人為干擾對西南喀斯特小流域生態(tài)恢復(fù)的影響

張紅玉 楊 勇 李 勇

(1.貴州師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，貴州 貴陽 550001 ；2.貴州省水土保持監(jiān)測站，貴州 貴陽550002)

人為干擾對西南喀斯特小流域生態(tài)恢復(fù)的影響

張紅玉1楊 勇2李 勇2

(1.貴州師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，貴州 貴陽 550001 ；2.貴州省水土保持監(jiān)測站，貴州 貴陽550002)

對退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)，是喀斯特生態(tài)脆弱區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要保障。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動、石漠化治理、土地利用方式等，共同構(gòu)成了影響喀斯特小流域生態(tài)系統(tǒng)退化和恢復(fù)的人為干擾因素。在前人對喀斯特石漠化小流域生態(tài)治理相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，以生態(tài)系統(tǒng)組成要素和生態(tài)恢復(fù)動態(tài)過程為出發(fā)點，分析并探討人為干擾對于植被、土壤、凋落物、土壤生物結(jié)構(gòu)、功能和多樣性的擾動。提出生態(tài)治理和生態(tài)建設(shè)應(yīng)注意對生態(tài)系統(tǒng)要素的維持和豐富，并加強對生態(tài)系統(tǒng)整體恢復(fù)和生態(tài)過程的研究，從而更好地促進(jìn)喀斯特石漠化小流域生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)。

生態(tài)恢復(fù)；人為干擾；生態(tài)治理；退化生態(tài)系統(tǒng)；喀斯特小流域

我國西南喀斯特地區(qū)是世界三大巖溶區(qū)之一，喀斯特生態(tài)系統(tǒng)變異敏感度高，是典型的生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)[1-2]，易退化，難恢復(fù)，嚴(yán)重制約著區(qū)域生態(tài)、社會、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。為此，我國政府相繼實施了一系列喀斯特生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)、恢復(fù)和重建的基礎(chǔ)工程和示范研究項目，并以小流域為治理單元相續(xù)開展了“退耕還林還草”、“發(fā)展立體復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)”、“水利設(shè)施”等大量富含人為干擾特征的生態(tài)治理，旨在有效控制石漠化進(jìn)程、驅(qū)動喀斯特生態(tài)系統(tǒng)中人與自然的和諧發(fā)展。然而，有關(guān)人類生產(chǎn)方式、石漠化治理措施、土地利用模式等人為干擾措施對于喀斯特生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的影響，目前，尚缺乏深入的認(rèn)識，這在一定程度上有礙于喀斯特生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)監(jiān)測和對生態(tài)治理有效性與可持續(xù)性的評價。

國內(nèi)外的生態(tài)系統(tǒng)變化態(tài)勢表明，人類活動相關(guān)驅(qū)動要素的調(diào)控和管理，將成為生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)、恢復(fù)和管理所面臨的關(guān)鍵問題。從自然、社會經(jīng)濟(jì)、人類活動的綜合視角，探討生態(tài)過程、格局、功能和服務(wù)相關(guān)的科學(xué)機(jī)制，已成為當(dāng)今生態(tài)系統(tǒng)研究的發(fā)展趨勢與優(yōu)先領(lǐng)域[3]。越來越多的研究者從生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能、過程的角度出發(fā)[4-6]，將人類的農(nóng)業(yè)活動、土地利用方式等，看作不可避免的人類干擾和動態(tài)影響，納入生態(tài)系統(tǒng)管理[7]，融入特定區(qū)域(如喀斯特小流域、喀斯特峰叢洼地)的生態(tài)治理和恢復(fù)重建當(dāng)中[8-9]，積極提倡從“人-自然-經(jīng)濟(jì)復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)”的觀點出發(fā)，探索喀斯特脆弱生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)與可持續(xù)治理[10-11]。

生態(tài)恢復(fù)著眼于重啟或促進(jìn)恢復(fù)，它受到各種人類活動、氣候變化和不可預(yù)見因素的干擾[12]。人類對喀斯特生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)、恢復(fù)、治理，以及一切生產(chǎn)活動、土地利用模式、水利道路橋梁工程設(shè)施等，都屬于人為干擾。本研究以西南喀斯特小流域生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)為例，分析人為干擾對植被、土壤、土壤微生物、土壤動物等生態(tài)系統(tǒng)組成要素恢復(fù)的影響，探討有利于驅(qū)動喀斯特生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的具體措施和相關(guān)研究，旨在為區(qū)域生態(tài)治理和優(yōu)化調(diào)控生態(tài)恢復(fù)提供理論依據(jù)。

小流域既是一個完整的地理單元，地貌要素齊全，土地利用方式多樣，同時又是一個相對獨立的水文單元，形成相對獨立的完整過程[13]。以小流域為生態(tài)治理單元，以系統(tǒng)論的思想為出發(fā)點，將森林、草地、農(nóng)田、村落各子系統(tǒng)考慮在內(nèi)[14]，有利于人們研究和尋找兼具獨特性和普適性的有效生態(tài)恢復(fù)途徑。其次，喀斯特高原山區(qū)氣候類型獨特， 地形地貌復(fù)雜，小生境多樣性異常豐富，為許多生態(tài)學(xué)過程( 如巖溶，演替，群落構(gòu)建，物種對特定生境的響應(yīng)，競爭，共生，分化，物種共存，協(xié)同演化，等等) 的研究提供了理想的場所。

