桉樹(shù)人工林對(duì)生物多樣性和地下水的影響研究綜述

齊 濤

(新漢林業(yè)集團(tuán)，廣州 510613)

桉樹(shù)(Eucalyptusrobusta)，原產(chǎn)澳洲，極其速生，一般5～6 a可成材?？蔀槿祟?lèi)提供木材、纖維、生物質(zhì)能源和林產(chǎn)品等。桉樹(shù)是世界范圍內(nèi)種植最廣泛的硬木，是全球森林生物量最重要的木材來(lái)源之一[1]。桉樹(shù)還具有大量多樣性和高濃度的精油，其中許多具有生態(tài)功能以及醫(yī)藥和工業(yè)用途。由于其經(jīng)濟(jì)價(jià)值，快速生長(zhǎng)率和良好的木材特性以及碳封存等環(huán)境效益[2]，全球桉樹(shù)種植面積在過(guò)去二十年迅速增加至約2 257萬(wàn)公頃，和楊樹(shù)、松樹(shù)成為世界三大造林樹(shù)種。

目前種植桉樹(shù)的國(guó)家已經(jīng)超過(guò)120個(gè)，涵蓋5大洲，其中種植面積較大的國(guó)家有巴西、中國(guó)、印度、澳大利亞等。值得一提的是，中國(guó)桉樹(shù)在過(guò)去20 a得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。2000-2015年由80萬(wàn)公頃增加至450萬(wàn)公頃，占同期全國(guó)人工林凈增加量的16.6%。而同期全球森林總面積凈減少5 600萬(wàn)公頃，人工林凈增加6 800萬(wàn)公頃，全球桉樹(shù)林凈增加471萬(wàn)公頃。中國(guó)桉樹(shù)林凈增加占全球桉樹(shù)凈增加量的78.6%，占全球人工林凈增加量的5.4%[4-5]。

2000-2017年的衛(wèi)星數(shù)據(jù)表明，地球植被面積的擴(kuò)大，主要?dú)w功于中國(guó)和印度。其中，中國(guó)的綠色面積增長(zhǎng)中有42%是森林[6]。中國(guó)森林面積的增長(zhǎng)與中國(guó)的退耕還林政策和桉樹(shù)的快速擴(kuò)張密不可分，也為減緩世界森林退化做出了貢獻(xiàn)。其他國(guó)家桉樹(shù)人工林種植面積也顯著增加。在歐洲的西班牙和葡萄牙，外來(lái)桉樹(shù)也迅速擴(kuò)張；其種植面積已達(dá)到約100萬(wàn)公頃，并且繼續(xù)增加[7]，葡萄牙桉樹(shù)人工林面積超過(guò)70萬(wàn)公頃，占本國(guó)森林面積約26%(ICNF，2013)，占?xì)W洲47%的桉樹(shù)人工林[8]。印度是世界上最早引種桉樹(shù)的國(guó)家，始于1790年，2005年約580萬(wàn)公頃之后受桉樹(shù)負(fù)面效應(yīng)和社會(huì)壓力影響，2009年降到394萬(wàn)公頃，占全國(guó)森林面積的5%，呈現(xiàn)出大起大落的發(fā)展趨勢(shì)[3]。

伴隨桉樹(shù)的擴(kuò)張是對(duì)桉樹(shù)的爭(zhēng)議，本文主要討論對(duì)生物多樣性和地下水的影響。

1 對(duì)生物多樣性影響

起初桉樹(shù)主要種植在荒山荒地，近年來(lái)在草地、灌木林甚至農(nóng)田種植桉樹(shù)也已成為常態(tài)。本文中桉樹(shù)對(duì)生物多樣性影響界定為桉樹(shù)林內(nèi)，對(duì)周邊區(qū)域生物多樣性影響不作討論。

外來(lái)植物對(duì)自然群落的侵入會(huì)改變?cè)鷳B(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，影響林下植物種類(lèi)的多樣性。這并非桉樹(shù)獨(dú)有，南非的其他幾項(xiàng)研究表明，外來(lái)植物，尤其是金合歡等其他樹(shù)木也會(huì)顯著改變林下物種的豐富程度和構(gòu)成種類(lèi)[9]。

