喀斯特石漠化區(qū)植被恢復(fù)研究綜述

周 瑋，高漸飛

（1.貴州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550008；2.貴州科學(xué)院山地資源研究所，貴州 貴陽(yáng) 550001）

1 引言

喀斯特石漠化代表了世界上一個(gè)比較獨(dú)特的荒漠類型，即濕潤(rùn)區(qū)石質(zhì)荒漠化。在中國(guó)主要分布在貴州、云南和廣西3省區(qū)，是全球三大喀斯特集中分布區(qū)中連片裸露碳酸鹽巖面積最大，也是青藏高原隆起在南亞大陸亞熱帶氣候區(qū)形成的一個(gè)海拔梯度大、地勢(shì)格局復(fù)雜、生態(tài)脆弱的獨(dú)特環(huán)境單元[1～4]。喀斯特地區(qū)脆弱的生態(tài)環(huán)境，加上長(zhǎng)期以來(lái)人為因素的影響，導(dǎo)致森林植被嚴(yán)重破壞，水土流失加劇，土地嚴(yán)重退化，基巖大面積裸露，最終形成的石漠化面積達(dá)46.3×104km2，涉及429個(gè)縣，總?cè)丝诩s1.3億人[5～6]。石漠化導(dǎo)致自然災(zāi)害頻發(fā)，生存環(huán)境不斷惡化，是西部生態(tài)建設(shè)中面臨的十分突出的地域環(huán)境問(wèn)題和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的主要障礙之一。為了加快推進(jìn)巖溶地區(qū)石漠化綜合治理，國(guó)家在“十一五”和“十二五”期間安排專項(xiàng)資金，通過(guò)以小流域?yàn)閱卧木C合治理，摸索石漠化治理模式和不同條件的治理方式，林草植被的保護(hù)與建設(shè)是國(guó)家專項(xiàng)資金綜合治理石漠化的第一大工程。經(jīng)過(guò)多年的實(shí)驗(yàn)與研究，已取得大量的研究成果。本文在總結(jié)國(guó)內(nèi)外喀斯特生態(tài)恢復(fù)研究的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)綜述喀斯特石漠化植被恢復(fù)環(huán)境、過(guò)程、技術(shù)等方面的進(jìn)展，為今后進(jìn)一步的研究石漠化綜合治理提供參考。

2 喀斯特植被生境研究

2.1 生境的嚴(yán)酷性與生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性

碳酸鹽巖以強(qiáng)烈的溶蝕風(fēng)化作用為主，由于這種特殊的地理、地質(zhì)背景，喀斯特地區(qū)表現(xiàn)出一種先天脆弱性，使得群落順向演替難，逆向演替易。主要特征是環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)變異敏感度高，環(huán)境容量低，災(zāi)變承受閾值彈性小[7]；土壤總量少，地表土層淺薄、零星，水分、養(yǎng)分供給能力和貯存能力差，而土壤水分虧缺是人工造林、植被恢復(fù)的主要障礙因子[8]。所以植物常因水養(yǎng)嚴(yán)重不足，土地生產(chǎn)力低下而生長(zhǎng)困難甚至大量死亡。即使存活的植物，亦生長(zhǎng)緩慢，絕對(duì)生長(zhǎng)量低，且有嚴(yán)格的選擇性。只有喜鈣性、耐旱性和石生性的植物，才能在土層薄、含鈣質(zhì)很高，易旱的石灰土上生長(zhǎng)發(fā)育，這也導(dǎo)致群落結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，自我調(diào)控能力弱。

2.2 生境多樣與異質(zhì)性

由于基巖出露面積較大，且起伏多變，形成了石面、石臺(tái)、石縫、石溝、石槽、石坑以及石洞等十分復(fù)雜的喀斯特微地貌。這些復(fù)雜的巖石形態(tài)組合的微地形組成了各種小生境，所形成的環(huán)境條件也不一樣。如石面、石芽、石臺(tái)環(huán)境因巖石裸露面積大，氣溫變化劇烈、形成了不利于林草植被生長(zhǎng)的干旱環(huán)境；石溝、石縫等土層相對(duì)深厚、土壤營(yíng)養(yǎng)元素豐富、有機(jī)質(zhì)含量高、氣溫變幅較小、形成有利于林草植被生長(zhǎng)的肥沃生境[9～11]。因此，不同的生境條件對(duì)林草植被的分布、生長(zhǎng)的制約程度不同，其治理與恢復(fù)過(guò)程也不同。

