橡膠林生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)功能述評(píng)

祁棟靈，蘭國(guó)玉，陳幫乾，孫 瑞，謝貴水，吳志祥

(中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院 橡膠研究所 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部儋州熱帶作物科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站，儋州 571737)

人工林生態(tài)系統(tǒng)為人類福祉發(fā)揮著直接或間接貢獻(xiàn)。隨著世界經(jīng)濟(jì)全球化和人們對(duì)保護(hù)自然生態(tài)系統(tǒng)的愿望日益強(qiáng)烈，人工林經(jīng)營(yíng)的目標(biāo)也相應(yīng)調(diào)整，從以木材生產(chǎn)為基礎(chǔ)的單一管理目標(biāo)向以林業(yè)為基礎(chǔ)的多功能方法漸進(jìn)過渡[1]。深刻認(rèn)識(shí)、有效調(diào)控和充分發(fā)揮人工林的綜合功能，對(duì)全球森林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)具有重要意義。橡膠樹(Heveabrasiliensis)是熱帶地區(qū)重要的經(jīng)濟(jì)林木，經(jīng)過近150年的發(fā)展，已成為全球熱帶地區(qū)最重要的種植生態(tài)系統(tǒng)之一[2]。橡膠樹在中國(guó)產(chǎn)業(yè)化種植已近70年，形成了海南、云南和廣東三大優(yōu)勢(shì)種植區(qū)域，發(fā)揮了積極的生態(tài)功能。本研究對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn)進(jìn)行梳理和分析，參考“千年生態(tài)系統(tǒng)評(píng)估框架工作組”提出的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)分類方法, 并結(jié)合中國(guó)天然橡膠產(chǎn)業(yè)發(fā)展實(shí)際，重點(diǎn)綜述和分析橡膠林生態(tài)功能，并指出未來(lái)的研究重點(diǎn)，以期為當(dāng)前天然橡膠生產(chǎn)提質(zhì)增效及可持續(xù)發(fā)展提供參考依據(jù)。

1 橡膠林的生態(tài)功能

1.1 橡膠林水分涵養(yǎng)功能

橡膠林發(fā)揮著良好的水分生態(tài)功能。李一鯤[3]從土地資源的開發(fā)利用方面討論分析了橡膠樹與水的關(guān)系，就水分而言，綜合考慮其降水量(1 459.4 mm)、蒸騰量(523 mm)、徑流量(18.19 mm)、膠乳帶走水量(0.46 mm)、水分下滲量(917.75 mm)(鮮膠乳含水量70%，高產(chǎn)膠園干膠1 950 kg/hm2，一年膠乳帶走水分4 549.5 kg/hm2，相當(dāng)于0.46 mm降水)，滲入橡膠林土壤的水分量為917.75 mm，而膠乳每年帶走的水分僅占降水量的0.03%，占比甚微。5齡橡膠林土壤即使在干旱季節(jié), 土壤仍不缺水, 而橡膠林土壤容重比雨林高, 橡膠林土壤貯水量不但在3月至12月份的不同季節(jié)高于雨林, 而且在土壤表土層、心土層和底土層等不同土層也高于雨林[4]。李一鯤[3]比較了橡膠林和竹林的土壤含水量后發(fā)現(xiàn)，2月至9月份, 橡膠林土壤含水量高于竹林土壤, 并且在旱季0～100 cm的土層含水量，橡膠林均高于竹林。劉珉等[5]則分析后認(rèn)為，橡膠林可有效減少雨水對(duì)土壤的擊濺作用，其具有水土保持和水源涵養(yǎng)功能。

1.2 橡膠林大氣環(huán)境效應(yīng)

