岷江干旱河谷不同植被恢復模式的適應性研究

唐小智，李德文，劉 贊，桂林華

(四川省林業(yè)調查規(guī)劃院，四川成都 610081)

森林植被恢復(Forest Vegetation Restoration)是根據一定的恢復目標，運用森林演替理論和森林培育學原理，采取森林培育學和生態(tài)工程學的技術與方法，人為地改變和切斷引起森林退化的主導因子或過程，建立優(yōu)化的森林生態(tài)系統(tǒng)結構與功能，使森林恢復到處于進展演替中的某種穩(wěn)定狀態(tài)［1～3］。北歐國家對寒溫帶針葉林、英國和日本等國學者對東南亞熱帶雨林采伐后植被恢復過程和技術進行了較深入研究［4-7］。上世紀80年代開始，中國學者對退化森林生態(tài)系統(tǒng)植被恢復過程與技術也進行了大量研究［1，8～13］。國內外對森林生態(tài)系統(tǒng)恢復研究主要集中在森林采伐跡地的植被恢復和環(huán)境污染對森林的退化，以及探討采伐破壞和干擾后森林植被恢復的生態(tài)學過程與機制。

理縣地處岷江上游，對岷江中下游地區(qū)特別是成都平原具有重要的生態(tài)屏障作用。長期以來，受森林資源利用的影響，森林資源破壞嚴重，山區(qū)公路及居民點周邊山體植被遭到破壞，山體坡面水土流失加劇，在雨季面臨山體滑坡、泥石流等地質災害的危險，對居住在理縣的各族群眾生命和財產形成了威脅?！?·12”汶川特大地震使理縣本就脆弱的生態(tài)環(huán)境又遭受到嚴重的破壞，山體結構遭到不同程度破壞，森林植被受損極其嚴重，使當地各族百姓的生命財產安全受到巨大威脅。

由于地震所造成的立地條件差、結構不穩(wěn)定的坡面又給植被恢復帶來了極大的難題，傳統(tǒng)的植被恢復方案或技術很難在這些區(qū)域取得較好效果，急需新的技術來解決這一難題。本文借鑒日本先進的工程治山技術理念，首先對各受災林地的受災類型、受災程度、立地因子及植被因子進行調查和綜合分析，然后本著“先治理坡面再恢復森林植被”的思路，探索總結出一套適合理縣地震災后森林植被恢復的科學和完整的林業(yè)治山技術。

1 材料與方法

1.1 野外調查

2009年1～3月，在理縣雜谷腦河兩岸不同類型的受災林地進行立地因子、植被因子和災害因子調查。采用1∶5萬地形圖、1∶1萬的衛(wèi)星影像和災后1∶5 000航空影像，按照《造林技術規(guī)程》(GB/T15776—2006)、《四川省森林資源二類調查辦法(試行)》(1994年)等技術規(guī)程要求對試驗地進行調查和區(qū)劃，并采用羅盤儀實測地震引起的林地受損范圍。在確定恢復范圍的基礎上對試驗地內其它基礎因子進行詳細調查。調查內容主要包括:(1)立地因子:坡度、坡向、坡位、坡型、海拔、土壤類型、土層厚度、土壤質地、石礫含量等;(2)植被因子:草本和灌木樣方的種類、數量、平均高、蓋度以及喬木的種類、數量、平均高、郁閉度、胸徑和損害程度等;(3)震后林地災害識別調查因子:災害類型、坡度、堆積體或坡面穩(wěn)定性、石礫含量、植被保存率、潛在危害性、降水量等。

1.2 數據處理

利用SPSS17.0進行數據分析，采用定性與定量相結合的方法，將震后林地災害識別調查因子進行定性數量化分級，進行因子分析，提取出震后受災林地災害識別的主因子。

2 結果與分析

2.1 造林地塊區(qū)劃

災害識別是震后受災林地森林植被恢復模式選擇的前提，本文根據災害識別指標體系對試驗地進行災害識別調查。為便于試驗地災害識別，在調查過程中將每個試驗地劃分成幾塊，并編號(見表1)。由于各個試驗地一旦發(fā)生次生災害時，其內部的每個災害識別小區(qū)都具有相同的潛在危害對象，因此，每個試驗地內部的潛在危害性都是同一的。由表1可看出，4號試驗地的潛在危害性最大，為Ⅲ級危害性;2、3、5和6號試驗地的潛在危害性次之，為Ⅱ級危害性;1號試驗地的潛在危害性最小，為Ⅰ級危害性。

