坡地植物籬生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究進(jìn)展

陳艷梅，郭文芳，高吉喜

1.河北師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，河北省環(huán)境變化遙感識(shí)別技術(shù)創(chuàng)新中心，河北省環(huán)境演變與生態(tài)建設(shè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

2.生態(tài)環(huán)境部衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心

坡地種植業(yè)能提高土地利用率、增加農(nóng)戶收入，但也會(huì)帶來(lái)水土流失、土壤肥力下降、農(nóng)業(yè)面源污染加劇等生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，導(dǎo)致坡地生態(tài)系統(tǒng)自身的協(xié)調(diào)能力和服務(wù)能力下降，降低區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。植物籬技術(shù)屬于坡地改良和可持續(xù)利用的種植技術(shù)與生物工程措施，開(kāi)展其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)相關(guān)研究，對(duì)解決坡地生態(tài)環(huán)境問(wèn)題、提升區(qū)域人類福祉、促進(jìn)植物籬技術(shù)與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)相關(guān)理論融合發(fā)展等，具有重要理論與現(xiàn)實(shí)意義。

溯源其發(fā)展，早在我國(guó)歷代農(nóng)書《齊民要術(shù)》《四時(shí)纂要》《蠶書》等中就出現(xiàn)過(guò)“園籬”的記載，描述了棘、榆、柳、枳、刺榆、五茄、忍冬、萑等成籬植物，如《齊民要術(shù)》中用酸棗制籬，《四時(shí)纂要》用刺榆制籬，后世農(nóng)書大體繼承了此類技術(shù)體系[1]。20 世紀(jì)30年代，印度尼西亞學(xué)者在林下種植豆科固氮植物，用于解決橡膠林的土壤流失及肥力下降問(wèn)題[2]。20 世紀(jì)80 年代以后，植物籬技術(shù)在很多國(guó)家和地區(qū)得到應(yīng)用，如在非洲熱帶、東南亞熱帶地區(qū)以及美國(guó)、菲律賓、尼泊爾、泰國(guó)、印度、肯尼亞等均有實(shí)踐應(yīng)用和相關(guān)報(bào)道[2-6]。在國(guó)內(nèi)，20 世紀(jì)80 年代，陜北黃土丘陵區(qū)開(kāi)展等高灌木籬研究[7]；90 年代初期，唐亞等[8]在金沙江干熱河谷坡地開(kāi)展了植物籬試驗(yàn)研究工作；90 年代后期，相關(guān)研究迅速增多，主要集中于四川、貴州、重慶、湖北等地[9-13]。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外植物籬相關(guān)研究已取得一定進(jìn)展，研究成果多側(cè)重分析評(píng)價(jià)植物籬水土保持、削減農(nóng)業(yè)面源污染等生態(tài)功能，明確提出植物籬具有生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力的研究報(bào)道較少，而服務(wù)直接關(guān)系人類福祉，值得深入研究。

本文梳理國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，對(duì)植物籬技術(shù)及其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力進(jìn)行總結(jié)歸納，旨在完成以下目標(biāo)：1）闡明植物籬的概念與分類、空間結(jié)構(gòu)與品種選擇技術(shù)要點(diǎn)；2）明確植物籬技術(shù)的相關(guān)理論基礎(chǔ)，分析其應(yīng)具有的支持、調(diào)節(jié)、供給等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力；3）總結(jié)相關(guān)研究存在的問(wèn)題，明確未來(lái)發(fā)展方向，以期為植物籬技術(shù)發(fā)展完善及其推廣應(yīng)用提供參考。

1 植物籬相關(guān)概念與分類

植物籬（hedgerow），又稱等高植物籬（contour hedgerow）、活 笆 籬（living hedge）、綠 籬（green hedge），國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者對(duì)其概念進(jìn)行闡述，認(rèn)為植物籬是將同高度、窄帶狀并且高密度的草本、灌木或灌化喬木[14]配置在梯田埂坎、坡地上，沿等高線種植或直接在地埂上按一定間距成行密集種植[15]，形成的具有固土保肥[4]、有效阻擋坡面徑流、促進(jìn)養(yǎng)分吸收與保持、維持生物多樣性等作用的植物條帶或植物籬笆墻。在植物條帶或植物籬笆墻之間的耕地上種植農(nóng)作物時(shí)，可形成一種農(nóng)林復(fù)合經(jīng)營(yíng)模式[16]。例如在植物籬帶內(nèi)、帶間種植玉米、大豆、花生等農(nóng)作物，形成固氮植物籬+農(nóng)作物、經(jīng)濟(jì)植物籬+農(nóng)作物、復(fù)合植物籬+農(nóng)作物等配置模式[11]。在這些農(nóng)林復(fù)合經(jīng)營(yíng)模式中，植物籬起到提高土地利用強(qiáng)度、改善農(nóng)田生態(tài)環(huán)境的作用。有研究證明，在植物籬種植3~6 年后，耕作區(qū)的土壤水分、養(yǎng)分條件得到明顯提升，坡地微地貌得到改善，農(nóng)作物產(chǎn)量也有較大幅度提高[17]。