據(jù)試驗(yàn)測(cè)定，1 hm2橡膠林1 d可吸收二氧化碳1 000 kg，可制造氧氣730 kg，能為980位成年人提供1 d的需氧量，橡膠林猶如天然的“氧吧”[6]。蔣菊生等[7]的研究結(jié)果表明，當(dāng)中國(guó)橡膠林面積為63.12萬(wàn)hm2時(shí)，中國(guó)橡膠林每年從大氣中固定的二氧化碳總量為411萬(wàn)t，所釋放的氧氣為299萬(wàn)t，經(jīng)分別采用C稅法和工業(yè)制氧成本法估計(jì)二氧化碳和氧氣的價(jià)值，可達(dá)到1 238億元和12億元，二者價(jià)值之和相當(dāng)于中國(guó)橡膠林每年生產(chǎn)橡膠和提供木材等直接產(chǎn)品價(jià)值的28.7倍。橡膠林的二氧化碳固定能力是熱帶山地雨林的4.7倍，從1952年到2015年，中國(guó)橡膠林已累計(jì)固定二氧化碳達(dá)到29 827萬(wàn)t，釋放氧氣達(dá)到14 065萬(wàn)t，對(duì)短期內(nèi)緩解大氣的溫室效應(yīng)發(fā)揮了巨大作用。Cheng等[8]比較了橡膠林、熱帶雨林和次生林的固碳能力，結(jié)果表明，橡膠林30年固碳量為272.08 t/hm2，與熱帶雨林固碳量269.5 t/hm2和次生林固碳量150.203 t/hm2相比，橡膠林表現(xiàn)出較大的固碳潛力。因此，橡膠林具有良好的固定二氧化碳和釋放氧氣的環(huán)境效應(yīng)。橡膠林對(duì)空氣溫度影響方面，謝貴水等[9]研究結(jié)果顯示，橡膠林可顯著降低林內(nèi)的平均氣溫和平均最高氣溫，與橡膠林外的氣溫相比，橡膠林內(nèi)全年的平均氣溫降低0.5 ℃，平均最高氣溫降低1.6 ℃。橡膠林內(nèi)極端最高氣溫比橡膠林外低1.4 ℃，極端最低氣溫比橡膠林外高3.2 ℃，橡膠林內(nèi)平均最低氣溫平均高出0.2 ℃，橡膠林具有使氣溫的變化趨于緩和的環(huán)境效應(yīng)。

1.3 橡膠林生物多樣性維持功能

周會(huì)平等[10]以西雙版納不同林齡、不同海拔、不同管理方式的橡膠林為研究對(duì)象，對(duì)林下植被多樣性現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查研究。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，橡膠林下約有87科，241屬，340余種植物，表現(xiàn)出較高的植物多樣性。橡膠林林下植物多樣性受人為管理措施的影響變幅較大，但實(shí)行自然管理后橡膠林的物種多樣性并不是很低，在一定尺度上略低于熱帶雨林或熱帶山地雨林[11]。海南橡膠林土壤微生物多樣性高于熱帶次生林[12]，橡膠林土壤細(xì)菌群落的多樣性較高。種植橡膠樹不會(huì)造成土壤細(xì)菌群落多樣性降低，季節(jié)變化是影響土壤微生物群落組成與多樣性最主要的因素。在動(dòng)物多樣性方面，國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究結(jié)果表明，橡膠林內(nèi)鳥類、昆蟲、蝙蝠等動(dòng)物的多樣性低于鄰近的熱帶森林(表1、2)，約為其50%[13-24]，而成齡橡膠林的昆蟲多樣性相對(duì)高于幼齡橡膠林。因此，橡膠林作為模擬自然森林的人工林群落，具有生物多樣性維持功能。

表1 橡膠林與熱帶雨林鳥類多樣性物種數(shù)比較[16-17,19-20]

表2 橡膠林與天然林昆蟲多樣性物種數(shù)比較[13-15,18,21-24]

1.4 橡膠林地力維持效應(yīng)

吳嘉漣[25]從20世紀(jì)50年代植膠初期到20世紀(jì)80年代第2次土壤普查和近年的定點(diǎn)和抽樣調(diào)查，對(duì)植膠后的3個(gè)時(shí)間段海南農(nóng)墾橡膠林的肥力狀況變化進(jìn)行分析認(rèn)為，大部分橡膠林的土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效鉀等呈現(xiàn)下降態(tài)勢(shì)。橡膠林肥力總體下降的現(xiàn)象同樣出現(xiàn)在云南植膠區(qū)，李春麗等[26]通過對(duì)云南西雙版納的景洪、東風(fēng)、勐捧、勐臘、勐滿等主要農(nóng)場(chǎng)橡膠林1977、1987和1998年等3個(gè)時(shí)段的土壤和橡膠樹葉片進(jìn)行了比較分析，結(jié)果表明橡膠林土壤養(yǎng)分含量明顯下降，同時(shí)也指出，橡膠林土壤的沖刷嚴(yán)重，有機(jī)質(zhì)積累減少也是其土壤肥力尤其是土壤氮素肥力下降的重要原因。

盡管我國(guó)橡膠林大多分布在丘陵、山地和盆地，雨季集中，降雨強(qiáng)度大，容易造成水土沖刷和表土流失，土壤肥力下降，但橡膠林土壤肥力下降不是必然規(guī)律。海南農(nóng)墾提供的典型資料表明，海南國(guó)營(yíng)大豐農(nóng)場(chǎng)6隊(duì)植膠13年，橡膠林有機(jī)質(zhì)從1.41%升至1.61%，海南國(guó)營(yíng)農(nóng)墾紅華農(nóng)場(chǎng)紅橋片區(qū)植膠16年，有機(jī)質(zhì)含量從0.70%升至0.94%，海南國(guó)營(yíng)紅光農(nóng)場(chǎng)立新隊(duì)植膠17年，橡膠林有機(jī)質(zhì)含量從2.81%降至2.80%。

