陆地生态系统保护修复成效评估研究进展及主要科学问题

第3卷第4期2021年4月
Vol.3No.4
Apr.2021环境生态学Environmental Ecology
:生态调查与评估！
陆地生态系统保护修复成效评估研究进展及主要科学问题
侯鹏，高吉喜*，万华伟，施佩荣，王永财，孙晨曦
(生态环境部卫星环境应用中心，北京100094)
摘要:生态保护和修复是促进受损生态系统尽快得到恢复的主要途径。

综述分析了国内外生态保护恢复成效评估研究进展,全球生态保护修复行动持续关注生物多样性保护，分类型对生态系统恢复提出倡议和制订一些国际性公约。

我国生态空间保护从抢救性保护向系统性保护转变，从单一类型保护向整体性保护转变;陆地生态系统修复从生态问题修复治理到单一类型生态系统修复治理转变，再到山水林田湖草的系统性综合治理的转变;生态系统修复方式由人工修复为主转变为自然修复为主、人工修复为辅。

生态保护成效评估研究可以概括为基于生物群落和生态系统的保护成效评估两大类，生态修复成效评估主要是基于多尺度的成效评估。

同时,生态保护修复成效评估的空间与时间基准值确定，荒漠、冰川、湿地、城市、海洋、农田等生态系统观测综合评估及成效评估技术方法体系欠缺，生态保护修复区域资料空缺的科学补充等，是生态保护恢复成效评估研究中存在的几个科学问题。

关键词：生态保护;生态恢复;生态修复;成效评估;研究进展
中图分类号：X171文献标识码:A文章编号：2096-6830(2021)04-0001-07
Progress and some scientific issues on effectiveness assessment of terrestrial ecosystem conservation and restoration.HOU Peng,GA0Ji-xi*,WAN Hua-wei,SHI Pei-rong,WANG Yong-cai,SUN Chen-xi(Ministry of Ecology and Environment Center for Satellite Application on Ecology and Environment,Beijing100094,China).Environmental Ecology,2021,3(4),1~7.
Abstract:Ecological protection and restoration is the main way to promote the recovery of damaged ecosystem as soon as possible.This paper reviews the main action plans and measures of ecological protection and restoration at home and abroad.The global ecological conservation and restoration action continues to focus on biodiversity conservation,and proposes initiatives and international conventions for some types of ecosystem restoration.In China,ecology space protection has changed from rescue protection to systematic protection, from single type protection to integrated protection;land ecosystem restoration has changed from ecological problem restoration to single ecosystem restoration,Then to the transformation of systematic comprehensive management of forest,field,lake and grass;ecosystem restoration has changed from artificial restoration to natural restoration,supplemented by artificial restoration.The evaluation of ecological protection effectiveness includes based on biome and ecosystem,the effectiveness evaluation of ecological restoration is mainly based on multi-scale effectiveness evaluation.At the same time,there are several scientific problems,such as the determination of space and time benchmark value of ecological protection and restoration effectiveness evaluation,the lack of comprehensive evaluation and effectiveness evaluation indicators and method system of desert,glacier,wetland,city,ocean,farmland ecosystem,and the lack of scientific supplement of data in ecological protection and restoration area.
Key words:Ecological protection;ecological restoration;ecological rehabilitation;effective assessment;research progress
全球城市化进程、资源开发利用和农业生产活动等为全球经济发展做出重要贡献的同时，也成为生态系统变化的主要人为因素。

全球森林面积在1990年至2015年期间降低约3%,速度有所放缓［|］；湿地面积在1970年至2015年期间减少35%, 2000年之后速度加快尽管许多国家采取人工修复为主的生态恢复措施，但是这些恢复的森林和湿地生态系统服务能力低于天然林和天然湿地生态系统。

