孙发政：新质生产力背景下水土生态的保护修复与利用

来源：国际学术期刊《Meteorological and Environmental Research》2026，17（2-3）；中译

摘要：论述了水土生态是地球演化的历史规律，水、土、植被三大要素及其相互关系是“既见森林，又见树木”的水土生态整体自然观，以及水土生态理论统一了生态、环境与资源，是生态环境领域共同的理论基础，为建立一门新兴交叉学科《水土生态学》奠定了理论基础。用水土生态方程式E(x) = f (S, W, V) T表达要素之间的关系，此函数关系式是水土生态的概念化表征。新质生产力就是绿色生产力，新质生产力背景下尊重和顺应水土生态规律，以绿色低碳为核心，基于自然解决方案，推进水土生态的保护、修复与利用，是从源头上应对气候变化和保护生物多样性，从本源上实现人类可持续发展。以粤北南岭山区为例，从水土生态理论视野，对该区域水土生态的保护、修复与利用，提出了一些建议。

关键词：水土生态；新质生产力；绿色低碳；粤北南岭山区；保护修复与利用

2004年11月笔者作为《中国发明与专利》杂志封面人物，接受记者专访时首次提出“水土生态”一词，随后，在国内外期刊上发表了一系列论述，基本形成了水土生态理论体系，得到国家主管部门和同行专家的高度评价与肯定。随着水土保持、生态修复、山水林田湖草沙一体化保护与治理等实践的深入发展，以及全球生态环境危机的日益加重，水土生态理论将会得到更加广泛的研究和应用，为保护人类赖以生存的地球家园，实现人与自然和谐共生，发挥着越来越重要的作用。2025年6月23-27日，笔者应邀在澳大利亚出席第11届世界生态系统服务大会（ESP11），并以本文内容在大会上作了学术报告，提出水土生态理论是基于自然解决方案（NbS）的理论升华，受到国际学界的广泛关注。

2004年，孙发政（左）选为《中国发明与专利》杂志封面人物，并接受了记者专访。当年封面人物还有中国科学院院长路甬祥（中）、国家知识产权局局长王景川（右）等。

1 水土生态是地球演化的历史规律

1.1 地球生命的诞生依赖于苛刻的天然条件

地球及其生物界的形成与发展，是岩石圈、水圈、大气圈各系统之间及其与外部天体之间持续相互作用的过程。这一过程的机理不仅构成了地球的演化历史，也从根本上决定着地球的未来。在太阳系八大行星中，地球是唯一已知孕育并维系了生命的星球，这一独特地位印证了水土生态是地球演化的客观历史规律，是人类诞生、生存与发展的基础与前提。

地球生命的诞生依赖于一系列苛刻的条件。其中，地球拥有一颗天然卫星——月球，是不可或缺的因素。月球引力对地球产生的力矩效应，保障了地球自转的平稳性、大气与海洋环流的相对稳定及四季有规律的更替。古生代时期，自养藻类光合作用产生分子氧，太阳紫外线将分子氧分解成不稳定的原子氧，在大气层外围形成臭氧层，这对于宇宙射线和紫外线有着屏障和过滤作用，从而保护了地球上生命的安全。正是在这一系列平衡稳定的条件下，地球得以演化出复杂的水土生态系统，诞生了纷繁复杂的生命系统。

1.2 水土生态是地球演化的自然综合系统

大约6亿年前，地球陆地上仍然是光秃秃的岩石。靠近海洋、湖泊的近水区域，首先出现第一种陆地生命——地衣，它们能在裸露岩石表面的极端环境中生存。作为早期先锋低等生物，地衣能够分泌有机酸，加速岩石的分解，从而促进了土壤的形成。约4.7亿年前，随着苔藓植物的适应与繁衍，更为复杂的维管植物开始出现。维管植物拥有真正的根、茎、叶分化，这一革命性的进化，使得植物能够有效地从土壤中吸收水分和矿物营养，极大地增强了植物的生存能力和适应性。此后，植物之间开始了激烈的竞争，彻底改变了陆地面貌。植被通过光合作用释放大量氧气，有效稳定了大气层，同时为动物的生存和繁衍提供了丰富的食物来源和栖息地，促进了地球水土生态系统的多样性和复杂性。

1.3 水土生态方程式表达要素之间的关系

为了系统阐释水土生态核心构成，表达水土生态的要素关系，以下函数关系式是概念化表征：

E(x) = f (S, W, V) T

式中：E 代表某一区域的水土生态状况；x 代表具体的地理区域；S 代表岩土圈层要素；W 代表水圈层要素；V 代表植被要素（生物圈层的核心层）；T 代表时间维度，强调水土生态系统的动态演化特征。

上述方程式表明，一定区域的水土生态状况及其基本格局，是由水、土、植被三大要素的结构与功能共同定义的。该公式为一种概念框架与系统思维工具，并非可通过微积分等数学方法对单一变量进行解析的精确数学模型。

