陳亞寧,陳亞鵬,朱成剛,李衛(wèi)紅

1 中國(guó)科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所,荒漠與綠洲生態(tài)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 烏魯木齊 830011 2 中國(guó)科學(xué)院大學(xué), 北京 100049

生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)管理(sustainable management of ecosystem)是以可持續(xù)性為總體目標(biāo)的生態(tài)系統(tǒng)管理,是一個(gè)面向目標(biāo)的管理,與傳統(tǒng)的面向問題的管理方法不同[1- 2]。生態(tài)系統(tǒng)管理的可持續(xù)性既是一個(gè)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的目標(biāo),也是一個(gè)自然資源管理和生態(tài)系統(tǒng)管理目標(biāo),而生態(tài)系統(tǒng)本身的復(fù)雜多變性、動(dòng)態(tài)性以及外來干擾的不確定性,使得對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)的管理也要有較大的適應(yīng)和變化能力,而不是靜止的和一成不變的。

我國(guó)西北干旱區(qū)地處中緯度地帶的歐亞大陸腹地,是我國(guó)最為典型的脆弱生態(tài)區(qū)之一[3],同時(shí)是全球氣候變化下的敏感地區(qū)[4- 5]。從國(guó)家生態(tài)安全格局來看,西北干旱區(qū)防治沙漠化威脅具有全局性戰(zhàn)略意義[6]。中國(guó)西北干旱區(qū)以荒漠為主體,中國(guó)西部未來的發(fā)展是寄望于荒漠區(qū)的保育與開發(fā)。中國(guó)西北干旱荒漠區(qū)光熱條件好,發(fā)展?jié)摿薮?。然?干旱荒漠區(qū)脆弱的生態(tài)系統(tǒng)決定了其對(duì)干擾抵抗和恢復(fù)能力低、自維持和自調(diào)控功能弱的特點(diǎn),生態(tài)系統(tǒng)管理面臨著諸多難點(diǎn),形勢(shì)嚴(yán)峻。我國(guó)西北干旱荒漠區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的保育、恢復(fù)與可持續(xù)管理一方面要基于干旱荒漠區(qū)自身的環(huán)境特點(diǎn),有別于我國(guó)東部地區(qū)。同時(shí),還要結(jié)合不同類型區(qū)生態(tài)條件、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r來綜合考慮和制定對(duì)策。

1 生態(tài)系統(tǒng)管理面臨的問題與難點(diǎn)

干旱荒漠區(qū)自然資源的相對(duì)豐富和生態(tài)環(huán)境的極端脆弱交織在一起,嚴(yán)峻的荒漠化現(xiàn)實(shí)使得資源開發(fā),經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)生態(tài)安全的需求極為迫切,生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)管理面臨的形勢(shì)嚴(yán)峻,生態(tài)系統(tǒng)保育與恢復(fù)的難點(diǎn)突出。

1.1 資源開發(fā)中的生態(tài)與經(jīng)濟(jì)矛盾突出

西北干旱區(qū)以荒漠為主體(圖1),荒漠區(qū)面積占全國(guó)荒漠區(qū)總面積的63.7%,沙源豐富,是一個(gè)資源性缺水大區(qū),水資源開發(fā)中的生態(tài)與經(jīng)濟(jì)矛盾十分突出。不僅如此,農(nóng)業(yè)用水占比過高,達(dá)93.6%,強(qiáng)烈擠占了生態(tài)用水,綠洲面積擴(kuò)大、綠洲經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí),下游河道斷流、湖泊干涸、荒漠化加劇、荒漠-綠洲過渡帶萎縮,生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)受損和功能紊亂,生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能下降。脆弱的生態(tài)系統(tǒng)、低下的生態(tài)功能是我國(guó)西北干旱區(qū)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)管理的難點(diǎn)。