面对仍然存在的生态系统退化和人类社会可持续发展重大命题，生态保护与修复受到国际社会
收稿日期：2021-02-28
基金项目：国家重点研发计划课题(2017YFC0506506, 2016YFC0500206)资助.
作者简介:侯鹏(1978-),男，山东泰安人，博士，正高级工程师,主要从事生态评估与环境遥感研究.
通讯作者：高吉喜，E-mail:gjx@。

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的广泛关注，生态保护观念发生了深刻变化。

生态保护的观念是生态保护最根本的、最大的政策,观念的转变是从“根”上推动着生态保护政策和制度体系的改革创新，生态保护意识增强对于形成“生态友好”的社会经济发展政策和改造利用自然的“生态友好”行为具有决定性作用[3]o生态保护与生态修复是实现生态恢复的两种重要途径。

利用生态保护途径而实施生态恢复过程，是一种自然恢复为主的生态恢复策略，更多地强调了依靠生态系统的自我调节能力和生态系统过程与功能，实现生态系统自我可持续性能力的恢复。

利用生态修复途径而实施生态恢复的过程，是一种以人工修复为主的生态恢复策略，更多地强调了以人工干预为主的方式，对受损生态系统进行生态重建，实现生态系统结构、过程和功能的恢复。

自1972年斯德哥尔摩人类环境会议以来，联合国等国际组织和各国政府实施了一系列行动计划，建立了一批自然保护地，推动着全球植被生态状况持续转好，中国区域在全球范围内植被叶面积指数增加趋势更为明显⑷。

我国自然生态系统质量持续改善，生态退化范围减小、程度降低，生态系统服务功能有所提升，生态保护和恢复成效明显，生态状况总体呈现改善趋势[5'6]O2019年3月1日召开的联合国大会通过决议，将2021—2030年确定为“生态系统恢复十年”。

如何科学准确地评估生态系统保护修复对生态系统状况改善的成效，改进、优化和制定生态保护修复措施或行动计划，成为一个关键的命题，也是生态系统综合评估的热点问题之一⑺。

本文通过广泛调研文献资料，梳理了生态保护修复行动计划与措施，综述分析了国内外生态保护修复成效评估研究的重要进展，讨论分析了生态保护修复成效评估研究中存在的主要科学问题。

1全球生态保护修复行动与计划
从全球来看，生态保护修复行动重点是围绕人类社会可持续发展，持续关注生物多样性保护，分类型对某些类型的生态系统恢复提出倡议和制订一些国际性公约。

1.1全球生态保护空间的现状及变化
联合国等国际组织推动形成了一些国际公约，旨在保护生物多样性、典型生态系统和重要生态空间等,主要有《生物多样性公约》《关于特别是作为水禽栖息地的国际重要湿地公约》（简称为“湿地公约”）、《联合国关于在发生严重干旱和/或沙漠化的国家特别是在非洲防止沙漠化的公约》（简称为“防治荒漠化公约”）、《保护世界文化和自然遗产公约》（简称为“世界遗产公约”）等。

作为最具生产力的陆地自然生态系统，森林生态保护得到更多的关注o 1992年，联合国环境与发展大会通过了《关于所有类型森林的管理、保存和可持续开发的无法律约束力的全球协商一致意见权威性原则声明》（简称为“关于森林问题的原则声明”）；2017年，联合国大会审议通过了《联合国森林战略规划（2017—2030年）》，对全球森林发展战略制定了目标和行动领域,提出了各层级开展行动的执行框架，明确了实现全球森林目标的监测、评估和报告体系。

为更好地保护代表性自然生态系统和生物多样性，特别是濒危动植物及其栖息地，各国不断尝试和设立各种类型的自然保护地。

世界自然保护联盟在1994年出版的《自然保护地管理类型指南》,将保护地定义为“通过法律及其他有效方式用以保护和维护生物多样性、自然及文化资源的土地或海洋”，并根据主要管理目标将自然保护地分为严格自然保护区和原野保护地、国家公园、自然纪念物、栖息地/物种管理区、陆地/海洋景观保护地、资源保护地共6类。

