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重慶市石漠化山地生態恢復與重建中的造林技術探討

2012-04-29 13:00:36戴國富等
湖北農業科學 2012年4期

戴國富等

摘要:中國西南喀斯特石漠化地區是中國嚴重的生態脆弱區之一,開展對石漠化的治理是西南喀斯特石漠化地區環境保護的當務之急。試驗以重慶市巖溶石漠化山地為研究對象,依據石漠化生態環境脆弱的特點,結合石漠化生態恢復治理中環境造林的原則與要求,選擇生物學特性表現為適應性強、陽性速生、耐旱、耐貧瘠、適合在喀斯特石漠化山地生態恢復治理中種植的先鋒植物山桐子為造林樹種,具體介紹了山桐子在石漠化治理中的造林技術,從而為巖溶石漠化山地的植被恢復及生態重建提供造林經驗及技術支撐。

關鍵詞:石漠化;生態恢復與重建;山桐子;造林技術;重慶市

中圖分類號:P931.5;X171.4;Q949.759.3(2719) 文獻標識碼:A 文章編號:0439-8114(2012)04-0770-06

喀斯特(Krast)一詞源自前南斯拉夫西北部伊斯特拉半島碳酸鹽巖高原的名稱,當地稱為巖石裸露的地方,因近代喀斯特研究發軔于該地而得名。其以溶蝕作用為主,還包括流水的沖蝕、潛蝕以及坍陷等機械侵蝕過程,這種作用及其產生的現象統稱為喀斯特。中國的喀斯特地貌分布廣、面積大,主要分布在碳酸鹽巖露出地區,面積約100萬km2。其中以廣西、貴州、云南、四川、重慶、青海等省(市、自治區)所占的面積最多,是世界上最大的喀斯特區域之一。石漠化(Rocky desertification)是在喀斯特脆弱生態環境下,由于人類不合理的社會經濟活動而造成的人地矛盾突出、植被破壞、水土流失、土地生產能力衰退或喪失、地表呈現類似荒漠景觀的逐漸裸露的演變過程[1],亦指在熱帶、亞熱帶濕潤、半濕潤氣候環境和巖溶及其發育的自然背景下,受人為活動干擾,使地表植被遭受破壞,導致土壤嚴重流失,基巖大面積裸露或礫石堆積造成的土地退化現象,也是巖溶地區土地退化的極端形式。中國西南地區巖溶石漠化地區作為中國六大脆弱生態系統之一,災害承受能力低,環境容量小,生態環境嚴重失衡,并且還導致生態經濟的惡性循環,已成為制約和束縛中國西南地區社會經濟可持續發展的重要障礙。對于石漠化問題,黨的十七大報告明確提出,要加強荒漠化石漠化治理,促進生態修復。在國務院批復的《巖溶地區石漠化綜合治理規劃大綱(2006-2015)》中提出,中國將用十年的時間,通過加強植樹造林、封山育林等措施,恢復改善巖溶地區的生態環境。目前,喀斯特地區已采取了多種多樣的石漠化治理模式和措施,既有林農復合、封山育林、植樹造林等生物措施,也有坡改梯等工程措施,且有些模式和措施在局部地區取得了一定的明顯成效[2-5];但是,石漠化的治理是長期而艱巨的任務,這就要求各級政府和有關部門要有長期的思想準備,不斷推出新的治理措施與技術方案。試驗在總結前人研究成果的基礎上,介紹了巖溶石漠化地區生態恢復與重建治理中的造林方法,并以鄉土生態經濟樹種山桐子(Idesia polycarpa Maxim)為例,具體介紹了山桐子的造林技術,以期為巖溶石漠化地區的植被恢復及生態重建提供一定的治理經驗和技術參考。

