聶斌斌,蔡強(qiáng)國(guó),綦俊諭,崔普偉,3,陳曉安,3

(1.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝林學(xué)學(xué)院,430070,武漢;2中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所陸地水循環(huán)與地表過(guò)程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,100101,北京;3.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院,430070,武漢)

水土保持生態(tài)自然修復(fù)適宜性研究綜述

聶斌斌1,2,蔡強(qiáng)國(guó)2?,綦俊諭2,崔普偉2,3,陳曉安2,3

(1.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝林學(xué)學(xué)院,430070,武漢;2中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所陸地水循環(huán)與地表過(guò)程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,100101,北京;3.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院,430070,武漢)

根據(jù)我國(guó)的地域特點(diǎn)和水土保持生態(tài)建設(shè)的實(shí)施情況,進(jìn)行適宜性研究至關(guān)重要。在介紹生態(tài)自然修復(fù)主要基礎(chǔ)理論的基礎(chǔ)上,分析了自然因素和人為因素對(duì)生態(tài)自然修復(fù)的影響作用。從區(qū)域定性、定量分析,地帶性分區(qū)到GIS技術(shù)應(yīng)用,以及適宜人為促進(jìn)修復(fù)的作用和措施等方面探討了水土保持生態(tài)自然修復(fù)適宜性研究的方法和內(nèi)容。生態(tài)自然修復(fù)適宜性研究正向前邁進(jìn),在地理空間分析技術(shù)的引領(lǐng)下,生態(tài)自然修復(fù)適宜性評(píng)價(jià)在方法上會(huì)有新的發(fā)展。

生態(tài)自然修復(fù);適宜性;地帶性;GIS

為推進(jìn)水土保持生態(tài)建設(shè),水利部于 2000年在全國(guó)水土流失地區(qū)進(jìn)行水土保持生態(tài)修復(fù)試點(diǎn)工程。各地的成功實(shí)踐證明,實(shí)施生態(tài)修復(fù)符合自然規(guī)律,依靠大自然的力量實(shí)現(xiàn)生態(tài)的自我修復(fù)是可行的,生態(tài)修復(fù)是在較短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)大面積水土流失初步治理和生態(tài)系統(tǒng)初步恢復(fù)的一項(xiàng)有效措施,是新時(shí)期水土保持生態(tài)建設(shè)一舉多得、費(fèi)省效宏的好措施[1-3]。我國(guó)幅員遼闊,緯度跨越很大,自然條件、經(jīng)濟(jì)社會(huì)狀況和水土流失現(xiàn)狀等諸多要素均存在明顯的地域分異性,各地對(duì)水土保持生態(tài)修復(fù)的政策和投入也不同。面對(duì)如此大的差異,根據(jù)自然規(guī)律和社會(huì)經(jīng)濟(jì)情況,開展水土保持生態(tài)修復(fù)適宜性分析,因地制宜開展指導(dǎo)工作是水土保持生態(tài)修復(fù)迫切需要解決的問(wèn)題。

水土保持生態(tài)自然修復(fù)(恢復(fù))亦稱水土保持生態(tài)修復(fù),是指在水土流失區(qū),通過(guò)一定的人工輔助措施,使自然界本身固有的再生能力得以最大限度地發(fā)揮,促進(jìn)植被的持續(xù)生長(zhǎng)發(fā)育和演替,保護(hù)并改善受損生態(tài)系統(tǒng)的功能,加快水土流失防治的步伐,建立和維系與自然條件相適應(yīng)、與經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展相協(xié)調(diào)并良性發(fā)展的生態(tài)系統(tǒng)(水利部生態(tài)修復(fù)規(guī)劃)。生態(tài)修復(fù)措施必須與自然環(huán)境條件相適應(yīng),不同氣候、土壤、植被等條件,生態(tài)修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)有差異,生態(tài)修復(fù)的途徑、技術(shù)路線也有差異。只有針對(duì)不同區(qū)域的生態(tài)條件適宜分析,對(duì)生態(tài)修復(fù)地區(qū)實(shí)行合理區(qū)劃,制訂相應(yīng)具體措施,才能達(dá)到預(yù)期效果。很多人工群落由于在建群種選擇、培育措施上沒(méi)有做到適地適樹,出現(xiàn)了明顯的衰退特征,如“小老樹”“土壤干層”等問(wèn)題[4],通過(guò)生態(tài)修復(fù)適宜性研究,可以減少或避免這種現(xiàn)象的發(fā)生。生態(tài)修復(fù)適宜性研究是水土保持生態(tài)修復(fù)的核心工作,對(duì)于水土保持生態(tài)修復(fù)具有指導(dǎo)作用。

1 主要理論基礎(chǔ)

