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水环境污染|蔡庆华:长江大保护与流域生态学

作者 [db:作者] 浏览 发布时间 2020-01-30 19:50:41

蔡庆华:

中国科学院水生生物研究所研究员、博士生导师。主要从事淡水生态学与流域生态学研究,在河流/水库生态系统生态学及数学模型、淡水生态系统长期监测与动态解析、水生生物多样性形成与维持机制及其对气候变化与人类活动的响应等方面取得重要成果,开创性的提出了“流域生态学”这一新兴研究领域。先后主持国家科技基础性工作专项、国家自然科学基金重点/面上/国际合作项目、国家重点研发计划、“973”计划、国家水专项等科研项目。2011年至今发表学术论文80余篇,其中以第一或通讯作者发表SCI论文50余篇。现任国际水科学学会(IAHS)水质委员会委员、中德“全球变化背景下淡水生态系统评价(EcoChange)”合作组中方组长、河流生态与流域生态系统管理中德联合实验站中方负责人。一直担任《Ecological Informatics》《Ecological Indicators》《Journal of Freshwater Ecology》《生态学报》《应用生态学报》《湖泊科学》《水生生物学报》等国内外学术杂志的编委。

/摘 要/长江经济带发展的基本点是“共抓大保护,不搞大开发”。在梳理了长江流域主要生态环境问题的基础上,从长江大保护的核心是统筹山水林田湖草、山水林田湖草生命共同体即是流域生态系统、流域生态系统是典型的集合生态系统的角度,论述了长江大保护与流域生态学的关系,并从科学研究、规划管理及教育宣传等方面展开思考提出建议,为实现长江大保护的国家需求提供服务。

关键词

长江大保护;流域生态学;山水林田湖草生命共同体;集合生态系统

作为世界第三、中国第一大河,长江孕育了灿烂的中华文明,是中华民族的母亲河,是中华民族发展的重要支撑。长江的流域面积约180万km2,约占我国国土面积的18.8%。长江流域横跨我国华东、华中和西南三大区,2017年流域总人口4.59亿,占全国的33%,城镇化率达到49%。流域人口密度较高,约为全国平均人口密度的1.8倍。长江流域山水林田湖草浑然一体,是我国重要的生物基因宝库。长江流域分布有众多的国家级生态环境敏感区,是我国重要的生态安全屏障区。长江流域是实施能源战略的主要基地和重要的粮食生产基地。长江流域是我国水资源配置的战略水源地。每年长江供水量超过2000亿m3,支撑流域经济社会供水安全。通过南水北调、引汉济渭、引江济淮、滇中引水等工程建设,惠泽流域外广大地区,保障供水安全。长江是联系东中西部的“黄金水道”,是长江经济带发展、长江三角洲一体化发展等国家战略的重要依托,是连接丝绸之路经济带和21世纪海上丝绸之路的纽带,集沿海、沿江、沿边、内陆开放于一体,具有东西双向开放的独特优势,在我国经济社会发展中具有重要地位。由于人类活动和全球变化的影响,长江流域部分区域水资源短缺、水污染加剧、水生态受损、水土流失严重等问题依然突出,部分地区水资源、水环境和水生态承载能力与经济社会发展需求不协调,成为影响可持续发展的重要制约因素。长江经济带在中国发展中具有独特而重要的地位。习近平总书记近年来提出对长江经济带要“共抓大保护、不搞大开发”,这既是中国进入以经济高质量发展为基础的新时代的客观要求,也是解决长江经济带在以往几十年大开发中积攒的许许多多问题的基本方针。本文从流域生态学角度讨论长江大保护中的若干问题。1 长江流域的主要生态环境问题

1.1 水环境污染

随着长江流域工业和生活用水的不断增加,废污水排放总量也快速增加,1982年废污水排放总量为127亿m3,到2016年废污水排放总量达353亿m3,34年间增加了2.8倍,而相应废污水处理及收集能力没有同步增加,加上大量尚未有效控制的农业面源污染,长江水系一些支流、湖泊和中小水库水污染越来越严重。据长江流域及西南诸河水资源公报,2018年重要水功能区水质达标率仅79.9%;全年水质均合格的水源地占评价水源地71.9%,水质合格率在80%以上的水源地占评价水源地85.3%;对428口地下水监测井的检测表明,地下水水质中无Ⅰ~Ⅱ类水,Ⅲ类、Ⅳ类水占比分别为15.0%和16.6%,而Ⅴ类水占比高达68.4%,形势严峻(见表1)。


