楊偉超 +高吉喜 +田美榮 +高志球 周佳雯

摘要：氣象因子是植被生長決定性因子，也是決定生態(tài)修復成敗的關(guān)鍵，違背氣象因子及其變化規(guī)律的生態(tài)修復必將增加生態(tài)退化程度，因此明確生態(tài)修復過程氣象制約因子，并通過借氣象因子之力促進植被恢復，對提高生態(tài)修復效率具有重要意義。通過分析氣象因子與生態(tài)修復的關(guān)系，提出氣象驅(qū)動修復是指在人為對氣象因子正向干擾下，使生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生正向演替，快速提高生態(tài)系統(tǒng)功能的生態(tài)修復過程，要點包括氣象驅(qū)動修復的理論基礎、關(guān)注焦點以及主要手段3個方面。并給出當前存在的氣象因子調(diào)控下的植被生長模式與方法，從加強氣象觀測、氣象預報模式研究、物種調(diào)查以及后續(xù)管護等方面提出對策與建議，并對氣象驅(qū)動修復的未來研究趨向進行了展望。

關(guān)鍵詞：生態(tài)修復；氣象因子；驅(qū)動修復；概念；技術(shù)措施；植物修復

中圖分類號： S181文獻標志碼： A[HK]

文章編號：1002-1302（2017）04-0005-04

隨著全球范圍內(nèi)的生態(tài)退化及由此而引發(fā)的生態(tài)危機、環(huán)境問題和生物多樣性散失等問題的出現(xiàn)，諸如水土流失、森林消減、草原退化、土地荒漠化、水體污染等生態(tài)問題愈來愈嚴重。為此，世界范圍內(nèi)興起了不同規(guī)模、不同形式的生態(tài)修復活動，旨在保護現(xiàn)有自然生態(tài)系統(tǒng)，綜合整治與修復已退化的生態(tài)系統(tǒng)，改善生態(tài)環(huán)境，提高區(qū)域生產(chǎn)力，使生態(tài)系統(tǒng)更加有利于社會的可持續(xù)健康發(fā)展。目前，國內(nèi)外對生態(tài)系統(tǒng)退化機理及其恢復途徑有很多探索和研究[1-3]，并且已取得了良好的效果，但也不乏失敗的教訓。研究表明，我國各類防護林在生長發(fā)育過程中出現(xiàn)了林木生長停滯，甚至枯死等嚴重的衰退現(xiàn)象[4-6]。例如，先期飛播的灌木固沙林也已有成片的死亡現(xiàn)象[7]，自20世紀90年代初以來，在遼寧省彰武縣章古臺地區(qū)最早引種的樟子松固沙林出現(xiàn)了典型的防護林衰退現(xiàn)象[8]。在黃土高原地區(qū)林、草植被建設的過程中，一直存在重喬木輕灌草的問題，特別是在森林草原地帶、草原地帶，營造大面積喬木林違背了植被地帶性分布規(guī)律，以致大面積人工林成為“小老樹”林[9]。在遼西地區(qū)治理退化嚴重土地的過程中，將油松純林作為普遍的恢復模式，是導致油松林衰退的根本原因[10]。

生態(tài)修復失敗的主要原因是違背自然規(guī)律，不能做到“宜林則林，宜草則草”，而氣象因子是影響林草生長的關(guān)鍵性因子，因此氣象因子與植被的關(guān)系應貫穿于生態(tài)修復理論之中，以不同特點的退化具體環(huán)境為對象，從而提出并形成適用于當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境修復和可持續(xù)發(fā)展的技術(shù)模式[11]。在生態(tài)修復過程中，不僅要順應局地氣候條件，同時要“借力使力”，結(jié)合氣象因子輔之，進行科學合理的人工措施，通過調(diào)整氣象因子以及環(huán)境條件，使區(qū)域內(nèi)的氣象條件或者環(huán)境條件更適于植被的生長，以達到更好地促進生態(tài)修復的過程。為此，本研究結(jié)合氣象學、農(nóng)業(yè)氣象學以及生態(tài)修復提出氣象驅(qū)動修復，從一個全新的視角給出生態(tài)修復研究趨向，并探討現(xiàn)有與氣象因子結(jié)合的相關(guān)修復技術(shù)，提出氣象驅(qū)動修復的相關(guān)對策與建議，以期為提高生態(tài)修復效率提供理論指導。

