鄒厚遠(yuǎn),焦菊英

(西北農(nóng)林科技大學(xué),中國科學(xué)院水利部水土保持研究所,712100,陜西楊凌)

黃土丘陵溝壑區(qū)抗侵蝕植物的初步研究

鄒厚遠(yuǎn),焦菊英?

(西北農(nóng)林科技大學(xué),中國科學(xué)院水利部水土保持研究所,712100,陜西楊凌)

土壤侵蝕作為山區(qū)生態(tài)系統(tǒng)退化最主要的驅(qū)動力,嚴(yán)重干擾著植被的發(fā)育演替過程,植被則通過采用不同的繁殖方式、形態(tài)與生理補(bǔ)償?shù)确绞絹砜朔瓦m應(yīng)土壤侵蝕造成的負(fù)面壓力,使植物本身對土壤侵蝕環(huán)境的適應(yīng)性增強(qiáng),繼而發(fā)展成為可抵抗土壤侵蝕的植物和群落。凡具有適應(yīng)土壤侵蝕環(huán)境能力,能在土壤侵蝕條件下生存,并能保護(hù)改良土壤和具有防止土壤侵蝕的作用,具有繁殖更新能力,可維持群落穩(wěn)定與可持續(xù)發(fā)展的植物,稱之為抗侵蝕植物。在對黃土丘陵溝壑區(qū)植被恢復(fù)中不同抗侵蝕植物進(jìn)行分類、及其侵蝕學(xué)特征與土壤侵蝕環(huán)境演變特征分析的基礎(chǔ)上,提出從土壤侵蝕學(xué)觀點(diǎn)出發(fā),對植被恢復(fù)過程中先后出現(xiàn)的植物和群落的形態(tài)學(xué)、生理學(xué)和生態(tài)學(xué)特征及防蝕功能進(jìn)行系統(tǒng)研究,以更好地發(fā)揮植物和植被保持水土與改善環(huán)境的生態(tài)功能。

土壤侵蝕環(huán)境;抗侵蝕植物;水土保持植物;植物抗侵蝕特征

1 抗侵蝕植物概念的提出

土壤侵蝕是影響植被發(fā)育并受植被反作用的一種生態(tài)應(yīng)力[1],不但會通過降低土壤的持水能力和養(yǎng)分積累來脅迫植物群落的發(fā)生與演替[2-3],降低植被的蓋度與物種的數(shù)量[4-5],并通過機(jī)械作用力破壞植物根系,使得根莖比減少,加速植被的逆向演替過程[4,6],而且會減少土壤對種子的保持力,造成種子的流失,使得土壤種子庫密度減小[7],并影響著種子的萌發(fā)及建植[8]。植物定植是植被恢復(fù)演替最為敏感的階段[9],受種子活性與定植微環(huán)境特征的影響,決定著種子的萌發(fā)、出苗及成活[10-12],而種子活性、出苗與成活是植物生長發(fā)育的關(guān)鍵[13],影響著植物種群與群落的結(jié)構(gòu)特征及植被恢復(fù)的程度?？梢?土壤侵蝕作為山區(qū)生態(tài)系統(tǒng)退化最主要的驅(qū)動力,嚴(yán)重影響和干擾著植被的發(fā)育演替過程,始于種子的形成發(fā)育,且貫穿于植物的整個生長發(fā)育過程,干擾著種子的活性、再分布、萌發(fā)、定植、群落結(jié)構(gòu)以及植被的空間分布格局。