圖1 西北干旱區(qū)示意圖Fig.1 Sketch map of northwest arid region in China

1.2 氣候變暖加劇干旱區(qū)沙漠化過程

全球變暖的大背景對(duì)干旱荒漠區(qū)生態(tài)系統(tǒng)可能產(chǎn)生多方面影響。不少研究者認(rèn)為,全球變暖,特別是中緯度地區(qū)氣候變暖可能加劇干旱區(qū)的旱化,加大蒸散發(fā)潛力,導(dǎo)致草場(chǎng)灌叢化[7-8]；還有學(xué)者提出,中國(guó)風(fēng)沙災(zāi)害加劇是在氣候趨于干燥化的背景下,人類大面積發(fā)展沙區(qū)生產(chǎn)造成的,并認(rèn)為未來中國(guó)風(fēng)沙災(zāi)害的發(fā)展主要取決于氣候增溫背景下的降水時(shí)空分布、沙區(qū)風(fēng)力變化與土地利用格局調(diào)整[9-10]。

1.3 生態(tài)水權(quán)與長(zhǎng)效保障機(jī)制缺失

西北干旱區(qū)以內(nèi)陸河為主體,而內(nèi)陸河流域是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的水環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)。系統(tǒng)內(nèi)的水因子與生態(tài)環(huán)境因子相互聯(lián)系、相互制約,共同構(gòu)成了河流生態(tài)系統(tǒng)的主體。西北干旱區(qū)生態(tài)系統(tǒng)退化與水資源分配不合理且浪費(fèi)嚴(yán)重有密切關(guān)系,主要表現(xiàn)為：生產(chǎn)與生態(tài)、開發(fā)與保護(hù)等問題未能正確處理,資源開發(fā)與生態(tài)保護(hù)之間的關(guān)系尚未理順,生態(tài)長(zhǎng)效保障機(jī)制不完善。同時(shí),流域生態(tài)水權(quán)管理體制缺失,生態(tài)用水難以得到保障,水資源開發(fā)和利用存在多元主體。盡管在過去一段時(shí)間里,生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)管理的相關(guān)思路、方法與技術(shù)等在學(xué)術(shù)界已經(jīng)達(dá)成共識(shí),但是還遠(yuǎn)未納入各級(jí)政府和職能部門的決策過程。

2 生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)管理理念

西北干旱區(qū)是國(guó)家絲路經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)文明建設(shè)的核心區(qū)。針對(duì)西北干旱區(qū)不同類型生態(tài)區(qū)資源開發(fā)利用與生態(tài)環(huán)境建設(shè)需求,研究確立了荒漠生態(tài)系統(tǒng)保育恢復(fù)的生態(tài)閾值,提出了荒漠植被恢復(fù)重建過程中生態(tài)融合和綠洲生態(tài)系統(tǒng)保育的生態(tài)梯度理念,為西北干旱區(qū)人與自然和諧發(fā)展提供宏觀戰(zhàn)略指導(dǎo)。

2.1 荒漠生態(tài)系統(tǒng)保育恢復(fù)的生態(tài)閾值

生態(tài)閾值是生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)生一種狀態(tài)向另一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變的某個(gè)點(diǎn)或一段區(qū)間。生態(tài)閾值的確立對(duì)維系西北干旱區(qū)極端干旱環(huán)境下的荒漠植物生存、指導(dǎo)生態(tài)輸水具有重要意義。通過對(duì)不同地下水位埋深環(huán)境下荒漠河岸林植物的生理生化指標(biāo)(葉綠素、可溶性糖、脯氨酸、丙二醛、超氧化物歧化酶和過氧化物酶)的測(cè)試分析,推斷出胡楊的脅迫地下水位和臨界地下水位分別為4 m和10 m,檉柳分別為5 m和9 m,蘆葦生存的適宜地下水位為2.5—3 m,脅迫地下水位為3.5 m[11]。對(duì)荒漠河岸林植物生態(tài)位寬度和生態(tài)位重疊特征的分析發(fā)現(xiàn),包括喬木、灌木和部分草本植物等大部分物種,在地下水位4—6 m處,生態(tài)位寬度最大,對(duì)有限水資源的利用能力最強(qiáng),生態(tài)位分化明顯,不同物種占據(jù)各自不同的資源利用位置,相互間沒有明顯的重疊,種間競(jìng)爭(zhēng)不激烈,能夠相互適應(yīng)；當(dāng)?shù)叵滤淮笥?0 m后,植被則衰退為單一的檉柳群落,生態(tài)位重疊明顯,草本植物以及草、灌、喬之間存在顯著的競(jìng)爭(zhēng)排斥關(guān)系,由于資源嚴(yán)重不足,僅有檉柳屬植物能夠生存[12-13]。

