我国山水林田湖草沙生命共同体及其保护和修复工程的理论研究和实践正逐渐开展,需要系统的学科理论支撑,景观生态学作为地理学和生态学的交叉科学,能够以其宏观空间理论和技术体系满足这一需求.本文将景观生态学作为山水林田湖草沙一体化保护和修复工程的支撑学科,首先,明确了山水林田湖草沙生命共同体是镶嵌的异质景观、具有景观的所有特征并遵循景观生态学原理;其次,阐述了景观生态建设理论如何应用于山水林田湖草沙一体化保护和修复工程的规划和评价;最后,总结景观生态建设研究的新趋势,提出待解决的理论和实践问题,并论述山水林田湖草沙一体化保护和修复工程如何为解决这些问题提供广阔的研究空间.景观生态学和山水林田湖草沙一体化保护和修复工程实践相结合,将为实现我国乃至全球生态、经济、社会可持续发展提供极为有效的途径.

气候变化和人类活动的增加不仅导致生态系统退化、生物多样性丧失、生物圈资源供给能力降低,而且极大地制约了社会经济的可持续发展.尽管在全世界范围内己实施了大量的保护工作,但全球生态系统退化仍在继续,逐渐成为备受关注的全球性问题.文章首先厘清生态系统修复的发展历程、相关概念与理论.其次,归纳生态系统修复的全球议题,涉及生态系统服务及其价值评估、生物多样性保护、应对气候变化与碳储存、自然保护地、监测体系与适应性管理、公平性与多主体参与等方面.然后,总结我国森林、草原、河流与湿地、海洋与海岸带的生态系统退化问题与修复进展,梳理生态保护红线、自然保护地生态系统修复和国土空间生态保护修复3种措施的进展与不足.最后,对山水林田湖草沙一体化保护与系统治理、生态系统修复的多元融资政策与渠道、荒野生态保护修复的探索与实践、城镇生态系统修复的研究与应用以及生态系统修复对生物多样性的保护与维持等五个方面进行展望,以期为我国进一步开展生态系统保护修复的相关研究与实践提供指导.

"山水林田湖草沙"一体化治理现已成为干旱区生态环境建设的重要理念,目前虽已有部分重大工程项目在沙区实施,但一体化治理的科学与技术原理尚不清晰,仍未在这些工程中充分体现.鉴于此,本文就科尔沁沙地一体化治理的挑战、科学原理、技术原理与实施重点进行了论述.在科尔沁沙地,林-田、林-林、林-水、田-水、林-草、沙-水、田-草等要素关系尚不很协调,导致资源失衡、服务功能低下.进行一体化治理应遵循风沙运动规律、草地界面理论、水资源平衡理论、生物多样性维持理论、景观生态学理论和生态系统服务功能等科学原理与规律.一体化治理技术层面应突出体现水-沙关系协调、景观设计优化、防治技术与模式多方位并重、自然与人为景观兼顾、"三生"空间布局均衡等原理.一体化治理的重点应置于沙丘和防护林功能提升、农田和草地增效、湖泊生态保育、人居环境绿化美化、工程项目生态修复上.本文可为科尔沁沙地以及整个三北地区的沙区一体化生态环境建设提供参考.

