吳長榜

(貴州林業(yè)勘察設(shè)計有限公司，貴州 貴陽 550003)

1 引言

恢復(fù)生態(tài)學(xué)是應(yīng)用生態(tài)學(xué)的一個子學(xué)科，被認(rèn)為是應(yīng)用生態(tài)學(xué)的五大研究領(lǐng)域之一[1]。一個已退化生態(tài)系統(tǒng)的走向[2](圖1)可能有：①復(fù)墾(替代)(reclamation (replacement) )，即通過人為方式使土地變得可以耕種，以替代可修復(fù)到的原始狀態(tài)加以利用。②分為修復(fù)(rehabilitation)和恢復(fù)(restoration)兩個階段，第一階段為通過人為的修補、調(diào)整和優(yōu)化達(dá)到一種可恢復(fù)的狀態(tài)，并沒有回到原始生態(tài)系統(tǒng)的初始狀態(tài)；第二階段為在第一階段的基礎(chǔ)上恢復(fù)到原先的健康狀態(tài)。③自然過程(原生演替)Natural processes (primary succession)，退化生態(tài)系統(tǒng)在不受干擾的情況下自然恢復(fù)，回到原先健康狀態(tài)。因自然過程(原生演替)時間漫長，所以走向②是我們研究退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)最主要的方向。

圖1 改善退化生態(tài)系統(tǒng)的方案(引自喻理飛，2002；Bradshaw，1997)

喀斯特地區(qū)被列為我國四大生態(tài)環(huán)境脆弱地區(qū)之一，廣泛分布于我國的貴州、廣西、云南等西南省區(qū)，以貴州為世界上喀斯特發(fā)育最完全的連續(xù)地帶?？λ固氐貐^(qū)生境的主要特點有：土壤不連續(xù)分布，土層較淺薄，巖石裸露率高，小生境類型多樣等[3]。隨著人類活動日益頻繁，喀斯特森林逐步受到破壞，成為一個脆弱的生態(tài)系統(tǒng)。人類不合理開發(fā)利用導(dǎo)致喀斯特森林不斷退化，地區(qū)生態(tài)環(huán)境越來越惡化，水土流失加劇，石漠化面積日趨擴大。

早期關(guān)于喀斯特森林生態(tài)系統(tǒng)的研究，主要圍繞頂級群落和生態(tài)功能等方面展開，隨著恢復(fù)生態(tài)學(xué)的發(fā)展和人們對喀斯特生態(tài)系統(tǒng)的認(rèn)識，對喀斯特生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)演替的研究越來越多，大多集中在自然演替過程中植被和生境變化上的研究；也有研究喀斯特地區(qū)森林植被立地類型劃分；土壤種子庫等基礎(chǔ)工作；喀斯特植被根系等。本文針對喀斯特退化森林生態(tài)系，根據(jù)前人的研究，總結(jié)了喀斯特退化森林生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)系列理論和技術(shù)。希望能在以后喀斯特退化森林生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)與重建的應(yīng)用實施過程中起到參考作用。

2 退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)理論

2.1 生態(tài)演替理論

有學(xué)者認(rèn)為受損水域生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)最重要的理論基礎(chǔ)是生態(tài)演替[4]。生態(tài)演替理論也是喀斯特地區(qū)退化森林生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的重要理論基礎(chǔ)之一。表1總結(jié)了大部分生態(tài)演替理論[5～11]。

表1 生態(tài)演替理論或?qū)W說及其主要觀點

目前，干擾類型的不同是植物群落發(fā)生變化的主要原因[5]，干擾也是生態(tài)系統(tǒng)演替的外在驅(qū)動力[11]。不同立地條件下，控制生態(tài)演替類型的因素不同，如初始植物區(qū)系在皆伐裸露林地上可能就是主導(dǎo)因子?？λ固氐貐^(qū)由于人類的過度干擾，導(dǎo)致其自然環(huán)境惡劣，例如土被不連續(xù)、土層淺薄、巖石裸露率高、缺水等[12]。受到破壞的系統(tǒng)就難以恢復(fù)，用三重機制學(xué)說可以解釋其恢復(fù)過程中植被更替的規(guī)律。許多研究表明，隨著植被自然恢復(fù)的進(jìn)行，喀斯特地區(qū)群落植被群落高度、蓋度隨之增大[13]，土壤理化性質(zhì)也不斷改善[14,15]，各資源比例得到合理搭配，促使植被組成發(fā)生改變，符合自然演替規(guī)律。