從物種多樣性角度來看,當(dāng)?shù)叵滤?—4 m時(shí),物種多樣性最高,其次為4—6 m,再次為0—2 m。Hill多樣性指數(shù)還表明,以地下水位6 m和10 m為界,多樣性變化明顯區(qū)分3個(gè)不同的變化階段,其中地下水位在6 m以下時(shí),多樣性銳減,且曲線最終趨于平直,即塔里木河下游物種多樣性顯著變小的臨界地下水埋深可能為6 m；而維持較高物種多樣性的適宜地地下埋深則可能為2—4 m[14-15]。

2.2 綠洲生態(tài)系統(tǒng)安全的生態(tài)防護(hù)梯度

綠洲生態(tài)系統(tǒng)由天然綠洲生態(tài)系統(tǒng)和人工綠洲生態(tài)系統(tǒng)兩大系統(tǒng)所構(gòu)成[16]。天然綠洲生態(tài)系統(tǒng)分布在人工綠洲的外部,以自然水過程或天然降水為基礎(chǔ)而生存,其生物物種、群落結(jié)構(gòu)、生態(tài)系統(tǒng)的外部形態(tài)都是由自然過程所規(guī)定,在南疆等地亦被稱為荒漠-綠洲過渡帶。該系統(tǒng)的生態(tài)功能表現(xiàn)為維系干早荒漠區(qū)的生物多樣性,并以規(guī)模性生物系統(tǒng)有效排解或化解風(fēng)沙、干熱風(fēng)等對(duì)人工綠洲的侵?jǐn)_。

在西北干旱荒漠區(qū),綠洲和荒漠-綠洲過渡帶必須保持一定的比例,才能和諧共存?；哪?綠洲過渡帶的存在對(duì)人工綠洲的生態(tài)安全起到了重要屏障作用,對(duì)維系人工綠洲可持續(xù)發(fā)展有著重要的意義。為此,我們提出在干旱區(qū)構(gòu)建以生態(tài)梯度為核心的防護(hù)模式,形成穩(wěn)定且具有強(qiáng)大生態(tài)服務(wù)功能的綠洲生態(tài)安全保障體系,即在綠洲外圍的荒漠-綠洲過渡帶實(shí)施封育保護(hù),形成寬闊的草、灌結(jié)合的固沙沉沙帶；在綠洲邊緣建設(shè)喬、灌結(jié)合的人工骨干防護(hù)林帶；在綠洲內(nèi)部建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田林網(wǎng)。其中,綠洲外圍區(qū)的荒漠喬灌木林是綠洲人工防護(hù)林體系的延伸,是聯(lián)系綠洲與荒漠的過渡帶,對(duì)荒漠化向綠洲的侵入起著吸納和緩沖的作用,具有重要的生態(tài)功能。人工防護(hù)林是人工綠洲的骨骼,起著降低風(fēng)速和改善綠洲生態(tài)環(huán)境的作用。這樣,以荒漠喬灌木林為主體的綠洲邊緣荒漠生態(tài)系統(tǒng)和以人工林為骨骼的綠洲內(nèi)部防護(hù)林體系有機(jī)統(tǒng)一,相得益彰,既順應(yīng)了荒漠-綠洲的自然環(huán)境特點(diǎn),也從地域空間上進(jìn)行了綠洲邊緣荒漠林與人工防護(hù)林體系的生態(tài)整合。

3 生態(tài)系統(tǒng)保育修復(fù)技術(shù)與模式

通過理論研究和試驗(yàn)示范,結(jié)合西北干旱區(qū)生態(tài)條件,我們研發(fā)集成了退化群落改造與生態(tài)多樣性構(gòu)建技術(shù)模式、植物群落結(jié)構(gòu)優(yōu)化配置、組裝與生態(tài)融合技術(shù)模式、干旱荒漠區(qū)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)水分利用與生態(tài)自維持技術(shù)模式、荒漠河岸林胡楊萌蘗更新技術(shù)等生態(tài)保育修復(fù)技術(shù)和模式,這些技術(shù)與模式的研發(fā)對(duì)于促進(jìn)干旱荒漠區(qū)受損生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)與重建,脆弱生態(tài)系統(tǒng)的保育具有重要作用。

