何方燕， 熊康寧， 朱大運(yùn)

（貴州師范大學(xué)喀斯特研究院/國家喀斯特石漠化防治工程技術(shù)研究中心，貴州貴陽 550001）

石漠化本質(zhì)上是一種在自然和人為雙重作用下的土地退化過程（熊康寧等，2016），脆弱的生態(tài)環(huán)境成為喀斯特石漠化治理中經(jīng)濟(jì)發(fā)展的桎梏，阻礙著石漠化區(qū)貧困的脫離，十九大明確指出，實施生態(tài)修護(hù)工程，持續(xù)推進(jìn)石漠化的綜合治理。在石漠化治理中，地表-地下二元結(jié)構(gòu)的發(fā)育，使其陷入“缺水少土”的尷尬處境，這客觀上加大了石漠化治理與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的難度。經(jīng)過多年的石漠化水土綜合整治，盡管在生態(tài)建設(shè)方面取得了較為顯著的成果（熊康寧等，2012），但產(chǎn)業(yè)化不足，經(jīng)濟(jì)和生態(tài)平衡力度不夠的問題也日益凸顯。混農(nóng)林作為一種高產(chǎn)低投且持續(xù)穩(wěn)定的系統(tǒng)，在協(xié)調(diào)資源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)方面起著不可忽視的作用，為農(nóng)、林業(yè)的發(fā)展帶來了新的思路（孟平等，2004），科學(xué)地配置混農(nóng)林，可降低棵間土壤蒸發(fā)，減少無效水分消耗；能夠增加土壤水分的賦存，改善土壤水分環(huán)境；通過構(gòu)建“空間錯位”的水分利用體系及深根植被的水力作用，利于實現(xiàn)水資源的高效利用；混農(nóng)林的截流效應(yīng)可延緩地表產(chǎn)流，鑒于混農(nóng)林業(yè)在節(jié)水增值產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的重要作用以及對推動石漠化綜合治理走向產(chǎn)業(yè)化的現(xiàn)實意義，本文從蒸散效應(yīng)、土壤水分效應(yīng)、水分利用效應(yīng)及截留效應(yīng)對混農(nóng)林水分效應(yīng)進(jìn)行系統(tǒng)地分析和綜述，指出了石漠化治理中混農(nóng)林業(yè)研究存在的問題，并對進(jìn)一步的研究提供了思路，可為混農(nóng)林業(yè)的發(fā)展與石漠化治理提供參考。

1 混農(nóng)林業(yè)的水分效應(yīng)

1.1 水分利用效應(yīng)

1.1.1 水分利用策略 根系是植物吸收水分的重要器官，其空間分布影響植被對水分的吸收能力和效率，混農(nóng)林系統(tǒng)通過深根樹木利用深層水分，淺根作物利用淺層水分來構(gòu)建“空間錯位”的水分利用體系，實現(xiàn)不同層次及不同深度水分的吸收與利用（何春霞等，2012；董宛麟等，2011）。在熱帶稀樹大草原，F(xiàn)ebruary等（2007）發(fā)現(xiàn)，草本主要利用表層土壤水，而樹木主要是利用深層土壤水，根系的深淺搭配利于水分的充分利用。在黃土丘陵區(qū)，霍高鵬等（2017）利用穩(wěn)定同位素示蹤技術(shù)對混農(nóng)林系統(tǒng)水分利用進(jìn)行研究，表明樹木與作物水分利用策略存在明顯區(qū)別。

