基于頂極—格局假說的植被修復(fù)規(guī)劃設(shè)計途徑研究

岳邦瑞 桂露

基于頂極—格局假說的植被修復(fù)規(guī)劃設(shè)計途徑研究

岳邦瑞 桂露

植被修復(fù)是一個具有重要理論與實踐價值的熱點(diǎn)領(lǐng)域。但在既往研究中，對理論機(jī)制與實踐應(yīng)用間的關(guān)系描述尚少，植被修復(fù)一直未能形成系統(tǒng)的步驟和途徑。本研究從植被修復(fù)的整體過程出發(fā)，首先對頂極—格局假說進(jìn)行了研究，歸納出頂極—格局假說有8個理論要點(diǎn)；繼而通過推導(dǎo)理論要點(diǎn)與植被修復(fù)的關(guān)系，整合現(xiàn)有的多種技術(shù)方法，最終提出了一套具有普適性的植被修復(fù)規(guī)劃設(shè)計途徑，包含5個步驟：植被修復(fù)場地分析、修復(fù)時間方案選擇、生境修復(fù)措施選擇、關(guān)鍵修復(fù)位置識別、修復(fù)監(jiān)測與評價。

植被修復(fù)；規(guī)劃設(shè)計途徑；頂極—格局；群落演替

1 問題的提出

在過去的社會發(fā)展歷程中，由于人類缺乏對自然的敬畏，產(chǎn)生了諸多不合理行為如森林的過度采伐和開墾、不合理的種植和養(yǎng)殖、外來物種的盲目引入等，導(dǎo)致原有生態(tài)系統(tǒng)遭受破壞，從而產(chǎn)生了植被修復(fù)的需求。而在傳統(tǒng)植被修復(fù)中，由于缺乏科學(xué)引導(dǎo)，不恰當(dāng)?shù)男迯?fù)行為反而又引發(fā)了物種單一、干擾等其他生態(tài)問題，繼而加重了原生態(tài)系統(tǒng)的退化。

生態(tài)修復(fù)按照對象可劃分為河流修復(fù)、礦區(qū)修復(fù)、垃圾填埋場修復(fù)等，按照要素可劃分為水體修復(fù)、植被修復(fù)、土壤修復(fù)等，不同修復(fù)對象在不同條件下其修復(fù)要素的重點(diǎn)各有差異。近年來，植被修復(fù)的研究多集中在森林、風(fēng)景區(qū)、黃土高原、礦區(qū)、高速公路邊坡、垃圾填埋場等領(lǐng)域，主要關(guān)注植物物種選擇和培育、植物配置、種植方法、整地方式等方面，獲得了一些研究成果：提倡選用耐受性強(qiáng)的鄉(xiāng)土物種；運(yùn)用固氮植物對初期環(huán)境進(jìn)行改善；提倡喬灌草搭配，主張植物配置多樣性；引入先鋒物種和優(yōu)勢物種，關(guān)注人工修復(fù)措施等。通過對既往研究進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)目前植被修復(fù)研究主要存在以下2方面問題：1）理論機(jī)制與實踐應(yīng)用關(guān)系模糊。植被修復(fù)在實踐中多圍繞植物物種選擇和環(huán)境改善2方面開展，這些焦點(diǎn)與背后理論支撐間的關(guān)系我們不得而知。因此回答植被修復(fù)的核心理論，如何從核心理論推導(dǎo)植被修復(fù)核心問題以及植被修復(fù)有哪些關(guān)鍵問題是本文的第一核心研究內(nèi)容。2）植被修復(fù)缺乏規(guī)劃設(shè)計方面的研究?，F(xiàn)階段的研究多停留在技術(shù)層面和專項工程中，盡管已有豐富的成果，但由于缺少在規(guī)劃設(shè)計方面的研究，植被修復(fù)始終沒能形成系統(tǒng)的方法體系，難以直接在景觀規(guī)劃設(shè)計中指導(dǎo)各領(lǐng)域植被修復(fù)實踐的應(yīng)用。如何整合現(xiàn)有技術(shù)和研究成果，以理論為出發(fā)點(diǎn)，提取一套行之有效的植被修復(fù)規(guī)劃設(shè)計途徑是本文的第二核心研究內(nèi)容。

本文將從頂極—格局假說理論機(jī)制出發(fā)，探索其與植被修復(fù)的關(guān)系，整合已有技術(shù)和成果，提出一套能夠引導(dǎo)植被修復(fù)方向、縮短群落演替時間、具有普適性指導(dǎo)意義的植被修復(fù)規(guī)劃設(shè)計途徑。

2 植被修復(fù)理論研究

2.1 植被修復(fù)概念討論

植被修復(fù)是指運(yùn)用生態(tài)學(xué)原理，通過保護(hù)現(xiàn)有植被，封山育林或營造人工林、灌、草植被，修復(fù)或重建被毀壞或被破壞的森林和其他自然生態(tài)系統(tǒng)，恢復(fù)其生物多樣性及其生態(tài)系統(tǒng)功能[1]。植被恢復(fù)與植被重建、植被修復(fù)等詞語內(nèi)容基本相同，各自側(cè)重點(diǎn)稍有差別：“重建”強(qiáng)調(diào)去除干擾并使生態(tài)系統(tǒng)回復(fù)原有的利用方式[2]；“恢復(fù)”強(qiáng)調(diào)主體（生態(tài)系統(tǒng)）的一種狀態(tài)，其實現(xiàn)方式包括自然恢復(fù)與人為恢復(fù)；“修復(fù)”強(qiáng)調(diào)人類對受損生態(tài)系統(tǒng)的修建與改進(jìn)，強(qiáng)調(diào)人的主觀能動性[3]。對于恢復(fù)退化生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)功能而言，人類在其中發(fā)揮的作用不可忽視，因此“植被修復(fù)”一詞更具現(xiàn)實和實踐意義。