圖2 生境改善、種源補(bǔ)充現(xiàn)場(chǎng)照Fig.2 Field photos of habitat improvement and seed supplement

3.1 退化群落改造與生態(tài)多樣性構(gòu)建技術(shù)組合與模式

退化群落改造與生態(tài)多樣性構(gòu)建技術(shù)組合包括種源補(bǔ)充生境改善技術(shù)、荒漠植物群落自然發(fā)生人工激發(fā)技術(shù)、荒漠植被自然恢復(fù)人工促進(jìn)技術(shù)等,人工加速植被恢復(fù),實(shí)現(xiàn)對(duì)退化群落的人工改造。

該技術(shù)模式適用于我國(guó)西北退化荒漠河岸林區(qū),氣候?yàn)楦珊祷哪畾夂?年均降水量少于200 mm。但該技術(shù)模式要求實(shí)施區(qū)有灌溉水源、一般是在河道附近實(shí)施。

(1)種源補(bǔ)充生境改善技術(shù)

技術(shù)思想——生態(tài)退化導(dǎo)致生物群落物種丟失和種源短缺,并且受非生物因素控制,缺乏繁育條件,群落難以自然發(fā)生,在進(jìn)行人工種源補(bǔ)充的同時(shí),通過一定的人工措施改善繁育生境,促進(jìn)和加速其生態(tài)恢復(fù)(圖2)。

主要技術(shù)措施——① 種子采集和處理。根據(jù)退化植物群落物種構(gòu)成和參考生態(tài)系統(tǒng)物種構(gòu)成,在種子成熟時(shí)采集退化植物群落丟失物種的種子,檢測(cè)種子活力,并進(jìn)行低溫保存。② 生境改善。在4—5月份利用地下水或9—10月的河水對(duì)荒漠植被進(jìn)行不定期漫灌補(bǔ)水。利用灌水前開墾的犁溝,因勢(shì)利導(dǎo),引導(dǎo)水流盡可能地均勻灌溉。對(duì)荒漠植被進(jìn)行灌溉,不僅可以激活土壤種子庫中的種子,促進(jìn)種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng),而且還能改善退化群落丟失物種的繁育生境。③ 種源補(bǔ)充。灌溉補(bǔ)水時(shí),在通過水流撒播退化群落丟失物種種子,模擬丟失物種—種群的自然生繁過程。

(2)荒漠植物群落自然發(fā)生人工激發(fā)技術(shù)

技術(shù)思想——在有種源保障的條件下,利用地表水過程,在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)空范圍內(nèi),通過改變退化生態(tài)系統(tǒng)土壤水分條件,有效激活退化荒漠生態(tài)系統(tǒng)的土壤種子庫,促進(jìn)和加速退化生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)恢復(fù)。

主要技術(shù)措施——在土壤種子庫0—5 cm種子密度大于200 粒/m2的生態(tài)退化區(qū),在4—5月份利用地下水或9—10月的河水對(duì)退化荒漠植被進(jìn)行不定期漫灌補(bǔ)水。利用灌水前開墾的犁溝,因勢(shì)利導(dǎo),引導(dǎo)水流盡可能地均勻灌溉。對(duì)退化荒漠生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行灌溉,可以激活土壤種子庫中的種子,促進(jìn)種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)。

(3)荒漠植被自然恢復(fù)人工促進(jìn)技術(shù)

技術(shù)思想——根據(jù)生境狀況,選擇性改變種植地條件,依靠天然傳播種子機(jī)制,促進(jìn)退化荒漠植被的恢復(fù)。具體技術(shù)途徑是將種源補(bǔ)充生境改善技術(shù)與荒漠植物群落自然發(fā)生人工激發(fā)技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用。