已有的植物籬相關(guān)研究多側(cè)重其外在形態(tài)和生態(tài)功能，對(duì)其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力重視不足。生態(tài)功能是生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)產(chǎn)生的基礎(chǔ)與根本，生態(tài)功能側(cè)重于反映自然屬性，即使沒(méi)有人類的需求，生態(tài)功能依然存在；生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)（ecosystem service，ES）是自然生態(tài)系統(tǒng)所提供的能夠滿足和維持人類生活需要的條件和過(guò)程[18]，側(cè)重人類的需要、利用和偏好，反映出人類現(xiàn)行技術(shù)條件下對(duì)生態(tài)功能的利用情況。本研究從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)新視角來(lái)定義植物籬，目的是強(qiáng)調(diào)植物籬對(duì)提升人類福祉的作用，提高農(nóng)民種植的積極性。筆者認(rèn)為：植物籬是將適宜的喬木、灌木或草本植物以單一或組合模式沿等高線種植于坡地，形成的具有水土保持、維持生物多樣性、調(diào)節(jié)氣候、提供原材料、景觀休憩等多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力的植物條帶。

以往的研究中，有關(guān)植物籬的分類依據(jù)很多，不同學(xué)者進(jìn)行分類時(shí)依據(jù)也不同。按照植物類型可將植物籬分為草本、木本2 類，按照生長(zhǎng)形態(tài)可以分為匍匐型和直立型2 類，按照作用及功能差異又可分為固氮型、水保型、經(jīng)濟(jì)型3 類，還可以按照植物籬種類分為單一型、復(fù)合型2 類，以及按照植物籬生長(zhǎng)環(huán)境分為石埂梯田、農(nóng)耕地、地埂、林地4 類。每種分類下植物籬特征及舉例見(jiàn)表1。

表1 常見(jiàn)的植物籬分類Table 1 Common classification of hedgerows

將植物籬按照植物類型、植物生長(zhǎng)形態(tài)、功能特性、物種多寡、生長(zhǎng)環(huán)境等進(jìn)行劃分，是當(dāng)前研究中已有的植物籬分類方式，此分類體系可以滿足大多數(shù)研究的要求，適應(yīng)性較廣，但對(duì)植物籬提升人類福祉作用重視不足。將來(lái)在植物籬分類體系研究中，可以從其主導(dǎo)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類型視角，提出植物籬分類方法，例如主要利用植物籬防治水土流失、增強(qiáng)土壤肥力等服務(wù)，可將其歸為支持服務(wù)型植物籬；主要利用其食用、藥用、飼用、供給原材料等服務(wù)，可以將其歸為供給服務(wù)型植物籬；有些植物籬種植主要為了增加環(huán)境觀賞性，或?yàn)楦黝I(lǐng)域提供科研教育價(jià)值，可以將其歸為文化服務(wù)型植物籬?？傊?，一種植物籬可能具有一種或多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力，但種植時(shí)有獲得某一類型服務(wù)的明確目的，可以根據(jù)實(shí)際種植目的以及進(jìn)一步科學(xué)研究成果進(jìn)行植物籬類型劃分。

2 坡地植物籬種植技術(shù)要點(diǎn)

2.1 坡地植物籬的品種選擇

不同地區(qū)因條件差異選用植物籬品種不同，一般從其生物學(xué)特性、自然環(huán)境條件、社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件3 個(gè)角度考慮，要求植物能符合以下要求：1）生態(tài)適應(yīng)性強(qiáng)，即適應(yīng)當(dāng)?shù)貧夂?、土壤條件及特定栽種方式，具有較強(qiáng)的萌生能力和抗逆性；2）生態(tài)效益好，即具有較強(qiáng)的保土保水、改良土壤等功能；3）具有一定的經(jīng)濟(jì)效益，如具有飼料、藥材、肥料、食用等功效，促進(jìn)農(nóng)民增收；4）能促進(jìn)帶間作物生長(zhǎng)，與作物是互補(bǔ)關(guān)系或競(jìng)爭(zhēng)很小。國(guó)內(nèi)外很多專家在不同的地區(qū)經(jīng)過(guò)多年的試驗(yàn)和研究，初步篩選出較適合當(dāng)?shù)胤N植的植物籬品種（表2 和表3）。