1氣象驅(qū)動修復概念與要點

1.1生態(tài)修復與氣象因子之間的關(guān)系

氣象因子是影響其他事物發(fā)展變化的氣象原因或條件。生態(tài)系統(tǒng)的主體是植物，在生態(tài)修復過程中，恢復植被的生長是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，農(nóng)業(yè)氣象工作者普遍認為，氣象因子對植物生命活動的影響符合如圖1所示的5個基本規(guī)律[12]。影響植被生長的氣象因子主要有溫度、風、濕度、降水、日照等。對于植物生命活動來說，在各氣象因子中，光熱水氣等基本因子都是必不可少的，不可以用其他因子代替；在不同地區(qū)以及植物的不同生長期，影響植物生命活動的氣象因子有主要因子、次要因子之分，因此，在進行野外生態(tài)修復時，要明確影響植被恢復的主要氣象因子；在植被的生長環(huán)境中，當其他條件均滿足的條件下，植被恢復生長受限于極限值因子；在野外生態(tài)修復過程中，只有各氣象因子數(shù)值均處于適合植被生長發(fā)育的范圍內(nèi)，植被才能恢復正常生長，生態(tài)修復才能得以實現(xiàn)。

1.2概念

隨著我國氣象學、農(nóng)業(yè)氣象學以及人工影響天氣的發(fā)展，生態(tài)修復不應只是完全依靠自然的過程，自然修復并不是被動的恢復，而是消除不利因子，創(chuàng)造有利于生態(tài)恢復的生態(tài)環(huán)境，其中創(chuàng)造適宜的自然氣象條件是關(guān)鍵之一，即不應該局限于完全依賴于自然的天氣、環(huán)境條件，我們可以進行科學合理的人工輔助措施，通過調(diào)控氣象因子及環(huán)境條件，使區(qū)域內(nèi)的氣象條件或者環(huán)境條件更適合植被的生長，以更好地促進生態(tài)修復。因此，氣象驅(qū)動修復是指在人為對氣象因子正向干擾下，使生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生正向演替、快速提高生態(tài)系統(tǒng)功能的生

態(tài)修復過程，其流程詳見圖2。

1.3氣象驅(qū)動修復要點

1.3.1氣象學與生態(tài)修復相結(jié)合是氣象驅(qū)動修復的理論基礎近年來，有學者認為生態(tài)修復的概念包括生態(tài)恢復、重建和改建，其內(nèi)涵大體上可以理解為通過外界力量使受損（開挖、占壓、污染、全球氣候變化、自然災害等）生態(tài)系統(tǒng)得到恢復、重建或改建（不一定完全與原來的相同）[13]。生態(tài)修復成功的關(guān)鍵之一是適宜的氣候環(huán)境條件，而這些適宜條件的創(chuàng)造需要氣象學知識的服務。氣象學興起較早，發(fā)展迅速，其研究領(lǐng)域甚廣，在氣象學諸多研究任務中，包括根據(jù)所認識的規(guī)律分析、診斷和預測過去、現(xiàn)在和未來的天氣、氣候，為國民經(jīng)濟和人們的日常生活服務，以及從理論、實踐上探索和模擬人為的天氣過程、人為氣候環(huán)境，為人工影響天氣、氣候提供科學依據(jù)兩大點。這2點研究內(nèi)容可更好地為生態(tài)修復服務，即氣象驅(qū)動修復通過對生態(tài)過程的影響，加速修復，提高生態(tài)服務功能。

