賀 麗,賓 建,鄧東周*,鄢武先,陳德朝
(1.四川省林業(yè)科學研究院,四川 成都 610081;2.紅原縣環(huán)境保護和林業(yè)局,四川 紅原 624400)
植被近自然恢復研究進展
賀 麗1,賓 建2,鄧東周1*,鄢武先1,陳德朝1
(1.四川省林業(yè)科學研究院,四川 成都 610081;2.紅原縣環(huán)境保護和林業(yè)局,四川 紅原 624400)
近自然恢復模式是在近自然林業(yè)理論提出后,將其用于植被恢復上的一種有效手段。該文介紹了近自然恢復的概念和近自然林業(yè)的發(fā)展史、重點綜述了近自然恢復途徑及原則,在總結國內外的應用實踐基礎上,提出了加強對沙化草地植被近自然恢復的研究,促進沙化草地原生植被恢復,增強物種多樣性,防止水土流失、沙塵暴等自然災害的發(fā)生。
植被;近自然恢復;退化生態(tài)系統(tǒng)
植被是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,是生態(tài)系統(tǒng)中物質循環(huán)與能量流動的中樞。近年來,由于各國社會經濟的快速發(fā)展,自然災害的頻頻發(fā)生等各因素,植被遭到嚴重破壞,甚至有些植被走向消失,伴隨著生態(tài)系統(tǒng)退化的是生態(tài)危機、環(huán)境問題和生物多樣性喪失,如水土流失、森林消減、土地荒漠化、沙化等,嚴重影響區(qū)域生態(tài)、經濟和社會的可持續(xù)發(fā)展,致使人類生存和發(fā)展的自然基礎受到了極大威脅[1~2]。草地生態(tài)系統(tǒng)的退化是陸地生態(tài)系統(tǒng)退化的一種重要類型[3],草地退化所誘發(fā)的沙塵暴,帶走了大量的寶貴土壤物質,生態(tài)恢復的重要任務就是要控制土地繼續(xù)退化[4~5],最終實現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)結構和功能的恢復[6]。在國外,早在20世紀20~30年代就圍繞著各類退化土地進行很多恢復生態(tài)學的實驗工作[7~12]。我國自從1980年以后,也在各地陸續(xù)啟動了一些項目進行退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復試驗工作[13~17],取得了大量進展。
植被恢復是退化生態(tài)系統(tǒng)恢復的前提與關鍵,植被恢復情況是退化生態(tài)系統(tǒng)恢復最直接的體現(xiàn)。近年來近自然恢復在植被恢復中得到了有效利用。近自然恢復實質上是指通過人工措施,將鄉(xiāng)土物種和潛在自然植被用于進行植被恢復,構建目標群落模式,構建近自然群落,與普通植被恢復相比,這種途徑保護了區(qū)域內的原有物種的物種多樣性,群落結構穩(wěn)定且物種多樣性增加,有效防止了外來物種的入侵,同時近自然模式會在后期少維護,少管理,經濟成本少,還能在有限的土地上獲取最大的生態(tài)效應[18]。該文從近自然林的發(fā)展史,近自然恢復的基本原則及途徑、實踐,沙化草地植被近自然恢復存在的問題以及沙化草地植被近自然恢復的發(fā)展趨勢進行概述。
1898 年德國林學家Gayer提出了接近自然林理論后,越來越多的國家將其用于植被恢復上。其目的就是要解決人工林群落結構不穩(wěn)定和地力衰退的問題[19]。近自然林是基于利用森林生態(tài)系統(tǒng)潛在的自然特性及其發(fā)生發(fā)展的自然過程,主要是由鄉(xiāng)土樹種組成的多樹種混交,逐步向多層次空間結構和異齡林時間結構發(fā)展的森林[20],保證立地和森林動態(tài)穩(wěn)定的一種真正貼近自然的森林經營管理模式[21]。
