生态恢复开先河

        中国科学院小良热带海岸带退化生态系统恢复与重建定位研究站始建于1959年,是由中国科学院华南植物园与茂名市水土保持研究所共同建设的生态站。建站的主要目标是热带海岸台地退化土地的恢复与利用。自建站以来,开展了大量的科学研究工作,积累了长期、系统的科学数据,出版了大量论文专著,研究成果曾2次获中国科学院科技进步一等奖和1次国家科技进步二等奖。20世纪90年代初,小良站作为生态恢复研究上的成功范例,其研究成果在联合国教科文组织总部巴黎展出,引起了国际同行的广泛关注。小良站还是我国大陆极少数位于热带沿海、以海岸带及海岛退化生态系统为研究对象的定位站之一。

历史沿革

    早在20世纪50年代,在我国广东省南部及西南部沿海,有大片极度退化土地,面积达数百平方公里,其中有很大部分是光裸地,地表没有任何植被覆盖。由于环境条件恶劣,当地的人民生活非常困难。对此,中科院华南植物研究所从1959年开始,与当地政府合作,在广东西南部沿海的电白县小良立定位研究站,利用多学科的手段,系统开展沿海极度退化生态系统的恢复研究。小良站也因此成为我国最早开展恢复生态学研究的野外台站。

 

    小良站位于广东省电白县的沿海台地上,东经110°54′18″,北纬21°27′49″,属热带北缘。小良站地处热带沿海,根据其自然地理环境,它代表的区域范围包括海南、广东、广西和福建的热带亚热带沿海区域。其地带性土壤为花岗岩风化而成的砖红壤,顶级植被为热带季雨林。但由于人类活动的不断干扰,原始森林已破坏殆尽,仅存村边作为风水林保护的次生林。由于水土流失达百年之久,表土层的大部分已遭严重破坏,侵蚀土肥力非常低,有机质含量仅0.6%,全氮含量0.03%,物理性状也非常差。

 

    自50年代末建站起,小良站即开始积累科学研究资料,特别是在小气候、土壤肥力动态与生物多样性动态方面积累了长期的观测数据。自80年代以来,小良站开展了全面系统的研究工作,10多个学科的专业人员在此开展科学研究,在小气候、土壤、生物多样性(包括植物、动物和微生物)、森林生物量等多个学科,进行周期性的监测与研究。80年代末,小良站还是中-德合作的重要基地之一(CERPCooperative Ecological Research Program)

 

    小良站的建设得到了当地政府的大力支持,茂名市水务局和水保所除了在建站经费给予支持外,还无偿提供了23.25 hm2的长期研究实验地和250.25 hm2的推广实验地,并通过合同公证用法律的方式加以确认。华南植物园、茂名市水务局、市水保所共同对台站进行管理,管理单位的有关领导共同组成了定位站管理委员会,保证了华南植物园和地方的协调及对科研的支持。该站目前已成为茂名市科普教育基地,也是水利部水保科技示范园。

 

 

研究工作的科学意义与特色

    地带性顶极类型的植被,是长期进化的产物,其生态系统具有最大的物种多样性,也具有最大的生态效益,在维持全球生态平衡上具有重要的作用。由于众所周知的原因,地带性的森林植被正以惊人的速度在消失,其后果:一方面是造成生态系统的退化、水土流失、土壤肥力下降和水源枯竭等;另一方面就是对全球生境的影响,包括生物多样性减少,对人类生存的影响等。因此,人工恢复地带性植被是当今全球性的迫在眉睫的重要任务,尤其是热带雨林和我国最具特色的亚热带常绿阔叶林的恢复,是国内外学术界乃至政府关注的焦点。

