孫發(fā)政

(深圳市大自然生態(tài)園林技術(shù)有限公司，廣東 深圳 518131)

1 生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域?qū)W科林立、學(xué)派眾多，但有共同的理論基礎(chǔ)

1.1 生態(tài)學(xué)和環(huán)境科學(xué)學(xué)科林立

生態(tài)學(xué)是研究生物與環(huán)境及其相互關(guān)系的科學(xué)，大致經(jīng)歷了4個時期[1]：①生態(tài)學(xué)的萌芽時期(公元16世紀(jì)以前)，公元前1200年我國《爾雅》一書中，記載了176種木本植物和50多種草本植物的形態(tài)和生長環(huán)境。②生態(tài)學(xué)的建立時期(公元17世紀(jì)至19世紀(jì)末)，1869年德國動物學(xué)家HAECKEL提出生態(tài)學(xué)一詞，并首次給出生態(tài)學(xué)定義。③生態(tài)學(xué)的鞏固時期(20世紀(jì)初至50年代)，這個時期形成了幾個著名的生態(tài)學(xué)派：北歐學(xué)派、法瑞學(xué)派、英美學(xué)派、蘇聯(lián)學(xué)派。1935年英美學(xué)派代表人物TANSLEY首先提出生態(tài)系統(tǒng)的概念。④現(xiàn)代生態(tài)學(xué)時期(20世紀(jì)60年代至現(xiàn)在)。生態(tài)學(xué)已形成龐大的學(xué)科體系，如：植物生態(tài)學(xué)、動物生態(tài)學(xué)、草地生態(tài)學(xué)、森林生態(tài)學(xué)、水域生態(tài)學(xué)、景觀生態(tài)學(xué)、農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)、土壤生態(tài)學(xué)、恢復(fù)生態(tài)學(xué)，等等。

環(huán)境是相對于某一中心事物而言的[2]，環(huán)境科學(xué)所研究的環(huán)境是以人類為主體的外部世界的總體，是指影響人類生存和發(fā)展的各種天然的和經(jīng)過人工改造的自然因素的總和。環(huán)境科學(xué)是研究人類社會發(fā)展活動與環(huán)境規(guī)律之間的相互作用關(guān)系，尋求人類社會與環(huán)境協(xié)調(diào)演化、可持續(xù)發(fā)展途徑與方法的科學(xué)。環(huán)境科學(xué)分支眾多，如：區(qū)域環(huán)境學(xué)、全球環(huán)境學(xué)、聚落環(huán)境學(xué)、基礎(chǔ)環(huán)境學(xué)、應(yīng)用環(huán)境學(xué)、物理環(huán)境學(xué)、大氣環(huán)境學(xué)、生物環(huán)境學(xué)等。

1.2 水土生態(tài)理論的創(chuàng)立和發(fā)展

2004年11月，筆者作為《中國發(fā)明與專利》雜志的封面人物接受記者專訪時首次提出“水土生態(tài)”一詞，這個詞表述的是一個自然規(guī)律：地球上凡是有水土的地方，必然有植物的生長，植物的生長又保護(hù)和培育著水土資源。經(jīng)過理論上的不斷探索和實踐上的升華，現(xiàn)已形成水土生態(tài)理論體系。水土生態(tài)的內(nèi)涵是指地球上水土與植被相互依存、相互制約、相互促進(jìn)與發(fā)展的一種生態(tài)平衡關(guān)系；廣義上說，水土生態(tài)是指水、土、植被在其運動和演化過程中的一切關(guān)系的總和[3]。

水土生態(tài)不是簡單地將“水土”與“生態(tài)”二字相加，它反映的是自然界水、土、植被相互聯(lián)系、相互依存的一般規(guī)律，在規(guī)劃、建設(shè)、國土、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、草業(yè)、水利、環(huán)保等方面具有普遍的、重要的現(xiàn)實意義。水、土、植被三大要素既各自獨立，又相互聯(lián)系，是“既見森林，又見樹木”的整體自然觀。

水土生態(tài)理論總攬了地球上的生態(tài)與環(huán)境，抓住了生態(tài)環(huán)境的“牛鼻子”。所有生態(tài)環(huán)境問題歸咎于三大根源：①水土生態(tài)退化；②環(huán)境污染；③資源衰竭。三者既各自獨立，又相互聯(lián)系，水土生態(tài)是重中之重。水土生態(tài)的提出，使紛繁復(fù)雜的生態(tài)環(huán)境問題一目了然。

