生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)自然途徑的6種范式表達(dá)
——以天水市渭河流域?yàn)槔?/h1>

2021-03-30 02:02:52張嘉倫毛潤科王小軍顏曉魯謝小祎

中國林副特產(chǎn)訂閱 2021年6期 收藏

關(guān)鍵詞：渭河流域范式生態(tài)

張嘉倫,毛潤科,王小軍,顏曉魯,謝小祎

(1.甘肅省小隴山林業(yè)實(shí)驗(yàn)局種苗管理站，甘肅 天水 741020；2.甘肅省小隴山林業(yè)實(shí)驗(yàn)局李子林場，甘肅 天水 741005；3.甘肅省小隴山林業(yè)實(shí)驗(yàn)局云坪林場，甘肅 兩當(dāng) 742403)

國土空間生態(tài)保護(hù)修復(fù)是構(gòu)建國土空間安全格局[1]，推動(dòng)生態(tài)文明建設(shè)的重要舉措，是最大程度謀求人與自然和諧共生的安全保障，是關(guān)系國家生態(tài)安全和民生福祉的重要戰(zhàn)略任務(wù)，是滿足人民日益增長的優(yōu)美生態(tài)環(huán)境需要的主要途徑[2]。在歷史進(jìn)程中，生態(tài)系統(tǒng)的被動(dòng)改變，大多使人類福祉和經(jīng)濟(jì)發(fā)展實(shí)現(xiàn)了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)步，但都是以生態(tài)系統(tǒng)諸多服務(wù)功能的退化、甚至喪失及非線性變化的風(fēng)險(xiǎn)增加為巨大代價(jià)的[3]。作為黃河第一支流的渭河，其流域生態(tài)系統(tǒng)在維護(hù)我國西部生態(tài)安全方面舉足輕重，在黃河的整治開發(fā)中占有絕對重要的戰(zhàn)略地位[4]。但受氣候變化、不合理開發(fā)、管理上粗放、環(huán)境污染等因素的影響，加之地理結(jié)構(gòu)的先天脆弱性等特點(diǎn)，渭河流域天然植被分布不均，且早期破壞嚴(yán)重、造成現(xiàn)地表裸露、水土流失加重，且生態(tài)環(huán)境惡化有由局部區(qū)域逐漸波及整個(gè)流域的趨勢[5]。積極開展渭河流域整體保護(hù)、生態(tài)恢復(fù)和綜合治理工作刻不容緩，遏制或緩解生態(tài)系統(tǒng)破損退化趨勢，提升生態(tài)系統(tǒng)承載力和生態(tài)產(chǎn)品供給能力，增強(qiáng)渭河流域生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，是渭河流域經(jīng)濟(jì)社會(huì)綠色、健康、持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。目前，渭河流域生態(tài)環(huán)境保護(hù)的研究，主要集中在水資源管理[6]、生態(tài)環(huán)境保護(hù)[7-8]、水土保持[9]、污染防治[10]等方面，上述研究為生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)提供了一定的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，其研究多表現(xiàn)在單一變化的生態(tài)環(huán)境因子上，如水文、植被、土壤等，在生態(tài)系統(tǒng)的整體性修復(fù)上研究較少。

1 研究方法

基于自然途徑或自然解決途徑(NBS(Nature-based Solution))的理念和生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)基礎(chǔ)理論與中國生態(tài)文明思想及政策相結(jié)合[11-12]，借鑒國內(nèi)生態(tài)保護(hù)修復(fù)的典型案例，兼顧植被在不同生態(tài)恢復(fù)管理過程中的演替規(guī)律，對渭河流域天水段生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)路徑、技術(shù)手段、預(yù)期目標(biāo)進(jìn)行了初步探討，以王志芳博士等[1]歸納總結(jié)的生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)自然途徑的6種范式為切入點(diǎn)，重點(diǎn)關(guān)注不同范式在研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)過程中，對于修復(fù)預(yù)期或與之相對應(yīng)立地條件的差異性，采用類自然法對6種范式在研究區(qū)所采用的植物種類進(jìn)行篩選和配置，以期為天水市渭河流域生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)工作提供參考。