然而,即使在非常嚴(yán)重的土壤侵蝕地區(qū),依舊有植被生存、演替與繁衍,可見,土壤侵蝕不只是植被演替的負(fù)干擾或?yàn)?zāi)害,也是植被進(jìn)化與適應(yīng)的動力。植被可通過采用不同的繁殖方式、形態(tài)與生理補(bǔ)償?shù)葋砜朔瓦m應(yīng)土壤侵蝕的這些負(fù)面壓力,使得植物本身對侵蝕環(huán)境的適應(yīng)性增強(qiáng),在土壤侵蝕環(huán)境下得以生存發(fā)展。例如:在土壤侵蝕嚴(yán)重的黃土丘陵區(qū),高頻率出現(xiàn)的優(yōu)勢物種達(dá)烏里胡枝子(Lespedeza davurica)在不同立地條件下,光合生理有近似“休眠”狀特征,具有維持高水勢、低蒸騰耗水和高水勢、延遲脫水的耐旱性特征,對外界因子變化的敏感性最低,受大氣和土壤環(huán)境因子的影響最小,抗旱性最強(qiáng),這是其長期適應(yīng)黃土丘陵區(qū)半干旱侵蝕環(huán)境的結(jié)果;演替后期穩(wěn)定群落的優(yōu)勢物種白羊草(Bothriochloa ischaemun),其葉片內(nèi)含有大量氨基酸及生物活性物質(zhì),它可能利用這些物質(zhì)進(jìn)行滲透調(diào)節(jié),維持低水勢,從而防止脫水,其耐旱機(jī)制屬于低水勢忍耐脫水類,白羊草還可在短時(shí)間內(nèi)迅速完成生長發(fā)育,根莖繁殖使其更適合于作為水土保持植物[14]。在美國和日本的火山灰沉積侵蝕區(qū)的研究表明,植物抵抗土壤侵蝕在很大程度上決定于根系的發(fā)育形態(tài)[15],在土壤表面不穩(wěn)定的生境中,生長良好的多年生植物經(jīng)常是營養(yǎng)繁殖占優(yōu)勢[16],大多數(shù)常見物種發(fā)育有廣延的根系或者發(fā)育良好的根狀莖等[17]。在芬蘭北部沿海地區(qū)侵蝕沙地的試驗(yàn)表明,沼生植物如 Carex rostrata和高柳(Salix phylicifolia)樹的成活率較高(分別為 30%和 80%)而被認(rèn)為是該區(qū)的抗侵蝕植物[18]。在西班牙北部,物種Brachypodium ramosum、Bupleurum fruticescens、Genista scorpius、Plantago albicans和 Thymus vulgaris通常出現(xiàn)在泥灰?guī)r區(qū)的高侵蝕區(qū)域和黏土區(qū)的輕度侵蝕區(qū)域,也就是說這些物種經(jīng)常會在干燥黏土區(qū)的退化輕的立地環(huán)境和濕潤泥灰?guī)r區(qū)侵蝕強(qiáng)烈的立地環(huán)境被發(fā)現(xiàn),而 Erucastrum nasturtiifolium、Lithodora fruticosa和 Santolina chamaecyparissus 3個物種在 2種基巖區(qū)域均為抗侵蝕植物[19]?？梢?在土壤侵蝕環(huán)境下生存的植物具有其特殊的品質(zhì),可抵抗土壤侵蝕造成的各種脅迫壓力,對土壤侵蝕環(huán)境具有一定的適應(yīng)能力,繼而發(fā)展成為可抵抗土壤侵蝕的植物和群落。

因此,將凡具有適應(yīng)土壤侵蝕環(huán)境能力,能在土壤侵蝕條件下生存,并能保護(hù)改良土壤和具有防止土壤侵蝕作用,具有繁殖更新能力,可維持群落的穩(wěn)定與可持續(xù)發(fā)展的植物,稱之為抗侵蝕植物?？梢?抗侵蝕植物必須具有 3個條件,即:具有適應(yīng)土壤侵蝕環(huán)境的能力,能在侵蝕條件下生存;具有防止土壤侵蝕的作用,能防止土壤侵蝕的形成;能保護(hù)和改良土壤,從而提升土壤的抗侵蝕能力。而由抗侵蝕植物單優(yōu)勢種或共優(yōu)勢種構(gòu)成的植物群落,稱之為抗侵蝕植物群落。筆者所指土壤侵蝕環(huán)境是能生長植物,降水時(shí)受到雨滴濺蝕和徑流沖刷而使自身連同植物遭到損壞的土壤環(huán)境。土壤侵蝕環(huán)境具備 3個條件:能生長植物;降水時(shí)會受到雨滴濺蝕和徑流沖刷;這種濺蝕力和沖刷力造成土壤自身連同植物一起而受到損壞。在植被恢復(fù)過程中,抗侵蝕植物(或群落)將隨著植被的恢復(fù)演替與土壤侵蝕環(huán)境的改變而發(fā)生著相應(yīng)的變化;同時(shí),土壤侵蝕環(huán)境隨著植被恢復(fù)過程中土壤侵蝕條件的不同而不同,逐漸向著有利于植物恢復(fù)的良好條件發(fā)展。