在喀斯特石漠化地區(qū)，土壤水分的時空異質(zhì)性較強(qiáng)，表現(xiàn)為空間分布的不均衡性、破碎性及干旱時間、頻次的不確定性，植被的水分利用受季節(jié)、地形因子的影響較大（丁亞麗等，2016），植物根系具有二態(tài)性（Williams等，2000），增強(qiáng)了植物對異質(zhì)生境的適應(yīng)能力，表現(xiàn)在旱季，植被的根系可使用深層土壤水及地下水，而雨季，植物的根系可迅速轉(zhuǎn)為利用表層土壤水 （Zencich等，2002），何春霞等（2016）發(fā)現(xiàn)干旱造成了核桃-菘藍(lán)間作系統(tǒng)中核桃吸水根下移，利用深層土壤水，而雨季核桃吸水根上移，優(yōu)先利用淺層土壤水或直接吸收雨水，表現(xiàn)出良好的可塑性?？λ固氐貐^(qū)類型多樣的生境條件及其水分虧缺的異質(zhì)性，植被主要通過靈活多變的水分利用策略來適應(yīng)水分虧缺具有時間、次數(shù)不確定性（黃甫昭等，2019；鄧曉琪等，2015），因而植被在旱季和雨季的水分利用策略呈現(xiàn)較大的差異，表現(xiàn)為干旱生境植物的水分利用效率高于濕潤生境，這是植被適應(yīng)喀斯特異質(zhì)生境及實現(xiàn)物種共存的一種策略。

1.1.2 水力作用 水力作用是指一些深根植物從深層土壤中吸收水分，提升并釋放到淺層土壤的現(xiàn)象，表現(xiàn)為水分在大氣、植物與土體之間的交換（White等，2010）。混農(nóng)林系統(tǒng)中深根樹木存在“水力作用”，且該作用隨著干旱程度的增加而加深（Sun 等，2014；Yun 等，2012）。 深根樹木的“提水作用”，可將土壤深處的水分提至淺層，供作物使用，進(jìn)而達(dá)到一種水分的互惠互利，對干旱地區(qū)旱情起到一定的緩沖作用 （Shen等，2011；Mcmichael等，2010）。在石漠化治理區(qū)，植被水分的來源主要是土壤水、淺層裂隙水和表層巖溶帶水，在旱季，深根樹木對裂隙水或溶洞水的利用，有利于緩解表層土壤的供水壓力，并為淺層作物創(chuàng)造一個有利的環(huán)境，從而增強(qiáng)系統(tǒng)的耐旱能力。

混農(nóng)林系統(tǒng)種間水分利用關(guān)系并不總是互利的，其相互作用往往因不同配置方式而存在差異（Cao等，2012），從生態(tài)位理論的角度來看，根系重疊是導(dǎo)致競爭的一個必要條件，混農(nóng)林系統(tǒng)可充分利用水資源，但搭配不合理所產(chǎn)生的種間水分競爭也尤為突出。在石漠化治理中，加強(qiáng)混農(nóng)林系統(tǒng)水分利用的研究，探明混農(nóng)林復(fù)合條件下不同植被的用水策略以及對干旱環(huán)境的適應(yīng)策略，進(jìn)行混農(nóng)林立體優(yōu)化配置機(jī)理的研究及技術(shù)的研發(fā)，構(gòu)建“空間錯位”的水分利用關(guān)系，盡可能避免水分利用中不必要的競爭，是實現(xiàn)混農(nóng)林系統(tǒng)充分利用水資源及混農(nóng)林配置的基礎(chǔ)。

1.2 蒸散效應(yīng)

1.2.1 土壤蒸發(fā) 蒸散包括土壤蒸發(fā)和植物蒸騰，土壤蒸發(fā)是由外界條件影響而造成的土壤水分散失，沒有直接參與植被生長、發(fā)育及干物質(zhì)的形成，屬于無效水分消耗，石漠化治理中水資源匱乏，發(fā)展節(jié)水型混農(nóng)林業(yè)主要降低土壤蒸發(fā)這部分無效水分的消耗，進(jìn)而在相同的水分消耗范圍內(nèi)獲取最多的產(chǎn)出。艾鵬睿等（2018）對太陽輻射和土壤蒸發(fā)進(jìn)行模擬表明，太陽輻射是影響土壤蒸發(fā)的主要因子，混農(nóng)林系統(tǒng)通過植被的空間復(fù)合，對林下環(huán)境產(chǎn)生一個保護(hù)層，起到削弱太陽輻射的作用，這種作用能有效減少土壤的蒸發(fā)散失 （Kubota等，2015；KёOhler等，2014）。 喀斯特山區(qū)地下不均質(zhì)構(gòu)造，蒸散量以土壤蒸發(fā)為主（王飛宇等，2017），地理單元小與土壤淺薄導(dǎo)致水分賦存能力較低，通過混農(nóng)林的復(fù)合經(jīng)營，減少土壤蒸發(fā)這部分無效水分在混農(nóng)林系統(tǒng)耗水量中的比例，可提高石漠化治理區(qū)水分的利用率，產(chǎn)生良好的保水效應(yīng)。

