退化林地生態(tài)恢復(fù)措施研究*
——以克拉瑪依市為例

陳澍宇，高美蓉，王秀云，陳秀娟，徐曉云，宋緒忠，楊華

(1.成武林業(yè)局，山東 成武 274200；2.浙江省林科院，浙江 杭州 310023)

克拉瑪依市石油、礦產(chǎn)資源豐富，是我國(guó)重要的石油石化產(chǎn)業(yè)基地。城市地處干旱荒漠區(qū)，生態(tài)環(huán)境脆弱，是個(gè)典型的缺水型城市。隨著近年來(lái)南部荒漠林地不斷退化，植被防風(fēng)固沙能力逐漸減弱，位于古爾班通古特沙漠前沿的城市南部區(qū)域固定、半固定沙丘趨于活化、流動(dòng)，掩埋油井、道路等現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。城市區(qū)域沙塵天氣頻繁，風(fēng)沙災(zāi)害嚴(yán)重，亟需采取有效措施恢復(fù)退化的南部荒漠林，重構(gòu)功能穩(wěn)定、強(qiáng)大的森林生態(tài)系統(tǒng)，以防風(fēng)固沙，維護(hù)區(qū)域生態(tài)安全，促進(jìn)克拉瑪依市經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。文章以克拉瑪依市南部退化荒漠林地為研究對(duì)象，分析區(qū)域生態(tài)受損及林地退化原因，引進(jìn)地帶性植被原理，研究退化林地生態(tài)保育恢復(fù)措施，探索符合當(dāng)?shù)貙?shí)際的退化林地恢復(fù)途徑，為進(jìn)一步遏制荒漠化提供科學(xué)依據(jù)。

1 土地利用現(xiàn)狀

1.1 遙感數(shù)據(jù)及其處理

SPOT5衛(wèi)星數(shù)據(jù)空間分辨率高，對(duì)植被類型的反映較準(zhǔn)確。10 m分辨率的彩色影像可用于1∶25 000的土地利用、森林資源調(diào)查。本研究所用影像數(shù)據(jù)為2009年8月的SPOT5，分析前以克拉瑪依市1∶10 000地形圖上的道路交叉處作為地面控制點(diǎn)，采用二元多項(xiàng)式法對(duì)衛(wèi)星數(shù)據(jù)進(jìn)行了幾何精校正和配準(zhǔn)。為使目標(biāo)地物更加明顯突出，便于信息提取和識(shí)別，對(duì)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行了圖像增強(qiáng)處理。坐標(biāo)投影系統(tǒng)為高斯—克呂格(Guass-krug)投影，西安80坐標(biāo)系。

1.2 解譯標(biāo)志的建立

不同土地類型在影像上的色調(diào)、形狀、紋理、結(jié)構(gòu)特征各異。建立解譯標(biāo)志主要是對(duì)影像顏色、形狀進(jìn)行調(diào)查。根據(jù)研究區(qū)土地利用類型，建立解譯標(biāo)志(表1)。

表1 研究區(qū)遙感影像解譯標(biāo)志

圖1研究區(qū)衛(wèi)星影像

1.3 信息提取及調(diào)查

根據(jù)研究區(qū)植被解譯標(biāo)志，利用Arcgis軟件進(jìn)行人工目視解譯，提取研究區(qū)植被覆蓋信息，進(jìn)行小班區(qū)劃，得到研究區(qū)遙感植被及地類現(xiàn)狀圖。為提高和驗(yàn)證遙感分類精度，利用3S技術(shù)對(duì)退化區(qū)域進(jìn)行現(xiàn)地小班野外調(diào)查、驗(yàn)證，記錄各小班的地形地貌、土壤、植被、水文等立地因子，并拍攝照片。重點(diǎn)調(diào)查退化嚴(yán)重的林地。

1.4 地類劃分

根據(jù)遙感解譯和實(shí)地調(diào)查，把南部退化荒漠林地劃分為灌木林地、灌叢地、覆沙地、荒草地等4種現(xiàn)狀地類(圖2、表2)，編制用地類型分區(qū)表，以便于針對(duì)性地設(shè)計(jì)生態(tài)保育恢復(fù)措施。

表2 研究區(qū)現(xiàn)狀用地類型

圖2研究區(qū)現(xiàn)狀地類分區(qū)