綜合上述報(bào)道的資料分析，不同的植膠單位的橡膠林土壤，其土壤肥力變化不盡相同，橡膠林地力維持效應(yīng)很大程度上取決于人工對(duì)橡膠林地力培肥和養(yǎng)護(hù)等撫育管理措施及其效果。在橡膠林生態(tài)系統(tǒng)中，一方面橡膠林為橡膠經(jīng)營(yíng)者提供膠乳和木材產(chǎn)品，另一方面橡膠林每年產(chǎn)生大量的枯枝落葉，這些枯枝落葉分解后進(jìn)入土壤促進(jìn)地力，發(fā)揮生物自肥的功能和地力維持效應(yīng)，但橡膠林的地力維持能力是有限的，因此，作為人工林群落，要適當(dāng)人為地補(bǔ)充養(yǎng)分，以彌補(bǔ)膠乳和木材帶走的營(yíng)養(yǎng)，彌補(bǔ)養(yǎng)分如果不足，就會(huì)造成橡膠林生態(tài)系統(tǒng)的養(yǎng)分失衡，最終影響到系統(tǒng)生產(chǎn)力的可持續(xù)性。

2 橡膠林生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值

根據(jù)已有的研究報(bào)道，橡膠林具有的主要生態(tài)服務(wù)功能有涵養(yǎng)水源、凈化大氣環(huán)境、固碳釋氧、森林防護(hù)、森林游憩、林木營(yíng)養(yǎng)積累、保育土壤、生物多樣性保護(hù)等[27]。以海南為例，2012年海南橡膠林生態(tài)功能評(píng)估價(jià)值量達(dá)到72.08億元，上述各類服務(wù)功能中，生態(tài)服務(wù)功能價(jià)值及其占比依次為涵養(yǎng)水源(33.35億元, 46%)、凈化環(huán)境(14.79億元, 21%)、固碳與釋氧(13.74億元,19%)、森林防護(hù)(5.34億元,7%)、森林休憩(1.8億元, 3%)、森林營(yíng)養(yǎng)積累(1.58億元, 2%)、生物多樣性保護(hù)與維持(0.61億元, 1%)[27]。另外，中國(guó)橡膠林如按照目前年更新面積3萬(wàn)hm2的規(guī)模，按更新橡膠林橡膠原木40 m3/hm2測(cè)算，中國(guó)年更新橡膠原木產(chǎn)量可達(dá)120萬(wàn)m3，出材率如按60%測(cè)算，中國(guó)植膠業(yè)每年可向國(guó)家提供72萬(wàn)m3板方材，橡膠林表現(xiàn)出良好的木材供給潛力。以上研究結(jié)果表明，以橡膠樹為主的林木覆蓋造就綠化環(huán)境、涵養(yǎng)水源、保持水土、可持續(xù)發(fā)展的良好環(huán)境，不僅大大提高了森林覆蓋率，還對(duì)改善環(huán)境條件，維護(hù)熱區(qū)生態(tài)平衡發(fā)揮了重要作用。

3 展望

3.1 探索生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制

隨著天然橡膠生產(chǎn)功能保護(hù)區(qū)和生態(tài)公益林建設(shè)，越來(lái)越多的橡膠林被納入生態(tài)公益林，而如何開展和實(shí)施橡膠林生態(tài)補(bǔ)償逐漸成為業(yè)界關(guān)注的問題。如何立足植膠實(shí)際，完善測(cè)算方法，做好橡膠林生態(tài)保護(hù)補(bǔ)償效益評(píng)估，構(gòu)建橡膠林生態(tài)保護(hù)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)體系，關(guān)系著橡膠林生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制能否建立和有效實(shí)施。目前缺乏完善的橡膠林生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制。