2.3 環(huán)境利弊兼容性

從總體上看，南方喀斯特地區(qū)溫暖濕潤(rùn)，雨量充沛，主要集中在每年的5～8月，雖水熱同季，但分配不均，常出現(xiàn)蒸發(fā)量大于降水量的干燥期；地下水豐富但埋藏深，不能直接補(bǔ)給土壤，植物難以利用；土壤有機(jī)質(zhì)含量高、但土層淺薄，石礫含量高，土體不連續(xù)，保水力差，極易造成土壤干旱[8]；雖然樹(shù)種資源豐富，植被類型多樣，但是人類不合理的干擾活動(dòng)導(dǎo)致植被破壞嚴(yán)重，群落逆向演替形成的草坡、藤刺灌叢較多，甚至發(fā)展不同程度的石漠化。

3 立地類型及區(qū)劃研究

立地是在一定地段上所有能決定林草植被發(fā)展方向的物理和生物因素的總和，其研究是林業(yè)生產(chǎn)的應(yīng)用基礎(chǔ)[12]。喀斯特地理環(huán)境復(fù)雜，立地類型多樣，所適應(yīng)樹(shù)種和生產(chǎn)力差異很大，進(jìn)行立地類型研究，對(duì)林業(yè)生產(chǎn)合理布局、分類指導(dǎo)具有重要意義。朱守謙等[13]在研究烏江流域喀斯特區(qū)環(huán)境特征，以人工造林障礙因子水分為核心，選取巖性、水熱、溫度、降水、濕度及日照5個(gè)指標(biāo)，用多元分析方法將造林區(qū)劃分為最困難區(qū)、中度困難區(qū)、一般困難區(qū)。周應(yīng)書(shū)等[14]以貴州畢節(jié)地區(qū)為研究區(qū)，從基礎(chǔ)的立地條件因子和喬灌草植物調(diào)查著手，對(duì)喀斯特山地的生態(tài)學(xué)特性與喬灌草植物分布的相關(guān)性進(jìn)行多元回歸分析，在確定地貌、海拔、基巖巖性、基巖裸露率與坡度5個(gè)主導(dǎo)因子的基礎(chǔ)上，確定立地小區(qū)、立地類型組和立地類型，并結(jié)合立地類型組、立地類型劃分依據(jù)，建立喀斯特山地植被恢復(fù)立地類型劃分系統(tǒng)。

植被恢復(fù)的基礎(chǔ)工作就是建立科學(xué)、實(shí)用的喀斯特山地植被恢復(fù)立地類型劃分系統(tǒng)[14]，但對(duì)喀斯特石漠化區(qū)植被恢復(fù)立地類型的研究很少，且多以貴州境內(nèi)的研究為主。由于喀斯特地貌的復(fù)雜性，這些立地類型分區(qū)并不能應(yīng)用到所有的喀斯特地區(qū)，而且這些立地類型的分區(qū)只是從大的范圍上進(jìn)行的劃分，對(duì)于小范圍上的劃分還應(yīng)該將石漠化等級(jí)這個(gè)指標(biāo)融入進(jìn)去。