1.2.2 植物蒸騰 植物蒸騰涉及土壤-植被-大氣的相互作用，能夠增加植被對土體的吸力，降低土體滲透系數(shù)并增加土體抗剪強(qiáng)度，具有良好的土體加固效應(yīng)，進(jìn)而對防止地表侵蝕具有一定的作用（吳宏偉，2017），由于研究區(qū)域及所選取的混農(nóng)林類型存在較大差異，再者研究的代表性和典型性有待論證，導(dǎo)致混農(nóng)林復(fù)合對林下植被蒸騰影響的結(jié)論還未統(tǒng)一（張勁松等，2003）。因此，混農(nóng)林復(fù)合經(jīng)營對林下植被蒸騰的影響仍然是石漠化區(qū)混農(nóng)林業(yè)研究的重要內(nèi)容，另外，植物蒸騰的力學(xué)作用是石漠化治理非常有潛力的一個內(nèi)容，但研究較為匱乏，未來石漠化治理中應(yīng)加強(qiáng)這方面的探索。

1.3 土壤水分效應(yīng)

1.3.1 正效應(yīng) 水是喀斯特石漠化的驅(qū)動力，其缺失制約著石漠化治理區(qū)生態(tài)建設(shè)與植被恢復(fù)，石漠化的綜合治理主要是解決水的問題。混農(nóng)林復(fù)合經(jīng)營能改善土壤水分狀況，促進(jìn)土壤水分賦存，如 Siriri等（2013）研究 SW Uganda梯田上的幾種混農(nóng)林系統(tǒng)表明，林農(nóng)間作具有提高土壤水分的作用；為了闡明間作不同經(jīng)濟(jì)作物的水分調(diào)控效應(yīng)，凌強(qiáng)等（2016）在紅棗林地間作油菜和黃花菜發(fā)現(xiàn)，間作經(jīng)濟(jì)作物能夠顯著改善紅棗林土壤水分環(huán)境，對緩解黃土丘陵區(qū)季節(jié)性干旱起了重要的作用；在三峽庫區(qū)，劉月嬌等（2015）對柑橘園的間作研究表明，柑橘周年間作可增加地表覆蓋度，促進(jìn)水分入滲，產(chǎn)生良好的保水效果。在石漠化治理區(qū)，土壤淺薄，地理單元小，非均質(zhì)的地上-地下構(gòu)造，造成土壤水分賦存能力低，混農(nóng)林復(fù)合經(jīng)營作為一種水土保持的生物措施，在土壤水分賦存方面可產(chǎn)生較好的水分效應(yīng)，顏萍等（2016）對封山育林模式、人工種草模式、經(jīng)果林治理模式與混農(nóng)林模式進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，混農(nóng)林模式對土壤水分環(huán)境的改善優(yōu)于其他三種模式，石漠化治理效果最佳。

1.3.2 負(fù)效應(yīng) 由于蒸騰耗水的正負(fù)效應(yīng)問題還未達(dá)成一致的觀點，加上前人的研究大多是短時間內(nèi)單一模式的對比，且各個地區(qū)氣候、地形以及混農(nóng)林間作方式、間作密度等存在較大的差異，有學(xué)者認(rèn)為，混農(nóng)林系統(tǒng)提高了植被蒸散量，加大了土壤水分的消耗，不會對土壤水分的改善起到任何作用。如在遼北地區(qū)，王克林等（2016）對楊樹-玉米間作系統(tǒng)的土壤水分進(jìn)行研究表明，楊樹-玉米間作系統(tǒng)比單作玉米消耗了更多的土壤水分；在晉西黃土區(qū)，王丹等（2018）對蘋果花生間作系統(tǒng)土壤水分的研究也表明，與花生單作比較，間作系統(tǒng)土壤水分在花生各生育期皆呈現(xiàn)出負(fù)效應(yīng)?？λ固氐貐^(qū)石質(zhì)生境，地質(zhì)地貌條件本身與非喀斯特區(qū)就有一定差異，二元結(jié)構(gòu)發(fā)育及土壤的導(dǎo)水性質(zhì)，土壤水分的影響因子涉及土質(zhì)及環(huán)境要素（何興潼等，2018），土壤水分具有較強(qiáng)的時空異質(zhì)性（賈金田等，2016；張繼光等，2008），故關(guān)于石漠化治理中混農(nóng)林系統(tǒng)土壤水分的研究處于起步階段，因此，未來石漠化治理中應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)混農(nóng)林系統(tǒng)土壤水分效應(yīng)的研究，為石漠化治理區(qū)可持續(xù)的混農(nóng)林模式構(gòu)建提供理論依據(jù)。