2 研究區(qū)概況

研究區(qū)地處渭河上中游甘肅省東南部，位于104°34′～106°43′E，34°05′～35°11′N之間，渭河干流西起武山縣樺林鄉(xiāng)天局，東至麥積區(qū)東岔鄉(xiāng)牛背里，境內(nèi)全長270 km，境內(nèi)流域面積11695 km2,占全區(qū)總面積的81.7%。主要支流有榜沙河、散渡河、葫蘆河、藉河、穎川河、東柯河、牛頭河，近3年平均入境水資源量為9.4億m3。研究區(qū)山脈縱橫，溝谷相間，主要以山谷和高原為主，地勢西北高東南低，海拔多在1000～2100 m之間。最高山峰為武山天爺梁(3120 m)，最低處為東岔鎮(zhèn)牛背村渭河谷地(760 m)。屬大陸性的季風(fēng)氣候類型，為暖溫帶半濕潤半干旱氣候區(qū)。年平均日照時(shí)數(shù)為2050 h，年有效積溫為2225.2 ～4000 ℃，年平均氣溫在7～11 ℃之間，年均降水量510.1 mm，降水時(shí)空分布不均，由東南向西北逐漸減少，降水主要集中在7～9月，且主要以暴雨等強(qiáng)降雨形勢發(fā)生，占全年降水量的70%左右[13-14]。

3 生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)自然途徑范式

大多自然生態(tài)系統(tǒng)處于受干擾狀態(tài)，生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)是生態(tài)恢復(fù)重建的一個(gè)過程，相較生態(tài)保護(hù)更具積極意義，又較生態(tài)重建更具廣泛的適用性[15]。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)原有生態(tài)系統(tǒng)森林植被殘破稀疏，部分轉(zhuǎn)變?yōu)樘烊淮紊?，自然生態(tài)系統(tǒng)處于輕度退化狀態(tài)；或受到人為(自然力)的破壞，生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能退化嚴(yán)重；或由于人類社會(huì)發(fā)展需要，原有生態(tài)系統(tǒng)已徹底消失，形成新的人工生態(tài)系統(tǒng)。為了維護(hù)好“山、水、林、田、湖”這個(gè)生命共同體，全面增進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)的供給、調(diào)節(jié)、支持和文化等的服務(wù)功能，在研究區(qū)區(qū)域尺度(層次)下，尊重自然發(fā)展規(guī)律，保護(hù)優(yōu)先，充分發(fā)揮自然恢復(fù)的潛力，同時(shí)結(jié)合人工修復(fù)，合理設(shè)定區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)格局和功能分區(qū)，促進(jìn)自然資本增值[15]。生態(tài)系統(tǒng)所處退化階段、預(yù)期功能的差異、人工方法和自然修復(fù)途徑的不同，決定了生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)過程中植物選擇及配置應(yīng)該得到相應(yīng)的調(diào)整和變化。

3.1 自然范式

自然范式目的充分發(fā)揮生態(tài)系統(tǒng)的自我恢復(fù)能力，注重自然恢復(fù)，減少或杜絕人為干擾，具體表現(xiàn)為“封山而不育林”和自然保護(hù)區(qū)及保護(hù)小區(qū)，堅(jiān)持自然做功，自然評價(jià)一切，盡可能保持自然原生態(tài)環(huán)境。如研究區(qū)設(shè)立的自然保護(hù)區(qū)、保護(hù)小區(qū)和森林公園，或恢復(fù)趨勢向好的次生林和一些原始生境保存良好的小環(huán)境，可以采用自然范式。此類區(qū)域歷史人為干擾強(qiáng)度較小或立地條件優(yōu)越，多見一些種群生態(tài)位寬，環(huán)境適宜能力強(qiáng)的樹種最先占據(jù)優(yōu)勢，如銳齒槲櫟、遼東櫟、色木槭、華山松、油松、野核桃、千金榆、春榆、青榨槭等，且生物群落(植被)循序地按照一定演替軌跡自動(dòng)向前健康發(fā)展[16]。