1.2 水系统破碎

因应洪旱灾害与能源需求,长江流域的水库建设及水电开发得到飞速的发展。从1980年到2011年,长江流域的水库总数从4.80万个增加到5.16万个,约占全国水库总数的58%,水库总库容3 606.89 亿m3,占长江水系多年平均地表水资源量的36.7%,开发强度甚高(见表2)。


就中小河流而言,2018年6月19日,国家审计署发布了长江经济带生态环境保护审计结果:截至2017年底,10省已建成小水电2.41万座,最小间距仅100m,开发强度较大。5个省“十二五”期间新增小水电超过规划装机容量,8个省有930座小水电未经环评即开工建设,6个省在自然保护区划定后建设78座小水电,7个省有426座已报废停运电站未拆除拦河坝等建筑物,7个省建有生态泄流设施的6661座小水电中有86%未实现生态流量在线监测。过度开发致使333条河流出现不同程度断流,断流河段总长1017km。这些星罗棋布的大大小小水电工程,严重破坏了水系统的完整性。

1.3 水生态失衡

多年来,受拦河筑坝、水域污染、过度捕捞、航道整治、岸坡硬化、挖砂采石等人类活动影响,长江生物多样性持续下降,水生生物保护形势严峻,水域生态修复任务艰巨。自葛洲坝工程截流以来,根据历史资料与多年监测数据统计分析,中华鲟繁殖亲鱼数量呈现逐年减少的趋势。葛洲坝截流初期,到葛洲坝下的中华鲟繁殖群体年均2176尾,到2013年,能到葛洲坝下的中华鲟繁殖群体已经降到了100尾以下,2017年只有20余尾,王鸿泽等认为,中华鲟在1983~1992年代进入濒危程度, 在2003~2012年代进入极危程度。而通过长江常熟溆浦江段中华鲟幼鱼的监测发现,2002~2009年中华鲟幼鱼数量呈现出较明显的递减趋势,繁殖规模较葛洲坝建坝前显著减少,2013~2015年则未能在葛洲坝下游发现中华鲟发生自然繁殖行为;中华鲟已由原来的年际间连续繁殖变为现在的偶发性繁殖。显然,中华鲟的野生群体如果单靠自然繁殖,灭绝的风险非常大,物种状况堪忧。对于其他的两个国家一级保护动物白鲟、长江鲟,从上个世纪90年代开始,前者即非常稀少,2003年我国最后一次发现白鲟的活体,到现在已经连续15年没有再见到白鲟的踪迹。而长江鲟是我国仅分布于长江流域的特有物种,20世纪末其自然繁殖活动就停止,近年来长江鲟的野生种群已基本绝迹,人工保种的野生个体也只有约20尾左右。为落实习近平总书记“共抓大保护,不搞大开发”的要求,农业农村部于2017年11月10日至12月31日组织实施了“2017年长江江豚生态科学考察”, 覆盖了宜昌至上海1669km的长江干流及洞庭湖和鄱阳湖。采用目视考察和被动声学考察相结合的方式,对长江江豚种群数量、分布特征及变动趋势进行了全面调查评估,并从宏观尺度评价了长江江豚栖息地的质量。与前几次考察比较,结果显示, 长江干流江豚的种群数量并不太乐观,2006年有1225头,到2012年降到505头,种群年下降速率约为13.7%,急剧下降;到2017年种群数量约为445头,5年间从505头降为445头,年下降速率约2%,快速下降的趋势得到了初步遏制或者说缓解。跟长江干流相比,“两湖”的情况乐观一些,2012年鄱阳湖是450头、洞庭湖大约是90头,2017年考察时发现,鄱阳湖现有457头、洞庭湖现有110头,比上次普查均有略微增加。