1.4 截留效應(yīng) 喀斯特水土流失及地表徑流的嚴(yán)峻性成為石漠化綜合治理的重大問題，混農(nóng)林通過對雨水的截留，起到減流減沙的作用。

1.4.1 正效應(yīng) 混農(nóng)林業(yè)作為水土綜合整治的生物技術(shù)，在減少地表徑流、促進(jìn)水分入滲等方面起著重要的作用 （丁怡飛等，2018；Sahin等，2016；Torralba等，2016）。樹木提供了一個保護(hù)層，即樹冠、枯落物層和下層植被，可減少雨滴的影響和相關(guān)的侵蝕（Liu等，2016），林冠層能夠通過對降雨的截留及再分配影響地表徑流的產(chǎn)生及大小，實現(xiàn)雨水資源的再分配。降雨初期，冠層的葉片可吸收部分雨滴，并通過葉片絨毛張力將未被吸收的雨滴滯留于表面，滯留雨滴量超過葉片張力時，落至下層葉片，使雨滴到達(dá)地面需要一定的時間，從而能有效地削減地表產(chǎn)流 （史宇等，2013；黃進(jìn)，2011）?？萋湮飳搅鞯臄r截由枯落物的蓄積量及其對地表的影響決定（牛勇等，2015），它能通過影響地表粗糙率來避免降雨對土壤的直接擊濺 （張翼夫等，2015），在石漠化治理區(qū)，地表植被覆蓋稀疏，表層土壤易受降雨的濺擊，枯落物覆蓋可有效延緩地表產(chǎn)流（周秋文等，2018），對減少表層土壤侵蝕具有重要意義。

1.4.2 負(fù)效應(yīng) 下層植被的截留效應(yīng)，往往取決于它的管理措施，如趙英等（2012）在低丘紅壤區(qū)對南酸棗間作花生模式研究發(fā)現(xiàn)，在南酸棗林地，花生的種植盡管減小了地表徑流，卻也加劇了土壤的流失，這可能與土壤的翻耕破壞土壤的表層結(jié)構(gòu)有關(guān)，土壤經(jīng)過中耕松土可以增加地表入滲，有利于減少地表徑流，表層土壤的擾動將引起土壤侵蝕的增加。在石漠化治理區(qū)，地表侵蝕劇烈，部分地方甚至到了無土可流的地步，混農(nóng)林經(jīng)營應(yīng)充分考慮立地條件，對于地勢較平坦的基本農(nóng)田，可進(jìn)行林糧復(fù)合經(jīng)營，但在生態(tài)恢復(fù)為主的坡地，盡可能地選擇翻耕較少的林草混農(nóng)林間作方式，根據(jù)不同的立地條件及石漠化程度配置不同的混農(nóng)林治理方式，并通過凋落物的覆蓋等保墑措施或農(nóng)藝措施來維持較高的地面糙率，利于降低土壤侵蝕，實現(xiàn)水土保持效益的最大化。