這里,需要指出的是,抗侵蝕植物的概念是從土壤侵蝕學(xué)的觀點(diǎn)出發(fā),通過對植被恢復(fù)的研究而提出來的,是對植被自然恢復(fù)演替過程中不同抗侵蝕優(yōu)勢植物消長變化規(guī)律的研究成果。

2 抗土壤侵蝕植物與水土保持植物的區(qū)別

在水土保持科技文獻(xiàn)中,常常遇到水土保持植物這個概念,那么,什么是水土保持植物?它與抗侵蝕植物有何不同呢?

水土保持植物概念是依據(jù)人工造林種草的研究而提出來的,一般是指水土保持工作中用于保護(hù)土壤和防止水土流失的植物。通常認(rèn)為植被的水土保持作用是喬木樹種和人工林 ＞灌木和灌木林 ＞多年生人工草地 ＞1年生人工草地 ＞1年生作物農(nóng)地。而且在水土保持工作中,往往重視喬木,而忽視灌木和草本,不論從各地上報(bào)的統(tǒng)計(jì)數(shù)字,還是國家公布的數(shù)字,都是喬木林面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于灌木林面積,人工草地面積則最少。在陜西省安塞植被實(shí)地調(diào)查時(shí)也發(fā)現(xiàn),目前進(jìn)行的退耕還林實(shí)踐中,魚鱗坑造林面積很大,而很難發(fā)現(xiàn)人工草地。

依據(jù)水土保持作用的大小,重視喬木和人工林是對的,但從適應(yīng)土壤侵蝕環(huán)境的能力方面來考慮,由于喬木樹種要求土壤和立地條件比較高,一般都需要在土壤和立地條件比較好,土壤侵蝕程度比較輕的環(huán)境中才能生長,所以它們適應(yīng)土壤侵蝕環(huán)境的能力是比較低的。實(shí)際上,除了個別情況外,一方面整地質(zhì)量高(改善了土壤侵蝕環(huán)境),另一方面遇到 2、3年合適的降水(土壤含水量較高,土壤水分環(huán)境也比較穩(wěn)定),苗木才能得以順利成活、生存下來,而在大多數(shù)情況下,苗木成活率與保存率低,生長狀況差,往往年年造林不見林。這一現(xiàn)象,在森林草原和草原帶表現(xiàn)的最為突出。

雖然,有文獻(xiàn)提到水土保持植物有抗旱、耐瘠薄等抗逆能力[20],但很少提到植物抵抗土壤侵蝕的特征。王晗生等[21]認(rèn)為,典型而嚴(yán)格的水土保持植物是本身具有能夠快速覆蓋地表面的潛在生長特性的植物,與其特定的近地表分枝習(xí)性及根蘗性、蔓生性密切相關(guān),否則就不能稱之為水土保持植物;但這種說法只強(qiáng)調(diào)了植物通過占據(jù)覆蓋地面的特性來保護(hù)土壤的功能,并不能反映植物能否適應(yīng)侵蝕環(huán)境的能力。吳欽孝等[22]認(rèn)為,植被在一定的條件下,即具有良好的結(jié)構(gòu)、一定的覆蓋度、一定數(shù)量的枯枝落葉層、發(fā)達(dá)的根系和一定的年齡條件下,才能發(fā)揮良好的水土保持作用;但在侵蝕環(huán)境下要達(dá)到這些條件,也首先需要植物能適應(yīng)這種立地環(huán)境。