水土生態(tài)的提出，找到了生態(tài)、環(huán)境、資源的結(jié)合點，無論是生態(tài)、環(huán)境，還是資源，統(tǒng)統(tǒng)都離不開水、土、植被三大要素。水、土、植被既是生態(tài)、環(huán)境的主體，又是資源的載體。若從廣義上理解水土生態(tài)，那么冰川和沙漠也是地球上水土生態(tài)存在的各種方式之表現(xiàn)。

1.3 狹義的水土生態(tài)和廣義的水土生態(tài)

狹義的水土生態(tài)，一般指水熱條件較好的地區(qū)，植被繁茂，水源豐沛。其三大要素是指：①水。地表水、土壤水、生物水(不包括氣態(tài)水和固態(tài)水及海水)。②土。土壤、巖土(含由巖土構(gòu)成的地貌)。③植被。森林、草原、農(nóng)作物、園林綠地(不包括藻類)。

廣義的水土生態(tài)包括狹義的水土生態(tài)，不僅是植被繁茂的地區(qū)，還有荒漠、沙漠、冰川等地球上各種類型的地貌，其三大要素是系統(tǒng)觀念下的水、土、植被：①水。雨水、大氣水、地下水、土壤水、生物水、江、河、湖、海、沼澤、冰、雪等，包括地球上自然存在的各種狀態(tài)的水，液態(tài)、固態(tài)、氣態(tài)；江、河、湖、海中的水不僅指H2O ,還包括水體中生活的藻類、小魚、小蝦等生物。②土。組成地球巖石的物質(zhì)是化學(xué)元素，化學(xué)元素化合成礦物，礦物集合成巖石。山川、丘陵大地的地貌形態(tài)組成物質(zhì)主要是巖石和松散顆粒物質(zhì)，巖石是土壤成土母質(zhì)的來源。地球陸地表面上的土壤，是經(jīng)過巖石風(fēng)化過程及生物因素作用下的成土過程所形成，經(jīng)歷了漫長而又復(fù)雜的地質(zhì)歷史過程。原始土壤是隨著地球陸地上低等綠色植物的不斷進(jìn)化、演替而發(fā)展變化的?？梢?，土壤與巖石是一脈相承的。水土生態(tài)廣義的土，包括土壤、巖石、礦藏、地形地貌、沙等。③植被。地球生物圈中的植物層叫植被。植物隨著地球的發(fā)展，由原始的生物不斷地演化，經(jīng)歷了大約35億年的過程，形成到現(xiàn)在已知的近40萬種的植物界。最簡單的植物只有一個細(xì)胞，如小球藻，而高大的植物可達(dá)60～100 m。植物界按照進(jìn)化系統(tǒng)分為藻類植物、菌類植物、苔蘚植物、蕨類植物及種子植物。綠色植物將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能，才有了生物食物鏈的傳遞。

1.4 水土生態(tài)與生態(tài)環(huán)境諸多的內(nèi)在聯(lián)系

1.4.1 水土生態(tài)與城市建設(shè)

花園城市、園林城市、生態(tài)城市、生態(tài)園林城市、森林城市、田園城市、海綿城市、山水城市、韌性城市、會呼吸的城市，等等，這些眾多的提法其本質(zhì)是保護(hù)、修復(fù)和治理好城市的水、土、植被，實現(xiàn)清潔的水(保證生態(tài)用水)、干凈的土壤(保護(hù)原生地貌)、豐茂的植被(多樣的生態(tài)景觀)。大氣霧霾的源頭，是綠水青山(水土生態(tài))被過度地改變和破壞所造成的。所以，城市生態(tài)建設(shè)中的關(guān)鍵，是水土生態(tài)的保護(hù)和修復(fù)。

1.4.2 水土生態(tài)與水土保持

無論城市水土保持，還是農(nóng)村水土保持，本質(zhì)上都是水土生態(tài)問題[4]，也就是說，需要協(xié)調(diào)和處理好水、土、植被相互依存、相互促進(jìn)與發(fā)展的生態(tài)平衡關(guān)系。保持水土的目的是為了促進(jìn)植被(包括農(nóng)作物)的恢復(fù)和發(fā)展，而植被的恢復(fù)和發(fā)展又保護(hù)和培育著水土資源。在國土尺度上，恢復(fù)和發(fā)展植被(荒漠化防治)，是防治水土流失的根本措施；在城市尺度上，開發(fā)建設(shè)項目水土保持，重點是理水保土、恢復(fù)綠化(景觀)，維護(hù)原生地貌。水土生態(tài)的三大要素，是系統(tǒng)觀念下的水、土、植被，與水土保持不盡相同。

