川西干旱河谷区植被恢复机理及模式分析

杨育林，鄢武先，尤继勇，陈安全，吴雨峰，张 好，李佳泳

(四川省林业科学研究院，四川 成都 610081)

川西干旱河谷区植被恢复机理及模式分析

杨育林，鄢武先，尤继勇，陈安全，吴雨峰，张 好，李佳泳

(四川省林业科学研究院，四川 成都 610081)

干旱河谷区与石漠化荒地、沙化区等同属困难立地区，其植被恢复已成为国土绿化和生态治理的重点和难点.川西干旱河谷区地形和气候环境复杂，植被恢复限制因子多，关键技术和理论的突破已是瓶颈问题，急需得到进一步解决.本文通过对川西干旱河谷区的形成过程、立地条件、植被演替趋势、存在的问题等进行系统分析，总结历史上该区域植被恢复成功和失败的经验，从恢复植被物种选择、灌溉方式、整地方法、栽植技术、管护等角度提出该区植被恢复适宜模式，为干旱河谷区植被恢复提供理论和实践依据.

干旱河谷；植被恢复；限制因子；立地条件

干旱河谷区是世界典型干旱气候区类型之一，属于生态环境极度脆弱区[1].川西干旱河谷区地处长江上游，涉及甘孜州、阿坝州、凉山州、雅安市、攀枝花市5市州，40个县市区，总面积达133.35×104hm2，在国家生态安全格局中具有十分重要的战略地位，是国家建立长江上游生态屏障的重点区域，也是四川省“十三五”期间“绿化全川”的主要区域，与石漠化荒地、盐碱地、沙区等同属生态治理的重点和难点[2].近年来，国家通过生态转移支付、生态治理工程项目在川西地区的阿坝州、甘孜州、雅安市等川西干旱河谷区开展了生态修复试点示范，从实施的结果来看，在植被的成活率、生长质量以及发挥的生态、经济和景观效益并不理想[3]，究其原因有对川西干旱河谷区复杂多变的自然生态环境掌握不够准确；植物物种的选择未完全做到“适地适树”；生态、经济和景观效益未充分结合；造林后林地植被未得到良好的灌溉和管理等[4].本文通过对川西干旱河谷区的形成及植被演替过程、生态修复理论、生态恢复存在的问题、植被恢复模式等的分析，以期为干旱河谷区植被恢复、绿化全川项目实施、造林规划设计等提供理论和实践依据，生态、经济和景观效益得到充分发挥.

1 干旱河谷区概念和植被演替分析

干旱河谷区是指气候炎热、干燥的河谷地区，“干旱”和“炎热”指水分和热量条件，“河谷”为地形因素[5]，区域年均气温5-22℃，1月平均气温-3-15℃，7月平均气温16-28℃，年降雨量324.7-817 mm，年蒸发量1725-2570 mm.我国干旱河谷区主要分布在西南横断山区，涉及四川省、云南省、贵州省和西藏部分地区[6]，可分为干热河谷、干暖河谷和干温河谷三种类型[7].川西干旱河谷区主要分布在四川境内的雅砻江和金沙江中下游，大渡河的中游，岷江上游以及嘉陵江上游的支流白水河等河谷盆地和两侧山地，地理范围介于东经98°-104°，北纬26°-33°之间，涉及甘孜州丹巴县、阿坝州汶川县等40个县市区，与我国西北的黄土高原区、西南喀斯特地貌区、滨海及内陆盐碱地等并列为几大困难立地区域之一[8].根据《中国自然地理》对我国气候类型的划分，川西干旱河谷区属干旱半干旱气候类型[9].由于川西干旱河谷区地处青藏高原东南缘，具有盆地向高原过渡独特的地理和气候环境，特别是在植被类型上与其他旱区存在明显的差异，属“河谷萨王纳植被”类型[10].川西干旱河谷的形成是从第四冰川期开始，印度洋板块向欧亚大陆板块漂移，使川西地区随青藏高原急剧抬升，形成南北走向的横断山脉，河谷狭长，地形闭塞，导致西南印度洋季风与东南太平洋季风在该区域前进受到阻碍，自南向北热量与水分逐渐降低，随青藏高原的持续抬升，川西干旱河谷区干旱可能进一步加剧[11].川西干旱河谷区在川西地区本地人常称呼为“干坝子”或“干热坝子”.后来一些学者从降雨量、蒸发量等水分因子的角度将干旱河谷区划为干旱和半干旱区，也有从海拔、地形和水分因子的角度称为亚高山旱区[12].

