鮑淼 趙邈 林權(quán)富 張繼銀

（貴州省地礦局一一二地質(zhì)大隊(duì)，貴州安順 561000）

1 引言

貴州省是石漠化的重點(diǎn)地區(qū)之一，喀斯特地貌復(fù)雜多變，分布廣泛。脆弱的喀斯特生態(tài)地質(zhì)環(huán)境對(duì)土地石漠化具有明顯的促進(jìn)作用［1］?？λ固厥侨祟愒诖嗳醯目λ固厣鷳B(tài)環(huán)境中不合理的社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)，造成人類與土地之間的矛盾非常突出，土地植被破壞、水土流失、巖石裸露，土地自然修復(fù)能力下降甚至喪失，地球表面形象地呈現(xiàn)出類似荒漠化景觀的演變過程［2］。石漠化加劇了當(dāng)?shù)氐乃亮魇?，地質(zhì)生態(tài)環(huán)境惡化，同時(shí)導(dǎo)致了自然災(zāi)害頻發(fā)，并阻礙地方經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展，嚴(yán)重危害人民的正常生產(chǎn)和生活。生態(tài)環(huán)境問題是當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的一個(gè)重大問題，改善生態(tài)環(huán)境，增加群眾收入，提高人民生活水平，促進(jìn)生態(tài)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，是貴州省喀斯特地區(qū)石漠化治理的總目標(biāo)。為了控制石漠化的進(jìn)程，前人做了大量的研究工作，提出了許多防治措施，如生態(tài)產(chǎn)業(yè)化［3］、轉(zhuǎn)變農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式［4］、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型［5］、生態(tài)移民模式、封山育林模式、水資源開發(fā)利用模式、培植適生經(jīng)濟(jì)林木發(fā)展特色農(nóng)業(yè)模式、草地畜牧業(yè)模式［6］等。

如何恢復(fù)治理石漠化地區(qū)生態(tài)環(huán)境問題是貴州省經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要課題。本文通過對(duì)貴州省紫云苗族布依族自治縣（以下簡(jiǎn)稱“紫云縣”）石漠化的分布特征、形成石漠化的成因分析，結(jié)合蕨類植物的生長(zhǎng)特征進(jìn)行研究，探尋蕨類植物對(duì)貴州省紫云地區(qū)石漠化生態(tài)環(huán)境恢復(fù)治理的優(yōu)越性，為研究區(qū)石漠化恢復(fù)治理工程提供依據(jù)。

2 研究區(qū)石漠化特征

2.1 研究區(qū)石漠化概況

研究區(qū)紫云縣地處貴州高原向廣西丘陵區(qū)過渡的中低山盆谷地帶，石漠化主要發(fā)育在碳酸鹽巖中。紫云縣非石漠化面積占全縣土地面積的58%，潛在石漠化面積占14%，輕度石漠化面積占13%，中度石漠化面積占14%，重度石漠化面積占1%，重、中、輕度石漠化面積占28%。北部和兩峰之間的石漠化面積相對(duì)較小，石漠化嚴(yán)重地區(qū)處于研究區(qū)中部，且位于高海拔山脊之上。

區(qū)內(nèi)分布主要地層為二疊系和三疊系，巖性以灰質(zhì)白云巖、白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r等碳酸鹽巖為主，是我國典型的喀斯特巖溶地貌［7］。區(qū)內(nèi)碳酸鹽巖溶洞分布廣泛，表層土層較薄，植被覆蓋率低，基巖裸露嚴(yán)重，土地貧瘠，生產(chǎn)能力低下，農(nóng)民經(jīng)濟(jì)收入不容樂觀。但在許多石漠化嚴(yán)重的區(qū)域，蕨類植物生長(zhǎng)茂盛，且在蕨類植物繁盛的地區(qū)，根系土壤較厚，水土流失較少，極大改善了該地區(qū)生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀，見圖1。

