生態(tài)植被自然修復及其人工促進技術研究進展與展望

劉祥宏 ，尹勤瑞，辛建寶，劉偉，許秀泉，黃占斌，安如意

1.中煤科工集團北京土地整治與生態(tài)修復科技研究院有限公司，北京 100013；2.煤炭科學研究總院有限公司，北京 100013；3.中煤平朔集團有限公司，山西 朔州 036006；4.中煤科工集團沈陽設計研究院有限公司，遼寧 沈陽 110015；5.國家林業(yè)和草原局中南調查規(guī)劃設計院，湖南 長沙 410014；6.沈陽農業(yè)大學水利學院，遼寧 沈陽 110161；7.中國礦業(yè)大學（北京）化學與環(huán)境工程學院，北京 100083；8.山東省第一地質礦產勘查院，山東 濟南 271500

近年來，自然修復在國家生態(tài)文明建設中得到了越來越多的重視，如中國共產黨的第十八大在報告中指出要堅持節(jié)約優(yōu)先、保護優(yōu)先、自然恢復為主的方針；近年出臺的《關于科學綠化的指導意見》（國務院辦公廳，2021）、《關于推進山水林田湖生態(tài)保護修復工作的通知》（財政部等，2016）以及《全國重要生態(tài)系統(tǒng)保護和修復重大工程總體規(guī)劃（2021—2035年）》（國家發(fā)展和改革委員會等，2020）等一系列生態(tài)政策文件，均提出要尊重自然、順應自然、保護自然，要著力提高生態(tài)系統(tǒng)自我修復能力和穩(wěn)定性。在國家的大力推動和倡導下，如何通過有限的人工輔助措施來充分發(fā)揮自然修復的效力，進而實現(xiàn)國土綠化、礦區(qū)治理等區(qū)域生態(tài)修復工作效率、效益、效應的最大化，將成為生態(tài)修復領域的重要攻關方向。

1 生態(tài)植被自然修復的概念

自然修復是通過停止對生態(tài)系統(tǒng)的人為干擾，消除生態(tài)脅迫性因素，依靠生態(tài)系統(tǒng)的自我調節(jié)能力和自組織能力使其向有序的方向自然演替和更新恢復，促進生態(tài)系統(tǒng)的正向演替；常指不依靠人工干預或者以最小化的人工干預措施達到生態(tài)恢復的目標的治理方式（白中科等，2020），其概念包括自修復、自恢復以及自然恢復（胡振琪等，2014）、被動修復（白中科等，2020）等；生態(tài)自我修復工程指通過降低或消除人類活動對脆弱生態(tài)區(qū)的擾動，利用生態(tài)系統(tǒng)內生演化規(guī)律以促進生態(tài)系統(tǒng)的自生性恢復和生態(tài)系統(tǒng)的改善，實現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)的連片系統(tǒng)保護的工程（陸燕元等，2016）。生態(tài)自然修復作為一種與人工修復相對應的生態(tài)修復重要手段，其倡導減少人為干擾，充分發(fā)揮自然的自我恢復能力，雖然修復周期一般較長（Bradshaw，1997；王根緒等，2004；任海等，2007；劉中奇等，2010），具有投入少且形成的生態(tài)系統(tǒng)更符合自然選擇，結構、功能更加穩(wěn)定可靠的特點（Hodacova et al.，2003；Crouzeilles et al.，2017；Xu et al.，2021；劉震，2004；王寧，2013；劉任濤等，2015；張紹良等，2018），被認為是一種生態(tài)修復中必須堅持的原則和理念（胡振琪等，2014）以及最值得推薦的方法（任海等，2007）。通常地廣人稀、水土流失輕微區(qū)（劉震，2004；孫曉玲等，2020）或降雨比較充沛（劉震，2004；孫曉玲等，2020）、土壤/植被狀況較好（Bradshaw，2000；張信寶，2004；陳寶強等，2016；白中科等，2020）的區(qū)域，可以生態(tài)自我修復為主，充分依靠自然力量保護與恢復生態(tài)。

生態(tài)系統(tǒng)自身具有強大的自我修復能力。理論上只要有足夠長的時間，消除或減輕外界進一步干擾后的退化植被和土壤可以自然恢復到破壞前的狀態(tài)（張信寶，2004）；相比植樹造林措施自然恢復還可能形成更高的植被多樣性（Dang et al.，2022）。實際上自然修復普遍存在于各種生態(tài)修復模式中，即使完全人工重建的生態(tài)系統(tǒng)仍然離不開環(huán)境要素與生態(tài)系統(tǒng)長期的自然變化演替（卞正富等，2018），采取措施重建已經破壞的生態(tài)系統(tǒng)的人工恢復往往僅是時間上的特征，后期將由人為主導逐漸向自然修復演替轉化（劉鑫等，2016），而自然演替會在長的時間尺度上進行且會形成更為豐富和自然的植被覆蓋（Hodacova et al.，2003）。