1.3.2植被“適地適生”是氣象驅(qū)動修復的關(guān)注焦點植被“適地適生”是指應該將植被栽植在生長最適宜的地方，也就是要使植被的生態(tài)特性與植被的立地條件相適應。植被是生態(tài)系統(tǒng)的主體，生態(tài)修復過程中植被的恢復是關(guān)鍵。不同的生態(tài)區(qū)域擁有不同環(huán)境條件，有著各自適宜生長的植被。待修復的生態(tài)系統(tǒng)往往迫于環(huán)境的不適，生態(tài)修復過程緩慢，甚至失敗，而氣象驅(qū)動修復利用氣象學知識為生態(tài)修復服務的目的，就是為植被恢復生長創(chuàng)造適宜的環(huán)境，加速修復進程。

1.3.3氣象因子調(diào)控是氣象驅(qū)動修復的主要手段氣象驅(qū)動修復的實施依賴于氣象因子調(diào)控技術(shù)，通過對氣象因子，諸如降水、溫度等的調(diào)控，以創(chuàng)造植被適生的環(huán)境條件。隨著氣象學的發(fā)展，氣象系統(tǒng)已擁有較完整的預報系統(tǒng)，在生態(tài)修復過程中，根據(jù)氣象中降水等因子的預測結(jié)果，并結(jié)合植被的生長習性和物候期，選擇并確定適宜的植被種植時間，同時也可提前為干旱少雨、極端高溫等極端天氣的出現(xiàn)做好準備，以更好地達到修復的效果。

2氣象驅(qū)動技術(shù)

目前，氣象驅(qū)動技術(shù)在生態(tài)修復過程中的應用還不成熟，但氣象因子調(diào)控技術(shù)廣泛應用于農(nóng)業(yè)氣象、設施農(nóng)業(yè)與設施園藝，并且技術(shù)也已趨于成熟，同時，在林業(yè)種植中也有體現(xiàn)。氣象因子調(diào)控下的植被生長模式的發(fā)展實現(xiàn)了對不利于植被生長發(fā)育的自然環(huán)境的調(diào)控，達到了在不利自然條件下進行作物等植被正常生長發(fā)育的目的。

2.1溫度調(diào)控技術(shù)

2.2濕度與降水調(diào)控技術(shù)

適宜的空氣濕度和土壤濕度是溫室內(nèi)植被健康生長的重要條件。在設施環(huán)境中，由于設施內(nèi)植株的蒸騰作用和土壤的蒸發(fā)，設施內(nèi)基本上都處于高濕環(huán)境。設施降濕措施常用的有通風降濕、地膜覆蓋、膜下灌溉、滴灌、化學吸水除濕和熱交換除濕等技術(shù)[23]。

目前，野外生態(tài)修復工程涉及的多數(shù)是須要進行加濕操作的生態(tài)系統(tǒng)，例如退化的草原、森林等生態(tài)系統(tǒng)，由于植被的大量減少，造成水土流失嚴重，土壤沙化嚴重，蓄水量減少，已經(jīng)不能滿足植被恢復生長所需。在干旱少雨地區(qū)，一方面可通過覆蓋滲水地膜的方式，實現(xiàn)小雨資源有效化，保持地表濕度，滲水地膜采用單向滲水原理，具有保溫、調(diào)溫、滲水、保水、微通氣、提高表土層肥料利用率等多種功能。滲水地膜覆蓋比普通地膜的水分利用率高、風險性小，每年累計有 100 mm 以上的小雨（每次降水量小于10 mm的小雨）可充分利用[24-25]。

此外，可以采取人工降水的方式，增加區(qū)域內(nèi)的降水量，滿足植物的生長。考慮到生態(tài)系統(tǒng)的景觀結(jié)構(gòu)，可建設景觀式地面增雨煙爐[26]。

2.3光照調(diào)控技術(shù)

