楊育林，鄢武先，尤繼勇，陳安全，吳雨峰，張 好，李佳泳

(四川省林業(yè)科學研究院，四川 成都 610081)

川西干旱河谷區(qū)植被恢復機理及模式分析

楊育林，鄢武先，尤繼勇，陳安全，吳雨峰，張 好，李佳泳

(四川省林業(yè)科學研究院，四川 成都 610081)

干旱河谷區(qū)與石漠化荒地、沙化區(qū)等同屬困難立地區(qū)，其植被恢復已成為國土綠化和生態(tài)治理的重點和難點.川西干旱河谷區(qū)地形和氣候環(huán)境復雜，植被恢復限制因子多，關鍵技術和理論的突破已是瓶頸問題，急需得到進一步解決.本文通過對川西干旱河谷區(qū)的形成過程、立地條件、植被演替趨勢、存在的問題等進行系統(tǒng)分析，總結歷史上該區(qū)域植被恢復成功和失敗的經驗，從恢復植被物種選擇、灌溉方式、整地方法、栽植技術、管護等角度提出該區(qū)植被恢復適宜模式，為干旱河谷區(qū)植被恢復提供理論和實踐依據(jù).

干旱河谷；植被恢復；限制因子；立地條件

干旱河谷區(qū)是世界典型干旱氣候區(qū)類型之一，屬于生態(tài)環(huán)境極度脆弱區(qū)[1].川西干旱河谷區(qū)地處長江上游，涉及甘孜州、阿壩州、涼山州、雅安市、攀枝花市5市州，40個縣市區(qū)，總面積達133.35×104hm2，在國家生態(tài)安全格局中具有十分重要的戰(zhàn)略地位，是國家建立長江上游生態(tài)屏障的重點區(qū)域，也是四川省“十三五”期間“綠化全川”的主要區(qū)域，與石漠化荒地、鹽堿地、沙區(qū)等同屬生態(tài)治理的重點和難點[2].近年來，國家通過生態(tài)轉移支付、生態(tài)治理工程項目在川西地區(qū)的阿壩州、甘孜州、雅安市等川西干旱河谷區(qū)開展了生態(tài)修復試點示范，從實施的結果來看，在植被的成活率、生長質量以及發(fā)揮的生態(tài)、經濟和景觀效益并不理想[3]，究其原因有對川西干旱河谷區(qū)復雜多變的自然生態(tài)環(huán)境掌握不夠準確；植物物種的選擇未完全做到“適地適樹”；生態(tài)、經濟和景觀效益未充分結合；造林后林地植被未得到良好的灌溉和管理等[4].本文通過對川西干旱河谷區(qū)的形成及植被演替過程、生態(tài)修復理論、生態(tài)恢復存在的問題、植被恢復模式等的分析，以期為干旱河谷區(qū)植被恢復、綠化全川項目實施、造林規(guī)劃設計等提供理論和實踐依據(jù)，生態(tài)、經濟和景觀效益得到充分發(fā)揮.

1 干旱河谷區(qū)概念和植被演替分析

干旱河谷區(qū)是指氣候炎熱、干燥的河谷地區(qū)，“干旱”和“炎熱”指水分和熱量條件，“河谷”為地形因素[5]，區(qū)域年均氣溫5-22℃，1月平均氣溫-3-15℃，7月平均氣溫16-28℃，年降雨量324.7-817 mm，年蒸發(fā)量1725-2570 mm.我國干旱河谷區(qū)主要分布在西南橫斷山區(qū)，涉及四川省、云南省、貴州省和西藏部分地區(qū)[6]，可分為干熱河谷、干暖河谷和干溫河谷三種類型[7].川西干旱河谷區(qū)主要分布在四川境內的雅礱江和金沙江中下游，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兩側山地，地理范圍介于東經98°-104°，北緯26°-33°之間，涉及甘孜州丹巴縣、阿壩州汶川縣等40個縣市區(qū)，與我國西北的黃土高原區(qū)、西南喀斯特地貌區(qū)、濱海及內陸鹽堿地等并列為幾大困難立地區(qū)域之一[8].根據(jù)《中國自然地理》對我國氣候類型的劃分，川西干旱河谷區(qū)屬干旱半干旱氣候類型[9].由于川西干旱河谷區(qū)地處青藏高原東南緣，具有盆地向高原過渡獨特的地理和氣候環(huán)境，特別是在植被類型上與其他旱區(qū)存在明顯的差異，屬“河谷薩王納植被”類型[10].川西干旱河谷的形成是從第四冰川期開始，印度洋板塊向歐亞大陸板塊漂移，使川西地區(qū)隨青藏高原急劇抬升，形成南北走向的橫斷山脈，河谷狹長，地形閉塞，導致西南印度洋季風與東南太平洋季風在該區(qū)域前進受到阻礙，自南向北熱量與水分逐漸降低，隨青藏高原的持續(xù)抬升，川西干旱河谷區(qū)干旱可能進一步加劇[11].川西干旱河谷區(qū)在川西地區(qū)本地人常稱呼為“干壩子”或“干熱壩子”.后來一些學者從降雨量、蒸發(fā)量等水分因子的角度將干旱河谷區(qū)劃為干旱和半干旱區(qū)，也有從海拔、地形和水分因子的角度稱為亞高山旱區(qū)[12].