1重慶市巖溶石漠化概況

據重慶市林業局2005年的遙感調查數據顯示,重慶市的碳酸鹽巖分布在37個縣(區),總面積達32 721.85 km2,占重慶市土地面積的39.71%,主要集中于渝東南及渝東北。其中,碳酸鹽巖面積占土地面積50%以上的縣域有萬盛、南川、武隆、彭水、黔江、酉陽、秀山、巫溪、城口等縣(區),占30%以上的縣域有豐都、奉節、巫山等縣(區),涪陵縣和石柱縣分別為28.1%和28.5%。重慶市的石漠化土地總面積為9 256.57 km2,石漠化比率(石漠化面積∕遙感調查工作區面積)為11.23%,石漠化的發生率(石漠化面積∕碳酸鹽巖面積)為28.29%,其中,極強度石漠化的土地面積為140.22 km2,占重慶市石漠化土地面積的1.51%,強度石漠化的土地面積為1 137.21 km2,占重慶市石漠化土地面積的12.29%,中度石漠化的土地面積為5 269.30 km2,占重慶市石漠化土地面積的56.93%,輕度石漠化的土地面積為2 709.86 km2,占重慶市石漠化土地面積的29.27%[6]。由于人類經濟活動的影響,再加上巖溶區現有陡坡耕地的比率偏大,且為順坡耕作,使重慶市的巖溶地區土地石漠化現象日益加劇,石漠化土地面積不斷擴大。

重慶市巖溶地貌類型主要有巖溶山地、巖溶洼地、巖溶谷地、巖溶丘陵4種,具體見表1。其中巖溶山地面積有13 689.20 km2,占全市碳酸鹽巖總面積的41.84%;其中石漠化土地面積有6 877.69 km2,占巖溶山地總面積的50.24 %;占全市石漠化土地總面積的74.30 %,是重慶市最多的巖溶地貌類型。巖溶丘陵面積為929.57 km2,占全市碳酸鹽巖總面積的2.84%,其中石漠化土地面積為463.77 km2,占巖溶丘陵面積的49.89%,占全市石漠化土地總面積的5.01%,是重慶市最少的巖溶地貌類型。

2石漠化地區生態恢復與重建途徑

一般而言,退化土地若能退出高強度的利用,經過一定時間的休養生息后,能夠逐漸地恢復起來;但巖溶地區生態環境脆弱,尤其在人口增長和經濟發展的壓力下,讓退化的土地自然恢復就相當困難。喀斯特石漠化地區生態環境極為脆弱,一方面是指生態系統抗干擾能力差,另一方面是指一旦受到強烈的人為破壞,巖溶生態系統修復的難度非常大[7]。巖溶山地由于土少石多,土層淺薄、干燥,因此,土壤肥力極差,適于其生存繁衍的植物種類非常少,而且許多植物都難以生長或者生長緩慢,植物群落尤其是森林群落的形成需要漫長的時間,植被自然恢復相當困難。但是,有研究[8,9]表明,其土壤種子庫相當豐富;此外,即使是石漠化嚴重的區域也有一定種類、數量的植物留存,具備了植被自然恢復的基礎,可以通過采取相應的措施實現其生態恢復與重建。

迄今為止,對于石漠化脆弱生態系統的重建與恢復而言,人工干預仍然是最重要的、也是最有效的途徑。其中人工造林是迅速恢復生態系統的捷徑,其核心問題是如何盡可能快地恢復石漠化地區的森林植被,特別是要根據巖溶山地的氣候和立地條件,選擇適宜的造林樹種和造林方法,構建喬木先鋒樹種,通過采取“封、造、管、改”的綜合措施來恢復森林植被、修復森林生態系統[10],以促進現有植被的正向演替[11]。

3石漠化山地地區造林的生態環境背景

3.1人地矛盾突出,貧困與環境脆弱惡性循環

重慶市石漠化地區人口數量多、且以農業人口為主,是重慶市的主要貧困區,并且耕地面積少,耕地呈現分散、零星和不足的典型特點;以2007年為例,重慶市耕地面積僅有224.20萬hm2,人均耕地0.068 hm2,遠低于全國平均0.096 hm2的水平。更為嚴重的是,不僅耕地少,而且耕地質量差,坡耕地占耕地總面積的75%左右,加之土壤瘠薄,單位面積的產量低,使食物鏈的金字塔規模小;同時非耕地開發利用的難度大,產出率低。巖溶山區“山高坡陡、石多土少”的地表生境,使非耕地開發利用的難度更加突出[6]。由于人口膨脹對資源的需求以及經濟利益的驅使,又因為當地人民生活貧困落后、文化素質低,再加上土壤淺薄,耕地少且質量差,糧食的缺口非常大,因而擴墾坡耕地的現象屢禁不止,致使在已超負荷承載的土地上普遍出現“越窮越墾,越墾越窮”的惡性循環局面。