主要技術(shù)措施——① 種子采集和處理。在6月至10月檉柳、胡楊種子成熟時(shí)采集種子。當(dāng)蒴果由綠變黃,少數(shù)蒴果開裂時(shí),即應(yīng)抓緊采收。采種時(shí),應(yīng)選擇生長(zhǎng)旺盛,花枝繁茂的植株。采集的碩果如果當(dāng)時(shí)不撒播,應(yīng)攤開或曬干；② 生境改善。在8—9月份利用河流洪水對(duì)退化荒漠生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行灌溉。利用灌水前開墾的犁溝,因勢(shì)利導(dǎo),引導(dǎo)水流盡可能地均勻灌溉。對(duì)荒漠植被進(jìn)行灌溉,不僅可以激活土壤種子庫中的種子,促進(jìn)種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng),而且還能改善退化群落丟失物種的繁育生境；③ 種子撒播。灌溉補(bǔ)水時(shí),在棄水的入水口撒播檉柳、胡楊種子,模擬檉柳(胡楊)種群的自然生繁過程。第二年再補(bǔ)水兩次,并引導(dǎo)其根系向深層伸展,兩年生的檉柳即可免灌而自維持。

(4)人工加速植被恢復(fù)與退化群落的人工改造技術(shù)

技術(shù)思想——因人為干擾影響和嚴(yán)重缺水,荒漠植被群落結(jié)構(gòu)遭到破壞,植被蓋度下降。在離水源較近的地段,利用土壤種子庫、種子流進(jìn)行群落改造。這是因?yàn)橹脖粐?yán)重退化地段,結(jié)種母樹較少,土壤含水率低,植被的天然更新受阻。利用土壤種子庫或人工撒種,促進(jìn)嚴(yán)重退化地段植物種群的發(fā)生和植被的恢復(fù)。

主要技術(shù)措施——① 種子采集和處理。檉柳種類較多,種子成熟期也不一致,新疆從6月起到10月都有檉柳種子成熟,種子易飛散。當(dāng)蒴果由綠變黃,少數(shù)蒴果開裂時(shí),即應(yīng)抓緊采收。采種時(shí),應(yīng)選擇生長(zhǎng)旺盛,花枝繁茂的植株。采集的碩果如果當(dāng)時(shí)不撒播,應(yīng)攤開或曬干；② 開溝。在有檉柳種源的植被退化區(qū)進(jìn)行開溝,溝的深、寬為40—50 cm,溝間距離為2—4 m。可采用人工或機(jī)械開溝,在8—9月向溝內(nèi)蓄水。溝內(nèi)蓄水后,土壤鹽分受到灌水淋洗淡化,有利于種子的發(fā)芽和出苗。若種源不足,可在蓄水后向水面人工撒播檉柳(胡楊)種子；③ 灌水。在8—9月利用棄水對(duì)荒漠植被進(jìn)行不定期漫灌補(bǔ)水。利用灌水前開墾的犁溝,因勢(shì)利導(dǎo),引導(dǎo)棄水盡可能地均勻灌溉。對(duì)荒漠植被進(jìn)行灌溉,可以激活土壤種子庫中的種子,促進(jìn)種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)；④ 種子撒播。灌溉補(bǔ)水時(shí),在棄水的入水口撒播檉柳種子(也可撒播胡楊種子),模擬檉柳(胡楊)種群的自然生繁過程。第二年再補(bǔ)水兩次,并引導(dǎo)其根系向深層伸展,兩年生的檉柳即可免灌而自維持。

該技術(shù)模式先后在塔里木河下游大范圍推廣應(yīng)用,恢復(fù)一年后,示范區(qū)植被蓋度由原來的10%左右提升到50%,多年后增加到85.9%,Simpson多樣性指數(shù)由0.68增加到0.83。

3.2 植物群落結(jié)構(gòu)優(yōu)化配置、組裝與生態(tài)融合技術(shù)組合與模式

植物群落結(jié)構(gòu)優(yōu)化配置、組裝與生態(tài)融合技術(shù)組合包括植物群落結(jié)構(gòu)優(yōu)化配置與組裝技術(shù)、荒漠植物群落物種篩選與裝配技術(shù)、人工補(bǔ)植與荒漠植被生態(tài)整合技術(shù)等。