因此,在以往的水土保持實(shí)踐中,引進(jìn)的植物可能具有較強(qiáng)的水土保持能力,但往往引入的物種對生境適應(yīng)性卻一般,植物會很快退化,而致使水土保持效果不能持久。如 20世紀(jì) 80年代初期,在黃土高原飛播的沙打旺(Astraga lus adsurgens)和人工種植的紅豆草(Onobrychis viciaefolia),5年后逐漸衰亡;20世紀(jì) 50—70年代在梁峁頂上造林,5～10年后多為小老頭樹或死亡;1999年陜北清澗縣油松(Pinus tabulaeformis)造林 40萬余株,僅存活 100余株,被群眾戲稱為“梁山好漢”。在水土保持植物的選擇方面,早期更多的是強(qiáng)調(diào)其保持水土的作用大小,并注重所選植物的經(jīng)濟(jì)、飼用、藥用與景觀美化等實(shí)用功能[23-26],而忽視了植物適應(yīng)侵蝕環(huán)境的能力。隨著水土保持實(shí)踐的積累,水土保持植物的選擇則越來越重視物種的生態(tài)適應(yīng)性,如依據(jù)在江西省寧都縣的花崗巖侵蝕區(qū)和德安縣的第四紀(jì)紅壤侵蝕區(qū) 3年的定位試驗(yàn),通過對出苗率、成活率、平均分蘗數(shù)、覆蓋度、地上部分浸水密度、根系鮮質(zhì)量、地上部分生物鮮質(zhì)量、有機(jī)質(zhì)等指標(biāo)的觀測與綜合評價(jià),從 19種草本植物中優(yōu)選出的水土保持草本植物,即糖蜜草(Melinisminuciflora)、柱花草(Styiosanthesguianensis)、棕葉狗尾草 (Setaria palm ifolia)、雞眼草(Kummerowia strata)、馬塘草(Digitaria sanguinalis)5種草本植物在花崗巖侵蝕區(qū)生長良好;畫眉草(Eragrostis pilosa)、黑麥草(Lolium perenne)、狗牙根(Cynodon dactylon)、假儉草 (Eremochloaop hiuroides)和蘇丹草(Sorghumsu dauense)5種草本植物在第四紀(jì)紅壤侵蝕區(qū)生長良好;而百喜草 (Palspalum notatum)和寬葉雀稗(Paspalum wettsteinit)2種草本植物在花崗巖侵蝕區(qū)和第四紀(jì)紅壤侵蝕區(qū)都生長良好[27]。李永紅[28]認(rèn)為,在水土保持工程設(shè)計(jì)中,水土保持植物的選擇,要根據(jù)適地適樹的原則,強(qiáng)調(diào)樹種多樣化,符合自然生長規(guī)律,形成長期穩(wěn)定的生態(tài)群落,同時(shí)達(dá)到了水土保持與景觀美化的效果。

因此,筆者提出的抗侵蝕植物的概念,不僅反映了植被恢復(fù)過程中植物的侵蝕學(xué)特征,而且也能用于指導(dǎo)人工造林種草實(shí)踐。從水土保持植物的概念,也可以看出,它與抗侵蝕植物的不同點(diǎn)在于缺少適應(yīng)侵蝕環(huán)境的能力,這一點(diǎn)很重要,正是基于這一點(diǎn),可以說,抗侵蝕植物概念是對水土保持植物概念的補(bǔ)充與發(fā)展。

3 抗侵蝕植物分類

以黃土丘陵溝壑區(qū)植被恢復(fù)過程中植被演替階段與生長型來劃分,可將抗侵蝕植物分為:1)一年生草本植物,如狗尾草(Setaria viridis)、豬毛蒿(Artemisia scoparia);2)多年生根莖禾草植物,如厚穗賓草 (Aneurolepidium dasystachys)、香茅草 (Hierochloe odorata);3)多年生根蘗性草本和半灌木植物,如鐵桿蒿(Artemisia gmelinii)、茭蒿 (Artemisia giraldii)、長芒草(Stipa bungeana)、達(dá)烏里胡枝子,以及短根禾草,如白羊草;4)灌木植物,如狼牙刺(Sophora viciifolia)、黃薔薇 (Rosa xanthina)、沙棘 (Hippophae rhamnoides)、虎榛子 (Ostryopsis davidiana);5)喬木植物,如側(cè)柏(Platycladus orientalis)、杜梨(Pyrus betulaefolia)、山楊 (Populus davidiana)、甘肅山楂(Crataegus kansuensis)。其中:一年生草本植物與多年生根莖禾草植物適應(yīng)土壤侵蝕環(huán)境的能力比較強(qiáng),同時(shí)具有一定程度的防止土壤侵蝕的作用;灌木和喬木植物適應(yīng)土壤侵蝕環(huán)境的能力比較弱,而防止土壤侵蝕的作用很強(qiáng);多年生根蘗性草本和半灌木植物適應(yīng)土壤侵蝕環(huán)境的能力適中,而防止土壤侵蝕作用的能力小于灌木和喬木植物,卻大于一年生草本植物和多年生根莖禾草植物。