1 人為干擾對植被恢復(fù)的影響

植被和土壤恢復(fù)，是人們對喀斯特生態(tài)脆弱區(qū)域恢復(fù)重建的首要關(guān)注點[15-16]。嚴(yán)酷立地條件下的生態(tài)治理和恢復(fù)模式及土地利用方式包含了不同類型和不同程度的人為干擾。目前，喀斯特小流域強度石漠化或海拔高、坡陡、土壤瘠薄、立地條件惡劣的區(qū)域，往往是原生林或自然坡地，采用封山育草(林)、棄耕、退耕還林的方式進(jìn)行恢復(fù)和保護(hù)，植被遭受的人為干擾(以生態(tài)治理、放牧、采薪、生產(chǎn)活動為主)和破壞很少。中輕度石漠化或海拔較高、坡度較大、土層較薄、立地條件一般的區(qū)域，通常作為次生林、灌叢地、灌草叢地、草地、退耕地，人為干擾較大。潛在或無石漠化區(qū)域，以及緩坡、坡腳等地帶，土層相對較厚、立地條件相對較好，主要用作坡耕地、人工經(jīng)濟(jì)林或農(nóng)耕地(旱地、農(nóng)田)，屬于調(diào)整和規(guī)劃用地結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)化生產(chǎn)方式、引領(lǐng)農(nóng)村產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要區(qū)域[17]，人為干擾最大。典型喀斯特石漠化小流域的原生植被面積小，殘留斑塊稀少，而生態(tài)治理和生態(tài)建設(shè)所形成的斑塊成為主要斑塊類型，受人為干擾的主導(dǎo)作用，斑塊之間缺乏連接，生態(tài)景觀破碎化嚴(yán)重。另一方面，此類小流域水土流失嚴(yán)重、脆弱性突出、生態(tài)承載力低等生態(tài)背景，導(dǎo)致人為干擾對植被恢復(fù)的影響明顯。

1.1 對植物群落結(jié)構(gòu)、物種組成、生物量的影響

不同立地條件下的人為恢復(fù)措施對植被恢復(fù)的影響，不僅與人為干擾強度密切關(guān)聯(lián)，還取決于石漠化程度、土層厚度、巖石裸露率、恢復(fù)時間等因素的差異。

1) 采用封山育林的方式對強度石漠化區(qū)進(jìn)行自然修復(fù)，因人為干擾小，林下植被層與群落多樣性的自然恢復(fù)最快[18]，植物豐富度、均勻度、多樣性、植物群落密度隨著恢復(fù)年限的增長，呈逐漸增加趨勢，且增幅較大，優(yōu)勢種密度逐漸下降[19-20]。說明即使是強度石漠化區(qū)仍然具有較強的自然恢復(fù)潛力。但是，在人類經(jīng)常干擾的土地區(qū)域，植被自然恢復(fù)需要較長的時間，其恢復(fù)潛力很小[18]。

2) 自然恢復(fù)的植被比人工恢復(fù)的更穩(wěn)定，對自然災(zāi)害(如凍害、旱災(zāi))的抗干擾力更強。原生林多樣性和結(jié)構(gòu)性指標(biāo)均高于人工林和次生林，人工林的Shannon-Wiener指數(shù)、Simpson指數(shù)、均勻度、冠幅、胸徑和樹高均高于次生林，種類、密度和蓋度低于次生林[9]。

3) 以人工林和經(jīng)濟(jì)作物占優(yōu)勢的植物群落，從中度、輕度到潛在石漠化治理區(qū)，群落平均高度、地徑、冠幅依次呈增強的趨勢。但隨著時間的推移，增長速率逐漸減緩；隨石漠化強度下降，優(yōu)勢種的種群密度和優(yōu)勢度呈增強趨勢，植物群落密度呈下降趨勢[19-20]。

4) 喀斯特次生林喬灌層地上生物量主要集中于少數(shù)優(yōu)勢樹種，而群落結(jié)構(gòu)與物種組成則受到人為干擾強度和次生林發(fā)育時間的影響[21]。植物群落的正向恢復(fù)，能夠明顯增加植物群落根系地下生物量，從石生到土壤立地條件下，粗根占總根系生物量的比例逐漸增加[22]。

5) 草本生物量主要受到人為除草、放牧的直接影響，草本生物量增長速率呈現(xiàn)出潛在>強度>中度>輕度石漠化治理區(qū)的特征。在幾乎沒有除草干擾的潛在石漠化區(qū)和強度石漠化區(qū)，草本植物生長速度較快，生物量達(dá)到最大。強度石漠化區(qū)雜草恢復(fù)速度快，通過多年的自然恢復(fù)，呈現(xiàn)出石漠化生態(tài)系統(tǒng)植被恢復(fù)初級階段(草叢階段)的特征[19]。