1.1 限制因子原理與生態(tài)自然修復(fù)

生物的生存和繁殖依賴于各種生態(tài)因子的綜合作用,其中限制生物生存和繁殖的關(guān)鍵性因子就是限制因子。這些因子發(fā)生變化,生物的生存和繁殖就會(huì)受到影響和限制。氣候、植被是黃土高原生態(tài)系統(tǒng)的主要限制因子,它們之間的相互作用決定了水土保持生態(tài)自然修復(fù)的潛力及適宜區(qū)[5-6],生態(tài)的脆弱程度影響水土保持生態(tài)自然修復(fù)適宜條件。

1.2 干擾演替理論與生態(tài)自然修復(fù)

群落的自然演替機(jī)制奠定了恢復(fù)生態(tài)學(xué)的理論基礎(chǔ)[6]。生態(tài)演替可看作是在外界壓力不復(fù)存在之后,生態(tài)系統(tǒng)所經(jīng)歷的一系列恢復(fù)階段。演替包括順行演替和逆行演替。順行演替其實(shí)就是生態(tài)自然修復(fù)過(guò)程。生態(tài)自然修復(fù)的具體表現(xiàn)就是生態(tài)系統(tǒng)逆行演替的某一階段轉(zhuǎn)變到進(jìn)展演替的某一階段。植被的正向演替是通過(guò)生態(tài)系統(tǒng)的反饋能力、抵抗力和恢復(fù)力實(shí)現(xiàn)的,這是生態(tài)系統(tǒng)自然修復(fù)的驅(qū)動(dòng)因子。水土保持生態(tài)自然修復(fù)過(guò)程就是植被群落的進(jìn)化和重建過(guò)程。

干擾破壞了生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性,形成生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的破損,使生態(tài)系統(tǒng)處于一種過(guò)渡狀態(tài);但是,干擾也是生態(tài)系統(tǒng)演替的外在驅(qū)動(dòng)力,自然和人為干擾引起的生態(tài)系統(tǒng)對(duì)稱性破缺,推動(dòng)了系統(tǒng)的進(jìn)化和演變[7]。自然恢復(fù)過(guò)程是要經(jīng)歷很長(zhǎng)時(shí)間的,嚴(yán)重干擾后,需要的時(shí)間更長(zhǎng)。生態(tài)演替在人為干預(yù)下可能加速、延緩、改變方向以致向相反的方向進(jìn)行。究竟朝哪個(gè)方向進(jìn)行,就取決于人類的行為。演替的初始條件應(yīng)該實(shí)現(xiàn)很好的人為干預(yù),適宜干預(yù)會(huì)顯著促進(jìn)自然修復(fù)過(guò)程。生態(tài)理論揭示演替過(guò)程中生態(tài)因子間相互可補(bǔ)償性是值得重視的,不能被動(dòng)地等待某種促進(jìn)過(guò)程或抑制過(guò)程發(fā)生。雖然這些因素很重要,但沒(méi)有理由成為限制生態(tài)自然恢復(fù)的最終因素,只要確定了生態(tài)自然恢復(fù)的目標(biāo),就可在一定程度上合理調(diào)控某些因子的效應(yīng)[8-11]。

1.3 地帶性分布規(guī)律與生態(tài)自然修復(fù)

我國(guó)疆域廣闊,自然地理?xiàng)l件的區(qū)域變化巨大,土壤、氣候、植被等地帶性差別十分明顯。而不同土質(zhì)、地形部位和坡向的地塊,土壤水分狀況存在一定差異,適合不同植被群落的生長(zhǎng)[12],這也導(dǎo)致了植被分布存在非地帶性特征,其植被分布的總體特征應(yīng)為植被的地帶性分布與非地帶性分布的自然組合。水土保持生態(tài)自然修復(fù)必須按照植被的自然分布規(guī)律,在自然植被為森林的區(qū)域,恢復(fù)森林植被,在草原區(qū)域恢復(fù)草原植被,使自然修復(fù)恢復(fù)的植被,最適應(yīng)當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境,形成的群落最為穩(wěn)定。從尊重自然地帶規(guī)律出發(fā),因地制宜,有選擇地實(shí)施生態(tài)修復(fù)工程,使修復(fù)地區(qū)既適宜生態(tài)環(huán)境的需要,又有必要實(shí)施自然修復(fù),從而達(dá)到治理水土流失、改善生態(tài)環(huán)境的目的。

2 自然和人為因素分析

自然條件和人為干預(yù)是實(shí)施水土保持生態(tài)自然修復(fù)的基礎(chǔ),通過(guò)生態(tài)自然修復(fù)適宜性研究,使自然恢復(fù)力和人為促進(jìn)的恢復(fù)力有機(jī)結(jié)合,促使生態(tài)自然修復(fù)向前發(fā)展,實(shí)現(xiàn)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)效益最優(yōu)。