川西干旱河谷区植被演替经历了一个漫长的历史过程，从山脉抬升、风化壳、孢粉等遗迹分析，川西干旱河谷类型多样，不同区域的植被演替特征存在具体差异，但整体演替趋势呈现共同性[13]，如川西干旱河谷区植被现状分布是随青藏高原、横断山脉抬升和近代人为干扰的综合作用结果[14]，2.8亿年前，川西地区还是一片辽阔的海洋，气候温暖，海洋动植物发育繁盛；2.1亿年前，由于板块运动，横断山脉脱离了海浸；8000万年前，该区域气候湿润，丛林茂盛；距今200-300万年时间内，形成如今统一的大高原地貌类型，且落叶阔叶林广泛分布；距今约1万年，川西河谷植被中松属、桤木属、栎属等木本，禾本科、莎草科、蓼科等草本依然茂盛[15]；后来随着区域气候逐渐变干变热，特别是人为活动的加强，如过渡开垦、砍伐和放牧使得川西干旱河谷区植被类型逐渐呈现出从针阔混交林-稀树灌木草丛-灌木草丛-草丛-稀草草坡-裸地或裸岩的演替过程[16].目前，岷江等流域干旱河谷区开始出现木旋花、酸胖等蒺藜科、旋花科温带荒漠草本植物，表明川西干旱河谷呈现出荒漠化趋势[17].

2 川西干旱河谷区立地区划分析

川西干旱河谷区依据不同的分类标准可划分为不同的类型，依据水分和地形因子有划分为干旱河谷和半干旱河谷2种形态[18].王金锡根据温度、水分和地形因子对川西干旱河谷的成因、生态环境进行分析，将川西干旱河谷按热量条件划分为干热河谷、干暖河谷和干温河谷[7].纪中华等依据植被修复水源的不同，归纳出适水灌溉系统、集水灌溉系统和雨养生态系统3个类别[19].张建辉根据土壤类型将干旱河谷区分为燥红土-干热河谷、褐红土与黄红壤-干暖河谷、燥褐土-干温河谷及灰褐土-干凉河谷；根据土壤母质类型分为洪积、坡积、残积、冲积、塌积、湖相沉积等立地类型[20].熊东红等依据干旱河谷区岩土性质，将其分为阶地砾石层、元古界变质岩片岩、上新统砂沟组砂砾岩、早更新统泥质沉积物4种不同类型坡地[21].张俊佩等依据干旱河谷生态植被退化程度的差异，将其分为轻度退化型、中度退化型、重度退化型、强度退化型和极强度退化型[22].

之前的诸多立地条件分类方法仅依据一个或几个土壤、温度、地形等环境因子进行划分，而川西干旱河谷区地理气候环境复杂多样，一个和几个环境因子很难准确描述具体立地类型，从而精准的指导生态植被恢复.植被类型是生态环境因子综合作用的结果，所有环境因子最终都是通过植被类型来体现立地条件，直接依据植被类型来划分干旱河谷区立地条件或者进行分类具有科学性.通过分析，结合川西干旱河谷区生态植被分布特征将立地类型区划为裸地裸岩、荒草坡、灌草地、疏林灌草地和次生林地5种类型，裸地裸岩，几乎没有草本和木本植物生长；荒草坡，仅生长有一年或多年生草本，土壤较为干旱、土层较薄，植被自我更新能力较差；灌草地，生长有灌木和草本植物，植被具备有一定的自我更新和正向演替能力；疏林灌草地，除灌木和草本，植被中出现了稀疏的树木，灌丛生长较好，林地土壤种子库较丰富，土层更厚，植被自我更新力较强；次生林地，川西干旱河谷区由于恶劣的自然环境和人为的破坏，原始森林已未见分布，立地条件较好的区域，如部分水热环境较好的阴坡和河谷盆地分布有部分次生林，次生林地属较稳定的亚顶级植物群落对区域生态平衡发挥着重要的作用.