Shiferaw在埃塞俄比亞三個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的數(shù)據(jù)顯示，桉樹(shù)屬遠(yuǎn)不是抑制性的。與其他外來(lái)人工林相比，桉樹(shù)人工林在密度和多樣性方面維持了更多的木本植物。在所有情況下，調(diào)查的桉樹(shù)屬中的香農(nóng)多樣性指數(shù)(Shannon's diversity index)高于1.57。此外，桉樹(shù)屬森林被證明每公頃至少包含2 293種木本植物物種，與含有松樹(shù)或金合歡等物種的其他人工林相比更為有利[10]。Rutherford的研究證明異質(zhì)化桉樹(shù)環(huán)境促使物種快速進(jìn)化，不同海拔不同緯度的物種適應(yīng)性恢復(fù)過(guò)程和變異速度被加速，導(dǎo)致物種的快速遺傳分化，并可能誕生新的變種或物種[11]。

人類(lèi)主導(dǎo)的新型桉樹(shù)林生態(tài)系統(tǒng)，對(duì)小型動(dòng)物也顯示出極強(qiáng)的吸引力，而且動(dòng)物與桉樹(shù)林的契合性也很理想。在西班牙北部的桉樹(shù)林(主要是藍(lán)桉)，食蜜鳥(niǎo)會(huì)很快融入該群落棲息并采粉[12]；在葡萄牙，作為頂級(jí)獵食者的北方蒼鷹(Accipitergentilis)對(duì)桉林作為繁殖棲息地有著強(qiáng)烈偏好，選擇結(jié)構(gòu)合適的大型桉樹(shù)筑巢，蒼鷹對(duì)結(jié)構(gòu)成熟森林的偏好可能使其成為評(píng)估森林管理實(shí)踐能力的替代物種[13]；在巴西圣保羅州，桉樹(shù)林中有一半的鳥(niǎo)類(lèi)棲息在當(dāng)?shù)刂脖恢小?/p>

Daniela在南歐的研究結(jié)果顯示，桉樹(shù)種植園對(duì)小型哺乳動(dòng)物的種類(lèi)、密度、身體狀況沒(méi)有顯著影響，可能會(huì)限制某些物種的出現(xiàn)，但促進(jìn)其他物種但不影響許多物種[7]；Christine N.在智利發(fā)現(xiàn)桉樹(shù)人工林與原始森林中的蝙蝠數(shù)量和豐富度沒(méi)有差異，較大的瓦爾迪維流域環(huán)境對(duì)蝙蝠活動(dòng)和豐富程度的影響比土地利用類(lèi)型(原生森林，種植園，草地)更強(qiáng)[14]。

在中國(guó)，如其他國(guó)家一樣，桉樹(shù)對(duì)生物多樣性的影響一直被爭(zhēng)論。試驗(yàn)的結(jié)果呈現(xiàn)出雙向性。不同土地利用類(lèi)型向桉樹(shù)林的轉(zhuǎn)變導(dǎo)致對(duì)生物多樣性產(chǎn)生不確定性影響。桉樹(shù)林對(duì)生物多樣性的改變，主要通過(guò)對(duì)土壤結(jié)構(gòu)和性質(zhì)影響、凋落物積累、林冠對(duì)光線照射的阻礙等因素來(lái)實(shí)現(xiàn)。在不同國(guó)家，不同區(qū)域，不同氣候和立地條件下，影響方向和程度均不相同，人為不合理經(jīng)營(yíng)和干擾力度也不同，因此難有統(tǒng)一的量化數(shù)據(jù)，物種和環(huán)境的變化不允許得出一般性結(jié)論。

任何陸地生態(tài)系統(tǒng)主導(dǎo)物種的改變都會(huì)引發(fā)該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、物種和數(shù)量的改變，其他物種都需要根據(jù)環(huán)境變化進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整，不適應(yīng)者退出該系統(tǒng)，但并不影響該物種在其他類(lèi)型生態(tài)系統(tǒng)的存在。桉樹(shù)新型生態(tài)系統(tǒng)建立后，其他物種會(huì)試探性進(jìn)入該系統(tǒng)直至適應(yīng)，形成另外一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的生態(tài)系統(tǒng)。但不可忽略的是，替代前的生態(tài)系統(tǒng)也是在之前生態(tài)系統(tǒng)基礎(chǔ)上通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)演化或更替而來(lái)，只是主導(dǎo)因素不同，趨勢(shì)并未改變。

需要強(qiáng)調(diào)的是，商品林和天然林對(duì)生物多樣性影響應(yīng)該有不同的衡量標(biāo)準(zhǔn)。桉樹(shù)提供木材和木制品的同時(shí)，也在一定程度上發(fā)揮著生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，同時(shí)間接保護(hù)了天然林免被采伐，保障了它們生物多樣性的穩(wěn)定甚至是增加。

