我國(guó)地震災(zāi)后生態(tài)修復(fù)研究現(xiàn)狀及展望

干龍梅，劉 屹，覃志剛，彭 建，熊定偉，郭 聰，史 亮

(四川省林業(yè)科學(xué)研究院，四川 成都 610081)

地震是地殼某一區(qū)域極短時(shí)間內(nèi)釋放出能量而引起地殼的震動(dòng)，是一種突發(fā)性的自然現(xiàn)象[1～2]。我國(guó)是地震多發(fā)的國(guó)家，據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)大陸地區(qū)自20世紀(jì)以來共發(fā)生強(qiáng)震(震級(jí)6級(jí)及以上)475次，巨大地震(8級(jí)及以上)8次[3]。較強(qiáng)的地震常常會(huì)給自然生態(tài)系統(tǒng)(尤其是山地生態(tài)系統(tǒng))帶來災(zāi)難性的損壞[4]，并且可能產(chǎn)生次生災(zāi)害，如滑坡、泥石流、海嘯等。次生災(zāi)害對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)所帶來的毀壞和影響有時(shí)甚至?xí)^地震災(zāi)害本身，并且大大增加救援難度[5]。

近年來我國(guó)地震頻發(fā)，汶川地震等強(qiáng)震使生態(tài)系統(tǒng)受到極大干擾，森林被破壞，野生動(dòng)物棲息地受損破碎，次生災(zāi)害頻發(fā)，生態(tài)功能嚴(yán)重退化。地震災(zāi)后生態(tài)修復(fù)(又名“生態(tài)恢復(fù)”)是指在地震對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成破壞之后，利用生態(tài)系統(tǒng)所具有的自我組織、調(diào)解能力，結(jié)合適度的人工干預(yù)，使受損的生態(tài)系統(tǒng)逐步恢復(fù)或向良性循環(huán)方向發(fā)展的恢復(fù)與重建過程，其主體是森林生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)[6～7]。

1 研究現(xiàn)狀

1.1 震損地立地類型劃分與評(píng)價(jià)

對(duì)震損地立地類型進(jìn)行劃分可為提高植被存活率、推進(jìn)生態(tài)環(huán)境重建等提供科學(xué)依據(jù)，是生態(tài)修復(fù)的基礎(chǔ)工作。常用的立地類型劃分的方法有：(1)主導(dǎo)環(huán)境因子法；(2)生活因子法；(3)立地指數(shù)法；(4)逐步回歸法[8]。立地質(zhì)量評(píng)價(jià)通常用林地上一定樹種的生長(zhǎng)指標(biāo)來進(jìn)行。通過立地質(zhì)量評(píng)價(jià)可確定某一立地類型上生長(zhǎng)不同樹種時(shí)各自的適宜程度，實(shí)現(xiàn)“適地適樹”，使土地生產(chǎn)潛力得以充分發(fā)揮。

鄧東周等將四川省受災(zāi)區(qū)劃分為川西高山峽谷區(qū)、盆周山地區(qū)、盆周丘陵區(qū)[6]；黃光忠等將岷江上游震損林地劃分為岷江干旱河谷區(qū)、岷江上游中山地帶山地、岷江上游高山峽谷區(qū)[9]；在對(duì)汶川地震北川羌族自治縣的震損林地的生態(tài)修復(fù)研究中，王娟等運(yùn)用因子分析法篩選出主導(dǎo)因子，使用主導(dǎo)環(huán)境因子法對(duì)震損林地立地類型進(jìn)行了分類。在此基礎(chǔ)上，運(yùn)用層次分析法和專家打分法對(duì)立地質(zhì)量分級(jí)并評(píng)價(jià)其宜林性[10]。

