蕨類植物在貴州省石漠化地區(qū)生態(tài)環(huán)境恢復治理中的應用探討
——以紫云縣為例

鮑淼 趙邈 林權富 張繼銀

（貴州省地礦局一一二地質(zhì)大隊，貴州安順 561000）

1 引言

貴州省是石漠化的重點地區(qū)之一，喀斯特地貌復雜多變，分布廣泛。脆弱的喀斯特生態(tài)地質(zhì)環(huán)境對土地石漠化具有明顯的促進作用［1］。喀斯特石漠化是人類在脆弱的喀斯特生態(tài)環(huán)境中不合理的社會經(jīng)濟活動，造成人類與土地之間的矛盾非常突出，土地植被破壞、水土流失、巖石裸露，土地自然修復能力下降甚至喪失，地球表面形象地呈現(xiàn)出類似荒漠化景觀的演變過程［2］。石漠化加劇了當?shù)氐乃亮魇?，地質(zhì)生態(tài)環(huán)境惡化，同時導致了自然災害頻發(fā)，并阻礙地方經(jīng)濟穩(wěn)定發(fā)展，嚴重危害人民的正常生產(chǎn)和生活。生態(tài)環(huán)境問題是當今社會發(fā)展的一個重大問題，改善生態(tài)環(huán)境，增加群眾收入，提高人民生活水平，促進生態(tài)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展，是貴州省喀斯特地區(qū)石漠化治理的總目標。為了控制石漠化的進程，前人做了大量的研究工作，提出了許多防治措施，如生態(tài)產(chǎn)業(yè)化［3］、轉變農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展方式［4］、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)轉型［5］、生態(tài)移民模式、封山育林模式、水資源開發(fā)利用模式、培植適生經(jīng)濟林木發(fā)展特色農(nóng)業(yè)模式、草地畜牧業(yè)模式［6］等。

如何恢復治理石漠化地區(qū)生態(tài)環(huán)境問題是貴州省經(jīng)濟社會發(fā)展的重要課題。本文通過對貴州省紫云苗族布依族自治縣（以下簡稱“紫云縣”）石漠化的分布特征、形成石漠化的成因分析，結合蕨類植物的生長特征進行研究，探尋蕨類植物對貴州省紫云地區(qū)石漠化生態(tài)環(huán)境恢復治理的優(yōu)越性，為研究區(qū)石漠化恢復治理工程提供依據(jù)。

2 研究區(qū)石漠化特征

2.1 研究區(qū)石漠化概況

研究區(qū)紫云縣地處貴州高原向廣西丘陵區(qū)過渡的中低山盆谷地帶，石漠化主要發(fā)育在碳酸鹽巖中。紫云縣非石漠化面積占全縣土地面積的58%，潛在石漠化面積占14%，輕度石漠化面積占13%，中度石漠化面積占14%，重度石漠化面積占1%，重、中、輕度石漠化面積占28%。北部和兩峰之間的石漠化面積相對較小，石漠化嚴重地區(qū)處于研究區(qū)中部，且位于高海拔山脊之上。

區(qū)內(nèi)分布主要地層為二疊系和三疊系，巖性以灰質(zhì)白云巖、白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r等碳酸鹽巖為主，是我國典型的喀斯特巖溶地貌［7］。區(qū)內(nèi)碳酸鹽巖溶洞分布廣泛，表層土層較薄，植被覆蓋率低，基巖裸露嚴重，土地貧瘠，生產(chǎn)能力低下，農(nóng)民經(jīng)濟收入不容樂觀。但在許多石漠化嚴重的區(qū)域，蕨類植物生長茂盛，且在蕨類植物繁盛的地區(qū)，根系土壤較厚，水土流失較少，極大改善了該地區(qū)生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀，見圖1。

2.2 石漠化的成因分析

研究區(qū)屬亞熱帶季風氣候，區(qū)內(nèi)碳酸鹽巖成土能力低，在長期巖溶作用下形成了地表和地下雙層空間結構。大氣降水常通過地表巖溶裂隙、漏斗、陷坑、洼地等直接快速滲入地下巖溶空間，導致地表蓄水能力較差。植被和土壤的分布有限且分散，在石縫、溶溝、溶槽中心有不同厚度的土層。凸出部分分布有大量裸露巖石，形成半裸露巖溶地貌，是亞熱帶濕熱環(huán)境下巖溶地區(qū)特有的地貌類型。在水蝕化學風化、水蝕物理風化和土壤管理不當?shù)倪^程中，原有不連續(xù)的土壤進一步流失，導致大量巖溶基巖裸露，嚴重退化的土地呈現(xiàn)干燥狀態(tài)，其荒蕪程度與干旱氣候區(qū)沙漠相似。因此，土地退化屬于荒漠化范疇，是該地區(qū)最重要的環(huán)境問題。巖石的化學成分和結構控制著土壤的形成條件，巖溶的水文地質(zhì)條件控制著水資源的空間分布，地形地貌控制著土壤侵蝕的水動力條件［8］，氣候條件的影響、人類活動的誘因［9］等因素綜合起來，成為研究區(qū)石漠化非常嚴重的主要因素。