植被通过光合作用提供能量，水和土向植被输送养分，三者通过能量流动、物质循环和信息传递，支撑起一个个生态系统和生物多样性；植被是生态核心，水是生命载体，土是资源基础，共同构成所有生态系统的基石。

2026年7月26日，孙发政（右）在广州益云科创中心会见爱尓兰前总理利奥·瓦拉德卡。

2 水、土、植被三大要素及其相互关系是水土生态的整体自然观

水、土、植被是构成地表生命支撑系统三个最基本的核心要素，水决定土壤湿度及植被分布；土壤保水、固碳并提供养分与支撑；植被固土、净化大气，地球上99%的生物生产力来自植物。水、土、植被通过持续不断地能量流动、物质循环和信息传递，紧密耦合成一个不可分割的功能整体——水土生态系统，构成了宏观巨系统与微观子系统、整体与局部的复杂非线性关系。这一系统观超越了将各要素简单叠加的观点，理解其中任何一个要素，都必须将其置于三者的相互关系之中。这种整体、系统、联系、动态的认知方式，正是水土生态整体自然观的核心所在。水、土、植被相互依存、相互制约、相互促进与发展的动态平衡关系，构成了理解地球生命环境的整体自然观，又体现了“既见森林，又见树木”的水土生态整体自然观。

2.1 水土是植被赖以生存的物理载体和物质基础

岩石是土壤之母。经过亿万年地质营力与成土作用，岩石风化为土壤，为植物提供了支撑与养分来源；水作为生命之源和物质传输的媒介，溶解并输送土壤中的养分至植物体。从坚硬的岩石到具有肥力的疏松土壤，是水、土、气、生，长期相互作用的产物。水循环的宏观过程还是连接气候系统与地球环境的关键过程，其动态变化直接塑造了地球的自然环境与气候特征。

2.2 植被是激活水土系统生命活力的关键引擎

植物的根系如同天然的锚固系统，有效保持水土，增强土体的抗侵蚀能力；林冠和枯枝落叶层则能截留降水、延缓径流、促进下渗，直接改变了水循环的微观过程。更为重要的是，植被通过光合作用将太阳能转化为化学能，并经由植物凋落物分解与根系代谢，将有机质反馈于土壤，驱动着水土生态系统的养分循环与能量流动，从而保育并提升水土的生产、生态功能，也为动物的生存与繁衍创造了条件。

2.3 水、土、植被构成了永恒的反馈循环与动态平衡

水的分布与特性，塑造了土壤的类型和地貌的形态，也在一定程度上决定着植被类型及分布；植被的演替与土壤的发育深刻影响着水系的格局与水文过程。它们共同演进，相互塑造。任何一个要素的变动，都会引发连锁反应，最终影响整个生态系统的稳定与健康。

2026年5月出版的《2025中国科学家年鉴》，收录了“致敬20周年！孙发政任《中国水土保持》编委和中国水土保持规划设计专委会委员”。

3 水土生态理论统一了生态、环境与资源，是生态环境领域共同的理论基础

3.1 水土生态概括了地球上各类生态系统

地球上森林、草原、湿地、农田等各类生态系统，都可归纳于水土生态范畴，包括自然水土生态和人工水土生态。冰川、雪山、沙漠、盐湖等，是水土生态的特殊类型或极端类型，如图1所示。这些生态系统的健康状况决定着地球生态平衡。抓住水土生态这一核心矛盾，可以清晰地理解和解决复杂的生态环境问题。

人类文明发展史本质上是一部与水土生态互动的历史。人类通过生产建设活动不断地改变着地球上水土生态格局，这种改变具有双重效应：一方面改善了人居环境，促进了经济发展；另一方面也引发了气候变化、生物多样性丧失、土地退化、环境污染等全球性生态危机。

图1 水土生态概括了地球上各类生态系统

3.2 水土生态理论统一了生态、环境与资源

水、土、植被作为水土生态的三大核心要素，既是生态系统的主体构成，又是环境和资源的基本载体，形成了三位一体的理论框架，如图2所示。例如，粤北南岭山区的水、土、植被三大要素，构成了完整的水土生态系统，承载着该区域的资源禀赋、环境容量和生态功能。

这一理论将生态建设、环境保护和资源利用融为一体，为可持续发展提供了系统性的认知工具和实践指南。

图2 水土生态理论统一了生态、环境与资源

3.3 水土生态理论是生态环境领域共同的理论基础

水土生态退化、环境污染和资源衰竭是生态环境问题的三大根源，而水土生态退化是根本性的问题。山水林田湖草沙的系统保护与治理，本质上是水土生态的系统保护与治理，如图3所示。气候变化、全球变暖、生物多样性丧失等生态环境危机，根本原因还在于人类对于地球水土生态的改变和破坏。水土生态理论关系到生态环境根本性和全局性的重大科学问题，是认识和解决当代生态环境问题的金钥匙，是生态环境领域共同的理论基础。

