草本植物的貢獻及其在水土生態系統中的地位與作用

孫發政,黃成燕,胡 榮

(深圳市大自然生態園林技術有限公司,廣東 深圳 518131)

1 草本植物的認識發展歷程

1.1 認識草本植物

歷史上提到“草”,通常帶有貶義色彩,如“草包”“草草了事”“草菅人命”。草的經濟價值、生態價值和文化價值,如今已得到充分認識與肯定,來之不易。1984年6月,錢學森院士在《內蒙古日報》上發表題為《草原、草業和新技術革命》的文章,同年12月在中國農業科學院學術大會上作題為《迎接第六次產業革命 建立農業型知識密集產業——農業、林業、草業、海業和沙業》的報告,將草業列為第六次產業革命的主要內容[1］。20世紀90年代初,筆者主持完成“類蘆種質資源的開發利用”課題,通過中國工程院院士專家組的鑒定,達到國際先進水平,成功地走出了一條草種國產化的道路,獲得國家發明專利。1994年,李毓堂先生出版60萬字的《草業》專著,任繼周院士為該書作序“是第一本關于草業的專著”“既是史論,也是發展論”,錢學森評價《草業》專著“真是草業的洋洋大觀,好得很”。至此,立草為業的局面從理論上初步呈現,農業、林業、草業成鼎立之勢。

1.2 小小草,大生態,新時代

2017年6月6—8日,在重慶召開的“全國草牧業科技創新成果交流暨產業化現場觀摩研討會”上,筆者提出將“草”納入“山水林田湖”的建議,得到與會草業界代表的一致響應,并寫入會議紀要中。2017年7月19日,中央全面深化改革領導小組第三十七次會議上,習近平總書記在談及建立國家公園體制時說“堅持山水林田湖草是一個生命共同體”,將“草”納入“山水林田湖”,真正使草登入大雅之堂。同年10月,“統籌山水林田湖草系統治理”寫入黨的十九大報告。此后,國家林業局改為國家林業和草原局,中國農業大學、北京林業大學等高校成立了草業學院。草業進入了新的發展時代。

1.3 草本植物與人類文明

隨著人類的定居,原始農業開始出現,這是人類馴化和利用野生草本植物的開端。人類在長期勞動中逐漸熟悉了一些草本植物的生長規律,慢慢培育了稻、粟、麥、玉米等糧食作物,逐漸從狩獵、采集經濟,過渡到農耕經濟。當今已是知識經濟時代,進入了數字化、智能化的文明社會,草與人類仍息息相關。

在現代生態農業體系中,草發揮了巨大作用。在玉米地里,害蟲更喜歡取食雜草,雜草客觀地保護了玉米,從而實現作物豐產豐收;在獼猴桃種植園里,同理自然生長的雜草保護了獼猴桃不生蟲害,還可利用林下雜草養鵝喂雞,禽類糞便又能培肥林下土壤,促進果樹生長,實現生態經濟良性循環。

草本植物對人類的貢獻不僅體現在農業方面。在環境方面,草能夠調節氣候、防風固沙、凈化空氣、清潔水體、保持水土;草可以作為中藥材資源、飼草飼料、基因庫資料等被人類利用;草在土壤形成、水源涵養、物質循環、園林綠地等方面都起著至關重要的作用;草在運動場草坪、觀賞花卉、文學藝術、旅游休閑等文化方面也扮演著重要角色[2］。

2 水土生態內涵

2.1 水土生態系統

自然的本質是在一定氣候條件下的水土生態系統的生物多樣性[3］。水土生態指水、土、植被在其運動和演化過程中的一切關系的總和,圖1為水土生態系統示意。水土生態系統中的水、土、植被是廣義的,冰川、沙漠、荒漠、鹽湖等也是水土生態的特殊表現形式。地球上類型多樣的生態系統,孕育、滋養著豐富的生物多樣性。大自然是由水、土、植被三大要素構成的生態景觀,水、土、植被相互聯系、相輔相成、不可分割的關系是水土生態的深刻內涵。