在國外關于近自然林經營理論,早在18世紀就有初步的理論萌芽,德國森林永續(xù)經營理論的創(chuàng)始人卡洛維茨就提出了“順應自然”的林業(yè)思想[22~23]。1880年Gayer首先提出“近自然林業(yè)的經營思想”,認為“森林生態(tài)系統(tǒng)的多樣性是一個在永恒的組合中互棲共生的諸生命因子的必然結果”、“人類應盡可能地按照森林的自然規(guī)律來從事林業(yè)生產活動”[19],1898年Gayer較正式的提出了“近自然林業(yè)”理論,并將其用于德國殘存天然林的植被恢復。1920年間德國林學家Moeller正式接受了Gayer的思想,并且提出了完整的近自然森林經營理論和技術體系,并且逐步推向國外[24~26]。1924年,Krutzsch針對用材林的經營方式,提出了接近自然的用材林;1950年又與Weike一起,結合恒續(xù)林理論,提出了接近自然的森林經營思想。至此,近自然的森林經營理論雛形與框架已基本形成[27~29]。20世紀70年代后,近自然森林經營的理論和實踐在德國和奧地利、瑞士等許多國家得到廣泛的接受和應用。尤其在德國,第二次世界大后在德國成立的近自然林業(yè)協(xié)會(ANW)大規(guī)模地促進近自然森林經營理論的深入和實踐應用。1997年,以“接近自然林業(yè)的方針,實現(xiàn)森林的可持續(xù)經營”為主題的歐洲近自然林業(yè)工作聯(lián)盟第二界國際會議的召開,使近自然林業(yè)的方針和技術措施得到了進一步的細化和完善[20]。
在國內,近自然林業(yè)的發(fā)展比較晚,是借鑒德國經驗的基礎上發(fā)展起來的。上世紀90年代以來,邵青還[24~25]發(fā)表了關于近自然林業(yè)的文章,闡述了各國尤其是德國近自然林業(yè)的基本理論、技術路線和植被恢復的態(tài)勢。張碩新等[30]針對我國林業(yè)的具體情況,提出了在我國發(fā)展近自然林業(yè)的諸多對策和建議。彭舜磊等[31]分析了我國人工林經營中存在的諸多問題,結合我國實際,提出了我國人工林近自然經營的有效途徑。
自從近自然林理論提出以來,許多國家將其用于植被恢復上。由于人工林達不到天然林物種間的互利共存關系,因而引起了森林生態(tài)、草原生態(tài)的失調和衰敗,常此以往會導致水土流失、沙化程度加劇、生物多樣性降低等生態(tài)環(huán)境問題[32]。
首先要通過實地探查,了解并掌握當地天然植被類型、分布規(guī)律及形成過程,選用相同生境條件下的自然植被類型,構建目標群落類型用于進行受損植被的恢復。選用的植物以鄉(xiāng)土植物為主,鄉(xiāng)土植物是與當地自然條件,尤其是氣候、土壤條件達成穩(wěn)定平衡,對原產地環(huán)境具有天然的適應性的樹種[33]。以鄉(xiāng)土樹種作為群落的優(yōu)勢種或建群種,能維持自身生長所需的營養(yǎng)物質,使其在相當長的時期里保持更新,起到“生物庫”的功能[7]。鄉(xiāng)土植物比引種植物最大的優(yōu)勢就是在于比引種植物有較高的適應性、穩(wěn)定性和抗逆性,尤其是在逆境下能頑強的正常生長。此外因地制宜和樹種混交,建立多樹種、多層次、多齡級的復合混交林。對于沙區(qū)植被近自然恢復而言,大范圍實施分區(qū)分段封禁,然后根據各地原有保存下來的天然植被的種類及自然條件下植被演替規(guī)律,選擇當地的鄉(xiāng)土樹種和草種,實施飛播、人工點播和必要的部分人工植苗補植造林[34]。
在近自然恢復中構建潛在自然植被,是受人為干擾影響停止后,在地區(qū)的氣候、土壤和地形等環(huán)境條件影響下,所能發(fā)展形成起來的自然植被類型,表明了一個地區(qū)植被的發(fā)展?jié)摿头较?。如果在人為參與下,通過改良土壤等環(huán)境條件,在區(qū)域內種植頂級群落物種的幼苗,可以縮短演替的時間[33]。有研究表明多倫縣潛在沙質草原植被中,以羊草、隱子草群落為優(yōu)勢群落[35],所以對該區(qū)域退化草地進行植被恢復時,應構建以羊草、隱子草為主的植被類型。
