汶川地震区四川自然保护区受损状况与受损栖息地植被恢复技术模式
2011-06-26黄云霞刘千里宿以明刘兴良
黄云霞,程 力,贾 程,刘千里,宿以明,唐 光,何 飞,刘兴良
(1.江油市林业局,四川 江油 621700;2.四川省林业调查规划院,四川 成都 610081;3.四川省林业科学研究院,四川成都 610081;4.阿坝藏族羌族自治州科学技术研究院,四川汶川 623000;5.平武县林业局,四川 平武 622553)
前言
汶川“5·12”特大地震灾区处于青藏高原东缘生态脆弱区、长江上游重要的生态屏障和长江上游极为重要的水源地(吴宁,2007),属于横断山生物多样性保护关键地区和全球34个生物多样性热点地区之一(蒋志刚等,1997),也是大熊猫主要栖息地和大熊猫野生种群的集中分布区,同时,也是我国重要的生态旅游目的地和自然景观资源富集区。地震造成的山体崩塌、滑坡、泥石流等次生灾害对区域内自然保护区野生动植物、野生动物栖息地和森林生态系统造成巨大破坏。因此,汶川“5·12”大地震构成了比较强烈而持续的干扰过程,区域景观结构与功能受到强烈扰动,造成山地植被的严重破坏,进而降低了山地生态系统的碳汇储备能力和水源涵养功能(吴宁等,2008)。
1 汶川地震灾区自然保护区与生物多样性的重要地位
1.1 自然保护区集中分布区
汶川地震受灾区分布有多处世界自然遗产、世界生物圈保护区和国家级自然保护区,是我国自然保护区最为密集的区域之一。地震受灾区动植物种类丰富,具有众多特有种和珍稀物种,是全国乃至全球生物多样性保护的重点地区,是大熊猫等国家重要保护动物分布的核心区。该地区拥有中国最大的野生大熊猫种群,以及金丝猴、牛羚等国家重点保护动物野生种群及其栖息地,特别是大熊猫栖息地占到46%,生物多样性极为丰富,具有很高的科学价值(蒋志刚等,1997)。该区域建立有51个主要以保护大熊猫、金丝猴等珍稀濒危动植物多样性及其自然生态系统为目标的自然保护区。因此,汶川地震受灾区不仅是自然保护区集中分布区之一,而且在我国生物多样性保护中具有独特的地位。
1.2 生态系统类型复杂与多样化
由于汶川地震受灾区地质构造、地理位置以及气候条件的特殊性,导致气候,形成区域生物物种种类丰富而区系成分复杂,特有性强和珍稀种多,具有极高生物多样性特征,形成完整的植被和土壤垂直带谱。植被从低到高植被依次为山地常绿阔叶林、山地常绿落叶阔叶林、山地暗针叶林、亚高山暗针叶林、高山灌丛、高山草甸及高山寒漠植被等。土壤从低到高依次为山地黄壤、山地黄棕壤、山地棕壤、山地暗棕壤、山地棕色暗针叶林土、亚高山草甸土及高山寒漠土。在区域气候、植被和土壤等的综合作用下,形成从亚高山暗针叶林、盆周山地常绿阔叶林、盆地丘陵人工林以及河流水生生态系统等,因而具有生态系统多样性。
1.3 全球生物多样性保护热点与关键地区
1.3.1 植物物种多样性
据不完全统计(秦自生等,1987;吴宁等,2007;雷明德等,1999;涂卫国,2008),汶川地震受灾区大约有维管束植物132科746属4 800余种。其中蕨类植物21科130属500余种,裸子植物6科19属60余种,被子植物150科597属4 200余种。该区域内特有种、属和单种、少种的科属类群多,单种科有连香树科(Cercidiphyllaceae)、水青树科(Tetracentraceae)、大血藤科(Sargentodoxaceae)、杜仲科(Eucommiaceae)以及银杏科(Ginkgoaceae)。单种属有银鹊树属(Tapiscia)、牛筋条属(Dichotomanthus)、香果树属(Emmenopterysoliv)、珙桐属(Davidia)、独叶草属(Kingdonia)、天蓬子属(Atropanthe)、钟萼草属(Lindenbergia)、车前紫草属(Sinojohnstonia)、串果藤属(Sinofranchetia)、滇黄芩属(Scutellaria)、伊桐属(Itoa)、荷时藤属(Hosiea)、银杉属(Cathaya)、异野芝麻属(Heterolamium)等,为我国西南所特有。