2.1 自然因素

2.1.1 氣候因素 氣候因素主要考慮光熱條件和降水條件,它一定程度上決定了我國(guó)植被的主要類型及分布情況。光熱條件好,降水豐富的地區(qū),退化生態(tài)系統(tǒng)的自然修復(fù)比較容易,并且見效快。如熱帶、亞熱帶地區(qū),植被生長(zhǎng)速度快,生物多樣性復(fù)雜,物質(zhì)再生更新速率快,生態(tài)自然修復(fù)很快,效果也比較明顯。而我國(guó)廣大的西北地區(qū),地處干旱、半干旱地帶,顯然水熱條件、植被條件不及東南沿海,生態(tài)自然修復(fù)的速度比較緩慢。

2.1.2 水文因素 總的來(lái)說(shuō),我國(guó)水資源分布極為不均,南多北少。水分是植物生長(zhǎng)的必要條件,是水土保持生態(tài)建設(shè)的首要制約因素[13]。各地都有適宜區(qū)域氣候條件的植被,并具有頂級(jí)群落,只要對(duì)生態(tài)自然修復(fù)區(qū)進(jìn)行嚴(yán)格的管護(hù),生態(tài)自然修復(fù)同樣可以達(dá)到目的。如塔里木河流域的下游綠色走廊區(qū),由于上游水文條件的變化,綠色走廊急劇萎縮,湖泊干涸,森林枯死,兩側(cè)的大沙漠呈現(xiàn)合攏態(tài)勢(shì),國(guó)家在 2000—2003年向斷流超過(guò) 30年的塔里木河下游超過(guò) 500 km的天然河道,實(shí)施了 5次應(yīng)急輸水,結(jié)果使下游綠色走廊重新趨于活躍[14]?？梢?水分條件在特定范圍、特定時(shí)段制約生態(tài)自然修復(fù)的進(jìn)程。

2.1.3 地貌因素 地貌主要是自然力作用形成的結(jié)果,中國(guó)地貌最明顯的特點(diǎn)是平地少,山地多,西高東低。高山、高原分布在大興安嶺—太行山—巫山—雪峰山一線以西,丘陵和平原則主要分布在這一線以東[13]。雖然地貌特征復(fù)雜,但不同地區(qū)都具有適宜該區(qū)地貌條件的生態(tài)系統(tǒng);因此,地貌條件對(duì)生態(tài)自然修復(fù)的影響作用不大,但是特殊的地貌條件對(duì)水土流失的影響卻較大,治理難度相差甚遠(yuǎn)。如黃土高原丘陵地貌、喀斯特地貌條件下,水土流失相對(duì)嚴(yán)重,而平原的水土流失治理難度比丘陵山區(qū)相對(duì)容易。

2.1.4 土壤因素 土壤是植被生存的基礎(chǔ),土壤條件包含土壤的質(zhì)地、結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)力等。在同樣的降水、光熱條件下,土層厚、肥力高的區(qū)域植被自然恢復(fù)較快,反之在水土流失嚴(yán)重、土層薄、土壤貧瘠的區(qū)域,生態(tài)自然修復(fù)的能力就很有限[15]。試驗(yàn)[16]表明,即使在降水豐沛的南方地區(qū)如興國(guó)縣(年均降水量 1 599.5mm)的強(qiáng)度花崗巖水土流失區(qū),由于土壤條件的限制(有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)只有 0.90%,約占無(wú)明顯侵蝕區(qū)有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù) 5.24%的 1/6),13年生馬尾松(Pinusmassoniana)高還不足 70 cm。黃土高原地區(qū)長(zhǎng)期嚴(yán)重的水土流失,致使土壤質(zhì)量已嚴(yán)重退化,與原生植被相伴黑壚土幾乎喪失殆盡,現(xiàn)存的是大面積新發(fā)育的黃綿土,有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)在 1%左右,極少達(dá)到 1.5%。特別是近 20余年以來(lái),隨著農(nóng)民對(duì)土地投入的增加,農(nóng)民更多地重視化肥的投入,忽視有機(jī)肥的投入[17],使土壤質(zhì)量面臨更為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。在非農(nóng)用地上,由于高強(qiáng)度的放牧和輪荒,自然生態(tài)系統(tǒng)受到嚴(yán)重創(chuàng)傷,形成惡性循環(huán),恢復(fù)難度很大。土壤可謂是生態(tài)安全的第二道屏障,失去了土層意味著生態(tài)系統(tǒng)再生的基礎(chǔ)喪失,可以說(shuō)生態(tài)自然修復(fù)不可能進(jìn)行[18]。