4 植被恢復(fù)潛力研究

喻理飛，朱守謙等[15～16]以貴州茂蘭國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)退化喀斯特森林為研究對(duì)象，提出了群落自然恢復(fù)對(duì)策的變化是由早期更新對(duì)策向中期結(jié)構(gòu)調(diào)整對(duì)策至后期結(jié)構(gòu)功能協(xié)調(diào)完善對(duì)策更替。在洼地可采用自然成林，或選用既能耐短期水濕、水漬、水淹又能耐干旱瘠薄的闊葉樹(shù)種人工造林；純質(zhì)石灰?guī)r、白云巖組成的峰林、峰叢宜采取全面封山、人工補(bǔ)播樹(shù)種促進(jìn)育林措施，局部地區(qū)可采用種子保濕方法播種；純質(zhì)石灰?guī)r、白云巖緩坡山地、墳丘的植被恢復(fù)模式主要是以人工造林為主，輔以封山育林；白云巖組成的砂質(zhì)丘陵石漠化區(qū)應(yīng)選擇耐干旱樹(shù)種，并保護(hù)萌生形成的灌叢、喬木；碳酸鹽類巖層與非碳酸鹽類巖層（碎屑巖、玄武巖等）互層、間層石漠化區(qū)，以人工造林為主[17]。

5 植被恢復(fù)過(guò)程與途徑研究

石漠化過(guò)程實(shí)際上是植被、生境逆向演替的過(guò)程[18]。石漠化林草植被恢復(fù)工作就是通過(guò)人為作用，使這種逆向演替轉(zhuǎn)變?yōu)轫樝蜓萏妫怪脖蝗郝涞靡饣謴?fù)，最后使生態(tài)系統(tǒng)向良性循環(huán)的方向發(fā)展[19]，然而這是一項(xiàng)極為復(fù)雜的生態(tài)學(xué)過(guò)程，喀斯特特殊生境條件使植被恢復(fù)過(guò)程中小氣候、土壤理化特征、土壤微生物特征發(fā)生變化，導(dǎo)致的喀斯特石漠化區(qū)立地類型及其亞型為植被恢復(fù)所提供的潛力不同，影響植被群落的配置。因此，研究植被恢復(fù)過(guò)程對(duì)石漠化治理有重要意義。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)在灌草階段，以適應(yīng)當(dāng)?shù)貧夂驐l件草本植物和灌木為主，且多為陽(yáng)性植物，物種相對(duì)較貧乏，郁閉度較低，土壤較為干燥；灌木灌叢階段，草本和灌木植物在種類上有所增加，隨著陽(yáng)性草本的逐漸退出，耐陰植物種類比例開(kāi)始提高，藤刺種類大幅增加，郁閉度明顯增大，土壤濕度得到提高，多樣性指數(shù)達(dá)到最大值；喬木階段，以喬木樹(shù)種為主，土壤濕潤(rùn)，郁閉度達(dá)到合理水平；頂級(jí)階段，陽(yáng)性喬木樹(shù)種相繼退出群落，代之以中性和耐蔭的樹(shù)種[20－23]。對(duì)于立地條件優(yōu)越的地方植被要恢復(fù)到頂極群落，只需經(jīng)歷草叢→常綠落葉闊葉林→頂極群落。而立地條件較差的地方，特別是石漠化地區(qū)則需要一個(gè)漫長(zhǎng)而緩慢的過(guò)程[24，25]。退化喀斯特群落通過(guò)自然恢復(fù)總是向結(jié)構(gòu)更復(fù)雜、更完善的方面發(fā)展，體現(xiàn)于群落的多樣性指數(shù)增加，郁閉度得到提高，郁閉度達(dá)到合理水平，土壤保水能力提高。

盡管已有大量文獻(xiàn)探討了植被恢復(fù)途徑，但是，大多是以生態(tài)環(huán)境良好的自然保護(hù)區(qū)為研究區(qū)，對(duì)于喀斯特石漠化這一脆弱生態(tài)區(qū)為研究對(duì)象的并不多，且對(duì)不同等級(jí)的石漠化研究更是少之又少，特別是在針對(duì)某一等級(jí)石漠化方面沒(méi)有進(jìn)行過(guò)專門的研究，而不同等級(jí)石漠化的生境有很大的差異，因此，其林草植被恢復(fù)的途徑與對(duì)策也應(yīng)不同。