2.2 頂極—格局假說是植被修復(fù)的著眼點(diǎn)

植被修復(fù)實際是把退化的生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)到原來健康生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展軌跡上或是縮短恢復(fù)過程的時間，屬于恢復(fù)生態(tài)學(xué)的研究范疇?；謴?fù)生態(tài)學(xué)研究的理論主要包含：限制性因子原理、熱力學(xué)定律、種群密度制約及分布格局原理、生態(tài)適應(yīng)性理論、生態(tài)位原理、演替理論、植物入侵理論、生物多樣性原理、斑塊—廊道—基底理論等[4]。到目前為止，自我設(shè)計與人為設(shè)計理論是唯一從恢復(fù)生態(tài)學(xué)中產(chǎn)生的理論。自我設(shè)計理論認(rèn)為，只要有足夠的時間，隨著時間的進(jìn)程，退化生態(tài)系統(tǒng)將根據(jù)環(huán)境條件合理地組織自已并會最終改變其組分。人為設(shè)計理論認(rèn)為，通過工程方法和植物重建可直接恢復(fù)退化的生態(tài)系統(tǒng)，但恢復(fù)的類型可能是多樣的。這一理論把物種的生活史作為植被恢復(fù)的重要因子，并認(rèn)為通過調(diào)整物種生活史的方法就可加快植被的恢復(fù)[5]。自我設(shè)計和人為設(shè)計理論在不同的植被修復(fù)場地下應(yīng)用各有利弊，需酌情使用。

目前，植被修復(fù)研究的生態(tài)學(xué)原理主要包含生境組合脅迫原理、生態(tài)適應(yīng)性原理、群落內(nèi)種間關(guān)系協(xié)同進(jìn)化依賴原理、生物多樣性原理、斑塊—廊道—基底景觀結(jié)構(gòu)模式原理等[6]。這些原理大多是研究植物個體或群落及其與環(huán)境之間的關(guān)系，少有將植被修復(fù)過程視作一個整體進(jìn)行研究。群落演替理論是恢復(fù)生態(tài)學(xué)的核心理論，植被修復(fù)的過程實際是退化生態(tài)系統(tǒng)在人工輔助下的群落演替過程，本文將植被修復(fù)過程視作一個系統(tǒng)，通過研究群落演替理論，探索其與植被修復(fù)之間的關(guān)系。

演替是一個生物群落被另一個生物群落所代替的過程[7]，直至達(dá)到一個穩(wěn)定階段。在這個過程中，群落每時每刻在空間、結(jié)構(gòu)上均發(fā)生著改變，是一個動態(tài)開放的生命系統(tǒng)[8]，也給其實驗研究和植被修復(fù)實踐帶來了一定難度。對于單個頂極群落形成過程而言，呈現(xiàn)出的物種取代規(guī)律主要是前一個物種的生長改變了環(huán)境從而促進(jìn)了下一個物種的入侵。演替有多種分類，原生和次生演替、旱生和水生演替等，本文重點(diǎn)討論原生演替?？巳R門茨（Clenments）認(rèn)為演替包含5個階段：裸地、遷移、定居、反應(yīng)、穩(wěn)定性[9]。在裸地的環(huán)境下，由于氣流、水流等外界因素，植物種子或其他形式的繁殖體遷移到裸地中生長、發(fā)育和定居，形成了先鋒群落，先鋒群落改變生長的環(huán)境使下一個物種群落替代了原來的先鋒群落，最終形成相對穩(wěn)定的頂極群落。根據(jù)演替的過程特點(diǎn)，可將演替劃分為3個階段：演替早期、中期、晚期（表1）。

頂極群落是群落演替的最終階段，該群落在出生率與死亡率、能量輸入與輸出等方面達(dá)到均衡。在對退化生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行植被修復(fù)時，歷史生態(tài)系統(tǒng)往往是植被修復(fù)的參照系統(tǒng)，而歷史頂極群落則是修復(fù)參考的終極目標(biāo)。關(guān)于頂極群落有3種學(xué)說：單元頂極學(xué)說、多元頂極學(xué)說、頂極—格局假說。單元頂極學(xué)說認(rèn)為在同一個氣候區(qū)內(nèi)，無論演替初期的條件多么不同，植被總是趨向于減輕極端情況而朝向頂極方向發(fā)展，從而使得生境適合于更多的生物生長。實際上，只有排水良好、地形平緩、人為影響較小的地帶性生境才可能出現(xiàn)氣候頂級群落。一個地區(qū)穩(wěn)定群落的實際復(fù)雜性已經(jīng)證明了單元頂極論的局限性[10]。多元頂極是針對單元頂極學(xué)說提出的，多元頂極學(xué)說則認(rèn)為只要一個植物群落在某一種或幾種環(huán)境因子的作用下較長時間保持穩(wěn)定狀態(tài)，就可以認(rèn)為是頂極群落，即同一個氣候區(qū)內(nèi)，在某一地區(qū)的不同生境中可以產(chǎn)生不同的頂極群落[10]。該學(xué)說客觀描述了自然事實。頂極—格局則是在多元頂極學(xué)說的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，認(rèn)為隨著環(huán)境梯度的變化，各種類型的頂極群落也連續(xù)變化，彼此之間難以徹底劃分開來，最終形成頂極群落連續(xù)變化的格局。對比3種頂極學(xué)說，我們認(rèn)為頂極—格局假說不僅描述了多個頂極群落之間的分布格局，并且揭示了環(huán)境呈現(xiàn)梯度變化是該格局的形成機(jī)制，符合自然規(guī)律。

