生态系统修复自然途径的6种范式表达——以天水市渭河流域为例

张嘉伦,毛润科,王小军,颜晓鲁,谢小祎

(1.甘肃省小陇山林业实验局种苗管理站，甘肃 天水 741020；2.甘肃省小陇山林业实验局李子林场，甘肃 天水 741005；3.甘肃省小陇山林业实验局云坪林场，甘肃 两当 742403)

国土空间生态保护修复是构建国土空间安全格局[1]，推动生态文明建设的重要举措，是最大程度谋求人与自然和谐共生的安全保障，是关系国家生态安全和民生福祉的重要战略任务，是满足人民日益增长的优美生态环境需要的主要途径[2]。在历史进程中，生态系统的被动改变，大多使人类福祉和经济发展实现了实质性的进步，但都是以生态系统诸多服务功能的退化、甚至丧失及非线性变化的风险增加为巨大代价的[3]。作为黄河第一支流的渭河，其流域生态系统在维护我国西部生态安全方面举足轻重，在黄河的整治开发中占有绝对重要的战略地位[4]。但受气候变化、不合理开发、管理上粗放、环境污染等因素的影响，加之地理结构的先天脆弱性等特点，渭河流域天然植被分布不均，且早期破坏严重、造成现地表裸露、水土流失加重，且生态环境恶化有由局部区域逐渐波及整个流域的趋势[5]。积极开展渭河流域整体保护、生态恢复和综合治理工作刻不容缓，遏制或缓解生态系统破损退化趋势，提升生态系统承载力和生态产品供给能力，增强渭河流域生态系统的稳定性，是渭河流域经济社会绿色、健康、持续发展的基础。目前，渭河流域生态环境保护的研究，主要集中在水资源管理[6]、生态环境保护[7-8]、水土保持[9]、污染防治[10]等方面，上述研究为生态系统修复提供了一定的理论基础和实践经验，其研究多表现在单一变化的生态环境因子上，如水文、植被、土壤等，在生态系统的整体性修复上研究较少。

1 研究方法

基于自然途径或自然解决途径(NBS(Nature-based Solution))的理念和生态系统修复基础理论与中国生态文明思想及政策相结合[11-12]，借鉴国内生态保护修复的典型案例，兼顾植被在不同生态恢复管理过程中的演替规律，对渭河流域天水段生态系统修复路径、技术手段、预期目标进行了初步探讨，以王志芳博士等[1]归纳总结的生态系统修复自然途径的6种范式为切入点，重点关注不同范式在研究区生态系统修复过程中，对于修复预期或与之相对应立地条件的差异性，采用类自然法对6种范式在研究区所采用的植物种类进行筛选和配置，以期为天水市渭河流域生态系统修复工作提供参考。

2 研究区概况

研究区地处渭河上中游甘肃省东南部，位于104°34′～106°43′E，34°05′～35°11′N之间，渭河干流西起武山县桦林乡天局，东至麦积区东岔乡牛背里，境内全长270 km，境内流域面积11695 km2,占全区总面积的81.7%。主要支流有榜沙河、散渡河、葫芦河、藉河、颖川河、东柯河、牛头河，近3年平均入境水资源量为9.4亿m3。研究区山脉纵横，沟谷相间，主要以山谷和高原为主，地势西北高东南低，海拔多在1000～2100 m之间。最高山峰为武山天爷梁(3120 m)，最低处为东岔镇牛背村渭河谷地(760 m)。属大陆性的季风气候类型，为暖温带半湿润半干旱气候区。年平均日照时数为2050 h，年有效积温为2225.2 ～4000 ℃，年平均气温在7～11 ℃之间，年均降水量510.1 mm，降水时空分布不均，由东南向西北逐渐减少，降水主要集中在7～9月，且主要以暴雨等强降雨形势发生，占全年降水量的70%左右[13-14]。