該技術(shù)模式適用于我國(guó)退化荒漠河岸林區(qū),在生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能受損,尚存植物群落斑塊的區(qū)域應(yīng)用。該技術(shù)模式需在實(shí)施區(qū)利用河水灌溉,恢復(fù)效果受河水水量影響較大。

(1)植物群落結(jié)構(gòu)優(yōu)化配置與組裝技術(shù)

技術(shù)思想——結(jié)合物種框架法和生物多樣性法,選取適宜的物種作為先鋒種或建群種人工植入次生裸地或植被退化嚴(yán)重的區(qū)域,通過群落自然演替或一定的人工干擾措施讓先鋒中或建群種逐步入侵并定居。

主要技術(shù)措施——選取鄉(xiāng)土優(yōu)勢(shì)建群種胡楊和檉柳,以及成功引入種沙拐棗作為預(yù)先植入的建群種；選取對(duì)土壤有一定改良作用的本地多年生豆科草本甘草和駱駝刺作為先鋒物種,通過人工直播的方式種植。

(2)荒漠植物群落物種篩選與裝配技術(shù)

技術(shù)思想——根據(jù)荒漠植物的生態(tài)適應(yīng)性,篩選能夠在極端環(huán)境下生存的物種,并根據(jù)參考生態(tài)系統(tǒng)植物群落發(fā)育的歷史生態(tài)軌跡和物種構(gòu)成模版進(jìn)行物種裝配。

主要技術(shù)措施——① 物種選擇。能夠在恢復(fù)區(qū)域穩(wěn)定地定居生長(zhǎng)；具有較寬的生態(tài)幅,能夠適應(yīng)環(huán)境變化；繁殖系數(shù)高,營(yíng)造技術(shù)成熟；② 種間搭配。根據(jù)健康群落物種構(gòu)成和自然演替物種定居序列進(jìn)行物種配置和組裝。

(3)人工補(bǔ)植與荒漠植被生態(tài)整合技術(shù)

技術(shù)思想——在不破壞原有天然植被的前提下,向退化荒漠植被中適度引入人工植被,并向人工植被有控制供水,在保證人工植被成活的同時(shí),產(chǎn)生一定的空間生態(tài)效應(yīng),使使融合區(qū)和響應(yīng)區(qū)的原有荒漠植被得到保育和恢復(fù)(圖3)。

主要技術(shù)措施——① 引入樹種。樹種主要選擇生長(zhǎng)穩(wěn)定、長(zhǎng)壽、抗旱性強(qiáng)的鄉(xiāng)土樹種,如：胡楊、灰楊、檉柳、梭梭、沙拐棗等；② 栽種技術(shù)。樹木栽種方法采用帶狀配置方式和穴狀局部整地方式,以常規(guī)造林方法栽植,株行距為2 m×2 m,樹坑大小為40 cm×40 cm×50 cm。同時(shí),鋪設(shè)輸水管線,確保人工栽種樹木的灌溉。融合區(qū)配置為4條人工植被帶+3條原生天然植被帶,其中人工植被帶的寬度為20—30 m,保留原生天然植被帶寬度為30—40 m。

該技術(shù)模式在塔里木河下游進(jìn)行了示范,一年后,植被蓋度由原來的不足5%提高到30%—40%左右,多年后,示范區(qū)植被覆蓋率提高了67%左右,達(dá)到了72%,Simpson多樣性指數(shù)由0.68增加到0.89。

圖3 生態(tài)融合示范區(qū)Fig.3 Demonstration area of ecological integration

圖4 胡楊斷根萌蘗Fig.4 Sprout tillers by broken roots of Populus euphratica

3.3 荒漠河岸林胡楊萌蘗更新技術(shù)

本技術(shù)適用于胡楊所在立地缺乏大面積地表漫溢條件,地下水位埋深較大(>4 m)且上層土壤(0—1 m)含水量較低(平均<3%),降水量小于100 mm,胡楊種群自然更新乏力的區(qū)段。該技術(shù)需對(duì)胡楊根系斷根,人工斷根效率低,而機(jī)械斷根可能會(huì)對(duì)周邊植被造成一定的破壞,因此需根據(jù)實(shí)施地的植被和地形情況,將兩種方式結(jié)合進(jìn)行斷根。