震損地常常坡面類型復(fù)雜，對(duì)應(yīng)的植被恢復(fù)方法多樣，針對(duì)這種情況，田佳等提出了微立地因子植被恢復(fù)法，以不同的微立地因子為依據(jù)，將植被破壞面劃分為若干個(gè)微立地單元，分別篩選出最適合每一微立地單元的植被恢復(fù)技術(shù)，最后將所有微立地單元對(duì)應(yīng)的最佳植被恢復(fù)技術(shù)相加[11]。運(yùn)用這種方法，駱宗詩等將地震崩塌山體劃分為碎石坡面、碎石地、巨石坡面、溝槽地和洼地，以及石面、石叢、石縫3種超微境，來進(jìn)行災(zāi)區(qū)植被修復(fù)[12]。目前這種方法主要面臨的兩大問題：一是微立地因子的選擇困難；二是與微立地因子所對(duì)的植被恢復(fù)技術(shù)太少[11]。

1.2 地震災(zāi)后生態(tài)修復(fù)技術(shù)

震后生態(tài)修復(fù)技術(shù)主要分為生物技術(shù)和工程技術(shù)兩大類，根據(jù)受損生態(tài)系統(tǒng)類型(森林、草地、濕地、農(nóng)田等)和受損程度進(jìn)行選擇不同的恢復(fù)方法[13]。

作為典型的生物修復(fù)技術(shù)，物種框架法是建立一個(gè)或一群物種，作為恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)的基本框架，這些物種通常是植物群落中的演替早期階段(或稱先鋒)物種或演替中期階段物種[14]。其優(yōu)勢(shì)在于種植的物種品種較少，生態(tài)系統(tǒng)的演替和維持依賴于當(dāng)?shù)氐姆N源而非外部，適用于植被損害嚴(yán)重的震損地。

工程技術(shù)措施一般被用來穩(wěn)定邊坡或創(chuàng)造適宜的造林條件，主要包括坡面穩(wěn)定工程、排水和水土保持工程以及造林工程。在治理邊坡時(shí)，根據(jù)震損程度、分布、類型和立地條件等，采用以植被恢復(fù)為主的生態(tài)工程治理技術(shù)，劃分交錯(cuò)帶內(nèi)邊坡類型及土質(zhì)邊坡、巖石邊坡工程措施[15]。付詩雨等使用鐵絲籠擋土墻穩(wěn)定邊坡基層，大量使用土袋階梯工程和竹柵欄工程將邊坡分層來緩解基層壓力，修筑土袋渠系和排水渠緩解降雨對(duì)邊坡帶來的沖擊[16]。王雅飛等發(fā)現(xiàn)應(yīng)用在綿竹漢旺鎮(zhèn)的日本治山技術(shù)中的木(竹)柵欄工程等措施能基本防止滑坡、泥石流、塌方等次生災(zāi)害，并能顯著改善水土流失狀況，但這種技術(shù)由于單位治理成本偏高目前較難在我國(guó)推廣[17]。彭培好等以龍門山震區(qū)為研究主體，構(gòu)建了一套生態(tài)恢復(fù)技術(shù)體系，包括生態(tài)恢復(fù)規(guī)劃技術(shù)和生態(tài)恢復(fù)工程體系，其中生態(tài)恢復(fù)工程體系包括：(1)水土流失治理和水土保持技術(shù)；(2)重金屬污染治理技術(shù)；(3)受損植被的生態(tài)恢復(fù)重建技術(shù)；(4)自然保護(hù)區(qū)生態(tài)恢復(fù)工程技術(shù)[18]。胡碧英根據(jù)汶川地震災(zāi)區(qū)公路沿線邊坡坡位、坡比、坡高、震后破壞情況及邊坡整體穩(wěn)定性的不同提出了結(jié)合防護(hù)掛三維網(wǎng)噴播植草灌喬防護(hù)、骨架內(nèi)掛網(wǎng)噴播植草灌喬防護(hù)、錨桿框架內(nèi)填土植被護(hù)坡、預(yù)應(yīng)力錨索框架地梁植被護(hù)坡等四種工程技術(shù)的綜合防護(hù)方法[19]。

