國(guó)內(nèi)外草本植物在沙化草地生境應(yīng)用的研究進(jìn)展

王 睿，朱 玲，2，胡振國(guó)，魏 宜，龍 菊

(1.沈陽(yáng)建筑大學(xué) 建筑與規(guī)劃學(xué)院 ，遼寧 沈陽(yáng) 110168 ；2.天津大學(xué) 建筑學(xué)院，天津 300392)

1 引言

沙化草地生境是由于受自然氣候和人為破壞性活動(dòng)的影響，導(dǎo)致天然草地植被發(fā)生不同沙化程度退化的土地，具有土壤條件貧瘠、生物多樣性低、植被穩(wěn)定性差、產(chǎn)業(yè)匱乏滯后等特征。最新沙化草地生境監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，截至2014年底，全國(guó)沙化土地面積172.12萬(wàn)km2，占國(guó)土面積的17.93%[1]。這些沙化草地生境喪失大部分生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，若不加以治理會(huì)逐漸變成沙漠[2]?；謴?fù)和提升天然草地的群落多樣性，是穩(wěn)定草地生產(chǎn)力和生態(tài)系統(tǒng)韌性的必要路徑[3]。Sabino提出在流動(dòng)沙丘被固定和管理的前提下，恢復(fù)原始植被是沙丘恢復(fù)過(guò)程中的一個(gè)顯著目標(biāo)。2003年在美國(guó)召開(kāi)的以“生態(tài)恢復(fù)、設(shè)計(jì)與景觀生態(tài)學(xué)”為主題的第15屆國(guó)際恢復(fù)生態(tài)學(xué)大會(huì)強(qiáng)調(diào)指出了生態(tài)恢復(fù)的目標(biāo)，即“生態(tài)恢復(fù)應(yīng)與其他建筑設(shè)計(jì)要求一樣，是人類有意識(shí)改變景觀的決定，必須考慮人類的需求、生態(tài)原則及美學(xué)原則”[4]。一直以來(lái)，沙化草地的植被生態(tài)恢復(fù)研究受到全球生態(tài)學(xué)家的關(guān)注。為此，通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開(kāi)展的沙化草地生境中草本植物應(yīng)用相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行歸類總結(jié)和分析評(píng)述，提出對(duì)未來(lái)研究趨勢(shì)的思考與建議，旨在為該領(lǐng)域的相關(guān)科研人員提供參考，推進(jìn)未來(lái)沙化草地生境的生態(tài)修復(fù)研究工作。

