基于生态特征与问题聚类识别的平原农业区乡村生态修复策略——以辽宁省黑山县为例

 

摘要：平原农业乡村地区长期的农业生产对生态系统造成了持续广泛的影响，林地、湿地等生态斑块萎缩，自然过程受到干扰。乡村生态修复是提升农业生产系统可持续性的途径，由于农业生产对自然过程的依赖性强，在地性的生态特征和生态问题分析是提出适应性强的生态修复策略的前提。

 

在识别区域自然过程分析和在地性生态问题识别的前提下，梳理遵循自然过程的平原生态农业区乡村生态修复逻辑，提出面向生态问题的平原农业区生态修复实践框架，并以典型的平原农业城市——辽宁省黑山县为例进行实践研究。基于对黑山县生态特征的认知，通过多尺度分割将研究区域划分为3969个具有相似特征的研究样本，采用K-Medoids方法聚类为8类。进一步将黑山县分为6个生态修复单元，提出在地性修复策略，修复区域主导自然过程和林水生态微循环，增强平原农业乡村地区生态韧性。

 

快速城镇化和农业发展对城乡生态空间造成干扰，带来生态空间破碎化、自然河流水文调节能力降低、动植物栖息地丧失等一系列问题，威胁粮食生产和人居安全。在平原乡村地区，农业生产和矿产开发等类活动带来的生态干扰是降低生态系统韧性的主要原因。全球范围内，农业生产系统正在对植被、水体、生物多样性和气候带来干扰。

 

耕地的扩张侵占林地、湿地，中国约42.14%的湿地被耕地复垦侵占，尤其是东北地区[1]。同时，粪肥和杀虫剂的使用引发面源污染[2]，对生物繁衍产生负面效应甚至超过城市化[3]。联合国17个可持续发展目标提出，建设适应气候变化和气象灾害的可持续粮食生产体系(SDGs2.4)，确保可持续的农业生产系统。乡村地区的非农业生态空间可以提高景观多功能性，减轻农业生产与生态保护的冲突[4]，通过生态修复，建立适应性强的绿地网络是实现乡村地区可持续农业生产的途径之一。

 

1平原农业区乡村生态修复思考与逻辑

 

 

国际生态恢复协会(SER)定义生态修复为协助恢复已经退化、受损或被破坏的生态系统的过程[5]，包括结构的恢复和功能的提升[6]。通过积极干预和有效行动，恢复生态系统产品和服务的流动，促进关键性生态过程的持久[7-8]。作为应对生态退化的对策，生态修复已被纳入国际生物圈计划，目前中国启动的一系列生态修复项目贡献了全球绿色增量的25%，有效减缓了全球森林资源丧失[9]。

 

随着“美丽乡村”“乡村振兴”等政策提出，乡村生态空间价值的管控和修复受到关注。现有研究涉及村庄人居环境优化提升、山水林田湖草综合治理、乡村整体生境保护与提升等多个方面[10]。相比城市化区域，乡村空间生产、生活和生态融合更为紧密，三生空间协调发展成为难题[11]。

 

国土生态修复注重宏观尺度上的区域性、系统性、整体性和综合性，强调三生空间的协作发展，成为保障乡村生产和生态安全的探索方向[12]。国外学者有相似的观点，认为乡村景观受到农村经济的强烈影响，农业生产系统中的生态空间被部分决策者当作违背生产目标的存在[4]。针对乡村生态修复的相关研究集中在植被群落多样性恢复和生物栖息地重建等方面[13]，其中景观规划被研究者认为是整合社会、经济、文化的途径[14]。

 

乡村生态修复旨在平衡生态-生产-生活间的关系，保障区域生态安全和农业生产。有效的乡村生态修复规划不仅仅是对生态受损斑块的植被恢复，还需要在理解乡村生态斑块、廊道和人类栖息网络间水文地质过程的前提下，恢复山水林田湖草之间的生态联系[15]。与城市生态修复类似，乡村生态修复受到生态和地理特征制约，具有尺度性和层次性，可以从3个层次展开[7]。

 

1)受损生态斑块修复：乡村生态修复的最基本层次，作用于具有明确生态问题的生态斑块，仅在本层次展开的修复对整体生态系统积极性有限。

 

2)生态修复单元整体修复：类比生态单元的概念，界定生态特征和问题类似的区域为生态修复单元，是乡村生态修复的中间层次。生态修复需立足单元的生态问题和生态功能，统筹各单元间的生态关系。

 

3)城乡生态功能保障：乡村生态空间是广大城乡区域的基底，统筹三生融合是生态修复的最终目标，亦是其他层次乡村生态修复策略拟定的依据。生态修复应从更大的视角切入，对城乡生态网络进行整体性修复和稳固。

 

 

在景观设计中，在地性主张依托场地的自身特征和本土风貌，尊重原有要素进行设计凝聚，乡村生态修复亦是如此。在多层次的生态特征定位和生态问题分析后，受损斑块的修复工程应依托其所在生态修复区开展。而面向处于不同生态区位、承担不同角色、受到不同类型和程度干扰的生态修复区，修复策略应当尊重自然过程，针对其生态问题，强化其与其他单元的关联，增强农业生态系统整体韧性。

 

 

平原农业区涵盖我国多个粮食产区，其生态空间以半自然林网、林地、河流等生态斑块和廊道为主，是维持自然过程和保障农业生产的生命系统[16]。自然过程是生态系统中有形或者无形的作用力(风、水等)作用于环境后所形成的发展和变化状态[17]，遵循自然过程的生态修复是维持平原农业乡村生态系统健康、实现城乡生态功能保障这一目标的基础，需厘清平原农业空间和嵌套其中的自然生态空间的相互作用(图1)，通过生态修复建立和谐的生态-生产-生活互动关系。

 

 

相比高原、山地农业生产区，平原农业区拥有广袤平坦的适耕土地，有利于大规模集约化粮食生产。然而，该区域自然特质平淡，生态干扰强度低、范围广，不易察觉，需仔细研判。耕地扩张侵占生态空间是该区域自然过程失调的根源：河流沟渠系统可以为农业生产提供水源，具有水源涵养和水土保持的上游林地及河漫滩萎缩后，河流水量变小，流速放缓；而水土流失加剧带来的泥沙沉降导致河道变窄，雨水调节能力降低，对农业面源污染的消减能力减弱，直接威胁粮食生产。围村围田的防护林网系统可有效防风护沙，对生产和生活安全至关重要。此外，它们作为候鸟和野生动物的栖息地，起到维持生物多样性的作用。

 

基于平原农业区域的生态修复逻辑框架，构建本研究的技术路径，即面向生态问题的平原农业区生态修复框架(图2)，包括生态特征与功能认知-生态问题识别-在地性生态修复。生态特征与问题认知目的在于认识研究区域在更大尺度空间中承担的主要功能及与外界的生态联系，是实现乡村生态修复第3层次目标的前提。通过分析该地主导生态系统服务、生态失衡的外在表现和内在原因，认知主要自然过程和关键生态要素。

 

第2步为生态特征与问题聚类识别，是关键的桥接步骤。生态问题复杂多样难以直接描述，本研究在划分研究样本基础上，抽象关键生态要素占比为评价指标，聚类具有共性生态问题的样本为修复单元，定量表达生态问题。

 

第3步为生态修复单元划分与策略指引，对应乡村生态修复第2、3层次，将受损生态斑块的修复纳入整体生态循环恢复的框架中，在保障各修复区生态安全的基础上，满足城市和区域未来发展的需要。