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张云昌:水生态保护与修复的理论和方法

更新时间:2022-09-17 23:59:53
作者: 张云昌 (进入专栏)  

   本世纪以来,我们在水生态系统保护与修复方面做了大量工作,取得了一些成绩,但我国水生态系统状况总体仍呈恶化趋势。为此,有必要加强对水生态保护与修复理论和方法的研究、宣传,在实际工作中推广、应用,以解决“水生态损害严重”这一问题。

  

   一、水生态保护与修复的理论

  

   水生态或者说水生态系统的保护与修复是涉及水利科学、生物科学、环境科学、系统科学、经济科学,甚至包括美学、社会学、历史学等社会科学在内的一门年轻的、综合性应用科学,这些学科本身已经形成了庞大的知识体系,那么我们如何选择、如何构建水生态保护与修复的基本理论呢?经过梳理,我们认为可持续发展理论、生物多样性理论、复杂系统理论可以作为水生态保护与修复最根本、最核心的理论。

   (一)可持续发展理论

   可持续发展(Sustainable development)的概念最先是在一九七二年在斯德哥尔摩举行的联合国人类环境研讨会上正式讨论。1980年国际自然保护同盟的《世界自然资源保护大纲》:“必须研究自然的、社会的、生态的、经济的以及利用自然资源过程中的基本关系,以确保全球的可持续发展。”1981年,美国布朗(Lester R. Brown)出版《建设一个可持续发展的社会》,提出以控制人口增长、保护资源基础和开发再生能源来实现可持续发展。1987年,世界环境与发展委员会出版《我们共同的未来》报告,将可持续发展定义为:“既能满足当代人的需要,又不对后代人满足其需要的能力构成危害的发展。” 作者是Gro Harlem Brundtland,挪威首位女性首相,她对于可持续发展的定义被广泛接受并引用,这个定义系统阐述了可持续发展的思想。1991年,中国发起召开了“发展中国家环境与发展部长会议”,发表了《北京宣言》。1992年6月,联合国在里约热内卢召开的“环境与发展大会”,通过了以可持续发展为核心的《里约环境与发展宣言》《21世纪议程》等文件。在里约热内卢世界首脑会议上,中国政府庄严签署了环境与发展宣言。1994年3月25日,中华人民共和国国务院通过了《中国21世纪议程》。为了支持《议程》的实施,同时还制订了《中国21世纪议程优先项目计划》。1995年,中华人民共和国党中央、国务院把可持续发展作为国家的基本战略,号召全国人民积极参与这一伟大实践。1997年的中共十五大把可持续发展战略确定为我国“现代化建设中必须实施”的战略。可持续发展主要包括社会可持续发展,生态可持续发展,经济可持续发展。                  

   《中国21世纪议程》指出,资源条件的刚性约束已然成为中国可持续发展的巨大挑战。中国人均淡水、耕地、森林资源占有量分别为世界平均水平的28%、40%和25%,石油、铁矿石、铜等重要矿产资源的人均可采储量,分别为世界人均水平的7.7%、17%、17%。而且,大部分自然资源、能源主要分布在地理、生态环境恶劣的西部地区,开采、利用与保护的成本高。中国经济依然处于重化工业比重偏高的发展阶段,经济发展短期内难以摆脱对资源环境的依赖。经济发展与社会进步持续面临节约资源、保护环境、节能减排、技术进步以及管理创新等严格要求的巨大挑战。

   《中国21世纪议程》要求,实行最严格的土地和水资源管理制度,大力发展循环经济,推行清洁生产,全面推进节能、节水、节地和节约各类资源,进一步提高资源能源利用效率,加快推进能源资源生产方式和消费模式转变;以解决饮用水不安全和空气、土壤污染等损害群众健康的突出环境问题为重点,加强环境保护;积极建设以森林植被为主体、林草结合的国土生态安全体系,加强重点生态功能区保护和管理,增强涵养水源、保持水土、防风固沙能力,保护生物多样性;全面开展低碳试点示范,完善体制机制和政策体系,综合运用优化产业结构和能源结构、节约能源和提高能效、增加碳汇等多种手段,降低温室气体排放强度,积极应对气候变化。