川西干旱河谷區(qū)植被演替經歷了一個漫長的歷史過程，從山脈抬升、風化殼、孢粉等遺跡分析，川西干旱河谷類型多樣，不同區(qū)域的植被演替特征存在具體差異，但整體演替趨勢呈現(xiàn)共同性[13]，如川西干旱河谷區(qū)植被現(xiàn)狀分布是隨青藏高原、橫斷山脈抬升和近代人為干擾的綜合作用結果[14]，2.8億年前，川西地區(qū)還是一片遼闊的海洋，氣候溫暖，海洋動植物發(fā)育繁盛；2.1億年前，由于板塊運動，橫斷山脈脫離了海浸；8000萬年前，該區(qū)域氣候濕潤，叢林茂盛；距今200-300萬年時間內，形成如今統(tǒng)一的大高原地貌類型，且落葉闊葉林廣泛分布；距今約1萬年，川西河谷植被中松屬、榿木屬、櫟屬等木本，禾本科、莎草科、蓼科等草本依然茂盛[15]；后來隨著區(qū)域氣候逐漸變干變熱，特別是人為活動的加強，如過渡開墾、砍伐和放牧使得川西干旱河谷區(qū)植被類型逐漸呈現(xiàn)出從針闊混交林-稀樹灌木草叢-灌木草叢-草叢-稀草草坡-裸地或裸巖的演替過程[16].目前，岷江等流域干旱河谷區(qū)開始出現(xiàn)木旋花、酸胖等蒺藜科、旋花科溫帶荒漠草本植物，表明川西干旱河谷呈現(xiàn)出荒漠化趨勢[17].

2 川西干旱河谷區(qū)立地區(qū)劃分析

川西干旱河谷區(qū)依據(jù)不同的分類標準可劃分為不同的類型，依據(jù)水分和地形因子有劃分為干旱河谷和半干旱河谷2種形態(tài)[18].王金錫根據(jù)溫度、水分和地形因子對川西干旱河谷的成因、生態(tài)環(huán)境進行分析，將川西干旱河谷按熱量條件劃分為干熱河谷、干暖河谷和干溫河谷[7].紀中華等依據(jù)植被修復水源的不同，歸納出適水灌溉系統(tǒng)、集水灌溉系統(tǒng)和雨養(yǎng)生態(tài)系統(tǒng)3個類別[19].張建輝根據(jù)土壤類型將干旱河谷區(qū)分為燥紅土-干熱河谷、褐紅土與黃紅壤-干暖河谷、燥褐土-干溫河谷及灰褐土-干涼河谷；根據(jù)土壤母質類型分為洪積、坡積、殘積、沖積、塌積、湖相沉積等立地類型[20].熊東紅等依據(jù)干旱河谷區(qū)巖土性質，將其分為階地礫石層、元古界變質巖片巖、上新統(tǒng)砂溝組砂礫巖、早更新統(tǒng)泥質沉積物4種不同類型坡地[21].張俊佩等依據(jù)干旱河谷生態(tài)植被退化程度的差異，將其分為輕度退化型、中度退化型、重度退化型、強度退化型和極強度退化型[22].

