科技日報(bào)記者 馬愛平 在生態(tài)學(xué)專家眼里,,“自然”有著另一個概念:生態(tài)系統(tǒng),。他們樂于研究系統(tǒng)中的相互關(guān)系和規(guī)律,為自然代言,。中國林業(yè)科學(xué)研究院院長,、森林生態(tài)學(xué)首席專家劉世榮研究員認(rèn)為,尊重自然最好的方式就是科學(xué)的認(rèn)識自然,,順應(yīng)其內(nèi)在的運(yùn)行規(guī)律,,用自然自己的方法保護(hù)自然。 森林涵養(yǎng)水源離不開土壤 森林被稱為“綠色水庫”,。既沒有攔水堤壩,,也沒有水閘開關(guān)的森林,如何實(shí)現(xiàn)對水的時空調(diào)節(jié),,一直是森林生態(tài)學(xué)家們想探索的奧秘,。在近期獲得2019年度四川省科技進(jìn)步一等獎的“岷江上游森林植被恢復(fù)與生態(tài)功能提升關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用”項(xiàng)目中,森林為什么可以涵養(yǎng)水源,、如何涵養(yǎng)水源取得重要研究進(jìn)展,。項(xiàng)目成果第一完成人劉世榮表示,森林調(diào)節(jié)水的作用受林冠層截持-林內(nèi)灌草層截持-林地枯枝落葉層和苔蘚層攔蓄-森林土壤層含蓄所構(gòu)成的一個綜合復(fù)雜過程影響,90%以上取決于森林長期演替形成的復(fù)雜土壤結(jié)構(gòu),。 1998年的特大洪水給長江兩岸人民造成生命和財(cái)產(chǎn)的重大損失,。隨之,國家立即成立應(yīng)急項(xiàng)目,,專題研究長江上游森林植被破壞對洪水暴發(fā)的可能影響,。緊接著又推進(jìn)“天然林保護(hù)工程”和“退耕還林工程”加大對長江上游重要水源發(fā)源地、重要水源涵養(yǎng)區(qū)的生態(tài)保護(hù),。岷江上游地處青藏高原東南緣,,是成都平原乃至長江上游的重要水源地和生態(tài)屏障。為了弄清楚長江上游生態(tài)安全屏障帶構(gòu)建的重大科技問題,,闡釋森林對水源涵養(yǎng)的調(diào)控機(jī)制,,中國林科院以國家重大戰(zhàn)略需求為目標(biāo),積極承擔(dān)“973”國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究計(jì)劃等系列重大攻關(guān)項(xiàng)目,。在前人研究基礎(chǔ)上,,劉世榮帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)扎根岷江,歷經(jīng)20多年的集中聯(lián)合攻關(guān),,并梳理總結(jié)了長期積累的觀測數(shù)據(jù),,在森林植被水文調(diào)節(jié)機(jī)制和退化森林恢復(fù)與水源涵養(yǎng)功能提升關(guān)鍵技術(shù)方面取得了創(chuàng)新性成果。 劉世榮表示,,森林的水文作用總體來說是好的,,但要看具體條件,不能絕對化一般概念,。項(xiàng)目采用多尺度觀測和跨尺度分布式數(shù)值模擬技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)岷江冷杉是岷江上游的主要建群樹種,,其樹體生物量大、葉面積指數(shù)高,、蒸騰作用小等特性使得岷江冷杉林對水的含蓄作用效果突出,,尤其是岷江冷杉的原始林對水源的涵養(yǎng)作用更為顯著。主要原因在于岷江冷杉原始林長期自然演替形成了發(fā)達(dá)的海綿狀苔蘚層和枯枝落葉層以及具有非毛管孔隙度大,、密度高、滲透性強(qiáng)的土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu),,有利于非重力水的垂直滲透,。數(shù)據(jù)顯示,岷江冷杉原始林苔蘚層和枯枝落葉層的蓄水量每公頃分別高達(dá)126.36噸和223.85噸,,分別是人工云杉林,、次生闊葉林和灌叢的3.41(2.59)、8.26(29.82),、5.55(4.60)倍,。這在一定程度上證實(shí)了黃秉維院士在《確切地估計(jì)森林的作用》一文中提出的森林會降低土壤表面徑流這一觀點(diǎn)。但徑流減少的水并不是完全用于森林自身的蒸發(fā)散,而是通過森林土壤蓄存起來了,。劉世榮強(qiáng)調(diào),,不同的森林類型涵養(yǎng)水源的作用大小不一,不同的樹種對水分的利用規(guī)律也大同小異,,森林土壤讓森林成為真正的“綠色水庫”,。 山水林田湖草一體化的岷江樣板實(shí)踐 受海拔、地勢,、光熱等因素影響,,岷江上游的植被覆蓋類型呈現(xiàn)出高山草甸、亞高山暗針葉林,、中下部常綠闊葉林并種植用材林以及林下經(jīng)濟(jì)作物,、平原發(fā)展農(nóng)田經(jīng)濟(jì)的區(qū)域社會-經(jīng)濟(jì)-自然復(fù)合系統(tǒng)。在流域水分循環(huán)過程的長期觀測研究中,,研究團(tuán)隊(duì)意外得到一個重要發(fā)現(xiàn),,水在不同植被類型中的循環(huán)利用而串起的這個系統(tǒng),恰好詮釋了山水林田湖草一體化的自然生態(tài)系統(tǒng)理念,。 