表1 試驗地災害識別綜合分析表Table 1 Analysis results of hazard identification in experimental fields

2.2 造林模式配置

2.2.1 模式一:干砌石水平階梯工程+大苗客土種植

本模式選擇在4-1區(qū)試驗，其對照模式“大苗客土種植(枇杷+岷江柏)在4-3區(qū)進行。4-1和4-3區(qū)是Ⅲ級危害性、中石礫或重石礫、坡面堆積體較穩(wěn)定的受災林地。

干砌石水平階梯工程是就地取材的片石筑成的底寬50 cm、頂寬30 cm、高90 cm的片石砌體;砌體基礎是在山體上夯實素土，自然形成一個水平臺，然后在水平臺上鋪上15 cm厚的碎石墊層，并夯實;砌體與山體之間填實土石，形成一個1.3 m寬的造林平臺;相鄰兩個干砌石水平階梯工程間隔2.5 m。

大苗客土種植時，選用枇杷和岷江柏作為造林樹種，種植方式采用塊狀混交;枇杷種植坑為長徑0.8 m、短徑0.8 m、深0.8 m的魚鱗坑，岷江柏種植坑為長徑0.8 m、短徑0.6 m、深0.8 m的魚鱗坑。

2.2.2 模式二:簡易排水工程+水平夯土階梯工程+大苗客土種植

本模式選擇在1-2區(qū)試驗，是已形成的堆積物厚度在1.0 m以下、Ⅰ或Ⅱ級危害性、輕或中石礫含量、坡面穩(wěn)定或較穩(wěn)定的受災林地。對照模式為模式六。

簡易排水工程的治理方法是首先將溝底堆積的松散泥沙和石礫挖出來，堆在沖溝的兩側，然后用工具把沖溝兩側的泥沙和石礫夯實，以形成一條溝頂寬1.0 m，底寬0.6 m，高0.7 m的排水溝。

水平夯土階梯工程是通過人工開挖的方式將堆積了松散土石的坡面進行平整夯實，平整后形成水平階梯狀坡面，每個水平帶寬1.5 m，梯級間高差0.5 m。

大苗客土種植時，選用輻射松和岷江柏作為造林樹種，種植方式采用塊狀混交;種植坑均為長徑0.8 m、短徑0.6 m、深0.8 m的魚鱗坑。

2.2.3 模式三:堆積體底部漿砌石擋墻+大苗客土種植+噴播草種

本模式選擇在6-1區(qū)試驗，其對照模式為“噴播草種”，也選擇在6-1區(qū)內進行，兩個模式實施區(qū)中間由6-2分隔開。6-1區(qū)是Ⅱ級和Ⅲ級危害性、中石礫或重石礫、坡面堆積體不穩(wěn)定的受災林地。

漿砌石擋墻的作用主要是穩(wěn)定較大的堆積體或滑坡體，防止進一步崩塌或滑坡。漿砌石擋墻設計為底寬1.2 m、頂寬0.9 m、高2.5 m的梯形，并在墻體上設置泄水孔。擋墻的基礎需要夯實，然后在夯實的素土上鋪設0.4 m厚的碎石墊層，漿砌石擋墻需在地下埋深0.5 m。

大苗客土種植時，選用輻射松和岷江柏作為造林樹種，種植方式采用塊狀混交;種植坑均為長徑0.8 m、短徑0.6 m、深0.8 m的魚鱗坑。

噴播草種適用對象:坡面不穩(wěn)定、中或重石礫、Ⅰ級或Ⅱ級危害性、坡度大于35°的不適宜造林的受災林地。

噴播草種前一定要對種子進行催芽處理，待種子開始萌動時混入泥炭土、耕作土、粘合劑、保水劑、著色劑等，具體配比為泥炭土50%、栽植土20%、草纖維8%、鋸木/谷糠12%、保水劑5%、粘合劑1%、復合肥2%。其比例為50∶1，拌勻后澆入適當的水分，以能成團和較有粘性為適宜。噴播厚度不低于6 cm，噴完后蓋好無紡布，進行澆水，增加土壤水分含量，以將無紡布或遮陽網撒濕潤為宜。在炎熱的夏季，3 d內保證18 mm水的供應。同時避免陽光直接照射，在所噴播區(qū)域覆蓋無紡布或遮陽網，并用鐵絲和木棒等固定。