2.1.5 植被因素 水土保持生態(tài)自然修復(fù)是以植被恢復(fù)為主,關(guān)鍵措施是封山育林(草),因此,植被群落破壞程度是衡量生態(tài)系統(tǒng)在一定時(shí)間內(nèi)有無(wú)自然修復(fù)能力的重要指標(biāo)[15]。無(wú)論是森林生態(tài)系統(tǒng)還是草地生態(tài)系統(tǒng),一旦生態(tài)群落及其結(jié)構(gòu)遭到了根本性的破壞、地力發(fā)生退化,再開展生態(tài)自然修復(fù)就是不切實(shí)際的,如出現(xiàn)了一些嚴(yán)重水土流失區(qū),表土流失殆盡,基巖裸露的南方和嚴(yán)重沙化、石漠化的北方草木稀疏的草原區(qū);但是,植被的自然修復(fù)功能非常強(qiáng)大,適應(yīng)區(qū)域環(huán)境的自然植被,最終能夠形成穩(wěn)定的群落[19]。植被自然修復(fù)不是對(duì)低產(chǎn)群落的改造,不是對(duì)現(xiàn)有群落進(jìn)行大幅度間伐或清除非目的植物,而是現(xiàn)有群落中栽植一些演替后期才出現(xiàn)的建群種或優(yōu)勢(shì)種,通過(guò)增加它們的繁殖體,加速群落演替,通過(guò)在現(xiàn)有群落林間空地補(bǔ)植植物,有意識(shí)保留入侵的鄉(xiāng)土植物,使群落覆蓋度整體提高,群落質(zhì)量、生態(tài)功能更加完善[4]。

2.2 人為因素

如前所述,自然因素對(duì)生態(tài)自然修復(fù)的影響作用很大,人為因素主要是利用和改變這些自然因子對(duì)生態(tài)自然修復(fù)產(chǎn)生影響[20],人類活動(dòng)與各自然要素關(guān)系有大量的研究,如人類活動(dòng)對(duì)氣象[21]、水文[22]、土壤[23]、植被[24]影響等。人為破壞作用主要表現(xiàn)在水資源污染和枯竭、水土流失嚴(yán)重、陡坡耕種、毀林毀草、不合理放牧等情況,導(dǎo)致一些地區(qū)的生態(tài)環(huán)境很惡劣,短時(shí)間難以自然修復(fù);然而,人類能發(fā)揮其主觀能動(dòng)性,改變不利環(huán)境為生態(tài)自然修復(fù)創(chuàng)造適宜條件,如提高育種技術(shù)、實(shí)施人工補(bǔ)播、改善生長(zhǎng)條件、改良土壤、修建配套水利設(shè)施、加強(qiáng)封禁管理、生態(tài)移民、促進(jìn)生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制等措施,改變生態(tài)自然修復(fù)的環(huán)境,加快生態(tài)自然修復(fù)的進(jìn)程。人為因素對(duì)自然環(huán)境的直接作用和間接作用,都會(huì)對(duì)生態(tài)自然修復(fù)產(chǎn)生一定的影響,因此,人類要采用合理的活動(dòng)方式利用自然環(huán)境、適宜的措施促使水土保持生態(tài)自然修復(fù)從局部快速修復(fù)到區(qū)域內(nèi)整體恢復(fù)。

3 生態(tài)自然修復(fù)適宜性研究?jī)?nèi)容

水土保持生態(tài)自然修復(fù)是在適宜的自然環(huán)境、社會(huì)條件下實(shí)施并實(shí)現(xiàn)的,并不是所有地區(qū)都適合實(shí)施生態(tài)自然修復(fù),對(duì)此,很多人就水土保持生態(tài)自然修復(fù)適宜條件進(jìn)行了多方面的探討和研究,劉震[25]首先提出因地制宜多種措施并舉為生態(tài)的自然修復(fù)創(chuàng)造條件。