1.4.3 水土生態(tài)與景觀生態(tài)

景觀生態(tài)學(xué)的思想主線是“格局—過程—尺度之間的相互關(guān)系”，所有的景觀生態(tài)的理論、方法和應(yīng)用，都圍繞著這條主線展開[5]。景觀生態(tài)學(xué)中的重要概念，如斑塊、廊道、基質(zhì)，無不是建立在不同尺度的水土生態(tài)背景之中；沒有水土生態(tài)，景觀生態(tài)便無從談起。

1.4.4 水土生態(tài)與生態(tài)文化

唐朝詩人王維《山居秋暝》：“空山新雨后，天氣晚來秋。明月松間照，清泉石上流。竹喧歸浣女，蓮動下漁舟。隨意春芳歇，王孫自可留?！闭宫F(xiàn)了一派水土生態(tài)的畫卷[6]；我國的山水畫，也都離不開水、土、植被三大要素，是水土生態(tài)的生動寫照。

1.4.5 水土生態(tài)與生態(tài)系統(tǒng)、生態(tài)修復(fù)、農(nóng)業(yè)生態(tài)、水生態(tài)等

任何生態(tài)系統(tǒng)都存在著物質(zhì)循環(huán)、能量流動和信息傳遞。植被是初級生產(chǎn)者，將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，有了食物鏈的傳遞；土壤是生產(chǎn)者營養(yǎng)供給及消費者、分解者的活動場所；水是最大的溶劑，物質(zhì)循環(huán)必須有水的參與才能完成。所以說，水土生態(tài)是一切生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。在礦山生態(tài)修復(fù)流程里，首要的是解決好水源，然后是種植土；因地制宜地選擇和搭配植物種類，也是礦山生態(tài)修復(fù)的關(guān)鍵。同理，水、土、植被三大要素是農(nóng)業(yè)生態(tài)、水生態(tài)等生態(tài)系統(tǒng)的骨架和基礎(chǔ)。水土生態(tài)是各種類型生態(tài)系統(tǒng)的最大公約數(shù)。

1.5 生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域共同的理論基礎(chǔ)

人與自然的關(guān)系錯綜復(fù)雜，歸根結(jié)底是人與水土生態(tài)的關(guān)系。氣候、溫度、濕度、大氣、陽光、地貌、動植物、土壤、礦藏、冰雪等，千絲萬縷，而從水土生態(tài)理論來看，與人類生產(chǎn)活動直接相關(guān)的，或者說工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不斷改變和破壞的，就是水、土、植被三大要素(系統(tǒng))。

自然界本來是一個整體，因研究需要而拆分。學(xué)科林立、學(xué)派眾多，都是從不同側(cè)面或角度來揭示某一個方面的矛盾和規(guī)律。從系統(tǒng)觀念和現(xiàn)實需求看，生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域更需要有能夠把握整體并統(tǒng)領(lǐng)全局的新理論。水土生態(tài)理論應(yīng)運而生，并將與人類和動植物有關(guān)的一切生態(tài)過程有機地整合到水土生態(tài)理論中。

2 地球生態(tài)環(huán)境保護(hù)和修復(fù)，呼喚誕生一個共同的理論基礎(chǔ)

2.1 全球面臨生態(tài)環(huán)境的挑戰(zhàn)

氣候變化、生物多樣性減少、環(huán)境污染，是人類面臨的全球性挑戰(zhàn)。如，原始森林已不到歷史時期的5%；大壩阻斷河流，一些魚類滅絕；降雨減少，干旱加重；海洋生態(tài)系統(tǒng)退化；多年凍土解凍，冰川、積雪融化；臭氧層破壞；大氣、水源、面源污染等。這些問題的根源還在于地球水土生態(tài)的改變和破壞。

2.2 “山水林田湖草沙冰”的水土生態(tài)原理

2.2.1 “山水林田湖草沙冰”的要義

從“山水林田湖”到“山水林田湖草”，再到“山水林田湖草沙”，再到“山水林田湖草沙冰”，這是基于生命共同體理念的系統(tǒng)性的生態(tài)保護(hù)和修復(fù)，強調(diào)的是自然生態(tài)系統(tǒng)的原真性、完整性、關(guān)聯(lián)性和系統(tǒng)性，以確保地球生態(tài)系統(tǒng)的健康和人類的可持續(xù)發(fā)展。