自1872年美国建立世界上第一个自然保护地一黄石国家公园以来，截至2018年7月，全球已建立各类陆域自然保护地数量达到23.86万个，总面积约2000万km2，约占全球陆域生态系统面积的14.9%[8]o
1.2全球生态修复行动计划与倡议
为更好地保护和恢复生态系统，实现人类社会可持续发展,联合国首次于1972年召开的斯德哥尔摩人类环境会议通过的《人类环境宣言》就开始关注生态保护与修复的问题。

作为首个全球可持续发展行动计划，1992年联合国环境与发展大会通过的《联合国可持续发展二十一世纪议程》成果文件中,广泛关注了通过森林生态系统、沙漠和干旱半干旱地区的脆弱生态系统、海洋生态系统、水生生态系统以及生物多样性保护与恢复，提升生态系统对人类可持续发展的基础支撑能力。

2012年，联合国可持续发展大会通过的《我们希望的未来》成果文件，重点指出了恢复退化的森林、土地、海洋生态系统，恢复生物多样性，恢复生态系统健康和完整性,以及保护生态系统在实现可持续发展中的重要作用。

2015年，联合国以大会决议方式通过的《变革
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我们的世界：2030年可持续发展议程》，制定了新的全球可持续发展目标。

其中，有两项目标行动计划是针对海洋和陆地生态系统保护和恢复目标提出的，分别是目标14（保护和可持续利用海洋与海洋资源以促进可持续发展）和目标15（保护、恢复和促进可持续利用陆地生态系统，可持续管理森林,防治荒漠化，制止和扭转土地退化,遏制生物多样性的丧失）。

即使在人类居住为主的城市区域，联合国对生态保护修复也给予了高度关注,2016年联合国通过的《新城市议程》中对保护和恢复生态系统也提出了一系列要求。

联合国基于全球环境展望、千年生态系统评估、生物多样性和生态系统服务政府间科学政策平台等工作对全球生态系统现状认知的基础上，提出了多项重大倡议活动,呼吁全球行动起来,做好生态保护修复。

把2010—2020年确定为“联合国荒漠及防治荒漠化十年”,2011—2020年确定为“联合国生物多样性十年”.2018—2028年确定为“水促进可持续发展十年”,2021—2030年确定为“国际海洋科学促进可持续发展十年”。

2019年,联合国通过了2018年生物多样性公约缔约方大会第十四次会议提出的建议，把2021—2030年确定为“生态系统恢复十年”。

2中国生态保护修复行动与措施
虽然我国生态保护修复起步较晚，但是生态保护修复理念日趋成熟。

在生态空间保护方面，从抢救性保护向系统性保护转变,从单一类型保护向整体性保护转变。

在陆地生态系统修复方面,从生态问题修复治理到单一类型生态系统修复治理转变,再到山水林田湖草的系统性综合治理的转变；生态系统修复方式由人工修复为主转变为自然修复为主、人工修复为辅。

2.1中国生态保护空间的现状及变化
自从1956年建立了第一个自然保护地一广东省鼎湖山自然保护区，我国开始探索自然保护地形成的生态恢复措施。

历经60多年的实践和发展,我国已有自然保护地类型包括自然保护区、风景名 胜区、森林公园、湿地公园、地质公园、文化自然遗产等10多种类型。

截至2018年，共建成了各类自然保护地1.18万个，约占国土面积的18%。

其中，国家级自然保护区474个、省级自然保护区866个，各级各类自然保护区约2740个，约占国土面积的14.8%,是自然保护地的主体。

2017年，中共中央办公厅和国务院办公厅联合印发了《建立国家公园体制总体方案》，开展了三江源等10个国家公园体制建设试点，涉及青海等12个省区市。

2019年，中共中央办公厅和国务院办公厅联合印发的《关于建立以国家公园为主体的自然保护地体系指导意见》，将进一步创新自然保护地管理体制机制,构建形成以国家公园为主体、自然保护区为基础、各类自然公园为补充的自然保护地管理体系。