1.3 地震災(zāi)后生態(tài)修復(fù)植物選擇與配置

通常在受損生態(tài)系統(tǒng)中，植被恢復(fù)是生態(tài)修復(fù)的關(guān)鍵[20]。植被恢復(fù)主要有3種途徑：(1)植物種子自然傳播形成植被自然演替；(2)引入外來植物種子或種苗；(3)利用土壤種子庫恢復(fù)自然植被[21]，目前國(guó)內(nèi)地震災(zāi)后生態(tài)修復(fù)使用得較多的是前兩種?；诨謴?fù)生態(tài)學(xué)理論，植物物種選擇的原則主要包括以下5點(diǎn)：(1)生態(tài)適應(yīng)性；(2)先鋒性；(3)地帶性；(4)抗逆性和自我維持性；(5)生物多樣性[22]。例如，在土壤干旱、貧瘠地區(qū)，植物選擇的標(biāo)準(zhǔn)為根系發(fā)達(dá)、保水能力強(qiáng)、根冠比大[7]。

張俊云等通過試驗(yàn)證明，選根系發(fā)達(dá)且入土深的植物，可提高邊坡淺層的穩(wěn)定性[23]。許旭等的試驗(yàn)結(jié)果表明，在提高土壤抗蝕能力的表現(xiàn)上，慈竹林>茶樹林>喜樹林>柳杉林>農(nóng)耕地，慈竹林土壤抗蝕性最好，主要因?yàn)榇戎窀递^為發(fā)達(dá)、生長(zhǎng)較快且每年有大量的枯落物歸還土壤[24]。

禾本科植物適合作為先鋒物種，在群落中優(yōu)勢(shì)明顯，與菊科均具明顯入侵性，喬木的鄉(xiāng)土種則較缺乏競(jìng)爭(zhēng)力[25]。引種外來植物種類時(shí)應(yīng)先進(jìn)行安全性評(píng)價(jià)，控制入侵物種的入侵[26～27]。張翔等通過調(diào)查棲息在汶川地震極重災(zāi)區(qū)部分滑坡、崩塌、泥石流等災(zāi)害體上的先鋒植物，發(fā)現(xiàn)先鋒植物以蕨類、禾本科和菊科為主，先鋒植物的植物區(qū)系結(jié)構(gòu)與該地區(qū)原有的植物區(qū)系結(jié)構(gòu)基本相同，先鋒植物中有7種入侵植物，均為農(nóng)田惡性雜草[27]。

植物的配置主要根據(jù)海拔、溫度、土壤、水分等立地條件及地帶性、功能性等綜合設(shè)計(jì)。鄢武先等通過結(jié)合震損地立地條件和地帶性植物生物學(xué)特性，從區(qū)域鄉(xiāng)土植物中篩選出60余種適宜臥龍自然保護(hù)區(qū)震后修復(fù)的主要植物[21]。王春振等在海拔高度低于1600m的地區(qū)營(yíng)造常綠闊葉林，選用樟科、山毛櫸科、山茶科、冬青科植物；海拔 1 600 m～2 000 m的地區(qū)營(yíng)造常綠落葉闊葉混交林，常綠林種選用山毛櫸科、樟科樹種，落葉林選用樺木科、胡桃科、槭科樹種；海拔 2 000 m～2 600 m的地區(qū)營(yíng)造針闊葉混交林，闊葉林種為紅樺、椴樹、槭樹等，針葉林種為鐵杉、麥吊杉、四川紅杉；海拔 2 600 m～3 600 m的地區(qū)營(yíng)造寒溫性針葉林，如麥吊杉、方枝柏、四川紅杉、冷杉等[7]。王了德等在舟曲縣災(zāi)后森林植被恢復(fù)中采用喬灌混交型和林草混交型兩種模式，喬灌混交型主要是以發(fā)揮水源涵養(yǎng)水效能為主，適宜區(qū)域溝系兩側(cè)的中山陰坡、半陰坡，海拔 1 600 m～2 200 m；林草混交型以發(fā)揮水土保持效能為主兼具水源涵養(yǎng)，適宜陽坡、半陽坡及部分陰坡地段，海拔 1 400 m～1 800 m[28]。