在探索植被修復(fù)的途徑時，我們不能忽略一個地區(qū)內(nèi)有多個頂極群落存在的事實，其格局具有頂極群落間連續(xù)變化的特點(diǎn)，而每個頂極群落勢必又遵循著單個頂極群落形成的一般演替規(guī)律。

根據(jù)以上分析，我們總結(jié)出頂極—格局假說具有以下要點(diǎn)：1）演替的主體是生物群落，包含動物和植物群落，由于植物群落演替伴隨著動物群落演替，因而本文只重點(diǎn)討論植物群落演替；2）演替需要一定的時間，具有時間屬性；3）演替需在一定的空間內(nèi)發(fā)生，具有空間特性；4）演替是一個生態(tài)過程，在這個過程中，物質(zhì)循環(huán)和能量轉(zhuǎn)換一直在發(fā)生著改變；5）生態(tài)環(huán)境是演替的制約條件。當(dāng)生態(tài)環(huán)境達(dá)到下一個物種生長所必需的生境條件時，群落替代便可以發(fā)生；6）物種遷入和遷出在演替過程中始終存在著，其中物種遷入是演替得以發(fā)生或繼續(xù)至下一階段的必備條件；7）一個氣候區(qū)內(nèi)，由于生境的差異化可以存在多種頂極群落類型，但并非每種生境都具有特定的頂極群落，只有當(dāng)生境的差異體現(xiàn)在能夠使某植物群落長期處于穩(wěn)定的狀態(tài)下時，如此才可稱為不同于氣候頂級的頂級降落；8）頂極群落跟隨環(huán)境的梯度變化產(chǎn)生連續(xù)變化，群落之間相互影響，沒有明確邊界。

植被修復(fù)主要把控的是演替方向和演替速度2個方面。對上述理論要點(diǎn)和植被修復(fù)之間的關(guān)系進(jìn)行推導(dǎo)（圖1），整理出植被修復(fù)的函數(shù)關(guān)系式為：Y（植被修復(fù)方向和速度）=f（+X1修復(fù)初期生境類型、+X2修復(fù)時間等級、+X3種質(zhì)資源格局、+X4生境條件）

X1修復(fù)初期生境類型：頂極群落類型多樣化取決于生境類型的差異化，在植被修復(fù)初期，對場地的生境類型進(jìn)行劃分，判斷場地中潛在的頂極群落類型，得以明確植被修復(fù)的目標(biāo)。

X2修復(fù)時間等級：群落演替是一個自然過程，時間是群落演替的屬性。自然狀態(tài)下演替達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)往往需要花費(fèi)幾百甚至上千年，我們需要通過適當(dāng)?shù)娜斯じ深A(yù)縮短退化生態(tài)系統(tǒng)的演替時間。在人工干預(yù)的環(huán)境下，不同場地可以有不同快慢的修復(fù)時間需求，由此制定出3種修復(fù)時間方案，分別為：一次性修復(fù)、階段性修復(fù)、自然修復(fù)（圖2）。

表1 各演替階段植被和環(huán)境特點(diǎn)Tab. 1 Vegetation and environmental characteristics in different succession stages

1 頂極—格局與植被修復(fù)的關(guān)系圖Climax-pattern hypothesis relationship with the vegetation restoration

一次性修復(fù)意為從群落演替的早期階段通過人工干預(yù)一次性恢復(fù)到頂極群落的狀態(tài)，主要運(yùn)用最大生物多樣性法，指盡可能地按照該生態(tài)系統(tǒng)退化前的物種組成及多樣性水平進(jìn)行修復(fù)，需要大量種植演替成熟階段的物種，先鋒物種被忽略[11]。日本宮脅昭教授應(yīng)用潛在植被和演替理論，在進(jìn)行重建環(huán)境保護(hù)林中提出一種植被修復(fù)方法，稱“宮脅法”，使退化生態(tài)系統(tǒng)到達(dá)頂極群落的時間縮短至自然界的1/10，其核心實際上就是運(yùn)用最大生物多樣性法，這一方法取得了顯著成效，并得到了世界公認(rèn)。值得注意的是，頂極群落在人工栽植后，群落間仍需要經(jīng)過一段時間的磨合才能夠使整體生態(tài)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定。從人工成本上看，一次性修復(fù)方式一般要求高強(qiáng)度的人工護(hù)理，需要人為補(bǔ)種植物，適用于小區(qū)域高強(qiáng)度的人工管理區(qū)。從修復(fù)的迫切性上看，一次性修復(fù)多應(yīng)用于需要被盡快修復(fù)的區(qū)域，這些區(qū)域往往表現(xiàn)出具有較高的生態(tài)區(qū)位重要性，例如生態(tài)安全格局、生態(tài)系統(tǒng)破壞源等，因此在植被修復(fù)過程中，識別出生態(tài)安全格局和破壞源是一個重要的環(huán)節(jié)。