2.2 其他恢復(fù)理論

退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)理論除了生態(tài)演替理論外，還有如圖2所示的一系列理論。

圖2 退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)理論

自我設(shè)計理論的觀點認(rèn)為，足夠的時間可以讓其合理組織自身并最終改變其組分；人為設(shè)計理論觀點認(rèn)為通過不同的工程方法和植物重建恢復(fù)退化生態(tài)系統(tǒng)。這個理論在北美應(yīng)用較多。宮脅森林重建法在日本被稱之為“新演替理論”，是著名植被生態(tài)學(xué)家、日本橫濱國立大學(xué)教授宮脅昭(Prof. Akira Miyawaki)創(chuàng)造和倡導(dǎo)的造林法。該方法提倡、強調(diào)用鄉(xiāng)土樹種恢復(fù)森林植被，從而在較短時間內(nèi)恢復(fù)本地森林生態(tài)系統(tǒng)[16]。撂荒理論在我國西北地區(qū)應(yīng)用較多[17]，根據(jù)限制因子原理，可以通過對立地條件進(jìn)行分析，選擇適當(dāng)?shù)臉浞N，從而改變限制因子的約束。如水是喀斯特地區(qū)植物生長發(fā)育的限制因子，可以選擇抗旱性樹種以提高植被恢復(fù)的成功率。Elery Hamilton-Smith[18]提出了當(dāng)前喀斯特生物多樣性的保護(hù)計劃(立法、瀕危物種恢復(fù)計劃、特殊棲息地保護(hù)、恢復(fù)與重建、建立國家公園或保護(hù)區(qū)、公眾教育)。在以往的植被恢復(fù)過程中，常常用到多樣性原理，保護(hù)恢復(fù)區(qū)物種多樣性，營造混交林，避免單一樹種造林，以提高系統(tǒng)的抗逆性。島嶼生物地理學(xué)原理認(rèn)為群落的物種組成決定于島嶼面積，即面積越大才能有更多的物種。只有大面積恢復(fù)森林植被，才能使區(qū)域內(nèi)森林植被發(fā)揮相應(yīng)的生態(tài)、社會、經(jīng)濟(jì)功能。

菌根生態(tài)學(xué)的研究和菌根在生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)中應(yīng)用的研究是目前生態(tài)學(xué)的研究熱點和退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的研究熱點。菌根真菌和植物的特殊共生關(guān)系正被人們從各個方面不斷剖析開。菌根與植物的共生關(guān)系正不斷應(yīng)用于退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)與發(fā)展。研究表明，菌根真菌可以促進(jìn)植物對養(yǎng)分元素的吸收[19]，提高植物的抗逆性[20,21]，促進(jìn)植物生長[22,23]，促進(jìn)土壤物質(zhì)養(yǎng)分循環(huán)[24]，有研究認(rèn)為AM真菌可以降低苗期不同植物個體大小差異[25]，從而介導(dǎo)系統(tǒng)內(nèi)物種競爭[26,27]。菌根的這些作用在喀斯特退化森林生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)與重建能夠起到重要作用，可以提高造林苗期成活率和競爭力。