1.4 地震災(zāi)后生態(tài)修復(fù)模式

植被恢復(fù)模式有喬木、灌木、藤本、草本及其混合模式[12]。多數(shù)學(xué)者在進(jìn)行生態(tài)修復(fù)時(shí)因地制宜，根據(jù)植被地域類型及立地條件等具體條件，對(duì)震后災(zāi)區(qū)分區(qū)進(jìn)行修復(fù)。

張翔等在原有植被分區(qū)基礎(chǔ)上，結(jié)合區(qū)域生態(tài)功能區(qū)劃、氣候條件等，將汶川地震極重災(zāi)區(qū)劃分為8個(gè)植被恢復(fù)小區(qū)，對(duì)每一小區(qū)分別設(shè)計(jì)相應(yīng)的生態(tài)修復(fù)模式[29]。鄧東周等根據(jù)震損地的生態(tài)區(qū)位、自然資源、林業(yè)發(fā)展及經(jīng)濟(jì)社會(huì)等將災(zāi)區(qū)劃分為川西高山峽谷區(qū)、盆周山地區(qū)和盆地丘陵區(qū)來進(jìn)行生態(tài)修復(fù)規(guī)劃[30]。李雪楊等將震后的大熊貓主食竹主要分布區(qū)按主食竹受損程度分為1～5級(jí)，對(duì)受損重災(zāi)區(qū)(4、5級(jí))采取重造、補(bǔ)植為主的修復(fù)模式，對(duì)受損微災(zāi)區(qū)(1、2、3級(jí))采取以封育保護(hù)為主的修復(fù)模式[31]。

對(duì)于震后的岷江干旱河谷-山地森林交錯(cuò)帶，劉彬等提出：輕度震毀植被以封育為主；退耕還林帶將林、畜、草相結(jié)合重建；中度震毀的植被使用快速恢復(fù)地表植被、補(bǔ)肥補(bǔ)水、加固土體、等造林或工程措施；完全震毀的植被，依據(jù)土壤母巖、母質(zhì)的性質(zhì)，遵循適時(shí)適地、宜草宜林的原則重構(gòu)植被[32]。楊育林等結(jié)合川西干旱河谷立地類型、氣候環(huán)境、植被、土壤等的特點(diǎn)，提出采用循序漸進(jìn)的方式，裸地裸巖覆土播種草本、荒草坡播種或栽植灌木、灌草地和疏林地栽植喬木、次生林地封育保護(hù)為主的植被恢復(fù)模式[33]。

張繼強(qiáng)等根據(jù)立地條件和生態(tài)修復(fù)物種的生物學(xué)特性及生態(tài)功能，將生態(tài)修復(fù)措施概括為以下幾種：(1)在坡度小于15°、水分條件較好、土層較厚的滑坡體上進(jìn)行撒播或條播種草；(2)在坡度大于30°、坡面較完整的滑坡體上進(jìn)行水平臺(tái)造林；(3)在坡度20°～30°、地形破碎、難以開挖水平臺(tái)的滑坡體上進(jìn)行魚鱗坑造林；(4)在滑坡體、溝頭、道路及農(nóng)田帶狀穴植植物籬[34]。黃光忠等在對(duì)汶川地震后岷江上游地區(qū)采取以下恢復(fù)模式：(1)在岷江干旱河谷和盆周山地的大滑坡面上實(shí)施，主要針對(duì)坡度大于45°的地段實(shí)施封山育林為主的植被恢復(fù)模式；(2)在地震造成的滑坡體、崩塌體，落石損毀林地、泥石流灘地和堰塞湖的淹沒地等地段上實(shí)施人工植苗造林為主的生態(tài)恢復(fù)模式；(3)對(duì)于盆周西部海拔1 800 m以下，坡度小于35°的滑坡體、泥石流、堰塞湖、落石和崩塌造成的損毀林地實(shí)施山地喬灌混合型相結(jié)合的植被修復(fù)模式[9]。