2.2 石漠化的成因分析

研究區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候，區(qū)內(nèi)碳酸鹽巖成土能力低，在長(zhǎng)期巖溶作用下形成了地表和地下雙層空間結(jié)構(gòu)。大氣降水常通過地表巖溶裂隙、漏斗、陷坑、洼地等直接快速滲入地下巖溶空間，導(dǎo)致地表蓄水能力較差。植被和土壤的分布有限且分散，在石縫、溶溝、溶槽中心有不同厚度的土層。凸出部分分布有大量裸露巖石，形成半裸露巖溶地貌，是亞熱帶濕熱環(huán)境下巖溶地區(qū)特有的地貌類型。在水蝕化學(xué)風(fēng)化、水蝕物理風(fēng)化和土壤管理不當(dāng)?shù)倪^程中，原有不連續(xù)的土壤進(jìn)一步流失，導(dǎo)致大量巖溶基巖裸露，嚴(yán)重退化的土地呈現(xiàn)干燥狀態(tài)，其荒蕪程度與干旱氣候區(qū)沙漠相似。因此，土地退化屬于荒漠化范疇，是該地區(qū)最重要的環(huán)境問題。巖石的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)控制著土壤的形成條件，巖溶的水文地質(zhì)條件控制著水資源的空間分布，地形地貌控制著土壤侵蝕的水動(dòng)力條件［8］，氣候條件的影響、人類活動(dòng)的誘因［9］等因素綜合起來，成為研究區(qū)石漠化非常嚴(yán)重的主要因素。

3 蕨類植物的特點(diǎn)

蕨類植物又稱羊齒植物，是一類進(jìn)化水平最高的孢子植物，主要由根、莖、葉組成，有性生殖器官為精子器和頸卵管，無種子。我國蕨類植物主要分布在長(zhǎng)江以南各省區(qū)，大多為土生、石生或附生，喜陰濕溫暖的環(huán)境。

3.1 繁殖能力

通常肉眼所見的綠色蕨類植物是其孢子體。孢子體上產(chǎn)生孢子囊，每個(gè)孢子囊內(nèi)產(chǎn)生大量直徑為10～100 μm 的孢子。孢子具有很小的比重，懸浮在空氣中，隨著氣流或水流向不同的地方飄移。它們?cè)谶m宜的環(huán)境中萌發(fā)，長(zhǎng)出綠色的葉狀配子體。大多數(shù)蕨類植物屬于同一類型的孢子。孢子大小無差異，孢子萌發(fā)后在配子體不同部位產(chǎn)生頸卵器和精團(tuán)，分別產(chǎn)生雌配子卵和雄配子精子。雄配子和雌配子結(jié)合形成合子，發(fā)育成胚胎，然后成長(zhǎng)為普通的綠色孢子體。這個(gè)過程是蕨類植物獨(dú)特的生命周期，在其整個(gè)生命周期中，由于環(huán)境和其他條件的影響，一些過程發(fā)生了變化，導(dǎo)致了一些不規(guī)則的繁殖。

3.1.1 無孢子生殖

在孢子體上直接產(chǎn)生配子體，在自然界這是多倍體形成的一條途徑。在實(shí)驗(yàn)條件下，控制培養(yǎng)基的成分和比例常可誘導(dǎo)出無配子生殖和無孢子生殖兩種現(xiàn)象。有人認(rèn)為這和能量有關(guān)，能量充裕出現(xiàn)前者，而能量貧乏則出現(xiàn)后者。

此外，在自然界營養(yǎng)繁殖的現(xiàn)象也很普遍。在孢子體的一些部位（如葉軸、羽軸或葉脈）能產(chǎn)生芽孢，還有的葉軸頂端常延伸成鞭狀，能著地生根，產(chǎn)生新株。

蕨類植物的孢子體和種子植物一樣具有根、莖、葉和輸導(dǎo)系統(tǒng)的分化，能適應(yīng)陸地生活，獲得更多的營養(yǎng)，從而產(chǎn)生和種子一樣起生殖和傳播作用的孢子。孢子的量大、體積小，能被風(fēng)吹到很遠(yuǎn)的地方，遇到適宜的環(huán)境后生根發(fā)芽，因此，蕨類植物的繁殖能力極強(qiáng)。

