桉树人工林对生物多样性和地下水的影响研究综述

齐 涛

(新汉林业集团，广州 510613)

桉树(Eucalyptusrobusta)，原产澳洲，极其速生，一般5～6 a可成材。可为人类提供木材、纤维、生物质能源和林产品等。桉树是世界范围内种植最广泛的硬木，是全球森林生物量最重要的木材来源之一[1]。桉树还具有大量多样性和高浓度的精油，其中许多具有生态功能以及医药和工业用途。由于其经济价值，快速生长率和良好的木材特性以及碳封存等环境效益[2]，全球桉树种植面积在过去二十年迅速增加至约2 257万公顷，和杨树、松树成为世界三大造林树种。

目前种植桉树的国家已经超过120个，涵盖5大洲，其中种植面积较大的国家有巴西、中国、印度、澳大利亚等。值得一提的是，中国桉树在过去20 a得到了突飞猛进的发展。2000-2015年由80万公顷增加至450万公顷，占同期全国人工林净增加量的16.6%。而同期全球森林总面积净减少5 600万公顷，人工林净增加6 800万公顷，全球桉树林净增加471万公顷。中国桉树林净增加占全球桉树净增加量的78.6%，占全球人工林净增加量的5.4%[4-5]。

2000-2017年的卫星数据表明，地球植被面积的扩大，主要归功于中国和印度。其中，中国的绿色面积增长中有42%是森林[6]。中国森林面积的增长与中国的退耕还林政策和桉树的快速扩张密不可分，也为减缓世界森林退化做出了贡献。其他国家桉树人工林种植面积也显著增加。在欧洲的西班牙和葡萄牙，外来桉树也迅速扩张；其种植面积已达到约100万公顷，并且继续增加[7]，葡萄牙桉树人工林面积超过70万公顷，占本国森林面积约26%(ICNF，2013)，占欧洲47%的桉树人工林[8]。印度是世界上最早引种桉树的国家，始于1790年，2005年约580万公顷之后受桉树负面效应和社会压力影响，2009年降到394万公顷，占全国森林面积的5%，呈现出大起大落的发展趋势[3]。

伴随桉树的扩张是对桉树的争议，本文主要讨论对生物多样性和地下水的影响。

1 对生物多样性影响

起初桉树主要种植在荒山荒地，近年来在草地、灌木林甚至农田种植桉树也已成为常态。本文中桉树对生物多样性影响界定为桉树林内，对周边区域生物多样性影响不作讨论。

外来植物对自然群落的侵入会改变原生态系统的结构和功能，影响林下植物种类的多样性。这并非桉树独有，南非的其他几项研究表明，外来植物，尤其是金合欢等其他树木也会显著改变林下物种的丰富程度和构成种类[9]。

Shiferaw在埃塞俄比亚三个试验点的数据显示，桉树属远不是抑制性的。与其他外来人工林相比，桉树人工林在密度和多样性方面维持了更多的木本植物。在所有情况下，调查的桉树属中的香农多样性指数(Shannon's diversity index)高于1.57。此外，桉树属森林被证明每公顷至少包含2 293种木本植物物种，与含有松树或金合欢等物种的其他人工林相比更为有利[10]。Rutherford的研究证明异质化桉树环境促使物种快速进化，不同海拔不同纬度的物种适应性恢复过程和变异速度被加速，导致物种的快速遗传分化，并可能诞生新的变种或物种[11]。

人类主导的新型桉树林生态系统，对小型动物也显示出极强的吸引力，而且动物与桉树林的契合性也很理想。在西班牙北部的桉树林(主要是蓝桉)，食蜜鸟会很快融入该群落栖息并采粉[12]；在葡萄牙，作为顶级猎食者的北方苍鹰(Accipitergentilis)对桉林作为繁殖栖息地有着强烈偏好，选择结构合适的大型桉树筑巢，苍鹰对结构成熟森林的偏好可能使其成为评估森林管理实践能力的替代物种[13]；在巴西圣保罗州，桉树林中有一半的鸟类栖息在当地植被中。