6 植被恢復(fù)技術(shù)研究

6.1 封山育林

封山育林育草是按照自然規(guī)律，以封禁為手段，在排除或減少人畜活動(dòng)的影響下，利用林草植被天然更新能力，在自然條件適宜的山區(qū)，通過(guò)植物群落自然演替[26，27]。封山育林得以成功的首要條件是選擇有一定數(shù)量種子或無(wú)性繁殖體或附近有種源的地段，并進(jìn)行封育類型劃分，針對(duì)不同封育類型在自然恢復(fù)過(guò)程中種類組成、結(jié)構(gòu)、生長(zhǎng)等的變化特點(diǎn)，采取相應(yīng)的人工促進(jìn)措施提高成效[28]。通過(guò)長(zhǎng)期實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，在具備自然封育條件的石山和半石山地區(qū)，采取全封育措施5年以上，郁閉度可恢復(fù)到40%～50%；對(duì)具有一定恢復(fù)能力的石山、半石山，采取人促進(jìn)封山育林，8年后郁閉度可達(dá)50%以上[29]，物種的豐富度、物種多樣性指數(shù)、生態(tài)優(yōu)勢(shì)度和群落均勻度均有很大的提高，水濕條件有所改善，群落穩(wěn)定性增強(qiáng)[29，30]。所以，封山育林育草是喀斯特石漠化區(qū)最切實(shí)可行、最經(jīng)濟(jì)的途徑。

6.2 生態(tài)重建

對(duì)于林草植被退化嚴(yán)重的石漠化地區(qū)，植被自然恢復(fù)相當(dāng)困難，經(jīng)相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期的自然恢復(fù)仍然為稀草、石漠化狀態(tài)[31]，林草植被自然恢復(fù)過(guò)程艱難而漫長(zhǎng)，通過(guò)人工造林等措施可加快植被恢復(fù)速率。人工造林是實(shí)現(xiàn)喀斯特地區(qū)退化生態(tài)系統(tǒng)植被恢復(fù)與重建的重要途徑，也是實(shí)施該地區(qū)石漠化治理工程的主要手段。

造林整地[32～35]：由于石灰?guī)r地區(qū)土壤的特殊性，石漠化區(qū)造林也必須采取特殊的方式。首先，在缺水少土的石漠化地區(qū)，造林整地不能全面的砍山、煉山，一般采用局部征地，要盡可能的保留原生植被。其次要充分利用石縫、石溝、石坑、石槽等小生境。第三，整地時(shí)匯集表土，克服土層淺薄對(duì)苗木生長(zhǎng)的影響。主要采用穴狀整地和魚(yú)鱗坑整地，坡度較大地段尤以大魚(yú)鱗坑整地為宜，可起到保持水土、蓄水保墑的作用。

造林密度[36～38]：以“因地制宜、見(jiàn)縫插針、適當(dāng)密植”為原則，綜合考慮造林目的、樹(shù)種特性（包括種類、生長(zhǎng)速度、冠幅大小等）、造林地立地條件、林分結(jié)構(gòu)等方面的因素，合理確定造林密度。如營(yíng)造用材林，其樹(shù)種生長(zhǎng)快、冠幅大、立地條件較好，且為復(fù)層混交林，造林密度宜小，反之宜大；經(jīng)濟(jì)林，尤其是混農(nóng)作業(yè)，宜稀植，一般為390～1100株／hm2；用材林的密度，針葉樹(shù)種一般為4500～10000株／hm2，闊葉樹(shù)種為2500～4500株／hm2。

苗木處理[39－42]：造林苗木類型及苗木處理對(duì)石灰?guī)r地區(qū)造林成活率有重大影響，容器育苗能明顯提高造林成活率，盡快發(fā)揮保持水土、恢復(fù)植被的作用；保水劑、生根劑和植樹(shù)穴覆蓋是困難立地造林關(guān)鍵輔助技術(shù)措施。應(yīng)用ABT生根粉處理苗木根系，可以促進(jìn)苗木根系發(fā)育，縮短生根時(shí)間，增強(qiáng)抗逆能力，提高成活率。

