“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”。在由黃變綠的生態跨越中，中國的景觀生態學研究也跨入了國際前沿。什么是景觀生態學？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。下文根據專訪內容整理。
(資料圖片)
01
研究黃土高原四十年，
我們做了哪些事？
我的研究領域是自然地理和景觀生態學。自然地理是指地表自然環境的特征，比如山、水、森林、土地的變化；景觀是不同生態系統的空間組合。景觀生態學是生態學的一個分支學科，也是生態學中發展最為迅速的一個學科，屬于地理學和生態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，也是中國農業的發源地。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，中國生態學會發起了生態平衡的討論，我在研究生一年級時寫了兩篇文章，一篇是景觀生態學的文章，另一篇就是黃土高原生態平衡的探討。
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、土地生態的評價、土地可持續的利用等方向），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，分析土地利用結構（指林地、草地、農田、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。通過長期的監測，我們發現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，為生態恢復、水土流失的治理提供科學依據。
這項研究在我們開展觀測的流域已經應用了。這些地區幾十年內已經發生了很大的變化，例如羊圈溝流域的水土流失已經減少到了原來的25%，這還與后來的退耕還林還草措施有著密切的關系。我們現在還在監測幾個坡面的動態變化。
到了2005年，我們發現隨著黃土高原植被的恢復，水土流失、水源涵養、固碳效應都發生了很大的變化。所以我們又集中針對黃土高原生態系統過程和生態系統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年代黃土高原產沙減少的主要原因，占54%。
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。所以現在我們需要調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境和特點。
第三個方面是發展了植被恢復和土地利用優化的模型。
植樹造林，多多益善？
一般公眾認為種樹就是有好處，但是生態建設實際上是要符合當地的自然環境條件和特點，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，但是可能當地沒有足夠的水資源；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。現在生態修復的理念更進一步，我們要基于自然進行生態修復，通過自然修復、人工輔助修復等手段讓生態系統自然演替。
我們會針對生態系統的不同退化程度，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，等生態系統恢復到一定程度，再進行自然恢復。
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，即自然的環境和條件，也就是生態系統（比如森林、草地、濕地、灌叢、農田等都屬于生態系統的類型）。從科學上解釋，“綠水青山就是金山銀山”就是說，生態系統能夠給人類提供服務，是人類可持續生存和發展的基礎。
生態系統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系統里面直接獲得的產品。最重要的一項服務叫做調節服務，即生態系統給人類提供的生態效應。試想如果地球沒有生態系統，沒有生物圈，那就像火星一樣沒有生命。生態系統可以調節氣候、調節洪水、調控疾病、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。
生態系統服務的價值是巨大的。最早提出生態系統服務價值計算的是一位美國科學家，1997年，他在Nature上發表一篇文章評估了當年全球生態系統服務的價值是33萬億美元，是當年全球GDP的1.8倍。所以說，生態系統給我們提供的價值實際上比其他生產的價值要多得多，但是如果生態系統被破壞了，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”。
▲風力發電現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濟限制”）評估了中國生態系統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，中國生態系統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系統管理可產生的效應。這類研究可以應用地理學和生態學的知識為碳中和發揮作用。
除了機遇，挑戰也是有的。我們在對黃土高原的研究中發現：不同自然地帶的固碳效應計算還要考慮水資源的消耗。比如干旱區固碳效應較大，但是水資源能否支持該地區發揮長期固碳能力？這些問題需要進行觀測、估算才能夠得到科學的結論。
04
讓生態融入城市
我這幾年一直有一個觀點，即讓生態融入城市而不是點綴城市。城市確實是一個人工的生態系統，但是這個人工生態系統也需要有一些自然的生態系統類型，我們把它叫做城市的生態基礎設施。
城市基礎設施有馬路、排水的地下管道，生態基礎設施是指城市的森林、綠地、濕地、河流或者小溪，所以讓生態融入城市的目的就是要讓城市生態基礎設施發揮生態的調節功能，不僅是要好看而且要好用，要發揮生態基礎設施的調節服務。
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基礎設施建成海綿城市，用生態系統來調節城市的暴雨、調節城市的徑流，降低城市的熱島效應。
研究的目的是讓生態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基礎設施的網絡結構。因為一個系統只有構建了一個網絡才能夠提供韌性，提供穩定性，提升承受壓力的能力，所以讓城市的綠地、河流形成網絡，可以提升它的生態功能和生物多樣性。
05
堅持與堅守，
推動中國景觀生態學的發展
我們的研究是為了了解自然規律，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。從我進入這個領域40年以來，中國科學家取得了優異的成績。在20世紀80年代，國外景觀生態學的一些概念才被引入國內，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，我國才開始通過監測、模擬發展出一些方法。而現在，我國已經是全球景觀生態學的大國了。2011年，北京舉辦了第八屆國際景觀生態學的大會，這屆大會是全球迄今為止景觀生態學規模最大的一次會議，參加會議的人員有1000人。
經過近40年的發展，景觀生態學著重研究生態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。水分和養分的流動，還有碳氮硫磷等物質的傳輸、土壤侵蝕、水土保持、涵養水源等過程。目前，景觀生態學在國土空間生態修復、國土空間規劃、城市規劃、區域規劃中間發揮非常重要的作用。
總的來說，目前中國科學家對基于應用和實踐方面的生態建設、生態恢復等工作取得了不錯的成績，包括我們在黃土高原、喀斯特地區生態恢復的工作，在應用景觀生態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，實現中國景觀生態學的跨越式發展。
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