    在极度退化的生态系统上能够人工恢复热带雨林吗?这是仍未有最终定论的重大科学问题,目前国内外大多数学者强调热带雨林的脆弱性和不可恢复性。尽管热带雨林具有优越的水热条件、复杂的空间结构、丰富的生物组分与很高的生物量,然而土壤养分贮存较少,一旦森林被毁,生态系统中主要贮存养分的地上部分巨大的生物量消失,有限的土壤养分贮备在暴雨冲蚀下很快丧失,要重建高生物量的热带雨林生态系统十分困难。在澳大利亚昆士兰东北部湿润热带海滩植被和中国海南岛尖峰岭的热带常绿季雨林的研究都得出了这种结论。在极度退化的热带雨林地区,理论界对其地带性植被能否恢复普遍持悲观态度,认为热带雨林具有最大的稳定性和最大的脆弱性,即要完全破坏一个热带雨林并不容易,但一旦完全破坏后是不可逆的,是不可恢复的。然而,小良站依据几十年来生物多样性的变化、土壤肥力的恢复、森林生物量的积累等重要指标表明,该地极度退化的生态系统完全有可能恢复为地带性顶极群落。这是小良站独特的自然地理历史背景下进行长期系统的科学研究得到的重要结论,具有重大的科学意义和应用价值。

    与国内外同类研究相比,本研究的一大特色还在于资料积累的持久性和系统性,以及生态类型的典型性与特殊性。尽管国内外有些研究持续历史并不短,但其资料积累是难以与小良站相比的,不少历史悠久的研究项目往往只是建立了实物示范模型,而缺乏科学资料的论证。因此,小良站的研究资料是极其珍贵的科学财富,它为更深入的研究工作奠定了基础,也使我国在恢复生态学领域确立了优势地位。

    此外,退化生态系统恢复研究是综合交叉的研究领域,几乎各种生态学问题均可在这个过程得以检验与发展。小良站抓住生态学几方面的前沿问题进行深入的基础理论研究和应用基础研究,形成了自己的研究特色。

    理论研究特色:由于极度退化地的典型性,研究工作主要集中探讨生态退化与可恢复性的关系,从生态系统结构、功能与动态等方面开展多学科的综合研究,特别是能量流动与物质循环的研究,以建立生态恢复的方法与途径,阐明退化生态系统恢复的原理。

    应用研究特色:小良站几十年研究的一大成果是从理论与实践上证明了阔叶混交林是生态上最为稳定的人工林类型,它为水土流失的控制,高功能生态公益林的建立指明了出路。在鹤山市大面积推广的针阔叶混交林是这一成果的具体应用。小良站农林复合生态小区的建立为我国及东南亚国家农村地区的经济发展提供了示范模式。

科研工作发展阶段及成果

    第一阶段,重建先锋群落(1959~1964):在进行本底调查的基础上,采取工程措施与生物措施相结合,以生物措施为主的综合治理方法,选用速生、耐旱、耐瘠的桉树、松树和相思类树种作为先锋树种,重建先锋群落。至1972年,433 hm2寸草不生的荒坡披上了绿装。这一阶段主要开展了气候、土壤、植物学本底和植被重建初期的研究。

    第二阶段,配置多层多种阔叶混交林(1964~1979):模拟自然林的种类成分和群落结构特点,在松、桉林先锋群落的迹地上陆续营造成了7片混交林,开展了阔叶混交林的配置研究。其优势种主要有楝科、桃金娘科、含羞草科、苏木科、壳斗科、蝶形花科等科的树种。这期间也进行了气候、土壤等方面的研究。

       