2 國(guó)外草本植物在沙化草地生境應(yīng)用的相關(guān)研究

沙化草地生境的丘間低地生長(zhǎng)著很多稀有植物種和原生植物群落，能夠?qū)股城鹨苿?dòng)、沙埋、干旱、高溫、基質(zhì)養(yǎng)分匱乏[5]。Ernst W H O等研究了荷蘭北部濕潤(rùn)海岸沙丘上植被和土壤的發(fā)育情況，典型的濕沙草褲先鋒物種莎草科植物群落經(jīng)過(guò)刈割后，與拂子茅共同建立并貢獻(xiàn)了85%以上的地上生物量[6]。Desmet提出，沙丘中一年生草本植物會(huì)消耗掉養(yǎng)分，并迅速分解后被風(fēng)吹走，可能會(huì)對(duì)營(yíng)養(yǎng)缺乏的生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)面影響[7]。Groot A P 研究發(fā)現(xiàn)在荷蘭海岸典型的沙丘流沙區(qū)植物群落建植成功地點(diǎn)的特征都是當(dāng)?shù)囟ㄆ谂欧攀屹|(zhì)地下水，水源較豐富的區(qū)域[8]。Adema Erwin B提出在植物幼苗建立初期，在土壤基質(zhì)表面采用藻類微生物墊層覆蓋物有助于植被建立初期幼苗的萌發(fā)和生長(zhǎng)[9]。Grootjans Ab P通過(guò)切割沙丘草坡植被的方式，促進(jìn)沙丘多種瀕危紅名單草本植物的生長(zhǎng)[10]。Williamson提出在沙丘的灌木和某些背風(fēng)處、巖石裂縫、洼地和其他提供防風(fēng)和鎖住水分的微生境很可能成為干旱、受風(fēng)驅(qū)動(dòng)的植物種子生長(zhǎng)的有利場(chǎng)所。這樣的地點(diǎn)需要在被干擾地區(qū)的景觀美化過(guò)程中創(chuàng)建[11]。Antje Burke提出在納米比亞南部沿海沙丘環(huán)境中，有必要開(kāi)展探索和測(cè)試草原植被恢復(fù)的新方法，如種植原生多漿植物和大戟屬草本植物[12]。Vazquez G發(fā)現(xiàn)淹水過(guò)程中形成的藻類地被促進(jìn)了一些莎草科植物的萌發(fā)和建立，對(duì)于減少脅迫和維持足夠的條件來(lái)維持種子發(fā)芽過(guò)程非常重要[13]。Sykes, Martin T研究發(fā)現(xiàn)新西蘭南島海岸的西南部保留著以腎葉打碗花為優(yōu)勢(shì)種的原生沙丘植被斑塊[14]。杭燁研究發(fā)現(xiàn)南非的高山硬葉灌木群落幾乎都是在自由排水的砂土上生長(zhǎng)的。

3 我國(guó)草本植物在沙化草地生境應(yīng)用的相關(guān)研究

3.1 草本植物在沙化草地的生長(zhǎng)適應(yīng)性

我國(guó)針對(duì)沙化草地生境中草本植物的生長(zhǎng)適應(yīng)性研究相比國(guó)外起步較晚。王維明提出物種的選擇是植被重建的基礎(chǔ)[15]。朱學(xué)藝研究發(fā)現(xiàn)蘆葦既可生長(zhǎng)在沼澤中,又可生長(zhǎng)在沙丘上[16]。張力在研究北京重點(diǎn)風(fēng)沙區(qū)人工植被恢復(fù)中，在人工林下層混播了白頭翁、紫花地丁、柴胡、黃芪等34種草本植物，其中青蒿、紫花地丁、針茅、細(xì)葉苦荬菜、委陵菜具有較高的重要值，從草本層生物多樣性指數(shù)計(jì)算結(jié)果看，林外植被是原始群落，所以植物多樣性最大，物種最均勻，群落中優(yōu)勢(shì)植物明顯，形成的植物群落接近自然群落[17]。賀麗等提出引入原生植物群落作為建群種，可促進(jìn)植物的自然正向演替，加快生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)速度[18]。要對(duì)更多草本植物種類進(jìn)行沙丘生境的生態(tài)適應(yīng)性試驗(yàn)，包括常說(shuō)的濕生植物，也許很多認(rèn)為不可能在沙化草地環(huán)境下生長(zhǎng)的中生和濕生植物具有生態(tài)適應(yīng)對(duì)策，能夠良好的生長(zhǎng)。沙區(qū)有兩大鮮明的植物類群:適應(yīng)風(fēng)沙流動(dòng)性的沙生植物類群和適應(yīng)水澇條件的草甸-沼澤植物類群。前者主要出現(xiàn)在沙丘體上,后者主要出現(xiàn)在丘間低地中[19]。李瑩等研究了川西北沙化草地生境5種原生植物(沙生苔草、賴草、紫花列當(dāng)、藏茴香、地八角)的生態(tài)適應(yīng)策略的差異性[20]。Yang Y等研究了多種沙化地草本植物生態(tài)適應(yīng)策略，在沙化草地生境中具有良好的生態(tài)適應(yīng)性[21]?？茽柷呱郴莸厣城鹣闰?qū)者西番蓮屬植物可以在貧瘠的土壤和風(fēng)蝕下生存[22]。左小安在對(duì)科爾沁沙化草地恢復(fù)11年和12年的流動(dòng)沙丘植被群落調(diào)研過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)地瓜梢、糙隱子草、大戟、柳穿魚、賴草、蘆葦、列當(dāng)、沙蔥、唐松草、野艾蒿等多年生草本植物生長(zhǎng)良好，其中地瓜梢、大戟、蘆葦具有較高的重要值[23]。