4 不同抗侵蝕植物的侵蝕學(xué)特征

由于土壤侵蝕關(guān)聯(lián)到一系列的生態(tài)因子,包括土壤顆粒、有機(jī)質(zhì)、養(yǎng)分、水分、土壤物理性狀、土壤微生物與動物等,而且對植被的影響也是全方位的,從種子發(fā)育到植物生長與植被初始發(fā)育,從群落結(jié)構(gòu)到更新,從先鋒群落出現(xiàn)到頂極群落建成,無一不受到土壤侵蝕的影響;因此,植物的抗侵蝕(或侵蝕學(xué))特征是指凡與適應(yīng)土壤侵蝕環(huán)境能力相關(guān)的植物形態(tài)、解剖、生理、生態(tài)學(xué)特征特性,與植物保護(hù)土壤與防止土壤侵蝕作用相關(guān)的植物和土壤特征特性,也包含在植物的侵蝕學(xué)特征之列。黃土丘陵溝壑區(qū)植被恢復(fù)中不同類型抗侵蝕植物的侵蝕學(xué)特征主要表現(xiàn)如下。

1)一年生植物。在黃土丘陵溝壑區(qū)森林草原帶,退耕地、撂荒地及嚴(yán)重退化的過度放牧地和人工林采伐地等次生裸地,植被極其稀少,土壤表層堅(jiān)硬、干燥,降雨時(shí)通過雨滴對土壤直接產(chǎn)生的濺蝕以及地表徑流對土壤造成的沖刷,引起嚴(yán)重的水土流失。這就是黃土丘陵溝壑區(qū)侵蝕裸地上,植物和植被起始的生長環(huán)境。只有具有較強(qiáng)的適應(yīng)侵蝕環(huán)境的能力,才能在這種嚴(yán)酷的生態(tài)條件下生存。狗尾草、豬毛蒿等一年生植物就是這樣的植物,這類植物種子量大(包括原來土壤中貯存的種子與外來侵入的種子),種子發(fā)芽需要的資源相對較少,發(fā)芽生長速度快,具有一定的抗旱力,能迅速地形成群居體,從而在裸地上定居下來,雖然在群居體形成過程中,必然有不少種子、種苗甚至植株反復(fù)地被沖刷或毀壞,但終究會以少量或部分個體死亡為代價(jià),獲取以群居體為表現(xiàn)形式的種的生存。群居體一旦形成,就以形成大量的須根系(狗尾草)或直根系(豬毛蒿),以及在植株上結(jié)出大量果實(shí)種子的形式,為以后固定土壤與種的繁榮創(chuàng)造有利的條件。不難看出,這類植物具有一定的防止土壤侵蝕的作用,并具有較強(qiáng)的適應(yīng)侵蝕環(huán)境的能力,成為侵蝕裸地上最初的植物群落。

2)多年生根莖連生禾草植物。如厚穗賓草,具有發(fā)達(dá)的根狀莖和須根系,加之地上密集的純植叢或群居體,其保護(hù)土壤和防止土壤侵蝕的作用優(yōu)于1年生草本群落。同時(shí),根莖繁殖加上種子繁殖,能迅速擴(kuò)展空間,亦具一定的抗旱力,其適應(yīng)土壤侵蝕環(huán)境的能力也是比較強(qiáng)的,但是,種子和無性繁殖體的來源少于 1年生植物,所以,它構(gòu)成的群落晚于 1年生群落,亦屬土壤侵蝕裸地上比較早期的群落。在草原帶,因狗尾草、豬毛蒿等 1年生植物種子來源稀少,厚穗賓草與另一種多年生根莖禾草香茅草成為侵蝕裸地上最初的植物群落。

