为应对自然生态问题, 传统方法主要采取工程技术手段进行人工强干预。然而, 工程技术手段往往成本高, 只注重短期单一目标, 过程中相对弱化或忽略环境问题, 甚至造成生态破坏。相反, 一些解锁自然力量, 受自然启发, 利用自然做功原理解决生态环境难题, 实现人与自然和谐相处的手段应运而生, 即可以被理解为“ 基于自然的解决方案” 。“ 向自然学习” 理念由美国自然科学家Benyus提出, 并在其著作《仿生学: 受自然启发的新方法》^[6]发表后开始受到国际社会的广泛关注。Benyus认为自然既是人类模仿的对象, 也是一种评判标准, 同时还是人类的导师^[6]。地球经过数亿年的演变, 自然早已在时间尺度上评判了哪些手段应对生态问题是有效的、合适的以及可持续的。人类可以通过模仿自然或从自然中获取灵感, 从而解决目前面临的一系列自然生态问题。人类已经进入到一个新时代, “ 模仿自然” 是一种观察并重视自然的新范式, 它不是基于人类如何从自然中获取, 而是基于人类如何向自然学习^[6]。Benyus的理论可以被认为是NbS概念的雏形。

2008年世界银行正式将“ 基于自然的解决方案” 一词写入《生物多样性、气候变化和适应性: 来自世界银行投资的NbS》^[7], 并强调未来重点投资领域将转向以自然系统提供生态服务、保护生物多样性以减缓气候变化、增强适应性为主的项目。2009年, IUCN在第十五次联合国气候变化框架公约的立场文件中积极推广NbS, 再一次推动了NbS概念的发展。IUCN将NbS定义为“ 通过保护、可持续管理和修复自然或改善生态系统的行动, 有效应对如气候变化、粮食和水安全以及自然灾害等社会挑战, 同时提供人类福祉和生物多样性效益” ^[8]。IUCN的定义强调所有NbS的核心问题都是管理和恢复生态系统, 方法涵盖来自科学研究领域、实践或政策环境, 聚焦生态系统服务并旨在应对社会挑战。相比之下, 欧盟委员会对于NbS的定义更为宽泛, 即“ NbS是以自然为灵感、为支撑的解决方案, 旨在以资源高效、适应性强的方式应对各种社会挑战, 同时提供经济、社会和环境效益” ^[8]。欧盟委员会对NbS的定义中更强调NbS是将自然资源转化为发展绿色经济的新机遇, 打破了经济发展与生态保护相互对立的传统固化思维, 使二者可以共同发展^[9]。欧盟也通过大量理论工具证明生态系统本身就是一项自然资本, 通过保护、管理和恢复生态系统人类将从这些自然资本中获益。

不同机构组织对NbS概念的定义各有侧重, 这反映了NbS的包容性和开放性, 有助于不断吸纳创新方法和创新手段以应对未来新的挑战。同时, NbS为解决社会挑战提供了一个综合视角, 在促进资源从“ 密集型增长模式” 向“ 更有效、包容和可持续增长模式” 的转型中发挥关键作用。这种转型是在结构、思维模式和实践方面的根本性创新, 需要来自不同利益相关方的共同设计和实施^[10]。因此, NbS可以有效促进全球不同区域、不同层级的部门决策者与各学科领域专家学者之间的积极对话。同时, NbS考虑的是全人类与自然之间的辩证关系, 关乎全球范围内每一个人类个体的切身利益, 因此, 在“ 自上而下” 的治理模式下易于得到理解与支持, 也利于开展多尺度“ 自下而上” 的试验与实践。

国际社会近年来已经将NbS提上重要的国际对话和议程, 且普遍认为NbS应用下的生态系统和生态系统服务在减少灾害和提高生态系统韧性方面发挥了关键作用。2021年联合国秘书长古特雷斯在联合国环境署发表的综合报告《与自然和平相处》^[11]的序言中指出由NbS驱动的人类社会将创造更多的就业机会、更清洁的基础设施以及更具韧性的未来。