由表2 和表3 可以看出，植物籬相關(guān)研究成果在國(guó)內(nèi)主要分布在南方，集中于亞熱帶的河谷、丘陵地區(qū)；中國(guó)華北、東北、華東地區(qū)等山地丘陵區(qū)研究較少。從世界范圍來(lái)看，多集中在亞洲、歐洲、北美洲等區(qū)域的熱帶、亞熱帶的山地丘陵區(qū)。由于氣候類型、土壤條件的顯著差異，不同區(qū)域植物籬研究成果差異性顯著。世界范圍內(nèi)丘陵山地面積廣闊，相關(guān)研究成果缺失地區(qū)較多，坡地植物籬選種工作需要進(jìn)一步深入開(kāi)展。

2.2 坡地植物籬的空間結(jié)構(gòu)

坡地植物籬的空間結(jié)構(gòu)很大程度上會(huì)影響其生態(tài)功能和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力的發(fā)揮，布局合理的植物籬在保持土壤、增加作物產(chǎn)量、凈化環(huán)境、提升觀賞性等方面具有重要作用。植物籬的空間結(jié)構(gòu)受多種因素共同影響，涉及種植地地形、氣候、社會(huì)經(jīng)濟(jì)情況等，具體空間結(jié)構(gòu)配置應(yīng)綜合實(shí)地情況確定?？臻g結(jié)構(gòu)主要包括水平結(jié)構(gòu)和垂直結(jié)構(gòu)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)其帶間距、帶內(nèi)結(jié)構(gòu)研究較多（表4）。

表4 國(guó)內(nèi)外部分地區(qū)植物籬的空間結(jié)構(gòu)Table 4 Spatial structure of hedgerows in some areas at home and abroad

坡地植物籬生態(tài)功能的發(fā)揮會(huì)受其帶間距和株距的影響。從土層厚度(H)和坡度(α)出發(fā)，可推演出帶間距的公式：L=4H/sinα[35]?；谄旅嫠鲃?dòng)力學(xué)，坡面植物籬帶布設(shè)的最大帶間距應(yīng)控制在相應(yīng)坡度產(chǎn)生細(xì)溝侵蝕的臨界坡長(zhǎng)之內(nèi)，可有效避免天然降水下粒徑小于0.02 mm 的土壤顆粒沖蝕[36]，增強(qiáng)土壤抗侵蝕能力；有研究表明植物籬帶間距越大，坡地上部侵蝕越快，在植物籬基部更易形成淤積，加速形成梯地[37]；也有學(xué)者認(rèn)為應(yīng)在最優(yōu)生態(tài)功能和最小占地面積之間確定出最優(yōu)帶間距[38]。株距也是影響植物籬生態(tài)功能發(fā)揮的關(guān)鍵因子，株距過(guò)小會(huì)造成土壤養(yǎng)分過(guò)度消耗，株距過(guò)大又會(huì)使植物籬水土保持能力減弱。

植物籬的帶內(nèi)結(jié)構(gòu)類型較多，選擇時(shí)需考慮的因素也很多，包括種植意圖、土壤侵蝕程度、種植區(qū)域面積以及當(dāng)?shù)剞r(nóng)民意愿等。植物籬帶內(nèi)結(jié)構(gòu)主要有單行型、多行型、雙行型3 種。單行型是由單行籬笆植物組成，可在植物籬間隙種植經(jīng)濟(jì)作物，操作簡(jiǎn)單、成本較低，但攔沙能力低、凈化環(huán)境效果差。多行型是由多行籬笆植物組成，可在多行植物籬間留出空隙填充石塊，栽植經(jīng)濟(jì)作物，這種結(jié)構(gòu)的植物籬支持、調(diào)節(jié)服務(wù)能力較強(qiáng)，但占地面積較大、成本較高并且操作較復(fù)雜，不易被農(nóng)民所接受。雙行型是由2 行籬笆植物組成，綜合服務(wù)能力介于單行型和多行型之間，易被農(nóng)民所接受。我國(guó)南方紅壤丘陵區(qū)[10]、東北黑土區(qū)[23]的試驗(yàn)結(jié)果表明，采用雙行型或“品”字型帶內(nèi)結(jié)構(gòu)對(duì)研究區(qū)內(nèi)水土流失具有較好的控制效果。

當(dāng)前國(guó)內(nèi)外部分地區(qū)篩選出的植物籬品種及植物籬空間結(jié)構(gòu)信息，為后續(xù)相關(guān)研究提供了便利，但部分實(shí)踐者在開(kāi)展植物籬種植工作時(shí)，以前人經(jīng)驗(yàn)為主，在不同區(qū)域選擇同樣品種，且沒(méi)有重新進(jìn)行植物籬種類選擇及空間配置研究工作，導(dǎo)致選種及植物籬帶內(nèi)、帶間距的確定具有主觀性、隨機(jī)性，缺乏試驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐。此外，當(dāng)前有關(guān)植物籬技術(shù)體系中，缺乏對(duì)植物籬科學(xué)管理的相關(guān)成果報(bào)道，科學(xué)管理是植物籬后續(xù)生長(zhǎng)發(fā)育的基礎(chǔ)與保障，應(yīng)充分重視植物籬管理技術(shù)相關(guān)研究。