6) 采用多種喬-灌-藤混交種植模式，植物多樣性明顯增大，土壤質(zhì)量得到一定程度恢復(fù)，生態(tài)系統(tǒng)朝著良性循環(huán)方向發(fā)展[8]。林-草配置、林-農(nóng)間種、農(nóng)-草間種的耕作方式，較傳統(tǒng)種植模式和單一的植被恢復(fù)方式具有更好的生態(tài)-經(jīng)濟(jì)效益[17]。

1.2 對植被演替的影響

恢復(fù)年限的延長可以逐漸使石漠化地區(qū)生態(tài)環(huán)境得到明顯恢復(fù)。有監(jiān)測表明，生態(tài)治理3 a后，貴州花江頂壇小流域和畢節(jié)石橋小流域地表植被覆蓋度明顯提高，植被的種類、總個體數(shù)、群落高度、冠幅、地徑、生物量等指標(biāo)數(shù)量隨著恢復(fù)年限呈遞增趨勢，植被生長較快并形成建群種，為本地植被的恢復(fù)創(chuàng)造了穩(wěn)定的生境[19-20]。黔中典型的亞熱帶喀斯特區(qū)域貧瘠耕地經(jīng)過13 a的退耕還林(封山育林)恢復(fù)，植物多樣性指數(shù)、均勻度逐年增大，優(yōu)勢度減少。植被在恢復(fù)17 a以后趨于穩(wěn)定，草灌群落為喬木群落所取代，由旱生向鈣生和石生方向演替[18]。遭受墾殖、火燒、采薪、放牧的桂西北喀斯特人為干擾區(qū)，進(jìn)入保護(hù)恢復(fù)22 a后，植被逐步恢復(fù)并順向演替：出現(xiàn)由石漠化稀疏草叢→草叢→灌叢→藤刺灌叢→落葉闊葉林→常綠落葉闊葉混交林片段演替，群落生物量、物種豐富度積累增大，群落更趨成熟，但各種指標(biāo)與自然保護(hù)區(qū)的頂級群落仍然相差甚遠(yuǎn)[23]。因此，進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)效益評價，應(yīng)考慮到不同生態(tài)治理措施的時間效益和恢復(fù)效益。其次，生態(tài)恢復(fù)是重建生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使生態(tài)系統(tǒng)發(fā)揮該區(qū)域生態(tài)條件下健康的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能[24-25]，而在無人為干擾情況下，立地所能發(fā)育形成的潛在植被類型，是一個地區(qū)現(xiàn)狀植被的發(fā)展趨勢，對區(qū)域植被生態(tài)的恢復(fù)和重建具有重要的指導(dǎo)意義[26-27]。

2 人為干擾對土壤恢復(fù)的影響

2.1 對土壤結(jié)構(gòu)的影響

黔中典型亞熱帶喀斯特環(huán)境[18]和烏蒙山腹地黔西大灣小流域[28]土壤質(zhì)量恢復(fù)的研究均表明：土壤保水能力與土地利用強度呈負(fù)相關(guān)，當(dāng)自然植被演替為次生植被，或者林地、草(灌) 地受到人工開墾利用后，土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體主要因土壤有機(jī)質(zhì)含量下降的影響而下降，導(dǎo)致喀斯特山地土壤表層出現(xiàn)砂化(石漠化)。退耕還林(草) 措施可以促進(jìn)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)和有機(jī)質(zhì)恢復(fù)，明顯提高水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量，增強土壤抗蝕性和蓄水性。坡耕地由于受到生產(chǎn)活動的長期擾動，加之作物很少返還土壤，造成土壤有機(jī)質(zhì)含量下降。超墾、濫砍濫伐等人為干擾則加大了環(huán)境負(fù)荷和石漠化程度。

2.2 對土壤水分的影響

巖溶水文系統(tǒng)受生態(tài)系統(tǒng)與表層巖溶帶的共同調(diào)蓄，土壤和植被既是表層巖溶帶發(fā)育的驅(qū)動力，又是強化表層巖溶帶地下水調(diào)蓄能力的重要影響因素之一，具有良好植被覆蓋的表層巖溶帶，對地下水的調(diào)蓄能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于在其石漠化環(huán)境下的能力[29]。茂密的巖溶原始森林不但形成林下潮濕的枯枝落葉層和土壤層，而且表層巖溶泉水常流不斷，雨季無洪澇，旱季無干旱[30-31]。當(dāng)森林遭受破壞，其調(diào)蓄表層水的功能減弱，就會引發(fā)嚴(yán)重的干旱缺水問題[32]。

土壤水分是植物生長、植被恢復(fù)及土壤侵蝕過程的重要因素[33]，對喀斯特生態(tài)系統(tǒng)中植被生長、植被恢復(fù)、水熱平衡及系統(tǒng)穩(wěn)定性起著決定作用[34]?？λ固厥寥辣Ｋ凸┧芰O差，極易發(fā)生嚴(yán)重的水土流失，干旱時土壤供水能力差，植被生長所需的最低水分無法得到滿足，植被難以生長[8]。在喀斯特小流域尺度上，人為干擾與地形地貌特征、土地利用方式、植被、特殊的土壤分布等共同控制土壤水文格局和過程[34-36]。巖溶灌叢、人工林、天然林在對小氣候的調(diào)節(jié)、對降雨的截留方面，以及在土壤和地被物的水分吸收方面，均存在顯著的差異[30]。原生林群落結(jié)構(gòu)越合理，發(fā)育越健全，土壤水分含量越高，且只與海拔和物種豐富度關(guān)系顯著[34]。灌叢地、灌叢草地借助草被、匍匐類植物等減弱地表蒸發(fā)，在一定程度上保持了土壤水分；退耕地、旱地、農(nóng)田由于植被蓋度相對較小，凋落物層缺失造成地表水分蒸發(fā)快[36]。