3.2 草本植物群落在沙化草地生境的建植

目前，沙化草地生境的草本植物群落構(gòu)建技術(shù)的研究已經(jīng)在我國(guó)逐漸開(kāi)展。劉之清在內(nèi)蒙古西部沙化草地生態(tài)修復(fù)研究中，通過(guò)樣方實(shí)驗(yàn)建立了 4 個(gè)混播草種組合，在分析群落的穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上提出穩(wěn)定群落組合示范[24]。李慧卿通過(guò)野外調(diào)查和群落實(shí)驗(yàn)，研究了烏蘭布沙漠地區(qū)灌木及草本的多種混合模式[25]。李旻在不同土壤上營(yíng)建野花草地的試驗(yàn)，研究了土壤對(duì)野花草地生長(zhǎng)的影響，為野花草地在我國(guó)城市中的推廣應(yīng)用提供土壤方面的相關(guān)信息和參考[26]。蔣亞蓉通過(guò)調(diào)查統(tǒng)計(jì)不同生境樣地的草本植物群落結(jié)構(gòu)和外貌特征，得出石質(zhì)砂壤土最適合營(yíng)建野花組合，為石質(zhì)砂壤土的城市脆弱生境，建植草本植物群落提供依據(jù)[27]。陳翔針對(duì)錫林郭勒盟的烏拉蓋不同地形條件下的沙化草地生境，運(yùn)用一年生草本、多年生草本、豆科植物、禾本科植物對(duì)沙化區(qū)域采用了不同的種植模式。經(jīng)過(guò)3年的演替，草本植物群落由一年生植物占優(yōu)勢(shì)(植被蓋度65%)演替為多年生的豆科植物和禾本科植物占優(yōu)勢(shì)(植被蓋度60%)，群落趨于成熟穩(wěn)定[28]。草地建植方法，通過(guò)在大面積天然退化草地、撂荒地或開(kāi)墾礦區(qū)間隔種植灌木和草本植物，形成灌木帶與草本植物間隔的布局。 灌木的恢復(fù)和建立促進(jìn)了土壤養(yǎng)分的異質(zhì)性，并支持了草本植物從沙丘底部到頂部的擴(kuò)散[23]。

3.3 草本植物對(duì)沙化草地生境的生態(tài)修復(fù)效應(yīng)

我國(guó)在草本植物對(duì)沙化草地生境的生態(tài)修復(fù)效應(yīng)方面具有較為成熟的研究成果。草本植物群落在其組成、結(jié)構(gòu)、生活型和功能群等多層次上的多樣性和復(fù)雜性的自我調(diào)整，提高整個(gè)植被系統(tǒng)的生態(tài)水文利用率和有效性[29]。趙文智等指出砂生槐+多花亞菊群落可形成沙化草地植被的頂極群落[30]。左小安應(yīng)用多樣性指數(shù)對(duì)科爾沁沙化草地榆樹疏林草地的物種多樣性進(jìn)行研究認(rèn)為，灌木層多樣性較低，而草本層物種多樣性較高。在生活型功能群中，一、二年生草本處于優(yōu)勢(shì)地位，多年生草本具有穩(wěn)定群落的效應(yīng)。