另一方面,不合理的土地利用方式、耕作方式以及化肥農藥的大量使用,使土壤的許多理化性質發生很大變化,引起土壤質量降低,土壤退化趨勢明顯,從而對本地區的自然生態系統破壞極大。這固然與當地農民的素質和環境意識低下密切相關,但更主要的是人口增長超過了土地的承載能力,使這些地區陷入了人口增加→過度墾殖→生態環境惡化→經濟落后→生活貧困→文化教育水平低→環境意識和計劃生育意識淡薄→人口增長的惡性循環中[12]。

3.2土層薄,土壤黏重瘠薄,保水蓄水性差

巖溶山地地形破碎,在形成土壤的碳酸鹽巖基質中,處于偏堿性的典型鈣生環境,所含元素是Ca、Mg等富鈣親石元素系列,母巖的礦物質結構簡單,轉移到土壤中的營養元素N、P、K等相對缺乏,養分含量變化大,導致土壤自然肥力低,對植物需求的營養元素供應不足[13],如重慶市巖溶山地表層土的有機質含量為12.7~33.2 g/kg,速效磷在0~18.8 mg/kg,速效鉀為52.6~149.6 mg/kg,堿解氮為82.3~134.7 mg/kg,土壤黏粒含量在30%以上,凋萎系數在20%左右,這樣的土壤不耐澇、不耐旱,土性偏冷,易板結[14]。

重慶市巖溶地區土壤類型以黃壤石灰土和黃棕壤為主,土質以黏、瘦、富鈣和偏堿性為主要特征,并且巖溶成土速率慢[15]、土層淺薄、環境容量小。巖溶發育后地表起伏度大,山高坡陡土薄(表2),土壤與母巖間缺乏C層聯系,土石粘合力差,土壤黏粒多,孔隙度小,加上暴雨沖刷嚴重,地表土層的穩定性較差,土壤的淋溶作用強烈,土壤的保水性和蓄水能力較差;雖然雨季降水較多,但仍形成經常性的地表干旱。植物不僅要忍受長達半年多的干旱缺水狀況,在雨季也常處于間隙性干旱狀態。

3.3生態結構和生態過程脆弱,適生樹種少,植被退化明顯

巖溶石漠化地區脆弱且特殊的生境對植物具有強烈的選擇性,致使本地區的植被表現為石生性、旱生性和喜鈣性;在能量利用和積累方面,巖溶環境中的植物生長速率緩慢,生物生產力與生物量均比全國其他濕熱的亞熱帶地區明顯偏低(表3)[13]。另一方面,人為毀林開荒擴地,造成大面積的原生植被受到不同程度地破壞,引起植被—土壤—環境連續體間生態平衡失調,致使區域生態環境惡化[6]。同時,植被系統的退化加劇了其生長基質——土壤系統的退化,進而導致植物生長不良,使土壤系統失去植被的保護,加重水土流失,整個土壤生態系統進入惡性循環中[16]。

3.3.1植被逆向演替重慶市石灰巖植被次生性比較突出,這是由于人類活動干擾(如亂砍濫伐、開墾及不合理經營等)或自然因素(如火災、蟲災及大面積的塌方等)造成的,使原始森林系統遭到破壞,從而使其發生了逆向于演替方向發展的過程,一般表現為森林→毀林開荒→耕地→丟荒地→裸露荒山→自然演替→地面灌叢→灌木林→采樵→坡或石漠或灌叢草坡→采石→裸露石山。

3.3.2土壤種子庫退化由于生態系統的退化使生態組成系統的種類發生變化,從而影響到土壤種子庫也發生了一定程度的改變;而土壤環境及小氣候的惡化又不利于原系統中土壤種子的發芽及生長;因此,造成原有森林生態系統的更新和撫育困難。以重慶市石灰巖植被保存較好的金佛山常綠闊葉林林地為例,其地表植被中有喬木類9種、灌木類10種、草本類17種,但土壤種子庫試驗結果,只萌發了1種喬木、2種灌木、5種草本,僅從土壤種子庫角度就已說明當地生態系統的植物關鍵種和建群種已處于退化狀態[17]。

