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“我家住在黃土高坡，大風從坡上刮過……”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，中國的景觀生態(tài)學研究也跨入了國際前沿。什么是景觀生態(tài)學？如何從科學角度理解“綠水青山就是金山銀山”？

本次我們專訪到了中國科學院地學部院士、自然地理學家、景觀生態(tài)學家傅伯杰，請他為我們揭秘黃土高原變綠背后的故事。下文根據(jù)專訪內(nèi)容整理。

01

(資料圖片)

研究黃土高原四十年，

我們做了哪些事？

我的研究領域是自然地理和景觀生態(tài)學。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)學是生態(tài)學的一個分支學科，也是生態(tài)學中發(fā)展最為迅速的一個學科，屬于地理學和生態(tài)學之間的一個交叉學科?！? 中國 科學院 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，是因為黃土高原在世界上具有特殊意義的地理單元。幾千萬年以來，沙漠中間的沙塵通過風蝕、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“風成說”。

黃土高原既是中華民族的搖籃，也是中國農(nóng)業(yè)的發(fā)源地。但是由于長期的耕種，黃土比較疏松。黃土高原的土壤侵蝕、土壤流失特別嚴重，造成了“越墾越窮，越窮越墾”的局面。在20世紀80年代，中國生態(tài)學會發(fā)起了生態(tài)平衡的討論，我在研究生一年級時寫了兩篇文章，一篇是景觀生態(tài)學的文章，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源：科學網(wǎng)

實際上，我本科的學位論文、碩士和博士論文都與黃土高原有關（包括土地的分類、土地生態(tài)的評價、土地可持續(xù)的利用等方向），可以說我的關注點一直是在黃土高原上。

在20世紀八九十年代，黃土高原治理最主要的目標是減少水土流失，減少土壤侵蝕。我們的這項研究是從不同的土地單元、土地類型出發(fā)，分析土地利用結構（指林地、草地、農(nóng)田、梯田等不同類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。通過長期的監(jiān)測，我們發(fā)現(xiàn)了坡地上不同的土地利用方式的組合效應，提出了合理的土地利用方式，為生態(tài)恢復、水土流失的治理提供科學依據(jù)。

▲ 萬米高空航拍甘南黃土高原 圖片來源：中國國家地理

這項研究在我們開展觀測的流域已經(jīng)應用了。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)減少到了原來的25%，這還與后來的退耕還林還草措施有著密切的關系。我們現(xiàn)在還在監(jiān)測幾個坡面的動態(tài)變化。

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

第一個方面，揭示了黃河泥沙近幾十年減少的原因。這段時間黃河泥沙減少主要是由于人類活動引起的。2000年以來，退耕還林還草工程的實施是泥沙減少的主要原因，占57%。壩庫、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 - 生態(tài)系統(tǒng)演變階段 圖片來源： 中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心

第二個方面，隨著植被的恢復，黃土高原的固碳效應在增加，從碳源變成了碳匯。植被越來越豐富，生產(chǎn)力越來越大。但是因為植被恢復以后蒸散量增加，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的結構和群落結構，使之適合于黃土高原自然地理的環(huán)境和特點。

第三個方面是發(fā)展了植被恢復和土地利用優(yōu)化的模型。

因為近十幾年的研究，我們在2020年又獲得了一項國家自然科學二等獎。02

植樹造林，多多益善？

一般公眾認為種樹就是有好處，但是生態(tài)建設實際上是要符合當?shù)氐淖匀画h(huán)境條件和特點，不是越綠越好，不是樹種得越多越好。本來在干旱地區(qū)基本上沒有樹，如果非要去種樹，要么是引水灌溉，但是可能當?shù)貨]有足夠的水資源；要么是勉強種上樹，把地下水抽干了。在適合種樹的地方可以種樹，適合種草的地方要種草。因為草的根系比較淺，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?，F(xiàn)在生態(tài)修復的理念更進一步，我們要基于自然進行生態(tài)修復，通過自然修復、人工輔助修復等手段讓生態(tài)系統(tǒng)自然演替。

我們會針對生態(tài)系統(tǒng)的不同退化程度，采取不同的修復方式。退化比較輕、能夠自然修復的地方，可以采取封閉手段，減少干擾，讓它自然恢復。退化比較嚴重的地方，需要人工輔助修復，比如初期通過人工補種一些草和樹苗，等生態(tài)系統(tǒng)恢復到一定程度，再進行自然恢復。

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)的類型）。從科學上解釋，“綠水青山就是金山銀山”就是說，生態(tài)系統(tǒng)能夠給人類提供服務，是人類可持續(xù)生存和發(fā)展的基礎。

生態(tài)系統(tǒng)的提供服務可以分為三類：第一類是供給服務。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。最重要的一項服務叫做調(diào)節(jié)服務，即生態(tài)系統(tǒng)給人類提供的生態(tài)效應。試想如果地球沒有生態(tài)系統(tǒng)，沒有生物圈，那就像火星一樣沒有生命。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，即從旅游、景觀、美學、文化空間給人類提供服務。

生態(tài)系統(tǒng)服務的價值是巨大的。最早提出生態(tài)系統(tǒng)服務價值計算的是一位美國科學家，1997年，他在Nature上發(fā)表一篇文章評估了當年全球生態(tài)系統(tǒng)服務的價值是33萬億美元，是當年全球GDP的1.8倍。所以說，生態(tài)系統(tǒng)給我們提供的價值實際上比其他生產(chǎn)的價值要多得多，但是如果生態(tài)系統(tǒng)被破壞了，那人類長期生存的基礎就沒有了，所以我們說“綠水青山就是金山銀山”。