3.1.2 無配子生殖

無配子生殖是配子體不產(chǎn)生配子而直接長(zhǎng)出新孢子體，這種現(xiàn)象在熱帶產(chǎn)的同型孢類中和石松的一些種中很常見。絕大多數(shù)的蕨類植物都屬于同孢型，孢子成熟后從孢子囊內(nèi)散布出來，落地后萌發(fā)生長(zhǎng)成為原葉體，叫做配子體。在同一配子體上產(chǎn)生頸卵器和雄精器（雌雄同體），但在異孢型的蕨類植物，配子體更為簡(jiǎn)化而有雌雄性之分（雌雄異體），雄配子體極小，不脫離小孢子壁，雌配子體較大，不脫離大孢子壁。精子憑水為媒介，借助于本身的纖毛運(yùn)動(dòng)，能和卵子進(jìn)行受精作用，產(chǎn)生配偶子，由此生長(zhǎng)發(fā)育成為綠色孢子體，也可叫作成長(zhǎng)的蕨類植物，在它的葉體上產(chǎn)生孢子囊，內(nèi)生孢子，孢子落地萌發(fā)又發(fā)育成原葉體。這樣，孢子世代的孢子體和配子世代的配子體相互交替一次，就完成蕨類植物的生長(zhǎng)周期。

3.2 固定水土的能力

蕨類植物具有根、莖、葉和輸導(dǎo)系統(tǒng)的分化。

3.2.1 根

蕨類植物只有不定根而無主根，通常叢生于直立的根狀莖末端，或散生在橫走根狀莖腹面，借以固定根狀莖。根內(nèi)具原生中柱，無次生生長(zhǎng)，不能加粗，表面生有根毛，可充分吸收水分、泥土及土中營養(yǎng)物質(zhì)。蕨類植物一般具有強(qiáng)大的根部系統(tǒng)，有利于在能量不足的情況下充分吸收養(yǎng)分。

3.2.2 莖

除桫欏科和蚌殼蕨科的部分種類具高大喬木狀直立莖外，絕大多數(shù)蕨類植物的莖都貼近地面稱根狀莖，或短而直立，斜升，或細(xì)長(zhǎng)橫走，少數(shù)為纏繞藤本，極少數(shù)呈灌木狀。其頂端通常被毛或鱗片，有的種類還被葉柄殘莖組成的防護(hù)罩所保護(hù)。

3.2.3 葉

蕨類植物葉子生長(zhǎng)非常茂盛，葉枯萎后仍然與主干緊密連接在一起，很難被雨水、風(fēng)等外力作用帶走而保留在植物根部。據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在蕨類植物生長(zhǎng)茂盛的區(qū)域，其根部常常堆積一層厚厚的落葉層，其厚度可達(dá)0.6 m。保留在根部的莖、葉腐爛后可為植物提供充足的養(yǎng)分而促進(jìn)植物的生長(zhǎng)。另外，蕨類植物的葉子枯萎后，卷縮成圓形狀、似圓形狀、薄片形狀等，圓形狀、似圓形狀中間可以吸附大量的水分、泥土，為植物的生長(zhǎng)提供充足的水分、土壤及營養(yǎng)物質(zhì)，保障植被的生長(zhǎng)發(fā)育，見圖2。

圖2 蕨類植物根部大量莖、葉腐爛原地堆積

3.3 生存條件

現(xiàn)代蕨類植物有11 500 多種，廣泛分布于世界各地，尤以熱帶和亞熱帶最為豐富。它們大都生存能力非常強(qiáng)，在極端環(huán)境條件下也能生長(zhǎng)得非常茂盛。據(jù)調(diào)查顯示，許多蕨類植物在缺少泥土甚至無土的人工碳酸鹽巖墻體、泥土燒制的土磚、碳酸鹽巖裸露的巖體上均能生長(zhǎng)（見圖3）。在這樣惡劣的環(huán)境中還能生長(zhǎng)的植物，必須具有很強(qiáng)的抗旱能力和自身具有保水保土能力以維持其生長(zhǎng)需要。孫雪婷等對(duì)蜈蚣蕨、普通鐵線蕨、腎蕨、狹翅巢蕨、銀脈鳳尾蕨5種蕨類植物抗旱生理指標(biāo)進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，這些蕨類植物對(duì)干旱具有主動(dòng)適應(yīng)性，具有很強(qiáng)的抗旱能力［10］。