階段性修復(fù)方式則是根據(jù)演替階段性的特點(diǎn)，制定修復(fù)的短期目標(biāo)，使演替加快或僅達(dá)到下一演替階段，這些短期目標(biāo)是處于群落演替軌跡中的某個階段，多適用于生態(tài)系統(tǒng)破壞比較嚴(yán)重、修復(fù)難度較大的環(huán)境。主要使用物種框架法，指建立一個或一群物種，作為修復(fù)生態(tài)系統(tǒng)的基本框架，這些物種通常在植物群落的演替早期階段或過渡階段出現(xiàn)，多屬先鋒物種，它們能夠適應(yīng)環(huán)境，生長快，有較高的擴(kuò)散能力，能改造環(huán)境并使得其他物種能夠進(jìn)入這個環(huán)境。物種框架法多用在距離天然生態(tài)系統(tǒng)不遠(yuǎn)的具有種質(zhì)資源庫的地方，在后繼的維持和演替中多依靠這些種源來增加物種數(shù)目和實現(xiàn)生物多樣性，在實際運(yùn)用中，也有利用人工種質(zhì)資源庫來代替天然生態(tài)系統(tǒng)的。

自然修復(fù)方式的持續(xù)時間較長，主要運(yùn)用自然修復(fù)法，指無需人工輔助，只依靠自然演替來修復(fù)己退化的生態(tài)系統(tǒng)，即生態(tài)系統(tǒng)自我設(shè)計，最典型的應(yīng)用是封山育林。

由于群落演替的時間特點(diǎn)要求我們在植被修復(fù)過程中要因地制宜地制定生態(tài)修復(fù)時間方案，每個方案包含主要的植被修復(fù)途徑，3種植物修復(fù)途徑間可以相互結(jié)合，取長補(bǔ)短，更加合理地進(jìn)行生態(tài)修復(fù)（表2）。

2 三種時間方案Three vegetation restoration time program

X3種質(zhì)資源格局：當(dāng)場地的外部環(huán)境達(dá)到植物生長的要求后，物種遷入則成了演替發(fā)展的另一個必要條件。在自然條件下，場地的物種來源往往是周邊現(xiàn)存的天然種質(zhì)資源斑塊，在植被修復(fù)實踐中如果沒有天然的資源，則需要持續(xù)地人工補(bǔ)種或人工建立種質(zhì)資源庫。根據(jù)生態(tài)過程和物種遷移的特點(diǎn)，我們可以在一些“關(guān)鍵位置”建立種質(zhì)資源庫達(dá)到促進(jìn)場地植被修復(fù)的作用，主要運(yùn)用植物擴(kuò)散原理。植物擴(kuò)散通常定義為不同生物和非生物因子引起的繁殖體（種子、孢子或植物體其他繁殖部分）傳播[12]。植物種子傳播有2種方式：一是借助外力，如風(fēng)力、水力、動物和人類的攜帶；二是依靠自身所產(chǎn)生的力量，主動傳播[13]。植物擴(kuò)散源是自然演替的核心力量，在空間上形成某種格局，可使其能夠更有效地利用植物傳播的介質(zhì)，從而讓植物擴(kuò)散源能夠更有效地引導(dǎo)退化生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)，縮短演替時間，而這些格局則是植被修復(fù)過程中的關(guān)鍵位置（表3）。

X4生境條件：當(dāng)生境達(dá)到植物生長所需的條件后演替才能發(fā)生替代改變，使演替繼續(xù)或進(jìn)入下一階段。在規(guī)劃設(shè)計過程中，生境改善措施的選擇需要結(jié)合選定的修復(fù)植物物種等方面統(tǒng)籌考慮，而在實踐過程中，生境改善是需要先于植物種植和其他落地措施的。

3 植被修復(fù)規(guī)劃設(shè)計途徑

通過對頂極—格局與植被修復(fù)的關(guān)系進(jìn)行梳理，對現(xiàn)有修復(fù)技術(shù)和途徑進(jìn)行整合，我們提出了植被修復(fù)規(guī)劃設(shè)計五步驟：1）植被修復(fù)場地分析；2）修復(fù)時間方案選擇；3）生境修復(fù)措施擇；4）關(guān)鍵修復(fù)位置識別；5）修復(fù)監(jiān)測與評價。

3.1 植被修復(fù)場地分析

場地分析是植被修復(fù)的基本準(zhǔn)備工作，包括分析生態(tài)過程、明確優(yōu)勢物種和先鋒物種、識別生態(tài)安全格局、識別破壞源、劃分生境、判斷各生境區(qū)演替階段。

分析場地的生態(tài)過程，找出生態(tài)系統(tǒng)退化的原因，對使生態(tài)系統(tǒng)退化的破壞源進(jìn)行抑制或消除，避免對生態(tài)系統(tǒng)造成持續(xù)的破壞；分析場地群落演替過程，對場地群落演替各階段的物種進(jìn)行確認(rèn)，尤其是先鋒物種和植物各層的優(yōu)勢物種；由于各生境的演替進(jìn)程不同，因而選擇的植被或環(huán)境修復(fù)措施也有所不同，因此要對各生境區(qū)的演替進(jìn)程進(jìn)行判斷，識別各區(qū)現(xiàn)狀演替所處的階段，見圖3。

3.2 修復(fù)時間方案選擇

對場地進(jìn)行前期分析后，選擇場地的生態(tài)修復(fù)時間方案（一次性修復(fù)、階段性修復(fù)、自然修復(fù)）及對應(yīng)的植物修復(fù)途徑，見圖4。不同的植物修復(fù)途徑有不同的適用條件，見表4，根據(jù)修復(fù)場地的實際特征，多種植物修復(fù)途徑可以結(jié)合使用。