3.2 本土范式

本土范式在人工干預(yù)修復(fù)中充分考慮擾動(dòng)前的生態(tài)系統(tǒng)，盡可能地體現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)的健康性、完整性、可持續(xù)性和歷史性，物種選擇重視當(dāng)?shù)厣L良好的種屬科目。研究區(qū)一些立地條件(水分、土壤、坡度)相對較好的區(qū)域選用適用性好、抗逆性強(qiáng)、性價(jià)比高的優(yōu)良鄉(xiāng)土樹種種質(zhì)資源，如松科(油松、白皮松等)、楊柳科(皂柳、球果石泉柳等)、胡桃科(野核桃、湖北楓楊等)、樺木科(華榛、鵝耳櫪等)、殼斗科(刺葉高山櫟、銳齒槲櫟等)、薔薇科(陜甘花楸、木香花等)、槭樹科(廟臺槭、青榨槭、秦嶺槭等)等，能有效改善群落環(huán)境，保持群落樹種結(jié)構(gòu)的長期穩(wěn)定，保證群落未來的發(fā)展方向。

3.3 過程范式

過程范式充分尊重和深刻理解自然演替的過程，通過人為有效設(shè)計(jì)或采取相應(yīng)的技術(shù)手段，對生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)或變化實(shí)施科學(xué)的、可預(yù)見的、有序的干預(yù)，促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)功能的完善，使植被群落由衰敗向先鋒群落或頂級群落過度演替。研究區(qū)存在一定面積的裸露坡地、礦山廢棄地、陡坡地和石質(zhì)山地，由于立地條件差，植被蓋度小，植物多樣性低，生態(tài)系統(tǒng)及其脆弱，僅僅依靠自然恢復(fù)或常規(guī)手段很難實(shí)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)或重建。此類立地條件需遵循自然演替規(guī)律，依據(jù)生態(tài)系統(tǒng)發(fā)育規(guī)律，先草本后灌木再喬木，多層分次實(shí)施生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)。先種植草本植物實(shí)現(xiàn)固土、保水、積肥，有效減少和防止坡地土壤侵蝕[17]，草本植物主要選擇根系發(fā)達(dá)或葉大、枝密，抗旱、抗寒、耐瘠薄的種質(zhì)資源，如禾本科(隱子草、小畫眉草、早熟禾、狗牙根等)、豆科(紫花苜蓿、白三葉草、廣布野豌豆等)等，待草本植被實(shí)現(xiàn)自然更新，水土條件有所改善后，稀疏間植深根耐旱灌木，如小檗科(黃櫨木、闊葉十大功勞)、虎耳草科(山梅花)、薔薇科(火棘、西北栒子等)等，最后栽植喬木樹種，樹種選擇優(yōu)先考慮優(yōu)良鄉(xiāng)土樹種種質(zhì)資源。

3.4 文化范式

文化范式要求在生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)中實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展要以人的需求和生態(tài)關(guān)懷為前提[18]，倡導(dǎo)公眾參與，增強(qiáng)人與自然的良性互動(dòng)，體現(xiàn)社會(huì)價(jià)值和人文情懷，創(chuàng)造生態(tài)結(jié)構(gòu)完整，文化自然延續(xù)的多功能景觀。文化范式多應(yīng)用于研究區(qū)風(fēng)景名勝區(qū)、人居環(huán)境與自然環(huán)境過渡區(qū)、交通干道周邊等區(qū)域，要求生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)體現(xiàn)人類審美偏好和感官體驗(yàn)美感，積極反應(yīng)人與生態(tài)環(huán)境的聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)并兼顧人的需求及生態(tài)功能[1,19]。植物選擇和配置重點(diǎn)考慮不同種類(品種)植物的配置、植物間意境的構(gòu)造、色彩形狀的組合及其他元素的配合[20]。研究區(qū)一般可采用松科(白皮松、刺柏)、紅豆杉科(南方紅豆杉、紅豆杉)、領(lǐng)春木科(領(lǐng)春木)、毛茛科(紫斑牡丹、繡球藤等)、虎耳草科(東陵繡球、大花溲疏等)、薔薇科(高叢珍珠梅、湖北山楂等)、豆科(長青油麻藤、刪槐等)、杜鵑花科(頭花杜鵑、太白杜鵑等)、黃楊科(雀舌黃楊)、木犀科(紫丁香、暴馬丁香等)等植物。

