草本植物的貢獻(xiàn)及其在水土生態(tài)系統(tǒng)中的地位與作用

孫發(fā)政,黃成燕,胡 榮

(深圳市大自然生態(tài)園林技術(shù)有限公司,廣東 深圳 518131)

1 草本植物的認(rèn)識(shí)發(fā)展歷程

1.1 認(rèn)識(shí)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(jīng)濟(jì)價(jià)值、生態(tài)價(jià)值和文化價(jià)值,如今已得到充分認(rèn)識(shí)與肯定,來之不易。1984年6月,錢學(xué)森院士在《內(nèi)蒙古日?qǐng)?bào)》上發(fā)表題為《草原、草業(yè)和新技術(shù)革命》的文章,同年12月在中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院學(xué)術(shù)大會(huì)上作題為《迎接第六次產(chǎn)業(yè)革命 建立農(nóng)業(yè)型知識(shí)密集產(chǎn)業(yè)——農(nóng)業(yè)、林業(yè)、草業(yè)、海業(yè)和沙業(yè)》的報(bào)告,將草業(yè)列為第六次產(chǎn)業(yè)革命的主要內(nèi)容[1］。20世紀(jì)90年代初,筆者主持完成“類蘆種質(zhì)資源的開發(fā)利用”課題,通過中國(guó)工程院院士專家組的鑒定,達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平,成功地走出了一條草種國(guó)產(chǎn)化的道路,獲得國(guó)家發(fā)明專利。1994年,李毓堂先生出版60萬字的《草業(yè)》專著,任繼周院士為該書作序“是第一本關(guān)于草業(yè)的專著”“既是史論,也是發(fā)展論”,錢學(xué)森評(píng)價(jià)《草業(yè)》專著“真是草業(yè)的洋洋大觀,好得很”。至此,立草為業(yè)的局面從理論上初步呈現(xiàn),農(nóng)業(yè)、林業(yè)、草業(yè)成鼎立之勢(shì)。

1.2 小小草,大生態(tài),新時(shí)代

2017年6月6—8日,在重慶召開的“全國(guó)草牧業(yè)科技創(chuàng)新成果交流暨產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)場(chǎng)觀摩研討會(huì)”上,筆者提出將“草”納入“山水林田湖”的建議,得到與會(huì)草業(yè)界代表的一致響應(yīng),并寫入會(huì)議紀(jì)要中。2017年7月19日,中央全面深化改革領(lǐng)導(dǎo)小組第三十七次會(huì)議上,習(xí)近平總書記在談及建立國(guó)家公園體制時(shí)說“堅(jiān)持山水林田湖草是一個(gè)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(tǒng)籌山水林田湖草系統(tǒng)治理”寫入黨的十九大報(bào)告。此后,國(guó)家林業(yè)局改為國(guó)家林業(yè)和草原局,中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)、北京林業(yè)大學(xué)等高校成立了草業(yè)學(xué)院。草業(yè)進(jìn)入了新的發(fā)展時(shí)代。

1.3 草本植物與人類文明

隨著人類的定居,原始農(nóng)業(yè)開始出現(xiàn),這是人類馴化和利用野生草本植物的開端。人類在長(zhǎng)期勞動(dòng)中逐漸熟悉了一些草本植物的生長(zhǎng)規(guī)律,慢慢培育了稻、粟、麥、玉米等糧食作物,逐漸從狩獵、采集經(jīng)濟(jì),過渡到農(nóng)耕經(jīng)濟(jì)。當(dāng)今已是知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代,進(jìn)入了數(shù)字化、智能化的文明社會(huì),草與人類仍息息相關(guān)。

在現(xiàn)代生態(tài)農(nóng)業(yè)體系中,草發(fā)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(hù)了玉米,從而實(shí)現(xiàn)作物豐產(chǎn)豐收;在獼猴桃種植園里,同理自然生長(zhǎng)的雜草保護(hù)了獼猴桃不生蟲害,還可利用林下雜草養(yǎng)鵝喂雞,禽類糞便又能培肥林下土壤,促進(jìn)果樹生長(zhǎng),實(shí)現(xiàn)生態(tài)經(jīng)濟(jì)良性循環(huán)。

草本植物對(duì)人類的貢獻(xiàn)不僅體現(xiàn)在農(nóng)業(yè)方面。在環(huán)境方面,草能夠調(diào)節(jié)氣候、防風(fēng)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(yǎng)、物質(zhì)循環(huán)、園林綠地等方面都起著至關(guān)重要的作用;草在運(yùn)動(dòng)場(chǎng)草坪、觀賞花卉、文學(xué)藝術(shù)、旅游休閑等文化方面也扮演著重要角色[2］。