自然修復的生態(tài)恢復過程被認為緩慢，但這種評價多基于參照生態(tài)系統(tǒng)是區(qū)域內較為良好的生態(tài)背景狀況，實際上不同生態(tài)恢復目標下的自然修復速度有所差別。如張百平（2006）的研究認為與濕潤森林區(qū)退化生態(tài)系統(tǒng)恢復需要漫長時間不同，干旱區(qū)退化荒漠生態(tài)系統(tǒng)具有較強、較快的恢復能力；王根緒等（2004）針對青藏鐵路擾動區(qū)域的跟蹤研究顯示，經過25 a的自然修復后，高寒草地生態(tài)系統(tǒng)的恢復明顯優(yōu)于高寒草甸系統(tǒng)，其局部地帶的物種多樣性和種群多度甚至高于未干擾的草原區(qū)域。吳舒堯等（2017）通過基于數(shù)學統(tǒng)計方法定量比較研究發(fā)現(xiàn)，如果生態(tài)恢復的目標是未被破壞的自然生態(tài)系統(tǒng)，則以調控生態(tài)系統(tǒng)理化環(huán)境和結構等環(huán)境干預手段為主的中度介入的恢復方式效果最好。

2 人工促進自然修復理念及模式界定

工程實踐中自然修復難以滿足人類社會生態(tài)需求的根本原因是，自然與人為時間尺度的不匹配（張新時，2010），而自然恢復與人工修復的有機結合可彌補這種不足，是促進人與自然和諧的現(xiàn)實途徑（劉震，2004）；基于退化土地恢復的必要性和緊迫性考慮，人類也有責任采取積極的人工促進恢復措施對退化的生態(tài)系統(tǒng)進行恢復，而非任其完全自然恢復（白中科等，2020）。

人工促進生態(tài)自我修復就是要在原有植被遭到破壞、生態(tài)環(huán)境退化的區(qū)域，采取綜合的保護和撫育措施，為生態(tài)系統(tǒng)的循環(huán)創(chuàng)造良好的外部條件（由惡性循環(huán)轉入良性循環(huán)），提高生態(tài)系統(tǒng)的自我修復能力，逐步改善生態(tài)環(huán)境條件（喬繼平，2007）。根據(jù)植物的演替規(guī)律，通過適當?shù)娜斯じ蓴_引入演替后期階段的物種，或者通過引進一些外來物種以達到縮短群落演替周期的目的，可加速植被恢復進程（張健等，2010；胡嬋娟等，2012）；掌握生態(tài)自然修復的規(guī)律及特點，在生態(tài)恢復的關鍵時間點進行適度的人為干預，促進生態(tài)系統(tǒng)正向演替，可加快生態(tài)修復的進程，提高生態(tài)修復的效益（王麗等，2017）。人工支持引導可以提高生態(tài)系統(tǒng)自然修復的速率和效果，增加生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性和生物多樣性水平（白中科等，2020）；人工促進措施能改善植物生長環(huán)境因子，與自然修復相輔相成共同促進生物生長、繁衍，加快生態(tài)系統(tǒng)的自然演替（聶斌斌等，2010）。鄒厚遠等（1998）的研究顯示原生植被破壞后的自然恢復相當緩慢，但通過補播優(yōu)良牧草沙打旺和興安胡枝子能加速植被的恢復，只需10 a左右的時間即可由棄耕地或退化草地百里香群落演替到長芒草群落。卞正富等（2018）提出“引導型生態(tài)自修復”模式，指出必須采取適度、適時、科學的人工干預，并依靠其自身的恢復力，使受損生境通過自身的主動反饋，不斷自發(fā)地走向恢復和良性循環(huán)。

但當前，人工促進自然修復方面還存在界定不清、范圍籠統(tǒng)等問題，在國家大力倡導自然修復大背景下的一些常見生態(tài)處理方式均被計為人工促進措施。如封育、人工補植補栽或飛播造林種草措施是較為常見的人工促進措施（劉震，2004）；聶斌斌等（2010）認為可改變不利環(huán)境并為生態(tài)自然修復創(chuàng)造適宜條件的措施，包括提高育種技術、實施人工補播、改善生長條件、改良土壤、修建配套水利設施、加強封禁管理、生態(tài)移民和促進生態(tài)補償機制等；胥超等（2014）將穴狀整地、穴施有機復合肥、定植灌木，植被覆蓋小于30%的坡面撒播草籽及復合肥、山地表土并封禁等界定為人工促進措施；《封山（沙）育林技術規(guī)程》（GB/T 15163—2018）等技術標準中，將補種補植、平茬、疏伐、破土整地等作為人為促進措施；白中科等（2020）認為土地整治和生物措施是提高自然修復速率與效果的人工支持引導路徑和關鍵方法，提出的“人工支持引導的生態(tài)系統(tǒng)自然修復”理念實質包括以自然恢復為主人工恢復為輔的“輔助再生”模式和以人工恢復為主自然恢復為輔的“生態(tài)重建”模式；陳澤昊等（2005）將采用高吸水樹脂等人工提高土壤含水率，促進植被恢復的方式界定為人工加速植被自然恢復的手段；Xue et al.（2002）將圍封后種植目標樹種加速修復進程界定為人工促進自然恢復；王緒高等（2003）針對森林自然更新研究中，將人工促進天然更新定義為采取人工輔助更新措施使喬木幼苗根系扎到土壤中，戰(zhàn)勝草類、灌木為森林的自身繁育創(chuàng)造良好環(huán)境條件的更新方式；楊文斌等（2017，2021）研究形成了一種低覆蓋度治沙理論，即在15%—25%覆蓋度條件下實現(xiàn)人工造林與自然修復有機結合，以解決防沙治沙實踐中的中幼齡林衰敗死亡問題并降低工程成本。