3.5 實(shí)驗(yàn)范式

由于生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能(生物生產(chǎn)、物質(zhì)循環(huán)、能量流動(dòng))是一個(gè)非線性的動(dòng)態(tài)變化過程[21]，生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)過程中存在諸多的不確定性，在應(yīng)對大面積、高投入、高風(fēng)險(xiǎn)、耗時(shí)長、不可逆的生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)工作面時(shí)，應(yīng)通過風(fēng)險(xiǎn)有效可控，目標(biāo)多元、有針對性的小范圍試驗(yàn)，尋找最適的植物種類和配置，確定生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)解決途徑或方案。而在試驗(yàn)過程中，依據(jù)立地條件或小環(huán)境的不同，樹種具體選擇也存在差異，研究區(qū)渭河以北，土層深厚但干燥少肥，可優(yōu)先選擇松科(云杉、油松)、柏科(側(cè)壁、刺柏等)、樺木科(白樺、藏刺榛等)、榆科(春榆、大葉樸等)等耐旱耐寒耐瘠薄的植物種類試驗(yàn)；河谷、溝谷水分條件較好的區(qū)域可選擇楊柳科(旱柳、中國黃花柳等)、杉科(水杉、日本柳杉等)一些耐陰濕的深根性樹種試驗(yàn)；一些坡陡溝深或石質(zhì)陡坡地、斷崖或泥巖裸露地帶可選獼猴桃科(中華獼猴桃、全緣藤山柳等)、葡萄科(桑葉葡萄、藍(lán)果蛇葡萄等)、衛(wèi)矛科(大芽南蛇藤、苦皮藤等)等適用性強(qiáng)、善于攀援、生物量大的藤本植物試驗(yàn)。

3.6 綠色范式

綠色范式通過實(shí)施性強(qiáng)、難度小、見效快的人工方式對擬修復(fù)區(qū)域進(jìn)行“綠化式”的快速“生態(tài)修復(fù)”，單純考慮綠化覆蓋，雖然難以形成有效的生態(tài)群落，或生態(tài)系統(tǒng)的功能單一、脆弱，但在一定程度上將環(huán)境影響和污染降低到最低程度，起到了生態(tài)緩沖作用。尤其是一些采礦筑路、土方遷移埋壓或較大面積的崩塌、泥石流、滑坡等短時(shí)無有效恢復(fù)計(jì)劃或方案的區(qū)域，可選擇使用罌粟科(小葉博落回)、蓼科(酸模、東方蓼等)、菊科(一年蓬、小蓬草、深綠蒿、川甘蒲公英等)、豆科(紫花苜蓿、白三葉草等)等一些結(jié)實(shí)率高、萌生力強(qiáng)、性價(jià)比優(yōu)的植物，便于一次性大面積撒種，有條件可在前期輔以噴灌措施，促進(jìn)種子發(fā)芽出苗，短時(shí)間形成“綠色植被”覆蓋，降低對周邊生態(tài)系統(tǒng)的負(fù)面影響，并為后續(xù)長遠(yuǎn)生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)目標(biāo)奠定基礎(chǔ)。

4 結(jié)語

生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)是一個(gè)長期和漸進(jìn)的復(fù)雜過程，相較于以往單純的植被恢復(fù)，在空間尺度上更為宏觀，時(shí)間上更為長遠(yuǎn)，更多關(guān)注自然資源要素的空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及生態(tài)功能的保護(hù)和恢復(fù)。但不論采用何種具體途徑，都宜遵循“最小干涉(Non-in tervention)”原則[16]，在植物選擇與配置方面學(xué)習(xí)或模仿自然生態(tài)系統(tǒng)的程序和結(jié)構(gòu)，重視研究借鑒和諧的自然樹種譜和選擇譜內(nèi)的樹種(種質(zhì))結(jié)構(gòu)，保持系統(tǒng)內(nèi)穩(wěn)定的多物種互動(dòng)的多樣性、各層級發(fā)展的不均性和層次化的恒續(xù)林結(jié)構(gòu)，促進(jìn)植被群狀或團(tuán)狀混交的延伸發(fā)展，珍惜立地潛力，尊重自然力[22]，充分利用生態(tài)系統(tǒng)的自然動(dòng)力和演進(jìn)機(jī)制，使生態(tài)系統(tǒng)天然物質(zhì)得到復(fù)蘇，達(dá)到生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)具有良性的可變性和健康發(fā)展?jié)摿Φ哪康摹?/p>

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