2 混農(nóng)林業(yè)在石漠化區(qū)的研究不足與展望

混農(nóng)林業(yè)復(fù)合經(jīng)營能夠減少石漠化治理區(qū)有限水資源的無效消耗，促進(jìn)巖溶石漠化地區(qū)裂隙水及溶洞水的利用，在石漠化治理中產(chǎn)生良好的水分效應(yīng)，并具有較好的應(yīng)用前景。但目前，混農(nóng)林業(yè)在石漠化治理區(qū)的研究仍處于起步階段，顏萍等（2016）發(fā)現(xiàn)農(nóng)林混合模式具有顯著的保水性能，陳海等（2019）分析了混農(nóng)林業(yè)對土壤環(huán)境的影響及其在改善土壤環(huán)境方面的作用，Wu等（2018）論述了混農(nóng)林業(yè)在增加碳固存、減少水土流失、增加土壤養(yǎng)分等方面的生態(tài)效益，吳清林等（2018）從石漠化環(huán)境水土綜合整治與山地混農(nóng)林業(yè)的前沿理論中闡明了混農(nóng)林業(yè)在水土綜合整治中的潛力，盡管為石漠化治理與混農(nóng)林業(yè)的發(fā)展提供了重要的支撐，但大多為評述性的研究，無論是理論研究、技術(shù)研發(fā)還是模式構(gòu)建等基礎(chǔ)理論均較匱乏，未來石漠化治理中混農(nóng)林業(yè)的研究還需要在以下幾個方面深入研究。

2.1 植被用水策略以及對干旱環(huán)境適應(yīng)策略的研究 針對石漠化區(qū)混農(nóng)林系統(tǒng)水分利用來源及水分利用效率低的問題，應(yīng)加強(qiáng)植被用水策略以及對干旱環(huán)境適應(yīng)策略的研究。根系重疊是混農(nóng)林系統(tǒng)水分競爭的必要條件，農(nóng)林復(fù)合經(jīng)營面臨的最大挑戰(zhàn)是確定物種組合，在水資源利用上盡量減少樹木和作物之間不可避免的競爭（Ong等，2015）。從石漠化治理中混農(nóng)林業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀來看，大多混農(nóng)林的搭配經(jīng)營都以農(nóng)民的經(jīng)驗為基礎(chǔ)，較難實現(xiàn)規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化、集約化經(jīng)營（楊蘇茂等，2017）。因此，研究混農(nóng)林系統(tǒng)植被水分利用策略及其對干旱環(huán)境的適應(yīng)策略，探明石漠化區(qū)混農(nóng)林復(fù)合經(jīng)營條件下根系的空間分布格局，揭示混農(nóng)林系統(tǒng)的空間配置機(jī)理，是石漠化治理中混農(nóng)林立體優(yōu)化配置及構(gòu)建“空間錯位”的水分利用關(guān)系的基礎(chǔ)。

2.2 混農(nóng)林治石的關(guān)鍵技術(shù)研究 植物是天然的工程師，具有防止地表侵蝕的潛能，目前混農(nóng)林業(yè)在水土保持方面的研究大多只考慮了截留和抗蝕保肥能力，對于混農(nóng)林系統(tǒng)根系的力學(xué)加筋作用的研究較為匱乏，并忽略了更為重要的水力作用，植被的水力作用，主要表現(xiàn)為水分在大氣、植物與土體之間的交換，即植物蒸散發(fā)能增加土體吸力，增強(qiáng)土體抗剪強(qiáng)度，從而起到防止地表侵蝕的作用。在石漠化治理中，為了減緩地表侵蝕、控制水土流失的進(jìn)程，應(yīng)加強(qiáng)混農(nóng)林系統(tǒng)土壤-植被-大氣相互作用機(jī)理的探究，探明混農(nóng)林系統(tǒng)根系的水力作用和力學(xué)加筋作用，研發(fā)混農(nóng)林治石的關(guān)鍵技術(shù)。