劉世榮說,,海拔3800米以上的高山草甸對降水具有低蒸散、高滲透的作用,,但從草甸土壤中滲透出來形成的徑流水順勢流入亞高山區(qū)域的云杉針葉林,,給該區(qū)域的森林土壤提供了水源補(bǔ)給;更重要的是,,亞高山暗針葉林自身的蒸發(fā)散90%又以雨霧水的形式回降到了高山草甸,,滋潤了草甸植被的穩(wěn)定生長。與此同時,,從亞高山森林中緩緩流出的水形成的徑流可以為山下的林下經(jīng)濟(jì),、平原的農(nóng)田灌溉、畜禽養(yǎng)殖提供源源不斷的水源供給,,為人類清潔飲水和從事各類生產(chǎn)活動提供了保障,。這一現(xiàn)象不僅很好詮釋了山水林田湖草是一個生命共同體的生態(tài)文明理念,更為人類系統(tǒng)認(rèn)識自然,、研究自然提供了現(xiàn)實(shí)案例,。 為了系統(tǒng)闡明亞高山暗針葉林、川滇高山櫟灌叢和高山草甸對降水分配過程的調(diào)控機(jī)理和優(yōu)勢植物的水分利用格局,,科學(xué)詮釋山水林田湖草系統(tǒng)化治理理念,,團(tuán)隊(duì)首次運(yùn)用穩(wěn)定同位素示蹤技術(shù),揭示了岷江上游典型集水區(qū)的降水,、穿透水,、樹干莖流、地被層水、土壤水,、壤中流,、河水和植物水氫氧穩(wěn)定同位素組成及其各水體之間的遷移和轉(zhuǎn)化規(guī)律。首次發(fā)現(xiàn)了岷江冷杉是該區(qū)節(jié)水,、調(diào)水和蓄水功能最佳的樹種,,且岷江冷杉原始林比其它不同演替階段的次生林和人工林具有更高的水源涵養(yǎng)功能。首次發(fā)現(xiàn)并揭示了亞高山暗針葉林-高山草甸之間的完整局地水循環(huán)過程與形成機(jī)制,,定量闡明了岷江上游高山草甸與亞高山暗針葉林之間的水分關(guān)系及其在水分平衡與水文循環(huán)中的重要作用,。這一研究結(jié)果為岷江流域森林水源涵養(yǎng)功能的正確認(rèn)識提供了科學(xué)依據(jù),為岷江上游水源涵養(yǎng)林構(gòu)建及其空間規(guī)劃提供了技術(shù)支持與決策咨詢,。 不要試圖輕易“改變自然”,,發(fā)揮人類智慧的助推作用 1998年的特大洪水給人類過度采伐森林上了一堂自然警示課,大規(guī)模集中連片種植的人工純林背后潛藏的外來物種入侵,、病蟲害爆發(fā),、生態(tài)系統(tǒng)健康問題越來越凸顯,氣候變化導(dǎo)致的全球增溫,、降水格局變化和極端氣候事件等也正加速影響著森林的更新和生態(tài)系統(tǒng)功能,。為了科學(xué)評估人類干擾采伐、生態(tài)恢復(fù)和氣候變化對森林水分調(diào)節(jié)功能的影響,,項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性提出了采用等效采伐/恢復(fù)面積的水文效應(yīng)指數(shù)與流域徑流雙質(zhì)量曲線之間長期時間序列關(guān)系的分析方法,,量化區(qū)分了氣候變化和森林采伐干擾對流域徑流影響的貢獻(xiàn)率,辨識了長期,、趨勢性的森林植被活動增強(qiáng)對岷江上游流域徑流的影響,,改變了國際上認(rèn)為森林植被突變20-30%以上才能檢測出引起流域徑流顯著變化的定識。 研究指出,,在岷江上游地區(qū)的天然林保護(hù)工程建設(shè)中,,應(yīng)首先保護(hù)好現(xiàn)存的天然林植被,包括原始暗針葉林,、天然灌叢,、草地和高山草甸等;植被建設(shè)要以天然更新和自然生態(tài)恢復(fù)或人工促進(jìn)天然更新為主,,不應(yīng)一味強(qiáng)調(diào)大規(guī)模營造人工造林,,特別是人工針葉純林。大面積的人工植被覆蓋會加重區(qū)域生態(tài)用水從而降低流域產(chǎn)水量,,減少下游可利用的水資源。隨著氣候變暖,,冰川消退和降雪減少,,岷江流域面臨基流補(bǔ)給減少的威脅,可能引發(fā)岷江流域的水生態(tài)安全問題。研究結(jié)果為成都平原乃至長江中下游地區(qū)用水安全提出了預(yù)警,。 劉世榮說,,天然林保護(hù)工程實(shí)施20年多以來,岷江上游地區(qū)的森林覆蓋率由1997年的38%上升到2017年的43%,;森林水源涵養(yǎng)能力預(yù)期可以由21.88億噸提升至26.52億噸,;衡量旱澇災(zāi)害發(fā)生的重要指標(biāo)洪枯比在岷江雜谷腦流域的監(jiān)測數(shù)據(jù)由1982年的11.5下降到2006年的7.1,紫坪鋪的洪枯比由1983年的10.3下降到了2016年的4.95,。這足以說明長江上游天然林保護(hù)工程的實(shí)施為岷江上游的水源生態(tài)安全做出了巨大貢獻(xiàn),。 他補(bǔ)充強(qiáng)調(diào),岷江上游的天然林保護(hù)修復(fù)工作,,應(yīng)充分利用殘留的保留木或老齡林片段促進(jìn)川西亞高山退化天然次生林加速恢復(fù)與水源涵養(yǎng)功能提升,;對前期大面積栽植人工林的基礎(chǔ)上,通過開林窗,、帶狀疏伐等模擬自然干擾的方式,,逐漸恢復(fù)以岷江冷杉為建群種的原始林,以更好發(fā)揮森林涵養(yǎng)水源的服務(wù)功能,,保障水資源和生態(tài)安全,。這是自然委托我們科學(xué)向人類傳達(dá)的“自然語言”。 |
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