    第三阶段,综合研究阶段:从1980年开始,采取以空间代替时间的方法,选择荒坡(光板地)、桉树纯林和混交林3个不同植被类型,在地貌、岩性、土壤类型和坡度等基本一致的集水区,分别建立起森林小气候、森林土壤和森林水文的观测点,并同步进行植物、动物、昆虫、土壤动物和土壤微生物等方面的生物和生态环境效应动态观测研究。主要取得了如下结果:(1)生物效应:植物群落从荒坡    松、桉纯林     阔叶混交林的演变过程,也是土壤动物、微生物群落从简单到复杂性的变化过程,植物群落的多样性是人工森林生态系统稳定性的基础。(2)生态环境效应:植物群落的多层结构及各种类组成的多样性,不仅带来了相应丰富的生物类群,而且使整个森林生态系统中小气候、土壤、水文等各项指标都不断向着良性方向转化和发展。如:温度年振幅从荒坡的14.3变为混交林的13,大气相对湿度从83.2%增加到87.3%;土壤有机质含量从0.60%提高到2.68%pH值从4.5提高到5.7;地表泥沙冲刷量从荒坡的52.32 t a-1 hm-2减少到0.18 t a-1 hm-2(3)经济和社会效益:几十年来,小良站的生产收入逐年增加,从1960年的1.84万元上升到1987219.40万元;现有固定资产总值为188万元,大大超过了历年国家投资总额;周边农村农业生产条件逐年改善,水稻产量由过去的1 500~3 000 kg hm-2提高到现在的9 000 kg hm-2

    第四阶段,成果推广与应用、生态机理进一步探讨、先进研究技术与手段的应用阶段:从80年代中后期以来,一方面,由于小良在植被恢复上的成功,大批来自其它各省市的人员曾到小良参观学习,小良的生态治理技术得到了广泛的推广和传播;另一方面,利用小良的研究成果,1984年中国科学院批准在鹤山市设点,建立中国科学院鹤山丘陵综合开放试验站,推广混交林面积达15333.33 hm2,产生了巨大的生态、经济效益。小良作为生态治理上的成功例子,已成为进行生态环境教育的一个重要基地。在此基础上,进行多种经营,种植热带作物和果树,以提高生态系统的经济效益,改善人民生活。在成果总结与推广的同时,植被恢复过程中的生态机理得到了更深入的探讨。80年代末,在联合国教科文组织的协调下,与前联邦德国在小良进行了生态合作研究,第一次在国内应用计算机技术模拟了植被系统的营养与能量过程,从可持续发展的高度,提出了生态系统管理上的优化技术。

    总之,经过长期定位研究与野外工作,小良站已建立起433 hm2的多样性的人工森林群落样板,带动了邻近地区大区域退化土地的恢复,找到从不毛荒坡地恢复到多层多种阔叶混交林的有效途径,取得了显著的生态、经济和社会效益。作为一个长期定位研究基地,在当地有关部门的积极配合下,小良站积累了大量系统的科学资料。作为该站研究工作的重大成果,广东热带沿海侵蚀地的植被恢复途径及其效应项目1986年获中国科学院科技进步一等奖,1989年获国家科技进步二等奖;热带亚热带植被恢复生态学研究”1999年获中国科学院科技进步一等奖。

研究方向、目标及内容

    小良站的研究方向是热带亚热带海岸带与海岛退化生态系统的恢复与综合利用。

   

    研究目标是在海岸带地区创建一个生态与经济持续协调发展的退化土地综合利用示范样板,并在理论上揭示海岸带退化生态系统恢复的过程与机理,在实践上提供退化生态系统恢复和环境治理的技术方法。

    定位站的主要研究内容,既结合已有研究工作积累,进行重大科学问题的探讨,又结合国家需求和定位站地处热带沿海的地理优势,进行海岸带与海岛退化生态系统的恢复研究。小良作为曾是生态灾难的热带沿海台地,它在现代生态问题的探讨上,具有无可替代的独特地位,如关于可持续发展土地利用模式的研究,热带森林的可恢复性的探讨等,小良站均是理想的研究场所。目前与将来一段时间主要在以下方面进行探索:

        —— 沿海台地土壤侵蚀规律、水土保持措施及其效益评价

        —— 海岸带多层级高效防护林的结构特征

        —— 热带雨林的可恢复性研究

        —— 沿海台地人工林的生物多样性与稳定性及生产力形成机制

        —— 干扰与受害生态系统的关系

        —— 红树林对岸区退化生态系统恢复的作用

        —— 海岸带地区的可持续发展研究

        —— 沿海生态公益林的结构与功能

        —— 沿海湿地保护与利用

        —— 潮间带生物多样性保持机制与恢复重建

作者:李志安 任海 王刚 夏汉平