人工促進自然修復的目的在于引導和控制生態(tài)系統(tǒng)自我修復進程，其措施需具有輕量化、低擾動的鮮明特征（張紹良等，2017）。確定人工干預的合理程度是引導型生態(tài)修復的關鍵問題之一，生態(tài)閾值可以作為人工干預合理程度的判別標準（雷少剛等，2022）。而現(xiàn)有的人工促進自然修復措施多未對該技術措施的實施面積、比例等實施強度指標進行界定，如若人工治理實施比例過大則成為人工修復措施范疇。為此，本研究結合自然修復與人工修復的特點，從工程視角出發(fā)對生態(tài)恢復模式進行了細分，具體包括以下4種細分模式（見表1），（1）自然修復模式：完全依靠自然發(fā)揮作用實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境的修復。（2）人工促進自然修復（自然為主人工促進）模式：僅進行少部分區(qū)域的人工治理，借助治理區(qū)域發(fā)揮自然修復的促進作用；參考碳匯造林項目方法學（AR-CM-001-V01）等提出的“土壤擾動面積比例不超過地表面積的 10%”，并考慮不同區(qū)域的自然植被蓋度存在巨大差異的實際（特別是干旱等生態(tài)脆弱區(qū)自身植被蓋度很低），建議按照公式（1）計算人工治理所占比例，并建議將該比例控制在10%以下，且所采取治理措施的區(qū)域應不集中連片；公式中引入“當?shù)刂苓呑匀恢脖簧w度”，是秉承生態(tài)承載力理念，基于當?shù)厣鷳B(tài)條件來控制人工促進自然修復的工程量。（3）自然輔助人工修復（人工為主自然為輔）模式：部分或大部分待治理范圍實施人工治理后，進入無（或少）人工干預下的自然恢復狀態(tài)。（4）人工修復模式：大部分或全面實施人工治理，并加強后期人工管護。

表1 生態(tài)修復模式分類表Table 1 Classification of ecological restoration modes

式中：

η——人工治理面積比例，單位為%；

S1——人工治理（包括整地、栽植、播種等活動）實施面積；

S2——待治理區(qū)域面積；

δ——項目當?shù)刂苓呑匀恢脖簧w度，單位為%。

在此分類方法下，封育、近自然（仿自然）、飛播等一般會被定義為自然修復的治理方式，均應根據(jù)具體情況進行重新界定。例如，封育是對退化的生態(tài)系統(tǒng)強行制止再度干擾，任由殘留在該地的不同受損程度的植被依靠其本身的生繁規(guī)律而充分繁殖其個體，使殘留植被的個體數(shù)量增加、植被覆蓋度擴展（黃培祐，2004）。封育的實施方式體現(xiàn)為一種人工措施（包括圍欄工程型封育或政策管理型封育），但在實施對象的擾動狀況方面卻表現(xiàn)為自然修復。實際上自然修復可分為不封育和封育兩種，人工修復也可分為人工治理后封育或不封育兩種。為此，封育措施不應單獨確定為自然修復還是人工修復，而是要根據(jù)待治理區(qū)域中人工治理面積占比來進行衡量。

3 人工促進自然修復技術方法

土壤質量、植被恢復處理方法等初始條件以及氣候條件、附近植物繁殖體的保存狀況等環(huán)境條件是影響植被演替的主要因子（Heras et al.，2008）。王寧（2013）從種源、擴散、幼苗建植3個方面分析黃土丘陵溝壑區(qū)植被更新的限制因素，認為分布在強烈侵蝕、干旱脅迫條件下（坡面或溝坡等）的植物，易受干旱、高溫等影響植物的生存及種子產量、質量，進而限制種群的更新、擴散。而剛剛棄置的尾礦廢棄地因表層尾礦結構極差、侵蝕嚴重、移動性強、穩(wěn)定性低、高溫季節(jié)溫度高、易于干旱等惡劣的環(huán)境條件而影響到植物的自然定居（孫慶業(yè)等，2005）。裸露坡面草本植被自然恢復過程受地形、母質、氣候和周圍植被覆蓋等因素的影響（張振克，1998）。另外，自然修復過程極大地受制于水資源的空間分配和循環(huán)特征的影響（白中科等，2020）；土壤侵蝕造成的脅迫與干擾是植被發(fā)育與恢復演替的重要限制因子（Garcia-Fayos et al.，2000；Guerrero-Campo et al.，2004）。

利用自然力進行生態(tài)恢復是在保證土壤不損失的前提下，使得自然分布的各類繁殖體（種子、孢子、果實、萌生根和萌生苗）等能夠“安家落戶”并得以自然繁衍（蔣高明，2003）。其中，種源和落種區(qū)是自然修復的兩個重要方面。土壤質地不良以及周邊缺少母株、種子遷移受阻等問題的解決，將有效促進生態(tài)自然恢復過程（Bradshaw，2000）。因此，人工促進自然修復措施應在區(qū)域內大面積免干擾的前提下，針對小面積的部分區(qū)域開展天然落種種源區(qū)植被構建、落種擴繁區(qū)的種子擴散與截留體系構建工作（圖1）。