2 山水林田湖草生命共同体与流域生态学

2.1 山水林田湖草生命共同体,即是流域生态系统

习近平总书记在2013年11月12日《中共中央关于全面深化改革若干重大问题的决定》中即明确指出:“我们要认识到,山水林田湖是一个生命共同体,人的命脉在田,田的命脉在水,水的命脉在山,山的命脉在土,土的命脉在树。”2017年10月18日习总书记在《中国共产党第十九次全国代表大会上的报告》中,再次明确指出,要“统筹山水林田湖草系统治理”。2018年5月18-19日的全国生态环境保护大会上,习总书记发表重要讲话,再次指出,“山水林田湖草是生命共同体,要统筹兼顾、整体施策、多措并举,全方位、全地域、全过程开展生态文明建设。”流域是生态学研究的最佳自然分割单元。从生态学角度解读,山水林田湖草生命共同体,即是流域生态系统。流域生态系统,是自然-社会-经济复合生态系统。流域生态系统的主要驱动因子是流域水文。统筹山水林田湖草系统治理,应基于流域层次,开展流域生态系统综合管理或称为集成管理,这就需要建立流域生态环境研究与协同保护的新的体制机制。因此要大力发展流域生态学这一新兴学科。国家自然科学基金委员会已于2018年在生态学科设立了流域生态学方向(学科代码C030703),有利于吸引更多学者投身相关研究。

2.2 长江大保护的核心是统筹山水林田湖草

2018年4月26日,习近平总书记主持召开深入推动长江经济带发展座谈会并发表重要讲话,指出:长江经济带工作“取得了积极进展。同时,也要清醒看到面临的困难挑战和突出问题,如对长江经济带发展战略仍存在一些片面认识,生态环境形势依然严峻,生态环境协同保护体制机制亟待建立健全,流域发展不平衡不协调问题突出,有关方面主观能动性有待提高。”,并再次指出,“要从生态系统整体性和长江流域系统性着眼,统筹山水林田湖草等生态要素”。从多年研究看,不仅长江流域,我国生态环境研究及协同保护体制机制方面,存在的问题主要还是认识不足,一方面是缺乏相应的学科建设与理论研究,另一方面,不同部门不同地区利益上存在冲突。党和国家最高领导连续多年反复强调山水林田湖草生命共同体,要统筹系统治理,也说明这一问题的重要性和急迫性。国务院办公厅关于加强长江水生生物保护工作的意见(国办发〔2018〕95号)也明确要求“坚持上下游、左右岸、江河湖泊、干支流有机统一的空间布局,把水生生物和水域生态环境放在山水林田湖草生命共同体中,全面布局、科学规划、系统保护、重点修复。”统筹山水林田湖草的学科基础是流域生态学。所谓流域生态学,即以流域为研究单元,研究其内高地(upland)、沿岸带(riparian)、水体(waters)生态系统间的物质、能量、信息等流动规律。简而言之,流域生态学即是研究流域内水-陆间的相互关系的学科。

2.3 流域生态系统是典型的集合生态系统

开展流域层次的生态学理论集成与创新,研究以流域生态系统为对象,以水为纽带和驱动因子,综合上下游、左右岸、干支流的自然-经济-社会复合巨系统,构建流域生态环境保护的科学理论和技术体系,是服务国家重大需求、促进社会经济协调发展的基础。如何解决长期积累的上述问题,如何贯彻习总书记的“共抓大保护,不搞大开发”?最为关键的是落实一个“共”,即“共抓”。实际上,无论是山水林田湖草生命共同体,还是水污染治理、水生态修复、水资源保护“三水共治”,也都在强调一个“共”字。山水林田湖草生命共同体,是流域复合生态系统。流域各生态系统间(如山水林田湖草)是有机联系的,其主要驱动力是水。实现统筹系统治理需要明晰各生态系统及其要素间的物质循环、能量流动、物种迁移、信息交流等等,而不是各要素的简单叠加或拼盘。这也是目前国际生态学研究前沿的集合生态系统(Meta-Ecosystems)的基本框架。三水共治的核心应该是水资源保护。水资源应包括水量、水质、水能、水生生物4大要素。三水共治也应该基于流域尺度。只有改变观念,才能实现“构建以长江干支流为经脉、以山水林田湖为有机整体,江湖关系和谐、流域水质优良、生态流量充足、水土保持有效、生物种类多样的生态安全格局,使长江经济带成为水清地绿天蓝的生态廊道”的战略目标。作为典型的集合生态系统,长江大保护需基于流域尺度生态水文模型的生态系统间动态关系解析,也需开展流域尺度的生态系统长期监测与联网研究。