3.3 生境修復(fù)措施選擇

生境修復(fù)措施主要包括：1）豆科植物種植：豆科植物除了固氮作用以外，還具有極強(qiáng)的耐旱性、耐貧瘠性，且具有速生以及高生物量的特點(diǎn)，豆科植物的種植不僅能改善生境質(zhì)量，其本身也是一種一定程度的生態(tài)修復(fù)；2）地面覆蓋技術(shù)：一般來說，覆蓋10～30cm的土壤能取得良好的效果，盡量選擇含有本地種子的土壤來源；3）造林整地技術(shù)：具體包含整地規(guī)格、方式和時間的各種組合；4）施肥技術(shù)：一般而言，施復(fù)合肥比單施某一種肥料好，緩效肥料比速效肥料好，少量多次施肥比一次性施肥好；5）節(jié)水技術(shù)：指能夠節(jié)省水資源或在相同用水量下獲得更多回報的工藝技術(shù)措施和管理手段；6）水土流失治理技術(shù)：包括生物和工程等技術(shù)。針對不同的生境條件，選擇不同的修復(fù)措施，見圖5。

表2 三種植物修復(fù)時間方案與植物修復(fù)方法的關(guān)系Tab. 2 Relationship between the three vegetation restoration time schedule and method

表3 植被修復(fù)關(guān)鍵位置選擇Tab. 3 Select key position of vegetation restoration

表4 三種生植物修復(fù)途徑適用條件Tab. 4 Three conditions for the remediation of vegetation restoration

3 場地分析Site Analysis

4 選擇修復(fù)時間方案和植物修復(fù)途徑Vegetation restoration time schedule and method selection

5 選擇生境修復(fù)措施Choose habitat restoration measures

6 識別關(guān)鍵修復(fù)位置Identify key restoration position

7植被修復(fù)格局圖Vegetation restoration pattern

3.4 關(guān)鍵修復(fù)位置識別

由于受到地形條件或資源配置等影響，對于較大面積的區(qū)域往往只能對局部進(jìn)行修復(fù)，并希望這些局部能拉動區(qū)域整體的植被修復(fù)，而這些局部位置就是植被修復(fù)中的關(guān)鍵位置。對這些能促進(jìn)植被擴(kuò)散的關(guān)鍵位置進(jìn)行優(yōu)先修復(fù)可提高基地演替的速度，對生態(tài)修復(fù)亦可達(dá)到事半功倍的效果（圖6），通過對以上步驟的分析，最終得到植被修復(fù)格局（圖7）。

3.5 修復(fù)監(jiān)測與評價

在植被修復(fù)工程實施以后，需對修復(fù)效果進(jìn)行實時監(jiān)測，對生態(tài)修復(fù)開展修復(fù)前、修復(fù)初期、修復(fù)進(jìn)程中以及修復(fù)后的評價，以便及時發(fā)現(xiàn)修復(fù)過程中存在的問題，調(diào)整修復(fù)策略和糾正執(zhí)行偏差。關(guān)于植被修復(fù)評價存在諸多討論，2004 年，國際恢復(fù)生態(tài)學(xué)會（SER）列出了9個生態(tài)系統(tǒng)特征作為生態(tài)修復(fù)評價標(biāo)準(zhǔn)，分別為：1）與參照生態(tài)系統(tǒng)具有相似的生物多樣性和生物群落結(jié)構(gòu)； 2）擁有盡可能多的本地物種，允許有一定量的非入侵外來物種；3）具有維持生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展和穩(wěn)定性的所有功能群；4）物理環(huán)境能保證功能物種種群的繁衍；5）生態(tài)功能正常，沒有功能失常的征兆；6）能融入一個更大范圍的生態(tài)系統(tǒng)組群或景觀中，并通過非生物和生物進(jìn)行物質(zhì)和能量的交換；7）影響生態(tài)系統(tǒng)健康和完整性的威脅已經(jīng)消除，或被盡可能地減少；8）能夠承受正常的、周期性的環(huán)境壓力；9）與參照生態(tài)系統(tǒng)具有相當(dāng)?shù)淖晕揖S持的能力[14]。由于恢復(fù)資源、經(jīng)濟(jì)等因素的限制，很難對以上所有標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測量，因而目前關(guān)于生態(tài)修復(fù)的評價實際上還未形成統(tǒng)一的評價體系。

表5 生態(tài)環(huán)境評價指標(biāo)及權(quán)重Tab. 5 Evaluation index and weight of ecological environment

表6 生態(tài)環(huán)境狀況分級Tab. 6 Ecological environment status grading

植被修復(fù)的最終目的實際是恢復(fù)區(qū)域內(nèi)的生態(tài)環(huán)境狀況。對植被修復(fù)前及修復(fù)后的生態(tài)環(huán)境狀況分別進(jìn)行評價，可掌握植被修復(fù)對生態(tài)環(huán)境的改善情況。根據(jù)《生態(tài)環(huán)境狀況評價技術(shù)規(guī)范》，生態(tài)環(huán)境狀況評價指標(biāo)如表5所示。

這些指標(biāo)分別反映區(qū)域內(nèi)生物的豐貧，植被覆蓋的高低、水的豐富程度、遭受的脅迫強(qiáng)度、承載的污染物壓力等。環(huán)境限制指數(shù)指根據(jù)區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)的嚴(yán)重影響人居生產(chǎn)生活安全的生態(tài)破壞和環(huán)境污染事項，如重大生態(tài)破壞、環(huán)境污染和突發(fā)環(huán)境事件等，依據(jù)不同的突發(fā)事件特征，將對生態(tài)環(huán)境進(jìn)行降級處理，詳細(xì)參考《生態(tài)環(huán)境狀況評價技術(shù)規(guī)范》。