3 川西干旱河谷区植被恢复生态理论分析

川西干旱河谷造林已有半个世纪的历史，很多造林区域仍未见植被覆盖，在造林技术和工程措施的选择及应用上缺乏系统生态理论指导，对区域水分、土壤、气温、光照等生态因子的限制作用和生态系统的演替规律重视度不够，总结多年的造林成功与失败经验，川西旱河谷区植被恢复模式需要充分结合以下几方面生态学原理.

相对动态演替理论.生态植被修复必须在一定的环境条件下，经过一定的时间过程，而生态环境总是处在不断的动态变化之中，植被修复应根据环境的动态变化特点，以恢复生态系统功能为目标，建立和现实环境、气候相协调生态系统结构，且不是直接简单的重建过去的生态系统.演替是有规律性和有方向性的，正向演替过程一般是生物群落向多样性、复杂性方向发展，生态系统越来越稳定、生产力逐步提高，最后达到顶级群落，但正向演替的方向也是多样的，可能会有多个端点[23].干旱河谷区立地条件相对较差，植被恢复需要更长的时间逐步改善立地环境，应遵循生态系统自身的演替规律，从草-灌-乔的演替方向，循序渐进构建生态系统，一步建立顶级生态系统群落往往会导致失败[24].

生物多样性理论.从层级上讲，生物多样性包含遗传多样性、物种多样性、生态系统多样性以及景观多样性四个层级[25].生物多样性是生态系统稳定性的基础，群落中物种越多，生物链、生物网的结构越复杂，能量流动、物质循环和信息传递就越畅通，抵抗外界的干扰能力越强[26].在植被恢复中，从遗传和物种多样性的角度，应增加植物种类，避免树种单一、植被简单的问题.在生态系统多样性方面，需建立分解者、消费者以及生产者均能生存的生态环境，如结合林果生态系统的建立，进行植被恢复.景观多样性的角度，应注重植被空间结构、功能机制、时间动态的多样化，如注重恢复植被乔灌草的搭配，常绿与落叶树种的搭配，阔叶与针叶树种的搭配[27].如甘孜州燕子沟、阿坝州理县毕棚沟的彩叶林景观多样性配置取得了显著的景观效应.

平衡协调原理.能量流动、信息传递、物质循环是生物群落和生态系统的基本特点，物质和能量在生态系统中的输入输出应保持平衡[28].在稳定的生物群落和系统中，能量和物质的产生应是大于或等于消耗量，才能保证生物群落和生态系统的稳定与平衡.如果输入量小于输出量，群落和结构就会受到损害，生态功能就会降低.输入与输出比率越大，系统和群落的正向演替越迅速，相反既逆向演替越快.在植被修复时，特别是在建立人工植物群落过程中，要结合生态系统的稳定协调性，物质和能量输入和输出的比例关系，在植被修复早期必须输入更多的能量和物质，给生态系统更多的演替动力，可加速生物群落的正向演替，到稳定状态的中后期，在输出能量和物质的同时，应输入等量的能量和物质，确保生态系统正向演替而不出现退化[29].故在干旱河谷区植被恢复初期应注重施肥、灌溉等物质和能量的输入措施，确保生态系统正向演替.

生态因子影响原理.所有生态系统中，植物群落的组成和结构都是各种生态因子综合作用的结果，生态因子各自发挥着不同的作用，他们相互影响，同时又受到制约[30].任何生态系统中，多种生态因子总是同时存在，共同发挥功能，但有部分因子在生态系统全部演替进程中，或者某一个阶段起主导或限制作用，称为主导因子[31].掌握生态因子的作用机理，在干旱河谷区退化生态系统植被恢复中，须把生态系统当成一个有机整体去考虑，了解系统中所有生态因子的综合功能，分析其中的主导因子，掌握主导生态因子的作用机理，才能提高一个生态系统植被修复的效率，如在川西干旱河谷区植被恢复过程中，土壤水分和肥力是影响植被恢复的主导因子，在很大程度上决定植被恢复的成败，在植被恢复过程中应重点解决.