2.3 對土壤侵蝕過程的影響

保持水土、涵養(yǎng)水源的重點在于減少地表徑流。李瑞等[37]對黔中地區(qū)羊雞沖小流域不同種植模式坡面徑流產(chǎn)沙的監(jiān)測結(jié)果表明，短時間內(nèi)難以形成下墊面的單純喬木林的坡面泥沙沖刷量最高，缺少翻耕和除草的農(nóng)耕模式因地面板結(jié)程度高而導(dǎo)致徑流量最大(但泥沙流失量小)，只有當(dāng)植被形成灌木層、草本層和枯枝落葉層等下墊面時，才能對降雨形成有效的攔截，有效降低徑流流速以及土壤侵蝕模數(shù)，減少挾沙能力。免翻耕、免除草、施肥等措施，有利于促進(jìn)灌木林(經(jīng)濟(jì)林)形成草本層，有利于荒山封育形成天然草地(或摞荒地)，有利于坡耕地的地表結(jié)皮，從而有效減少坡耕地土壤侵蝕。其中，以喬-灌-草3層結(jié)構(gòu)的水土保持效益最好。

2.4 對土壤養(yǎng)分循環(huán)過程的影響

喀斯特植被退化和向旱生方向演替，使土壤有機(jī)質(zhì)的來源減少且分解速度加快，導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、堿解氮和有效氮、磷、鉀含量降低，植物可利用的養(yǎng)分含量減少[38-39]?；馃?、刈割、植草、封育等人為干擾改變了喀斯特地區(qū)土壤全氮、全磷、速效氮、速效磷等土壤養(yǎng)分的空間格局[40]。土壤有機(jī)質(zhì)不僅有利于土壤生物活性的改善，還有利于維持土壤生物以及土壤的物理穩(wěn)定性。有機(jī)質(zhì)含量、類型與土壤微生物量、微生物多樣性具有重要的聯(lián)系，高肥力土壤比低肥力中微生物量要高[41-43]，有機(jī)質(zhì)改良土壤生物穩(wěn)定性的作用顯著優(yōu)于過度耕作(有機(jī)質(zhì)含量少)土壤[44]。因此，喀斯特地區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)、土壤微生物功能類群多樣性增加[18,36,45-48]，也就使地上和地下生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)的途徑多樣化和要素豐富化，增加了地力和土壤恢復(fù)潛力。

3 人為干擾對土壤動物群落的影響

土壤動物的活動對土壤的物質(zhì)循環(huán)和能量轉(zhuǎn)化有著重要作用[49]，通過提高有機(jī)質(zhì)的分解速率和養(yǎng)分的周轉(zhuǎn)量，對生態(tài)系統(tǒng)過程產(chǎn)生影響，尤其是影響凋落物的分解過程[50]。通過對凋落物的粉碎，促進(jìn)了物質(zhì)的淋溶、下滲，增加了土壤中細(xì)菌和真菌活動的接觸面積， 從而加速養(yǎng)分流動[51]，加速凋落物-土壤-土壤動物系統(tǒng)中氮、磷元素的循環(huán)速率[52]。此外，土壤生物的多樣性能提高對土壤中水和營養(yǎng)物質(zhì)的利用率，也就提高了土壤生產(chǎn)力；土壤生物功能上的差異越大，凈生物多樣性對生態(tài)系統(tǒng)過程的影響就越大[53]。

從無石漠化區(qū)到中度石漠化區(qū)，喀斯特高原盆地菠蘿小流域土壤動物個體數(shù)、類群數(shù)、密度、優(yōu)勢類群物種數(shù)遞減，稀有類群缺失，與人為因素的長期干擾所導(dǎo)致土壤的pH、含水量、有機(jī)質(zhì)和孔隙度的改變有關(guān)[54]，反映出喀斯特生境土層變薄、土壤結(jié)構(gòu)劣化、土壤有機(jī)養(yǎng)分匱乏的環(huán)境特征[55]。小流域土壤動物群落結(jié)構(gòu)和功能多樣性的單一化，無疑對多個生態(tài)系統(tǒng)過程具有潛在影響。

4 人為干擾對植被-凋落物-土壤微生物系統(tǒng)的影響

植被與土壤生物(尤其是土壤微生物)之間的反饋作用，是植被恢復(fù)成功與否的關(guān)鍵[56]。其中一個重要原因是，植被通過影響生態(tài)系統(tǒng)的凈初級生產(chǎn)力和相應(yīng)土壤有機(jī)碳的輸入，使土壤微生物的多樣性和生物量發(fā)生變化[55]，土壤微生物通過改變土壤理化性質(zhì)和營養(yǎng)元素的周轉(zhuǎn)，以及共生或寄生關(guān)系，進(jìn)而影響植物的生長發(fā)育和群落結(jié)構(gòu)。受自然因素(以土壤貧瘠程度、石漠化立地條件、水土保持等為主)和人為干擾(以土地利用方式、治理措施、生產(chǎn)活動(如翻耕、施肥、農(nóng)作物秸稈填埋、作物管理等)為主)的共同作用，導(dǎo)致不同土地利用方式對植被-凋落物-土壤微生物系統(tǒng)的自我恢復(fù)存在明顯的擾動。