3.4生態系統變異敏感度高,造林困難

喀斯特是一種具有特殊的物質、能量、結構和功能的生態系統,其特征是生態敏感度高、環境容量低[18]。其抗干擾能力弱,穩定性差;在森林植被遭受破壞后,極易造成水土流失、基巖裸露、旱澇災害頻繁等不良后果。巖溶地形的基礎是易溶性碳酸鹽巖,其母質的自然造土能力進程緩慢,如果人工干擾或自然流失,則成土歷程會更長,因此巖溶構成了極為脆弱的環境區。由于巖溶發育造成山地深切,導致地形破碎、巖石裸露、土壤分布不連續、土層淺薄、保水保肥力差、耕地零碎、抗災力弱,常使植物發生生理干旱,對植物選擇嚴格、環境容量低、生態系統變異敏感度高,一旦植被遭受破壞,水土流失就格外劇烈,生態系統正向演替過程速率慢且易中斷,而惡性逆向演替過程速度甚快,恢復困難。因此,石漠化山區生態治理的難度相當大,屬于造林困難的地區。

4石漠化治理中造林樹種選擇的原則與要求

4.1造林樹種選擇原則

4.1.1適地適樹原則適地適樹原則是造林的首要技術要求,根據當地的氣候、土壤等環境條件選擇適宜的樹種,再充分認識所選樹種的生態學適應特性,是否適應本地區的氣候、土壤等環境條件。由于石漠化山地的土被不連續、土層淺薄、肥力差、保水性差、水土流失量較大,而且山地裸露、無陰蔽、日照強、水分蒸發量大、臨時性干旱嚴重,還易受冷空氣襲擊產生凍害;所以,應該選用陽性、耐旱、耐低溫、耐貧瘠而又有經濟效益的樹種。

4.1.2鄉土樹種優先的原則外來樹種與鄉土樹種在經濟效益相當的情況下,應該優先選用鄉土樹種。作為鄉土樹種而言,其對于所在地理分布區域內的土壤、氣候、水分等因素具有非常強的適應性和生命力,因為這是根據植物進化體系和演替歷程而產生的樹種;此外,鄉土樹種在本地區經歷過常年性和偶發性的災害天氣考驗,種活可靠性大。所以,鄉土樹種在本地區樹種選擇上具有優先性和代表性,這有利于在比較短的時間內大面積造林,而不會因為樹種使用不當造成投入上的失誤。對于優良的外來樹種,必須在本地區經過一定時間的引種試驗,在成功后才能大面積推廣栽培[19]。

4.1.3經濟效益與生態效益統一的原則石漠化綜合治理的客觀效果就是既要有經濟效益,又要維護國家對石漠化治理所要求的生態效益。選擇適當的樹種,通過利用植物的芽、枝葉、花、果實、種子產生經濟效益,而不是通過伐木或挖根獲得經濟效益。芽、枝葉、花、果實、種子可年年產生,經過合理經營、科學管護、適當采收,能使林木生長旺盛,產量年年提高,經濟效益年年增長,生態效益也將越來越好[18]。

4.2造林樹種選擇要求

石漠化地區立地條件差,造林營林難度大,選擇適合在石漠化地區種植的樹種是開展石漠化生態修復的前提。綜合前人的研究成果[18,20],在石漠化地區造林,樹種的選擇要考慮以下幾點要求。①能忍耐土壤周期性干旱和熱量變幅的脅迫。尤其在幼苗期間,既能在土壤潮濕環境下生長,亦能抵抗土壤臨時性干旱的影響;既能在溫差小的環境下生長,亦能在夏日炎熱、天氣晝夜溫差較大的條件下不致受到灼傷或死亡。同時,在高溫、干旱綜合脅迫影響作用下,亦能照常進行生理活動。②要求根系發達,能穿越巖隙縫間,趨水趨肥性強。③易成活,生長迅速,能在短期內郁閉成林或顯著增加地表蓋度。④適宜于中性偏堿性和富鈣質土壤生長。