圖1 水土生態系統示意

2.2 水土生態是物質與能量的“倉庫”

人類生產生活及動物生長發育所需要的物質與能量,來源于水土生態系統(見圖2)。自然界的生物能量來源是陽光,地球上水土生態系統中的植被,將光能轉化為化學能,提供給食物鏈中的生物,維持其生命活動所需要的能量。

圖2 人類生產生活與水土生態的關系

2.3 水土生態與氣候

氣候主要是指水熱條件,一定區域的熱量狀況取決于這個區域在地球上所處的位置,而引起區域水熱條件變化的主要原因是地球的自轉和公轉。而水土生態是在一定氣候條件下的水、土、植被相互聯系、相互作用的關系,“農業八字憲法”也是在一定氣候條件下農業所遵循的規律(見圖3)。

圖3 水土生態與氣候的關系

2.4 水土生態與山水林田湖草沙

山水林田湖草沙是基于生命共同體理念的系統性的生態保護和修復,強調的是自然生態系統的原真性、完整性、關聯性和系統性[4］。山水林田湖草沙是不同類型的自然景觀,它們存在著本質上的聯系,水土生態概括了自然界所有的生態景觀和生態系統類型(見圖4)。

圖4 山水林田湖草沙與水土生態系統的關系

3 地球水土生態系統中的草本植被

3.1 地球植被分布

圖5為地球陸地水土生態系統中的植被分布。一般情況下,林中有草,林草不分家。任何植物種都不是單獨地生活,總是與其他植物生活在一起。例如,北京燕山山脈分布了蒙古櫟(Quercusmongolica)群落,植被組成中有喬木、灌木和許多草本植物。草本植物如耐陰的寬葉薹草(Carexsiderosticta)、比較喜光的三裂繡線菊(Spiraeatrilobata)、蒼術(Atractylodeslancea)、委陵菜(Potentillachinensis)等。

圖5 地球陸地水土生態系統中的植被分布

3.2 代表性植被系統

3.2.1 非洲熱帶稀樹草原

非洲熱帶稀樹草原占大陸面積的40%,是典型的草本植被[5］,主要由禾本科的須芒草屬(Andropogon)、黍屬(Panicum)等構成,還有從屬的雙子葉草本植物。

3.2.2 我國類似稀樹草原

位于云南干熱河谷、海南島北部、雷州半島和臺灣的西南部,大多是次生的,主要由熱帶禾草類組成的草本植物群落,以禾本科植物種類居多。主要草本植物有:鴨嘴草屬(Ischaemum)、香茅屬(Cymbopogon)、黃茅(Heteropogoncontortus)、蜈蚣草(Eremochloaciliaris)、鷓鴣草(Eriachnepallescens)、華三芒草(Aristidachinensis)、石芒草(Arundinellanepalensis)、斑茅(Saccharumarundinaceum)、芒(Miscanthussinensis)等。

3.2.3 淡水草本植被

淡水植被是跨帶植被,又叫隱域植被。我國淡水高等植物總數在50種以上,由于水生環境差異小,因此南方和北方有許多種類是相同的。水生植物一般都是草本植物,如菹草(Potamogetoncrispus)、篦齒眼子菜(Stuckeniapectinata)等。

4 草本植物在水土生態系統中的地位與作用

4.1 山水林田湖草沙一體化保護和系統治理

2018年5月,全國生態環境保護大會第一次在北京召開,習近平總書記作重要講話,指出“山水林田湖草是生命共同體”;2023年7月,全國生態環境保護大會第二次在北京召開,習近平總書記作重要講話,指出“堅持山水林田湖草沙一體化保護和系統治理”。