2.2.2 “山水林田湖草沙冰”的實質(zhì)是水土生態(tài)

地球上的自然景觀豐富多樣，除了“山水林田湖草沙冰”，還有濕地、江河、海洋、灘涂、鹽湖、荒漠、戈壁、沼澤，等等。這些不同類型的自然景觀存在著本質(zhì)上的聯(lián)系，這就是廣義的水土生態(tài)[7]。水，包括湖泊、濕地、江河、海洋、冰川、積雪等；土，包括山、田、巖土、礦物、沙地等；植被，包括森林、草原、園林綠地等。廣義的水土生態(tài)，概括了自然界所有的生態(tài)景觀、生態(tài)系統(tǒng)類型，并抽象到了水土生態(tài)新概念。

2.2.3 “山水林田湖草沙冰”的系統(tǒng)保護(hù)與修復(fù)，是不同尺度、不同類型的水土生態(tài)的保護(hù)與修復(fù)

水土生態(tài)概括了地球上所有的自然景觀和各類生態(tài)系統(tǒng)，構(gòu)成了大自然的骨架與主體，地球上所有動植物的生存和繁衍，都是基于一定的水土生態(tài)環(huán)境。宏觀尺度上，水土生態(tài)就是地球關(guān)鍵帶，是研究人類生存與發(fā)展的核心問題；微觀尺度上，一滴水、一粒沙、一棵草、一棵樹，它們的運動及聯(lián)系，都是水土生態(tài)所要關(guān)注的內(nèi)容。

2.3 保護(hù)地球水土生態(tài)，就是保護(hù)地球生命家園

地球經(jīng)過漫長的地質(zhì)年代演化，造就了今天的山山水水——水土生態(tài)。所謂低影響開發(fā)、海綿城市，主要是理順人水關(guān)系；基于自然的解決方案，是能夠在減緩和適應(yīng)氣候變化影響的同時，保護(hù)生態(tài)多樣性、促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展的創(chuàng)新解決方案[8]。這些理論都是對水土生態(tài)理論的豐富和發(fā)展。水土生態(tài)的保護(hù)與修復(fù)，需要綜合應(yīng)用現(xiàn)有的理論、技術(shù)和方法，在水土生態(tài)理論的統(tǒng)領(lǐng)和指導(dǎo)下，開展科學(xué)的行動，減少盲目，防止“出發(fā)點是建設(shè)生態(tài)，而結(jié)果卻是毀了生態(tài)”情況的出現(xiàn)。

地球上有了水土生態(tài)，才有了生命的存在。但這種條件是可以被改變和破壞的。生命存在的條件，歸根結(jié)底是能量和物質(zhì)，水土生態(tài)是生命存在的物質(zhì)基礎(chǔ)和能量源泉。保護(hù)地球水土生態(tài)，就是保護(hù)地球生命家園。

3 水土生態(tài)理論是保護(hù)和修復(fù)地球生態(tài)環(huán)境的共同理論基礎(chǔ)

3.1 水土生態(tài)與氣候變化

聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)2021年最新報告：除非未來幾十年內(nèi)大幅減少溫室氣體排放，否則全球變暖幅度在21世紀(jì)將達(dá)1.5～2 ℃；極端高溫將更頻繁地達(dá)到農(nóng)業(yè)和健康的臨界耐受閾值；應(yīng)該停止所有新化石燃料的勘探和生產(chǎn)。

氣候變化、全球變暖，后果是災(zāi)難性的。用水土生態(tài)理論來分析，產(chǎn)生這一問題的根本原因在于人類活動的無序和無節(jié)制，從源頭上看，是人類對于地球水土生態(tài)過度干擾和破壞造成的后果。保護(hù)和修復(fù)地球水土生態(tài)，早日實現(xiàn)碳中和，從源頭上阻止全球氣候變暖給人類帶來的不可逆轉(zhuǎn)的災(zāi)難，是刻不容緩的[9]。

