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如何恢復森林?– 從嘉道理農場的森林恢復樣地說起

張金龍 (嘉道理農場暨植物園植物保育部)

2/12/2021

  • 1 華南地區的原始森林

  • 2 森林破壞的一般模式

  • 3 香港森林的分布與特點

  • 4 森林破壞之后并自然恢復一段時間后的特征

  • 5 森林能自己恢復嗎?

  • 6 人們希望恢復生態系統功能

  • 7 人工恢復不如自然恢復嗎?

  • 8 我們正在做什么工作?

    • 8.1 在草地上恢復森林

    • 8.2 恢復浙江潤楠、短序潤楠和刨花潤楠組成的次生林

    • 8.3 恢復生態學實驗的矛盾

  • 9 結論與展望

  • 致謝

大家好, 我叫張金龍,在香港嘉道理農場暨植物園植物保育部工作,主要負責植物標本館和森林恢復樣地的數據管理和分析。我是天津寶坻人,2006-2011年在中科院植物所讀書,2013年開始在這里從事恢復生態學有關的工作。

一提到恢復生態學,很多人會想起種樹。沒錯,我們的任務就是種樹。從2013年到現在,我們已種下4萬多棵樹苗,大約300個樹種,還有300多種灌木、草本等。另外,我們的苗圃為其他機構提供了幾萬棵本土樹木的幼苗,種在香港的大嶼山、大欖涌水塘附近。今天很榮幸有機會跟大家介紹一下這幾年工作的收獲以及相應的思考。

1 華南地區的原始森林

我們關注的是南亞熱帶和北熱帶地區的森林恢復,所以關注這些地方的森林比較多,特別是海南、廣西、廣東等地的森林。

圖1. 海南尖峰嶺的北熱帶季雨林

圖2. 廣東黑石頂的亞熱帶常綠闊葉林

這張照片是海南島尖峰嶺的原始森林。尖峰嶺位于海南島西南端,主體是熱帶雨林,屬于北熱帶。這里所說的原始森林,已經不是人跡罕至了,實際上現在也很少有什么人跡罕至的地方了。之所以說這是原始森林,是因為這片林子過去沒有經過大規模砍伐。那么在這樣的森林,我們能看到什么?

  1. 森林分成幾層,有喬木層、亞喬木層、灌木層、草本層等。

  2. 有很高大的樹木,樹冠層有40-50m高,胸徑達1-2m甚至更大。

  3. 每一種樹木,雖然有些個體數很多,有些很少,但是大都有大樹,也有小樹,也有幼苗。也就是說,這些種是在不斷更新的。

  4. 森林當中存在著眾多的藤本以及附生植物。

植物資源調查,如采集標本、做樣方等,一般都是盡量選取這樣人為干擾少的地方。因為這樣的地段,一般物種的多樣性非常高。去這樣的地方調查,各種受保護的種、稀有物種也相對容易見到,甚至發現新種。

華南地區的原始森林原本分布著很多種動物,如長臂猿、亞洲象、犀牛、野牛等,還有各種鳥類,爬行動物、兩棲動物、昆蟲等等,這些基本上都在保護區考察集里面列出來了。有一個問題,就是有些種,可能幾十年前、幾百年前比較多,最近數量十分稀少,甚至再也沒有記錄過了,這樣的種一般也收錄在考察集中。這樣的物種其實是不少的。為什么會這樣呢?這很可能表明生態系統出現了問題,出現了明顯的衰退。不僅在保護區外面如此,不少自然保護區里面也是如此。很多保護區的物種組成,特別是動物的物種組成,即使跟幾十年前相比,也發生了一些變化。

比如尖峰嶺現在最好的森林是中高海拔地區的。中高海拔的森林,從結構和科屬的組成上看,與南嶺以南各地,比如廣東鼎湖山、黑石頂、廣西的十萬大山以及越南北部的植物科屬組成是非常相似的,有很多殼斗科、樟科的大樹。另一個地方,廣東封開黑石頂,屬于南亞熱帶常綠闊葉林,在當地的山坡上,喬木層有些樹種,如蕈樹、黑葉錐等也能達到50m高度。這些地方的森林物種組成復雜,種類十分豐富。

有人問,你不是講森林恢復嗎?而且是講嘉道理農場森林的恢復,這些地方的森林跟你們的森林恢復有啥關系?

當然有關系,這是因為,只有了解了附近區域最好的森林,才能推測要恢復的森林是什么樣子,知道物種組成的差距,才能知道應該從什么角度,用什么方法去恢復本地的森林。鄰近地區保存很好的森林,可作為森林恢復的模板。

為什么要恢復植被?很顯然,是因為植被退化了,不能再提供我們需要的功能了,而森林可能難以自己恢復,所以需要我們去恢復。

在講我們過哪些嘗試之前,我們先看看森林是怎么破壞的。

2 森林破壞的一般模式

這幅地圖展現的是亞洲人類足跡,我們發現,人類沒有到達的地方確實是很少了。不僅如此,對于植被的破壞或者人為干擾,在農業早期,也就是幾千年前就已經開始了。

圖3. 人類足跡

地勢平坦、低洼的地段,水源也豐富,適于人類居住和耕作,對于我國南部來說,這些地段也都是非常適合森林生態系統發育的。三四千年前,華南的森林比現在廣布得多,當時環境可能也比現在溫暖一些,那時,華南地區有亞洲象、犀牛、長臂猿等的分布。這些動物當中,很多已經在國內滅絕,或者現在的分布已經不在華南,而是分布在非常偏遠或者非常狹窄的區域了。究其原因,除了人為獵殺,還有很大的原因就是毀林開荒,破壞了它們所依賴的生境。平原地區適于種植各種作物,特別是水稻。華南地區的水稻種植最晚在兩千多年前的秦漢時期就已經開始了,也就是說森林破壞最晚從那時候就開始了。