在某一局部區(qū)域出現(xiàn)生物多樣性降低也是正?，F(xiàn)象。如果追溯地球進(jìn)化歷程，從寒武紀(jì)的生命大爆發(fā)到二疊紀(jì)的史上最嚴(yán)重的生物大滅絕，現(xiàn)今的地球仍然充滿生機(jī)。如果把人也作為一個(gè)環(huán)境變量來(lái)考慮全球生態(tài)系統(tǒng)，諸多因素只是地球演變過(guò)程的變量而已。地球本身有極強(qiáng)的免疫和凈化能力，地球生物的消亡和新生如同人的新陳代謝一樣正常。在維護(hù)地球健康作出努力的同時(shí)，也不應(yīng)高估人類(lèi)對(duì)地球的影響。

2 對(duì)地下水影響

桉樹(shù)屬于深根系樹(shù)種[15]。地下根系垂直分布深度近似于地上樹(shù)干高度。但根系最前端到達(dá)地下深度和苗木類(lèi)型(種子苗、無(wú)性系苗)、育苗方式、土壤狀況以及當(dāng)?shù)亟邓坑嘘P(guān)。巴西的研究表明，桉樹(shù)根系最深可到地下11.5 m；在南非和澳大利亞，3～4 a生巨桉的根系能夠從大于5 m深的地下吸收水分[16]；在印度西北部，桉樹(shù)根系可下探到4.4 m[17]。在中國(guó)，桉樹(shù)超過(guò)90%主根和細(xì)根生物量分布在地下0～3 m土層內(nèi)，某些區(qū)域桉樹(shù)純林在地下0～0.6 m土層內(nèi)集中了超過(guò)92%的生物量[18]。這可能與中國(guó)主要采用短基質(zhì)段育苗導(dǎo)致桉樹(shù)根系纏繞有關(guān)。

桉樹(shù)的水利用效率極高。用于合成干物質(zhì)的水分只占吸收水分總量的1%左右，其余水分通過(guò)蒸騰作用參與地球水循環(huán)以降水形式回到地面，這點(diǎn)與其他樹(shù)木類(lèi)似。高速生性決定了單位時(shí)間內(nèi)耗水會(huì)高于一般的樹(shù)種，但單位干物質(zhì)合成所需水分量遠(yuǎn)低于合歡、相思、松、杉等樹(shù)種。

桉樹(shù)只是吸收淺層土壤中的水分。在澳大利亞的新南威爾士州針對(duì)桉樹(shù)研究表明，當(dāng)?shù)叵滤疃刃∮? m時(shí)，這些森林會(huì)臨時(shí)性依賴(lài)地下水，而且在干旱年份，蒸騰作用消耗地下水可能會(huì)顯著增加[19]。Kate L Holland等的研究也表明，桉樹(shù)人工林冠層郁閉后，幾乎不會(huì)使用深度超過(guò) 8 m的地下水，但確實(shí)使用了所有的降雨量，因此將地下水補(bǔ)給量減少到零[20]。Benyon在澳大利亞進(jìn)行的藍(lán)桉與輻射松蒸散對(duì)比研究表明，兩種物種之間的蒸騰作用沒(méi)有顯著差異，完全郁閉后年度總的蒸散量相似[21]。

一些研究結(jié)果顯示桉樹(shù)具有較高的蒸散量，會(huì)減弱地表徑流。在西班牙，土地利用類(lèi)型從種植玉米和牧場(chǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)樗{(lán)桉種植園后，地下水位每年下降，同時(shí)供水減少導(dǎo)致集水區(qū)的地表徑流減少[22]。在巴西種植桉樹(shù)林后觀察到土壤水分枯竭和徑流減少。2015年Enku在埃塞俄比亞西北部的研究表明，旱季桉樹(shù)林地蒸散量約為2 300 mm，而沒(méi)有桉樹(shù)的蒸散量約為900 mm，這幾乎是該地區(qū)參考蒸散量的2倍，是休耕農(nóng)田實(shí)際蒸散量的2.5倍[23]。

然而，在中國(guó)東南部進(jìn)行的另一項(xiàng)研究表明，桉樹(shù)水利用對(duì)供水影響似乎并不嚴(yán)重。雷州半島是中國(guó)廣東桉樹(shù)規(guī)模最大的片區(qū)，2014年，桉樹(shù)面積22.8萬(wàn)公頃，占森林總面積的66.9%。張寧男等人在雷州半島2個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行的尾葉桉的研究結(jié)果表明，4 a生人工林的耗水量分別為542 mm和559 mm，分別占同期全年降水量的35%和36%，略低于國(guó)外桉樹(shù)人工林耗水的結(jié)果[24]。雷州半島淺層水平均在3 m以下，這個(gè)范圍的水一般情況下桉樹(shù)難以利用。桉樹(shù)真正可以利用的地下水是季節(jié)性上層滯水和淺層土壤中的部分水分，這部分水可以通過(guò)降水直接或間接得到補(bǔ)給。