圖3 蕨類植物生長(zhǎng)環(huán)境

4 結(jié)論與討論

蕨類植物在能量充足和能量不足的條件下，都可以靠無配子生殖、無孢子生殖2 種模式繁衍后代，其繁衍受外部因素影響較少。蕨類植物的生長(zhǎng)特征本身具有保水固土的能量，在缺少水土的環(huán)境下，也能繁殖生長(zhǎng)發(fā)育。石漠化區(qū)域本身就是缺水少土的區(qū)域，在這些區(qū)域大面積地培植蕨類植物，可以初步恢復(fù)該區(qū)域生態(tài)環(huán)境。

碳酸鹽巖廣布為石漠化的廣泛發(fā)育奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)［9］，貴州省石漠化主要發(fā)育在碳酸鹽巖中，據(jù)王世杰等研究［11］，碳酸鹽巖風(fēng)化成土壤的速度為1 m/Ma，在碳酸鹽巖地區(qū)，巖石風(fēng)化成土的能力較差，地表缺土現(xiàn)象嚴(yán)重。貴州省石漠化區(qū)的巖性主要為碎屑巖夾碳酸鹽巖、碳酸鹽巖與碎屑巖互層、碳酸鹽巖及碎屑巖、灰?guī)r與白云巖互層、純白云巖、純灰?guī)r6 種類型。這6 種巖石都屬于含水巖系，其中含有一定的水分，尤其是碎屑巖和白云巖，其含水性最強(qiáng)。據(jù)石漠化成因分析，石漠化區(qū)地表存在大量巖溶裂隙、漏斗、落水洞、洼地等，這些區(qū)域都能為蕨類植物提供生長(zhǎng)條件，為蕨類植物的生長(zhǎng)奠定物質(zhì)基礎(chǔ)。另外，研究區(qū)內(nèi)碳酸鹽巖長(zhǎng)期受地質(zhì)作用的影響，區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造、節(jié)理裂隙等較發(fā)育，巖石較破碎，這些構(gòu)造破碎面抗風(fēng)化能力相對(duì)較弱，含水性能更高，可為植物根系提供生長(zhǎng)空間。

貴州省碳酸鹽巖裸露的地區(qū)，屬于植物生長(zhǎng)所需的能量缺乏地區(qū)，根據(jù)蕨類植物生長(zhǎng)繁殖的特性，在碳酸鹽巖植物生長(zhǎng)能力不足的區(qū)域，蕨類植物同樣能生長(zhǎng)繁衍。

在貴州省碳酸鹽巖裸露的地區(qū)種植蕨類植物，蕨類植物枯萎后，可為該區(qū)域提供大量的腐質(zhì)物。同時(shí)，蕨類植物的莖、葉枯萎后仍然保留在原地，可為該區(qū)域的水分保持提供充足的條件。在碳酸鹽巖地區(qū)大量種植蕨類植物，可提高種植區(qū)土地肥力，保持水分，為后期的灌木植物、喬木植物的進(jìn)入奠定生長(zhǎng)基礎(chǔ)。

大量的野外調(diào)查表明，蕨類植物在缺土少水的碳酸鹽巖墻體、泥土燒制的土磚、碳酸鹽巖裸露的巖體中能夠茁壯生長(zhǎng)。在碳酸鹽巖發(fā)育的區(qū)域，具有蕨類植物生長(zhǎng)的基本條件，在該區(qū)域種植蕨類植物，同樣能茁壯成長(zhǎng)。在碳酸鹽巖地區(qū)大量種植蕨類植物，可提高石漠化治理效果，加快石漠化地區(qū)的治理進(jìn)程，極大改善石漠化地區(qū)的生態(tài)環(huán)境。