欧盟委员会自2015年在其“ 地平线2020” ^[12]科研框架下专门针对NbS和发展城市绿色基础设施设立了研究创新政策议程。在2019年的联合国气候行动峰会上, NbS被列为应对气候变化的9大行动领域之一^[13], 使NbS成为了全球落实《巴黎协定》的重要组成部分, 这一举动也明确了自然在应对气候变化不利影响上发挥的作用, 承认了自然对维护生态系统和保护生物多样性的重要性。缔约国通过高级别政策对话和向《联合国气候变化框架公约》秘书处提交“ 国家自主贡献(Nationally Determined Contributions, NDCs)” 的形式进一步使NbS的作用在国际主流发展中得到发挥。据统计, 超过65%的《巴黎协定》缔约方已经将NbS作为帮助其实现NDCs的手段之一; 103个国家承诺将至少一种NbS举措应用于达成NDCs中的适应性部分; 27个国家承诺将NbS应用于减缓气候变化的目标中^[14]。2019年至今, IUCN联合包括各国政府、非政府组织、相关从业者、私人企业和金融机构等不同利益相关方构建了NbS全球标准。

新冠疫情的全球爆发和蔓延使各国政府意识到对自然的投资将在经济复苏中发挥重要作用^[15]。2020年, 德国的一项经济复苏投资计划中将7亿欧元用于支持森林保护和管理^{[16, 17]}。同年, 新西兰政府宣布了一项11亿新西兰元的自然投资计划, 旨在通过投资创造11 000个工作岗位, 恢复湿地和河岸, 清除外来入侵物种并改善公共土地上的旅游和休闲服务^[18]。可以看出, 目前全球决策者和政策规划者对通过修复生态, 运用NbS达成“ 波恩挑战” 、《巴黎协定》、联合国《生物多样性公约》第十五次缔约方大会目标等全球目标表现出了强烈的政治意愿和决心。

国际上已针对NbS建立了大量研究平台, 旨在分享和交流NbS的相关信息。联合国NbS贡献平台^[19]整合分享了各个国家和地区开展NbS具体工作的实践报告, 其中提交的196个项目报告中中国的实践项目占51个。欧盟OPPLA平台^[20]则建立了一个关于NbS的知识储备库, 涉及有关自然资本、生态系统服务以及NbS的最新思路。此外, 欧盟“ 地平线2020” 框架下的“ 联结自然” 项目^[21]联合了全球30多个团体, 致力于研究在城市开展的大规模NbS项目并开发相关指导产品, 包括《联结自然框架指南》《NbS企业指南》《管理指南》《金融与商业模型指南》《共同生产指南》《自反监测指南》以及《技术方案指南》。此外, 由都柏林三一学院统筹开发的“ 自然城市” ^[22]方法论为地方城市政府实施NbS提供了全链条指导服务。作为该项目的拓展, “ 智在城市” ^[23]平台旨在增强城市管理者对于NbS的了解, 证明绿色城市有益于居民和社区。目前该平台已为欧洲、南美和中国的城市提供应对城市挑战的NbS策略, 并收录了大量城市实践案例。此外, 众多国际顶级高校也成立了NbS专项研究小组, 例如牛津自然解决方案倡议致力于在研究、教育和政策建议层面上加强对NbS潜力的理解, 以应对多种挑战并支持NbS在全球范围内的可持续实施。该倡议包含NbS政策平台^[24]与佐证平台^[25], 其中政策平台展示了《巴黎协定》所有缔约国在气候承诺中做出的适应性计划, 强调了NbS在全球气候变化政策制定中的突出地位, 并与相应的佐证联系起来。该平台为《巴黎协定》的全球评估提供了一个参考, 且可以据此监测各国对NbS气候变化适应性的态度变化。佐证平台整理了全球与NbS相关的学术论文及相关项目的实施效果, 并可通过经验佐证和场景模型佐证2种方式检索全球的NbS研究论文。在经验佐证中可按照26种生态系统相对应的21项挑战进行检索, 且相关的NbS研究按照项目数量、实施国家、实施效果、是否达成生态系统保护修复目标等进行了详细分类和统计。场景模型佐证中以地图和图表的形式展示了这些统计结果, 为相关研究人员快速了解全球NbS的最新研究进展及对应的生态系统挑战提供了清晰的可视化参考。

实际上, NbS并不是一个全新的概念。中国的传统认知体系早已认识到生态系统在支持人类、生物多样性福祉方面可以发挥巨大作用。从中国古代“ 天人合一” “ 道法自然” 的自然哲学观到全球重要农业文化遗产“ 桑基鱼塘” 人工生态系统的构建, 再到如今国家大力倡导的“ 生态文明建设” 思想, 反映出中国在历史发展道路上不断探讨人与自然、生态与发展之间的辩证关系并持续付诸实践的过程, 其内涵与NbS的实质是高度契合的。