3 蕨類植物的特點

蕨類植物又稱羊齒植物，是一類進化水平最高的孢子植物，主要由根、莖、葉組成，有性生殖器官為精子器和頸卵管，無種子。我國蕨類植物主要分布在長江以南各省區(qū)，大多為土生、石生或附生，喜陰濕溫暖的環(huán)境。

3.1 繁殖能力

通常肉眼所見的綠色蕨類植物是其孢子體。孢子體上產(chǎn)生孢子囊，每個孢子囊內(nèi)產(chǎn)生大量直徑為10～100 μm 的孢子。孢子具有很小的比重，懸浮在空氣中，隨著氣流或水流向不同的地方飄移。它們在適宜的環(huán)境中萌發(fā)，長出綠色的葉狀配子體。大多數(shù)蕨類植物屬于同一類型的孢子。孢子大小無差異，孢子萌發(fā)后在配子體不同部位產(chǎn)生頸卵器和精團，分別產(chǎn)生雌配子卵和雄配子精子。雄配子和雌配子結合形成合子，發(fā)育成胚胎，然后成長為普通的綠色孢子體。這個過程是蕨類植物獨特的生命周期，在其整個生命周期中，由于環(huán)境和其他條件的影響，一些過程發(fā)生了變化，導致了一些不規(guī)則的繁殖。

3.1.1 無孢子生殖

在孢子體上直接產(chǎn)生配子體，在自然界這是多倍體形成的一條途徑。在實驗條件下，控制培養(yǎng)基的成分和比例?？烧T導出無配子生殖和無孢子生殖兩種現(xiàn)象。有人認為這和能量有關，能量充裕出現(xiàn)前者，而能量貧乏則出現(xiàn)后者。

此外，在自然界營養(yǎng)繁殖的現(xiàn)象也很普遍。在孢子體的一些部位（如葉軸、羽軸或葉脈）能產(chǎn)生芽孢，還有的葉軸頂端常延伸成鞭狀，能著地生根，產(chǎn)生新株。

蕨類植物的孢子體和種子植物一樣具有根、莖、葉和輸導系統(tǒng)的分化，能適應陸地生活，獲得更多的營養(yǎng)，從而產(chǎn)生和種子一樣起生殖和傳播作用的孢子。孢子的量大、體積小，能被風吹到很遠的地方，遇到適宜的環(huán)境后生根發(fā)芽，因此，蕨類植物的繁殖能力極強。

3.1.2 無配子生殖

無配子生殖是配子體不產(chǎn)生配子而直接長出新孢子體，這種現(xiàn)象在熱帶產(chǎn)的同型孢類中和石松的一些種中很常見。絕大多數(shù)的蕨類植物都屬于同孢型，孢子成熟后從孢子囊內(nèi)散布出來，落地后萌發(fā)生長成為原葉體，叫做配子體。在同一配子體上產(chǎn)生頸卵器和雄精器（雌雄同體），但在異孢型的蕨類植物，配子體更為簡化而有雌雄性之分（雌雄異體），雄配子體極小，不脫離小孢子壁，雌配子體較大，不脫離大孢子壁。精子憑水為媒介，借助于本身的纖毛運動，能和卵子進行受精作用，產(chǎn)生配偶子，由此生長發(fā)育成為綠色孢子體，也可叫作成長的蕨類植物，在它的葉體上產(chǎn)生孢子囊，內(nèi)生孢子，孢子落地萌發(fā)又發(fā)育成原葉體。這樣，孢子世代的孢子體和配子世代的配子體相互交替一次，就完成蕨類植物的生長周期。

3.2 固定水土的能力

蕨類植物具有根、莖、葉和輸導系統(tǒng)的分化。

3.2.1 根

蕨類植物只有不定根而無主根，通常叢生于直立的根狀莖末端，或散生在橫走根狀莖腹面，借以固定根狀莖。根內(nèi)具原生中柱，無次生生長，不能加粗，表面生有根毛，可充分吸收水分、泥土及土中營養(yǎng)物質(zhì)。蕨類植物一般具有強大的根部系統(tǒng)，有利于在能量不足的情況下充分吸收養(yǎng)分。

3.2.2 莖

除桫欏科和蚌殼蕨科的部分種類具高大喬木狀直立莖外，絕大多數(shù)蕨類植物的莖都貼近地面稱根狀莖，或短而直立，斜升，或細長橫走，少數(shù)為纏繞藤本，極少數(shù)呈灌木狀。其頂端通常被毛或鱗片，有的種類還被葉柄殘莖組成的防護罩所保護。