3 坡地植物籬生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)相關(guān)研究進(jìn)展

當(dāng)前國(guó)內(nèi)外學(xué)者多圍繞植物籬從水土保持、養(yǎng)分循環(huán)、減流減沙、阻控氮磷等生態(tài)效益方面開(kāi)展研究，相關(guān)理論包括植物籬坡面流水動(dòng)力學(xué)和輸沙能力理論、植物籬調(diào)控土壤生物群落理論、植物籬削減面源污染理論等侵蝕動(dòng)力學(xué)理論和生態(tài)修復(fù)理論，各理論也多是簡(jiǎn)單提及，而生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)相關(guān)理論應(yīng)用于植物籬技術(shù)的研究成果較缺乏。千年評(píng)估將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)分為支持、調(diào)節(jié)、供給和文化四大服務(wù)類型，但有關(guān)坡地植物籬在景觀游憩、科研教育等文化服務(wù)的研究還較為缺乏，筆者參考植物籬生態(tài)功能和生態(tài)效益等相關(guān)研究成果，從植物籬支持、調(diào)節(jié)、供給三大類服務(wù)視角梳理了其相關(guān)研究進(jìn)展，未涉及其文化服務(wù)。

3.1 坡地植物籬支持服務(wù)研究

3.1.1 坡地植物籬土壤保持服務(wù)研究

已有研究證明植物籬具有明顯的土壤保持服務(wù)，主要從防治水土流失、保持土壤肥力等生態(tài)功能角度進(jìn)行分析。

植物籬種植能防治坡地水土流失。植物籬能攔截降水、延長(zhǎng)坡面產(chǎn)流時(shí)間、減緩坡地徑流流速，從而降低坡地土壤侵蝕量。泰國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗(yàn)田的研究結(jié)果表明，香根草植物籬使坡地徑流量與土壤流失量減少20%~60%[43-44]；長(zhǎng)汀縣楊梅園[45]和密云縣板栗園[46]坡地上種植植物籬，結(jié)果表現(xiàn)為果樹(shù)與植物籬套種情況下泥沙和徑流流失量少于果樹(shù)單種，且楊梅與百喜草、板栗與苦參套種的減流效果最好；三峽庫(kù)區(qū)[47]坡地試驗(yàn)表明，香根草植物籬的地下和地上部分平均減沙率分別為29.45%、46.13%；丹江口水庫(kù)上游[48]的試驗(yàn)結(jié)果顯示，紫穗槐植物籬使坡地土壤侵蝕量減少78.3%，金銀花植物籬使土壤侵蝕量減少77.1%，防治坡地水土流失效果顯著。

植物籬保持土壤肥力的效果顯著。在坡地種植植物籬后，其地上莖葉部分和發(fā)達(dá)根系能減緩坡地徑流，攔截并富集土壤顆粒，減少土壤中氮磷等養(yǎng)分流失，增強(qiáng)土壤肥力，提高坡地土壤生產(chǎn)能力。在印度的研究發(fā)現(xiàn)，南洋櫻與甜根子草構(gòu)成的植物籬能減少坡地上隨徑流而損失的有機(jī)碳量，有效促進(jìn)養(yǎng)分的循環(huán)與再分配，提高養(yǎng)分利用率[49]。三峽庫(kù)區(qū)坡耕地種植桑樹(shù)、香根草、苜蓿植物籬后，能減少坡地養(yǎng)分流失，增加土壤肥力[50]。四川盆地三峽大壩的試驗(yàn)結(jié)果表明，在玉米地間作紫花苜蓿植物籬后，總氮與總磷損失分別減少80.9%、91.2%；間作萱草植物籬后，總氮與總磷損失分別減少85.0%、92.5%，2 種植物籬對(duì)坡地養(yǎng)分流失的控制效果均較為明顯，能顯著增強(qiáng)土壤肥力[51]。

3.1.2 坡地植物籬維持生物多樣性服務(wù)研究

植物籬在增加坡地植物、動(dòng)物物種與遺傳多樣性方面發(fā)揮著重要作用。坡地種植植物籬可使區(qū)域由單一植被或作物變?yōu)槎喾N植被共生群落，同時(shí)為動(dòng)物提供棲息地和活動(dòng)場(chǎng)所，動(dòng)物種類與數(shù)量增加。法國(guó)布列塔尼地區(qū)的研究提出，植物籬是農(nóng)業(yè)景觀中生物多樣性最穩(wěn)定的避難所之一，為許多生物提供食物和住所，植物籬的破壞和改變會(huì)損害其生物多樣性保護(hù)的潛力[52]。美國(guó)亞利桑那州的調(diào)查研究顯示，灌木籬可增加對(duì)本地蜜蜂的吸引力，尤其是在初夏，灌木籬種植區(qū)有更高的物種豐富度[53]。四川丘陵區(qū)的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，種植豆科飼草植物籬為螞蟻提供了良好的活動(dòng)場(chǎng)所，豐富了農(nóng)田蜘蛛多樣性[15]。都江堰市蒲陽(yáng)鎮(zhèn)的研究表明，植物籬種植顯著提高了該區(qū)域植物、動(dòng)物的密度和多樣性指數(shù)[54]。

