石漠化治理的地境再造模式研究

黄景春, 王 玲, 宁立波

(1.河南省地质环境监测院,河南 郑州 450006;2.中国地质大学(武汉)环境学院,湖北 武汉 430074)

石漠化是“石质荒漠化”的简称，指喀斯特地区的植被、土壤裸露转变为岩石喀斯特景观的过程[1].我国石漠化的分布面积占国土面积的1/3，不仅造成巨额的经济损失，而且致使我国西南等地的大部分山区民众的生活仍处于贫困线以下.国家对石漠化治理非常重视，诸多学者结合科研实践和治理实践总结出了目前应用广泛的几种治理模式，即封山育林、人工模拟构建近自然生态林、林草植被恢复模式、综合治理模式、生态农业模式、生态经济型治理模式，混合农、林、牧经营模式，小流域综合治理模式、生态工程技术治理模式等[2-4].

任何生态问题本质上都可以归结为地质问题[5]，石漠化治理不仅仅是植被恢复，任何治理模式都需从地质的角度出发，研究植被生存的地质条件，进而进行植被恢复才是治理的根本.因此作者以生态地质学理论为指导，从植物地境再造入手，探索石漠化治理的新模式.

1 地境再造模式

植物生境包括地上部分和地下部分，生态地质学理论将植物的地下生境( plant below-ground habitat) 简称为“地境”[6].它是植物生存的地下空间，由土壤、部分母质及包含在其中的水分、盐分、空气、有机质等构成.从植物生态学的角度看，植物地境具有明显的层片规律，不同植物类型占据不同深度的地境范围，是不同植物对不同地境条件适应后的自然反应.而植物长势不好的原因在于植物对地境条件的不适应.地境的生态学意义不仅在于它是植物生存繁衍不可或缺的资源提供者和活动空间，更重要的是,植物的许多形态学特征和生理行为产生的原因，都有可能通过地境的结构分析获得重要的信息和部分解答[6].

植物地境范围与植物类型、气候条件、地形地貌、水土条件、根系空间密切相关.根据研究报道，植被地境深度在中高纬度区一般在0～100 cm[6]，在这个范围内乔木、灌木和草本植物的根群以与地表植物对应的根系层片有规律分布在地境的不同深度，即不同深度空间存在着资源异质性，为不同深度植物根群提供相应的资源供应，互不干涉，有规律地存在着[7,8].这个部位如果从水文地质学的角度看属于包气带的非饱和带范围，在这个范围内水分以悬挂毛细水、结合水、汽态水等形式存在，这些水分的运移并不完全符合达西定律，而是更多以温度、水汽分压驱动为主，符合热力学规律.对于植物发育而言，水热条件是必要的，因此在植物地境范围内主要考虑土水势的作用和运移规律.

基于以上理论，提出植物的地境再造模式，所谓地境再造即是以人工的方式依据治理区的地形地貌、植物地境特点及拟选择物种塑造适于植物生长的地境条件，既要求有相应的空间和深度，也要有满足植物要求的水土条件和肥分.

1.1 研究区植物地境条件调查

植物的地境特征受限于区域的气候条件、地形地貌、地层岩性、土壤组分、有机质及肥分含量、水盐含量等诸多因素，而且植物的生存和生长是受诸多条件协同作用影响的，不仅仅是某一个因子的变化而导致的，从这个意义上说植物生态学中的关键因子理论有值得商榷之处.因此，对一个地区进行植物地境再造的前提是对该地区植物地境的特征调查，首先是对气候条件的研究，在现实中不可能塑造一个热带植物的地境来种植干旱区植物，所以气候条件的掌握是极其重要的；其次是对本地优势种植物群落的调查，此项工作可以通过植物样方完成；第三是植物根群层片规律调查，通过样坑开挖来进行，根据文献[6]的研究植物地境深度在地表以下100 cm范围内，因此样坑开挖深度略深于此即可，在调查剖面上进行植物根统计，分粗根、中根、细根进行统计分析，运用根系频率反映根群层片规律；第四是地境温度、水、土、肥等的数据分析，土壤温度和水分运用仪器现场测定，土壤的肥分等指标通过剖面分层取样，实验室测试完成，测试指标主要包括有机质、氮、磷、钾等.这些调查工作完成后，进行植物地境结构分析，总结地境特征.

1.2 植物地境再造

植物地境再造与物种选择密切相关，乔木、灌木与草本的地境要求各不相同，在石漠化地区植物地境再造以乔木和灌木为主.

1.2.1 地境空间再造

地境再造空间是指植物地境中为根系提供的发展空间，同时也包括土壤及其水肥存在的空间.此空间的适宜性与选择的物种、岩性相关，如果空间过小不能为植物提供发育所需条件，如果过大则施工困难，且成本高昂.在石漠化地区，地境空间再造实际就是种植孔的开挖，涉及到三方面问题.