根據(jù)相應(yīng)的計算方法可得出各指數(shù)的評分（參見《生態(tài)環(huán)境狀況評價技術(shù)規(guī)范》），將各指數(shù)得分相加則反映了生態(tài)環(huán)境狀況。將生態(tài)環(huán)境狀況分為5個等級（表6），健康狀況滿分為100。將修復(fù)前與修復(fù)后的生態(tài)環(huán)境狀況評分進(jìn)行對比，則可判斷植被修復(fù)對生態(tài)環(huán)境狀況的影響程度，同時也對植被修復(fù)過程進(jìn)行了良好的監(jiān)測與評估。

4 淮南大通礦煤矸石堆積區(qū)植被修復(fù)案例分析

大通礦是淮南市最早開采的礦區(qū)之一，由于長期對地下煤層進(jìn)行開采，使場地內(nèi)地面下沉，形成了大量的采空塌陷區(qū)。塌陷破壞了土壤結(jié)構(gòu)和成分，導(dǎo)致土地貧瘠化，大量的植被和樹木被毀，對自然生態(tài)環(huán)境和植被的危害十分嚴(yán)重。在雨季，地面存放的矸石山和粉煤灰由于受風(fēng)吹和雨水沖刷，礦物質(zhì)粉塵、煤灰流入積水坑等地造成了土地綜合污染[11]。經(jīng)過生態(tài)修復(fù)等治理，如今，淮南大通礦已躋身國家級礦山公園行列，是典型的礦區(qū)植被修復(fù)案例。

淮南大通大部分礦區(qū)資源已枯竭報廢，其中煤矸石堆積區(qū)生態(tài)修復(fù)是大通礦區(qū)生態(tài)修復(fù)的重要內(nèi)容之一。本文以大通煤矸石堆積區(qū)的植被修復(fù)為例，將其中所應(yīng)用的部分措施歸納到植被修復(fù)規(guī)劃設(shè)計五步驟中，以探討植被修復(fù)規(guī)劃設(shè)計五步驟的可應(yīng)用性。

4.1 煤矸石堆砌區(qū)場地分析

淮南大通煤礦采礦歷史久，礦區(qū)沉降時間長，煤矸石堆占地面積較大且持水能力差，營養(yǎng)元素含量低，長期堆積不但引起了物理的環(huán)境污染，還引起化學(xué)的水體和土壤污染，造成植物生長困難，植被覆蓋率低。

通過對淮南市的植被分布情況及淮南大通煤礦區(qū)的特殊性進(jìn)行分析，確定淮南大通煤礦區(qū)最具代表性的植物以華北區(qū)系植物為主，如苦木（Picrasma quassioides）、栓皮櫟 （Quercus variabilis）、麻櫟（Quercus acutissima）、榆（Ulmus pumila）、榔榆（Ulmus parvifolia）、樸（Celtis sinensis） 、小 葉 樸 （Celtis bungeana） 等，華北習(xí)見的黃連木（Pistacia chinensis）、元寶 槭（Acer truncatum） 、山 合 歡 （Albizia kalkora）、欒樹（Koelreuteria paniculata）、楝（Melia azedarach）、桑（Morus alba）、小葉楊（Populus simonii）等在這里也占有重要地位。本區(qū)系中有少量的黃檀（Dalbergia hupeana）、楓楊（Pterocarya stenoptera） 、山 胡 椒 （Lindera glauca）、八角楓（Alangium chinense）等熱帶亞熱帶分布種類[15]。

由于不同時間的煤矸石堆現(xiàn)狀環(huán)境差異較大，因此將煤矸石堆分為了15年以上和15年以下的生境類型（表7）。

4.2 階段性修復(fù)的時間方案

由于場地和資源限制，案例對煤矸石堆積區(qū)總體采用階段性修復(fù)的方案，主要使用物種框架法對場地進(jìn)行適度干預(yù)，以此達(dá)到植被修復(fù)的目的。

為了給物種框架法的應(yīng)用區(qū)提供良好的物種來源，案例在小區(qū)域運(yùn)用最大多樣性法建立植物種質(zhì)資源配備良好的種植島，每個島的直徑為10m，覆土厚度在20cm以上，種植喬木和灌木，在島的四周（環(huán)境更為貧瘠的地方）使用物種框架法，平均覆土10cm。如此，種植島可為周圍持續(xù)提供種質(zhì)資源（圖8、9）。各區(qū)主要應(yīng)用的植物物種見表8。

8 煤矸石堆積區(qū)位置示意圖Coal gangue stack area location

9 種植島示意圖Planting Island schematic

表7 煤矸石堆砌區(qū)生境現(xiàn)狀表Tab. 7 Habitat situation of coal gangue stack area

表8 煤矸石區(qū)植物引入表Tab. 8 Plant introduced in coal gangue stack area

表9 煤矸石堆砌區(qū)生境修復(fù)措施Tab. 9 Coal gangue stack area habitat remediation measures

4.3 根據(jù)土壤pH值進(jìn)行修復(fù)

在生境修復(fù)方面主要結(jié)合工程和生物措施對土壤的結(jié)構(gòu)和成分進(jìn)行改造，打造一個適于植物生長的環(huán)境（表9），同時也選擇一些固氮植物來改善土壤環(huán)境，如山合歡（Albizia kalkora）、紫穗槐（Amorpha fruticosa）、刺槐（Robinia pseudoacacia）、胡枝子（Lespedeza

bicolor）。

4.4 植物種植島位于高地勢

案例運(yùn)用了種植島的理念，這些種植島的位置多選擇在地勢較高的地方（圖10），風(fēng)能、水能的運(yùn)動將促進(jìn)植物的擴(kuò)散，加速場地群落演替的進(jìn)程。