“接近自然”是指在植被恢復中使地區(qū)群落主要的本源樹種得到明顯表現(xiàn),它不是回歸到天然的森林類型,而是盡可能使林分建立、撫育、采伐的方式同“潛在的自然植被”的關系相接近,并在人工輔助下使天然物質得到復蘇[28]。充分保護好原生植被,在方案實施過程中盡可能不要破壞原生植被。
在國外,19世紀末期,下薩克森州的Neubruchhausen林業(yè)局著手以營造混交林為特征的實驗,標志著近自然林業(yè)實踐的開始,目前,林區(qū)內出現(xiàn)的各種各樣的混交林,被列為近自然森林的典范[21]。日本在20世紀中后期開始大規(guī)模造林,宮脅昭在近自然技術上結合日本實際情況,提出將鄉(xiāng)土植物和潛在自然植被用于造林,并取得了明顯的效果[20]。G.R.H.Allington等[36]對美國亞利桑州的奇瓦瓦沙漠植被恢復研究中指出采用封育措施對于草本植物群落的近自然恢復,且取得了顯著的效果。Jeffrey等[37]在研究加利福尼亞州的莫哈韋沙漠植被恢復時表明采用在撂荒地種植鄉(xiāng)土植物讓植被得以恢復,并且監(jiān)測結果發(fā)現(xiàn)濱藜屬植物(Atriplexcanescens)能在淺沙地上良好的生長。
在國內,歐洲近自然森林經營技術引入我國后。近些年,越來越多的研究者重視將近自然林業(yè)用于植被恢復的研究,開展了多方面的研究和實踐工作。林思祖等[38]對我國南方近自然混交林營造的效益進行了分析和評價,認為營造近自然混交林是中國林業(yè)振興的必由之路之一。王良衍[39]對天童山林場植被恢復研究中得出采用近自然林業(yè)理論恢復退化天然林效果突出,主要表現(xiàn)在生物多樣性增加和復層異齡混交林的逐漸形成,是我國第一個自覺采用近自然林業(yè)方法進行試驗的林場,取得了一定的成果。孟京輝[40]等對海南省不同演替階段的兩類退化天然次生林林分結構及更新能力進行了對比分析,并以近自然森林經營思想為依據,制定了森林發(fā)展類型。王國玉[41]以大連市6條河流162段河岸帶為研究對象,針對河岸帶存在的主要問題,進行了河岸林配置模式的近自然設計,對大連市河岸帶近自然恢復模式提出了生態(tài)保育型、生態(tài)防護型、生態(tài)經濟型、生態(tài)游憩型和生態(tài)文化型5種當地適用的河岸林配置模式。賴泓宇[7]研究上海市寶山區(qū)顧村鎮(zhèn)顧村垃圾填埋場植被恢復時指出近自然恢復能快速改造垃圾填埋場綠化,同時減少了人為管護,又能最大的提高生態(tài)效益,達到穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)。張勁峰[42]采用近自然林業(yè)理論和方法為指導,發(fā)展以鄉(xiāng)土樹種為主的混交林,實現(xiàn)群落的天然更新,從而使滇西北亞高山退化生態(tài)系統(tǒng)得以恢復。董建文等[43]對杉木林采伐跡地經煉山后近自然形成不同年限的苦竹群落、杉木近熟林下苦竹群落以及灌木林地群落的研究,結果表明原有一定苦竹數量基礎的杉木林分,可通過近自然恢復方式恢復植被,且恢復過程中群落組成以苦竹為主。在近自然恢復早期,苦竹在群落中占有較大優(yōu)勢,但后期必須采取一定人為措施,以使其繼續(xù)保持在群落中占優(yōu)勢,進行近自然苦竹林經營。肖靈靈[44]研究了近自然生態(tài)恢復模式下杉木林群落生態(tài)學特性,結果表明兩種近自然生態(tài)恢復模式下的群落物種組成、多樣性指數、喬木層生物量、土壤理化性質等存在一定差異。李榮[45]對遼東櫟群落近自然不同的經營強度進行穩(wěn)定性評價,選擇出符合天然林結構特征和近自然經營要求的可持續(xù)經營的健康森林模式。