植物籬可以增加坡地土壤微生物物種與遺傳多樣性。在坡地種植植物籬后，植物籬笆的凋落物與分泌物覆蓋于土壤表面或滲透于地下，為土壤中的微生物提供營(yíng)養(yǎng)，使微生物種類、數(shù)量增多。三峽庫(kù)區(qū)旱坡地試驗(yàn)結(jié)果顯示，桑樹(shù)植物籬可增加紫色土表層土壤微生物數(shù)量，增大各菌群之間的比例，增大微生物的均勻度、豐富度指數(shù)[55]。河南省安陽(yáng)研究站發(fā)現(xiàn)，罌粟和桑椹等本土灌木植物籬顯著增加了坡地土壤中細(xì)菌群落的豐富度[56]。資陽(yáng)市長(zhǎng)期定位試驗(yàn)研究表明，種植香根草和紫穗槐植物籬使坡地土壤中細(xì)菌、放線菌、真菌數(shù)量增加36%~72%[57]，顯著增大土壤微生物物種與遺傳多樣性。

通過(guò)梳理相關(guān)文獻(xiàn)可以發(fā)現(xiàn)，支持服務(wù)是其他類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的基礎(chǔ)，植物籬關(guān)于支持服務(wù)的相關(guān)研究成果較豐富，但多是從生態(tài)功能的視角來(lái)開(kāi)展研究，在分析完植物籬防治水土流失、保持土壤肥力以及維持生物多樣性后，未深入研究生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性如何得以提升，如何給當(dāng)?shù)剞r(nóng)民帶來(lái)福利等問(wèn)題，未深入分析如何通過(guò)上述生態(tài)功能和生態(tài)過(guò)程改善人類生產(chǎn)生活環(huán)境質(zhì)量，對(duì)人類福祉的貢獻(xiàn)相關(guān)研究較缺乏，導(dǎo)致農(nóng)民種植積極性不高。此外，關(guān)于植物籬與土壤微生物、酶等的關(guān)系，多數(shù)研究還停留在數(shù)量增加或減少方面，關(guān)于植物籬如何通過(guò)影響微生物對(duì)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生影響的具體微觀機(jī)理研究尚需深入。

3.2 坡地植物籬調(diào)節(jié)服務(wù)研究

坡地種植植物籬可削減因化肥、農(nóng)藥、牲畜糞尿等引起的農(nóng)業(yè)面源污染，具有凈化土壤環(huán)境能力。意大利東北部地區(qū)研究證明懸鈴木等木本植物籬對(duì)農(nóng)藥的截留率高達(dá)73%，極大降低了農(nóng)藥對(duì)周圍環(huán)境的污染[58]。在遼東山區(qū)的研究發(fā)現(xiàn)，紫花苜蓿和紫穗槐植物籬對(duì)土壤養(yǎng)分氮的攔截率分別為89.74%和87.82%，對(duì)磷的攔截率分別為89.97%和88.00%，攔截效果顯著[59]。有研究表明植物籬系統(tǒng)對(duì)污染物的去除率隨坡度的增加而下降[60]，北京市農(nóng)林科學(xué)院研究發(fā)現(xiàn)，狼尾草構(gòu)建的植物籬過(guò)濾帶在坡度5%的坡地上對(duì)泥沙、氮、磷的攔截率分別為96%、86%、96%，在坡度10%的坡地上，對(duì)泥沙、氮、磷的攔截率分別為91%、78%、93%[61]，與本研究結(jié)論相一致。

植物籬對(duì)坡地小氣候有一定調(diào)節(jié)作用，主要體現(xiàn)在降低光照強(qiáng)度、改變溫度、增加濕度、降低風(fēng)速等方面。在陜西省漢中市茶園坡地上進(jìn)行的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，植物籬有效減弱了到達(dá)茶樹(shù)葉面的光照強(qiáng)度，且植物籬園區(qū)溫度日變化幅度較小，濕度較高[62]。重慶市江北區(qū)、渝北區(qū)、北碚區(qū)的坡地研究均證明植物籬在降低溫度、增加濕度等方面強(qiáng)于對(duì)照區(qū)，且喬、灌、草結(jié)合效果更好[63]。內(nèi)蒙古武川旱農(nóng)試驗(yàn)站的研究表明，在植物籬保護(hù)下，風(fēng)速比裸地平均降低81.25%，降低風(fēng)速效果顯著[64]。在秦巴山區(qū)坡地種植杜仲植物籬后發(fā)現(xiàn)，氣溫降低2.1 ℃，空氣相對(duì)濕度增加2.0%，防風(fēng)效應(yīng)增加18.2%，有效改善了坡地上的局地小氣候[65]。