1.5 地震災(zāi)后生態(tài)修復(fù)效果研究

震損地的生態(tài)修復(fù)是一個(gè)持續(xù)的過程，其修復(fù)效果往往需要在幾年甚至更長(zhǎng)的時(shí)間后才能體現(xiàn)出來。

王宇等對(duì)人工植被恢復(fù)兩年后的震損坡面進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)坡中下部的植被明顯比上部得到更好的恢復(fù)，提出在坡頂和坡上部多種植喬木和灌木[25]。王蕾等發(fā)現(xiàn)隨坡度和高程的增加，植被恢復(fù)度先增加，到臨界點(diǎn)后減小[35]。

劉千里等發(fā)現(xiàn)汶川映秀災(zāi)區(qū)植被恢復(fù)7 a后，植被總覆蓋度達(dá)到90%以上，各品類聚集的群落取代了以草本植物為主的群落，喬木、灌木、草本植物的群落數(shù)量之比約1∶2∶5，群落結(jié)構(gòu)已初步恢復(fù)[36]。王夢(mèng)君等對(duì)四川王朗自然保護(hù)區(qū)1976年地震后30多年以自然更新為主的群落恢復(fù)狀況進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)干擾最嚴(yán)重區(qū)域植被主要為少量草叢，干擾相對(duì)嚴(yán)重區(qū)域主要為灌木，干擾較輕區(qū)域植被恢復(fù)較好，部分區(qū)域群落已恢復(fù)到震前狀態(tài)；并認(rèn)為土壤養(yǎng)分含量及水分是影響地震干擾后群落恢復(fù)速度的主要因素[37]。

楊昌旭和孫麗文分別用專家打分法和主成分分析法對(duì)震后不同修復(fù)模式下的植被恢復(fù)進(jìn)行了評(píng)價(jià)，篩選出不同修復(fù)對(duì)象對(duì)應(yīng)較優(yōu)的修復(fù)模式[38～39]。

2 存在問題

我國(guó)地震災(zāi)后生態(tài)修復(fù)研究主要集中在2008年汶川地震之后，由于研究時(shí)間較短，還存在以下不足：

(1)注重生態(tài)恢復(fù)試驗(yàn)與示范研究，基礎(chǔ)理論研究較缺乏，尚未形成系統(tǒng)的理論框架及技術(shù)規(guī)范。這一問題產(chǎn)生的原因有很大的客觀因素，如震后生態(tài)修復(fù)的迫切性等。

(2)相對(duì)更重視人工重建研究，而忽視自然恢復(fù)過程的研究。人工重建見效快，但不利于原有物種多樣性保護(hù)，存在外來物種入侵風(fēng)險(xiǎn)，且后期維護(hù)管理較多，經(jīng)濟(jì)成本高，而自然恢復(fù)則能避免上述問題。

(3)恢復(fù)重建的快速性和短期性突出，缺乏目標(biāo)規(guī)劃與長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。我國(guó)災(zāi)后重建都是政府主導(dǎo)，災(zāi)后重建任務(wù)一般3年左右完成，比如“5·12”汶川特大地震發(fā)生以后，我省按照“三年任務(wù)兩年基本完成”的要求，災(zāi)后生態(tài)恢復(fù)重建雖然取得了巨大成績(jī)，但震后生態(tài)修復(fù)是一項(xiàng)長(zhǎng)期復(fù)雜的系統(tǒng)工程，應(yīng)加強(qiáng)災(zāi)后生態(tài)修復(fù)的長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，促進(jìn)生態(tài)修復(fù)系統(tǒng)穩(wěn)定。

(4)缺乏對(duì)生態(tài)恢復(fù)重建生態(tài)功能和結(jié)構(gòu)的綜合評(píng)價(jià)。自“5·12”汶川特大地震發(fā)生以來，地震頻發(fā)，災(zāi)后生態(tài)恢復(fù)和植被恢復(fù)都取得了巨大成績(jī)，相關(guān)研究也主要注重恢復(fù)技術(shù)、模式等研究，但缺乏系統(tǒng)的、連續(xù)的、動(dòng)態(tài)的定量研究，因而不能很好地揭示災(zāi)后系統(tǒng)退化的本質(zhì)規(guī)律，缺乏具有可操行作性的監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)指標(biāo)，從而影響恢復(fù)效果的評(píng)價(jià)。