4.5 煤矸石堆積區(qū)修復(fù)監(jiān)測與評價

案例未對修復(fù)前后生態(tài)環(huán)境的變化進(jìn)行系統(tǒng)對比，僅從植物種類、視覺景觀以及栽培植物的個體適應(yīng)狀況等幾個方面進(jìn)行了分析。截至2007年，煤矸石堆積區(qū)的植被種類從原來的11種提高到了68種，變化主要集中于木本植物的改善，區(qū)內(nèi)木本植物種類由修復(fù)前的5種提升到了53種，群落結(jié)構(gòu)比修復(fù)前更復(fù)雜。從側(cè)面反映出植被修復(fù)途徑對煤矸石區(qū)植物種類的增加有一定的改善，但未能直接反映出植被修復(fù)途徑與生態(tài)環(huán)境改變之間的關(guān)系。

綜上所述，植被修復(fù)的整合性途徑是行之有效的，但該案例在修復(fù)前缺少了對生態(tài)安全格局、修復(fù)時間等內(nèi)容的判斷，在修復(fù)后未對脅迫因子、污染狀況等方面進(jìn)行研究，缺少對修復(fù)前后生態(tài)環(huán)境狀況的對比分析，未能系統(tǒng)地對植被修復(fù)途徑的有效性進(jìn)行判斷?？傮w而言，該生態(tài)修復(fù)實踐還不夠系統(tǒng)完整。

5 小結(jié)與討論

10 煤矸石區(qū)種植島位置示意圖The location of the islands in the coal gangue accumulation area

綜上所述，本文從植被修復(fù)核心理論出發(fā)，通過將理論機(jī)制與植被修復(fù)實踐相聯(lián)系歸納出植被修復(fù)規(guī)劃設(shè)計五步驟，本研究的獨(dú)特性貢獻(xiàn)如下：

5.1 總結(jié)頂極—格局下群落演替的8個理論要點(diǎn)

以頂極—格局為出發(fā)點(diǎn)，將過程視為一個整體去研究植被修復(fù)，總結(jié)出頂極—格局包含8個理論要點(diǎn)：1）演替的主體是生物群落；2）演替具有時間屬性；3）演替具有空間特性；4）演替是一個生態(tài)過程；5）生態(tài)環(huán)境是演替的制約條件；6）物種遷入是演替的必備條件；7）生境差異性導(dǎo)致頂極群落多樣化；8）頂極群落跟隨環(huán)境的梯度變化產(chǎn)生連續(xù)變化。

5.2 展示了從頂極—格局假說推導(dǎo)至植被修復(fù)實踐步驟的過程

根據(jù)總結(jié)的頂極—格局群落演替理論下的8個要點(diǎn)，將理論要點(diǎn)與植被修復(fù)實踐相聯(lián)系，得到理論對植被修復(fù)實踐的啟示。

5.3 提出一套具有普適性意義的植被修復(fù)規(guī)劃設(shè)計途徑

通過植被修復(fù)實踐，以規(guī)劃設(shè)計時間為軸進(jìn)行梳理，提出一套具有普適性意義的植被修復(fù)規(guī)劃設(shè)計途徑，包含5個步驟：1）植被修復(fù)場地分析；2）修復(fù)時間方案選擇；3）生境修復(fù)措施選擇；4）關(guān)鍵修復(fù)位置識別；5）修復(fù)監(jiān)測與評價。

由于群落演替的實驗難度相對較大，群落演替相關(guān)理論尚有諸多爭議，頂極—格局還僅是假說，還未能被完全證實，對于頂極—格局的真理性尚需要進(jìn)一步驗證。

注釋：

①圖1～7來源為作者自繪，圖8～10改繪自殷柏慧，張洪剛，端木山. 從工業(yè)廢棄地到城市游憩空間的轉(zhuǎn)化與更新——以安徽省淮南大通礦生態(tài)區(qū)改造為案例[J]. 中國園林，2008（7）：43-49。

②表1～4為作者自繪；表5來源：《生態(tài)環(huán)境狀況評價技術(shù)規(guī)范（HJ192-2015）》；表6改繪自《生態(tài)環(huán)境狀況評價技術(shù)規(guī)范（HJ192-2015）》；表7～9為作者自繪。

[1]胡嬋娟,郭雷. 植被恢復(fù)的生態(tài)效應(yīng)研究進(jìn)展[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報，2012（9）：1640-1646.Hu Chanjuan, Guo Lei. Study on Ecological Effect of Vegetation Restoration [J]. Chinese Journal of Eco-Environmental Science, 2012(9): 1640-1646.

[2]彭少麟，陸宏芳. 恢復(fù)生態(tài)學(xué)焦點(diǎn)問題[J]. 生態(tài)學(xué)報，2003（7）：1249-1257.Peng Shaolin, Lu Hongfang. Focusing on the Focus of Restoration Ecology [J]. Acta Ecologica Sinica, 2003(7):1249-1257.

[3]王元. 東北地區(qū)煤矸石廢棄地生態(tài)園林景觀重建的研究[D].哈爾濱：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2012.Wang Yuan. Study on Ecological Landscape Reconstruction of Coal Gangue Abandoned Land in Northeast China [D].Ha'erbin: Northeast Agricultural University, 2012.

[4]Forman R T T. Land mosaics: the ecology of landscapes and regions[M]. Cambridge: Cambridge University Press,1995.

[5]Van der Valk. Succession theory and wetland restoration[C]// Proceedings of INTECOL’s V International wetlands conference. Perth, Australia,1999: 162.

[6]劉玲. 寶雞市陳倉區(qū)北坡森林公園植被修復(fù)景觀規(guī)劃[D].鄭州：河南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2013.Liu Ling. Landscape Planning of Vegetation Restoration on the North Slope Forest Park in Chencang District of Baoji City [D]. Zhengzhou: Henan Agricultural University, 2013.