3.1 區(qū)域定性研究

研究區(qū)域從大尺度到中小尺度,從大流域、省域到縣域都開展了生態(tài)自然修復(fù)適宜性條件的研究。廖純艷等[26]在長(zhǎng)江流域?qū)ψ匀画h(huán)境的空間差異進(jìn)行了生態(tài)自然修復(fù)能力評(píng)價(jià),不同區(qū)域應(yīng)開展不同生態(tài)自然修復(fù)措施;李萬(wàn)全[27]把青海省黃河流域分為黃河河源區(qū)生態(tài)建設(shè)區(qū)和東部黃土高原水蝕生態(tài)建設(shè)區(qū)來(lái)探討水土保持生態(tài)自然修復(fù)適宜性分析;林敬蘭等[28]、張和等[29]、左元慶[30]分別對(duì)福建省、吉林省、重慶市的氣候、地貌、植被、社會(huì)經(jīng)濟(jì)等情況進(jìn)行分析,并探討了區(qū)域水土保持生態(tài)自然修復(fù)的可行性;王宏興等[31]、莊秀琴等[32]、張慶祥等[33]分別對(duì)榆林市、泉州市、吉木薩爾縣中小尺度的水土保持生態(tài)修復(fù)適宜條件進(jìn)行了討論,王宏興等還對(duì)生態(tài)修復(fù)的制約因素和有利條件進(jìn)行了對(duì)比分析,提出了生態(tài)自然修復(fù)適宜的相應(yīng)措施。這些生態(tài)自然修復(fù)適宜性研究旨在為生態(tài)脆弱區(qū)提供指導(dǎo),以滿足行政區(qū)域制訂政策,指導(dǎo)好水土保持生態(tài)自然修復(fù)的實(shí)施,保護(hù)生態(tài)環(huán)境的需要。

3.2 適宜評(píng)價(jià)指標(biāo)探討

水土保持生態(tài)自然修復(fù)的研究和試點(diǎn)工程的開展一直在延續(xù),很多學(xué)者根據(jù)生態(tài)自然修復(fù)影響因子和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)提出了生態(tài)自然修復(fù)的適宜評(píng)價(jià)指標(biāo)。彭少麟[34]根據(jù)熱帶人工林恢復(fù)定位研究提出,森林生態(tài)自然恢復(fù)的條件標(biāo)準(zhǔn)包括結(jié)構(gòu)(物種的數(shù)量及密度、生物量)、功能(植物、動(dòng)物和微生物間形成食物網(wǎng)、生產(chǎn)力和土壤肥力)和動(dòng)態(tài)(可自然更新和演替)。楊少林等[15]和李鳳等[35]提出水土流失程度、植被破壞程度是生態(tài)自然修復(fù)適宜的主要指標(biāo)條件;趙秉棟等[36]把水作為生態(tài)恢復(fù)的主導(dǎo)因子,把年降水量、土壤類型、人口密度、社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況等因子作為確定不同區(qū)域的生態(tài)自然修復(fù)潛力的依據(jù);梁宗鎖等[37]以類似的指標(biāo)和方法對(duì)黃土高原進(jìn)行適宜分區(qū)研究,確定不同區(qū)域的生態(tài)自然修復(fù)潛力;解明曙等[38]根據(jù)人口、土層厚度、降雨量等條件劃分了 8類地區(qū),認(rèn)為凡是對(duì)土地沒(méi)有高效高產(chǎn)要求,草木難以生長(zhǎng)的山丘、河網(wǎng)或濕地等均可實(shí)施水土保持生態(tài)自然修復(fù);劉俊立等[39]從生態(tài)學(xué)角度分析生態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)——植被群落破壞程度、生態(tài)環(huán)境給水狀況、土壤條件的性能指標(biāo),提出了生態(tài)臨界點(diǎn)概念,這為生態(tài)自然修復(fù)的適宜評(píng)價(jià)提出了新的、更為全面客觀的思路。這些評(píng)價(jià)主要在指標(biāo)的選取上,并未對(duì)生態(tài)自然修復(fù)適宜程度進(jìn)行量化的分析,很大程度上影響水土保持生態(tài)自然修復(fù)措施的具體實(shí)施。