3 生态系统修复自然途径范式

大多自然生态系统处于受干扰状态，生态系统修复是生态恢复重建的一个过程，相较生态保护更具积极意义，又较生态重建更具广泛的适用性[15]。调查发现，研究区原有生态系统森林植被残破稀疏，部分转变为天然次生林，自然生态系统处于轻度退化状态；或受到人为(自然力)的破坏，生态系统结构和功能退化严重；或由于人类社会发展需要，原有生态系统已彻底消失，形成新的人工生态系统。为了维护好“山、水、林、田、湖”这个生命共同体，全面增进生态系统的供给、调节、支持和文化等的服务功能，在研究区区域尺度(层次)下，尊重自然发展规律，保护优先，充分发挥自然恢复的潜力，同时结合人工修复，合理设定区域生态系统修复格局和功能分区，促进自然资本增值[15]。生态系统所处退化阶段、预期功能的差异、人工方法和自然修复途径的不同，决定了生态系统修复过程中植物选择及配置应该得到相应的调整和变化。

3.1 自然范式

自然范式目的充分发挥生态系统的自我恢复能力，注重自然恢复，减少或杜绝人为干扰，具体表现为“封山而不育林”和自然保护区及保护小区，坚持自然做功，自然评价一切，尽可能保持自然原生态环境。如研究区设立的自然保护区、保护小区和森林公园，或恢复趋势向好的次生林和一些原始生境保存良好的小环境，可以采用自然范式。此类区域历史人为干扰强度较小或立地条件优越，多见一些种群生态位宽，环境适宜能力强的树种最先占据优势，如锐齿槲栎、辽东栎、色木槭、华山松、油松、野核桃、千金榆、春榆、青榨槭等，且生物群落(植被)循序地按照一定演替轨迹自动向前健康发展[16]。

3.2 本土范式

本土范式在人工干预修复中充分考虑扰动前的生态系统，尽可能地体现生态系统修复的健康性、完整性、可持续性和历史性，物种选择重视当地生长良好的种属科目。研究区一些立地条件(水分、土壤、坡度)相对较好的区域选用适用性好、抗逆性强、性价比高的优良乡土树种种质资源，如松科(油松、白皮松等)、杨柳科(皂柳、球果石泉柳等)、胡桃科(野核桃、湖北枫杨等)、桦木科(华榛、鹅耳枥等)、壳斗科(刺叶高山栎、锐齿槲栎等)、蔷薇科(陕甘花楸、木香花等)、槭树科(庙台槭、青榨槭、秦岭槭等)等，能有效改善群落环境，保持群落树种结构的长期稳定，保证群落未来的发展方向。

3.3 过程范式

过程范式充分尊重和深刻理解自然演替的过程，通过人为有效设计或采取相应的技术手段，对生态系统的结构或变化实施科学的、可预见的、有序的干预，促进生态系统功能的完善，使植被群落由衰败向先锋群落或顶级群落过度演替。研究区存在一定面积的裸露坡地、矿山废弃地、陡坡地和石质山地，由于立地条件差，植被盖度小，植物多样性低，生态系统及其脆弱，仅仅依靠自然恢复或常规手段很难实现生态系统恢复或重建。此类立地条件需遵循自然演替规律，依据生态系统发育规律，先草本后灌木再乔木，多层分次实施生态系统修复。先种植草本植物实现固土、保水、积肥，有效减少和防止坡地土壤侵蚀[17]，草本植物主要选择根系发达或叶大、枝密，抗旱、抗寒、耐瘠薄的种质资源，如禾本科(隐子草、小画眉草、早熟禾、狗牙根等)、豆科(紫花苜蓿、白三叶草、广布野豌豆等)等，待草本植被实现自然更新，水土条件有所改善后，稀疏间植深根耐旱灌木，如小檗科(黄栌木、阔叶十大功劳)、虎耳草科(山梅花)、蔷薇科(火棘、西北栒子等)等，最后栽植乔木树种，树种选择优先考虑优良乡土树种种质资源。