[7]殷秀琴.生物地理學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2014：103.Yin Xiuqin. Biogeography [M]. Beijing: Higher Education Press, 2014: 103.

[8]周燦芳.植物群落動態(tài)研究進(jìn)展[J]. 生態(tài)科學(xué)， 2000（2），53-59.Zhou Canfang. Advances in Plant Community Dynamics [J].Chinese Journal of Ecology, 2000 (2): 53-59.

[9]任海，蔡錫安，饒興權(quán)，張倩媚，劉世忠. 植物群落的演替理論[J]. 生態(tài)科學(xué)，2001（4）：59-67.Ren Hai, Cai Xi'an, Rao Xingquan, Zhang Qianmei, Liu Shizhong. Succession Theory of Plant Community [J].Ecological Science, 2001(4): 59-67.

[10]馬銘，竇菲，劉忠寬，秦文利，智健飛，劉振宇. 生態(tài)演替的理論分析[J]. 河北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009（8）：68-70.Ma Ming, Dou Fei, Liu Zhongkuan, Qin Wenli, Zhi Jianfei,Liu Zhenyu. Analysis of ecological succession theory [J].Journal of Hebei Agricultural Sciences, 2009(8): 68-70.

[11]朱志勇. 淮南市潘集采煤塌陷區(qū)生態(tài)恢復(fù)和土地資源保護(hù)[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2005（4）：695-696.Zhu Zhiyong. Ecological Restoration and Land Resource Protection of Panji Coal Mining Subsidence Area in Huainan City [J]. Journal of Anhui Agricultural Sciences, 2005(4):695-696.

[12]彭閃江，黃忠良，彭少麟，徐國良. 不同空間尺度下的肉果植物擴(kuò)散過程和機(jī)理[J]. 生態(tài)學(xué)報，2003（4）：777-786.Peng Shanjiang, Huang Zhongliang, Peng Shaolin, Xu Guoliang. Measurement Process and Mechanism of Fruit Plants in Different Spatial Scales [J]. Acta Ecologica Sinica,2003(4): 777-786.

[13]唐佳. 野生植物種子的傳播方式[J]. 西藏科技，2010（4）：63-65.Tang Jia. The Way of Propagation of Wild Plant Seeds [J].Tibet Science and Technology, 2010(4): 63-65.

[14]Society for Ecological Restoration International (SER).The SER Primer on Ecological Restoration[EB / OL]. (2005).http: //www.ser.org /.

[15]張雨曲. 安徽淮南大通煤礦廢棄礦區(qū)生態(tài)修復(fù)研究[D].北京：首都師范大學(xué)，2009.Zhang Yuqu. Ecological Restoration of Abandoned Mining Area in Datong Coal Mine in Huainan, Anhui Province [D].Beijing: Capital Normal University, 2009.

Research on Planning and Design Approach of Vegetation Restoration Based on Climax-pattern Hypothesis

YUE Bang-rui, GUI Lu

Vegetation restoration is a hot field with important theoretical and practical value. In previous studies, the relationship between theoretical mechanism and practical application is limited, vegetation restoration has not been able to form systematic steps and ways. Firstly, Based on the climax-pattern hypothesis, eight hypothetical theories are summarized, which are based on the whole vegetation restoration process. Then, by integrating theoretic points and vegetation restoration, the existing technologies were integrated. And finally put forward a set of universal vegetation restoration planning and design approach, including five steps: site analysis of vegetation restoration, select the restoration time plan, select habitat restoration measures, identify critical restoration locations, restoration monitoring and evaluation.

vegetation restoration; planning and design approach; climax-pattern hypothesis; community succession

國家自然科學(xué)基金“秦嶺北麓環(huán)境敏感區(qū)生態(tài)風(fēng)險評價及空間管控方法研究”（編號51578437）；陜西省教育廳重點(diǎn)實驗室科研計劃項目（編號2013JS056）；住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部研究開發(fā)項目（編號2013-K1-4）

TU 986

A

1673-1530(2017)08-0057-09

10.14085/j.fjyl.2017.08.0057.09

2016-09-12

修回日期：2017-06-04

Fund Items:The National Natural Science Foundation of China“Ecological Risk Assessment and Ecological Space Control Method Research of The Qinling Mountatins North Foothill Sensitive Area” (No. 51578437); The Shaanxi Provincial Department of Education Key Laboratory Research Project (No.2013JS056); The Ministry of Housing and Urban Development Research Project (No. 2013-K1-4)

岳邦瑞/1973年生/男/陜西西安人/博士/西安建筑科技大學(xué)建筑學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師/西部建筑科技國家重點(diǎn)實驗室/研究方向為西北脆弱景觀生態(tài)規(guī)劃研究、西部鄉(xiāng)土景觀傳統(tǒng)生態(tài)智慧研究（西安 710055）

YUE Bang-rui, who was born in 1973 in Shanxi, is a professor and doctoral supervisor in the School of Architecture and Technology, Xi'an University. His research focuses on ecological planning of fragile landscape in Northwest China and the traditional ecological wisdom of the vernacular landscape in the west ( Xi'an 710055).

桂露/1991年生/女/四川人/西安建筑科技大學(xué)風(fēng)景園林學(xué)在讀碩士研究生/研究方向為地景規(guī)劃與生態(tài)修復(fù)（西安710055）

GUI Lu, who was born in 1991 in Sichuan province, is a master students of Landscape Architecture in Xi'an University of Architecture and Technology. Her research focuses on landscape planning and ecological restoration(Xi'an 710055).

（編輯/薛然）