龍健等人對黔中喀斯特石漠化地區(qū)土壤恢復(fù)質(zhì)量的研究[18]表明：從土壤微生物總量來看，林地>草地> 果樹地> 農(nóng)地> 坡耕地> 棄耕地> 石漠化地；從微生物類群來看，林地的細(xì)菌、真菌數(shù)量最高，草地的固氮菌最高，農(nóng)地的放線菌最高，石漠化地未見真菌；從群落結(jié)構(gòu)來看，恢復(fù)13 a的林地(天然林和次生林)土壤生物群落豐富度最大，嚴(yán)重石漠化的土壤微生物群落豐富度最小，Shannon指數(shù)明顯低于其他各類土壤，降幅達(dá)78.9%～96.4%。這可能與喬木林能夠為土壤提供大量凋落物和分泌物，從而促進(jìn)土壤微生物群落生長、繁殖和生物量增長[57]有關(guān)。

蘇廣實等[36,47]對廣西都安澄江小流域土壤微生物的研究表明，灌草叢地、草地、灌叢地在流域內(nèi)廣泛分布，凋落物量大且易于分解，其土壤微生物總數(shù)量最大；翻耕破壞了旱地土壤結(jié)構(gòu)，加上缺乏根系和凋落物，造成旱地土壤微生物多樣性指數(shù)最低、土壤養(yǎng)分流失最嚴(yán)重。土壤表層酶活性也隨著土地利用強度的增大呈下降趨勢。

因此，喀斯特石漠化土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和功能的恢復(fù)與重建過程，明顯受到土地利用類型和治理措施的影響和干擾，此外，耕作方式和強度直接關(guān)系到土壤養(yǎng)分的流存，使物質(zhì)循環(huán)過程受到擾動。凋落物的種類和歸還量，取決于植被和人類生產(chǎn)過程中對凋落物的處理(作為薪柴或移除等)，進(jìn)而影響著土壤微生物的多樣性，另外，凋落物的種類和理化性質(zhì)比凋落物數(shù)量對土壤生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響更大。

5 以合理的人為干擾,促進(jìn)喀斯特小流域退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動和生態(tài)治理措施已成為增加喀斯特生態(tài)系統(tǒng)不穩(wěn)定性的強大人為干擾因素。人為干擾直接或間接影響著喀斯特石漠化小流域生態(tài)系統(tǒng)的組成要素，擾動了生態(tài)過程，進(jìn)而影響到生態(tài)系統(tǒng)的自我恢復(fù)，而對生產(chǎn)效益的片面追求則使生態(tài)建設(shè)不同程度地減弱了生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力。

喀斯特小流域石漠化治理和生態(tài)恢復(fù)重建，是多個密切關(guān)聯(lián)的生態(tài)系統(tǒng)過程與系統(tǒng)要素和人為干擾因素共同作用的結(jié)果，不僅要考慮區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求，還應(yīng)注重增補系統(tǒng)要素(如適生性植物、草被、凋落物多樣性豐富的植被、土壤水肥等)的多樣性和豐度，從而依賴喀斯特生態(tài)系統(tǒng)的自調(diào)控機(jī)制和恢復(fù)潛力，更好地驅(qū)動喀斯特小流域生態(tài)系統(tǒng)的自我恢復(fù)。重建措施包括：通過保持水土、提高土壤水肥和改善土壤結(jié)構(gòu)，重啟土壤涵養(yǎng)和支持生命系統(tǒng)的活力；通過積極的還草護(hù)草措施，促進(jìn)石漠化立地條件下植被的正向演替，進(jìn)而促進(jìn)土壤生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的快速恢復(fù)；促進(jìn)植被下墊面灌木層、草本層、凋落物層的形成，充分發(fā)揮其減少土壤侵蝕和涵養(yǎng)水源的生態(tài)功能；重視不同類型景觀斑塊的空間格局，加強斑塊之間的物質(zhì)和能量交流，提高生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力；不以凋落物為薪柴或人為除移，讓凋落物歸還土壤并參與養(yǎng)分循環(huán)過程；通過合理施肥、土壤有機(jī)改良、適時適地的增加外源養(yǎng)分等生產(chǎn)措施，恢復(fù)土地生產(chǎn)力和土壤活力。

