丹江流域生态修复中植物的生态配置

2015-12-17张家荣刘建林

安徽农业科学 2015年11期

张家荣，刘建林，2

（1.商洛学院，陕西商洛726000;2.西安理工大学，陕西西安 710048）

陕西省秦岭南麓是丹江的发源地，由于流域内山高坡面陡峭，地质构造十分复杂，坡面土层较薄等原因，使得在降雨量大的季节里在重力作用下泥石流、山体滑坡等一系列自然灾害频发，加之流域内降水在时间空间上分布不均，人类不理智行为，造成区内水土流失比较严重［1］。水土流失产生的大量泥沙在淹没农田的同时，将农田里面的农药、化肥、农田养分等带入河道，不仅使得水体产生污染，也造成土壤肥力下降。地质构造的复杂性以及人类的不理智行为导致区内生态环境不断恶化、植被不断减少、水源涵养能力大大减弱，对丹江的水质水量产生很大影响。而丹江流域作为南水北调中线工程的水源，更需要保持优良水质。因此加快丹江流域生态修复的研究，对于改善丹江流域生态环境实现人水和谐，确保“一江清水供北京”战略目标的实现具有非常重要的意义。

生态修复主要是以生态学的基本原理为指导，辅以物理、化学以及工程手段的应用和优化组合［2-3］，利用生态系统的自我调节能力与自组织能力、各种人工，对产生破坏的生态系统进行恢复、修复、重建、维护和管理，促使已遭受破坏的生态环境系统功能不断得到恢复并朝良性循环发展，实现可持续性［4］。生态修复包括3个层次:①是生态恢复，生态修复是相对于生态破坏而言，第一要务则是要停止一切人类的不理性行为，把人为活动对生态系统的不良干扰降至最低，与此同时利用生态系统的自我调节能力与自组织能力实现生态环境系统的自我恢复;②是生态修复，主要是通过各种手段恢复、保护植被，加快水土流失综合防治进度，以达到帮助和促进生态系统的恢复;③是生态系统的重建，通过对生态系统进行规划、设计，加强对生态系统管理，利用生态恢复和生态修复相结合的方式，依靠生态环境系统的自我修复和人类的良性干预，通过人与自然的和谐相处，通过不断加强水土保持的综合治理，实现生态环境朝良性循环，走可持续发展的路子［5-6］。

1 国内外生态修复研究现状

当前国外对于生态修复的研究主要是以生态学为基础而展开的，主要研究流域、森林、水系、草地等生态系统在工程建设、自然灾难、工矿污染等干扰体系的干扰及影响和上述生态系统的自然恢复机制［7］。研究包括植物种类、土壤类型、水文气候、动植物多样性、地质地貌等众多领域，其研究的重点是土壤类型、野生动植物多样性，与我国开发建设项目水和工矿区生态修复比较接近［8］。国外在生态修复的研究方面十分重视理论研究与试验相结合，从而积累了大量的经验，综合性和连续型也很强，十分重视生态恢复过程及恢复机制的研究［9］。

目前我国生态修复研究的主要生态系统包括草地、林地、荒山荒坡、河流流域等综合治理，通过工程措施和非工程措施以达到生态修复的目的，同时通过不断减少人类不理性行为对生态环境系统的干扰和影响，辅助生态环境由原先的逆行演替转变为进展演替。我国生态修复无论在实践上还是理论上都尚处在探索阶段［10］。可见，无论国外还是国内对于生态修复中都少不了恢复、保护植被以达到生态修复，实现水土流失综合防治。

2 生态修复的布局原则

通常区域生态修复布局的确定有3个依据，其一是区间差异性;其二是区内相似性;其三是社会经济条件，它们是制定生态修复规划的基础。生态修复主要是通过一系列工程的非工程的措施使遭受破坏的生态环境正向演化，实现环境的良性可持续发展，关键是不断促进植被的正向演替和不断增强生态环境自然恢复的潜力。生态修复不仅仅是治理生态环境实现水土保持的一项措施，其同时也是一项社会经济活动，是人类一项有目的的行为。要比较好地实现其预定目标，其布局就应该遵循一定的原则，首先要重视区域内土地利用的格局，此外生态修复还应同该区经济社会发展战略和生态建设结合起来［11］。特别是对于一些水质要求高(水源地)、水土流失严重、生态环境遭受重大破坏的地区，更应与当地社会经济发展战略相结合，从建立该区的生态经济系统、食物安全体系和生态安全体系出发，以该区社会经济的可持续发展及生态环境的改善为最终目标。