有關近自然恢復模式在退化森林植被中的運用報道甚多。倪志英[46]定量評價了東北林區(qū)大小興安嶺退化森林濕地過渡帶群落恢復自然演替途徑和人工造林途徑的恢復效果,探討了退化森林沼澤過渡帶群落的有效恢復途徑與恢復模式,針對大、小興安嶺林區(qū)森林濕地過渡帶中火燒跡地和采伐跡地提出了三種恢復模式,即輔以人為干預的自然演替恢復模式、參照天然森林濕地群落結構與功能的人工重建模式和自然演替途徑與人工重建途徑相結合的近自然恢復模式。孟京輝[40]對海南島熱帶退化天然次生林近自然恢復樹種選擇和配置模式進行了研究,研究指出在近自然恢復中采用鄉(xiāng)土樹種,發(fā)展混交林,早期撫育目的樹種,天然更新,對林地進行針對性管理等技術手段,以實現(xiàn)海南島熱帶退化次生林植被恢復。此外,還有眾多學者對森林植被近自然恢復過程中植被特征的變化進行了研究,且取得了理想的研究成果[47-48]。雖然近自然恢復在森林植被恢復方面研究較多,且應用取得了較好的成就。但沙化草地植被近自然恢復的相關報道甚少且研究范圍狹窄。目前僅有少數學著對內蒙古沙地植被近自然恢復過程中植被和土壤物理性質的變化特征進行了研究。比如閆德仁等[49]對庫布齊沙漠東緣沙地植被近自然恢復開展了研究。研究指出近自然恢復過程中多年生植物較多的地塊,自然恢復植被能夠起到事半功倍的效果;距離種源地100 m內灌木自然更新效果明顯;沙地人工造林以近自然斑塊劃分造林地塊,充分發(fā)揮林草植被的綜合作用效果。王琴等[50]對內蒙古陰山北麓圍封區(qū)域草原近自然狀態(tài)下植被群落特征及其土壤顆粒物理特性的研究。研究指出圍封后的草地地上植物群落發(fā)生明顯的變化,物種多樣性指數呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢;在垂直結構上,土壤顆粒粗?;潭燃又?,地表呈現(xiàn)出自然風蝕面貌。鄭翠玲等[51]對內蒙古呼倫貝爾沙化草地在圍欄封育條件下植被的變化特征開展了研究。研究表明對沙化草地實施圍欄封育,群落組成發(fā)生了規(guī)律性變化,退化指示植物所占比例逐漸降低,建群種所占比例逐漸增加。
截止2004年,全國沙化土地面積為173.97萬krn2,主要分布在新疆、內蒙古、西藏、青海、甘肅、河北、陜西、寧夏8省(自治區(qū))[52],分布范圍廣,各省的沙化土地特征因立地類型不同而存在明顯差異,對內蒙古沙地植被近自然恢復模式開展研究僅僅起到研究示范的作用,該恢復模式不能一成不變的應用于其它沙化草地植被恢復。草地生態(tài)系統(tǒng)作為重要的陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,如何應對當前沙化和荒漠化治理,應加強沙化草地植被近自然恢復研究。
多年來,眾多研究者做了對近自然恢復模式許多有益的探索和實踐,在防止水土流失、保持原有森林群落穩(wěn)定和增加生物多樣性等方面取得了較突出成果,從而維持了森林景觀的完整性。目前將近自然恢復模式用于對沙化草地植被恢復的研究較少。我國是世界上荒漠化較為嚴重且發(fā)展較快的國家之一[53],所以應加強近自然恢復模式用于沙化草地植被恢復的試驗研究,主要表現(xiàn)出以下幾個方面的發(fā)展趨勢。
(1)沙化草地的演替過程得到進一步研究,近自然恢復物種的選擇與草地退化階段相吻合,根據具體階段的植被類型及立地環(huán)境,種植與“潛在的自然植被”群落結構相似的幾種鄉(xiāng)土物種進行混交,形成復層灌叢和草叢[49]。
(2)深化沙化草地植被近自然恢復過程中的植被群落特征與土壤性質的研究。從對植被恢復響應的敏感性而言,土壤容重、總孔隙度以及團聚體穩(wěn)定性可以作為土壤生態(tài)效應評價的主要指標[54]。