少种属有花佩菊属(Faberia)、翅茎草属(Pterygiella)、金钱槭属(Dipteronia)、腊梅属(Chimonanthus)、秦岭藤属(Biondia)、星果草属(Asteropyrum)、双盾木属(Dipelta)、马尿泡属(Przewalskia)、尾囊草属(Urophysa)、少穗花属(Speirantha)、金盏苣苔属(Isometrum)、双果荠属(Megadenia)、半脊荠属(Hemilophia)、八角莲属(Dysosma)、黄缨菊属(Xanthopappus)、龙头草属(Meehania)、四轮香属(Hanceola)、虎榛子属(Ostryopsis)、钩子木属(Rostrinucula)、假贝母属(Bolbostemma)、盾果草属(Thyrocarpus)、四棱草属(Schnabelia)、通脱木属(Tetrapanax)、丛菔属(Solms-Laubachia)、半蒴苣苔属(Hemiboea)、珊瑚苣苔属(Corallodiscus)、地皮消属(Pararuellia)、动蕊花属(Kinostemon)等,列为国家级保护的珍贵濒危植物达12种。其中属国家I级保护植物有珙桐(Davidia involucrata)、连香树(Cercidiphyllum japonicum)、水青树(Tetracentron sinense)等,II级保护植物9种。
1.3.2 动物物种多样性
汶川地震受灾区属于野生动物的生物多样性富集的地区,自然保护区数量多,所占比例大,其中生活或分布的陆栖脊椎动物,据不完全统计有419种。根据野生动植物栖息地受损情况以及野生动物各自的生活习性,大熊猫(Ailuropoda melanoleuca)、斑尾榛鸡(Terastes sewerzowi)、雉鹑(Tetraophasis obscurus)、四川雉鹑(Tetraophasis szechenyii)、四川山鹧鸪(Arborophila rufipectus)、绿尾虹雉(Lophophorus lhuysii)等受地震影响程度较大。据不完全统计分布鱼类有119种。其中,属国家II级保护的1种,即虎嘉鱼(Hucho bleekeri),属国家列为濒危物种的两种,即成都鱲(Zacco chengtui)、稀有鮈鲫(Gobiocypris rarus)(蒋志刚等,1997)。
2 汶川地震灾区自然保护区基本特征
2.1 汶川地震灾区受灾县分布范围
汶川地震受灾区四川省受灾区达141个县(市、区)(见表1),其中严重受灾县46个单位,一般受灾县95个单位。可以看出,严重受灾区在四川盆州山地。
2.2 汶川地震灾区自然特征
2.2.1 地形地貌
汶川地震灾区位于我国岷山-邛崃山脉过渡交错带及其向四周延伸区域内,是地形地貌、气候、土壤、植被等交汇的一条重要条带,横跨岷江、涪江和嘉陵江上游,是长江上游生态屏障的重要组成部分和四川盆地的生态屏障(张新跃等,2009)。汶川地震灾区自然条件复杂,由高山、中低山、丘陵以及山间平原等地貌类型组成,包括高山峡谷区(海拔3 500 m以上)、四川盆周山地区(海拔1 500 m~3 500 m)、川中丘陵区(海拔在800 m~1 500 m)以及成都平原(海拔450 m~800 m之间)等地理单元,根据海拔高度将该区域概括为高山区、中山区、低山丘陵区3个区域。由于汶川、理县、茂县部分地区自然条件与其他区域有明显的区别,气候特殊,属干旱河谷区(海拔在800 m~2 600 m之间)。汶川地震严重受灾区土地资源以林业用地为主,面积达7 055.3万 hm2,占该区域幅员面积(1 182.79万hm2)的57.9%,森林覆盖率44.51%(含特殊灌木林地)①四川省林业调查规划院.汶川地震灾害四川省林业损失评估报告,2008.。