在設施環(huán)境中，設施光環(huán)境條件關(guān)系著設施內(nèi)作物的生命及其干物質(zhì)產(chǎn)量和品質(zhì)，光環(huán)境調(diào)控是設施環(huán)境調(diào)控中的重要措施之一。常用的光環(huán)境調(diào)控有3類。（1）光照度的調(diào)節(jié)。如采用有一定遮光率的遮光材料，減弱光照度；使用反光膜等進行反射補光。（2）光質(zhì)調(diào)節(jié)。如進行紫外線補光、使用紫光膜等。（3）人工補光調(diào)節(jié)。如安裝熒光燈、鎢絲燈、農(nóng)藝鈉燈、熒光燈或懸掛聚酯反光幕、覆蓋銀黑色地膜等。

除了設施光照調(diào)節(jié)外，設施外也有相關(guān)光照調(diào)控的措施。黃壽波在茶樹氣象生態(tài)研究中采取在茶園內(nèi)種植遮陰樹的方式，減少太陽直射光照射，調(diào)節(jié)光照度，降低午后最高溫度，保證茶樹的正常生育[27]。

目前，在野外生態(tài)修復過程中，光照調(diào)控技術(shù)應用很少。在太陽輻射強度高的待修復地區(qū)，為了減輕高溫的危害，可借鑒農(nóng)業(yè)中的遮陰方法，如采取種植遮陰樹的措施等。

2.4風調(diào)控技術(shù)

風一般以風速、風向2個指標來表示。受氣壓及大氣環(huán)流等的影響，不同的風引起的天氣環(huán)境不同，在現(xiàn)階段，雖然無法實現(xiàn)對大規(guī)模區(qū)域氣壓、大氣環(huán)流的調(diào)控，但是可以對風環(huán)境進行調(diào)控。風環(huán)境的調(diào)控措施常用的有建立防護林、防護帶、擋風墻等風障，用以減小風速，改變風向。在農(nóng)業(yè)和種植業(yè)中，常常會在區(qū)域周圍或區(qū)域中間道路兩側(cè)種植樹木，形成護田林帶，是一項改善區(qū)域水分狀況、防止干旱和風沙的綜合性措施。楊書運對茶樹凍害防控方法的研究表明，設置風障可以有效降低保護區(qū)的風速[15]。風障在上風方位、下風方位各有1個有效的防護區(qū)域，薄膜材質(zhì)的風障阻滯了局部氣流的運動，在下風位可形成相當于2倍風障高度的靜風區(qū)，防護效果較優(yōu)。

在荒漠化治理中，常見的風調(diào)控措施是沙障的建設，如麥草沙障、黏土沙障、塑料網(wǎng)格沙障等機械沙障的建立，對控制風速、風向、風沙量起到了很好的效果，保障了沙地的修復。眾多研究人員對防風固沙沙障做了相關(guān)研究。孫濤等對設置在民勤治沙綜合試驗站固定沙丘地帶的3種機械沙障（麥草沙障、黏土沙障、塑料網(wǎng)格沙障）防風固沙效益進行了研究，結(jié)果表明從整體的防沙效果和使用年限上比較，整體防風固沙效益排序為塑料網(wǎng)格沙障>黏土沙障>麥草沙障[28]。鐘衛(wèi)等通過風洞試驗研究比較了土工格室、石方格、不同蓋度植被3種不同沙障的防沙效果，表明植被的防護效果遠較土工格室和石方格為憂[29]。機械沙障固沙在我國北部、西北部沙漠以及退化草原治理中起到了重要的作用。

3氣象驅(qū)動修復對策與建議

3.1加強氣象自動觀測站點的建設，充分了解當?shù)氐臍庀髼l件[HT]