3.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)量化分析

隨著生態(tài)自然修復(fù)適宜性不同指標(biāo)的提出和興起,生態(tài)自然修復(fù)適宜定量評(píng)價(jià)也倍受關(guān)注。定量分析在特定情況下針對(duì)性強(qiáng),能抓住要害,對(duì)實(shí)施生態(tài)自然修復(fù)非常有效。黃自強(qiáng)[40]對(duì)于黃土高原提出了 25°以上坡耕地,降雨量 500mm以上、400～500mm、400 mm以下的 3個(gè)不同地區(qū)開展不同的水土保持措施。水利部[41]根據(jù)國(guó)家土地分類標(biāo)準(zhǔn),認(rèn)為適宜于生態(tài)自然修復(fù)的土地類型主要有 5類:1)郁閉度﹥ 40%、高度在2m以下的灌木林地;2)郁閉度為 10%～30%的稀疏林地;3)覆蓋度在 20%～50%的草地;4)覆蓋度在 5%～20%的低覆蓋度草地;5)地表土質(zhì)覆蓋、植被覆蓋度在 5%以下的裸土地,以及地表為巖石或礫石、其覆蓋度﹥ 50%的裸巖石礫地。另外,還利用模糊聚類分析進(jìn)一步將全國(guó)的生態(tài)自然修復(fù)劃分為 3種適宜治理類型:1)以人工重點(diǎn)治理為主,促進(jìn)區(qū)域生態(tài)自然恢復(fù),所針對(duì)的區(qū)域多為人口密度大且水土流失嚴(yán)重的區(qū)域;2)人工重點(diǎn)治理和生態(tài)自然修復(fù)同等重要,該類型區(qū)在重視自然修復(fù)的同時(shí),還要配置一定的人工治理面積,所針對(duì)的區(qū)域多為人口密度相對(duì)較大且水土流失較嚴(yán)重的區(qū)域;3)以生態(tài)自然恢復(fù)為主,人工重點(diǎn)治理為輔,針對(duì)地廣人稀、水土流失相對(duì)較輕的區(qū)域,這都為生態(tài)自然修復(fù)適宜地類分析研究提供了科學(xué)依據(jù)。鐘明星等[42]根據(jù)生態(tài)自然修復(fù)的主要制約因素,以人口密度、年降水量、土層厚度、林草覆蓋度、水土流失強(qiáng)度、人均收入和人均基本農(nóng)田 7個(gè)指標(biāo),按 5個(gè)等級(jí)劃分了生態(tài)修復(fù)適宜程度,詳見表 1。該研究進(jìn)行了不同指標(biāo)條件下 5個(gè)適宜等級(jí)的評(píng)價(jià)方法,有利于準(zhǔn)確地做出生態(tài)自然修復(fù)的適宜性評(píng)價(jià),為開展好生態(tài)自然修復(fù)工作奠定了基礎(chǔ)。

此外,李果[43]從生態(tài)敏感性入手,以三峽庫(kù)區(qū)宜昌市三斗坪鎮(zhèn)為例,針對(duì)庫(kù)區(qū)各種生態(tài)自然恢復(fù)對(duì)自然環(huán)境的不同要求進(jìn)行了評(píng)價(jià)分級(jí),為該庫(kù)區(qū)合理的開展生態(tài)自然恢復(fù)建設(shè)提供了參考。

表 1 水土保持生態(tài)自然修復(fù)適宜條件評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 Standards of suitability assessmentof natural ecological restoration for soil and water conservation

3.4 自然地帶性差異的適宜性研究

自然地帶性規(guī)律是地表水熱狀況組合的影響結(jié)果,其主要表現(xiàn)之一是自然帶界線的分布高度隨水熱條件而呈現(xiàn)規(guī)律性變化[44]。根據(jù)干燥指數(shù)、降水量等具有地帶性特征因子,陳法楊等[45]、蔡建勤等[46]、第寶鋒等[47]將全國(guó)劃分為 4個(gè)水土保持生態(tài)自然修復(fù)類型區(qū):濕潤(rùn)生態(tài)自然修復(fù)類型區(qū)、半濕潤(rùn)生態(tài)自然修復(fù)類型區(qū)、半干旱生態(tài)自然修復(fù)類型區(qū)、干旱生態(tài)自然修復(fù)類型區(qū);王永軍等[48]對(duì)長(zhǎng)江上游 362個(gè)縣級(jí)行政區(qū)域進(jìn)行了濕潤(rùn)、半濕潤(rùn)、半干旱的 3個(gè)生態(tài)自然修復(fù)分區(qū)。

地球上各種植被類型的分布,基本上取決于熱量和水分等相應(yīng)的氣候條件,而我國(guó)自然區(qū)域水熱條件呈現(xiàn)規(guī)律性變化,因此,植被也表現(xiàn)地帶性的特征。根據(jù)植被地帶性,第寶鋒等[47]將我國(guó) 4個(gè)一級(jí)類型區(qū)劃分為 16個(gè)具有地帶性特征的二級(jí)生態(tài)自然修復(fù)區(qū);王永軍等[48]對(duì)長(zhǎng)江上游 3個(gè)生態(tài)自然修復(fù)分區(qū)劃分為 5個(gè)二級(jí)生態(tài)自然修復(fù)區(qū);汪習(xí)軍[49]把黃土高原劃分為西北部干旱半干旱草原帶草灌修復(fù)區(qū)、中部半干旱森林草原帶喬灌草修復(fù)區(qū)和東南部半濕潤(rùn)闊葉林帶喬灌修復(fù)區(qū)。

自然地帶性產(chǎn)生的區(qū)域差異對(duì)生態(tài)自然修復(fù)的影響很大,掌握自然地帶性規(guī)律,充分利用各地有利條件,進(jìn)行生態(tài)修復(fù)適宜性評(píng)價(jià),實(shí)施合適的修復(fù)措施,取得最佳的效益。