通過(guò)梳理相關(guān)文獻(xiàn)可以發(fā)現(xiàn)，坡地植物籬凈化環(huán)境的研究成果主要集中在削減農(nóng)業(yè)面源污染方面，但研究成果較少，尤其是植物籬葉片分泌的油脂、汁液有較強(qiáng)的滯塵除塵能力[66]，釋放的含有醚類、乙醛等有效成分的小分子物質(zhì)，具有抑菌殺菌作用[67]，這都會(huì)對(duì)環(huán)境起到凈化作用，這些研究一般集中于城市、公園，坡地植物籬凈化空氣的相關(guān)研究較少。此外，坡地植物籬調(diào)節(jié)氣候的研究成果也非常缺乏。凈化環(huán)境、調(diào)節(jié)氣候等調(diào)節(jié)服務(wù)可以直接影響人體舒適度，有深入研究的必要性。

3.3 坡地植物籬供給服務(wù)研究

坡地植物籬能提供可食用、藥用、飼用或作為燃料、化工原料的生態(tài)產(chǎn)品。美國(guó)加州本土植物籬藍(lán)接骨木，可食用，也能治療發(fā)燒和其他疾病[68]。中國(guó)科學(xué)院萬(wàn)縣生態(tài)環(huán)境實(shí)驗(yàn)站選擇皇竹草作為植物籬，皇竹草可用作飼料，每hm2年刈割量可喂養(yǎng)90只羊[69]。在廣西種植木薯植物籬用于生產(chǎn)車用燃料乙醇，在防治水土流失的同時(shí)解決山區(qū)燃料短缺問(wèn)題[70]。在土耳其的研究表明，辣木植物籬可作為蔬菜補(bǔ)充人體所需膳食纖維，作為藥材提高人體免疫力，還能作為原料生產(chǎn)油漆、化妝品等[71]。有學(xué)者提出，桑樹(shù)作為植物籬有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，可以作為食品、藥物、動(dòng)物飼料以及制造紙張和體育用品等[72]。

坡地種植植物籬可提高作物產(chǎn)量和質(zhì)量?？夏醽啺敫珊档貐^(qū)坡地的鐵刀木等高植物籬雖然略微減少了短雨季的豇豆產(chǎn)量，但卻明顯增加了長(zhǎng)雨季的豇豆產(chǎn)量[73]。印度東部山區(qū)坡地上種植香根草植物籬，高粱產(chǎn)量由2.52 t/hm2增至2.88 t/hm2[74]。泰國(guó)東北部熱帶草原氣候區(qū)的香根草、銀合歡、臂形草植物籬結(jié)合水保措施，玉米產(chǎn)量從1.5~3.2 mg/hm2增至3.8~5.5 mg/hm2[75]；德國(guó)南部坡地上種植月季、山茱萸等植物籬，顯著提高籬內(nèi)作物草莓的產(chǎn)量和質(zhì)量[76]。三峽庫(kù)區(qū)的銀合歡、黃荊和馬桑植物籬—桔園系統(tǒng)中柑桔產(chǎn)量比對(duì)照組高15%，且柑桔果皮薄而光滑，著色、味道優(yōu)于對(duì)照組[77]。

通過(guò)梳理相關(guān)文獻(xiàn)可以發(fā)現(xiàn)，坡地植物籬供給服務(wù)與人類關(guān)系最為密切，對(duì)人類來(lái)說(shuō)具有直接使用價(jià)值，可為人類的生存發(fā)展提供生態(tài)產(chǎn)品，但相關(guān)研究成果還不夠深入，應(yīng)該結(jié)合選種、空間布局等技術(shù)，研究植物籬種植與農(nóng)民增收的關(guān)系，增加農(nóng)民種植植物籬的積極性，促進(jìn)植物籬技術(shù)推廣和應(yīng)用。

4 坡地植物籬生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)發(fā)展存在的問(wèn)題與展望

近年來(lái)，中國(guó)對(duì)生態(tài)環(huán)境修復(fù)與建設(shè)工作越來(lái)越重視，坡地植物籬技術(shù)得到不斷發(fā)展，為山區(qū)生態(tài)保護(hù)修復(fù)、坡地可持續(xù)利用等提供了參考和借鑒，但還存在一些問(wèn)題亟待解決。本研究針對(duì)這些問(wèn)題，對(duì)其研究方向進(jìn)行了展望。