▲風力發(fā)電

現(xiàn)在碳中和確實是一個很重要的機遇，因為我研究的是自然地理和景觀生態(tài)學，特別關注“基于自然的氣候解決方案（Natural Climate Solutions, NCS）”。

我們在《自然—氣候變化》的論文（“中國基于自然氣候解決方案的生物物理和經(jīng)濟限制”）評估了中國生態(tài)系統(tǒng)管理對固碳和減少溫室氣體排放的貢獻。這項研究評估了2000年到2020年中國通過人工造林、濕地恢復、農(nóng)田管理等16項基于自然的措施，結果顯示，2000年至2020年間，中國生態(tài)系統(tǒng)管理實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）二氧化碳當量，達到了同期工業(yè)二氧化碳年排放量均值的8%。

同時我們也估算了未來40年的碳匯潛力，即在碳達峰和碳中和階段通過生態(tài)系統(tǒng)管理可產(chǎn)生的效應。這類研究可以應用地理學和生態(tài)學的知識為碳中和發(fā)揮作用。

除了機遇，挑戰(zhàn)也是有的。我們在對黃土高原的研究中發(fā)現(xiàn)：不同自然地帶的固碳效應計算還要考慮水資源的消耗。比如干旱區(qū)固碳效應較大，但是水資源能否支持該地區(qū)發(fā)揮長期固碳能力？這些問題需要進行觀測、估算才能夠得到科學的結論。

04

讓生態(tài)融入城市

我這幾年一直有一個觀點，即讓生態(tài)融入城市而不是點綴城市。城市確實是一個人工的生態(tài)系統(tǒng)，但是這個人工生態(tài)系統(tǒng)也需要有一些自然的生態(tài)系統(tǒng)類型，我們把它叫做城市的生態(tài)基礎設施。

城市基礎設施有馬路、排水的地下管道，生態(tài)基礎設施是指城市的森林、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)基礎設施發(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)基礎設施的調(diào)節(jié)服務。

古代的自然村莊都有濕地或者池塘，能夠容納降水。我們希望要通過生態(tài)基礎設施建成海綿城市，用生態(tài)系統(tǒng)來調(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。

研究的目的是讓生態(tài)融入城市而不是點綴城市，融入城市需要構建一個城市的生態(tài)基礎設施的網(wǎng)絡結構。因為一個系統(tǒng)只有構建了一個網(wǎng)絡才能夠提供韌性，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，可以提升它的生態(tài)功能和生物多樣性。

▲ 國土空間生態(tài)修復的演進階段 圖片來源：中國科學院院刊

05

堅持與堅守，

推動中國景觀生態(tài)學的發(fā)展

我們的研究是為了了解自然規(guī)律，了解人類活動和自然相互作用機制的過程，研究過程很長。我最深刻的感受是，對于地學研究來說，能夠堅持和堅守是很重要的。我們研究通常是在黃土高原的一個流域尺度或者是在一個大的坡面，而不是在實驗室或室內(nèi)進行模擬。每年學生都要去監(jiān)測降雨、徑流等。在野外監(jiān)測時，有時會遇到一些意想不到的結果。 在本世紀初，黃土高原連續(xù)兩年相對降雨都比較少，甚至不產(chǎn)生徑流，那就沒法獲取研究數(shù)據(jù)。有一個學生連續(xù)監(jiān)測了幾年只有幾個數(shù)據(jù)，論文投稿時評審專家認為數(shù)據(jù)太少。我鼓勵學生繼續(xù)堅持，只有長期的堅持和堅守，工作才能夠取得好的結果。之后，這個學生又堅持了一年，而當年的降水比較豐沛。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比，產(chǎn)生了一些比較好的結果，文章補充完整很快就被國際雜志發(fā)表。 ▲ 傅伯杰與學生 圖 片來源：中國科學院大學

從我進入這個領域40年以來，中國科學家取得了優(yōu)異的成績。在20世紀80年代，國外景觀生態(tài)學的一些概念才被引入國內(nèi)，我們還處于一些基本的原理和方法學習階段。從20世紀90年代中后期，我國才開始通過監(jiān)測、模擬發(fā)展出一些方法。而現(xiàn)在，我國已經(jīng)是全球景觀生態(tài)學的大國了。2011年，北京舉辦了第八屆國際景觀生態(tài)學的大會，這屆大會是全球迄今為止景觀生態(tài)學規(guī)模最大的一次會議，參加會議的人員有1000人。

經(jīng)過近40年的發(fā)展，景觀生態(tài)學著重研究生態(tài)格局和過程之間的相互作用。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，還有碳氮硫磷等物質(zhì)的傳輸、土壤侵蝕、水土保持、涵養(yǎng)水源等過程。目前，景觀生態(tài)學在國土空間生態(tài)修復、國土空間規(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。

總的來說，目前中國科學家對基于應用和實踐方面的生態(tài)建設、生態(tài)恢復等工作取得了不錯的成績，包括我們在黃土高原、喀斯特地區(qū)生態(tài)恢復的工作，在應用景觀生態(tài)學方面在世界上占有了一席之地，但是我們還需要進一步加深機理和模擬方法的研究，實現(xiàn)中國景觀生態(tài)學的跨越式發(fā)展。

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