3.2.3 葉

蕨類植物葉子生長非常茂盛，葉枯萎后仍然與主干緊密連接在一起，很難被雨水、風等外力作用帶走而保留在植物根部。據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在蕨類植物生長茂盛的區(qū)域，其根部常常堆積一層厚厚的落葉層，其厚度可達0.6 m。保留在根部的莖、葉腐爛后可為植物提供充足的養(yǎng)分而促進植物的生長。另外，蕨類植物的葉子枯萎后，卷縮成圓形狀、似圓形狀、薄片形狀等，圓形狀、似圓形狀中間可以吸附大量的水分、泥土，為植物的生長提供充足的水分、土壤及營養(yǎng)物質(zhì)，保障植被的生長發(fā)育，見圖2。

圖2 蕨類植物根部大量莖、葉腐爛原地堆積

3.3 生存條件

現(xiàn)代蕨類植物有11 500 多種，廣泛分布于世界各地，尤以熱帶和亞熱帶最為豐富。它們大都生存能力非常強，在極端環(huán)境條件下也能生長得非常茂盛。據(jù)調(diào)查顯示，許多蕨類植物在缺少泥土甚至無土的人工碳酸鹽巖墻體、泥土燒制的土磚、碳酸鹽巖裸露的巖體上均能生長（見圖3）。在這樣惡劣的環(huán)境中還能生長的植物，必須具有很強的抗旱能力和自身具有保水保土能力以維持其生長需要。孫雪婷等對蜈蚣蕨、普通鐵線蕨、腎蕨、狹翅巢蕨、銀脈鳳尾蕨5種蕨類植物抗旱生理指標進行了研究，結果表明，這些蕨類植物對干旱具有主動適應性，具有很強的抗旱能力［10］。

圖3 蕨類植物生長環(huán)境

4 結論與討論

蕨類植物在能量充足和能量不足的條件下，都可以靠無配子生殖、無孢子生殖2 種模式繁衍后代，其繁衍受外部因素影響較少。蕨類植物的生長特征本身具有保水固土的能量，在缺少水土的環(huán)境下，也能繁殖生長發(fā)育。石漠化區(qū)域本身就是缺水少土的區(qū)域，在這些區(qū)域大面積地培植蕨類植物，可以初步恢復該區(qū)域生態(tài)環(huán)境。

碳酸鹽巖廣布為石漠化的廣泛發(fā)育奠定了物質(zhì)基礎［9］，貴州省石漠化主要發(fā)育在碳酸鹽巖中，據(jù)王世杰等研究［11］，碳酸鹽巖風化成土壤的速度為1 m/Ma，在碳酸鹽巖地區(qū)，巖石風化成土的能力較差，地表缺土現(xiàn)象嚴重。貴州省石漠化區(qū)的巖性主要為碎屑巖夾碳酸鹽巖、碳酸鹽巖與碎屑巖互層、碳酸鹽巖及碎屑巖、灰?guī)r與白云巖互層、純白云巖、純灰?guī)r6 種類型。這6 種巖石都屬于含水巖系，其中含有一定的水分，尤其是碎屑巖和白云巖，其含水性最強。據(jù)石漠化成因分析，石漠化區(qū)地表存在大量巖溶裂隙、漏斗、落水洞、洼地等，這些區(qū)域都能為蕨類植物提供生長條件，為蕨類植物的生長奠定物質(zhì)基礎。另外，研究區(qū)內(nèi)碳酸鹽巖長期受地質(zhì)作用的影響，區(qū)內(nèi)斷裂構造、節(jié)理裂隙等較發(fā)育，巖石較破碎，這些構造破碎面抗風化能力相對較弱，含水性能更高，可為植物根系提供生長空間。

貴州省碳酸鹽巖裸露的地區(qū)，屬于植物生長所需的能量缺乏地區(qū)，根據(jù)蕨類植物生長繁殖的特性，在碳酸鹽巖植物生長能力不足的區(qū)域，蕨類植物同樣能生長繁衍。

在貴州省碳酸鹽巖裸露的地區(qū)種植蕨類植物，蕨類植物枯萎后，可為該區(qū)域提供大量的腐質(zhì)物。同時，蕨類植物的莖、葉枯萎后仍然保留在原地，可為該區(qū)域的水分保持提供充足的條件。在碳酸鹽巖地區(qū)大量種植蕨類植物，可提高種植區(qū)土地肥力，保持水分，為后期的灌木植物、喬木植物的進入奠定生長基礎。

大量的野外調(diào)查表明，蕨類植物在缺土少水的碳酸鹽巖墻體、泥土燒制的土磚、碳酸鹽巖裸露的巖體中能夠茁壯生長。在碳酸鹽巖發(fā)育的區(qū)域，具有蕨類植物生長的基本條件，在該區(qū)域種植蕨類植物，同樣能茁壯成長。在碳酸鹽巖地區(qū)大量種植蕨類植物，可提高石漠化治理效果，加快石漠化地區(qū)的治理進程，極大改善石漠化地區(qū)的生態(tài)環(huán)境。