圖1 人工促進自然修復模式技術框架Figure 1 Technology framework of artificial promotion of natural restoration mode

3.1 人工促進自然修復的種源區(qū)構建

缺乏更新種源被認為是限制退化林地、草地再生的主要原因（蘭倩等，2021），有效的種源是干擾后植被自然更新恢復的前提（王寧，2013）。以火山噴發(fā)造成的森林破壞為例，沒有受到破壞的原始森林生態(tài)系統(tǒng)可作為種源區(qū)，為火山灰裸地上的植被恢復提供種子（周勝男等，2016）；對于荒漠環(huán)境其可以通過從鄰近獲得種源而實現(xiàn)自行恢復（黃培祐，2004）。王寧（2013）針對退耕地研究顯示，退耕區(qū)域內的自然物種庫能夠為退耕地恢復提供種源，在退耕后30 a左右就能夠恢復到研究區(qū)典型的蒿草群落類型。

自然修復下的封育措施往往也是基于范圍內或周邊有一定植被存在的種源區(qū)而實施（黃培祐，2004），即封禁區(qū)應包括一定數(shù)量和適當多樣化的母樹等植物群落（陸燕元等，2016）。蘭倩等（2021）認為對于缺乏種源的退化林地，應根據(jù)當?shù)刂脖活愋吞攸c補植、補造鄉(xiāng)土樹種，促進森林恢復。高瑞如等（2004）提出利用當?shù)氐年P鍵種或優(yōu)勢種，選擇裸地上的合適生境，采用人工種子庫和幼苗移植等方法，促使已缺失的植物種在干旱荒漠區(qū)的目的地重新定居，并為后續(xù)侵入提供條件。葛芳紅（2019）研究顯示，坡面植被自然恢復過程中斑塊化植被格局逐漸形成，植物斑塊與裸地斑塊間的存在匯-源關系，植物斑塊能夠有效增加土壤種子庫的攔截、保存，增加其物種多樣性和密度。

3.1.1 種源區(qū)位置選擇

景觀中有某些點對控制水平生態(tài)過程有關鍵性的作用，在這些關鍵點上采取恢復措施可以達到事半功倍的效果（李明輝等，2003）；微地形的選擇對建立先鋒植叢成敗影響極大，選擇較為有利的微生境先行建立點狀先鋒植叢可減少恢復阻力（黃培祐，2004）。

從大的區(qū)域角度，種源區(qū)的布設包括區(qū)域外緣和區(qū)域內部兩大類。其中，區(qū)域外緣的布設主要是要充分利用外緣較為良好的基礎條件，并通過邊界控制來實現(xiàn)生態(tài)退化外延抑制。張百平（2006）針對沙漠區(qū)域的生態(tài)治理經驗顯示沙漠內外情況差異很大，其內部表現(xiàn)相對穩(wěn)定，對外圍的生態(tài)退化進行“鎖邊治理”應是治理的重點。

合理管理與利用侵蝕微環(huán)境對惡劣生境的植被恢復具有實際意義（王東麗等，2017）。石若瑩等（2021）針對黃土高原的植被恢復研究認為，應針對不同微地形環(huán)境進行植物配置。對于待治理區(qū)域內部的種源區(qū)構建，主要從有利于種源區(qū)植物自身生長和種子擴散出發(fā)，來進行有利微環(huán)境選擇或營造?？蛇x擇的微環(huán)境包括背風向陽、匯集水土的較好地方。如黃培祐（2004）認為退化荒漠區(qū)人工引入缺失的種源必須重視氣候因素的影響，并引入到具有集水能力且可屏蔽強風的區(qū)域；陳文思等（2016）的研究顯示先鋒喬木和灌木會先出現(xiàn)在溝底和切溝、塌陷地、緩臺等土壤水分條件較好的地方，在人工植被建設的過程中溝底和水分條件好的坡面微地形，可以適當配置喬木和灌木，而陽坡陡坡則以保護和恢復草本植物為主；韓芳等（2008）研究認為可基于采石場支離破碎的地形特點，選擇背風的陰坡和溝谷生境作為植被恢復的起始平臺，然后利用植被恢復的自然恢復力向外圍拓殖、不斷擴大植被的有效恢復范圍。坡地上的原有植被可以影響周邊以及低坡位的植物組成等指標（Mizushima et al.，2012）。雖然王寧（2013）經野外調查過程發(fā)現(xiàn)一些灌、喬木物種有從溝坡、溝沿線向梁峁坡面擴散的現(xiàn)象，即相對低處分布的植物種也能為區(qū)域植被的自然更新恢復提供種源，但在缺乏有效傳播媒介的情況下種子長距離傳播受到限制（王寧，2013），而坡頂、高地或上風向等位置將更有利于植物種子散播。