3 植物功能性状与水土保持的关系

植物和环境之间存在着相互作用的关系。在漫长的发展和进化过程中，植物无论是在生理特征还是在外部形态上都在不断地缓慢地发生变化，而形成了植物对环境独特的应对对策，这些应对对策的作用是不断减少环境对其生存的不利影响更好地使用环境，这些适应环境的对策的表现我们称之为植物性状或植物属性。植物属性客观地表达了植物对特定外部环境的适应能力，某种植物数量的多寡和适应环境的形状是否存在同时也反映了该种植物所在的生态系统的一些功能特征，所以植物性状也可称之为植物功能性状［12］。由此可见，对于需要进行生态修复的区域中植物性状的分析与研究不仅有利于制定科学可行的生态修复方案，而且有利于明确治理区域生态环境的功能特征，还可以为预测区域环境影响因素对生态系统的影响提供方法和依据。对于植物功能形状的研究主要包括植物和土壤养分状况、气候(如降雨量、气温高低、光照等)、放牧程度(包含食草动物的啃食)、地形与地貌(如坡向、海拔高低、起伏大小及地理空间梯度变异等)、土地利用状况以及其他生物入侵等之间的关系。

水土保持是恢复生态系统的一项重要功能，要实现水土保持主要是在植物功能性状研究的基础上结合修复区实际的自然地理现状，通过恢复、种植适宜的植物，依靠植物根系以达到减少水土流失的目的。事实证明，水土流失的程度受植物根系的密度、延伸长度、根系伸展方式、伸展角度的不同而不同［13］。在水土流失严重的地区种植适宜的植物，可以改变土体的力学性质，提高土体的抗腐蚀能力，增强土体的稳定性［14］，有利于防止水体流失实现生态修复的目的。

4 生态修复工程植物选择原则及选择方法

4.1 生态修复工程植物选择原则

4.1.1 植物功能性状适应性原则。对于植物功能形态的研究有利于了解不同植物对环境的适应程度及其生长功能特征，从而选择出适宜于修复区域的植物种类。从植物性状方面来讲，以陆生植物为例，要使其具有生态修复功能就应该具有一些明显的特征，如发达的根系、强的抗旱性、强的扩展性、很好的适应当地气候的能力、强的耐瘠薄耐性、适合粗放式管理、强的抗风沙性、强的耐盐碱性等。

4.1.2 确保生态安全原则。在生态修复植物选择方面，运用生态适应性原理［15］，加强对本土本乡植物的利用，以当地植物为主，慎用外来植物，尽量减少。其原因是外来植物运用过多就很难显现出地域特色，植物群落稳定性及环境适应性上较本土植物差，从而引发病虫害，在防治、控制中难免使用农药从而造成环境的污染，乡本植物情况就好的多。

4.1.3 植物种类多样性原则。植物的多样性有利于生态环境系统的稳定，有利于物种的增加，因此在生态修复中还要坚持植物种类多样性的原则。

4.1.4 效益兼顾的原则。植物选择需兼顾生态效益、经济效益和社会效益，凸显地方特色，发挥地方经济物种优势，在实现生态修复的前提下实现经济效益，如种植果树、经济树、药材等［16］。

4.1.5 易获取，成本低、见效快的原则。容易获得植物幼苗，且成本尽可能低以减少投资费用。同时结合植物性状及修复区实际情况，所选物种要具有较快的生长速度，以达到在较短时间内实现生态修复目标。

4.2 选择方法及结果在实地野外及区域植物现有资源调查的基础上，借阅其他资料和文献，通过对植物性状的研究以及对修复区自然地理环境的把握，建立植物物种筛选指标，选出丹江流域水土保持生态修复项目中具有潜力的修复物种［17］。