4.1 利用生態(tài)格局-過(guò)程-功能-服務(wù)四位一體理論，夯實(shí)植物籬技術(shù)的理論基礎(chǔ)

植物籬相關(guān)研究缺乏深入的理論探討，關(guān)于植物籬生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的相關(guān)理論研究較少。本研究認(rèn)為應(yīng)將生態(tài)格局-過(guò)程-功能-服務(wù)四位一體理論應(yīng)用于該領(lǐng)域。生態(tài)格局指某研究區(qū)域內(nèi)不同生態(tài)要素的空間組合形式，生態(tài)過(guò)程是各類生態(tài)要素之間通過(guò)介質(zhì)發(fā)生聯(lián)系，相互影響、相互作用，進(jìn)而影響物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)，生態(tài)功能則是指各類生態(tài)系統(tǒng)提供產(chǎn)品和服務(wù)的能力，生態(tài)服務(wù)是基于生態(tài)格局、過(guò)程和功能，生態(tài)系統(tǒng)為人類生存、經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步所提供的各種產(chǎn)品和服務(wù)的總稱[78]。在坡地上，植物籬空間配置格局是坡地-植物籬系統(tǒng)中物質(zhì)能量流轉(zhuǎn)的載體，格局變化會(huì)導(dǎo)致土壤水分、養(yǎng)分等生態(tài)過(guò)程改變，過(guò)程改變會(huì)影響植物籬的生態(tài)功能發(fā)揮，進(jìn)而也會(huì)對(duì)其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)產(chǎn)生影響。通過(guò)優(yōu)化種植格局，調(diào)節(jié)坡地生態(tài)過(guò)程，改善土壤環(huán)境和局部小氣候，提升作物和植物籬提供產(chǎn)品的能力，從而提高人類福祉水平。進(jìn)一步探究坡地植物籬空間格局、過(guò)程、功能、服務(wù)與人類福祉的關(guān)系，有助于夯實(shí)坡地植物籬技術(shù)的理論基礎(chǔ)。

4.2 構(gòu)建坡地植物籬生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估方法體系，深入探究其與人類福祉的關(guān)系

當(dāng)前坡地植物籬相關(guān)研究主要針對(duì)防治水土流失、增強(qiáng)土壤肥力、改善微地貌、削減農(nóng)業(yè)面源污染等生態(tài)功能，側(cè)重分析坡地植物籬所具有的自然生態(tài)功能，輕視人類的需求與偏好，尚沒(méi)有構(gòu)建基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的植物籬綜合效益評(píng)估方法體系。通過(guò)野外試驗(yàn)和室內(nèi)分析相結(jié)合的方法，逐步建立和完善全方位坡地植物籬生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估技術(shù)方法，定量測(cè)評(píng)坡地植物籬提供食物、原材料等供給服務(wù)，深入分析植物籬削減污染、凈化環(huán)境等調(diào)節(jié)服務(wù)，探究測(cè)算其改良土壤、維持生物多樣性等支持服務(wù)，尤其應(yīng)該逐步開(kāi)展坡地植物籬景觀游憩、科研教育等文化服務(wù)的調(diào)查與研究。全面展現(xiàn)坡地植物籬對(duì)提升人類福祉與提高生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的效果，使民眾與各級(jí)政府認(rèn)識(shí)到坡地植物籬對(duì)改善民生和山區(qū)可持續(xù)發(fā)展的重要作用。

4.3 注重長(zhǎng)期系統(tǒng)監(jiān)測(cè)和科研設(shè)計(jì)，加強(qiáng)植物籬提供生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的微觀機(jī)理研究

植物籬具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、干擾因子多、時(shí)空異質(zhì)性強(qiáng)等特征，當(dāng)前很多研究都只進(jìn)行了短期監(jiān)測(cè)，停留于植物籬相關(guān)的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益評(píng)價(jià)，而涉及植物籬對(duì)土壤微生物、土壤酶等方面的微觀機(jī)理研究相對(duì)缺乏。當(dāng)前對(duì)植物籬如何發(fā)揮各項(xiàng)服務(wù)能力的生態(tài)過(guò)程尚未掌握，而土壤微生物、土壤酶等作為土壤養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)周轉(zhuǎn)的動(dòng)力，是土壤中最活躍的因子，對(duì)其開(kāi)展研究有助于從微觀機(jī)理視角認(rèn)識(shí)植物籬對(duì)退化生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)機(jī)制與修復(fù)過(guò)程，有助于揭示植物籬如何提升各類生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力。建議加強(qiáng)長(zhǎng)期系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)和科研設(shè)計(jì)，從土壤改良機(jī)制和機(jī)理視角，研究什么樣的植物籬品種、什么樣的空間配置模式，最有助于微生物、土壤酶等提升土壤養(yǎng)分含量和有機(jī)質(zhì)周轉(zhuǎn)速度，最有利于恢復(fù)或修復(fù)退化生態(tài)系統(tǒng)，最有助于提高其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力。