2.2.4 模式四:堆積體底部漿砌石擋墻工程+大苗客土種植

本模式選擇在3-1區(qū)試驗，其對照模式為模式五。3-1區(qū)是Ⅱ級和Ⅲ級危害性、中石礫或重石礫、坡面堆積體不穩(wěn)定的受災林地。大苗客土種植時，選用輻射松和岷江柏作為造林樹種，種植方式采用塊狀混交;種植坑均為長徑0.8 m、短徑0.6 m、深0.8 m的魚鱗坑。

2.2.5 模式五:漿砌石擋墻階梯工程+大苗客土種植

本模式選擇在5-1區(qū)試驗，其對照模式為兩個，一個是模式四，另外一個是“大苗客土種植(輻射松+岷江柏+赤桉)”，選擇在5-3區(qū)進行。5-3是Ⅱ級和Ⅲ級危害性、中石礫或重石礫、治理坡面堆積體不穩(wěn)定的受災林地。

漿砌石擋墻階梯工程是漿砌石擋土墻按一定間隔距離在坡面階梯式分布形成的水平階梯。每個漿砌石擋墻階梯的漿砌石擋土墻設計標準與模式三的漿砌石擋土墻一致。漿砌石擋墻階梯工程是首先在坡面上部設計1個漿砌石擋土墻，將上部的土石固定住，防止其垮塌;然后在下方設計3個漿砌石擋墻，形成3個5 m寬的平臺。

2.2.6 模式六:土階梯工程+大苗客土種植

本模式選擇在2-1區(qū)試驗，其對照模式為模式二。2-1區(qū)是Ⅰ級或Ⅱ級危害性、石礫含量少、坡面穩(wěn)定或較穩(wěn)定的受災林地。水平夯土階梯工程具體作法是通過人工開挖的方式將堆積松散土石的坡面進行平整夯實，平整后形成水平階梯狀坡面，每個水平帶寬1.5 m，梯級間高差0.5 m。大苗客土種植時，選用輻射松、岷江柏和赤桉作為造林樹種，種植方式采用塊狀混交;種植坑均為長徑0.8 m、短徑0.6 m、深0.8 m的魚鱗坑。

2.3 不同模式的植被恢復效果

2.3.1 模式一

模式一試驗地中造林樹種的平均地徑、平均高度都在逐年增加，保存率也都達到84%以上，保存率有所下降主要是由于管理不到位，栽植的經濟樹種由于缺水、缺肥而死亡，但岷江柏的保存率都在85%以上(表2)。草本植被的平均蓋度逐年增大，且在2011年～2012年有顯著增大趨勢。灌木植被雖然在2011年有所減少，但在2012年又得到回升。綜合說明該試驗地植被恢復效果總體是良好，但不適宜種植經濟樹種。

模式一試驗地(4-1)緊鄰耕地和村寨，且上方存在落石的威脅，為保護下方居民的生命財產安全。在該試驗地的植被恢復方案中首先是在坡面下部修筑干砌石水平階梯工程，固定下部土石堆積體、減弱落石的沖擊力。通過定期的監(jiān)測發(fā)現工程措施有效地固定了坡面下部的堆積體，防止了上部落石對居民生命和財產造成危害，工程總體保存較好，未出現大面積垮塌和變形的情況，且梯級平臺上種植樹種能較好地生長;而在對照試驗地(4-3)中，發(fā)現種植的樹種很多都被落石損毀。綜上說明方案中設計的工程措施是有效的，模式一是成功的。

表2 模式一的森林植被恢復效果統(tǒng)計表Table 2 Effects of forest vegetation restoration of mode 1

2.3.2 模式二和模式六

由表3可以看出，模式二試驗地(1-2)中造林樹種的平均地徑、平均高度都在逐年增加，保存率也都達到85%以上，草本植被的平均蓋度、物種豐富度也是逐年增大，灌木植被雖然物種豐富度沒有變化，但是其平均蓋度和平均叢數都是在逐年增加。模式六試驗地(2-1)中造林樹種的平均地徑、平均高度在逐年增加，保存率達到87%，草本和灌木植被的平均蓋度、物種豐富度指標都是逐年增大，其中2012年的灌木平均蓋度達到50.8%。但就兩者對比來看，模式二的喬木和灌木生長均好于模式六，僅草本層模式六恢復要好于模式二，這可能是因為模式二中喬木和灌木層對空間的擠占，從而影響草本的生長和蔓延。簡易排水工程對小型沖溝的治理效果較好，模式二優(yōu)于模式六。