2019年的联合国气候行动峰会上, 中国和新西兰共同牵头构建的《基于自然的气候解决方案政策主张》和《联合国气候行动峰会“ 基于自然的解决方案” 倡议案例汇编》有力推动了NbS的实践, 并使NbS理念受到国内外各界的广泛关注。2020年, 自然资源部、财政部和生态环境部联合印发的《山水林田湖草生态保护修复工程指南(试行)》^[26]中明确: “ 遵循自然生态系统的整体性、系统性、动态性及其内在规律, 用基于自然的解决方案, 综合运用科学、法律、政策、经济和公众参与等手段, 统筹整合项目和资金, 采取工程、技术、生物等多种措施, 对山水林田湖草等各类自然生态要素进行保护和修复, 实现国土空间优化, 提高社会— 经济— 自然复合生态系统弹性。” 2021年3月, 由大自然保护协会主编的《基于自然的解决方案: 研究与实践》一书在NbS推进生态文明主题研讨会上正式发布, 是我国NbS领域的首部中文书籍^[27]。同年6月23日, 自然资源部与IUCN联合发布了《IUCN基于自然的解决方案全球标准》及其使用指南的中文版^[28], 旨在为中文语境下的相关从业者和使用者提供更多的NbS支持与服务, 此举也标志着NbS在本土化推广进程中迈出了关键的一步。

目前我国对NbS的系统研究还处于起步阶段, 主要工作仍然是梳理和总结国外的研究和案例, 包括NbS的概念、实施方法、生态系统保护修复手段、具体案例研究等内容。国内目前也借用NbS概念在不同尺度上开展了生态系统保护修复工作, 如: 从1978年中国开始实施的“ 三北防护林” 工程^[29], 至2018年已累计造林保存面积3 014.3万hm², 工程区森林覆盖率由1977年的5.05%增加到13.57%^[30]; 俞孔坚团队在景观尺度层面对我国众多河流湖泊、乡村农业等生态系统的修复等, 均被写入《NbS中国实践典型案例》^[31]。但基于NbS国际标准, 我国还缺少依照其标准框架体系实施的具体实践项目, 以及适应本土的实践操作指导和针对不同生态系统修复的全面系统性的技术方法与分享平台。

NbS的理念是以生态系统方法的科学和实践为基础发展而来。生态系统方法即“ 综合管理土地、水和生物资源, 公平促进其保护与可持续利用的战略” ^[28], 主要运用方式有3种: ①作为生态系统管理或基于生态系统管理的替代方案; ②作为一种公平的综合性资源管理方法; ③作为侧重于理解和重视生态系统服务的术语。生态系统方法主要面向生态保护界, 为其提供了一个针对自然更具战略性的概念框架。NbS对生态系统方法进行了补充, 其框架更具操作性和指导性, 更具备直接解决各种全球社会挑战的能力。此外, NbS使生物多样性保护和可持续管理走出保护领域, 围绕并面向更加广泛的领域和新社群, 如与人道主义、城市、农业和健康相关的领域。

IUCN的 NbS可以被理解为一种伞式概念, 概念下包含5类方法: ①生态系统恢复方法; ②针对生态系统特定问题的方法; ③基础设施的有关方法; ④基于生态系统管理的方法; ⑤生态系统保护方法。表1简要说明了5类方法的主要内容以及对应的实践示例。

表1

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表1 NbS概念下5类方法的内容及示例 Tab.1 Five methods and examples under the NbS concept 方法 内容 示例 生态系统恢复方法 根据生态学原理恢复生态系统的完整性和功能性, 或以生态工程促进资源循环利用 森林景观恢复, 人工湿地进行废水处理和循环 针对生态系统特定问题的方法 有针对性地增强生态系统, 从而减缓气候变化, 改善社区对气候变化的适应能力, 降低自然灾害风险 红树林保护降低海啸破坏力, 减轻海啸灾难 基础设施的有关方法 采用建设绿色基础设施或自然基础设施等措施, 保护、恢复和增强具备基础设施功能的生态系统和生态系统服务 自然基础设施和绿色基础设施方法 基于生态系统管理的方法 综合规划和治理整个生态系统, 不限于局部地区和生态学层面, 综合经济学、社会学和政策研究。通常应用于学术研究和政策制定 综合海岸区域管理和综合水资源管理 生态系统保护方法 以设立自然保护区的形式保护重要生态系统 建立国家公园体系

