人工的生態(tài)系統(tǒng)，但是這個(gè)人工生態(tài)系統(tǒng)也需要有一些自然的生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型，我們把它叫做城市的生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施。

城市基礎(chǔ)設(shè)施有馬路、排水的地下管道，生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施是指城市的森林、綠地、濕地、河流或者小溪，所以讓生態(tài)融入城市的目的就是要讓城市生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)揮生態(tài)的調(diào)節(jié)功能，不僅是要好看而且要好用，要發(fā)揮生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施的調(diào)節(jié)服務(wù)。

古代的自然村莊都有濕地或者池塘，能夠容納降水。我們希望要通過(guò)生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施建成海綿城市，用生態(tài)系統(tǒng)來(lái)調(diào)節(jié)城市的暴雨、調(diào)節(jié)城市的徑流，降低城市的熱島效應(yīng)。

研究的目的是讓生態(tài)融入城市而不是點(diǎn)綴城市，融入城市需要構(gòu)建一個(gè)城市的生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。因?yàn)橐粋€(gè)系統(tǒng)只有構(gòu)建了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)才能夠提供韌性，提供穩(wěn)定性，提升承受壓力的能力，所以讓城市的綠地、河流形成網(wǎng)絡(luò)，可以提升它的生態(tài)功能和生物多樣性。

▲ 國(guó)土空間生態(tài)修復(fù)的演進(jìn)階段 圖片來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院院刊

05

堅(jiān)持與堅(jiān)守，

推動(dòng)中國(guó)景觀生態(tài)學(xué)的發(fā)展

我們的研究是為了了解自然規(guī)律，了解人類(lèi)活動(dòng)和自然相互作用機(jī)制的過(guò)程，研究過(guò)程很長(zhǎng)。我最深刻的感受是，對(duì)于地學(xué)研究來(lái)說(shuō)，能夠堅(jiān)持和堅(jiān)守是很重要的。我們研究通常是在黃土高原的一個(gè)流域尺度或者是在一個(gè)大的坡面，而不是在實(shí)驗(yàn)室或室內(nèi)進(jìn)行模擬。每年學(xué)生都要去監(jiān)測(cè)降雨、徑流等。在野外監(jiān)測(cè)時(shí)，有時(shí)會(huì)遇到一些意想不到的結(jié)果。 在本世紀(jì)初，黃土高原連續(xù)兩年相對(duì)降雨都比較少，甚至不產(chǎn)生徑流，那就沒(méi)法獲取研究數(shù)據(jù)。有一個(gè)學(xué)生連續(xù)監(jiān)測(cè)了幾年只有幾個(gè)數(shù)據(jù)，論文投稿時(shí)評(píng)審專(zhuān)家認(rèn)為數(shù)據(jù)太少。我鼓勵(lì)學(xué)生繼續(xù)堅(jiān)持，只有長(zhǎng)期的堅(jiān)持和堅(jiān)守，工作才能夠取得好的結(jié)果。之后，這個(gè)學(xué)生又堅(jiān)持了一年，而當(dāng)年的降水比較豐沛。他在獲取了大量的數(shù)據(jù)之后還將降水豐沛的年份和干旱的年份做了對(duì)比，產(chǎn)生了一些比較好的結(jié)果，文章補(bǔ)充完整很快就被國(guó)際雜志發(fā)表。 ▲ 傅伯杰與學(xué)生 圖 片來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)

從我進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域40年以來(lái)，中國(guó)科學(xué)家取得了優(yōu)異的成績(jī)。在20世紀(jì)80年代，國(guó)外景觀生態(tài)學(xué)的一些概念才被引入國(guó)內(nèi)，我們還處于一些基本的原理和方法學(xué)習(xí)階段。從20世紀(jì)90年代中后期，我國(guó)才開(kāi)始通過(guò)監(jiān)測(cè)、模擬發(fā)展出一些方法。而現(xiàn)在，我國(guó)已經(jīng)是全球景觀生態(tài)學(xué)的大國(guó)了。2011年，北京舉辦了第八屆國(guó)際景觀生態(tài)學(xué)的大會(huì)，這屆大會(huì)是全球迄今為止景觀生態(tài)學(xué)規(guī)模最大的一次會(huì)議，參加會(huì)議的人員有1000人。

經(jīng)過(guò)近40年的發(fā)展，景觀生態(tài)學(xué)著重研究生態(tài)格局和過(guò)程之間的相互作用。比如山水林田湖草的空間分布就是格局。水分和養(yǎng)分的流動(dòng)，還有碳氮硫磷等物質(zhì)的傳輸、土壤侵蝕、水土保持、涵養(yǎng)水源等過(guò)程。目前，景觀生態(tài)學(xué)在國(guó)土空間生態(tài)修復(fù)、國(guó)土空間規(guī)劃、城市規(guī)劃、區(qū)域規(guī)劃中間發(fā)揮非常重要的作用。

總的來(lái)說(shuō)，目前中國(guó)科學(xué)家對(duì)基于應(yīng)用和實(shí)踐方面的生態(tài)建設(shè)、生態(tài)恢復(fù)等工作取得了不錯(cuò)的成績(jī)，包括我們?cè)邳S土高原、喀斯特地區(qū)生態(tài)恢復(fù)的工作，在應(yīng)用景觀生態(tài)學(xué)方面在世界上占有了一席之地，但是我們還需要進(jìn)一步加深機(jī)理和模擬方法的研究，實(shí)現(xiàn)中國(guó)景觀生態(tài)學(xué)的跨越式發(fā)展。

- END -

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