3)多年生草本半灌木植物。前述多年生草本和半灌木中,有的植物(鐵桿蒿、茭蒿、白羊草、達(dá)烏里胡枝子)的種子萌發(fā)需要含水量較高和水分條件比較穩(wěn)定的土壤環(huán)境,有的植物(鐵桿蒿、茭蒿)以根蘗繁殖為主,結(jié)實(shí)量不高,有的植物(白羊草)以短根莖繁殖為主,結(jié)實(shí)量少,種子質(zhì)量遠(yuǎn)低于森林帶,有的植物(長芒草)也以根蘗繁殖為主,結(jié)實(shí)量遠(yuǎn)低于草原帶,再加之這些植物一般不能形成純植叢(單優(yōu)勢種群落),而以 2或 3種共優(yōu)勢種相互配置形成多優(yōu)勢種群落,由于這些情況,致使它們形成的群落不能最先占領(lǐng)侵蝕裸地,而只能在以上草本植物群落中逐漸發(fā)展起來,顯然,這些植物及由它們組成的多年生草本半灌木群落,其保護(hù)土壤和防止土壤侵蝕的作用優(yōu)于以上草本植物,且為木本群落的生長創(chuàng)造了有利條件。

4)灌木植物。前述幾種灌木中,狼牙刺種子大小中等略偏小,硬子多,具有不同的生理后熟時(shí)間,萌發(fā)時(shí)需水量大,且該植物及種子的分布呈離散態(tài);黃薔薇果實(shí)(內(nèi)含種子)大,生理后熟時(shí)間長,萌發(fā)時(shí)需水量大;沙棘種子大小中等偏小,萌發(fā)時(shí)對水分條件要求高,且該植物主要以根莖繁殖與擴(kuò)展;虎榛子種子大小中等略偏小,萌發(fā)時(shí)不僅對水分條件要求高,對養(yǎng)分條件要求也高,且該植物分布稀少,種子產(chǎn)量也少等,由于以上情況,這些植物適應(yīng)侵蝕環(huán)境的能力不強(qiáng),不能直接占領(lǐng)侵蝕裸地,只能在土壤條件良好的多年生草本半灌木群落中生長。無疑,這些灌木群落保護(hù)土壤與防止土壤侵蝕的作用明顯優(yōu)于各類草本群落。

5)喬木植物。在前述幾種喬木中,由于側(cè)柏果實(shí)(內(nèi)含種子)大,種子萌發(fā)需水量大,且該樹種已分布稀少;杜梨果實(shí)(內(nèi)含種子)中等大小,種子生理后熟時(shí)間長,萌發(fā)需水量大,該樹種分布亦已稀少;山楊種子細(xì)小,對萌發(fā)條件要求很高,該樹種分布已極少見,主要以根莖繁殖與擴(kuò)展;甘肅山楂果實(shí)(內(nèi)含種子)大,種子生理后熟時(shí)間長,萌發(fā)需水量高,該樹種亦已分布稀少。所以,這些樹種適應(yīng)侵蝕環(huán)境能力低,不可能直接占領(lǐng)侵蝕裸地,只能在土壤條件更為良好的灌木群落中生長。這些樹種構(gòu)成的森林,雖然林木郁閉度一般不高,但林間灌草層發(fā)育茂盛,其保護(hù)土壤與水土保持作用要明顯優(yōu)于灌木群落。

5 土壤侵蝕環(huán)境分級與植物選擇

在森林草原帶植被恢復(fù)過程中,土壤侵蝕環(huán)境也在發(fā)生著演變,向著有利于植物生長發(fā)育的方向發(fā)展。植被恢復(fù)過程中,按土壤侵蝕程度輕重的不同,土壤侵蝕環(huán)境的演變可分為 6個等級。

1級土壤侵蝕環(huán)境。這是土壤侵蝕程度最為嚴(yán)重的一類,是指退耕地、撂荒地上 1年生植物生長的土壤環(huán)境。其特征是:植物稀少,覆蓋度 0.2～0.3以下,地表凹凸不平,多細(xì)溝;無雨時(shí)土壤裸露、堅(jiān)硬,干燥瘠薄;降水時(shí)雨滴濺蝕和徑流沖刷嚴(yán)重?fù)p壞土壤與植物,植物生長難度很大。這種環(huán)境條件下,可選擇狗尾草、豬毛蒿等具有較強(qiáng)適應(yīng)土壤侵蝕環(huán)境能力的 1年生草本植物。