表1 NbS概念下5类方法的内容及示例 Tab.1 Five methods and examples under the NbS concept

基于以上5类方法, NbS应用到具体的生态保护恢复实践工作当中又可以包含多种形式^[8], 例如: ①恢复并可持续地管理湿地和河流, 维持或提高鱼类种群, 保障渔业生计, 降低洪水风险, 并提供娱乐和旅游效益; ②保护森林以保障粮食和能源安全, 提高地方收入, 增强对气候变化的适应并减缓生物多样性丧失; ③恢复旱地以加强水安全, 提高当地生活水平和应对气候变化影响的能力; ④在城市中发展基础设施, 如打造绿色墙面、屋顶花园、行道树、植草沟或雨水湿地等, 以此提高空气质量, 净化雨水, 减少城市洪涝径流和污染, 提高居民生活质量; ⑤利用天然海岸线基础设施, 如天然沙洲、红树林和牡蛎礁, 保护海岸线和沿海居民免受海岸洪水威胁, 同时减少海平面上升所带来的影响。

IUCN提出5个参数即: 生态复杂性、长期稳定性、生态组织规模、直接社会效益以及适应性管理^[8], 指导以上干预措施的实施。其中生态复杂性参数面向在不同生态尺度上维持或促进生态复杂性的干预措施; 长期稳定性参数面向能够持续多年的干预措施; 生态组织规模参数可以在一定程度上帮助协调“ 上游和下游” 关系、从属关系和利益, 以及应对全球社会挑战的NbS; 直接社会效益参数面向能够创造大量直接社会效益的举措; 适应性管理则是确保所有NbS措施实施的重要参数。IUCN持续测试以上5个参数, 从而不断完善可用于评估任何NbS干预措施的框架和标准。目前发布的《IUCN基于自然的解决方案全球标准》吸取全球800多位专家的意见, 耗时2 a编写完成, 最终形成由8大准则、28项指标组成的全球框架标准。表2概述了8项准则的指导内容^[28]。

表2

Tab.2

表2(Tab.2)

表2 IUCN基于自然的解决方案全球标准8项准则 Tab.2 Eight principles of global standard for NbS of IUCN 准则 内容概述 准则1 明确NbS要应对的社会挑战, 如气候变化、防灾减灾、生态系统退化、生物多样性丧失等 准则2 根据问题的尺度进行规划, 主要指景观地理尺度, 干预措施一般在场地尺度实施 准则3 确定环境基线, 用于了解当前环境状况, 保障环境可持续性 准则4 确定社会基线, 用于了解当前社会公平性状况, 保障社会公平性 准则5 确定经济基线, 用于了解当前经济状况, 保障经济可行性 准则6 对短期和长期收益作出权衡和取舍, 建立透明、公平和包容的实施和评估过程 准则7 对适应性管理需求作出响应 准则8 提倡将概念和行动纳入政策或监管框架, 并将其与与国家目标或国际承诺联系起来

表2 IUCN基于自然的解决方案全球标准8项准则 Tab.2 Eight principles of global standard for NbS of IUCN

《IUCN基于自然的解决方案全球标准》及《IUCN基于自然的解决方案全球标准使用指南》为使用者提供了一个简单且具有操作性、指导性的实践工具, 可用于设计、规模化并审核NbS的具体应用, 强化本地实践, 解决并纠正实践过程中的不足, 最终解决一个或多个社会挑战, 从而达到保障人类福祉和生物多样性“ 双目标” 效益。该标准具备有效性、可持续性和适应性的特点, 通过采用该标准并系统部署NbS, 可以做到充分考虑设计和实施质量, 跟踪记录NbS实施结果并将其与全球目标和研究相结合。

印度境内约有24%的国土被草原生态系统覆盖, 为当地特有的动植物提供栖息地。如图1所示, Banni草原位于印度西部沿海地区古吉拉特邦卡奇县境内, 占地面积约为2 618 km², 是印度最大的天然干旱草原, 以丰富的野生动植物和生物多样性而闻名。Banni草原孕育了众多食草、食肉动物, 如印度瞪羚、印度狼、印度狐狸等, 观测记录鸟类约有262种^[32]; 同时, Banni草原还是游牧民族维持生计的根基, 游牧民族依靠放牧本地特有品种的Banni水牛和唐古拉牛为生。然而, Banni草原近几十年来一直面临入侵物种的严重威胁, 不再适宜本地游牧牧民及牲畜生活^[33]。为提供周围农用地用水, 草原河流被改道, 筑坝则导致海水入侵, 草原盐度升高, 政府为解决高盐度问题, 引入外来树种牧豆树作为先锋树种改良土壤盐度。然而, 牧豆树的引入在短时间内杀死了本地其他草种, 迅速占领了大面积草原, 导致大面积生态退化。此外, 道路建设、草原改为耕地、过渡放牧等其他人为活动都加剧了Banni草原生态系统的人为压力。