3 思考与建议

3.1 科学与技术方面

围绕长江大保护等国家重大战略需求,目前依然存在许多问题,包括:本底资料陈旧、不全;关键种类基础生物学研究薄弱;重要区域长期生态学监测不足;水生生物与水文水力学关系不清;重大工程环评(特别是水生生物方面)不深,甚至欠缺;不同生态系统间的关系缺乏研究(应站在流域层次上)等等, 应在格局/过程、监测/评估、机制/机理清晰的基础上,开展规划/设计、技术/工艺、 工程/示范研究。建议:(1) 全面开展长江流域水生生物资源与环境本底调查,准确掌握水生生物资源和栖息地状况,建立水生生物资源资产台账。(2)开展流域生态学、集合生态系统、生物多样性的生态系统功能、重要生物类群生物学等理论方面及流域生物多样性测度、种间关系解析、生态稳定性度量、流域生态水文模型等方法学方面研究。(3)流域(水)生态系统服务功能的量化、分区,及与现有相关功能区划的叠加整合;强化静态的格局分析与动态的过程研究及其子不同尺度上的效应。

3.2 规划及管理方面

在国家主体功能区、水功能区、水生态环境分区等已有工作基础上,结合新目标和新常态,增强系统思维,补充完善各分区生态环境可持续性的主要生态因子和关键生态过程,修订长江流域综合规划及相关规划,落实习总书记“要深入推进《长江经济带发展规划纲要》贯彻落实,结合实施情况及国内外发展环境新变化,组织开展《规划纲要》中期评估,按照新形势新要求调整完善规划内容”的指示,实现上中下游协同发展、东中西部互动合作,把长江经济带建设成为我国生态文明建设的先行示范带、创新驱动带、协调发展带。与此同时,应加紧修订国家中长期科技发展规划纲要(原纲要是2006-2020年),并在即将开始的“十四五”规划中针对长江经济带及山水林田湖草生命共同体相关事宜设立相关的专项研究。重点应在生态环境区划的基础上,开展自然资源的分区管理、环境胁迫的分类管理、公众参与的分级管理及协调发展的分期管理,实现流域统筹,“一域一策”。同时,也要开展跨区域跨流域的物质、能量、信息及资金的交流交换转移转化等自然与社会科学的交叉研究。

国外成功经验表明,建立完善的流域水管理体制是保障流域治理规划目标顺利实现的有效手段,这些手段包括:建立强有力的流域管理机构、建立有效的协调机制和流域管理的立法等。

3.3 教育及宣传方面

要实现习总书记在全国生态环境保护大会提出的“确保到2035年,生态环境质量实现根本好转,美丽中国目标基本实现”,需要尽快培养相关的专业人才。人才培养是需要时间的,建议教育部尽快设立本科和研究生教育的流域生态学学科。与此同时,建议各级党校和行政学院,开设相关课程,使各级领导干部能全面系统理解山水林田湖草生命共同体,增强工作的协同性和主观能动性。生态环境问题在很大程度上是管理问题。除了调整思路、理顺体制、制定规范外,国内外大量实践表明,舆论监督和公众参与也是有效手段。加强长江全流域生态环境监管和综合治理,应建设公开透明的信息系统,除涉及国家安全(如军事、国防等)外,所有数据应一律公开发布,真正实现数据共享,满足监测评估、决策参考、服务国家战略需求。应由有资质和公信力的第三方,结合物联网、大数据、区块链等新技术,加强监测系统(特别是野外原位实时自动监测系统)基础设施建设,超脱部门、行业、地方限制,保证数据的原始性、真实性、可追朔性,为生态红线及环保督查提供坚实基础,实现国务院办公厅关于加强长江水生生物保护工作的意见中“加强水生生物资源监测网络建设,提高监测系统自动化、智能化水平,加强生态环境大数据集成分析和综合应用,促进信息共享和高效利用。”和“完善信息发布机制,定期公开长江水生生物和水域生态环境状况,接受公众监督。”的目标。与此同时,应“积极开展长江水生生物保护宣传,鼓励各类媒体加大公益广告投放力度。加强长江渔文化遗产保护和开发,挖掘长江流域珍稀特有水生生物及其栖息地历史文化内涵和生态价值,营造全社会关心支持长江大保护的良好氛围”(国务院办公厅关于加强长江水生生物保护工作的意见)。

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