2 水土生態(tài)內(nèi)涵

2.1 水土生態(tài)系統(tǒng)

自然的本質(zhì)是在一定氣候條件下的水土生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性[3］。水土生態(tài)指水、土、植被在其運(yùn)動(dòng)和演化過程中的一切關(guān)系的總和,圖1為水土生態(tài)系統(tǒng)示意。水土生態(tài)系統(tǒng)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(tài)的特殊表現(xiàn)形式。地球上類型多樣的生態(tài)系統(tǒng),孕育、滋養(yǎng)著豐富的生物多樣性。大自然是由水、土、植被三大要素構(gòu)成的生態(tài)景觀,水、土、植被相互聯(lián)系、相輔相成、不可分割的關(guān)系是水土生態(tài)的深刻內(nèi)涵。

圖1 水土生態(tài)系統(tǒng)示意

2.2 水土生態(tài)是物質(zhì)與能量的“倉庫”

人類生產(chǎn)生活及動(dòng)物生長(zhǎng)發(fā)育所需要的物質(zhì)與能量,來源于水土生態(tài)系統(tǒng)(見圖2)。自然界的生物能量來源是陽光,地球上水土生態(tài)系統(tǒng)中的植被,將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能,提供給食物鏈中的生物,維持其生命活動(dòng)所需要的能量。

圖2 人類生產(chǎn)生活與水土生態(tài)的關(guān)系

2.3 水土生態(tài)與氣候

氣候主要是指水熱條件,一定區(qū)域的熱量狀況取決于這個(gè)區(qū)域在地球上所處的位置,而引起區(qū)域水熱條件變化的主要原因是地球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)。而水土生態(tài)是在一定氣候條件下的水、土、植被相互聯(lián)系、相互作用的關(guān)系,“農(nóng)業(yè)八字憲法”也是在一定氣候條件下農(nóng)業(yè)所遵循的規(guī)律(見圖3)。

圖3 水土生態(tài)與氣候的關(guān)系

2.4 水土生態(tài)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(tǒng)性的生態(tài)保護(hù)和修復(fù),強(qiáng)調(diào)的是自然生態(tài)系統(tǒng)的原真性、完整性、關(guān)聯(lián)性和系統(tǒng)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(zhì)上的聯(lián)系,水土生態(tài)概括了自然界所有的生態(tài)景觀和生態(tài)系統(tǒng)類型(見圖4)。

圖4 山水林田湖草沙與水土生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)系

3 地球水土生態(tài)系統(tǒng)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(tài)系統(tǒng)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(dú)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(shù)(Atractylodeslancea)、委陵菜(Potentillachinensis)等。

圖5 地球陸地水土生態(tài)系統(tǒng)中的植被分布

3.2 代表性植被系統(tǒng)

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?qū)?Panicum)等構(gòu)成,還有從屬的雙子葉草本植物。

3.2.2 我國(guó)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(tái)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(guó)淡水高等植物總數(shù)在50種以上,由于水生環(huán)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(tài)系統(tǒng)中的地位與作用

4.1 山水林田湖草沙一體化保護(hù)和系統(tǒng)治理

2018年5月,全國(guó)生態(tài)環(huán)境保護(hù)大會(huì)第一次在北京召開,習(xí)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(guó)生態(tài)環(huán)境保護(hù)大會(huì)第二次在北京召開,習(xí)近平總書記作重要講話,指出“堅(jiān)持山水林田湖草沙一體化保護(hù)和系統(tǒng)治理”。

山水林田湖草沙一體化保護(hù)和系統(tǒng)治理是生態(tài)文明建設(shè)的重要內(nèi)容,是破解生態(tài)難題的必然要求,關(guān)系到美麗中國(guó)建設(shè)進(jìn)程,關(guān)系到國(guó)家生態(tài)安全和中華民族永續(xù)發(fā)展。我國(guó)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(nèi)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(guó)土面積的40%,是我國(guó)主要江河源頭區(qū)和水源涵養(yǎng)區(qū),重要的生態(tài)屏障,多位于邊陲地區(qū)和少數(shù)民族地區(qū),其保護(hù)與治理事關(guān)國(guó)家的生態(tài)安全、經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略和民族團(tuán)結(jié)與進(jìn)步。

4.2 植被(草)與水土不可分割是水土生態(tài)的要義

水土生態(tài)是對(duì)生態(tài)環(huán)境新的理論概括,從自然規(guī)律揭示和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)視角來看,水土生態(tài)理論對(duì)于認(rèn)識(shí)和解決當(dāng)代地球生態(tài)環(huán)境危機(jī),厘清思維邏輯、科學(xué)途徑及問題本質(zhì),在科學(xué)上推陳出新具有重要意義。山水林田湖草沙一體化保護(hù)和系統(tǒng)治理,本質(zhì)上是水土生態(tài)的保護(hù)和修復(fù)問題。