图1

Fig.1

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	图1 Banni草原区位图Fig.1 Schematic diagram of the location of Banni grassland

1990年, 本地非政府组织古吉拉特邦沙漠生态研究所在Banni草原正式启动了草原生态系统恢复项目, 在与当地村民以及各利益相关方共同讨论下制定了Banni草原恢复计划, 目的是提高草原生产力与草种多样性, 改善草原生态系统服务。项目以2个村落试点的形式展开, 主要采取了7项恢复手段:

(1)圈定恢复区, 禁止任何形式的放牧活动。其中一个保护区沿保护区周边挖掘宽1.2 m、深1 m的沟槽, 外围再加设铁丝网围栏; 另一个保护区仅采取沟槽保护法, 周边挖出宽2 m、深1.5 m的沟槽, 并用挖出的泥土堆出1.5 m高的泥土挡墙。

(2)移除牧豆树和其他杂草, 保护牧草生长空间, 并将其他影响牧草生长的杂草分布控制在保护区总面积的4%以内。

(3)播撒补种草种帮助改良退化草地。补播首先选择适合Banni草原干旱气候和土壤条件的乡土牧草草种, 并对它们的生长情况进行跟踪记录, 为未来Banni草原全范围修复提供参考。同时该举措也为当地种子银行的建设提供支持, 以丰富修复区内牧草的密度和多样性。

(4)选择有机肥料耕种。恢复区内以2 t/hm²的密度播撒农家肥(牛粪), 结果显示不仅土地养分状况提高, 土壤透水性、结构等物理属性均有改善。此外, 牛粪与土壤的化学结合也在一定程度上降低了土壤盐度。

(5)引入豆科植物。草豆混种模式不仅可以提高牧草的营养和口感, 相比非豆科植物, 豆科植物在成熟期品质更好且更富含蛋白质, 饲料价值更高, 当豆科植物死亡并腐烂时, 分解并释放储存的氮为其他草本、禾本植物提供了土壤氮源。

(6)土壤改良对比实验。在对照试验田分别进行深耕翻耕提高土壤渗透性、追加有机肥料提高土壤肥力、挖掘不同坡度的排水渠对比地块盐渗出量对于草种多样性和生产力的影响以及坡面方向产生的风向变量对以上因变量的影响等实验措施。

(7)综合改良措施。在另一处200 hm²的保护区内, 将地块划分为30 m宽的条带, 在每个条带上进行翻耕播种并施加农家肥。保留极少数牧豆树, 其余均连根拔除。对保留的牧豆树进行修枝处理, 用作耕地防风树^[34]。

Banni草原生态系统恢复项目取得了良好的恢复效果。保护区外围采取的2种防护措施有效阻挡了牛群和其他放牧活动, 防止草原在恢复过程中遭到外界活动的破坏^[14]; 保护区内草地覆盖、生长状况、草种多样性的情况均好于非保护区, 且未经翻耕的地块上草地覆盖恢复效果好于经过翻耕的地块。同时, 恢复项目也筛选出适合不同区域恢复的最佳本土草种以及种植坡度。实验地块的成功带动了本地村民自发投入恢复非保护区范围内的小型地块。2012年, Banni景观研究和监视平台RAMBLE^[35]正式上线, 旨在研究生态系统和社会系统耦合关系, 全面协调跨学科研究对完善促进Banni草原生态系统恢复的方法。

我国草原面积大、分布广, 草原资源在各省份均有分布, 草原生态系统是山水林田湖草生命共同体的重要组成部分。目前我国草原生态系统十分脆弱, 保护与利用矛盾突出, 工作底子薄, 基础差且修复保护工作投入严重不足。Banni草原生态系统保护与恢复过程历时长, 且涉及到对草原的物理保护、耕地养分的管理、加强牲畜管理、使用最佳放牧强度、改善饲料、保护性耕作、种植豆类牧草等手段均被认为是NbS下对农业与草原的有效恢复和管理方法^[36], 同时可以在减缓气候变化中发挥不同程度的作用, 且其他附带收益包括改善空气、水、土壤以及生物多样性^[37]。针对我国本土草原生态系统现状, 识别筛选具有相似突出问题的草原生态系统, 可因地制宜地借鉴以上措施应用于保护修复工作中。