Daniela在南欧的研究结果显示，桉树种植园对小型哺乳动物的种类、密度、身体状况没有显著影响，可能会限制某些物种的出现，但促进其他物种但不影响许多物种[7]；Christine N.在智利发现桉树人工林与原始森林中的蝙蝠数量和丰富度没有差异，较大的瓦尔迪维流域环境对蝙蝠活动和丰富程度的影响比土地利用类型(原生森林，种植园，草地)更强[14]。

在中国，如其他国家一样，桉树对生物多样性的影响一直被争论。试验的结果呈现出双向性。不同土地利用类型向桉树林的转变导致对生物多样性产生不确定性影响。桉树林对生物多样性的改变，主要通过对土壤结构和性质影响、凋落物积累、林冠对光线照射的阻碍等因素来实现。在不同国家，不同区域，不同气候和立地条件下，影响方向和程度均不相同，人为不合理经营和干扰力度也不同，因此难有统一的量化数据，物种和环境的变化不允许得出一般性结论。

任何陆地生态系统主导物种的改变都会引发该系统结构、物种和数量的改变，其他物种都需要根据环境变化进行适应性调整，不适应者退出该系统，但并不影响该物种在其他类型生态系统的存在。桉树新型生态系统建立后，其他物种会试探性进入该系统直至适应，形成另外一个动态平衡的生态系统。但不可忽略的是，替代前的生态系统也是在之前生态系统基础上通过竞争优势演化或更替而来，只是主导因素不同，趋势并未改变。

需要强调的是，商品林和天然林对生物多样性影响应该有不同的衡量标准。桉树提供木材和木制品的同时，也在一定程度上发挥着生态系统服务功能，同时间接保护了天然林免被采伐，保障了它们生物多样性的稳定甚至是增加。

在某一局部区域出现生物多样性降低也是正常现象。如果追溯地球进化历程，从寒武纪的生命大爆发到二叠纪的史上最严重的生物大灭绝，现今的地球仍然充满生机。如果把人也作为一个环境变量来考虑全球生态系统，诸多因素只是地球演变过程的变量而已。地球本身有极强的免疫和净化能力，地球生物的消亡和新生如同人的新陈代谢一样正常。在维护地球健康作出努力的同时，也不应高估人类对地球的影响。

2 对地下水影响

桉树属于深根系树种[15]。地下根系垂直分布深度近似于地上树干高度。但根系最前端到达地下深度和苗木类型(种子苗、无性系苗)、育苗方式、土壤状况以及当地降水量有关。巴西的研究表明，桉树根系最深可到地下11.5 m；在南非和澳大利亚，3～4 a生巨桉的根系能够从大于5 m深的地下吸收水分[16]；在印度西北部，桉树根系可下探到4.4 m[17]。在中国，桉树超过90%主根和细根生物量分布在地下0～3 m土层内，某些区域桉树纯林在地下0～0.6 m土层内集中了超过92%的生物量[18]。这可能与中国主要采用短基质段育苗导致桉树根系缠绕有关。

桉树的水利用效率极高。用于合成干物质的水分只占吸收水分总量的1%左右，其余水分通过蒸腾作用参与地球水循环以降水形式回到地面，这点与其他树木类似。高速生性决定了单位时间内耗水会高于一般的树种，但单位干物质合成所需水分量远低于合欢、相思、松、杉等树种。

桉树只是吸收浅层土壤中的水分。在澳大利亚的新南威尔士州针对桉树研究表明，当地下水深度小于9 m时，这些森林会临时性依赖地下水，而且在干旱年份，蒸腾作用消耗地下水可能会显著增加[19]。Kate L Holland等的研究也表明，桉树人工林冠层郁闭后，几乎不会使用深度超过 8 m的地下水，但确实使用了所有的降雨量，因此将地下水补给量减少到零[20]。Benyon在澳大利亚进行的蓝桉与辐射松蒸散对比研究表明，两种物种之间的蒸腾作用没有显着差异，完全郁闭后年度总的蒸散量相似[21]。