2 林地退化現(xiàn)狀分析

2.1 退化原因

克拉瑪依市南部退化林地地處古爾班通古特沙漠前沿、廣闊的瑪納斯河沖積平原，屬于風(fēng)蝕戈壁地貌區(qū)。森林資源以天然荒漠灌木林為主，樹(shù)種多為抗旱、耐鹽堿的檉柳、梭梭和胡楊等荒漠植物。20世紀(jì)50年代油田開(kāi)發(fā)初期，克拉瑪依市南部還是水草豐茂、林木蔥郁，天然灌木林地和濕地構(gòu)成了阻擋古爾班通古特沙漠西侵的天然屏障。后因瑪納斯河上游灌區(qū)不斷擴(kuò)墾，地處下游的克拉瑪依分水量逐年減少，天然灌木林地因缺水干枯快速退化。加之油田開(kāi)發(fā)、樵采、過(guò)度放牧，使灌木林地受到嚴(yán)重破壞，部分區(qū)域地表植被砍伐殆盡。沒(méi)有植被保護(hù)的地表長(zhǎng)時(shí)間受風(fēng)蝕，土地沙化加速，有些區(qū)域已形成連片沙丘。

近年來(lái)，全球氣候變暖帶來(lái)了克拉瑪依區(qū)域降水量的增加[3]，新疆水文周期和氣候波動(dòng)也進(jìn)入了豐水時(shí)段。受氣候變化影響和經(jīng)過(guò)人們多年的生態(tài)建設(shè)，克拉瑪依市植被蓋度在城市區(qū)域有了一定程度的提高，森林覆蓋率從1999年的11.74%增加到了2015年的23.72%，綠洲內(nèi)部小區(qū)域生態(tài)環(huán)境有所好轉(zhuǎn)，但綠洲外部大環(huán)境生態(tài)惡化的趨勢(shì)仍未得到根本改變，克拉瑪依南部林地仍在不斷退化，固定、半固定沙丘逐漸趨于活化，有向流動(dòng)沙地轉(zhuǎn)化的趨勢(shì)，對(duì)克拉瑪依市生態(tài)安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。

2.2 存在問(wèn)題

2.2.1 植被蓋度低，生態(tài)效能差

目前，南部退化林地區(qū)域內(nèi)只有少量的荒漠灌木林和草本呈團(tuán)片狀分布，植被蓋度低，多在5%～40%，生態(tài)防護(hù)效能差?，F(xiàn)存植被多為耐干旱、抗風(fēng)沙、抗鹽堿的天然植被，如鹽穗木、檉柳、梭梭等灌木樹(shù)種，以及堿蓬、花花柴、蘆葦?shù)炔荼?。受干旱、多風(fēng)、土壤條件差等因素影響，林地內(nèi)現(xiàn)存梭梭干枯死亡的株叢達(dá)20%以上(表3)。

表3 研究區(qū)現(xiàn)狀植物種類及分布情況

2.2.2 區(qū)域差異大，實(shí)施難度高

靠近綠洲區(qū)段，因灌溉水下滲補(bǔ)充，土壤水分含量較高，植被生長(zhǎng)較好，檉柳、梭梭、鹽穗木等灌木蓋度分別可達(dá)到灌木林和灌叢地標(biāo)準(zhǔn)，生態(tài)效能較好；中部和南部區(qū)域遠(yuǎn)離綠洲，長(zhǎng)期缺少水源補(bǔ)充，植被退化嚴(yán)重，只有少量的沙蒿、沙拐棗等沙生植物生長(zhǎng)，蓋度小于10%；油田開(kāi)發(fā)區(qū)西南側(cè)區(qū)段已經(jīng)成了流動(dòng)覆沙地，風(fēng)沙危害嚴(yán)重。這種區(qū)域間的退化程度差異，在一定程度上加大了林地生態(tài)恢復(fù)難度。

3 生態(tài)保育恢復(fù)構(gòu)想

3.1 生態(tài)保育恢復(fù)原則

3.1.1 適度干預(yù)，促進(jìn)生態(tài)恢復(fù)

受水資源缺乏和資金限制，該區(qū)域生態(tài)恢復(fù)采用近自然法，結(jié)合適量的人工植苗造林和灌溉，通過(guò)適度人工干預(yù)，促進(jìn)原生植被的恢復(fù)及發(fā)展，提高荒漠植被自我恢復(fù)能力。

3.1.2 遵循地帶規(guī)律，培育近自然生態(tài)系統(tǒng)

地帶性植被是最適應(yīng)當(dāng)?shù)刈匀粴夂虻闹脖活愋停梢栽谧匀粻顟B(tài)下完成整個(gè)生命周期，并與當(dāng)?shù)仄渌锓N共同形成穩(wěn)定的群落，維持區(qū)域生態(tài)平衡。人工造林應(yīng)選擇鄉(xiāng)土植被，做到適地適樹(shù)，宜喬則喬，宜灌則灌，宜草則草，建立低維護(hù)或不維護(hù)、穩(wěn)定、能夠良好實(shí)現(xiàn)自我演替的群落結(jié)構(gòu)，培育近自然生態(tài)系統(tǒng)。