2.2.2 气候特征
汶川地震灾区属北亚热带山地湿润季风气候区,由于山地的影响,区域气候垂直变化明显,气候随高度和坡向的不同而发生变化(张翔等,2010)。西部高山峡谷区,气候寒冷,年均温度在6℃以下;四川盆周山地区,气候温凉湿润,年均温10℃ ~16℃,温差大、日照短,年降雨量900 mm~1500 mm,雨季多集中在5月~10月,无霜期较长,250 d~300 d;川中丘陵区属亚热带湿润季风气候(李汉杰,1990),年均降水量 993 mm~1 207 mm,年均温16.8℃ ~18.0℃,1月均温2.5℃ ~7.6℃,7月均温23.4℃ ~28.3℃;成都平原气候属亚热带湿润季风气候,年均温18℃左右,年均降水量在1 000 mm以上,年雨天平均约300 d,多雾,是中国阴雨天气最多的地区之一。岷江上游干旱河谷区域,受局部地形的影响,焚风效应显著,气温较低,降水量偏少,气候干燥,蒸发量是降水量的2倍~3倍,气候干燥,降水少而不均,年均降雨量520 mm左右,蒸发量大、日照充足、昼夜温差大(张翔等,2010)。
表1 汶川特大地震四川受灾范围一览表
2.2.3 土壤与植被
该区域地形、气候、土壤、海拔等生态条件差异大(王庆安等,2009),森林土壤和植被分布具有明显的分异规律,根据《中国植被》(中国植被编辑委员会,1983)和《四川植被》(四川植被协作组,1980)划分为龙门山植被小区、岷江上游植被小区、米仓山植被小区和川西平原植被小区。龙门山植被小区植被以亚高山常绿针叶林和常绿阔叶林为主;岷江上游植被小区,植被以常绿阔叶与落叶阔叶混交林和亚高山针叶林为主;米仓山植被小区植被以常绿阔叶林为主;川西平原植被小区植被以人工植被为主。本区的土壤垂直地带性十分明显,从高到低依次出现高山草甸土、山地棕色暗针叶林土、山地褐土、山地燥褐土、山地黄壤(朱鹏飞和李德融,1989)。由于受焚风作用的影响,山地燥褐土在干旱河谷地带很常见,其全剖面呈碱性反应,pH7.4~8.4(朱鹏飞和李德融,1989)。
3 汶川地震灾区自然保护区和野生动植物栖息地受损情况
3.1 自然保护区受损情况
地震受灾区共建有37个自然保护区,其中国家级保护区9个,省级自然保护区25个,市、县级自然保护区各1个,保护区总面积163.58万 hm2。其中,野生动植物栖息地部分毁损的保护区达22个(国家级自然保护区9个),占受灾保护区总数的71.0%。野生动植物栖息地毁损面积达9.21万hm2(国家级自然保护区3.62万hm2),占受灾自然保护区总面积的6.34%,其中卧龙、唐家河、龙溪-虹口、片口、小寨子沟、千佛山、九顶山、鞍子河、草坡等自然保护区受损严重①。四川片口省级自然保护区和四川千佛山省级自然保护区,毁损面积分别占其保护区总面积的47.0%和39.2%。崩塌、滑坡、泥石流等次生山地致使保护区中重点生态系统和廊道区域受损十分严重,野生动植物廊道区域损伤达11.6%,而保护区重点生态系统损伤高达18.61%①。
3.2 野生动物栖息地受损情况
汶川大地震的主震区为龙门山断裂带,跨越了岷山山系和邛崃山系的多条山脉和水系,其中龙门山区、部分岷山山区和茶坪山区为重灾区,地区地质新构造运动强烈,地震十分活跃,历史上已经记载多次6.0级以上的地震。该区域是我省大熊猫集中分布区,大熊猫栖息地面积144.0万hm2,占全省的81.4%,野外大熊猫数量 1 028只,占全省的85.2%;有28个大熊猫自然保护区不同程度受损,损毁大熊猫栖息面积8 000 hm2(其中自然保护区9.21万hm2),占该区域大熊猫栖息地总面积的8.3%。地震后产生的崩塌、滑坡、泥石流、堰塞湖等导致区域生态系统景观的连通性显著降低,景观的破碎程度显著增加,原有生态系统被进一步分割、隔离,位于震区的卧龙自然保护区及中国保护大熊猫研究中心受损严重。对严重受灾区中的12个县进行分析,系统班块数量增加 57 946个,为地震前的1.7倍。这将十分不利于生态系统的多样性发展,特别是形成了大量的“岛屿式”班块,可能产生的孤岛效应,濒危动植物的濒危程度会被进一步突显①(表2)。