3.5 基于 GIS的適宜性研究

遙感和 GIS的興起為生態(tài)自然修復(fù)評(píng)價(jià)帶來(lái)了技術(shù)上的革新,它將空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)完美地結(jié)合在一起,并且具有強(qiáng)大的空間分析能力,使對(duì)生態(tài)自然修復(fù)適宜性這種空間復(fù)雜系統(tǒng)的分析、評(píng)價(jià)更具科學(xué)性。

程建權(quán)[50]總結(jié)了 GIS對(duì)空間性多指標(biāo)定量化的空間分析方法,為空間決策分析提供基礎(chǔ)。陳崇成等[51]通過(guò) Arcview3.1提供的接口函數(shù),實(shí)現(xiàn)了Avenue和 VB間的數(shù)據(jù)傳輸和表現(xiàn),集空間數(shù)據(jù)管理、空間應(yīng)用分析模型和土地利用方式改造可視化決策支持于一體,為生態(tài)自然修復(fù)評(píng)價(jià)和土地利用優(yōu)化配置提供了很好的決策工具。沈素真等[52]基于 GIS技術(shù)平臺(tái),對(duì)生態(tài)自然修復(fù)影響因子采用特爾非法量化賦值進(jìn)行了空間疊加分析。陳麗慧等[53]以根溪河小流域?yàn)檠芯繀^(qū)域,選擇土壤有機(jī)質(zhì)、植被覆蓋度、坡度、土壤侵蝕強(qiáng)度等作為評(píng)價(jià)指標(biāo),基于 GIS構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)模型,對(duì)多源數(shù)據(jù)進(jìn)行空間分析,得到生態(tài)自然修復(fù)定量化評(píng)價(jià)結(jié)果圖。王奉英[54]利用遙感圖像,結(jié)合地理信息系統(tǒng)技術(shù)建立了淮河流域生態(tài)修復(fù)管理數(shù)據(jù)庫(kù),進(jìn)行了生態(tài)自然修復(fù)適宜評(píng)價(jià)范圍及生態(tài)自然修復(fù)規(guī)劃,將結(jié)果落實(shí)到具體區(qū)域上。

借助遙感和 GIS技術(shù)使生態(tài)自然修復(fù)適宜性評(píng)價(jià)更加方便可操作。雖然目前在這方面的研究還不多,研究技術(shù)還不完善,但生態(tài)修復(fù)適宜性評(píng)價(jià)的發(fā)展趨勢(shì)會(huì)更向這方面靠近。比如 GIS與評(píng)價(jià)模型集成化、以 GIS為平臺(tái)的生態(tài)自然修復(fù)適宜評(píng)價(jià)二次開發(fā),基于 GIS人工智能以及多種方法綜合的研究,基于 Web服務(wù)的土地適宜性評(píng)價(jià) PSE設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)等等,都為生態(tài)自然修復(fù)適宜評(píng)價(jià)發(fā)展提供了很好的途徑。

3.6 人為促進(jìn)措施適宜性研究

水土保持生態(tài)自然修復(fù)取得的成效中,人為促進(jìn)措施不可忽視,人為促進(jìn)措施能改善植物生長(zhǎng)環(huán)境因子,與自然修復(fù)相輔相成,共同促進(jìn)生物生長(zhǎng)、繁衍,加快生態(tài)系統(tǒng)的自然演替,保證生態(tài)自然修復(fù)又快又好地進(jìn)行;因此,對(duì)人為促進(jìn)措施適宜性分析顯得尤為重要。

林敬蘭等[28]對(duì)福建省進(jìn)行了生態(tài)修復(fù)分區(qū),根據(jù)分區(qū)的結(jié)果確定了不同區(qū)生態(tài)修復(fù)方向,是采用自然修復(fù)還是人為促進(jìn)措施,主要分為:1)閩北閩中內(nèi)陸山地丘陵盆谷輕度水蝕自然修復(fù)區(qū);2)閩東北沿海山地丘陵中強(qiáng)度水蝕人工輔助修復(fù)區(qū);3)閩西南內(nèi)陸山地丘陵中強(qiáng)度水蝕自然 +人工輔助修復(fù)區(qū);4)閩東南丘陵臺(tái)地強(qiáng)度水蝕人工促進(jìn)修復(fù)區(qū);5)閩東南沿海島嶼平原輕中度水蝕風(fēng)蝕自然修復(fù)區(qū),為區(qū)域規(guī)劃提供決策。田立生等[11]根據(jù)群落空間分布格局和林下更新的分析,闡明適宜人工干預(yù)對(duì)生態(tài)自然修復(fù)的促進(jìn)作用。陳奇伯等[55]通過(guò)對(duì)金沙江上游滇西北高原植物群落、土壤理化分析、徑流小區(qū)觀測(cè),對(duì)陸生生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)自然恢復(fù)效果研究表明,人工干擾形成的退化生態(tài)系統(tǒng)通過(guò)人為誘導(dǎo)修復(fù),可在較短時(shí)間內(nèi)形成功能較完善的人工生態(tài)系統(tǒng)。程積民等[56]在黃土高原半干旱區(qū)灌草植被的自然恢復(fù)重建研究表明,以鄉(xiāng)土植物為主的人工改良措施,不但改變了群落的物種結(jié)構(gòu),而且還大幅度地提高了生物產(chǎn)量。人為促進(jìn)修復(fù)的作用逐漸被人們重視,但要使人為作用起到最優(yōu)效果,還需從生態(tài)自然修復(fù)的內(nèi)在機(jī)制、群落演替的原動(dòng)力、人為促進(jìn)修復(fù)的功能上進(jìn)行研究和探討,準(zhǔn)確把握人為干預(yù)的時(shí)間、過(guò)程、措施等。