對于采石裸巖等區(qū)域，土壤堆積是影響植被重建和和恢復的關鍵因素（Jiao et al.，2009），為此可選擇微凹地形（全威等，2013）、巖石裂隙（賈致榮等，2008；范學忠等，2013）等利于存留土壤、水分和根系延展的位置進行植物建植；在高陡邊坡等區(qū)域也可通過避免平直坡面、保持坡面自然凹凸等，來人為營造有利于種源植物生長的微環(huán)境（賈致榮等，2008）。

3.1.2 植物種類選擇

通過人工引入期望物種可幫助受損生態(tài)系統(tǒng)進行自然修復（白中科等，2020），當?shù)剡m生種（特別是優(yōu)勢種群）的選擇極為重要，既是先鋒種又是優(yōu)勢種群的當?shù)刂参飸侵脖恢亟ǖ年P鍵種類（黃培祐，2004）。為實現(xiàn)持久性種源構建，應因地制宜的選擇種子量大、萌發(fā)力強、抗逆性強（抗旱、抗寒、耐瘠?。┑膯棠?、灌木和草本植物種類。

其中，草本植物作為先鋒種，在植被自然恢復中占有十分重要的位置（苗春玲等，2018）。一年生植物靠種子繁殖的能力遠比多年生植物強，容易成為大的環(huán)境破壞后生態(tài)演替中的先鋒植物（李青豐等，1997）。營養(yǎng)繁殖芽相對于種子萌發(fā)幼苗具有更高的抵抗生境脅迫能力，增加了其在惡劣生境中的成活率（王寧，2013）。多年生植物的種子繁殖能力雖相對較弱，但其往往具有更好的營養(yǎng)繁殖能力（王寧，2013），淮虎銀等（2005）認為在受損植被上可引入繁殖能力和抗逆能力都比較強的植物（如短穗兔耳草等具有強烈克隆繁殖能力的植物）作為先鋒植物，以改善受損初期的植被、加速其恢復過程；高寒草地生態(tài)系統(tǒng)中嵩草植物的營養(yǎng)繁殖效力一般遠遠高于有性繁殖，如矮嵩草的營養(yǎng)繁殖約是有性繁殖效力的 14倍，藏嵩草的營養(yǎng)繁殖效力是有性繁殖效力的8倍多（曹廣民等，2018）。營養(yǎng)繁殖物種在群落中的重要值會隨著坡度的增加而顯著增加，表明營養(yǎng)繁殖物種更能適應存在土壤侵蝕的環(huán)境（王寧，2013）；孫慶業(yè)等（2005）的研究顯示隨著棄置時間的推移，主要通過營養(yǎng)繁殖（或克隆繁殖）的多年生植物種類所占比例越來越高，且這些特點在其他類型的礦業(yè)廢棄地上也有所表現(xiàn)。張信寶（2004）針對嚴重石漠化巖溶山地的植被恢復，建議在土層充填的巖石裂隙發(fā)育地段種植葛藤等蔓莖植物來覆蓋坡面，形成枯枝落葉層并促進植被恢復。

3.1.3 種源區(qū)建植處理

在確定了人工促進自然修復措施中的種源區(qū)建設實施范圍及植物種類后，可根據(jù)植物特性選擇種子播種或植物栽植的方式進行建植。對于應用多種植物的，應盡可能進行混交種植，并根據(jù)不同植物的習性，選擇陽坡、陰坡等更適合具體植物的條件。

土壤是植被附著生長的基礎，其養(yǎng)分虧缺是礦區(qū)廢棄地植被自然恢復與生態(tài)重建的重要限制因素（張志權等，2002；韓芳等，2008）。對小面積天然落種植被建植區(qū)域，應進行相應的土壤改良以消除限制因子，促進植被良好生長和產生足量、高質的擴繁種子。除常規(guī)的客土、表土回覆或施用肥料、改良劑、保水劑等外，包括叢植菌根真菌在內的微生物技術被認為是高效、低成本人工生態(tài)修復的手段（畢銀麗等，2020）。

鄉(xiāng)土適生或優(yōu)勢種群往往存在未商品化、難于采購的問題，除需要通過建立種子生產基地、專業(yè)種子園等培育種子（Broadhurst et al.，2016）來加以解決外，還可通過客土、表土回覆乃至動物糞肥中的植物種子來加以補充。其中，土壤種子庫是植被自然更新和恢復的重要物質基礎（Nussbaumer et al.，2016；Mi et al.，2019；陳穎穎等，2016；趙麗婭等，2018），土壤種子庫中的大量種子在植被自然恢復中發(fā)揮著積極的作用（趙麗婭等，2018）。郭聳松（2013）開展的覆蓋表土補充沙荒地土壤種子庫的客土處理試驗研究顯示，客土地的草本多樣性指數(shù)相對于沙荒地有明顯的增大；劉利民等（2015）的研究顯示利用附近種源地表層土壤，通過客土和人工添加喬、灌木種子的方式補充了荒草地土壤種子庫數(shù)量，植被恢復效果良好。