表3 模式二和模式六的森林植被恢復效果據統(tǒng)計表Table 3 Effects of forest vegetation restoration of mode 2 and mode 6

2.3.3 模式三

由表4可以看出，模式三試驗地(6-1)的造林樹種的保存率在逐年明顯降低，2012年成活率不足70%，草本和灌木植被的指標雖然在數字上有一定提升，但是在整體上仍未達到植被恢復的要求。說明該試驗地的植被恢復效果較差。其原因主要在于修筑的擋墻只是對滑坡體整體起到固定作用，但是滑坡體表面不穩(wěn)定的因素在制定恢復方案時被忽略，結果在坡面未采取其它穩(wěn)固措施的情況下就直接栽植苗木。而滑坡體表面在降雨等因素的作用下繼續(xù)下滑，破壞坡面結構，最終導致植被生長受影響，甚至死亡。模式三和對照模式恢復均不成功，但采用魚鱗坑大苗客土種植的模式三的恢復效果好于僅進行噴播草種的對照模式，這表明魚鱗坑大苗造林對表土的固定作用強于噴播草種。

表4 模式三的森林植被恢復效果統(tǒng)計表Table 4 Effects of forest vegetation restoration of mode 3

2.3.4 模式四和模式五造林成效

由表5可以看出，模式四的試驗地(3-1)中造林樹種的平均地徑、平均高度都在逐年增加，保存率達到85%以上，但表現出逐年降低;草本植被的平均蓋度在2010～2011年有顯著的增長，物種豐富度也在不斷增加;灌木植被由于相互競爭造成物種豐富度有所減少，但平均蓋度和平均叢數都有明顯的增大。

模式五試驗地(5-1)中造林樹種的平均地徑、平均高度在逐年增長，保存率達到88%。草本和灌木植被的物種豐富度也在逐年增加，說明該試驗地的越來越適宜植被生長，平均蓋度和平均叢數的減低可能和栽植的赤桉有關系，因為赤桉吸水和吸肥能力強，在立地條件本來就不好的情況下，它的生長可能就會影響到其它植被的生長，但隨著植被的逐漸恢復，土壤條件也會越來越好，赤桉對其它植被的生長影響就會降低。與模式五相比較，對照模式試驗地(5-3)中的喬木明顯生長的要差一些，這主要是由于對照模式的保水性較漿砌石擋土墻階梯差一些。

表5 模式四和模式五的森林植被恢復效果統(tǒng)計表Table 5 Effects of forest vegetation restoration of mode 4 and mode 5

3 討論與結論

日本在地震災后重建的“治山與植被恢復綜合技術”和“治山與生物多樣性保護結合技術”方面處于國際領先水平。但是，日本的治山是首先對受損土地通過大量工程措施進行基本固定，然后在坡體基本穩(wěn)定的前提下進行植被的恢復，構建比較穩(wěn)定的山地自然生態(tài)系統(tǒng)，這與本研究的震后森林植被恢復理念是一致的。但兩者又有不同之處，日本的治山技術是采取工程措施為主、生物措施結合的方式有針對性地進行專項治理，而本研究則是采取生物措施為主、工程措施為輔的方式進行震后受災林地的森林植被恢復治理。如日本治山技術的工程措施常常是使用大量的鋼筋、鋼構、混凝土、石材、木材等材料在做坡面穩(wěn)定工程;而本研究的工程措施主要是就地取材，選用地震形成的不同大小的石頭修筑擋土墻、片石筑臺或簡單夯實坡面堆積體以穩(wěn)定坡面。相對日本的治山技術，本研究的工程措施較為簡單，在治理地震損毀林地時不會有鋼筋、鋼構、混凝土等大量的非自然元素的加入，這使得治理后恢復起來的森林生態(tài)系統(tǒng)自然性更強，并且單位面積的總投入相對低得多(日本的恢復建設投資約3.0萬元·0.67 hm2，本研究的建設投資僅約0.7萬元·0.67 hm2)。