在野外生態(tài)修復過程中，植被的恢復生長狀況與當?shù)氐臍庀蟓h(huán)境條件息息相關(guān)，只有在適宜的氣象環(huán)境條件下，植被才能正常生長。因此，進行生態(tài)修復工程的前提之一是要充分了解當?shù)氐臍庀髼l件。在各地區(qū)，應有規(guī)律地建設精準的氣象自動觀測站，實現(xiàn)實時觀測，為生態(tài)修復服務，提高生態(tài)服務功能。

3.2與氣象相關(guān)技術(shù)緊密結(jié)合，加速生態(tài)修復

目前，國內(nèi)外氣象學研究仍處于發(fā)展中，要做到氣象驅(qū)動修復的有效實施，首先要加強氣候變化及其預測的研究；其次，生態(tài)修復要緊隨氣候變化及其預測的研究步伐，選取最合適的氣象預測模型，更精準地為生態(tài)修復工程服務，以及時采取相應對策，更好、更快地實現(xiàn)生態(tài)修復。

3.3確定生態(tài)修復的主要氣象影響因子，“對癥下藥”

根據(jù)氣象因子對植被生命活動的影響規(guī)律[12]，研究區(qū)域內(nèi)各氣象因子變化與生態(tài)系統(tǒng)退化之間的關(guān)系，各氣象因子對生態(tài)修復過程的影響以及該區(qū)域植被建設對各種氣象因子的響應，確定不同區(qū)域在生態(tài)修復過程中的主要氣象影響因子，并及時制定相應的應對措施。特別是如何應對全球氣候變化引起的生態(tài)系統(tǒng)退化問題，將成為氣象驅(qū)動修復模式研究的重要內(nèi)容。

3.4以“適地適生”為準則，充分了解當?shù)氐奈锓N條件

植被是生態(tài)系統(tǒng)的主體，野外生態(tài)修復過程中植被的恢復是關(guān)鍵。對于不同的地區(qū)、不同的環(huán)境條件，適合生長的植被不同。此外，隨著全球氣候變化及人為因素等的影響，物種多樣性發(fā)生著變化，適生種也會有所改變。因此，在實施生態(tài)修復工程之前，要充分了解待修復地區(qū)的物種情況，遵循植被“適地適生”的準則，確定最適宜的恢復物種，以利于修復。

3.5加強修復后的管護工作，倡導公眾參與

“三分造林七分管護”，這句話道出了造林管理的重要性，同時也折射出生態(tài)修復植被恢復后管護的重要性。生態(tài)修復工程是一項時間長且耗資大的工程。目前，多因后期管護資金不足，而導致修復后的成果不能長久地維持。因此，要加強并完善相關(guān)的資金管理工作，可實施分期撥款，增加修復成效評估，按照成效撥付款項。同時，要加強領(lǐng)導和宣傳力度，提高公眾意識，更廣泛地發(fā)揮利益相關(guān)者的作用，消除人為活動危害，保護治理成果。

4結(jié)論與展望

隨著科學技術(shù)的發(fā)展，人類已漸漸擺脫了“靠天吃飯”的生存模式。氣象學以及氣象因子調(diào)控等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，使得影響植被生長的氣象條件和環(huán)境條件達到了人為可調(diào)控的水平，實現(xiàn)了植被的優(yōu)質(zhì)、高速、高產(chǎn)的生長模式。

生態(tài)修復進程受到氣象條件的限制，適宜的氣象條件可以加快生態(tài)修復的進程。氣象驅(qū)動修復即借鑒氣象驅(qū)動技術(shù)，將這些技術(shù)應用在生態(tài)修復過程中，在遵循自然規(guī)律、充分發(fā)揮自然生態(tài)系統(tǒng)的自我修復能力的基礎上，同時結(jié)合人工調(diào)控輔助措施，對區(qū)域內(nèi)的氣象條件進行人為調(diào)控，可為植被恢復生長創(chuàng)造適宜的環(huán)境條件，以達到更好、更快地實現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)的修復，從而提高生態(tài)服務功能，對生態(tài)以及人類、社會的可持續(xù)發(fā)展具有重大的意義。

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