6 小結(jié)與展望

盡管人們越來越多地認(rèn)識到人為干擾對于喀斯特生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)過程中結(jié)構(gòu)和功能重構(gòu)的重要性，但目前尚缺乏將生態(tài)系統(tǒng)視為一個具有生機(jī)的、動態(tài)的、有機(jī)“整體”開展相關(guān)研究，缺乏針對多個子系統(tǒng)、子要素、子過程之間的復(fù)雜關(guān)聯(lián)及其對系統(tǒng)整體恢復(fù)影響的研究，缺乏多學(xué)科、多角度、多層次交叉滲透的綜合性研究和涵蓋多區(qū)域、多尺度的研究。人為干擾對喀斯特地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的退化和恢復(fù)影響重大，人為干擾導(dǎo)致的偏途、不同演替階段群落的共存，使喀斯特小流域生態(tài)系統(tǒng)呈現(xiàn)出更加分化的結(jié)構(gòu)和功能類型。一方面給喀斯特小流域系統(tǒng)生態(tài)過程的觀測和模擬研究帶來許多挑戰(zhàn)性的問題；另一方面也使其成為研究喀斯特生態(tài)系統(tǒng)動態(tài)恢復(fù)過程，以及自然與人為干擾相互作用的天然實驗室。

基于目前已有的研究結(jié)果和科學(xué)認(rèn)識，今后對喀斯特退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的研究，可以借簽地球系統(tǒng)科學(xué)的研究方法和理論，充分利用不斷豐富和發(fā)展的生態(tài)學(xué)研究方法和理論，深入開展退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)過程中各關(guān)鍵要素與子系統(tǒng)對生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能全面恢復(fù)的影響研究，尤其是對影響生態(tài)系統(tǒng)整體恢復(fù)的主導(dǎo)因素及其作用機(jī)理的研究，以及指示生物對生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的響應(yīng)機(jī)制研究等。期望通過人為優(yōu)化調(diào)控，最大限度地驅(qū)動生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的自我恢復(fù)，推動人類對生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)、合理的管理，實現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)中人與自然的融合，達(dá)成生態(tài)、社會和經(jīng)濟(jì)的和諧與一體化發(fā)展。

[1] 楊明德. 論喀斯特環(huán)境的脆弱性[J]. 云南地理環(huán)境研究, 1990, 2(1): 21-29.

[2] 王世杰. 喀斯特石漠化: 中國西南最嚴(yán)重的生態(tài)地質(zhì)環(huán)境問題[J]. 礦物巖石地球化學(xué)通報, 2003, 22(2): 120-126.

[3] 傅伯杰.我國生態(tài)系統(tǒng)研究的發(fā)展趨勢與優(yōu)先領(lǐng)域[J]. 地理研究, 2010, 29(3): 382-395.

[4] 傅伯杰. 土地利用結(jié)構(gòu)與生態(tài)過程[J]. 第四紀(jì)研究, 2003, 23(3): 247-255.

[5] 徐延達(dá), 傅伯杰, 呂一河. 基于模型的景觀格局與生態(tài)過程研究[J]. 生態(tài)學(xué)報, 2010, 30(1): 212-220.

[6] 蘇常紅, 傅伯杰. 景觀格局與生態(tài)過程的關(guān)系及其對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響[J]. 自然雜志, 2012, 34(5): 277-283.

[7] 田慧穎, 陳利頂, 呂一河, 等. 生態(tài)系統(tǒng)管理的多目標(biāo)體系與方法[J]. 生態(tài)學(xué)雜志, 2006, 25(9): 1147-1152.

[8] 龍健, 李娟, 江新榮, 等. 喀斯特石漠化地區(qū)不同恢復(fù)和重建措施對土壤質(zhì)量的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2006, 17(4): 615-619.

[9] 宋同清, 彭晚霞, 曾馥平, 等. 喀斯特峰叢洼地不同類型森林群落的組成與生物多樣性特征[J]. 生物多樣性, 2010, 18(4): 355-364.

[10] 姜德文. 小流域綜合治理持續(xù)發(fā)展的重大技術(shù)問題[J]. 中國水土保持科學(xué), 2005, 3(2): 1-4.

[11] 彭晚霞, 王克林, 宋同清, 等. 喀斯特脆弱生態(tài)系統(tǒng)復(fù)合退化控制與重建模式[J]. 生態(tài)學(xué)報, 2008, 28(2): 811-820.

[12] 任海, 彭少麟, 陸宏芳. 退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)與恢復(fù)生態(tài)學(xué)[J]. 生態(tài)學(xué)報, 2004, 24(8): 1756-1764.

[13] 胡振鵬. 鄱陽湖流域生態(tài)修復(fù)的理論、方法及其應(yīng)用[J]. 長江流域資源與環(huán)境, 2012, 21(3): 259-267.

[14] 熊康寧. 治理, 需立足于小流域[J]. 人與生物圈, 2009(5): 61.

[15] 宋同清, 彭晚霞, 曾馥平, 等. 喀斯特峰叢洼地退耕還林還草的土壤生態(tài)效應(yīng)[J]. 土壤學(xué)報, 2011, 48(6): 1219-1226.

[16] 尹亮, 崔明, 周金星, 等. 巖溶高原地區(qū)小流域土壤厚度的空間變異特征[J]. 中國水土保持科學(xué), 2013, 11(1): 51-58.

[17] 周瑋, 熊康寧, 高漸飛, 等. 貴州畢節(jié)石橋小流域喀斯特石漠化耕地治理研究[J]. 貴州農(nóng)業(yè)科學(xué), 2010, 38(9): 110-113.

[18] 龍健, 鄧啟瓊, 江新榮, 等. 貴州喀斯特石漠化地區(qū)土地利用方式對土壤質(zhì)量恢復(fù)能力的影響[J]. 生態(tài)學(xué)報, 2005, 25(12): 188-195.