(1)种植孔的角度.此主要与地形特点、岩体裂隙发育、坡度大小等有关，需要把握住以下原则，一是有利于植物最大限度地截留降雨和流水携带物，二是能够揭穿更大量的岩体裂隙，三是方便施工；

(2)种植孔的深度.虽然说植物的地境深度一般在100 cm左右，但是考虑到施工的成本和难度，不可能将种植孔深度打到100 cm，综合考虑植物习性、根系发育特性、岩体裂隙发育、施工条件等因素，可将种植孔深度确定为50 cm左右；

(3)种植孔的孔径.孔径大小并没有经验可循，但需要考虑植物根系的发育空间及孔内填充土壤量的问题，如果孔径过小显然无法为植物根系发育提供足够的空间，且填充的土壤过少也无法给植物提供在其具有自组织能力的养分支撑；但如果孔径过大，既增加施工难度和成本，也易造成岩体破碎.综合考虑以上因素，孔径确定为20 cm为宜.

图1，2分别为正在施工的种植孔和施工完成的种植孔.

图1 种植孔施工Fig.1 Planting hole construction

图2 施工完毕的种植孔Fig.2 Constructed planting hole

1.2.2 植物土壤再造

土壤既是植物生存的资源，也是立地的固持基质.因此，土壤是植物地境再造的关键环节[9].土壤再造包括以下几个环节，一是土壤基质，所选土壤最好是熟土，即已经有过种植历史，或者说是耕植土；如果条件不允许使用耕植土，那么拟用土壤最好经过短期的浸水处理，并拌入适量砂土，以增加土壤的透气性；二是土壤肥分，即便是耕植土，其所含肥分也是有限和不全面的，所以需要根据所选择物种的习性，适当地添加必要的肥分，如氮、磷、钾等，如果条件允许添加农家肥是最好的；应该注意的是，添加的肥分并非越多越好，因为种植的均是幼苗，对肥分的需求量有限；三是土壤水分，毫无疑问土壤中的水分含量是决定植物成活或自然生长的关键因子.地境中的水分一方面需要在进行地境再造时予以适当的补给，另一方面来自于岩体内部.所以，在将土壤填入种植孔时需要增加土壤的含水量，但增加的量需要依据前面所调查的当地植被地境结构中含水量而定，过小或过大都是不可取的.

1.2.3 种植过程

种植空间的逼仄性决定了地境再造中的植物种植不可能像田间或园林植物种植那样从容，而是有自身特别的种植方式，主要有以下几个步骤：

(1)验证种植孔的透水性，透水能力过差的孔不适合种植；

(2)在孔中填入孔深85%深度的土壤，并压实；

(3)将苗木种进孔中，先压实，然后稍稍提起植物，使其根系不致受困；

(4)在孔中注入适量的水.

另外，在植物全部种植后一般会有个后期养护过程，但就地境再造模式而言需要根据局地气候而定，如果在干旱半干旱地区，应根据植物情况和降雨情况，予以适当养护，即在种植一周后浇一次水，此后再根据情况决定是否浇水，但在确定植物成活后就不必再浇水养护；如果在降雨较丰富的地区，如长江以南地区，理论上是不需要养护的，除非出现极端的干旱天气.

2 应用实例

河南省宜阳县城南山地由于剧烈的人类活动，植被严重退化，生态环境遭到破坏，石漠化现象突出.2014年河南省国土厅决定对此区进行治理.此区气候干燥少雨，山体岩性为奥陶系灰岩，裂隙发育.当年，设计和施工单位运用植物地境再造方式对该石漠化区域进行治理，所选物种主要为黄栌、连翘、丁香等，种植后施工单位养护一个月，浇水二次.目前，经过近三年的检验，植物成活率达85%左右，长势良好(见图3，4).

图3 单株黄栌 图4 成片的黄栌 Fig.3 A cotinus coggygria Fig.4 Pieces of cotinus coggygria

3 讨 论

由植物成活率和覆绿效果可以看出，地境再造技术在石漠化治理中具有突出的特点，在结合治理区域地形地貌、地质条件、气象条件的前提下，强调“尊重自然，效法自然，回归自然”的生态理念，最终使植物具有自组织能力，在降低施工和养护成本的同时，实现了植被的自我生存、自我发展能力.

从理论角度看，植被地境再造是生态地质学理论与治理实践的成功结合，地境的耗散结构特性使植被系统与其环境之间有着持续的物质、能量的交换，使得系统具有自我发展、自我调节的能力，实现植物群落的自然演替和良性循环.

从恢复生态学的角度看，荒漠化治理就是重构已损害或退化的生态系统，恢复生态系统的良性循环和功能过程，植被恢复的生态效应不但影响林地本身，也影响周围的环境，进而对区域的生态平衡有所贡献[10].

从施工成本角度而言，一般的治理模式大多成本较高，很难实现大规模的治理，而此模式所需成本不到200元/m2，能够满足各种治理规模的需求.

4 结 论

(1)石漠化问题的根本是地质问题，所以解决问题的根源需从地质条件入手，无论是何种治理模式，脱离了治理区的基本地质条件，为治理而治理的结果必然是徒劳的；

(2)植物地境再造模式以生态地质学理论为指导，在查明治理区基本地质条件与植物地境特征的基础上，以人工再造的方式为植物提供适宜其生长的地境条件，再辅以适当的后期养护，不仅使植物的成活率大幅度提高，而且使得植物很快具有自组织能力，回归自然，自我成长；

(3)地境再造的关键在于：一是种植孔的构筑，孔径应在20 cm、孔深应在50 cm；二是地境再造所需的水分、肥分；三是物种选择，根据需要选择本地种和景观植物或经济植物.

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