之前的諸多立地條件分類方法僅依據(jù)一個或幾個土壤、溫度、地形等環(huán)境因子進行劃分，而川西干旱河谷區(qū)地理氣候環(huán)境復雜多樣，一個和幾個環(huán)境因子很難準確描述具體立地類型，從而精準的指導生態(tài)植被恢復.植被類型是生態(tài)環(huán)境因子綜合作用的結果，所有環(huán)境因子最終都是通過植被類型來體現(xiàn)立地條件，直接依據(jù)植被類型來劃分干旱河谷區(qū)立地條件或者進行分類具有科學性.通過分析，結合川西干旱河谷區(qū)生態(tài)植被分布特征將立地類型區(qū)劃為裸地裸巖、荒草坡、灌草地、疏林灌草地和次生林地5種類型，裸地裸巖，幾乎沒有草本和木本植物生長；荒草坡，僅生長有一年或多年生草本，土壤較為干旱、土層較薄，植被自我更新能力較差；灌草地，生長有灌木和草本植物，植被具備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，植被中出現(xiàn)了稀疏的樹木，灌叢生長較好，林地土壤種子庫較豐富，土層更厚，植被自我更新力較強；次生林地，川西干旱河谷區(qū)由于惡劣的自然環(huán)境和人為的破壞，原始森林已未見分布，立地條件較好的區(qū)域，如部分水熱環(huán)境較好的陰坡和河谷盆地分布有部分次生林，次生林地屬較穩(wěn)定的亞頂級植物群落對區(qū)域生態(tài)平衡發(fā)揮著重要的作用.

3 川西干旱河谷區(qū)植被恢復生態(tài)理論分析

川西干旱河谷造林已有半個世紀的歷史，很多造林區(qū)域仍未見植被覆蓋，在造林技術和工程措施的選擇及應用上缺乏系統(tǒng)生態(tài)理論指導，對區(qū)域水分、土壤、氣溫、光照等生態(tài)因子的限制作用和生態(tài)系統(tǒng)的演替規(guī)律重視度不夠，總結多年的造林成功與失敗經驗，川西旱河谷區(qū)植被恢復模式需要充分結合以下幾方面生態(tài)學原理.

相對動態(tài)演替理論.生態(tài)植被修復必須在一定的環(huán)境條件下，經過一定的時間過程，而生態(tài)環(huán)境總是處在不斷的動態(tài)變化之中，植被修復應根據(jù)環(huán)境的動態(tài)變化特點，以恢復生態(tài)系統(tǒng)功能為目標，建立和現(xiàn)實環(huán)境、氣候相協(xié)調生態(tài)系統(tǒng)結構，且不是直接簡單的重建過去的生態(tài)系統(tǒng).演替是有規(guī)律性和有方向性的，正向演替過程一般是生物群落向多樣性、復雜性方向發(fā)展，生態(tài)系統(tǒng)越來越穩(wěn)定、生產力逐步提高，最后達到頂級群落，但正向演替的方向也是多樣的，可能會有多個端點[23].干旱河谷區(qū)立地條件相對較差，植被恢復需要更長的時間逐步改善立地環(huán)境，應遵循生態(tài)系統(tǒng)自身的演替規(guī)律，從草-灌-喬的演替方向，循序漸進構建生態(tài)系統(tǒng)，一步建立頂級生態(tài)系統(tǒng)群落往往會導致失敗[24].

生物多樣性理論.從層級上講，生物多樣性包含遺傳多樣性、物種多樣性、生態(tài)系統(tǒng)多樣性以及景觀多樣性四個層級[25].生物多樣性是生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的基礎，群落中物種越多，生物鏈、生物網的結構越復雜，能量流動、物質循環(huán)和信息傳遞就越暢通，抵抗外界的干擾能力越強[26].在植被恢復中，從遺傳和物種多樣性的角度，應增加植物種類，避免樹種單一、植被簡單的問題.在生態(tài)系統(tǒng)多樣性方面，需建立分解者、消費者以及生產者均能生存的生態(tài)環(huán)境，如結合林果生態(tài)系統(tǒng)的建立，進行植被恢復.景觀多樣性的角度，應注重植被空間結構、功能機制、時間動態(tài)的多樣化，如注重恢復植被喬灌草的搭配，常綠與落葉樹種的搭配，闊葉與針葉樹種的搭配[27].如甘孜州燕子溝、阿壩州理縣畢棚溝的彩葉林景觀多樣性配置取得了顯著的景觀效應.

平衡協(xié)調原理.能量流動、信息傳遞、物質循環(huán)是生物群落和生態(tài)系統(tǒng)的基本特點，物質和能量在生態(tài)系統(tǒng)中的輸入輸出應保持平衡[28].在穩(wěn)定的生物群落和系統(tǒng)中，能量和物質的產生應是大于或等于消耗量，才能保證生物群落和生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定與平衡.如果輸入量小于輸出量，群落和結構就會受到損害，生態(tài)功能就會降低.輸入與輸出比率越大，系統(tǒng)和群落的正向演替越迅速，相反既逆向演替越快.在植被修復時，特別是在建立人工植物群落過程中，要結合生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定協(xié)調性，物質和能量輸入和輸出的比例關系，在植被修復早期必須輸入更多的能量和物質，給生態(tài)系統(tǒng)更多的演替動力，可加速生物群落的正向演替，到穩(wěn)定狀態(tài)的中后期，在輸出能量和物質的同時，應輸入等量的能量和物質，確保生態(tài)系統(tǒng)正向演替而不出現(xiàn)退化[29].故在干旱河谷區(qū)植被恢復初期應注重施肥、灌溉等物質和能量的輸入措施，確保生態(tài)系統(tǒng)正向演替.