一些研究结果显示桉树具有较高的蒸散量，会减弱地表径流。在西班牙，土地利用类型从种植玉米和牧场转变为蓝桉种植园后，地下水位每年下降，同时供水减少导致集水区的地表径流减少[22]。在巴西种植桉树林后观察到土壤水分枯竭和径流减少。2015年Enku在埃塞俄比亚西北部的研究表明，旱季桉树林地蒸散量约为2 300 mm，而没有桉树的蒸散量约为900 mm，这几乎是该地区参考蒸散量的2倍，是休耕农田实际蒸散量的2.5倍[23]。

然而，在中国东南部进行的另一项研究表明，桉树水利用对供水影响似乎并不严重。雷州半岛是中国广东桉树规模最大的片区，2014年，桉树面积22.8万公顷，占森林总面积的66.9%。张宁男等人在雷州半岛2个试验点进行的尾叶桉的研究结果表明，4 a生人工林的耗水量分别为542 mm和559 mm，分别占同期全年降水量的35%和36%，略低于国外桉树人工林耗水的结果[24]。雷州半岛浅层水平均在3 m以下，这个范围的水一般情况下桉树难以利用。桉树真正可以利用的地下水是季节性上层滞水和浅层土壤中的部分水分，这部分水可以通过降水直接或间接得到补给。

桉树有能力突破土壤上滞水层到达浅水层吸收水分和养分，但这不具有普遍性。这种向深处延伸的趋势是桉树维持正常生理的自然反应，也是任何树木都具有的本能。

桉树单位时间快速吸收浅层土壤水分的特性也被用在澳大利亚盐碱地治理，以恢复农业产量[25]；在印度西北部的罗塔克把细叶桉当做生物泵种植，以改良涝渍地区含盐土壤[17]。

相反，如果在干旱地区营造桉树林需慎重，应充分考虑当地降雨量和周围集水区，应选择水分利用效率更高或者蒸腾作用更小的树种。

任何物种都有扩大其领地和繁衍更多后代的倾向。桉树根系如果能探索到更深层的土壤吸收地下水,很显然它也会摄取深层土壤中的养分,是桉树适应气候变化的一种自我调节。这意味着该物种猎食和活动范围的扩大,这本身就是物种生存斗争、物种进化和自然选择进程中不可或缺的一部分。桉树能适合各种生态环境，从平底到高山，从干旱到潮湿，说明通过自然选择，桉树已经进化到生态系统的上层，按照达尔文的任何生物都有按照几何速率增加自身数量的倾向的理论，桉树凭借其高适应性和其他物种生存斗争的超强能力，即使没有人的因素，它也会迅速扩张，只是人类把这一速率提高了。

地球上生物满足生存之后应该和平共处，地下水存在的理由之一就是被地球生物(包括人类和动植物)合理使用，这是地球水循环的一部分。虽然说桉树和人类应该平等有些不可思议，但不可否认的是追溯到地球生命起源，人类和桉树以及其他生物都拥有共同的生命起源。桉树也有吸取地下水维持自己生命力的权利。区域地下水位下降和地表径流减少很大程度上是人口增长和人类活动引起的，在夸大地指责桉树对地下水负面影响时，人类更应该检讨自身过度开采和污染地下水的问题。

3 讨论

每一种生态系统或生态表达都有自己的历史和独特性，与人的观察和认知紧密联系。桉树人工林对生物多样性和地下水有影响，某些区域可能会很严重，主要是人类不合理的开发力度和管理方式引起的，桉树自身没有问题。

桉树在为世界作出贡献的同时，全球范围内需要更友好的开发强度，更自然的经营方式。应当通过分区分类经营，适当延长轮伐期，有条件区域实施混交造林或开展农林复合经营，在桉树林周边设立合理缓冲区，最大限度减少人类对土壤的扰动等措施，降低对生物多样性和地下水等环境的影响，尽可能保持生态系统的自然性，让桉树在为人类提供福祉的同时为地球增添绿色。