4 研究評(píng)述與展望

4.1 研究評(píng)述

國(guó)外對(duì)沙化草地生境草本植物群落的研究起步較早，在沙化草地生境野生草本植物的引種應(yīng)用、植物群落設(shè)計(jì)、群落構(gòu)建機(jī)理、生物多樣性等方面具有較為充分的研究成果；國(guó)內(nèi)對(duì)沙化草地生境草本植物群落的相關(guān)研究起步較晚，且多以一二年生草本植物、牧草為主，研究更多側(cè)重在單株草本植物對(duì)土壤、水分等的修復(fù)效應(yīng)，缺少草本植物群落的景觀應(yīng)用方面的研究。國(guó)際上，在草本植物群落研究目標(biāo)方面更加關(guān)注植物群落的景觀功能，在植物的選擇上試驗(yàn)了更多的多年生草本花卉，提高了植物群落的生物多樣性和可持續(xù)性；在草本植物群落研究?jī)?nèi)容方面則更側(cè)重從上而下進(jìn)行研究，即從宏觀的綜合生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)出發(fā)，探究草本植物群落的設(shè)計(jì)與建植方法。

4.2 未來(lái)有待深入的研究方向

4.2.1 關(guān)注對(duì)野生草本植物的引種與應(yīng)用研究

野生草本植物種類多樣且對(duì)本土地域具有良好的適應(yīng)能力。調(diào)研保存較好的原生生境斑塊群落植被，充分挖掘野生植物資源，對(duì)干旱環(huán)境和風(fēng)沙環(huán)境下生長(zhǎng)健康的植物種類進(jìn)行引種培育，測(cè)定其耐干旱和耐貧瘠脅迫反應(yīng)和生物學(xué)特性，從其形態(tài)特征及光合生理生態(tài)指標(biāo)的變化進(jìn)行評(píng)價(jià)，以擴(kuò)充沙化草地生境草本植物資源種子庫(kù)。同時(shí)，通過(guò)研究植物的危害特性和入侵性機(jī)制，確定入侵性植物種類和防除措施。外來(lái)物種對(duì)退化生態(tài)系統(tǒng)的適應(yīng)對(duì)策、適應(yīng)機(jī)理、良好適應(yīng)性的種間差異及對(duì)生態(tài)修復(fù)所采用物種的借鑒意義等研究。

4.2.2 演繹不同模式草本植物群落的組合與配置研究

不同模式的草本植物群落能夠呈現(xiàn)更多生態(tài)價(jià)值和觀賞價(jià)值。植物群落的組合與配置包括植物種植的數(shù)量、密度、種類及比例等，影響植物之間的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，植物的種間競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系又可驗(yàn)證和優(yōu)化植物群落組配的有效性。通過(guò)演繹草本植物群落的組合與配置標(biāo)準(zhǔn)，形成不同模式的草本植物群落，豐富城鄉(xiāng)生態(tài)景觀的多樣性與可持續(xù)性。而人們對(duì)如何在大型景觀設(shè)計(jì)中聚集這些物種群落的生態(tài)學(xué)知識(shí)較少，很少有人研究在沙化草地中如何通過(guò)播種或種植來(lái)創(chuàng)建這些群落。因此，草本植物群落組合與配置是在沙化草地生境中建植草本植物群落的重要內(nèi)容，有待于深入探究。

4.2.3 探究草本植物群落的正向演替機(jī)制研究

我國(guó)大多數(shù)本地種植基本上只是園藝模擬，這是因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)過(guò)程中沒(méi)有注意到再生策略，所以通常不可能成功地管理這樣的種植，在原地重新生成樹冠或允許種子再生。探究群落的正向演替機(jī)制有助于在沙化草地脆弱生境中群落建植的穩(wěn)定，在研究中需要以自然修復(fù)和人工干預(yù)修復(fù)相結(jié)合，通過(guò)樣方實(shí)驗(yàn)、野外調(diào)查等途徑探究群落的正向演替機(jī)制。因此，更需要對(duì)草本植物進(jìn)行生態(tài)種植組合，探究沙化草地生境中穩(wěn)定草本植物群落的構(gòu)建機(jī)制。