生態(tài)因子影響原理.所有生態(tài)系統(tǒng)中，植物群落的組成和結構都是各種生態(tài)因子綜合作用的結果，生態(tài)因子各自發(fā)揮著不同的作用，他們相互影響，同時又受到制約[30].任何生態(tài)系統(tǒng)中，多種生態(tài)因子總是同時存在，共同發(fā)揮功能，但有部分因子在生態(tài)系統(tǒng)全部演替進程中，或者某一個階段起主導或限制作用，稱為主導因子[31].掌握生態(tài)因子的作用機理，在干旱河谷區(qū)退化生態(tài)系統(tǒng)植被恢復中，須把生態(tài)系統(tǒng)當成一個有機整體去考慮，了解系統(tǒng)中所有生態(tài)因子的綜合功能，分析其中的主導因子，掌握主導生態(tài)因子的作用機理，才能提高一個生態(tài)系統(tǒng)植被修復的效率，如在川西干旱河谷區(qū)植被恢復過程中，土壤水分和肥力是影響植被恢復的主導因子，在很大程度上決定植被恢復的成敗，在植被恢復過程中應重點解決.

4 川西干旱河谷區(qū)植被恢復模式分析

川西干旱河谷植被恢復模式的探索經歷了曲折的過程，有成功的經驗，如會理的石榴、丹巴的蘋果、瀘定的櫻桃經濟林，大小涼山的云南松防護林，取得了顯著的經濟或生態(tài)效益；也有失敗的教訓，如汶川青土山蘋果園整體滑坡，茂縣至汶川的道路塌方等，與造林灌溉模式選擇不當密切相關.總結相關經驗，提出干旱河谷植被恢復模式的選擇應遵循如下規(guī)律.

根據(jù)川西干旱河谷區(qū)氣候環(huán)境特點，可采取封山育林和人工栽種植被的恢復方式進行生態(tài)植被的恢復，在植物物種選擇上，需選擇耐旱耐熱耐瘠薄、抗逆性強、適生性廣、萌芽力強、根系龐大的植物種；要求林份能快速生長，在短期內郁閉成林，自我修復和更新力強，具有固氮功能，且有較高的經濟價值，能產生經濟效益.川西干旱河谷區(qū)既干又熱、“焚風效應”頻發(fā)的氣候環(huán)境決定了植被恢復需要充足的水源灌溉，灌溉需充分考慮經濟適用性和可持續(xù)性，如利用高程差引水、集雨灌溉等方式進行灌溉，積極探索使用微水灌溉、保水劑等新型實用技術，謹慎采用提灌模式進行灌溉.川西干旱河谷區(qū)土地立地條件相對較差，坡度較大，植被恢復需要整地，提高土壤匯水、集水、保水和保肥能力，整地模式應依據(jù)不同的地形條件考慮局部或全面整地，如坡改梯、水平階、水平溝、撩壕、高壟等帶狀局部整地，穴狀、魚鱗坑、大塘等塊狀局部整地方式.栽植植被需根據(jù)綠化區(qū)的立地條件，選擇喬木、灌木和草本中一種或多種進行搭配，苗木可采用容器苗，結合生根粉的使用，栽植后采用薄膜、草皮、石塊等覆蓋.造林時間可選在在春季、雨季或秋季進行造林.干旱河谷區(qū)土壤貧瘠，缺乏有機質，植被恢復需要施用有機肥料，特別是經濟林需要充足的有機肥提高土壤肥力.整地和栽植需要有造林專業(yè)技術人員現(xiàn)場指導和監(jiān)督，確保造林技術落實到位.植被栽植后需要加強撫育管理，實時灌溉，防止過渡砍伐、放牧等的破壞.

本文通過總結四川省汶川縣綿虒鎮(zhèn)、丹巴縣聶呷鄉(xiāng)、漢源縣富林鎮(zhèn)等地區(qū)近1萬畝的干旱河谷植被恢復過程中取得的成功經驗和存在的不足，結合川西干旱河谷立地類型、氣候環(huán)境、植被、土壤等的特點，提出采用循序漸進的方式，裸地裸巖覆土播種草本、荒草坡播種或栽植灌木、灌草地和疏林地栽植喬木、次生林地封育保護為主的植被恢復模式[32]，詳見表1.