表2 各植被类型生境指标变化情况
从各植被类型的斑块密度指数表明①(表1),严重受灾区各植被类型生境本身就具有较强的破碎特征,其生态系统亦具有较强的脆弱性。特别是地震后导致区域生态系统的破碎程度加剧,其生态系统多样性发展形式则更加严峻。从地震前后的变化来看,该区域以常绿阔叶林、常绿阔叶落叶混交林、山地灌丛、竹林生态系统破坏尤为突出,其次为低中山落叶阔叶林、亚高山落叶阔叶林、低山、中山常绿针叶林、低山针阔混交林、山地硬叶常绿阔叶林影响也较明显。亚高山灌丛、亚高山草甸、高山流石滩植被等影响最小。
3.3 大熊猫及珍稀野生动物
汶川“5·12”大地震造成了灾区山地植被的大量破坏,致使景观破碎程度显著增加,并形成大量面积变小的“孤岛”。由于景观斑块之间的连通性降低,就增加了生物个体的死亡率,种群获取食物的可能性也随之降低。这种隔离对于受灾地区的野生动物是很大的潜在威胁。此外,地震后在河流上游形成的堰塞湖也会造成下游河流干涸,湿地生态系统萎缩,原有的鱼类、两栖类动物甚至水生植物将会大量致死;而地震造成的河流、沟渠改道,又使得一些野生动物的迁徙成了问题(吴宁等,2008)。
4 汶川地震灾区栖息地植被恢复技术模式
4.1 自然保护区人工植苗造林和人工促进植被恢复模式
地震后产生的崩塌、滑坡、泥石流、堰塞湖等导致自然保护区生态系统景观的连通性显著降低,景观的破碎程度显著增加。坡度在25°以下受损生态系统地段,主要采用人工措施恢复植被和工程技术相结合的治理方法。主要措施:
树种及其配套:在自然保护范围禁止使用外来树种,在海拔1 900 m~2 400 m地带,营造混交林,乔木树种有辽东栎(Quercus wutaishanica)、青榨槭(Acer davidii)、白桦(Betula platyphlla)、灯台树(Cornus controversa)、华西枫杨(Pterocarya insignis)等,灌木树种为红刺悬钩子(Rubus rubrisetulosus)、红花蔷薇(Rosa moyesii)、陇赛忍冬(Lonicera tangutica)、冰川茶藨子(Ribes glaciale)、陕甘花楸(Sorbus koehneana)、尖叶栒子(Cotoneaster acuminatus)、四川栒子(Cotoneaster ambiguus)、细尖栒子(Cotoneaster apiculatus)等,箭竹为油竹子(Fargesia angustissima)、拐棍竹(F.robusta)等;在2400~2900m地带,选择油麦吊杉(Picea.brachytylavar.complanata)、粗枝云杉(Picea asperata)、岷江冷杉(Abies faxoniana)、青榨槭(Acer davidii)、五尖槭(Acer maximowiczii)、川滇长尾槭(Acer caudatumvar.prattii)、红桦(Betula albo-sinensis)、椴树(Tilia tuan)及水青树(Tetracentron sinense)等,灌木以陕甘花楸(S.koehneana)、四川栒子(C.ambiguus)等,箭竹以缺苞箭竹(F.denudata)为主;在海拔2 900 m~3 900 m,以岷江冷杉(Abies faxoniana)、黄果冷杉(Abies ernestiivar.ernestii)、紫果云杉(Picea purpurea)、粗枝云杉(Picea asperata)等为造林树种,灌木以陕甘花楸(S.koehneana)、四川栒子(C.ambiguus)为主,箭竹以缺苞箭竹(F.denudata)、华西箭竹(Fargesia nitida)为主。