萌蘗更新的范圍——塔里木河下游大地形平坦,坡降1：4500—7900,但胡楊分布區(qū)微地形差異很大,落差高達(dá)2—5 m以上,地表面淀積40 cm厚細(xì)粒沙壤土,林內(nèi)運(yùn)輸不便,大部分胡楊分布區(qū)主河道下切較深。實(shí)施更新給水條件很困難,采用人工和調(diào)用機(jī)械挖掘也存在許多問題?，F(xiàn)階段胡楊的大面積更新恢復(fù)受給水條件等限制,采用人工輔助引水實(shí)現(xiàn)胡楊群落更新首先應(yīng)在河道附近0—150 m的范圍局部實(shí)施較宜。

主要技術(shù)——采用機(jī)械斷根和人工采挖斷根都可實(shí)現(xiàn)胡楊萌蘗更新,考慮到萌蘗以粗根為主,采用小型挖掘機(jī)或人工挖窄溝較宜,可減少大量裸露剖面土壤失水(圖4)。但人工斷根促進(jìn)萌蘗過程中需要達(dá)到一定的土壤深度并有適當(dāng)?shù)慕o水。距河岸0—50 m內(nèi)挖80—100 cm深斷根溝,距母樹5—10 m溝長(zhǎng)5 m,斷根后再于斷根處灌水5 m3。

通過塔里木河下游胡楊萌蘗更新示范地的調(diào)查發(fā)現(xiàn),每條斷根溝可以萌發(fā)3—10株幼苗不等,具體依據(jù)母株水平根分布特征及密度而定。斷根萌蘗實(shí)施半個(gè)月后開始萌芽,萌蘗的幼株當(dāng)年可以長(zhǎng)到1—1.5 m。

3.4 干旱荒漠區(qū)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)水分利用與生態(tài)自維持技術(shù)組合與模式

圖5 深溝側(cè)滲水分補(bǔ)給Fig.5 Water supply by deep ditch side seepage

(1)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)水分利用技術(shù)

物種選擇——以優(yōu)勢(shì)建群種胡楊、檉柳、以及成功引入種沙拐棗作為預(yù)先植入的建群種。

技術(shù)思想——利用胡楊、檉柳、沙拐棗等部分根系通過對(duì)干旱的感應(yīng)而形成的反饋調(diào)節(jié)機(jī)制, 通過水分誘導(dǎo)幼苗根系更多、更快地向土壤深層發(fā)展,增強(qiáng)植株水分吸收能力,并減少水分喪失。

主要技術(shù)要點(diǎn)——沿植樹淺溝旁50—80 cm處另開一個(gè)深及根部的深溝進(jìn)行灌溉(圖5),并隨著植入物種的發(fā)育,定期加深灌水溝,以誘導(dǎo)根系向深部生長(zhǎng),灌溉量采取總量控制,在整個(gè)植被生長(zhǎng)季節(jié)分2次或3次灌溉。

(2)生態(tài)可持續(xù)水分高效利用技術(shù)

技術(shù)思想——根據(jù)荒漠植物的水分利用特點(diǎn)和水分利用效率進(jìn)行物種裝配,提高荒漠植物群落整體水分利用效率。

主要技術(shù)措施——① 物種選擇。選擇生態(tài)適應(yīng)性強(qiáng)、水分利效率高的胡楊、檉柳、黑果枸杞、疏葉駱駝刺、羅布麻、花花柴、河西苣、脹果甘草作為物種裝配材料；② 群落構(gòu)建。根據(jù)健康群落物種構(gòu)成和自然演替物種定居序列進(jìn)行物種配置和組裝。

(3)干旱荒漠區(qū)生態(tài)自維持技術(shù)

技術(shù)思想——通過具有固氮酶活性、溶磷性和分泌生長(zhǎng)素的特殊內(nèi)生菌的浸染,提高植物群落生態(tài)自維持能力。

主要技術(shù)措施——在對(duì)塔里木河下游荒漠植物植物根際土壤微生物特性研究的基礎(chǔ)上,進(jìn)行了植物內(nèi)生菌的篩選。從多枝檉柳和黑果構(gòu)杞中分離具有固氮酶活性、溶磷性和分泌生長(zhǎng)素的特殊內(nèi)生菌,通過人工擴(kuò)繁浸染胡楊、檉柳、黑果枸杞、疏葉駱駝刺、羅布麻、花花柴、河西苣、脹果甘草等植物種子/苗木,應(yīng)用于生態(tài)恢復(fù),提高植物群落生態(tài)自維持能力。