5以鄉土樹種山桐子為例的造林技術

5.1山桐子及其地理分布

山桐子屬大風子科(Flacourtiaceae)山桐子屬(Idesia Maxim)落葉喬木, 該屬植物在全球僅有1種。山桐子是高大落葉喬木,樹高8~15 m,樹冠呈圓錐狀塔型;樹皮淡灰色,不裂;小枝圓柱型,細而脆,黃棕色,有明顯的皮孔,冬日呈側枝長于頂枝的狀態,枝條平展,近輪生,當年生枝條紫綠色,有淡黃色的長毛。冬芽有淡褐色的毛,具4~6片錐狀鱗片;葉片大、薄,革質或厚紙質,卵形或卵狀心形,或為寬心形,長8~16 cm,稀達20 cm,寬7~14 cm,先端漸尖或尾狀,基部通常心形,邊緣有粗齒,齒尖有腺體,上面深綠色,光滑無毛,葉背面被白粉,沿葉脈有疏柔毛,葉脈腋有叢毛,基部葉脈腋更多,通常5基出脈,第二對葉脈斜升到葉片的3/5處;葉柄長6~12 cm,或更長,圓柱狀,無毛,下部有2~4個紫色、扁平的腺體,基部稍膨大。花單性,雌雄異株或雜性,花黃綠色,有芳香,花瓣缺,排列為頂生下垂的圓錐花序,花序梗有疏柔毛,梗長10~20 cm,稀疏的可為30~80 cm,有的花序梗極為粗壯;雄花比雌花稍大,直徑約12 mm;萼片3~6片,通常6片,覆瓦狀排列,長卵形,長約6 mm,寬約3 mm,被密毛;花絲絲狀,被軟毛,花藥橢圓型,基部著生,側裂,有退化子房;雌花比雄花稍小,直徑約9 mm;萼片3~6片,通常6片,卵形,長約4 mm,寬約2.5 mm,外面有密毛,內面有疏毛;子房上位,圓球型,無毛,花柱5或6枚,向外平展,柱頭倒卵圓型。漿果成熟期紫紅色,扁圓型,高3~5 mm,直徑5~7 mm,寬過于長,果梗細小,長6~20 mm;種子紅棕色,圓型。花期5~6月,果熟期9~10月。

山桐子原產于中國,主要分布于華北、華中、西南、西北等地區,如甘肅省南部、陜西省南部、山西省南部、河南省南部、臺灣省北部等17個省(市、自治區),地處北亞熱帶落葉、常綠闊葉混交林區和亞熱帶常綠、落葉闊葉林區,主要生長于海拔400~2 500 m的低山、中山區山坡、山洼等落葉闊葉林和針葉闊葉混交林中,通常集中連片分布于海拔900 m(秦嶺以南地區)至海拔1 400 m(西南地區)的山地。日本、朝鮮、俄羅斯遠東地區亦有分布[21,22]。重慶市有山桐子的自然資源,主要呈零星分布。

山桐子木材松軟,工業上可作為建筑、家具行業用材,也是制作木質器具的上好材料;林業上為山地營造速生混交林和經濟林的優良樹種;農業上因其花多芳香、有蜜腺,是養蜂業的蜜源資源植物;并且樹型優美、果實長穗,果色朱紅、形似珍珠,每到秋季碩果累累、風吹裊裊,為山地自然風景區、城市園林優良的觀賞樹種;同時果實、種子均含油脂,具有潛在的開發價值。

5.2生態適生環境

山桐子是陽性速生樹種,適應性強,耐旱,耐瘠薄,喜溫暖氣候和肥沃土壤,自然界多生于海拔500~3 000 m的雜木林中;適宜的土壤pH為6.5~7.5,在微酸性、中性和微堿性沙質土壤里亦能正常生長;在地勢向陽、土質疏松、排水良好的地方生長快、結果多、產量高。對氣候條件要求不嚴,能耐低溫(-14 ℃)、高熱(40 ℃),年降雨量在800~2 000 mm的地域都能正常生長。