3.2 人工促進自然修復的擴繁區(qū)處理

孫慶業(yè)等（2005）針對尾礦廢棄地的研究顯示，通過種子或孢子進行有性繁殖的一二年生植物，是最先侵入尾礦廢棄地并實現(xiàn)定居的植物。而植物種子離開母體后，由于各種原因不能到達合適的萌發(fā)地點，將導致植物種群更新失?。ㄍ鯇?，2013），植物擴散限制是更新限制的關鍵環(huán)節(jié)之一。自然修復模式下的大面積植被恢復，基礎在于植物擴繁種子在自然修復治理區(qū)內的廣泛落種、定居。實施多種微地形改造與下墊面整地措施，可使得地表生境和植被狀況得到一定改善（衛(wèi)偉等，2013）。為此，在人工促進自然修復范疇內，需在完成種源區(qū)植被建植前提下，對更廣大的待治理面積進行小范圍（點狀、線狀等）的人工處理，提升植物種子落種、定居、萌生潛力。

粗糙的地表可以對種子起到截留的作用，有利于種子就地發(fā)芽（馬寶峰等，2002），適宜的土壤條件有利于植物生長發(fā)育。促進區(qū)域內以及周圍植物群落的物種繁殖體的有效侵入（落種、生長）方面，可實施的措施主要包括地表粗糙度提升、地下土壤質量改良兩個方面。

3.2.1 基于微地形的地表粗糙度提升

3.2.1.1 微地形概念

地形對植被自然恢復具有主要影響，地貌部位、坡向、微地形等均會影響自然恢復植被的分布、多樣性等（陳文思等，2016）。如北方地區(qū)陰坡、半陰坡的自然修復快于陽坡、半陽坡；緩坡的自然修復快于陡坡、險坡；坡腳的自然修復快于坡地上部、中部；凹形坡的自然修復快于凸形坡（白中科等，2020）。在人工促進自然修復中需控制人為工程量，為此不應采取大規(guī)模的地形整理，進而應更關注小尺度下的微地形處理。微地形是指在外營力作用下形成的大小不等、形狀各異、生境條件有微小變化的局部地形（張宏芝等，2011；王晶等，2012）。Bruland et al.（2005）和 Moser et al.（2007）將微地形的尺度界定為1 cm—1 m，且指出需要重點關注垂直起伏和地表糙度（Moser et al.，2007）。

3.2.1.2 微地形的生態(tài)效應

微地形對土壤屬性和微生境、降雨入滲和水蝕過程（Thompson et al.，2010；Gilland et al.，2014）、植被恢復的效果（Mi et al.，2019；駱宗詩等，2013）及其生態(tài)服務功能發(fā)揮（Okubo et al.，2003；Bruland et al.，2005；Chang et al.，2012）等多個方面都有重要影響（Stavi et al.，2008；Moser et al.，2009；衛(wèi)偉等，2013）。

微地形重建可通過影響土壤質量（Bo et al.，2013）、土壤水分狀況（Nagamatsu et al.，2002；Okubo et al.，2003；Bo et al.，2014）等來影響植被生長，對植物生產力發(fā)揮重要作用（Bruland et al.，2005）。如趙維軍等（2014）從坡面微地形尺度研究植被配置得出的結果表明，黃土丘陵溝壑區(qū)不同微地形的地形因子、土壤理化特征等因素可對不同樹種生長產生較顯著的差異性，在構建坡面植被配置模式時應考慮微地形導致的坡面生境條件片段化。王東麗等（2017）針對細溝、淺溝溝坡、淺溝溝底3種侵蝕微環(huán)境的研究顯示，細溝更有利于植物種子萌發(fā)出苗及幼苗存活，而淺溝更有利于植物幼苗生長；同時發(fā)現(xiàn)土壤侵蝕微地形對植物更新也存在一定的種間差異性，表現(xiàn)為細溝和淺溝不利于鐵桿蒿種子萌發(fā)出苗及幼苗存活。駱宗詩等（2013）不同微生境的植被自然恢復力不同，其恢復力指數(shù)大小為：溝槽地＞洼地＞碎石地＞巨石坡面＞碎石坡面。張恰嚀等（2017）的研究顯示坡面微地形對衰退沙棘人工林更新具有顯著影響，緩臺位置沙棘種群基本能更新成林較好、淺溝其次、陡坎基本不能更新成林。王晶等（2012）針對黃土區(qū)封禁流域坡面微地形12 a的近自然恢復的研究表明，黃土區(qū)封禁流域坡面微地形內植物群落物種組成、數(shù)量特征及其多樣性存在明顯差異，微地形植被的蓋度、平均高度和生物量多優(yōu)于原狀坡面，且以切溝和塌陷最為顯著。

不同微地形改造措施及其空間組合模式能夠創(chuàng)造出許多不同的斑塊鑲嵌體（Appels et al.，2011），形成許多不同的地表微生境和局地小氣候，進而顯著增加景觀的異質性（李斯佳等，2018），這種異質性可為多種動植物的生存提供各種機會和條件，有利于提高生物多樣性水平（高鵬等，2007）。王長庭等（2005）認為自然狀態(tài)下群落中的物種組成是物種對環(huán)境適應的結果，不同的環(huán)境資源和環(huán)境異質性是形成群落結構特征、物種多樣性分布格局差異的主要原因之一。各微地形之間由于不同的降雨分配和地貌形成過程，其土壤水分和養(yǎng)分有明顯的不均等分配，從而導致微地形植被分布的特征差異（張恰嚀，2017）。陳文思（2016）的研究顯示灌木可在切溝、塌陷地、緩臺等水分條件較好的坡面微地形和溝底較早出現(xiàn)，地貌部位是影響群落物種組成差異性的主要因素，尤其是溝底與其他地貌部位之間的植物群落差異性最大。微地形是植被種類多樣性的重要影響因素之一（Okubo et al.，2003；Chang et al.，2012），微地形重建對植物多樣性具有重要作用（Bruland et al.，2005）。