喀斯特特殊背景下，由于人類活動頻繁，導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)惡化，生產(chǎn)力下降?？λ固厣鷳B(tài)系統(tǒng)的退化極大地影響著當(dāng)?shù)氐木用竦纳鏃l件。居民與森林的矛盾是此地區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)與重建極為重要的阻礙。迫于嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)壓力，人們不得不繼續(xù)放牧、砍樵、墾荒等；由于民俗民風(fēng)的傳承，墓地周邊的植被也經(jīng)常因火災(zāi)而受到破壞。這些都會不同程度地阻礙喀斯特森林生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)與重建，甚至造成更為嚴(yán)重的危害。所以在恢復(fù)與重建喀斯特森林生態(tài)系統(tǒng)時應(yīng)當(dāng)考慮生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會效益三大效益協(xié)調(diào)統(tǒng)一。經(jīng)濟(jì)效益可以提高廣大群眾的積極性，而廣大群眾的參與就可以促進(jìn)恢復(fù)與重建措施計劃的實施。但是生態(tài)效益也不可忽視，這就得營造兼顧生態(tài)和經(jīng)濟(jì)的造林類型，既可維護(hù)和改善土壤理化性質(zhì)，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，提高生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定，又使當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)得到發(fā)展，花江喀斯特典型峽谷區(qū)頂壇花椒的栽培就是一個很好的例子[28]。

3 退化喀斯特森林生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)技術(shù)

生態(tài)演替是一個循序漸進(jìn)的過程，所以在進(jìn)行喀斯特退化森林生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)過程中也應(yīng)該依據(jù)生態(tài)演替的規(guī)律有序進(jìn)行。所有的實施技術(shù)都必須遵循植被演替規(guī)律?？刹捎弥脖淮胧?、工程措施和農(nóng)業(yè)措施來進(jìn)行退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)。

3.1 封山育林

封山育林是我國傳統(tǒng)的植被恢復(fù)途徑，目前的定義為：借助植物自然繁殖能力在封禁后植物朝進(jìn)展方向演替的規(guī)律，把遭到破壞后留有疏林、灌草和荒山迅速封禁起來，施加人為的補植、補播、防止火災(zāi)等育林措施，人工壓縮更替期和加速森林群落的演替進(jìn)程，從而達(dá)到恢復(fù)和發(fā)展森林資源，發(fā)揮森林多種效益的目的。祝小科[29]，王芝勇[30]等研究認(rèn)為封山育林可促進(jìn)植被恢復(fù)，增加群落高度等。喻理飛[31]等研究得出喀斯特森林受干擾群落退化度從小至大排序為樵采干擾群落、開墾干擾群落、放牧干擾群落、火燒干擾群落。采取封山育林可以大大減少采樵、開墾、放牧和火燒等活動。

3.2 結(jié)構(gòu)調(diào)整技術(shù)

森林結(jié)構(gòu)決定其生態(tài)功能，反之又影響森林結(jié)構(gòu)的發(fā)育，森林結(jié)構(gòu)調(diào)整技術(shù)推動退化森林生態(tài)系統(tǒng)自然恢復(fù)?？λ固氐貐^(qū)的退化植被通常為藤刺灌叢，蓋度和密度通常很大，但是生產(chǎn)力低，通過自然恢復(fù)很難實現(xiàn)植被的發(fā)展，想要使植被生產(chǎn)力提高，可以通過人為結(jié)構(gòu)調(diào)整，培育目的樹種。

3.3 樹種選擇與配置組合技術(shù)

通過人工造林，引入樹種，是喀斯特退化森林生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的重要措施，選擇樹種、改造及利用小生境是措施的關(guān)鍵[2]。樹種的選擇要遵循“適地適樹”“定向培育”原則。因為區(qū)域生境多樣性，樹種選擇要根據(jù)自然群落，特別是當(dāng)?shù)仨敇O群落或原生性群落的種類組成，優(yōu)先考慮選優(yōu)良鄉(xiāng)土樹種，同時引入一些有培養(yǎng)前途，而且有栽培經(jīng)驗的樹種，以提高植被恢復(fù)速度[2]。充分篩選本地優(yōu)良適生樹種，根據(jù)立地條件設(shè)計最優(yōu)配置，從而更好地恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)功能。在喀斯特地區(qū)，對樹種配置組合還處于初始研究階段，還需要進(jìn)行大量研究，以選擇出喀斯特當(dāng)?shù)貎?yōu)良樹種配置組合，提高恢復(fù)效率。

3.4 生境改造和利用技術(shù)