(3)加強對沙化草地植被近自然恢復過程中優(yōu)勢植物各構件形態(tài)特征的動態(tài)變化進行研究。植物構件形態(tài)能對環(huán)境變化有很好的響應和適應表現(xiàn)[55~59]。植物通過對外部形態(tài)的調節(jié)來響應和適應環(huán)境的變化,同時改變其對生態(tài)系統(tǒng)功能的貢獻[60]。
(4)在空間尺度上,從小的空間尺度逐漸向大的空間尺度進行研究,將恢復技術或成果由點至面的尺度逐步轉化,確保轉化過程的準確性,從而使成功的例子逐步推廣。
在沙化草地治理過程中,按照植物的生態(tài)習性,構建近自然的植被類型,增加植物群落的物種多樣性,利用沙地已有植被的活力和恢復能力,提高草地生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性,能夠達到自我恢復、協(xié)調發(fā)展的目標。
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ReviewonProgressinVegetationClose-to-NatureRecovery
HE Li1BIN Jian2DENG Dong-zhou1YAN Wu-xian1CHEN De-chao1
(1.Sichuan Academy of Forestry,Chengdu,Sichuan Province 610081,China;2.Environmental Protection and Forestry Bureau of Hongyuan,Hongyuan 624400,China)
Close-to-Nature recovery mode was an effective means of the Close-to-Nature forestry theory for vegetation restoration.In this paper,a description is made of the concept of Close-to-Nature recovery mode and recent history of Close-to-Nature restoration forestry,focusing on ways and principles to Close-to-Nature recovery mode.Based on the summary application status at home and abroad,it was proposed that the study of Close-to-Nature recovery against grassland desertification should be strengthened,in order to promote sandy grassland restoration of native vegetation and enhance species diversity,prevent soil erosion,dust storms or other natural disasters.
Vegetation,Close-to-Nature recovery,Degraded ecosystems
2017-09-07
國家科技支撐計劃“川西北藏區(qū)高寒沙地適生治沙灌木材料培育及示范”(2015BAC05B01);四川省省財政專項項目“川西北沙化土地立地調查與類型劃分”(ZL2015-10)
賀麗(1987-),女,四川廣安人,碩士,助理研究員,主要從事生態(tài)學相關研究,E-mail:cqwuheli@163.com。
鄧東周(1982-),男,河南周口人,博士,高級工程師,主要從事恢復生態(tài)、林學相關研究,E-mail:dongzhoud@163.com
10.16779/j.cnki.1003-5508.2017.05.004
S750
A
1003-5508(2017)05-0018-05