为更好地处理国土开发和生态保护的关系,除了自然保护地这类生态恢复形式外,国家积极探索了对生态系统服务的保护恢复方式,进而增强生态优质产品的供给能力。

2000年，国务院发布的《全国生态环境保护纲要》提出了在重要生态功能区建立生态功能保护区的意见;2008年,原环境保护部和中国科学院发布的《全国生态功能区划》确定了50个重要生态功能区；2010年，国务院发布的《全国主体功能规划》将25个国家重点生态功能区列为限制开发区，成为了自然保护地体系的重要补充，对于保障国家生态安全发挥了重要作用⑼。

目前,正在组织划定的以“生态功能不降低、面积不减少、性质不改变”为管控目标的生态保护红线，也是一种以自然保护为主要途径的生态恢复工程。

2.2中国生态修复与建设工程实施
近40多年来，我国先后实施了一批生态修复与建设工程，为改善生态系统质量和保护生物多样性等发挥了重要作用。

为治理西北、华北、东北风沙危害和水土流失等突出的生态问题,1978年国家决定实施三北防护林体系建设工程，先后开展了长江中上游、沿海、平原绿化、太行山绿化、防沙治沙、淮河太湖流域、黄河中游、辽河流域、珠江流域等防护林体系建设。

此外，还实施了草原沙化防治、石漠化治理、水土流失治理、京津风沙源治理等重点生态工程。

这些生态修复与建设工程主要以植树造林为主的方式,在取得较好成效和增加森林覆盖率的同时,也有部分区域的生态修复违背了“宜林则林、宜草则草、宜荒则荒”的自然规律。

1998年以来，国家还启动实施了天然林资源保护、退耕还林还草等重点防护林体系建设，以及野生动植物保护及自然保护区建设等,这些生态修复工程的实施采用了以自然恢复为主、人工修复为辅的方式，取得很好的成效。

随着山水林田湖草系统观念的提出,2016年以来，国家围绕重点生态功能区实施了25个山水林田湖草生态保护修复试点项目,
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环境生态学第4期
基本涵盖了国家生态安全战略屏障骨架，逐步探索 生态系统恢复综合治理的成功模式，生态系统的系 统性和整体性得到更好的体现。

据财政部工作的数
据,资金投入达到360亿元。

天然林资源保护、退耕 还林还草、京津风沙源治理、三北及长江流域重点防
护林体系建设实施情况见图1。

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C IL 〉 o o o o o o o o o o o o o o o o o o 222222222222222222■天然林资源保护
■退耕还林（草）■京津风沙源落理
■［三北及长江流域重点防护林体系建设
100 200 300 400 500 600 700 800 900
面积/万hm?
图1中国主要生态修复工程实施进展情况统计
Fig ・1 Statistics on the implementation progress of
major ecology restoration projects in China
3生态保护修复成效评估研究进展
对于生态保护成效评估，主要是基于生物群落
和生态系统的保护成效评估两大类。

对于生态修复
成效评估，由于生态修复多数是以群落/生态系统组
合式修复模式在脆弱区实施的，所以生态修复成效 评估主要是基于多尺度的成效评估。

3.1基于生物群落尺度的生态保护成效评估
野生动植物保护及物种多样性维持是自然保护
地建设的主要目标之一。

基于生物群落理论方法,
通过分析物种及其栖息地变化评估自然保护地保护
成效是起步较早和应用较多的重要方法与有效途 径。

主要是利用样线（点、方）法等传统野外调查方
法,以及红外相机监测、卫星或航空遥感监测、DNA
监测等新技术方法,获取物种种群的观测数据;然后
通过数量统计分析方法和地学统计分析方法,分析
物种种群的数量特征及其时空变化特征;进而分析 物种种群特征变化及其与栖息地之间的相互关系, 评估生态保护成效。