3.4 文化范式

文化范式要求在生态系统修复中实现可持续发展要以人的需求和生态关怀为前提[18]，倡导公众参与，增强人与自然的良性互动，体现社会价值和人文情怀，创造生态结构完整，文化自然延续的多功能景观。文化范式多应用于研究区风景名胜区、人居环境与自然环境过渡区、交通干道周边等区域，要求生态系统修复体现人类审美偏好和感官体验美感，积极反应人与生态环境的联系，实现生态系统可持续发展目标并兼顾人的需求及生态功能[1,19]。植物选择和配置重点考虑不同种类(品种)植物的配置、植物间意境的构造、色彩形状的组合及其他元素的配合[20]。研究区一般可采用松科(白皮松、刺柏)、红豆杉科(南方红豆杉、红豆杉)、领春木科(领春木)、毛茛科(紫斑牡丹、绣球藤等)、虎耳草科(东陵绣球、大花溲疏等)、蔷薇科(高丛珍珠梅、湖北山楂等)、豆科(长青油麻藤、删槐等)、杜鹃花科(头花杜鹃、太白杜鹃等)、黄杨科(雀舌黄杨)、木犀科(紫丁香、暴马丁香等)等植物。

3.5 实验范式

由于生态系统的结构和功能(生物生产、物质循环、能量流动)是一个非线性的动态变化过程[21]，生态系统修复过程中存在诸多的不确定性，在应对大面积、高投入、高风险、耗时长、不可逆的生态系统修复工作面时，应通过风险有效可控，目标多元、有针对性的小范围试验，寻找最适的植物种类和配置，确定生态系统修复解决途径或方案。而在试验过程中，依据立地条件或小环境的不同，树种具体选择也存在差异，研究区渭河以北，土层深厚但干燥少肥，可优先选择松科(云杉、油松)、柏科(侧壁、刺柏等)、桦木科(白桦、藏刺榛等)、榆科(春榆、大叶朴等)等耐旱耐寒耐瘠薄的植物种类试验；河谷、沟谷水分条件较好的区域可选择杨柳科(旱柳、中国黄花柳等)、杉科(水杉、日本柳杉等)一些耐阴湿的深根性树种试验；一些坡陡沟深或石质陡坡地、断崖或泥岩裸露地带可选猕猴桃科(中华猕猴桃、全缘藤山柳等)、葡萄科(桑叶葡萄、蓝果蛇葡萄等)、卫矛科(大芽南蛇藤、苦皮藤等)等适用性强、善于攀援、生物量大的藤本植物试验。

3.6 绿色范式

绿色范式通过实施性强、难度小、见效快的人工方式对拟修复区域进行“绿化式”的快速“生态修复”，单纯考虑绿化覆盖，虽然难以形成有效的生态群落，或生态系统的功能单一、脆弱，但在一定程度上将环境影响和污染降低到最低程度，起到了生态缓冲作用。尤其是一些采矿筑路、土方迁移埋压或较大面积的崩塌、泥石流、滑坡等短时无有效恢复计划或方案的区域，可选择使用罂粟科(小叶博落回)、蓼科(酸模、东方蓼等)、菊科(一年蓬、小蓬草、深绿蒿、川甘蒲公英等)、豆科(紫花苜蓿、白三叶草等)等一些结实率高、萌生力强、性价比优的植物，便于一次性大面积撒种，有条件可在前期辅以喷灌措施，促进种子发芽出苗，短时间形成“绿色植被”覆盖，降低对周边生态系统的负面影响，并为后续长远生态系统修复目标奠定基础。

4 结语

生态系统修复是一个长期和渐进的复杂过程，相较于以往单纯的植被恢复，在空间尺度上更为宏观，时间上更为长远，更多关注自然资源要素的空间结构优化以及生态功能的保护和恢复。但不论采用何种具体途径，都宜遵循“最小干涉(Non-in tervention)”原则[16]，在植物选择与配置方面学习或模仿自然生态系统的程序和结构，重视研究借鉴和谐的自然树种谱和选择谱内的树种(种质)结构，保持系统内稳定的多物种互动的多样性、各层级发展的不均性和层次化的恒续林结构，促进植被群状或团状混交的延伸发展，珍惜立地潜力，尊重自然力[22]，充分利用生态系统的自然动力和演进机制，使生态系统天然物质得到复苏，达到生态系统修复具有良性的可变性和健康发展潜力的目的。