水土生態(tài)的核心是水、土、植被(系統(tǒng))之間的相互聯(lián)系、相互作用，包括生物地球化學(xué)循環(huán)、植被演替、景觀地貌等，水土生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生的復(fù)雜物理、化學(xué)和生物過程相互耦合使之成為有機聯(lián)系和不斷變化的動態(tài)系統(tǒng)。工業(yè)化和城市化，開礦采油、鋪路架橋、筑壩蓄水、蓋樓建園，使大量綠水青山被破壞，變成鋼筋水泥城市。這些劇烈的活動，不僅改變了地球原生地貌及水土生態(tài)平衡，使碳匯原生植被和土壤消失，還持續(xù)排放大量溫室氣體。

水土生態(tài)是地球歷史長期演化的結(jié)果，其演化歷史比人類的歷史還要久遠(yuǎn)。處理好人與水土生態(tài)的關(guān)系，人與自然和諧才有基本保證，才能保護(hù)好野生動植物，維護(hù)生物多樣性和大自然的生態(tài)平衡。控制溫室氣體排放，必須從源頭上保持地球水土生態(tài)平衡。

3.2 水土生態(tài)與生物多樣性

人類誕生的初期與生物多樣性共同發(fā)展、進(jìn)化，隨著文明的發(fā)展，人類開始主動地改造自然?，F(xiàn)如今，人類改造和破壞自然的能力已經(jīng)到了“無所不能”的程度。

人類對水土生態(tài)的改變和破壞，直接毀掉的是生物生境，成為生物多樣性喪失和物種滅絕的主要原因之一。如我國內(nèi)陸水體中有900多種淡水魚類，其中有多種珍稀和特有的魚類，現(xiàn)大約92種生活在淡水的魚類逐漸成為瀕危物種，有4種已經(jīng)滅絕。主要原因是魚類棲息地的喪失，如修建水利水電工程、圍湖造田、填水建城等。

水土生態(tài)的改變和破壞，還直接造成野生動植物生境的毀滅、破碎化，影響到動植物的生存、遷移和繁衍。如生活在熱帶森林中的生物種類，由于人類大規(guī)模地開墾森林，眾多生物生境喪失殆盡，許多物種滅絕。

水土生態(tài)的破壞還從源頭上引起氣候變化，在過去的大約30年中，氣候變化對物種的分布和豐富度造成了嚴(yán)重的影響[10]。保護(hù)地球水土生態(tài)，控制溫室氣體排放，阻止氣候變暖，將會使許多生物免遭滅絕的災(zāi)難。

3.3 水土生態(tài)理論是生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域共同的理論基礎(chǔ)

水土生態(tài)理論深刻地闡明了生態(tài)、環(huán)境、資源的關(guān)系，抓住了生態(tài)問題的本質(zhì)，回答了生態(tài)環(huán)境的根本原因是人類沒有處理好人與水的關(guān)系、與土壤的關(guān)系、與植被的關(guān)系，即水土生態(tài)的關(guān)系[11]。需要確立水土生態(tài)理論的指導(dǎo)地位，把解決生態(tài)、資源、環(huán)境諸多問題，以問題為導(dǎo)向轉(zhuǎn)換到以水土生態(tài)理論為導(dǎo)向。治標(biāo)的同時，更需要治本。

工業(yè)化和城市化將眾多山頭、森林、草原、農(nóng)田、濕地、湖泊等整治為平地，硬化后建大廈、小區(qū)、工廠、道路、機場等，不僅使生物生境遭到毀滅性破壞，生物多樣性銳減，還污染環(huán)境。土地的硬化和溫室氣體的排放已引起全球水循環(huán)和氣候變化。這些問題的根源還在于破壞和改變了陸地生態(tài)系統(tǒng)中三大要素即水、土、植被(系統(tǒng))的原生狀態(tài)及水土生態(tài)平衡，致使生態(tài)系統(tǒng)破碎，生態(tài)功能失調(diào)。

為了發(fā)展經(jīng)濟(jì)，世界各國都在爭先恐后地推進(jìn)工業(yè)化、城市化，這種情形下，如果沒有共同的理論基礎(chǔ)，地球生態(tài)環(huán)境前景令人擔(dān)憂。人類所作所為如果危害了地球生命支持系統(tǒng)——水土生態(tài)系統(tǒng)，不僅危害生物界所有物種，而且最終危害的還是人類自己。在當(dāng)代迅猛發(fā)展的工業(yè)化、城鎮(zhèn)化面前，需要維護(hù)水土生態(tài)的完整性和連續(xù)性，強調(diào)水土生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃和建設(shè)，保障城鎮(zhèn)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，努力實現(xiàn)地球生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)維護(hù)。