2.3 混農(nóng)林系統(tǒng)水分運(yùn)移機(jī)制的研究 針對石漠化治理中植被耗水規(guī)律不明、土壤水分運(yùn)動規(guī)律不清的問題，進(jìn)行混農(nóng)林系統(tǒng)水分運(yùn)移機(jī)制的研究。在石漠化治理中，二元結(jié)構(gòu)及土壤的導(dǎo)水性質(zhì)，水土的地表流失及地下漏失強(qiáng)烈，巖溶裂隙、落水洞及地下暗河的發(fā)育，使喀斯特水文循環(huán)涉及生物圈、水圈、巖石圈、土壤圈和大氣圈的相互作用，導(dǎo)致土壤水分的分布及運(yùn)動較為復(fù)雜，與非喀斯特地區(qū)存在較大的差異。故關(guān)于石漠化治理中混農(nóng)林系統(tǒng)土壤水分的研究較為滯后，特別是將土壤-植被-大氣作為一個系統(tǒng)來探究土壤水分運(yùn)動的研究尤為匱乏。因此，石漠化治理中繼續(xù)進(jìn)行混農(nóng)林系統(tǒng)土壤水分效應(yīng)研究的同時，還應(yīng)將土壤-植被-大氣作為一個完整的系統(tǒng)，探究混農(nóng)林復(fù)合條件下土壤水分運(yùn)動的規(guī)律及其驅(qū)動機(jī)制，進(jìn)行土壤水分運(yùn)動模擬研究，定量分析混農(nóng)林系統(tǒng)土壤水分運(yùn)動過程，為石漠化治理中混農(nóng)林高效利用水資源，制定科學(xué)的水分調(diào)控措施，以及揭示水土漏失機(jī)理提供基礎(chǔ)理論支撐。

2.4 農(nóng)藝、工程節(jié)水技術(shù)與保墑技術(shù)的研發(fā) 石漠化區(qū)盡管降雨量較為豐富，但地表管道裂隙廣泛分布，地下空間的發(fā)育，加之土層淺薄且不連續(xù)，導(dǎo)致地表水資源的賦存困難，造成地表水資源匱乏，地下水資源豐富但難以利用的局面，為促進(jìn)裂隙水及溶洞水的吸收與利用，減輕淺層土壤的水分供給壓力，構(gòu)建節(jié)水型混農(nóng)林模式，并專注于農(nóng)藝、工程、保墑技術(shù)的研發(fā)，并根據(jù)混農(nóng)林類型選取不同的配套技術(shù)，為實現(xiàn)水資源的高效利用與調(diào)控創(chuàng)造可能性，進(jìn)而為推動混農(nóng)林業(yè)在石漠化治理中的可持續(xù)發(fā)展提供有價值的參考。

3 結(jié)語

混農(nóng)林在石漠化治理中具有良好的水分效應(yīng)，科學(xué)的配置與管理是混農(nóng)林在石漠化治理區(qū)持續(xù)發(fā)展的必要條件。首先，合理挑選間作植被。石漠化區(qū)特殊的生境條件適合建植高光合、低蒸騰型的植被（池永寬等，2014），而若將枝繁葉茂的植被引入該區(qū)進(jìn)行混農(nóng)林復(fù)合經(jīng)營，由此產(chǎn)生的林木與作物爭水的現(xiàn)象及植被需水與土壤供水之間的矛盾將難以想象。其次，科學(xué)地配置。既包括混農(nóng)林配置，又包括混農(nóng)林的區(qū)域空間配置，從混農(nóng)林配置來看，根系的空間格局應(yīng)注重“深-淺”組合，可充分利用各層土壤中的水分，避免同一土壤層水分的競爭，而生長期應(yīng)強(qiáng)調(diào)“早-晚”配置，錯開關(guān)鍵的生長發(fā)育期，避免在生育期同時競爭水分，通過混農(nóng)林配置構(gòu)建“空間錯位”的水分利用關(guān)系，既是時間上又是空間上的錯位。從混農(nóng)林的區(qū)域空間配置來看，巖溶石漠化地區(qū)小生境類型多樣，不同生境下小氣候亦差異較大（白義鑫等，2018），應(yīng)根據(jù)不同立地條件的氣候、地表形態(tài)、土壤、植被、水土流失、石漠化程度、水資源等的特點及分布規(guī)律進(jìn)行混農(nóng)林的布局，如池永寬等（2015）根據(jù)石漠化等級與石漠化發(fā)生的潛在指數(shù)進(jìn)行農(nóng)草林草的空間布設(shè)，產(chǎn)生了良好的石漠化治理成效。最后，提升混農(nóng)林經(jīng)營技術(shù)，加強(qiáng)水分管理，是混農(nóng)林在石漠化治理區(qū)實現(xiàn)可持續(xù)的有效途徑。