2級土壤侵蝕環(huán)境。是指 1年生草本群落生長數(shù)年后形成的土壤環(huán)境,土壤侵蝕程度較前一類稍好,仍較嚴(yán)重。特征是:植物蓋度 0.6～0.7以上,仍有 30%～40%的裸露地表,地表形態(tài)變化較小,降雨時(shí)土壤侵蝕仍較嚴(yán)重,植物生長依然難度較大。這類土壤侵蝕環(huán)境條件下,可選擇適應(yīng)土壤侵蝕環(huán)境能力較強(qiáng)的多年生根莖禾草,如厚穗賓草等植物。

3級土壤侵蝕環(huán)境。這是厚穗賓草群落 10年后形成的土壤環(huán)境。特征是:植物蓋度 0.7～0.8,裸露地表和細(xì)溝減少,抗蝕性和抗沖刷力得到一定的提高,降水引起的土壤侵蝕達(dá)到一定程度控制,植物生長條件開始好轉(zhuǎn)。這類土壤侵蝕環(huán)境條件下,可選擇適應(yīng)侵蝕環(huán)境能力中等的鐵桿蒿、茭蒿、長芒草、白羊草、達(dá)烏里胡枝子等一類多年生草本和半灌木植物。

4級土壤侵蝕環(huán)境。這是鐵桿蒿 +茭蒿 +長芒草、鐵桿蒿 +長芒草(陰坡),長芒草 +鐵桿蒿、長芒草 +鐵桿蒿 +達(dá)烏里胡枝子(頂部),茭蒿 +長芒草+白羊草、白羊草 +達(dá)烏里胡枝子(陽坡)等多年生草本半灌木群落生長 20年后形成的土壤環(huán)境。特征是:植物蓋度 0.7～0.8,植物總蓋度 ＞1.0,絕大部分地表被植物覆蓋,細(xì)溝已少見,土壤有機(jī)質(zhì)含量較高,結(jié)構(gòu)發(fā)育良好,抗蝕性和抗沖刷力得到進(jìn)一步提高,小雨不產(chǎn)生徑流,中至短時(shí)大雨引起的水土流失較嚴(yán)重,植物生長條件較為有利。這種土壤侵蝕環(huán)境,為適應(yīng)侵蝕環(huán)境能力較低的灌木生長創(chuàng)造了有利條件。

5級土壤侵蝕環(huán)境。這是狼牙刺(陽坡),黃薔薇、沙棘、虎榛子(陰坡)等灌木群落生長 20多年后形成的土壤環(huán)境。陽坡灌木層蓋度 0.45～0.55,草本半灌木層 0.4～0.6,總蓋度 0.95～1.0;陰坡灌木層蓋度 0.7～0.9,草本半灌木層 0.1～0.4,總蓋度＞1.0。土壤疏松,有機(jī)質(zhì)含量較高,結(jié)構(gòu)發(fā)育良好,抗蝕性能較高,抗蝕力較強(qiáng),土壤侵蝕得到有效控制,只有暴雨和長時(shí)間大雨才引起水土流失,植物生長條件有利。這類土壤侵蝕環(huán)境,為適應(yīng)土壤侵蝕環(huán)境能力低的喬木樹種的生長創(chuàng)造了有利條件。

6級土壤侵蝕環(huán)境。這是側(cè)柏林(陽坡、陰坡)、側(cè)柏 +杜梨林、山楊 +甘肅山楂林(陰坡)等森林群落生長 20年后的土壤環(huán)境。陽坡森林喬木層郁閉度 0.4～0.5,灌木層蓋度 0.5左右,草本半灌木層0.5～0.7,總蓋度 ＞1.0;陰坡森林喬木層郁閉度0.5～0.7,灌木層蓋度 0.5～0.6,草本半灌木層 0.6～0.8,總蓋度 1.2～1.5。土壤疏松,有機(jī)質(zhì)含量較高,結(jié)構(gòu)良好,抗蝕性能和抗蝕力較強(qiáng),土壤侵蝕得到有效控制,植物生長條件有利。這類土壤侵蝕環(huán)境,是土壤侵蝕最輕的一類。