本研究中采用的植被恢復技術與傳統(tǒng)的森林植被恢復技術相比，主要的創(chuàng)新點在于提出了“先治理坡面，再恢復植被”的森林植被恢復思路。先利用工程措施穩(wěn)定坡面，為恢復植被提供有利的土壤、水分條件，再通過植被措施力求盡快盡好地恢復植被。而傳統(tǒng)的森林植被恢復技術多數只是采用不同的植被措施來恢復植被，忽視了對坡面穩(wěn)定性的處理，從而使這些技術只能對某些類型受損林地的植被恢復有效(如雪災、火災等對坡面結構影響不大的災害類型)，造成植被恢復技術適用的局限性。而地震破壞森林植被的最大特點就是絕大多數的坡面結構也會被破壞，形成不穩(wěn)定的坡面。如果在恢復植被的過程中不對坡面進行穩(wěn)定性處理，則導致植被恢復效果達不到要求的可能性極大。

總之，(1)干砌石水平階梯工程+大苗客土種植(枇杷+岷江柏)在治理成效上是成功的，但樹種應選擇適宜此區(qū)域的生態(tài)樹種。改進后的模式一可適用于治理Ⅲ級危害性、中石礫或重石礫、坡面堆積體較穩(wěn)定的受災林地，即適用于危害性大、石礫含量70%以下、堆積體0.5 m～2.0 m之間、坡度在25°～35°之間、降雨量600 mm以下的受災林地。(2)簡易排水工程+水平夯土階梯工程+大苗客土種植(輻射松+岷江柏)適用于Ⅰ或Ⅱ級危害性、輕或中石礫含量、堆積物厚度在1.0 m以下、坡面穩(wěn)定或較穩(wěn)定的沖溝治理，即危害性較小、石礫含量70%以下、堆積物厚度在1.0 m以下、坡度在25°～35°之間、降雨量600 mm以下的受災林地。(3)漿砌石擋墻階梯工程+大苗客土種植(輻射松+岷江柏+赤桉)適用于治理Ⅱ級和Ⅲ級危害性、中石礫或重石礫、坡面堆積體不穩(wěn)定的受災林地，即危害性大、石礫含量50%以上、堆積體厚度2.0 m以上、坡度在25°～35°之間、降雨量600 mm以下的受災林地。

［1］任海，彭少麟.恢復生態(tài)學導論［M］.北京:科學出版社，2002.

［2］付志祥，孫海龍，劉道錕，等.大興安嶺干旱陽坡土壤水分和養(yǎng)分變異性研究［J］.森林工程，2014，30(3):21～26.

［3］吳宗興，徐惠，梁頗，等.岷江上游干旱河谷岷江柏木幼林地綠肥種植研究［J］.四川林業(yè)科技，2012，33(5):53～57.

［4］孫曉娟，劉曉東.三峽庫區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)物種多樣性定量分析［J］.森林工程，2014，30(4):18～26+30.

［5］鄢武先，桂林華，駱建國，等.日本的山地災害治理考察報告［J］.四川林業(yè)科技，2012，33(2):35～41.

［6］陳永富，王松齡.馬來西亞森林資源可持續(xù)經營方式［J］.世界林業(yè)研究，2000，13(6):46～50.

［7］包維楷，陳慶恒.生態(tài)系統(tǒng)退化的過程及特點［J］.生態(tài)學雜志，1999，18(2):36～42.

［8］陳小平，楊素香，何建社，等.岷江上游干旱河谷區(qū)生態(tài)環(huán)境現狀及恢復對策研究［J］.四川林業(yè)科技，2014，35(2):62～65.

［9］張水松，林光，陳長發(fā)，等.次生常綠闊葉林撫育改造技術的研究［J］.林業(yè)科學研究，1997，10(5):506～513.

［10］吳寧.岷江上游退化森林生態(tài)系統(tǒng)的恢復與重建［M］.北京:科學報告，2002.

［11］石勝友，楊季冬，王周平，等.縉云山風災跡地人工混交林生態(tài)恢復過程中物種多樣性研究［J］.生物多樣性，2002，10(3):274～279.

［12］彭少麟，陸宏芳.恢復生態(tài)學焦點問題［J］.生態(tài)學報，2003，23(7):1249～1257.

［13］劉彬，吳福忠，張健，等.岷江干旱河谷—山地森林交錯帶震后生態(tài)恢復的關鍵科學技術問題［J］.生態(tài)學報，2008，28(12):5892～5898.