桉樹(shù)有能力突破土壤上滯水層到達(dá)淺水層吸收水分和養(yǎng)分，但這不具有普遍性。這種向深處延伸的趨勢(shì)是桉樹(shù)維持正常生理的自然反應(yīng)，也是任何樹(shù)木都具有的本能。

桉樹(shù)單位時(shí)間快速吸收淺層土壤水分的特性也被用在澳大利亞鹽堿地治理，以恢復(fù)農(nóng)業(yè)產(chǎn)量[25]；在印度西北部的羅塔克把細(xì)葉桉當(dāng)做生物泵種植，以改良澇漬地區(qū)含鹽土壤[17]。

相反，如果在干旱地區(qū)營(yíng)造桉樹(shù)林需慎重，應(yīng)充分考慮當(dāng)?shù)亟涤炅亢椭車(chē)畢^(qū)，應(yīng)選擇水分利用效率更高或者蒸騰作用更小的樹(shù)種。

任何物種都有擴(kuò)大其領(lǐng)地和繁衍更多后代的傾向。桉樹(shù)根系如果能探索到更深層的土壤吸收地下水,很顯然它也會(huì)攝取深層土壤中的養(yǎng)分,是桉樹(shù)適應(yīng)氣候變化的一種自我調(diào)節(jié)。這意味著該物種獵食和活動(dòng)范圍的擴(kuò)大,這本身就是物種生存斗爭(zhēng)、物種進(jìn)化和自然選擇進(jìn)程中不可或缺的一部分。桉樹(shù)能適合各種生態(tài)環(huán)境，從平底到高山，從干旱到潮濕，說(shuō)明通過(guò)自然選擇，桉樹(shù)已經(jīng)進(jìn)化到生態(tài)系統(tǒng)的上層，按照達(dá)爾文的任何生物都有按照幾何速率增加自身數(shù)量的傾向的理論，桉樹(shù)憑借其高適應(yīng)性和其他物種生存斗爭(zhēng)的超強(qiáng)能力，即使沒(méi)有人的因素，它也會(huì)迅速擴(kuò)張，只是人類(lèi)把這一速率提高了。

地球上生物滿足生存之后應(yīng)該和平共處，地下水存在的理由之一就是被地球生物(包括人類(lèi)和動(dòng)植物)合理使用，這是地球水循環(huán)的一部分。雖然說(shuō)桉樹(shù)和人類(lèi)應(yīng)該平等有些不可思議，但不可否認(rèn)的是追溯到地球生命起源，人類(lèi)和桉樹(shù)以及其他生物都擁有共同的生命起源。桉樹(shù)也有吸取地下水維持自己生命力的權(quán)利。區(qū)域地下水位下降和地表徑流減少很大程度上是人口增長(zhǎng)和人類(lèi)活動(dòng)引起的，在夸大地指責(zé)桉樹(shù)對(duì)地下水負(fù)面影響時(shí)，人類(lèi)更應(yīng)該檢討自身過(guò)度開(kāi)采和污染地下水的問(wèn)題。

3 討論

每一種生態(tài)系統(tǒng)或生態(tài)表達(dá)都有自己的歷史和獨(dú)特性，與人的觀察和認(rèn)知緊密聯(lián)系。桉樹(shù)人工林對(duì)生物多樣性和地下水有影響，某些區(qū)域可能會(huì)很?chē)?yán)重，主要是人類(lèi)不合理的開(kāi)發(fā)力度和管理方式引起的，桉樹(shù)自身沒(méi)有問(wèn)題。

桉樹(shù)在為世界作出貢獻(xiàn)的同時(shí)，全球范圍內(nèi)需要更友好的開(kāi)發(fā)強(qiáng)度，更自然的經(jīng)營(yíng)方式。應(yīng)當(dāng)通過(guò)分區(qū)分類(lèi)經(jīng)營(yíng)，適當(dāng)延長(zhǎng)輪伐期，有條件區(qū)域?qū)嵤┗旖辉炝只蜷_(kāi)展農(nóng)林復(fù)合經(jīng)營(yíng)，在桉樹(shù)林周邊設(shè)立合理緩沖區(qū)，最大限度減少人類(lèi)對(duì)土壤的擾動(dòng)等措施，降低對(duì)生物多樣性和地下水等環(huán)境的影響，盡可能保持生態(tài)系統(tǒng)的自然性，讓桉樹(shù)在為人類(lèi)提供福祉的同時(shí)為地球增添綠色。