各界學(xué)者針對(duì)喀斯特石漠化地區(qū)的造林配置模式和造林技術(shù)進(jìn)行了大量研究，但普遍采用封山育林、人工造林、種草等地表生物工程手段，未將地球化學(xué)背景與生物的適宜性緊密結(jié)合，導(dǎo)致造林成活率不高，常常是“種樹(shù)不見(jiàn)樹(shù)，造林不見(jiàn)林”或形成“小老頭樹(shù)”的現(xiàn)象；出現(xiàn)人工造林的樹(shù)種較單一，生物多樣性低，數(shù)十年的封育仍無(wú)法形成森林的問(wèn)題。在今后的研究中，需要針對(duì)小區(qū)域尺度或不同流域生態(tài)系統(tǒng)類型，研究其植物群落配置、生物多樣性恢復(fù)與保護(hù)技術(shù)。

7 結(jié)語(yǔ)

隨著國(guó)家和學(xué)術(shù)界對(duì)石漠化的高度關(guān)注，尤其是國(guó)家實(shí)施石漠化綜合治理工程以來(lái)，各界學(xué)者針對(duì)喀斯特石漠化地區(qū)的喀斯特石漠化區(qū)林草植被恢復(fù)進(jìn)行了大量研究，主要集中在植被恢復(fù)中的阻礙因素以及如何克服這些阻礙因素兩方面，雖人工造林技術(shù)在采用生根粉、保水劑處理等方面取得突破性的進(jìn)展，但這些研究多以單個(gè)省、區(qū)為對(duì)象，缺乏大尺度的研究，且多以生態(tài)環(huán)境較好的自然保護(hù)區(qū)為研究區(qū)域；對(duì)于不同人為干擾、不同等級(jí)石漠化區(qū)的植被恢復(fù)對(duì)策研究較少。現(xiàn)在喀斯特地區(qū)進(jìn)行封山育林、人工造林參考的標(biāo)準(zhǔn)主要是國(guó)家頒布的造林技術(shù)等方面的規(guī)程規(guī)范，由于喀斯特地區(qū)特殊的地質(zhì)、地貌及生態(tài)條件，使得國(guó)家通用的標(biāo)準(zhǔn)只具有一般性的作用，喀斯特地區(qū)性的規(guī)程應(yīng)用的還比較少。盡管在2009年頒布了《喀斯特石漠化地區(qū)植被恢復(fù)技術(shù)規(guī)程》（LY／T 1840－2009），但是其中的一些技術(shù)多參考國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，亦沒(méi)有體現(xiàn)不同等級(jí)石漠化區(qū)植被恢復(fù)技術(shù)的差別，缺乏針對(duì)性。目前，迫切需要一套完整的、系統(tǒng)的，針對(duì)不同等級(jí)石漠化造林的參考技術(shù)。

石漠化不是純自然的過(guò)程，多是以人類活動(dòng)為主導(dǎo)因素引起的[3]。因此，石漠化治理亦不僅是一個(gè)自然生態(tài)過(guò)程，也需要經(jīng)濟(jì)投入、產(chǎn)出與管理的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)過(guò)程。建議今后對(duì)石漠化地區(qū)林草植被恢復(fù)的研究應(yīng)多集中在：1）以提高林草植被覆蓋度為目標(biāo)，發(fā)展地方社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，帶領(lǐng)當(dāng)?shù)孛撠毜汝P(guān)鍵問(wèn)題。2）如何將產(chǎn)業(yè)鏈與生態(tài)鏈進(jìn)行有機(jī)整合，建立可持續(xù)的地方生態(tài)產(chǎn)業(yè)，實(shí)現(xiàn)生態(tài)產(chǎn)業(yè)化，產(chǎn)業(yè)生態(tài)化，將是喀斯特石漠化區(qū)植被恢復(fù)重建的另一個(gè)重要發(fā)展方向。3）全球氣候變化引起異常氣候?yàn)?zāi)害的頻繁發(fā)生，如2008年的南方雪災(zāi)，2009～2010年的百年難遇的特大干旱，造成喀斯特地區(qū)原生態(tài)植被和初步恢復(fù)的植被嚴(yán)重受損。因此，應(yīng)著手研究遴選出極度耐旱抗凝凍植物，并展開(kāi)初步恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)維護(hù)技術(shù)的相關(guān)研究工作。另外，石漠化環(huán)境增匯、生物能源適生植物選育與種植方面亦需進(jìn)一步的試驗(yàn)與示范。

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