[19] 李晨, 熊康寧, 吳光梅, 等. 巖溶山區(qū)石漠化生態(tài)治理的植物多樣性動態(tài)響應(yīng)：以貴州省花江示范區(qū)頂壇小流域為例[J]. 熱帶地理, 2012, 32(5): 487-492,507.

[20] 王恒松, 熊康寧, 劉云. 黔西北典型喀斯特小流域綜合治理的生態(tài)效益研究[J]. 干旱區(qū)資源與環(huán)境, 2012, 26(8): 62-70.

[21] 劉長成, 魏雅芬, 劉玉國, 等. 貴州普定喀斯特次生林喬灌層地上生物量[J]. 植物生態(tài)學(xué)報, 2009, 33(4): 698-705.

[22] 羅東輝, 夏婧, 袁婧薇, 等. 我國西南山地喀斯特植被的根系生物量初探[J]. 植物生態(tài)學(xué)報, 2010, 34(5): 611-618.

[23] 王克林, 蘇以榮, 曾馥平, 等. 西南喀斯特典型生態(tài)系統(tǒng)土壤特征與植被適應(yīng)性恢復(fù)研究[J]. 農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究, 2008, 29(6): 641-645.

[24] Rodrigues R R, Gandolfi S, Nave A G, et al. Large-scale ecological restoration of high-diversity tropical forests in SE Brazil[J]. Forest Ecology and Management, 2011, 261(10):1605-1613.

[25] Bullock J M, Aronson J, Newton A C, et al. Restoration of ecosystem services and biodiversity: conflicts and opportunities[J]. Trends in Ecology and Evolution, 2011, 26(10):541-549.

[26] Prach K, Walker L R. Four opportunities for studies of ecological succession[J]. Trends in Ecology and Evolution, 2011, 26(3):119-123.

[27] 李飛, 趙軍, 趙傳燕, 等. 中國干旱半干旱區(qū)潛在植被演替[J]. 生態(tài)學(xué)報, 2011,31(3):689-697.

[28] 王佩將, 戴全厚, 丁貴杰. 喀斯特地區(qū)植被恢復(fù)過程中土壤滲透性能及其影響因素[J]. 中國水土保持科學(xué), 2012,10(6): 12-18.

[29] 陳植華, 陳鋼, 靖娟利, 等. 西南巖溶石山表層巖溶帶巖溶水資源調(diào)蓄能力初步評價[C] //中國地質(zhì)學(xué)會. 巖溶地區(qū)水、工、環(huán)及石漠化問題學(xué)術(shù)研討會論文集. 昆明, 2003, 180-188.

[30] 何師意, 冉景丞, 袁道先, 等. 不同巖溶環(huán)境系統(tǒng)的水文和生態(tài)效應(yīng)研究[J]. 地球?qū)W報, 2001, 22(3): 265-270.

[31] 蔣忠誠, 王瑞江, 裴建國, 等. 我國南方表層巖溶帶及其對巖溶水的調(diào)蓄功能[J]. 中國巖溶, 2001, 20(2): 106-110.

[32] 覃小群, 蔣忠誠. 表層巖溶帶及其水循環(huán)的研究進(jìn)展與發(fā)展方向[J]. 中國巖溶, 2005, 24(3): 250-254.

[33] 馬風(fēng)云, 李新榮, 張景光, 等. 沙坡頭人工固沙植被土壤水分空間異質(zhì)性[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2006, 17(5): 789-795.

[34] 彭晚霞, 宋同清, 曾馥平, 等. 喀斯特峰叢洼地旱季土壤水分的空間變化及主要影響因子[J]. 生態(tài)學(xué)報, 2010, 30(24): 6787-6797.

[35] 張繼光, 陳洪松 , 蘇以榮, 等. 喀斯特峰叢洼地坡面土壤水分空間變異研究[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 2006, 22(8): 54-58.

[36] 蘇廣實, 王世杰, 胡寶清, 等. 喀斯特小流域不同土地利用方式對土壤物理性狀和微生物的影響：以廣西都安澄江小流域為例[J]. 地球與環(huán)境, 2013, 41(1): 29-36.

[37] 李瑞, 劉瑞祿, 呂濤, 等. 貴州省喀斯特地區(qū)典型小流域不同種植模式坡面徑流產(chǎn)沙研究[J]. 水土保持通報, 2012, 32(5): 132-135.

[38] 劉方, 王世杰, 劉元生, 等. 喀斯特石漠化過程土壤質(zhì)量變化及生態(tài)環(huán)境影響評價[J]. 生態(tài)學(xué)報, 2005, 25(3): 639-644.

[39] 張平究, 潘根興. 不同植被群落下喀斯特土壤養(yǎng)分及生物化學(xué)性質(zhì)特征[J]. 水土保持學(xué)報, 2012, 26(1): 77-84.

[40] 唐成, 杜虎, 宋同清, 等.喀斯特峰叢坡地不同土地利用方式下土壤N、P 空間變異特征[J].生態(tài)學(xué)雜志, 2013, 32(7): 1683-1689.