   (二)生物多样性理论

   生物多样性是生物(动物、植物、微生物)与环境形成的生态复合体以及与此相关的各种生态过程的总和,包括生态系统、物种和基因三个层次。生物多样性是人类赖以生存的条件,是经济社会可持续发展的基础,是生态安全和粮食安全的保障。

   各国正在采取一致行动以共同应对日益严重的全球性生物多样性危机。1992年,在巴西里约热内卢举行的联合国环境与发展大会上签署了《生物多样性公约》、《里约宣言》,在所发布的《地球宪章》中指出,"地球提供了生命演化所必需的条件,生命群落的恢复力和人类的福祉依赖于:保护一个拥有所有生态系统、种类繁多的动植物、肥沃的土壤、纯净的水和清洁的空气的健全的生物圈。资源有限的全球环境是全人类共同关心的问题。保护地球的生命力、多样性和美丽是一种神圣的职责"。《生物多样性公约》于1993年12月29日正式生效,目前共有196个缔约方,中国是最早的缔约方之一。该公约具有法律约束力,旨在保护濒临灭绝的动植物和地球上多种多样的生物资源。

   1994年6月,经国务院环境保护委员会同意,原国家环境保护局会同相关部门发布了《中国生物多样性保护行动计划》。该行动计划确定的七大目标已基本实现,26项优先行动大部分已完成,行动计划的实施促进了我国生物多样性保护工作的开展。

   长江的生物多样性保护得到高度重视。习近平同志指出,"长江拥有独特的生态系统,是我国重要的生态宝库。当前和今后相当长一个时期,要把修复长江生态环境摆在压倒性位置,共抓大保护,不搞大开发"。在长江流域已有国际重要湿地18处,湿地自然保护区167处,国家湿地公园291处。在长江中下游还有江豚自然保护区4个,白暨豚自然保护区2个,中华鲟自然保护区2个,四大家鱼国家级种质资源保护区4个;在上游还有水生野生动物自然保护区12个,国家级水产种质资源保护区23个。

   (三)复杂系统理论

   20世纪40年代,L. Bertalanffy建立了开放系统一般系统论,提出了系统具有整体性、有序性和目的性;N. Wiener以信息、反馈和控制的新观念研究系统行为,总结出跨越工程与生物界的一般性规律——控制论。信息论与系统论、控制论一起并称为现代系统理论中的“老三论”。然而“老三论”的应用在社会经济领域却没有那么成功,20世纪70年代,对许多混乱而复杂的系统研究,发现整体大于部分之和的事实,形如Lotka-Volterra方程的求解,不仅仅使人们认识到整体大于部分之和,还发现稳定的相互作用可以导致结果的剧烈振荡。该研究促进了第二代系统观——非线性科学的兴起。I. Prigogine和H. Hanken所说的“系统”,具有两个新特征:第一,元素数量极大,一般都在10的20次方以上,致使“我推你动”的控制和管理方式成为不可能;第二,元素具有自身的、另一层次的、独立的运动,使整个系统不可避免地具有统计性和随机性。从这两点出发,第二代系统观拓宽了控制概念,引伸了随机性和确定性对立统一的思想,讨论了自组织涨落、相变等新的概念,对系统的理解深入了一大步。然而,当人们试图把第二代系统思想应用于经济、社会等系统时还是不能令人满意。原因在于,尽管理论上对于自组织、突变、分形等现象进行了分析与描述,但在具体问题的解决上没有提供可供实施的方案,系统观需要进一步深化。

   20世纪90年代以来,中外学者不约而同地把注意力集中到个体与环境的互动作用上。构成系统的个体,能够根据环境的信息,调整自身状态和规则,从而使系统在整体上表现出更高层次、更加复杂、更加智能协调的有序性。复杂系统一般具有:开放性、不确定性、非线性、涌现性以及不可预测性;在这些特征的综合作用下,在更高的层次上表现出规律性;对复杂系统的预测是很困难的;往往存在“蝴蝶效应”。因此系统本身的演化又常常表现出反直觉的特征。