在植物功能性状分析的基础上，依据生态修复工程植物选择原则，结合丹江流域气候、自然地理环境，选择出了环境适应能力强，生长潜力大的植物物种。适宜于营造生态林的乔木有刺槐、马尾松、白皮松、青冈树、油松等;适宜于营造经济林的树种主要有核桃、板栗;另外商洛又是全国有名的“天然药库”，结合商洛实际在生态修复中可以在田间地头种植如党参、山药、柴胡等适宜的药材，既能达到恢复植被又可以实现一定的经济效益。

5 丹江流域水土保持生态修复中植物的生态配置

丹江流域生态修复布局的确定同样依据3个原则，其一是区间差异性;其二是区内相似性;其三是社会经济条件，它们是制定生态修复规划的基础，同时还要考虑与当地社会经济发展战略相结合，以生态环境改善和社会经济可持续发展为目标，确定出丹江流域水土保持生态修复的总体布局原则。结合丹江流域水土流失、地质水文概况、生态修复植物选择原则及方法，在总体布局原则的基础上结合植物选择原则、植物功能性，提出了丹江流域水土保持生态修复3种模式(退耕还林还草、滩地建设防护林)，并将植物的生态配置体现于其中［18-19］。

5.1 退耕还林模式包括退耕地还林和荒山造林两个方面，种植生态林或经济林，不但可以减少人为活动对生态环境的负面影响，而且可以达到增加植被保持水土的目的。结合丹江流域生态修复实际情况，综合考虑海拔高度、坡度、气候状况、光照、降雨等，在对筛选植物性状的研究的基础上，对于丹江流域退耕还林模式下的生态林及经济林提出如下建议。

5.1.1 营造生态林。丹江流域生态修复区内，坡度＞25°、海拔高度＞1 200 m的山坡和集中连片的高远山区，实行封山禁牧集中管理，采取人工种植为辅飞机播种为主的方式恢复生态。筛选的植物种类有青冈树、刺槐树、白皮松树、油松树、白皮松树等，形成集中连片的生态林，实现生态修复。

5.1.2 营造经济林。丹江流域生态修复区内，坡度＞25°、海拔高度800～1 200 m的山坡，采取人工种植为主的方式恢复生态，形成经济林，筛选的植物种类有板栗树、核桃树、柿子树，既能实现生态效益同时也能兼顾经济效益。

在坡地上分段沿等高线建造的阶梯式农田，是治理坡耕地水土流失的有效措施。可以在田间地头种植如党参、山药、柴胡等适宜的药材。

5.2 滩地造林滩地造林是依据生态工程以及生态经济学原理两种方法，在长期实践过程中探索并逐渐建立起来的一种方法，以造林为主，以林农牧渔和林农为辅的一种生态修复模式，包括林农牧渔和林农两种模式。

5.2.1 林农模式。此种生态修复造林模式适用于丹江流域内常年位于洪水线之上的河道滩地，并且要求地下水位不能过高。筛选的树种以水杉和意杨等耐水物种为主，采用人工种植，并控制其行间距，可按每亩100株左右种植，并在林下田间种植农作物。农作物分为适于冬季和适于夏秋两类，夏秋两季以各种豆类为主，如花生、大豆等，冬季以油菜和麦类为主。采用这种模式还可以在积水低洼处种水稻等耐水农作物。该种方法的优点是能充分利用林下空间种植，在确保生态效益的同时兼顾经济效益，实现增产增收。

5.2.2 林农牧渔模式。丹江沿江区不仅是吸血虫病易发的地区，而且也是钉螺滋生的地区。可以采取块状混交造林种植水杉和意杨等，林下空间种植麦类等，蓄水较深的低洼区域可进行鱼类等水产养殖，地势较平坦的大片区域种植草皮养殖牛等，形成农林牧渔有机结合的体系。此种方式的优点在于不仅能够合理有效利用滩地，有效抑制钉螺、吸血虫病的滋生，而且实现增产增收，实现三大效益的统一和兼顾。

6 结语

研究不同条件、不同修复措施中植物的生态配置特点及其变化，对于了解流域生态修复特点，熟悉不同植物形状，揭示生态系统演替规律，制定科学合理的生态修复规划，改善生态环境，增强生态系统的稳定性，实现生态修复预期目标，防治水土流失，丰富群落层次结构，优化群落生态功能［20］，节省修复成本，为生态修复提供理论支持以及促进区域可持续发展都具有重要现实意义。

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