4.4 發(fā)展選種、空間配置與管理等技術(shù)，構(gòu)建坡地植物籬系統(tǒng)管理技術(shù)體系

當(dāng)前在進(jìn)行品種篩選時(shí)，或重視生態(tài)效益，或重視經(jīng)濟(jì)效益，且多以前人經(jīng)驗(yàn)為主，使坡地植物籬品種的選擇存在一些爭(zhēng)議。此外，坡地植物籬株距、帶內(nèi)行距、帶間距等多是定性分析，試驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐不充分，且植物籬后續(xù)管理不規(guī)范。本研究提出如下建議：首先，根據(jù)研究區(qū)自然環(huán)境特點(diǎn)，因地制宜篩選植物籬品種，建立植物籬品種數(shù)據(jù)庫(kù)，盡可能通過(guò)坡地試驗(yàn)優(yōu)選出與作物爭(zhēng)水、爭(zhēng)肥較弱，各項(xiàng)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力較強(qiáng)的鄉(xiāng)土品種；其次，確定適合當(dāng)?shù)貤l件的植物籬空間配置模式，在不同自然條件下，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求、野外試驗(yàn)和室內(nèi)分析結(jié)果，結(jié)合坡地利用現(xiàn)狀和農(nóng)民意愿，確定不同坡度、坡向和土壤環(huán)境的最佳植物籬空間模式；最后，完善坡地植物籬管理技術(shù)，包括定期刈割或修剪技術(shù)、病蟲害防護(hù)技術(shù)、越冬管理技術(shù)等，這些技術(shù)將保障坡地植物籬能良好生長(zhǎng)，逐步增強(qiáng)其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力，提升所在區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。

4.5 結(jié)合山區(qū)鞏固脫貧攻堅(jiān)成果的需求，加大植物籬試種范圍和推廣力度

目前，坡地植物籬主要在亞熱帶氣候區(qū)種植，溫帶氣候區(qū)研究成果報(bào)道較少；濕潤(rùn)區(qū)研究較多，半濕潤(rùn)、半干旱研究較少。在溫帶氣候區(qū)的一些區(qū)域缺少坡地植物籬相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，因此應(yīng)加大植物籬試種范圍和推廣力度。第一，應(yīng)加大植物籬試種范圍。在不同氣候區(qū)和地理單元的適宜地區(qū)，開(kāi)展坡地植物籬種植試驗(yàn)，尤其在中國(guó)北方的太行山、燕山、大小興安嶺等地區(qū)，結(jié)合這些區(qū)域雨熱同期、夏季降水量集中、暴雨較多等氣候特點(diǎn)，開(kāi)展坡地植物籬試驗(yàn)，為解決北方山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害和生態(tài)安全問(wèn)題提供技術(shù)支持。第二，加大植物籬推廣力度。在中國(guó)，除在四川、貴州等長(zhǎng)江中上游等地區(qū)以外，其他地區(qū)植物籬推廣應(yīng)用的報(bào)道不多。應(yīng)在試驗(yàn)基礎(chǔ)上，將生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益均較好的品種加以推廣，為廣大山區(qū)農(nóng)民增收提供新方案。第三，坡地植物籬當(dāng)前主要應(yīng)用于坡地果園或經(jīng)濟(jì)植物的間作種植，將來(lái)應(yīng)在小流域綜合治理、生態(tài)修復(fù)工程等方面發(fā)揮重要作用，與山區(qū)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整有機(jī)結(jié)合起來(lái)，為廣大山區(qū)鞏固脫貧攻堅(jiān)成果服務(wù)，為真正實(shí)現(xiàn)“綠水青山就是金山銀山”目標(biāo)提供科學(xué)依據(jù)和應(yīng)用實(shí)踐。

5 結(jié)語(yǔ)

坡地植物籬具有改善山區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量、提升人類福祉等作用。本文從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)新視角，總結(jié)歸納了植物籬概念、分類、選種、布局及其生態(tài)服務(wù)能力等相關(guān)成果，以期為坡地植物籬技術(shù)的發(fā)展提供重要科學(xué)參考。未來(lái)，應(yīng)將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的格局-過(guò)程-功能-服務(wù)的四位一體理論應(yīng)用于植物籬技術(shù)相關(guān)研究，逐步建立全面的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力評(píng)估方法體系，深入探究植物籬發(fā)揮生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力的微觀機(jī)理，構(gòu)建綜合的選種、布局與管理的技術(shù)體系，同時(shí)應(yīng)加大植物籬試種范圍與推廣力度，逐步將植物籬從一項(xiàng)水土保持技術(shù)變成提升人類福祉的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)技術(shù)。