   按照钱学森等人对系统的分类,中等规模的系统以及个体间存在较强的耦合作用便称为复杂系统,如果系统规模巨大,则为复杂巨系统。水生态系统可分为淡水生态系统和海水生态系统。按照现代生物学概念,每个池塘、湖泊、水库、河流等都是一个水生态系统,均由生物群落与非生物环境两部分组成。生物群落依其生态功能分为:生产者(浮游植物、水升高等植物),消费者(浮游动物、底栖动物、鱼类)和分解者(细菌、真菌)。非生物环境包括阳光、大气、无机物(碳、氮、磷、水等)和有机物(蛋白质、碳水化合物、脂类、腐殖质等),为生物提供能量、营养物质和生活空间。水生态系统就是复杂巨系统。

   我们把可持续发展理论、生物多样性理论、复杂系统理论作为水生态保护与修复的基础理论,基于如下认识:

   认真研读这三种理论有利于深化我们对习近平总书记生态文明观的理解。在全国生态环境保护大会上,习近平总书记发表重要讲话,系统阐述了生态文明思想,其内涵主要体现在以下方面:以“人与自然和谐共生”为本质要求,以“绿水青山就是金山银山”为基本内核,以“良好生态环境是最普惠民生福祉”为宗旨精神,以“山水林田湖草是生命共同体”为系统思想,以“最严格制度最严密法治保护生态环境”为重要抓手,以“共谋全球生态文明建设”彰显大国担当。习近平同志从河北到福建,再到浙江、上海的工作实践中,传承中华文明“天人合一”精髓,将马克思主义中国化,吸收中外文明研究方面的最新成果,一以贯之,并不断升华,形成了系统的生态文明思想。                              

   认真研读这三种理论有利于深化我们对水的认识。要从以下四个维度来认识水:第一,化学的维度,水是一种化学物质,分子式是H2O;第二,资源维度,水是一种重要的资源;第三,灾害的维度,水多和水少能带来水旱灾害;第四,生态的维度,水是水生动植物的载体,水、动植物、环境共同构成水生态系统。

   这三种理论还有重要的方法论方面的意义。可持续发展理论的全部要义在于它的定义:满足当代人的需要,又不对后代人满足其需要的能力构成危害。可持续发展包含两个基本要素或两个关键组成部分:"需要"和对需要的" 限制"。满足需要,首先是要满足贫困人民的基本需要。对需要的限制主要是指对未来环境需要的能力构成危害的限制,这种能力一旦被突破,必将危及支持地球生命的自然系统如大气、水体、土壤和生物。决定两个要素的关键性因素是:(1)收入再分配以保证不会为了短期存在需要而被迫耗尽自然资源;(2)降低主要是穷人对遭受自然灾害和农产品价格暴跌等损害的脆弱性;(3)普遍提供可持续生存的基本条件,如卫生、教育、水和新鲜空气,保护和满足社会最脆弱人群的基本需要,为全体人民,特别是为贫困人民提供发展的平等机会和选择自由。

   水生态系统是地球上最大的生态系统,是长期自然、历史进化的结果,水生态的平衡是人类生存和发展的基础,维持生态平衡是保持生物多样性的条件。虽然生态平衡是一种相对平衡而不是绝对平衡,是一种动态的平衡而不是静态的平衡,但是我们在实施有可能影响生态平衡的行为时要审慎。

复杂系统理论就是要研究解决复杂系统中的共性问题,即复杂性问题。复杂性科学是建立在系统科学的基础之上的,是对系统科学的发展和深化,而非线性科学中的许多理论和方法,是研究复杂性科学的有力工具,复杂性科学是对非线性科学的凝聚和升华。(点击此处阅读下一页)


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本文责编:陈冬冬
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