微地形對地表的水文、土壤侵蝕過程有著十分顯著的影響（Thompson et al.，2010；Gilland et al.，2014）。實際上微地形也是防治土壤侵蝕的一種措施，如水土保持工程中常用的魚鱗坑，就是一種直徑幾十厘米尺度的微地形。水蝕、風蝕的發(fā)生會影響植物種子的落地定居，需要采取風蝕、水蝕防止措施來為種子落地定居、繁殖更新提供基本條件（趙冰清等，2018；白中科等，2020），楊婭雙等（2018）關注了梯田、魚鱗坑、水平溝、擋水埂、水平階等微地形的水土保持效應。

3.2.1.3 微地形構建

Bradshaw（2000）研究認為植被建植需要確保地表粗糙。如退化草地中的鼠類活動對原生草氈表層的破碎作用和對剖面土層的擾動，可使土壤疏松多孔進而有利于植物種子著床（曹廣民等，2009）。水分是限制幼苗萌發(fā)的主要因素，有利于土壤水分保存的微生境均能增加種子萌發(fā)與幼苗存活（王寧，2013）。地表糙度增加后的坑洼微地形能夠攔蓄水分、減少蒸發(fā)、增加濕度，為水分蓄集、種子萌發(fā)、幼苗的存活提供微生境，且自然恢復坡面幼苗密度和物種數(shù)量隨地表糙度的增加而增加（王寧，2013）。邱冬冬等（2020）的研究顯示，鳥類活動形成的凹坑微地形環(huán)境能夠顯著提高濱海濕地鹽地堿蓬的種子保留量、幼苗定植量和成株存活量，有效促進鹽地堿蓬在植被退化區(qū)域的恢復。

羅俊寶等（2006）的研究顯示流沙上設置黃柳活沙障可將地表粗糙度提高 465—643倍，減弱近地層風沙活動的強度，為其他植物種的入侵創(chuàng)造了條件，使得障內的植物種類增加 11種、蓋度增加50%—60%、生物量增加了 20—26倍。趙冰清等（2018）和白中科等（2020）的研究發(fā)現(xiàn)營造刺槐與榆樹混交林可防治風蝕、水蝕，進而可為榆錢落地定居、繁殖更新提供基本條件。苗春玲等（2018）的研究認為礫石覆蓋能夠保存植物種子、降低土壤水分蒸發(fā)，進而有利于植物生長，但對不同高度礫石、粒徑礫石所形成的不同的粗糙度環(huán)境下的植被自然修復的效果的研究未見報道。而植被建植需要考慮提供覆蓋條件，對于細粒物質缺乏的待恢復區(qū)域，需要通過覆蓋以及早期植物生長等方式減少進一步的侵蝕損失（Bradshaw，2000）。

生物結皮在生態(tài)脆弱區(qū)域的表土固著、揚塵抑制方面起到重要的作用；結皮在植被方面一般具有增加地表糙度、攔截種子作用，在一定程度上可改善養(yǎng)分、水分狀況，并可在夜間吸附空氣中的水分（Eldridge et al.，1994；Beyschlag et al.，2008；潘臻，2009；潘臻等，2009），對幼苗存活有一定的作用（王寧，2013）。龍利群等（2003）研究顯示小畫眉草和霧冰藜兩種一年生草本植物的幼苗存活率均表現(xiàn)出在苔蘚結皮上最高（而在流沙基質中最低），且兩種植物幼苗存活率與土壤表層水分含量呈正相關關系。但也有研究認為，土壤結皮的存在對植物的落種留存（宋光等，2017）、降水入滲（劉翔等，2016）等方面具有不利影響，使得自然落種恢復效果難于實現(xiàn)。如宋光等（2017）認為干旱沙區(qū)生物土壤結皮的存在會降低外來植物種子進入土壤，阻礙外來植物的種子傳播與定居；王璐（2015）研究顯示自然條件下藻結皮的存在抑制多年生植物羊草、星星草的定居，但有利于一年生植物堿蒿、虎尾草、角堿蓬的定居，并認為這與結皮影響土壤表面對種子的捕獲能力有關。劉翔等（2016）通過對比研究發(fā)現(xiàn)，蘚類、地衣和藻等 3種類型結皮均會顯著降低沙土初滲速率、減小沙土累積入滲量，阻礙沙土水分入滲，而這種對土壤水分的影響，可能間接影響植被種子的萌發(fā)生長。為此，需要在人工促進自然修復中考慮消除土壤結皮的不利影響。具體的，需要在結皮大面積發(fā)育地方，采用分布式、散點式鉆孔等方式開展破皮和促糙處理，為種子落種定居及水分入滲等創(chuàng)造有利條件，促進植物萌發(fā)后的進一步生長。在該方面需進一步研究確定擾動時機、擾動范圍、擾動尺度和深度等因素。