根据评估范围和重点内容的不同，可以概括为 两大类：1）重点以单个自然保护地为评估范围，关 注特定物种及其栖息地变化。

这类研究可归纳为4
个方面，即野生动物种类和种群数量的变化、野生动
物种群的空间分布格局与范围、野生动物种群生存
力分析、栖息地适宜性评价［10］。

物种种群动态评估
研究可归纳为种群数量动态及发展趋势评估和种群 地理分布动态评估，生境动态评估研究归纳为生境
模型、“3S ”技术数据分析、模糊集分析法等［11］。

2）重点以自然保护地网络及物种种群潜在分布的
地理区域为评估范围，关注特定物种种群及栖息地
保护的有效性与空缺。

全球来看,47%的陆地生物 多样性关键区域和44%淡水生物多样性关键区域,
通过已经建成的自然保护地得到了有效保护［8］,大 约88%的陆生脊椎动物物种得到有效保护［12］。

美
国保护地体系大部分位于西部,与亟需保护的物种
大多位于东南部的空间关系不一致，致使保护地未
能很好地保护这些物种［13］。

我国质量最好的森林、
草地、湿地生态系统大多数分布在国家级自然保护
区内，有95%以上的野生动植物在国家级自然保护 区中得到保护⑷。

大熊猫栖息地及潜在栖息地分
布的自然保护区共计67处，有53. 8%大熊猫栖息地
得到保护［14］。

2005年以来，我国西北地区自然生
境景观破碎化程度加重趋势趋缓，脊椎动物种群数
量减少幅度呈现减缓趋势，生态保护修复成效显
现［15］。

对于分布范围较广的大型野生动物物种调
查与监测，基于日趋成熟的无人机技术开展自然保 护地成效评估成为了一种较好的技术解决方案。

邵 全琴等［16］开展了三江源地区大型野生食草动物种 群无人机遥感监测。

3.2基于生态系统的生态保护成效评估
随着人们对生态系统认知水平的不断提高,特
别是生态系统与人类社会福祉之间的关系得到更深
层次科学认知，生态安全、生态系统服务、生态综合 管理等概念的提出与不断成熟，生态系统保护得到 了更多的关注，进而基于生态系统的区域保护成效
评估也逐渐成为研究热点。

近年来,这类研究主
要是生态系统关键参数、生态系统服务、生态系统
综合状况等时空变化特征,来实现生态系统保护
成效评估。

在生态系统关键参数方面,NPP 参数被用于探 讨青藏高原自然保护区的保护成效［17］,植被指数被
用于分析不同类型自然保护地空间关系及其植被长
势变化［18］。

在生态系统服务方面，固碳速率被用于
讨论非洲生物多样性热点区域的自然保护区成效分
析［19］，通过NPP 与环境变量因子的因果关系法评 估了全国4种服务功能的变化和保护效果［20］。

在
生态系统综合评估方面,从生态系统宏观结构、质量
2021年侯鹏等:陆地生态系统保护修复成效评估研究进展及主要科学问题・5・
和服务等方面探讨了青海三江源地区生态保护与建设工程实施成效［21］;从自然保护地保障区域生态安全的视角，将自然保护地“植入”所在自然地理单元，以自然保护地建成和覆盖区域为时空基准点,以生态系统类型构成和生态系统服务功能为内容主线,通过多维度的时空尺度拓展，提出构建了生态安全贡献度模型，较好地用于重点生态功能区、生态保护红线、各类自然保护地的保护成效评估［9'22-25］等。