4 小結(jié)

綜上所述,我國(guó)水土保持生態(tài)自然修復(fù)的適宜性研究呈現(xiàn)一定特點(diǎn),研究范圍不斷拓展,評(píng)價(jià)指標(biāo)更加多元化,定性與定量相結(jié)合的方法、自然地帶性分析貫穿于大多數(shù)生態(tài)自然修復(fù)適宜性評(píng)價(jià)過(guò)程,模糊聚析等也得到使用,GIS技術(shù)被逐步利用,并且各種技術(shù)、方法相結(jié)合在取長(zhǎng)補(bǔ)短中共同推動(dòng)著生態(tài)自然修復(fù)適宜性研究的發(fā)展。

實(shí)施水土保持生態(tài)自然修復(fù),離不開自然因素和人為因素的作用,二者缺一不可。如果只注重自然條件,沒(méi)有人去制止有礙生態(tài)自然修復(fù)的活動(dòng)或人為引導(dǎo)生態(tài)自然修復(fù)的輔助措施,生態(tài)自然修復(fù)目的又快又好實(shí)現(xiàn)是不可能的;如果在各方面都做了努力,但自然條件不具備,也不能很好地實(shí)現(xiàn)生態(tài)自然修復(fù)目的:因此,進(jìn)行水土保持生態(tài)自然修復(fù)適宜性研究,有利于確定采取怎樣的自然修復(fù)方式,實(shí)施什么樣的具體促進(jìn)修復(fù)措施,研究生態(tài)可自然修復(fù)性與農(nóng)、林、牧用地以及糧食安全、畜牧業(yè)持續(xù)發(fā)展的基本關(guān)系;明確一定區(qū)域內(nèi)生態(tài)自然修復(fù)、人工植被建設(shè)、封禁的比例、強(qiáng)度與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的協(xié)調(diào)關(guān)系,為不同區(qū)域生態(tài)自然修復(fù)提供指導(dǎo)性決策。

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Analysis on the suitability of natural ecological restoration for soil and water conservation

Nie Binbin1,2,Cai Qiangguo2,Qi Junyu2,CuiPuwei2,3,Chen Xiao'an2,3

(1.College of Horticulture and Forestry Sciences,Huazhong Agriculture University,430070,Wuhan;2.Key Laboratory ofWater Cyc le and Related Land Surface Process,Institute of Geographic Sciencesand Natural Resources Research,Chinese Academy of Sciences,100101,Beijing;3.College of Resources and Environment,Huazhong Agriculture University,430070,Wuhan:China)

It has a very strong practical significance to research on suitability of natural ecological restoration under different natural conditions and implementation of soil and water conservation.According to the theories of natural ecological restoration,the effectsofnatural factors and human factors on the function of the natural ecological restoration are analyzed.And then the suitability of natural ecological restoration for soil and water conservation is analyzed qualitatively and quantitatively.Zonal regionalization and application ofGIS technology aswellas the function and suitablemeasuresofartificial ecological restoration are discussed in this paper.Themethods to evaluate suitability of natural ecological restoration come up with new development.

natural ecological restoration;suitability;zonality;GIS

2009-11-05

2010-05-25

項(xiàng)目名稱:973國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃“中國(guó)主要水蝕區(qū)土壤侵蝕過(guò)程與調(diào)控研究”(2007CB407207)

聶斌斌(1983—),男,碩士研究生。主要研究方向:生態(tài)修復(fù)。E-mail:binny123@163.com

?責(zé)任作者簡(jiǎn)介:蔡強(qiáng)國(guó)(1946—),男,研究員。主要研究方向:土壤侵蝕、流域侵蝕產(chǎn)沙模擬和GIS應(yīng)用。E-mail:caiqg@igsnrr.ac.cn.

(責(zé)任編輯:程 云)