(4)人工促進(jìn)種群發(fā)生與生態(tài)自維持技術(shù)

技術(shù)思想——利用胡楊、檉柳種子成熟后即可在適宜的環(huán)境條件下萌發(fā)、定居和建群的特性,人工創(chuàng)造適宜胡楊、檉柳種子萌發(fā)、定居的環(huán)境條件促進(jìn)種群發(fā)生,并通過侵染具有固氮酶活性、溶磷性和分泌生長(zhǎng)素的內(nèi)生固氮菌提高建植種群生態(tài)自維持能力。

主要技術(shù)措施——① 種子采集和處理。在7—9月胡楊、檉柳等植物種子成熟期采集種子。采集的碩果或種子如果當(dāng)時(shí)不撒播,攤開或曬干。② 開溝。溝的深、寬為40—50 cm,溝間距離為2—4 m。③ 灌水。在8—9月利用洪水對(duì)植被恢復(fù)區(qū)進(jìn)行不定期漫灌補(bǔ)水。對(duì)荒漠植被進(jìn)行灌溉,可以激活土壤種子庫中的種子,促進(jìn)種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)。④ 植物種子內(nèi)生固氮菌接種。用具有較強(qiáng)固氮、溶磷、分泌植物生長(zhǎng)激素能力和較強(qiáng)抗逆性能的EB20—THQ菌液浸泡胡楊、檉柳等植物種子5—10 h。⑤ 種子撒播。9—10月在洪水的入水口撒播有菌液浸泡胡楊、檉柳等植物種子,促進(jìn)檉柳、胡楊等植物種群的發(fā)生,并提高其生態(tài)自維持能力。

通過對(duì)塔里木河下游示范區(qū)的調(diào)查發(fā)現(xiàn)：深溝側(cè)滲使土壤下層含水量增加明顯,尤其是30—170 cm的土壤含水率,深溝側(cè)滲下要比普通灌溉方式高出73.2%。深溝側(cè)滲方式下,有機(jī)質(zhì)含量均值在3.78—5.19 g/kg范圍內(nèi)波動(dòng),較普通灌溉方式下提高了10%—30%。接種內(nèi)生固氮菌植株在正常供水及輕度干旱脅迫下的生物量(鮮重)分別較未接種植株增加19.6%、13.3%；生物量(干重)較對(duì)照分別增加了32%、27%。

4 結(jié)語

生態(tài)系統(tǒng)管理是在探索人類與自然和諧發(fā)展過程中逐漸形成和發(fā)展的一種新的管理思想,它基于對(duì)生態(tài)系統(tǒng)組成、結(jié)構(gòu)和功能的理解,將人類的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)和文化多樣性看作重要的生態(tài)過程,融合到一定時(shí)空尺度的生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)營(yíng)中,以恢復(fù)或維持生態(tài)系統(tǒng)的完整性和可持續(xù)性。中國(guó)西部干旱區(qū)生態(tài)環(huán)境極為脆弱,資源開發(fā)過程中的生態(tài)與經(jīng)濟(jì)矛盾十分突出,嚴(yán)重影響著區(qū)域社會(huì)穩(wěn)定與經(jīng)濟(jì)發(fā)展。干旱荒漠區(qū)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)管理涉及到眾多科學(xué)問題,如天然植被合理生態(tài)水位、脅迫水位、臨界水位、生態(tài)需水量、綠洲與荒漠的地下水、土壤、植被相互耦合關(guān)系,生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)過程中的植被群落演替規(guī)律與重建模式等。盡管,就這些方面的研究已陸續(xù)開展,并取得了一定的研究成果,但在今后一段時(shí)期內(nèi),干旱荒漠區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)管理研究仍然是生態(tài)學(xué)關(guān)注的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。