[41] Anderson T H, Domsch K H. Ratios of microbial biomass carbon to total organic carbon in arable soils[J]. Soil Biology & Biochemistry, 1989, 21(4): 471-479.

[42] Bardgett R D, Leemans D K, Cook R, et al. Seasonality of the soil biota of grazed and ungrazed hill grasslands[J]. Soil Biology & Biochemistry, 1997, 29(8): 1285-1294.

[43] Grayston S J, Griffith G S, Mawdsley J L, et al. Accounting for variability in soil microbial communities of temperate upland grassland ecosystems[J]. Soil Biology & Biochemistry, 2001, 33(4/5): 533-551.

[44] Griffiths B S, Bonkowski M, Roy J, et al. Functional stability, substrate utilization and biological indicators of soils following environmental impacts[J]. Applied Soil Ecology, 2001, 16(1): 49-61.

[45] 王新洲, 胡忠良, 杜有新, 等. 喀斯特生態(tài)系統(tǒng)中喬木和灌木林根際土壤微生物量及其多樣性的比較[J]. 土壤, 2010, 42(2): 224-229.

[46] 杜有新, 潘根興, 李戀卿, 等. 黔中喀斯特山區(qū)退化生態(tài)系統(tǒng)生物量結(jié)構(gòu)與N、P 分布格局及其循環(huán)特征[J]. 生態(tài)學(xué)報, 2010, 30(23): 6338-6347.

[47] 蘇廣實. 喀斯特小流域不同土地利用方式對土壤微生物和酶活性的影響：以廣西都安澄江小流域為例[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報, 2012 , 28(18): 81-85.

[48] 邱虎森, 蘇以榮, 陳香碧, 等. 喀斯特高原典型小流域土壤有機(jī)碳及其組分的分布特征[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報, 2012, 31(10): 1956-1964.

[49] 尹文英. 中國土壤動物[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 2000: 2.

[50] 梁文舉, 聞大中. 土壤生物及其對土壤生態(tài)學(xué)發(fā)展的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2001, 12(1): 137-140.

[51] Barajas G G, Alvarez S J. The relationships between litter fauna and rates of litter decomposition in a tropical-rain forest[J]. Applied Soil Ecology, 2003, 24(1):91-100.

[52] 殷秀琴, 宋博, 邱麗麗. 紅松闊混交林凋落物-土壤動物-土壤系統(tǒng)中N、P、K 的動態(tài)特征[J]. 生態(tài)學(xué)報, 2007, 27(1):128-134.

[53] 王華, 曹啟民, 楊建峰, 等. 土壤生物多樣性對植物利用營養(yǎng)物質(zhì)和水分的影響[J]. 生態(tài)學(xué)報, 2008, 38(3): 1240-1246.

[54] 王仙攀, 陳滸, 趙志成, 等. 喀斯特簸籮小流域不同等級石漠化土壤動物的群落結(jié)構(gòu)[J]. 貴州農(nóng)業(yè)科學(xué), 2011, 39(1): 131-134.

[55] 王巨, 謝世友, 戴國富. 西南巖溶區(qū)土壤生態(tài)系統(tǒng)退化研究[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報, 2011, 27(32): 181-185.

[56] 畢江濤, 賀達(dá)漢. 植物對土壤微生物多樣性的影響研究進(jìn)展[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報, 2009, 25(9): 244-250.

[57] 畢江濤, 賀達(dá)漢, 黃澤勇, 等. 退化生態(tài)系統(tǒng)植被恢復(fù)過程中土壤微生物群落活性響應(yīng)[J]. 水土保持學(xué)報, 2008, 22(4): 195-200.

(責(zé)任編輯 趙粉俠)

Effects of Human-Induced Disturbance on the Ecological Restoration in Karst Small Watershed of Southwest China

ZHANG Hong-yu1,YANG Yong2,LI Yong2

(1.College of Life Sciences,Guizhou Normal University,Guiyang Guizhou 550001,China； 2.Guizhou Provincial Monitoring Station of Soil and Water Conservation,Guiyang Guizhou 550002,China)

Ecological restoration is an important ecological security for Karst ecological fragile region to develop social economy. Agricultural production activities, rocky desertification control and land utilization way were the main human-induced disturbance factors, which affected ecosystem degradation and restoration in Karst small watershed. Based on the previous research on the ecological development and ecological management, made the components of ecosystem and the process of the restoration as the starting point, this paper analyzed the effects of human-induced disturbance on the vegetation, soil, litter, soil biological structure, function and diversity. Ecological management should pay more attention to constantly maintain and rich ecosystem elements, and strengthen the study of the ecological process and the “integrity” recovery of degraded ecosystem, and then restart and promote ecological restoration in Karst small watershed.

ecological restoration; human-caused disturbance; ecological management; degraded ecosystem; small watershed of Karst

2014-06-06

國家自然科學(xué)基金項目(31260152)資助；貴州省科技計劃項目(黔科合SY字(2012)3026號)資助；貴州省水利廳科研項目(KT201106)資助。

10.3969/j.issn.2095-1914.2014.06.016

S718.55

A

2095-1914(2014)06-0091-07

第1作者：張紅玉(1973—),女,博士,教授。研究方向：恢復(fù)生態(tài)。Email:gznuzhhy@qq.com。