巩固与提升生态系统碳汇能力是实现碳达峰、碳中和目标的重要途径之一.生态保护修复对生态系统固碳增汇有着重要影响.2016-2021年,财政部、自然资源部、生态环境部在我国27个省(自治区、直辖市)共支持了三批山水林田湖草生态保护修复工程试点和第一批山水林田湖草沙一体化保护和修复工程,共35个山水工程.通过分析已部署的35个山水工程布局的空间特征和碳汇效益,结合国家重点关注的生态保护修复区域、全国重要生态系统保护和修复重大工程分布、生态系统碳汇重要区域和敏感区域,探索"双碳"目标下山水工程布局优先区及生态保护修复技术策略.研究发现山水工程的碳汇效益具有空间差异性,且山水工程优先区主要依次分布在青藏高原生态屏障区、东北森林带、长江重点生态区(含川滇生态屏障)、南方丘陵山地带、黄河重点生态区(含黄土高原生态屏障)、北方防沙带等的森林、高原草地、荒漠、岩溶地区等区域.基于此,提出未来山水工程在不同区域的技术策略.在森林生态系统为主地区,不仅要提高森林覆盖度、森林质量,还应当加强生物多样性的保护和土壤碳汇能力的提升;在高原草原及冻土地区应加强草地退化和冻土监测,提高草地质量;在西北荒漠化地区加强碳汇理论技术研究;另外还需加强喀斯特地区双重碳汇效应.因地制宜、取长补短,有针对性地对不同生态系统改善碳汇能力,不仅有助于实现双碳目标,也有利于提升生态保护修复工程的效益.

当前以"山水林田湖草沙一体化保护与修复"为代表的国土空间生态修复工程已在全国范围内陆续开展,但相关规划的理论和方法支撑仍较为薄弱,如何确定合理的保护修复目标,并对生态保护与修复格局进行整合优化,是实现山水林田湖草沙一体化保护与修复规划需要解决的关键问题.基于系统保护规划理论和方法,初步构建了基于"目标-成本-效益"协同优化的一体化保护修复规划构架,以大兴安岭中段嫩江-哈拉哈河源头区为例,依托空间优化模型(Marxan)对一体化保护修复格局进行了优化模拟,结果表明:(1)绰尔河流域的生态系统保护优先级最高,其次是哈拉哈河流域和洮儿河流域,最后是霍林河流域.当预算不足时,优先保护绰尔河流域可以最大限度的提升研究区内的生态系统服务功能;(2)当优化目标低于50％,优化格局中以林地保护和草地保护为主,需要修复格局规模较小,当优化目标比例超过50％,需要采取生态修复的面积明显增加.随着优化目标比例的提升,优化格局所需面积越来越大,优化后区域中各类生态系统服务功能均有所提高;(3)依据目标-成本-效益曲线,60％的保护修复水平(即1980-2020年退化损失的生态系统服务的60％)为最高效的保护修复目标,所需生态保护修复总成本为50.6亿,但产生的生态效益可达为66.4亿;(4)60％目标水平下,需要林地、草地和湿地保护面积分别为20400.27 km2、11919.45 km2和25.23 km2;林地、草地和湿地修复面积分别为272.18 km2、1695.23 km2和3.71 km2,分别占1980-2020年期间林地、草地和河湖湿地退化消失比例40.9％、23.5％和6.3％.本研究提出的一体化生态保护修复格局整合优化方法可以确定不同目标和成本约束下,获取最佳综合生态效益的生态保护与修复实施策略和优化布局,为山水林田湖草沙一体化生态保护修复规划相关理论和方法提供一定的科学支撑.

"山水林田湖草沙生命共同体"系统保护与修复是我国生态文明建设的重要内容.明确生命共同体的耦合机制,是科学地进行生态保护和修复工作的关键.针对当前生命共同体耦合机制不清、理论和方法不健全的问题,从耦合的视角出发,在小流域尺度上单一生态系统内部生态要素的耦合、流域尺度上不同生态系统之间的耦合、区域尺度上人与自然的耦合三个方面进行整合,在此基础上探讨了多尺度山水林田湖草沙耦合理论,提出了一般性的山水林田湖草沙耦合理论框架.梳理并比较了当前主要的生态系统模型、景观模型、统计学模型以及复合生态系统的多模型耦合方法,综合提出了一个适用于"山水林田湖草沙生命共同体"耦合研究方法.对进一步完善山水林田湖草沙一体化保护修复提出了建议,包括:一是构建多源信息数据库,推进定量化耦合机制研究;二是开展全生命周期监测与评估,探索适应性治理路径;三是强化多元主体参与,完善协同保护机制.