喀斯特地區(qū)土被不連續(xù)且淺薄，臨時性干旱發(fā)生頻率高[2]。針對這些問題，解決的辦法有：①客土造林；②魚鱗坑整地(保土蓄水)；③造林穴表面覆蓋(保水保墑)；④栽針留灌撫闊技術(shù)(促進(jìn)形成混交林，創(chuàng)造有利的溫、濕度，土壤水分環(huán)境)；⑤切根苗造林(促進(jìn)側(cè)根發(fā)育，增加吸收面積)；⑥截桿造林(減少蒸騰)；⑦施用保水劑、生根粉。

3.5 宮脅森林重建法

宮脅森林重建法既是恢復(fù)重建理論，又包含了一系列支撐方法。它必須按照一定的順序進(jìn)行[16]：進(jìn)行植被調(diào)查和植被制圖→確定造林選用的種類→采集種子→育苗→栽植→管理(1～3年)。

3.6 植生袋技術(shù)

20世紀(jì)90年代日本研究出了一項植被恢復(fù)新技術(shù)—植生袋技術(shù)，并大量應(yīng)用于資本恢復(fù)，此項技術(shù)在日本國內(nèi)裸地的植被恢復(fù)中發(fā)揮了很大作用，并取得了很好的效果。這是指利用特制的無紡布或木漿紙等作為載體，置優(yōu)質(zhì)植物(喬木、灌木、草類)種子于其上并施入一定量肥料等基質(zhì)，經(jīng)過專門的植生機械復(fù)合而成的綠化產(chǎn)品[31]，又稱綠網(wǎng)袋、綠化袋。在我國植生袋技術(shù)主要應(yīng)用于道路邊坡防護(hù)與綠化，很少用于植被恢復(fù)。目前此項技術(shù)還未使用在喀斯特植被恢復(fù)上?？λ固氐貐^(qū)造林目前面臨的困難之一是缺乏土壤，這就導(dǎo)致缺乏種子庫。于是有人提出使用植生袋技術(shù)可以解決土壤和種子庫的問題。但是植生袋是一種十分昂貴的產(chǎn)品，而且此技術(shù)只能局限在小面積且交通方便的道路兩側(cè)實施。

3.7 菌根技術(shù)

菌根技術(shù)是一種利用物種共生原理的一種恢復(fù)方法。菌根(Mycorrhiza)是真菌與植物根系結(jié)合形成的共生體，是一種自然界中普遍存在的植物共生現(xiàn)象。植物與真菌的這種關(guān)系通過植物向真菌提供碳水化合物維持真菌的生長與繁殖，又通過不斷生長的菌根給植物提供必要的礦質(zhì)元素，供給植物生長。有研究發(fā)現(xiàn)菌根對喀斯特地區(qū)適生植物生長有促進(jìn)作用，還可以提高植物的抗逆性。但是菌根的實際應(yīng)用技術(shù)還未得到很好的發(fā)展。目前，苗木培育、珍稀樹木遷地保護(hù)、退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)等過程已經(jīng)開始應(yīng)用外生菌根技術(shù)，內(nèi)生菌根技術(shù)也正處于研制和應(yīng)用推廣過程中。許多菌根真菌和植物之間屬于專性共生，研究表明，多種菌根真菌混合接種能夠更好促進(jìn)植物生長，提高植物抗逆性[22,23,33]等，所以，應(yīng)該更加重視混合菌劑的研究和“廣性共生”菌根真菌的篩選。使其在生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)能夠和很多種植物形成共生菌根，同時促進(jìn)多種植物的生長，而不是某個單一菌種，從而提高生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)生物的多樣性，增強系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高區(qū)域內(nèi)造林的成活率，增強退化生態(tài)系統(tǒng)的植被恢復(fù)效果。

4 結(jié)語

目前，喀斯特石漠化地區(qū)進(jìn)行人工植被恢復(fù)主要是應(yīng)用于土面、石溝、石縫等生境，而大面積的石面難以實施?？λ固赝嘶稚鷳B(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)任務(wù)仍十分艱巨，我們需要在遵循自然規(guī)律的前提下，綜合考慮社會經(jīng)濟(jì)問題，結(jié)合各種生態(tài)恢復(fù)技術(shù)的優(yōu)點和可實施性，開展切實可靠的喀斯特退化森林生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)與重建計劃。