图3 水土生态与水土保持和山水林田湖草沙的关系

2007年起，孙发政受聘为深圳市开发建设项目水土保持方案（设计）报告书技术审查与评审专家。

4 新质生产力背景下水土生态保护、修复与利用的核心是绿色低碳

4.1 新质生产力即绿色生产力

新质生产力在于更高的技术、价值和绿色含量，新质生产力本身就是绿色生产力。以破坏水土生态为代价的既往发展模式已不可持续，必然转向资源节约与环境友好的发展路径；从“治理”到“智理”，从“消耗”到“保值增值”。新质生产力背景下，尊重和顺应水土生态规律，以绿色低碳为核心，基于自然解决方案，推进水土生态的保护、修复与利用，是从源头上应对全球气候变化、保护生物多样性，从本源上实现可持续发展。以粤北南岭山区为例，作如下探讨。

4.2 水土生态保护

粤北南岭山区作为我国同纬度地带亚热带常绿阔叶林生态系统保存最为完整的区域之一，是华南地区重要的生态安全屏障，被誉为“广东水塔”。该区域的水土生态状况直接关系到下游地区经济社会稳定及粤港澳大湾区城市群的供水安全。

该区生物多样性高度丰富，作为第四纪冰期生物的“避难所”和众多古老孑遗植物的起源中心，在国际生物多样性保护中具有特殊地位。南岭国家自然保护区记录有野生高等植物3890种，其中珍稀濒危植物129种；陆栖脊椎动物555种，包括国家级重点保护动物33种，国际及国内受威胁物种共108种；真菌资源亦极为丰富。构成了粤北南岭完整的生物链与独特的水土生态系统，在经济社会迅猛发展的今天，需要倍加珍惜与保护。

4.3 水土生态修复

粤北南岭山区受地形、降水及花岗岩风化层较薄等自然因素影响，水土流失敏感性较高。由于山区道路建设等人类活动，对原生植被和地质地貌造成了一定的破坏，加剧土壤侵蚀与地质灾害风险，还影响生物多样性，需要采取基于自然解决方案的水土保持与生态修复措施。岩溶区石漠化的治理措施，包括推广沼气等清洁能源，优化农村能源结构，促进山区水土生态脆弱区的林草自然修复。

该区域水热条件良好，遵循“地球上凡是有水土的地方必然有植被的生长，植被的生长又保育着水土生态资源”水土生态原理，在工程裸露区域，采取以“以土为纲”的近自然生态修复策略，特别是保土防流失的技术措施。例如，通过喷播一年生先锋草种，快速固土稳坡，为乡土植物群落自然恢复创造生境条件。避免过度依赖人工育苗与外来物种，实现低成本、高效益的近自然生态修复。

4.4 水土生态利用

粤北南岭山区水土生态系统不仅提供了重要的生态产品与调节服务，还蕴藏着丰富的文化与科研价值，是支撑粤港澳大湾区绿色发展的重要生态基底。

该区域地貌类型多样，丹霞、喀斯特等典型景观，如“通天萝”地质遗迹，具有极高的旅游开发潜力，是发展文化旅游产业的优质资源。

同时，南岭山区保存有大量古生物化石与孑遗植物，如恐龙化石群等，为开展自然教育、科学普及与生物进化研究提供了不可多得的实物资料，有助于形成具有南岭特色的文化绿色产业体系。

左图：1982年给孙发政授课的老师有中国科学院植物研究所侯学煜、姜恕、胡式之、陈灵芝及陈昌笃、周以良、祝廷成、周光裕等；右图：1983年-1984年给孙发政授课的老师有云南大学生态地植物研究室曲仲湘、姜汉侨、金振洲、区普定、杨一光及王焕校等。

5 结语

5.1 人类与自然的关系，寻根溯源归结为人与水土生态的关系。

随着人类生产建设活动的持续扩展，地球上的水土生态格局经历着深刻变化，进而对全球生态环境产生深远影响。这一过程在改善人居环境、推动经济发展的同时，也引发了气候变化、生物多样性丧失、土地退化、环境污染等一系列生态危机。

5.2 水土生态是各类生态系统最大公约数、维持地球生态平衡的关键。

水土生态理论将资源、环境与生态问题统一于整体框架之中，为生态环境领域提供了共同的理论基础。在新质生产力发展的背景下，需要以绿色低碳为核心，基于自然解决方案，推进水土生态的保护、修复与可持续利用。

5.3 水土生态理论揭示了全球生态系统的普遍规律，是解决生态环境问题的金钥匙。

水土生态理论适用于全球生态系统的保护与治理实践，是基于自然解决方案的理论升华，还是“绿水青山就是金山银山”科学论断的学理化、体系化的学习与探索，为建立《水土生态学》奠定了理论基础。

1982年7月24日孙发政（5排左12）与侯学煜院士、陈昌笃教授等师生合影。