山水林田湖草沙一體化保護和系統治理是生態文明建設的重要內容,是破解生態難題的必然要求,關系到美麗中國建設進程,關系到國家生態安全和中華民族永續發展。我國草地資源近4億hm2,包括草原、草山草坡、林間隙地等,主要有內蒙古呼倫貝爾大草原、錫林郭勒大草原,新疆伊犁草原,西藏那曲高寒草原、若爾蓋大草原等,位居世界第二,約占國土面積的40%,是我國主要江河源頭區和水源涵養區,重要的生態屏障,多位于邊陲地區和少數民族地區,其保護與治理事關國家的生態安全、經濟發展戰略和民族團結與進步。

4.2 植被(草)與水土不可分割是水土生態的要義

水土生態是對生態環境新的理論概括,從自然規律揭示和實踐經驗視角來看,水土生態理論對于認識和解決當代地球生態環境危機,厘清思維邏輯、科學途徑及問題本質,在科學上推陳出新具有重要意義。山水林田湖草沙一體化保護和系統治理,本質上是水土生態的保護和修復問題。

地球上有水土的地方必然有植被生長,植被的生長又培育和保護著水土資源。水土生態三大要素中,植被是第一生產者,是所有生物的能量來源,是生態系統的關鍵要素;水土是環境系統的主導要素[6］。草本植被在地球上分布最為廣泛,在水土生態系統中具有舉足輕重的作用,在山水林田湖草生命共同體中的基礎地位十分重要。

4.3 草本植物在礦山水土生態修復中的應用

以深圳水徑大型礦山群為例,該項目占地面積171.3萬m2,開挖土石方4 445.1萬m3,生態修復面積119.6萬m2,生態修復工程歷時14 a(2008—2022年)。草是生態修復的先鋒植物和植物群落的重要組成部分,在礦山生態修復中不可或缺,特別是在生態修復初期,草本植物生長快速,可保持水土,為后續喬灌木生長及野生植物繁衍創造較好的立地條件。草本植物措施的研發、創新和應用,使深圳水徑大型礦山群生態修復難度較大的治理區域全部復綠,實現了防治水土流失、改善生態景觀的預期效果。該項目草本植物的創新性應用技術,主要包括組合噴草技術、草本植物營養體噴混技術、先鋒短命草種技術、生物磚排水技術、動態采種利用技術及山塘水源自流滴灌技術等6種[7］。

4.4 水土生態理論在礦山生態修復中的應用

深圳是我國最早的經濟特區,城市開發強度大、速度快,在全國是少有的,城市水土流失、生態破壞問題非常突出,因此較早開展了邊坡研究和治理工作,取得了一系列的經驗和成果。據統計,深圳市曾經遺留各類裸露山體邊坡達669處,不僅造成嚴重的水土流失,還嚴重影響城市生態景觀。這些裸露邊坡大部分屬于巖質邊坡,無土、缺水、少肥,生態修復難度極大。將水土生態理論應用于礦山生態修復工程中,就是要抓住水、土、植被三大要素,解決好這三大要素的問題,礦山生態修復就會取得成功。

實踐是推動理論與技術創新的源泉。人與自然的關系尋根溯源歸結為人與水的關系、人與土的關系、人與植被的關系,即人與水土生態的關系。人類生產與建設不斷地改變和破壞著自然水土生態,但同時也在建立新的人工水土生態。礦山開采及其生態修復,是人類破壞自然水土生態、建立新的人工水土生態的典型之一。

5 結語

草本植物對于生態環境的重要意義舉足輕重,特別是在水土生態系統中的作用和地位十分重要。水土生態理論統一了生態、環境、資源互不融通的問題,概括了地球上各類生態系統,找到了生態環境領域的共同理論基礎。水土生態是地球上一切生態系統的基礎,關乎地球上氣候變化、生物多樣性喪失等重大生態危機。深圳市水務學會已成立了水土生態專業委員會,2023年召開的第4屆全國水土生態高峰論壇已被列入中國科協《重要學術會議指南(2023)》,前3屆論壇已構建了由超過1 000人參與的水土生態討論平臺,希望在此成果基礎上,早日成立國家級水土生態專業委員會,發展水土生態學這一重要的新學科,為保護地球生態環境做出貢獻。