在高陡巖質邊坡復綠工程中巖體裂隙有著非常重要的生態(tài)學意義（賈昊冉等，2014）；工程建設造成的巖石裂隙發(fā)育程度直接影響植物自然恢復，次生裂隙發(fā)育對生態(tài)恢復有利（朱克亮，2011）。石壁上不規(guī)則的微凹地形或縫隙及其凹陷平緩處聚集的少量土壤，使得植物的自然入侵成為可能（袁劍剛等，2005；許曉崗等，2009），許曉崗等（2009）研究顯示在石壁上定居的植物種源，主要來自風力搬運、鳥獸傳播以及壁頂土壤中種子庫隨雨水沖刷，并在石壁上凹凸不平的地形處聚集。賈昊冉等（2014）認為巖體裂隙可以截留和儲存土壤、水分以及營養(yǎng)物質并保持穩(wěn)定，還可導通水分和空氣，從而構建出完整的適宜植物生長的地境；楊瑞等（2010）針對喀斯特區(qū)域森林群落自然恢復早期的研究顯示，林木主要占據(jù)石縫和土面的小生境；裸露坡面侵蝕強烈但較小的種子易于進入土壤縫隙（王寧，2013），這有利于裂縫區(qū)域的植被種子定居。Yuan et al.（2006）的研究顯示，采石場陡坡上植被恢復受積存土壤體積的影響要強于土壤肥力。良好的裂隙條件可以滿足植物生長所需的地境條件要求，巖體裂隙的有效利用可使復綠種植植被長期穩(wěn)定生長，這為人工構建地境提供了有利的條件和理論依據(jù)（賈昊冉等，2014）。袁劍剛等（2005）的研究顯示，在懸崖上構筑大量的微凹地形或小平臺，并在其上引入周圍表土可改善懸崖立地條件和引入當?shù)刂参锓N子庫，可望以較少成本在較短時間內在懸崖上形成適當?shù)闹参锶郝洹?/p>

另外需要注意的是，土壤的粗骨性會造成小粒種子在降水沖刷作用下向下部土層遷移，導致穿破力弱的小粒種子萌發(fā)、出苗比較困難（曹廣民等，2009）。為此，微地形處理應關注處理深度，盡可能在淺表層進行。

3.2.2 土壤基質條件改善

種子萌發(fā)與幼苗定居是植物生活史中最為脆弱、敏感的階段之一，也是種子實現(xiàn)種群更新和物種延續(xù)較為關鍵的環(huán)節(jié)（彭閃江等，2004；文暉，2010）。孫慶業(yè)等（2005）的研究顯示，礦區(qū)廢棄地惡劣的環(huán)境條件會影響植物的自然定居，繁殖體萌發(fā)所形成的幼苗或個體往往因表層尾礦的侵蝕、掩埋、高溫、干旱而死亡，只有在局部表面穩(wěn)定、濕潤區(qū)域植物才能完成生活史，實現(xiàn)定居。大面積待治理區(qū)域中的少部分區(qū)域，也可采取與種源區(qū)一致的土壤基質處理方式（包括施用有機肥、替換客土等），進而為落種后植物的種子萌發(fā)、生長提供良好養(yǎng)分、水分條件，以期促進自然修復的進程和效果（特別是植物幼苗的存活與生長）。

4 總結與展望

生態(tài)自然修復符合國家政策導向，人工促進自然修復具有重要的工程實踐意義，有限人工措施的基礎上的生態(tài)自然修復（即人工促進自然修復）將成為未來生態(tài)修復治理工程應用和技術研究的重要方向。本研究在初步明確自然修復、人工促進自然修復與人工主導的生態(tài)修復之間的界限基礎上，對人工促進自然修復的技術體系框架進行了構建，并對相關技術措施要點進行了闡述。未來人工促進自然修復的技術研發(fā)方向包括：

（1）進一步研究完善人工促進自然修復的模式框架，補充相關配套管理、監(jiān)測、評價相關內容，使得整個模式框架更加全面、可行、有效；

（2）在模式框架內重點通過關鍵節(jié)點的植被建植、土壤改良、微地形塑造等，開展經濟、高效、穩(wěn)定的有限人工促進技術措施研究，并逐步形成相關技術規(guī)范規(guī)程；

（3）針對鹽堿地、沙區(qū)、礦區(qū)等典型脆弱生態(tài)以及干旱、高寒等不利環(huán)境條件，開展針對性的人工促進自然修復措施研究，不斷提升技術應用的針對性；

（4）開展人工促進自然修復的相關技術指標制定。如進一步明確不同氣候條件、立地類型下的人工促進工程面積比例；研究確定短期和中長期的人工促進自然修復工程質量、效應評價標準，其中短期內應側重人工處理措施實施范圍內的出苗、保存率、成活率，中長期應對整個區(qū)域范圍內的植被蓋度、生物量進行調查，并與區(qū)域背景值、參照值進行比較、評價。