6 結(jié)論與討論

在黃土丘陵溝壑區(qū)森林草原帶植被恢復(fù)過程中,一方面是植被遵循一年生草本群落—根莖禾草群落—叢生禾草和叢生根蘗性半灌木群落—灌木群落—疏林的演替過程,以及植物由偏旱生向偏中生的中生化過程,另一方面也是植物和群落防止土壤侵蝕的作用不斷增強(qiáng),及土壤侵蝕環(huán)境良性發(fā)展的過程。植物適應(yīng)侵蝕環(huán)境的能力卻是多種多樣和各不相同的,且對侵蝕環(huán)境的適應(yīng)能力與防蝕作用也是不完全等同或成正相關(guān)的。隨著植被逐步得到恢復(fù),植物和群落對侵蝕環(huán)境的適應(yīng)力與改造力(或者說作用力與反作用力)二者是處于不斷良性互動和有利影響之中,而最后達(dá)到植物和群落與土壤侵蝕環(huán)境二者相互協(xié)調(diào)均衡地發(fā)展。

過去人們主要是從植被演替理論和水分生態(tài)學(xué)觀點(diǎn)對這一過程進(jìn)行研究,而沒有從侵蝕學(xué)觀點(diǎn)對其進(jìn)行分析,這是不全面的。在黃土丘陵區(qū)進(jìn)行植被恢復(fù)研究,必須具有侵蝕學(xué)的觀點(diǎn),且把這一觀點(diǎn)與群落學(xué)和水分生態(tài)學(xué)緊密結(jié)合起來共同進(jìn)行研究,才能深刻揭示植被恢復(fù)過程的生態(tài)學(xué)實(shí)質(zhì)。黃土丘陵溝壑區(qū)的植被,既是它們長期適應(yīng)該區(qū)氣候和土壤的結(jié)果,同時(shí)也是它們長期適應(yīng)黃土丘陵地貌和土壤侵蝕環(huán)境的產(chǎn)物。今后這方面的研究任務(wù),主要是對植被恢復(fù)過程中先后出現(xiàn)的優(yōu)勢植物和群落,及其他的植物和群落,從土壤侵蝕學(xué)觀點(diǎn)出發(fā),對它們的形態(tài)學(xué)、生理學(xué)和生態(tài)學(xué)特征及防蝕功能進(jìn)行系統(tǒng)研究,提出完整的抗侵蝕植物理論框架和應(yīng)用方法,以更好地發(fā)揮植物和植被保持水土與改善環(huán)境的生態(tài)功能。

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Erosion-resistant p lants in the Hilly-gullied area of the Loess Plateau

Zou Houyuan,Jiao Juying
(Institute of Soil and Water Conservation,Chinese Academy of Sciences and Ministry ofWater Resources,Northwest A＆FUniversity,712100,Yangling,Shaanxi,China)

Soil erosion is themost important driving force for the degradation of up land and mountain ecosystems,and interferes with the process of plant community development and plant succession.However,plant can overcome the stresses caused by soil erosion through the various breedingways and themorphological and physiological compensation.In the processof resisting soilerosion,the adaption of plant to soil erosion environment is increasing,and plant community development can resist soil erosion.Therefore,erosion-resistant plant is considered that plant not only can adapt to soil erosion environment,survive in soil erosion condition,but also can protect and improve soil,prevent soil from erosion,regenerate itself and maintain the stability and sustainable developmentof plant community.The erosionresistantp lants was classified into different groups,and the soil erosion-resistant characteristics of plant and the development features of soil erosion environment of vegetation restoration process in the Hillygullied Loess Plateauwere analyzed.In order todevelop the ecological function of plantand community to conserve soil and water and improve environment preferably,it is suggested that morphological,physiology and ecological features and erosion control function of successive plants and communities in the vegetation restoration process need to be investigated systematically in the view of soil erosion science,and the theoretical frame and application method of erosion-resistant species need to be put forwarded.

soil erosion environment;erosion-resistant plant;soil and water conservation plant;erosion-resistant characteristicsof plant

2009-05-14

2009-10-26

項(xiàng)目名稱:國家自然科學(xué)基金“黃土丘陵溝壑區(qū)土壤種子庫分布格局及植被恢復(fù)的土壤侵蝕解釋”(40771126)

鄒厚遠(yuǎn)(1934—),男,研究員。主要研究方向:植被區(qū)劃與恢復(fù)生態(tài)學(xué)。

?責(zé)任作者簡介:焦菊英(1965—),女,研究員,博士。主要研究方向:植被恢復(fù)與水土保持環(huán)境效應(yīng)評價(jià)。E-mail:jyjiao@ms.iswc.ac.cn

(責(zé)任編輯:宋如華)