根據相關研究以及在石漠化地區的引種實踐,山桐子作為鄉土樹種適合在巖溶石漠化地區生態恢復與重建治理中作為先鋒樹種引種。適合栽植的區域包括石山地、半石山地等石漠化地區;另外,也可以在荒山、荒坡、荒溝等處成片種植;還可以在房前屋后、田邊地坎、溝渠兩旁等小塊地方零星種植。

5.3造林技術

5.3.1整地為了保證造林質量,提高造林成活率,造林前要提前整地。對石山地、半石山地等石漠化地區可實行見縫插針式的塊狀整地方式,整地后的栽植穴規格至少達到50 cm × 50 cm ×30 cm。荒山、荒坡、荒溝等處的緩坡地可采用水平溝整地方式,25°以上的坡度可用大魚鱗坑整地方式,溝底或溝坡可采用水平臺式整地方式,后3種整地方式的栽植穴規格為40~60 cm × 40~60 cm × 30~40 cm。相關研究[15]表明,巖溶地區成土速度非常慢,形成1 cm厚的土層平均約需4 000年。因此在造林整地過程中要保留原有植被,不要將造林地上的雜草、灌木砍伐殆盡,而只是將定植點的雜灌木進行小面積的局部清理即可,以避免土壤養分、水分的流失。

5.3.2苗木及造林密度石漠化山地因其土壤貧瘠和地上、地下呈雙層結構,造成土壤的蓄水能力差,所以,為了提高山桐子苗木的成活率,采用二年生的苗木為宜,并且在起苗時要做到“一挖二起三修剪”,盡量保持根系完整,適當保留植株下部的側枝,切忌截取主干造林。對于造林密度的要求應區別于非石漠化地區,由于造林中實行見縫插針的方法,因此要根據實際情況靈活掌握,可適當密植,使林木盡早郁閉,株行距宜1.5 m×2.0 m,密度約為2 250~4 500株/hm2。

5.3.3造林時間與方法在造林時間的確定上,要充分了解天氣預報信息,及時做好苗木的調運工作。栽植季節宜安排在2月下旬至3月中旬,栽植時間宜選擇陰雨天、陰天,在晴天或天旱土干時不宜栽植。裸根苗栽植前要做好苗木漿根工作,有條件的話,每個栽植穴施100~200 g的復合肥或鈣鎂磷肥,先與表土混合均勻后再回填入栽植穴中,還可以使用ABT生根粉來提高成活率。總的要求是苗正、根舒、栽緊、適當深栽、不窩根。栽植深度為根際以上2~4 cm為準,大苗可深些,小苗淺些。填表土及濕土埋苗根,當填到栽植穴深度2/3左右時,把苗木向上輕提,使苗根舒展,苗木正直,再埋土使苗木達到栽植所要求的深度。踩實后回填心土及干土,分層壓實。當填土到穴滿時,再踩實,最后覆細土,并使栽植穴地面呈“饅頭狀”,當地群眾把其總結為“三埋兩踩一提苗”栽植技術。

5.3.4撫育管理剛栽植的幼苗生長緩慢,應加強撫育管理,以促進生長。①要及時松土除草,松土除草時間在春、夏季節進行,雨后天晴或烈日下及時除草的效果較好。秋季除草應在草本、灌木植物結子之前進行,以減少來年草本、灌木植物的數量。除草主要是在植苗周圍局部去除影響目的樹種生長的灌木和雜草,盡量保持林地中的植被,以形成多樹種的復層混交林,提高林分的生態功能。松土除草應持續到山桐子幼林全面郁閉時,時間大約需要3~5年[23]。②要注意排水,避免積水造成幼樹浸泡,導致幼樹死亡或高溫傷害發生。③對造林成活率低的區域應進行小塊狀撫育,時間應選擇在當年12月底及翌年3月前,及時用壯苗補植。④搞好管護工作,主要是通過對幼林進行干預,改善其生長條件,以保證人工林的穩定性。對于山桐子人工林來說,主要工作是進行修剪,在造林后2~3年為宜,修剪強度在郁閉前后為全樹高度的1/3~2/3,隨著樹齡的增長,修剪強度可達2/3,修剪時間一般為晚秋和早春[24]。此外,還要嚴禁在新造林地內放牧砍柴,防止人畜損壞。

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