依據(jù)國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于健全生態(tài)保護(hù)補(bǔ)償機(jī)制的意見，結(jié)合天然橡膠生產(chǎn)功能保護(hù)區(qū)，按照權(quán)責(zé)統(tǒng)一、合理補(bǔ)償，誰(shuí)受益、誰(shuí)補(bǔ)償；政府主導(dǎo)、社會(huì)參與；統(tǒng)籌兼顧、轉(zhuǎn)型發(fā)展；試點(diǎn)先行、穩(wěn)步實(shí)施的原則，嘗試建立生態(tài)保護(hù)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)體系，根據(jù)不同植膠類型地區(qū)特點(diǎn)，以橡膠林生態(tài)產(chǎn)品產(chǎn)出能力為基礎(chǔ)，完善測(cè)算方法，分別制定補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)。加強(qiáng)橡膠林生態(tài)監(jiān)測(cè)能力建設(shè)，制定和完善監(jiān)測(cè)評(píng)估指標(biāo)體系，研究建立生態(tài)保護(hù)補(bǔ)償統(tǒng)計(jì)指標(biāo)體系和信息發(fā)布制度，加強(qiáng)生態(tài)保護(hù)補(bǔ)償效益評(píng)估，探索橡膠林生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制。

3.2 開展多功能環(huán)境友好型生態(tài)膠園建設(shè)

在經(jīng)濟(jì)利益和“橡膠種植熱”驅(qū)使下，近年來(lái)一些地方出現(xiàn)了超規(guī)劃、超技術(shù)規(guī)程、超海拔等盲目種植橡膠、過度開發(fā)土地資源的現(xiàn)象。于是一些學(xué)者否定發(fā)展天然橡膠林的積極作用, 認(rèn)為種植橡膠導(dǎo)致水土流失、生物多樣性減少及區(qū)域干旱等生態(tài)問題[28-29]。我們認(rèn)為，橡膠樹作用的發(fā)揮及其與環(huán)境的關(guān)系是否和諧，關(guān)鍵取決于人類種植和管理行為違反栽培技術(shù)規(guī)程的橡膠種植生產(chǎn)行為難免會(huì)造成一些生態(tài)問題。更重要的是，目前仍然缺乏橡膠林生態(tài)效益或者生態(tài)功能分類評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)方法，使得公眾對(duì)橡膠林發(fā)揮的生態(tài)功能缺乏客觀全面認(rèn)識(shí)，影響著天然橡膠產(chǎn)業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展。

在適應(yīng)世界經(jīng)濟(jì)全球化和人們對(duì)保護(hù)自然生態(tài)系統(tǒng)的愿望日益強(qiáng)烈的趨勢(shì)下，橡膠林經(jīng)營(yíng)的目標(biāo)也應(yīng)相應(yīng)調(diào)整。選擇主要植膠環(huán)境類型區(qū)，開展多功能環(huán)境友好型生態(tài)膠園建設(shè)，制定多功能環(huán)境友好型生態(tài)膠園建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。圍繞多功能環(huán)境友好型生態(tài)膠園建設(shè)技術(shù)要求，開展多功能膠園建設(shè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)規(guī)程、系統(tǒng)內(nèi)種間關(guān)系、多功能環(huán)境友好型生態(tài)膠園系統(tǒng)服務(wù)功能及多種功能之間的平衡關(guān)系、膠園多功能的監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)方法、多功能環(huán)境友好型生態(tài)膠園生產(chǎn)力形成機(jī)理與調(diào)控等工作。

3.3 建立一門橡膠林生態(tài)系統(tǒng)學(xué)

盡管中國(guó)天然橡膠業(yè)經(jīng)過近70 年發(fā)展，建立了云南、海南和廣東3個(gè)成規(guī)模的橡膠種植基地，形成了生產(chǎn)、加工、銷售、研學(xué)產(chǎn)、人才隊(duì)伍培養(yǎng)等較為完整的天然橡膠產(chǎn)業(yè)體系，但隨著生態(tài)文明發(fā)展理念的逐步深入，植膠業(yè)進(jìn)入了綠色發(fā)展階段，而目前植膠業(yè)的發(fā)展缺少生態(tài)系統(tǒng)學(xué)的理論指導(dǎo)，制約著植膠業(yè)高效高質(zhì)量綠色發(fā)展目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

為了推進(jìn)植膠業(yè)綠色發(fā)展、著力解決植膠業(yè)存在的土壤肥力退化等突出環(huán)境問題，更好地發(fā)揮橡膠林生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)功能，就橡膠林種植規(guī)劃、開墾、苗木繁育、定植、撫育管理、產(chǎn)品采收、災(zāi)害、膠林更新、技術(shù)措施的綜合效應(yīng)評(píng)價(jià)等系列內(nèi)容，需要建立一門橡膠林生態(tài)系統(tǒng)學(xué)，用橡膠林生態(tài)系統(tǒng)學(xué)理論來(lái)指導(dǎo)植膠業(yè)高效高質(zhì)量綠色發(fā)展。

致謝：吳嘉漣研究員審閱了本文，并提出了寶貴的修改意見，在此表示衷心感謝！