3.1.3 因地制宜，因害設(shè)防

因地制宜，因害設(shè)防，采取針對(duì)性保育恢復(fù)措施，宜封則封，宜造則造，重點(diǎn)治理容易造成生態(tài)危害的沙化和潛在沙化區(qū)域，以及人工促進(jìn)能夠快速恢復(fù)、改善的區(qū)域。

3.2 分區(qū)治理布局

根據(jù)植被現(xiàn)狀及立地條件，將工程區(qū)分為造林治沙區(qū)、灌叢保育區(qū)、灌木林封育區(qū)等3種治理區(qū)(表4)。

表4 研究區(qū)生態(tài)保育恢復(fù)措施類型

3.3 生態(tài)保育恢復(fù)的主要措施

3.3.1 人工砂田技術(shù)

人工砂田技術(shù)主要應(yīng)用于造林治沙區(qū)(包含覆沙地和荒草地)，是指以寬窄行的形式，段帶狀人工開(kāi)挖溝槽營(yíng)造微地形，增強(qiáng)區(qū)域內(nèi)土壤集水效果的整地栽植技術(shù)。窄行寬1 m，長(zhǎng)6 m，為人工干預(yù)區(qū)，穴狀進(jìn)行人工植苗造林；寬行寬3 m，為人工促進(jìn)自然恢復(fù)區(qū)，僅開(kāi)挖溝槽，通過(guò)溝槽微地形的集水、積雪效應(yīng)，達(dá)到增水、保水的目的，改善退化林地區(qū)域土壤中活性種子的發(fā)生、發(fā)育條件，再加上人工植被形成的小環(huán)境產(chǎn)生的良性影響，從而促進(jìn)整個(gè)區(qū)域植被的恢復(fù)，并基本形成穩(wěn)定的近自然生態(tài)系統(tǒng)。采用砂田技術(shù)，人工干預(yù)區(qū)面積占30%，人工促進(jìn)恢復(fù)區(qū)面積占70%。

3.3.2 封育保護(hù)

灌叢保育區(qū)和灌木林封育區(qū)設(shè)計(jì)采取圍欄封育，保護(hù)植被不受車輛碾壓、牲畜啃食，保護(hù)退化林地植被和土壤中活性種子的種源不受破壞，并適度補(bǔ)水，促進(jìn)植被恢復(fù)。

3.3.3 樹(shù)種選擇

樹(shù)種選擇是干旱荒漠區(qū)退化林地恢復(fù)的關(guān)鍵因素。大量研究表明，克拉瑪依市荒漠區(qū)的地帶性植被類型不論在過(guò)去還是現(xiàn)在，都以灌木為主[4]。區(qū)域內(nèi)生長(zhǎng)的梭梭、檉柳、鹽穗木等植物具有耐旱、耐瘠薄、耐鹽堿等特點(diǎn)，對(duì)該區(qū)域的立地條件有較強(qiáng)的適應(yīng)性，造林成活率高，生態(tài)穩(wěn)定?？晒┭芯繀^(qū)進(jìn)行生態(tài)保育恢復(fù)的樹(shù)種主要有多枝檉柳、梭梭、鹽穗木、紅皮沙拐棗、白刺等，草本有補(bǔ)血草、馬藺、沙蒿等。

4 結(jié)語(yǔ)

可持續(xù)發(fā)展是當(dāng)今世界的發(fā)展主題，也是生態(tài)環(huán)境保護(hù)和恢復(fù)的重要原則。加強(qiáng)退化林地的恢復(fù)研究對(duì)生態(tài)建設(shè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。本文順應(yīng)時(shí)代發(fā)展需求，以克拉瑪依市南部退化林地為研究對(duì)象，緊緊圍繞生態(tài)恢復(fù)，闡述了具體的林地恢復(fù)技術(shù)措施，重構(gòu)具有自我演替功能的森林生態(tài)系統(tǒng)，對(duì)干旱地區(qū)退化林地的生態(tài)保育恢復(fù)建設(shè)具有實(shí)踐指導(dǎo)意義。同時(shí)也建議在經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展過(guò)程中，重視整體的生態(tài)平衡，進(jìn)行瑪納斯河全流域水資源平衡分配，促進(jìn)退化區(qū)域的生態(tài)恢復(fù)，促進(jìn)整體生態(tài)環(huán)境的改善。

[1] 陳靈芝.中國(guó)的生物多樣性現(xiàn)狀及其保護(hù)對(duì)策 [J].北京:科學(xué)出版社，1993.

[2] William R.Jordan. Michael E G and John D A.Restoration ecology:a synthetic approach to ecological research [M].Cambr idge University Press，1987.

[3] Novák J.Konvicˇka M.Proximity of valuable habitats affects succession patterns in abandoned quarries [J].Ecological Engineering，2006，26(2) :113-122．

[4] 彭少麟.恢復(fù)生態(tài)學(xué)與植被重建 [J].生態(tài)科學(xué)，1996，15(2):26-31.