4 川西干旱河谷区植被恢复模式分析

川西干旱河谷植被恢复模式的探索经历了曲折的过程，有成功的经验，如会理的石榴、丹巴的苹果、泸定的樱桃经济林，大小凉山的云南松防护林，取得了显著的经济或生态效益；也有失败的教训，如汶川青土山苹果园整体滑坡，茂县至汶川的道路塌方等，与造林灌溉模式选择不当密切相关.总结相关经验，提出干旱河谷植被恢复模式的选择应遵循如下规律.

根据川西干旱河谷区气候环境特点，可采取封山育林和人工栽种植被的恢复方式进行生态植被的恢复，在植物物种选择上，需选择耐旱耐热耐瘠薄、抗逆性强、适生性广、萌芽力强、根系庞大的植物种；要求林份能快速生长，在短期内郁闭成林，自我修复和更新力强，具有固氮功能，且有较高的经济价值，能产生经济效益.川西干旱河谷区既干又热、“焚风效应”频发的气候环境决定了植被恢复需要充足的水源灌溉，灌溉需充分考虑经济适用性和可持续性，如利用高程差引水、集雨灌溉等方式进行灌溉，积极探索使用微水灌溉、保水剂等新型实用技术，谨慎采用提灌模式进行灌溉.川西干旱河谷区土地立地条件相对较差，坡度较大，植被恢复需要整地，提高土壤汇水、集水、保水和保肥能力，整地模式应依据不同的地形条件考虑局部或全面整地，如坡改梯、水平阶、水平沟、撩壕、高垄等带状局部整地，穴状、鱼鳞坑、大塘等块状局部整地方式.栽植植被需根据绿化区的立地条件，选择乔木、灌木和草本中一种或多种进行搭配，苗木可采用容器苗，结合生根粉的使用，栽植后采用薄膜、草皮、石块等覆盖.造林时间可选在在春季、雨季或秋季进行造林.干旱河谷区土壤贫瘠，缺乏有机质，植被恢复需要施用有机肥料，特别是经济林需要充足的有机肥提高土壤肥力.整地和栽植需要有造林专业技术人员现场指导和监督，确保造林技术落实到位.植被栽植后需要加强抚育管理，实时灌溉，防止过渡砍伐、放牧等的破坏.

本文通过总结四川省汶川县绵虒镇、丹巴县聂呷乡、汉源县富林镇等地区近1万亩的干旱河谷植被恢复过程中取得的成功经验和存在的不足，结合川西干旱河谷立地类型、气候环境、植被、土壤等的特点，提出采用循序渐进的方式，裸地裸岩覆土播种草本、荒草坡播种或栽植灌木、灌草地和疏林地栽植乔木、次生林地封育保护为主的植被恢复模式[32]，详见表1.

表1 川西干旱河谷区生态植被恢复模式Table 1 Ecological vegetation restoration model in the arid valley area of western Sichuan