4.2.4 加強(qiáng)草本植物群落生態(tài)服務(wù)功能評(píng)價(jià)研究

在我國(guó)沙化草地生境植被生態(tài)恢復(fù)體系中，與固沙造林相比，構(gòu)建草本植物群落更加符合沙化草地生境生態(tài)恢復(fù)的演替規(guī)律，在演替初期草本植物覆蓋度顯著增加，為植被進(jìn)一步向次生草原頂級(jí)群落的正向演替創(chuàng)造了生物定居與繁衍的生境。沙化草地生境草本植物群落從植被自然分布規(guī)律和生境條件為基礎(chǔ)，選擇具有生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益的適宜草本植物種類，群落建植需要研究不同植被類型恢復(fù)途徑的投入產(chǎn)出比、生態(tài)功能比,建立生態(tài)服務(wù)功能評(píng)價(jià)體系，進(jìn)一步評(píng)價(jià)和篩選優(yōu)勢(shì)植物種類。

4.3 展望

草本植物在沙化草地生境中具有重要的應(yīng)用潛力。研究通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外草本植物在沙化草地生境應(yīng)用的文獻(xiàn)進(jìn)行歸類總結(jié)和分析評(píng)述，提出對(duì)未來(lái)我國(guó)草本植物在沙化草地生境應(yīng)用研究的思考與建議，即有待深入的研究方向。既有研究表明，國(guó)外對(duì)沙化草地生境草本植物群落的研究起步較早，在野生草本植物在沙化草地生境中的引種應(yīng)用、植物群落設(shè)計(jì)、群落構(gòu)建機(jī)理、生物多樣性等方面具有較為充分的研究成果；國(guó)內(nèi)對(duì)沙化草地生境草本植物群落的相關(guān)研究起步較晚，且多以一二年生草本植物、牧草為主，研究更多側(cè)重在單株草本植物對(duì)土壤、水分等的修復(fù)效應(yīng)，缺少草本植物群落的景觀應(yīng)用方面的研究。草本植物在沙化草地生境中應(yīng)用的研究可從:①關(guān)注野生草本植物在沙化草地生境中的引種與應(yīng)用研究;②演繹不同模式的草本植物群落組合與配置研究;③探究草本植物群落的正向演替機(jī)制研究;④加強(qiáng)草本植物群落生態(tài)服務(wù)功能評(píng)價(jià)研究這4個(gè)方面進(jìn)行深入研究。借鑒國(guó)內(nèi)外草本植物在沙化草地生境應(yīng)用的研究評(píng)述與思考，總結(jié)研究進(jìn)展和研究趨勢(shì)，旨在為沙化草地生境的植被生態(tài)修復(fù)研究提供參考。

未來(lái)，我國(guó)沙化草地生態(tài)修復(fù)的目標(biāo)可從以生態(tài)功能為主的植物生態(tài)適應(yīng)性、生物多樣性研究，逐漸轉(zhuǎn)變成生態(tài)功能和景觀功能為主導(dǎo)的目標(biāo)下植物群落設(shè)計(jì)與管理、植物群落生態(tài)審美評(píng)價(jià)、群落種間競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系等方面的研究。生態(tài)草本植物群落構(gòu)建應(yīng)強(qiáng)調(diào)尊重原生生境條件，通過(guò)生態(tài)層和美學(xué)層形成正向演替的有機(jī)群體，讓自然過(guò)程發(fā)揮作用。同時(shí)，通過(guò)人工干預(yù)，營(yíng)造具有豐富色彩和動(dòng)態(tài)變化的植物群落。通過(guò)生態(tài)學(xué)、風(fēng)景園林學(xué)、植物學(xué)等學(xué)科理論的交叉融合，使得沙化草地植被生態(tài)修復(fù)不只是傳統(tǒng)的綠化與植樹，而是創(chuàng)造滿足于生態(tài)需求和審美需求的具有荒野美的可持續(xù)植物群落景觀。