地球上有水土的地方必然有植被生長(zhǎng),植被的生長(zhǎng)又培育和保護(hù)著水土資源。水土生態(tài)三大要素中,植被是第一生產(chǎn)者,是所有生物的能量來源,是生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵要素;水土是環(huán)境系統(tǒng)的主導(dǎo)要素[6］。草本植被在地球上分布最為廣泛,在水土生態(tài)系統(tǒng)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(chǔ)地位十分重要。

4.3 草本植物在礦山水土生態(tài)修復(fù)中的應(yīng)用

以深圳水徑大型礦山群為例,該項(xiàng)目占地面積171.3萬m2,開挖土石方4 445.1萬m3,生態(tài)修復(fù)面積119.6萬m2,生態(tài)修復(fù)工程歷時(shí)14 a(2008—2022年)。草是生態(tài)修復(fù)的先鋒植物和植物群落的重要組成部分,在礦山生態(tài)修復(fù)中不可或缺,特別是在生態(tài)修復(fù)初期,草本植物生長(zhǎng)快速,可保持水土,為后續(xù)喬灌木生長(zhǎng)及野生植物繁衍創(chuàng)造較好的立地條件。草本植物措施的研發(fā)、創(chuàng)新和應(yīng)用,使深圳水徑大型礦山群生態(tài)修復(fù)難度較大的治理區(qū)域全部復(fù)綠,實(shí)現(xiàn)了防治水土流失、改善生態(tài)景觀的預(yù)期效果。該項(xiàng)目草本植物的創(chuàng)新性應(yīng)用技術(shù),主要包括組合噴草技術(shù)、草本植物營(yíng)養(yǎng)體噴混技術(shù)、先鋒短命草種技術(shù)、生物磚排水技術(shù)、動(dòng)態(tài)采種利用技術(shù)及山塘水源自流滴灌技術(shù)等6種[7］。

4.4 水土生態(tài)理論在礦山生態(tài)修復(fù)中的應(yīng)用

深圳是我國(guó)最早的經(jīng)濟(jì)特區(qū),城市開發(fā)強(qiáng)度大、速度快,在全國(guó)是少有的,城市水土流失、生態(tài)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(jīng)驗(yàn)和成果。據(jù)統(tǒng)計(jì),深圳市曾經(jīng)遺留各類裸露山體邊坡達(dá)669處,不僅造成嚴(yán)重的水土流失,還嚴(yán)重影響城市生態(tài)景觀。這些裸露邊坡大部分屬于巖質(zhì)邊坡,無土、缺水、少肥,生態(tài)修復(fù)難度極大。將水土生態(tài)理論應(yīng)用于礦山生態(tài)修復(fù)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(tài)修復(fù)就會(huì)取得成功。

實(shí)踐是推動(dòng)理論與技術(shù)創(chuàng)新的源泉。人與自然的關(guān)系尋根溯源歸結(jié)為人與水的關(guān)系、人與土的關(guān)系、人與植被的關(guān)系,即人與水土生態(tài)的關(guān)系。人類生產(chǎn)與建設(shè)不斷地改變和破壞著自然水土生態(tài),但同時(shí)也在建立新的人工水土生態(tài)。礦山開采及其生態(tài)修復(fù),是人類破壞自然水土生態(tài)、建立新的人工水土生態(tài)的典型之一。

5 結(jié)語

草本植物對(duì)于生態(tài)環(huán)境的重要意義舉足輕重,特別是在水土生態(tài)系統(tǒng)中的作用和地位十分重要。水土生態(tài)理論統(tǒng)一了生態(tài)、環(huán)境、資源互不融通的問題,概括了地球上各類生態(tài)系統(tǒng),找到了生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域的共同理論基礎(chǔ)。水土生態(tài)是地球上一切生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ),關(guān)乎地球上氣候變化、生物多樣性喪失等重大生態(tài)危機(jī)。深圳市水務(wù)學(xué)會(huì)已成立了水土生態(tài)專業(yè)委員會(huì),2023年召開的第4屆全國(guó)水土生態(tài)高峰論壇已被列入中國(guó)科協(xié)《重要學(xué)術(shù)會(huì)議指南(2023)》,前3屆論壇已構(gòu)建了由超過1 000人參與的水土生態(tài)討論平臺(tái),希望在此成果基礎(chǔ)上,早日成立國(guó)家級(jí)水土生態(tài)專業(yè)委員會(huì),發(fā)展水土生態(tài)學(xué)這一重要的新學(xué)科,為保護(hù)地球生態(tài)環(huán)境做出貢獻(xiàn)。