受损林地清理:在人工更新过程中,首先清理落石、倒木,尽量保留幼苗幼树,最大限度地维护生境原生性和空间异质性。
植苗造林及季节:乔木树种采用针叶树苗木为3 a~5 a壮苗,2 000株·hm-2,阔叶树苗木为 2 a~3 a壮苗,1 000株·hm-2~1 500株·hm-2。灌木可在雨季采用种子撒播。采用1 a生箭竹苗植苗造林,1 500丛·hm-2~2 000 丛·hm-2。造林季节为春季。
造林方式及配置:穴状整地,品字形配置,相邻两行的各株相对位置错开排列成品字形,或等腰三角形,行距和株距可相等,也可不相等,种植点位于等腰三角形的顶点。自然配置,在地震受损林地上随机、均匀地配置种植点,似天然林中的林木分布。
配套工程措施:夯实滑坡裂缝、修建排导工程、固持挡土、护坡工程等,防止雨水和山场径流直接入缝下渗,免受洪水、泥石流的冲刷,削缓斜坡,减少滑坡体上部重量,改善滑坡体的稳定性。
4.2 自然保护区封山育林及人工直播恢复技术模式
地震后,形成了风化层深厚区、石灰岩区和陡坡区,该类地区风化层较厚且结构松散,裸岩面积大且垂直断裂明显,多形成45°以上大滑坡面,其生态系统的恢复与重建极其困难。适宜进行封山育林和人工直播恢复,同时借助自然恢复能力,完成其顺向演替,恢复群落的生物多样性、野生动物栖息地等生态功能。
封山育林技术模式:主要技术措施,根据立地条件、封禁对象特征、封禁目的等,确定封禁类型,以小班为基本单位,划定封禁区,采用禁止采伐、砍柴、放牧、割草等封山技术措施,采用全封方式,实行常年封禁。在封禁区主要山口、沟口、沟流交叉点,主要交通路口等明显围界处,树立封禁保护标牌。根据封禁区范围大小和人、畜活动干扰程度,设专职工兼职护林员进行巡护。每个护林员管护面积一般为200 hm2~300 hm2。
人工直播造林恢复技术模式:在正常气候条件下,播种期在4月中下旬至5月中下旬较为适宜。这段时间风速较小,具有种子发芽所需温度和水分,有利于提高直播成效。但还应根据当年近期气候预报综合分析确定适宜的播种期。在灌、竹丛为主的地段,需进行植被处理,适宜人工直播造林的树种为油松(Pinus tabulaeformis)、华山松(P.armandi)、桦木(Betula albo-sinensis)、岷江柏(Cupressus chengiana)等,华山松(P.armandi)、油松(P.tabulaeformis)用种量 4.5 kg·hm-2~5.25 kg·hm-2,桦木(B.albo-sinensis)、岷江柏(C.chengiana)用种量2.0 kg·hm-2~3.0 kg·hm-2。
配套工程措施:在严重滑坡、堋塌地段,修建挡土、护坡工程等,防止滑坡体、碎石坠落。
4.3 自然保护区生境廊道植被恢复重建技术模式
地震造成的山体垮塌、泥石流等导致野生生物生境连通性遭到破坏,也是多样性丧失的最重要原因。针对严重影响野生动物,特别是大熊猫取食、繁衍的生境廊道,应充分考虑珍稀野生动物生存繁衍的地理空间,遵循自然规律,采取以自然修复、人工重建或人工促进重建的方法恢复植物群落,辅以人工措施,补充及扩大保护区域,修复栖息地和廊道。主要技术措施:
树种及其配置:禁止外来树种在自然保护区内使用,选择生长快、根系发达、深根性及根蘖性强、树冠浓密、耐干旱瘠薄的乔木、灌木和草类,如川西云杉(Picea likiangensis)、岷江冷杉(Abies faxoniana)、高山松(Pinus densata)、紫果云杉(Picea purpurea)、白桦(Betula platyphylla)、红桦(Betula albo-sinensis)、四川红杉(Larix mastersiana)等,针阔混交、乔灌混交,构建针、阔、乔、灌、草结合的林草植被。主要竹种为邛竹(Phyllostachys aurea)、油竹子(F.angustissima)、拐棍竹(F.robusta)、华西箭竹(F.nitida)等。
植苗造林及季节:针叶树种幼苗为3 a~5 a壮苗,2 000株·hm-2;阔叶树种幼苗为2 a~3 a壮苗,1 000株·hm-2~1 500株·hm-2;1 a生箭竹苗植苗或实生苗造林,1 500丛·hm-2~2 000株·hm-2;春季植苗造林。
造林方式及配置:穴状整地,春季更新造林为主的方法。在土层较薄的干燥地段,栽苗后应选用苔藓、死地被物、树枝树叶、木片等覆盖穴面。品字形配置,相邻两行的各株相对位置错开排列成品字形,或等腰三角形,行距和株距可相等,也可不相等,种植点位于等腰三角形的顶点。自然配置,在造林地上随机、均匀地配置种植点,这种配置没有规整的株行距,似天然林中的林木分布。
幼林抚育:以“扶苗培土、砍除杂灌”为主,阳坡和半阳坡的林地进行穴状刀抚,割灌除草;阴坡和半阴坡林地沿高线带状刀抚。岷江冷杉(A.faxoniana)等慢性树种和硬阔叶树一般应连续抚育5 a~7a,每年抚育3次;四川红杉(L.mastersiana)等速生针叶树种和软阔叶树应抚育3 a~5 a,每年1次~2次。
补植:在需补植地,进行穴状整地,并清除穴周围1 m2内的杂灌杂草,采用3 a~5 a生冷云杉壮苗或2 a~3 a红桦(B.albo-sinensis)、山杨(P.davidiana)等阔叶树壮苗,进行补植。在需补播地,进行小穴整地,并清除穴周围1 m2内的杂灌杂草,每穴补播3颗~5颗种子。补植补播时间以春季为主。
配套工程措施:夯实滑坡裂缝、修建排导工程、固持挡土、护坡工程等。
[1] 包维楷.汶川地震重灾区生态退化及其恢复重建对策[].中国科学院院刊,2008,23(4):324 ~329.
[2] 蒋志刚,马克平,韩兴国.保护生物学[M].浙江:浙江科学技术出版社,1997,206 ~214.
[3] 雷明德,等.陕西植被[M].北京:科学出版社,1999.
[4] 李汉杰.中国分省市县大辞典[M].北京:中国旅游出版社,1990,993 ~1118.
[5] 秦自生,等.卧龙植被及资源植物[M].成都:四川科学技术出版社,1987.
[6] 四川植被协作组.四川植被[M].成都:四川人民出版社,1980.
[7] 涂卫国.四川九顶山西坡及龙肘山维管植物屈膝和生物多样性研究[D].中国科学院成都生物研究所,2008.
[8] 王庆安,张翔,毛竹.汶川地震生态环境破坏严重区地形高程和起伏度分布特点[J].科技导报,2009,27(16):53 ~59.
[9] 王智,庄亚芳,蒋明康,等.汶川地震对自然保护区的生态影响评估及对策[J].四川环境,2009:28(3):46~49.
[10] 吴宁.山地退化生态系统的恢复重建—理论与岷江上游的实践[M].成都:四川科学技术出版社,2007.
[11] 张翔,王庆安,王文国,等.汶川地震极重灾区植被恢复分区研究[J].中国水土保持,2010,31(5):48 ~51.
[12] 张新跃,李元华,苟文龙.5·12汶川大地震灾区草原生态修复与种草养畜恢复生产技术指南(一)[J].四川畜牧兽医,2009,38(11):33~34.
[13] 中国植被编辑委员会.中国植被[M].北京:科学出版社,1983.
[14] 朱鹏飞,李德融.四川森林土壤[M].成都:四川科学技术出版社,1989.