5 川西干旱河谷区植被恢复问题及成因分析

川西干旱河谷区植被盖度低，客观原因包括降水少、蒸发量大、“焚风效应”、地质破脆、土壤贫瘠等自然因素[33]，但如大渡河上游很多灌木草坡在几十年前仍被栎类等高大乔木所覆盖，甚至在1998年洪灾爆发之前，大面积砍伐仍在进行，可见人为破坏或管护不当也是导致川西干旱河谷区植被逆向演替的重要原因.从降低人为破坏，抢救性恢复的角度，近30年来，国家先后实施了“天保工程”、“退耕还林工程”、“长防”、“长治”等林业生态工程，但川西干旱河谷区植被恢复造林保存率低、生长不良、土壤质量未得到有效改善等问题一直存在，如岷江上游杂谷脑流域干旱河谷区的造林，在造林7年后保存率下降为65%，到16年后则仅剩38%，林下土壤理化性质甚至出现下降趋势[2].分析其原因，一是乔灌草搭配不当，长期以来，重乔木栽植，轻灌木和草本植被的现象严重，很多裸地和极度干旱草坡区原本不适宜乔木生长，年年栽植，多年不见“一片绿”；二是树种选择不当，干旱河谷区植被恢复一直处于探索阶段，如过去一些区域栽植了大量的辐射松但成活率一直偏低，即使部分苗木成活后生长质量也不高，许多成为“老头树”，同时也未充分考虑针叶和阔叶、常绿和落叶、速生与慢生、喜光和耐阴、深根与浅根树种的搭配，成林慢，改善环境能力差，一旦失去人为养护，则不能正常生长，发挥不出应有的生态、经济和景观效益；三是重生态林轻经济林，过去栽植的树木大都突出生态功能，能否产生直接经济效未充分考虑，当地许多农牧民为了生计，生态林栽植后也被砍伐，换植其他经济林树种，浪费了大量的造林资源；四是整地不科学，由于川西干旱河谷区一般坡度较陡，整地难度大，大都采用小穴整地，保水、保土和保肥性能低，苗木很难渡过第一个干旱季节；五是栽植不合理，栽植时未施用有机底肥、保水剂，表土上也未采取薄膜、草皮、石块等保水覆盖措施，水分被大量蒸发，水肥的缺乏不利于植被生长；六是缺乏有效的灌溉措施，过去植树造林未充分考虑人工灌溉，过渡依赖雨水，而川西干旱河谷区冬春旱季持续时间较长，达7个月之久，仅靠雨水无法满足植被生长用水需求，水分不足成为造林成活的限制性因子；七是未有效管护，造林后，任其自生自灭，人畜践踏严重，未进行持续灌溉，加上病虫害等的危害，川西干旱河谷区造林一直未能达到理想的预期效果.

6 川西干旱河谷区植被恢复建议

一是以乡土树种或经过长期驯化栽培的植物种为主体，优先考虑具有固氮功能、能速生成林的先锋植物种；二是造林要给当地农牧民带来直接经济收入，结合精准扶贫、造林致富，做到生态、经济和社会效益相结合，针对农牧民聚居区和交通干线造林要充分考虑人居环境的改善和景观效应的提升，做到“绿化”“美化”和“香化”相结合；三是在部分水肥条件相对较好的河谷盆地和阴坡地带，植被生长较好，可划定为保护小区，封山育林进行保护；四是加大对干旱河谷区植被恢复的科学研究，如对土壤水分和肥力的承载力研究，植被恢复综合模式研究，管护方式创新等的研究，为川西干旱河谷大尺度绿化储备科技条件.

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(责任编辑:李建忠，付强，张阳，罗敏；英文编辑:周序林，郑玉才)

Mechanism and model analysis with vegetation restoration in arid valley area of western Sichuan

YANG Yu-lin，YAN Wu-xian，YOU Ji-yong，CHEN An-quan，WU Yu-feng，ZHANG Hao，LI Jia-yong
(Sichuan Academy of Forestry，Chengdu 610081，P.R.C.)

Dry valleys，rocky desertification and desertification areas are all difficult for afforestation.Vegetation restoration in dry valleys has become the focus and difficulty of land greening and ecological management.The terrain and climate environment in the arid valley area of western Sichuan are complex，and this area are challenged by many limiting factors of vegetation restoration.The breakthrough of key technology and theory has been a bottleneck problem to be solved urgently.Based on the analysis of the formation process，site conditions，vegetation succession trend and existing problems in the arid valley area of western Sichuan，this paper summarizes the experience of success and failure of the vegetation restoration in the history of the region.From the restoration of vegetation species selection，irrigation，soil preparation，planting technology，protection of the vegetation restoration suitability model，theoretical and practical basis for the restoration of vegetation in the arid valley area is proposed.

dry river valley；vegetation restoration；limiting factor；site condition

S72

A

2095-4271(2016)06-0604-06

10.11920/xnmdzk.2016.06.003

2016-09-10

杨育林(1982-)，男，汉族，四川通江人，博士，工程师.研究方向:森林培育.E-mail:8162306＠qq.com

鄢武先(1966-)，男，汉族，教授级高工.研究方向:森林培育.E-mail:972569952＠qq.com

四川省省级公益性科研院所基本科研项目(JB2016-13)