3 研究展望

結(jié)合研究現(xiàn)狀與存在的問題，筆者認(rèn)為在地震災(zāi)后生態(tài)修復(fù)研究中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注以下幾個(gè)方面：

(1)加深基礎(chǔ)理論研究。震后生態(tài)修復(fù)的理論源自恢復(fù)生態(tài)學(xué)，雖然生態(tài)恢復(fù)與重建理論研究取得了重大進(jìn)展[40]，但生態(tài)恢復(fù)與重建的理論支撐來自實(shí)踐、來自相關(guān)的學(xué)科、目前震后生態(tài)修復(fù)實(shí)踐歷時(shí)較短，技術(shù)還不夠成熟、隨著實(shí)踐的深入，其相關(guān)理論包括限制性因子、生態(tài)適應(yīng)性、生物多樣性、生態(tài)位、群落演替、植物入侵等理論，可結(jié)合生態(tài)恢復(fù)試驗(yàn)與示范實(shí)踐進(jìn)一步完善，生態(tài)修復(fù)理論必將得到修正和發(fā)展。

(2)建立系統(tǒng)的生態(tài)修復(fù)模式體系?，F(xiàn)有的生態(tài)修復(fù)模式很多，但大多數(shù)適用范圍較窄，推廣性較差。結(jié)合部分學(xué)者引入的分區(qū)治理及微立地因子理論，針對(duì)震后生態(tài)修復(fù)對(duì)象的共同特性及差別，對(duì)修復(fù)對(duì)象進(jìn)行系統(tǒng)性分類，建立系統(tǒng)的生態(tài)修復(fù)模式體系，以便“對(duì)癥下藥”，采用有針對(duì)性的生態(tài)修復(fù)模式進(jìn)行修復(fù)。

(3)重視近自然恢復(fù)研究。目前震后生態(tài)修復(fù)大多采用見效快的工程措施+人工植樹種草植被恢復(fù)模式，期望通過植物合理配置達(dá)到經(jīng)濟(jì)、生態(tài)等多重效益的共贏。但是震損地多處在生態(tài)系統(tǒng)脆弱地區(qū)，從有利于保護(hù)群落穩(wěn)定性、生態(tài)系統(tǒng)多樣性，有效防止外來植物入侵等方面考慮，今后應(yīng)加強(qiáng)近自然恢復(fù)研究。

(4)明確長(zhǎng)期修復(fù)目標(biāo)，建立長(zhǎng)效修復(fù)機(jī)制。震損地往往穩(wěn)定性差、土壤結(jié)構(gòu)不良、干旱、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)缺乏，其生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)是一個(gè)漫長(zhǎng)的過程，短期修復(fù)目標(biāo)對(duì)于生態(tài)系統(tǒng)的長(zhǎng)期發(fā)展是不適用的，應(yīng)結(jié)合社會(huì)需求、景觀生態(tài)等角度制定長(zhǎng)期修復(fù)目標(biāo)，制定合理的修復(fù)期限，建立長(zhǎng)效修復(fù)機(jī)制。

(5)完善生態(tài)修復(fù)評(píng)價(jià)體系。目前，生態(tài)模式修復(fù)效果評(píng)價(jià)的研究較少。通過對(duì)恢復(fù)現(xiàn)狀的調(diào)查、分析，進(jìn)而對(duì)生態(tài)恢復(fù)重建生態(tài)功能和結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，建立科學(xué)、全面、實(shí)用、有效的生態(tài)修復(fù)評(píng)價(jià)體系，加強(qiáng)長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，注重中長(zhǎng)期和負(fù)面影響評(píng)價(jià)。