表1 川西干旱河谷區(qū)生態(tài)植被恢復模式Table 1 Ecological vegetation restoration model in the arid valley area of western Sichuan

5 川西干旱河谷區(qū)植被恢復問題及成因分析

川西干旱河谷區(qū)植被蓋度低，客觀原因包括降水少、蒸發(fā)量大、“焚風效應”、地質破脆、土壤貧瘠等自然因素[33]，但如大渡河上游很多灌木草坡在幾十年前仍被櫟類等高大喬木所覆蓋，甚至在1998年洪災爆發(fā)之前，大面積砍伐仍在進行，可見人為破壞或管護不當也是導致川西干旱河谷區(qū)植被逆向演替的重要原因.從降低人為破壞，搶救性恢復的角度，近30年來，國家先后實施了“天保工程”、“退耕還林工程”、“長防”、“長治”等林業(yè)生態(tài)工程，但川西干旱河谷區(qū)植被恢復造林保存率低、生長不良、土壤質量未得到有效改善等問題一直存在，如岷江上游雜谷腦流域干旱河谷區(qū)的造林，在造林7年后保存率下降為65%，到16年后則僅剩38%，林下土壤理化性質甚至出現(xiàn)下降趨勢[2].分析其原因，一是喬灌草搭配不當，長期以來，重喬木栽植，輕灌木和草本植被的現(xiàn)象嚴重，很多裸地和極度干旱草坡區(qū)原本不適宜喬木生長，年年栽植，多年不見“一片綠”；二是樹種選擇不當，干旱河谷區(qū)植被恢復一直處于探索階段，如過去一些區(qū)域栽植了大量的輻射松但成活率一直偏低，即使部分苗木成活后生長質量也不高，許多成為“老頭樹”，同時也未充分考慮針葉和闊葉、常綠和落葉、速生與慢生、喜光和耐陰、深根與淺根樹種的搭配，成林慢，改善環(huán)境能力差，一旦失去人為養(yǎng)護，則不能正常生長，發(fā)揮不出應有的生態(tài)、經濟和景觀效益；三是重生態(tài)林輕經濟林，過去栽植的樹木大都突出生態(tài)功能，能否產生直接經濟效未充分考慮，當?shù)卦S多農牧民為了生計，生態(tài)林栽植后也被砍伐，換植其他經濟林樹種，浪費了大量的造林資源；四是整地不科學，由于川西干旱河谷區(qū)一般坡度較陡，整地難度大，大都采用小穴整地，保水、保土和保肥性能低，苗木很難渡過第一個干旱季節(jié)；五是栽植不合理，栽植時未施用有機底肥、保水劑，表土上也未采取薄膜、草皮、石塊等保水覆蓋措施，水分被大量蒸發(fā)，水肥的缺乏不利于植被生長；六是缺乏有效的灌溉措施，過去植樹造林未充分考慮人工灌溉，過渡依賴雨水，而川西干旱河谷區(qū)冬春旱季持續(xù)時間較長，達7個月之久，僅靠雨水無法滿足植被生長用水需求，水分不足成為造林成活的限制性因子；七是未有效管護，造林后，任其自生自滅，人畜踐踏嚴重，未進行持續(xù)灌溉，加上病蟲害等的危害，川西干旱河谷區(qū)造林一直未能達到理想的預期效果.

6 川西干旱河谷區(qū)植被恢復建議

一是以鄉(xiāng)土樹種或經過長期馴化栽培的植物種為主體，優(yōu)先考慮具有固氮功能、能速生成林的先鋒植物種；二是造林要給當?shù)剞r牧民帶來直接經濟收入，結合精準扶貧、造林致富，做到生態(tài)、經濟和社會效益相結合，針對農牧民聚居區(qū)和交通干線造林要充分考慮人居環(huán)境的改善和景觀效應的提升，做到“綠化”“美化”和“香化”相結合；三是在部分水肥條件相對較好的河谷盆地和陰坡地帶，植被生長較好，可劃定為保護小區(qū)，封山育林進行保護；四是加大對干旱河谷區(qū)植被恢復的科學研究，如對土壤水分和肥力的承載力研究，植被恢復綜合模式研究，管護方式創(chuàng)新等的研究，為川西干旱河谷大尺度綠化儲備科技條件.

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(責任編輯:李建忠，付強，張陽，羅敏；英文編輯:周序林，鄭玉才)

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

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

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

四川省省級公益性科研院所基本科研項目(JB2016-13)