3.3基于多尺度的脆弱区生态修复成效评估
生态修复改变着区域生态系统的结构、过程和功能，提升和增强着脆弱区生态系统自我调节能力。

特别是中国的主要水蚀区和风蚀区，是我国生态修复工程实施的集中区,也是生态修复评估的集中区。

水蚀为主的黄土高原生态脆弱区生态系统修复成效评估研究较为广泛。

黄土高原水土流失治理模式可以分为两类［26］:一类是基于生物措施的坡面土壤侵蚀治理，另一类是基于工程措施的沟道土壤侵蚀治理。

坡沟小流域生态修复治理主要是植被组合模式,重点关注径流及侵蚀产沙效应［27］。

以植被覆盖度和水沙关系为主要指标,在黄土高原窟野河、无定河、延河和北洛河等流域,退耕还林（草）工程实施后的草地面积和植被指数有所增加,径流量和输沙量呈现明显下降趋势［28］O以植被覆盖度为主要指标，黄河中上游地区植被覆盖时空演变对退耕还林（草）工程的响应程度较高，特别是陕北地区、陕西中部黄土高原区及甘肃西南部地区与南部地区［29］O以土壤侵蚀为主要指标，在黄土高原的北洛河上游流域，退耕还林（草）工程实施后有81.87%流域面积的降雨侵蚀力小幅减少且植被覆盖度大幅增加,工程实施对流域土壤侵蚀减少的贡献率为85%［30］o
风蚀为主的沙化草地生态系统修复,常用技术有围栏封育、沙障恢复、人工植被恢复等措施。

以植物群落和土壤有机质等为主要指标,若尔盖典型沙化草地区合理放牧的生态修复方式比围封禁牧、自然恢复的效果要更明显［31］o以面积、植被覆盖度和防风固沙功能为主要指标,京津风沙源工程实施对于恢复自然植被和提升生态系统防风固沙服务功能起到了积极作用［32］O以植被群落组成、地上植物高度、盖度、密度为主要指标，对比分析了封禁、不封禁、人工抚育（封禁+人工栽植植物）3种不同措施,封禁措施对甘肃省沙化土地地上植被恢复具有显著促进作用［33］O从植被效益、土壤改良效益、防风效益、小气候因子效益等方面,毛乌素沙地人工修复措施生态效应明显提升［34］O以植物群落和土壤为主要内容，同一群落类型综合生态效应随着植被种植年限的增加而增加［35］。

4生态保护恢复成效评估存在的主要科学问题及展望
生态保护修复是人类社会促进自然生态系统恢复和支撑可持续发展的重要途径，客观准确地认知生态保护修复所发挥出的重要作用和存在的不足,未来将面临着许多挑战和亟待解决的科学问题。

4.1合理选择和确定生态保护修复成效评估基准
生态系统是一个多元、开放、复杂的系统。

在气候条件和人为影响的外界驱动因素，以及生态系统自我演替过程的物质和能量等内在驱动因素下，共同驱动着生态系统发生着复杂变化。

通过国内外大量研究案例可以看出，目前生态保护修复的成效评估主要有两个思路:一是通过生态保护修复实施前后，自身生态变化对比分析实现成效评估;二是通过选择相似的生态空间范围内的生态系统作为参照样本,彼此生态变化对比分析实现成效评估。

实质上，基于生态学自身具有的时空特性，选择、确定生态保护修复成效评估的空间与时间基准值是一个需要深入研究的科学难题，与生态系统评估的最佳尺度选择也是密不可分的。

在空间上来看,开展一般区域的保护恢复评估时,可以基于自然生态系统的空间分异规律，选择同一地理分区或生态分区范围内生态系统质量较好的生态保护类区域（如自然保护地）作为评估基准是科学合理的，但是开展生态保护类区域的保护恢复成效评估时,如何科学合理地选择空间基准值就成为了一个难题。

同时，由于生态系统所具有的动态性基本特征，如何在正确认知生态系统演替周期基础上，科学合理地选择一个时间跨度范围作为生态评估的时间基准，能够反映生态系统的原始状况或者稳定状况,难度更大。

如果再考虑到生态系统评估的空间尺度效应问题，在多大尺度的空间单元内选择评估基准，即选择最优的评估单元并确定最优的生态系统为空间基准，那就更是一个难以解决的科学问题。

生态保护修复成效评估基准值或背景值是科学判断生态保护恢复效果，定量解析生态保护修复措施是生态系统恢复贡献度的关键和基础，将成为今后生态学研究的重点内容之一。