多種人類活動,如農業、林業、城市化等都會導致植被退化。植被退化到一定程度,會有什么后果呢?我們以香港為例,看一下植被破壞后是怎樣的。

3 香港森林的分布與特點

香港土地面積為1100多平方公里,分為香港島、九龍和新界三部分,包括260多個海島,其中面積最大的是大嶼山。香港地形崎嶇,主要是山地,最高峰是大帽山,海拔957m。年降水量約為2000毫米。降水在時間上非常不均勻,分為明顯的雨季和旱季;空間上也非常不均勻,比如一些海島,可能只有1800mm一年,而降水最多的是大帽山,年均達3000mm左右。年平均氣溫為22℃,因為位置靠南、靠海,平地的霜凍極少見,只有大帽山等幾座高山上每年有幾天有短暫霜凍。

圖4. 香港地形

圖5. 香港的年降水 (來源:香港天文臺)

這樣的溫度和降水非常適合季節性雨林的發育。在不少植被區劃中,香港屬于北熱帶,跟雷州半島、海南島、廣西西南部以及越南北部屬于同一個氣候類型,因為地理距離很近,植物科屬組成也是十分相似的,種類十分豐富。不過,由于幾千年來,特別是最近幾百年來,受到農業、頻繁人為山火等的破壞,香港的植被破碎化極為嚴重。第二次世界大戰之后,很多地段劃歸為郊野公園,在近些年發育出多樣性較低的次生林。

在此之前,如19世紀中葉,英國人登上這座島嶼的時候就感嘆,這個地方非常貧瘠,屬于“不毛之地”。

最晚在明代或者清代,香港大部分地區已經開辟為農田,而山上不便耕種的地段被開墾為茶山,雖然大部分茶山在清末便已經荒廢,但不少地方留下了石頭壘起來的矮墻,從照片上至今仍然可見。

圖6. 香港大帽山(北坡),上部分為草地

第二次世界大戰時,日本占領香港達3年零8個月,香港的植被遭受進一步破壞,樹木不僅被大量砍伐用作軍事用途,普通人還需要大量的薪柴做飯、取暖等,使植被遭到非常嚴重的破壞。1945年的航拍照片清楚顯示,在大帽山附近,森林覆蓋率只有大約0.2%。殘存的森林只分布在山頂附近的溪流中。這些地方石頭太多,不適于耕種或者種茶,位置偏遠,人也難以到達。

在其他地方,也有一些植被較好的地段,大約有幾種情況:

  1. 村邊的風水林。在華南地區,很多村附近有一小片樹林。人們相信這小片樹林能保佑村民平安,所以不會砍伐,偶爾也會種一些樹,希望樹林越來繁茂。這種樹林保存了比較多低海拔,特別是具有熱帶性質的植物,如黃桐、白顏樹、華潤楠、荔枝、土沉香、顯脈杜英等,偶爾能見到吊皮錐、紅皮糙果茶等稀有種類。

  2. 非常陡峭的山體,瀑布等地段,或者非常偏遠,交通不便的地段。在這些地區,有時生長有非常稀有的種類,如南華杜鵑、大嶼八角、孔藥楠、藍樹、觀光木等。

雖然香港面積還沒有內陸很多縣的面積大,人口也達到750萬,但是仍然保存有2200種原生的維管植物。

圖7. 香港新界大埔林村的風水林

不過,由于香港的植被歷史上受到的破壞很大,所以呈現出一些鮮明的特征:

4 森林破壞之后并自然恢復一段時間后的特征

  1. 物種組成改變:山頂和較高海拔的森林被草原代替。這種“草原”當然不是原生的,而是因為森林被破壞之后,原本在森林某些地段的陽生草本植物,擴散到它們適合的生境形成的,見于大帽山、八仙嶺等新界北部各地,常見種類有鴨嘴草、芒、五節芒、鱗籽莎等。

  2. 物種多樣性的改變:物種數減少。森林被破壞之后,原本在某地區常見的種,可能就變得非常稀有,例如黃葉樹,在華南地區是非常常見的種類,每公頃個體數最少應該在幾百株以上,但是在香港卻只有零星發現,個體數極少。一些廣布的且在內陸常見的樹種,例如紅錐,在香港目前只發現有一個種群。

  3. 微環境的改變,物種更新困難:因為原本的森林生態系統被完全破壞,只有一些耐性非常好而且喜光的種類,如浙江潤楠、短序潤楠、白楸等,能夠在草地上生長,逐漸恢復成結構簡單的樹林。而在山脊等非常暴露的位置或者頻繁受到山火干擾的地段,一直是草地,很少有其他樹種能夠生長。

  4. 水土流失加劇。香港的降雨非常不均勻,有時24小時降雨量可達100-400mm,在這么強的降雨下,很多地方裸露的表土都被沖走了,由于淋溶作用的影響,土壤的營養物質極為匱乏。我們測量過我們森林恢復樣地的土壤養分,其氮含量甚至低到儀器檢測不到的水平。不難想象,在這樣的地方,要進行森林恢復,是十分困難的。

事實上,不同地段,因為破壞的程度不同,自然恢復的難度也不同,例如:

  1. 間伐:森林里面大樹或名貴樹種被砍。這種破壞對整個森林生態系統的影響比較小,但是對附生植物、野生動物以及樹種的更新有較大影響。

  2. 皆伐:整片森林都被砍。喬木被破壞,但是灌木和喬木幼苗等大部分保存,種子庫也未被破壞,如果有足夠長的時間,有可能恢復為天然的次生林。

  3. 耕作:毀林開荒,林下層和種子庫會被完全破壞。森林只能靠周圍植被的種子和傳播媒介更新。隨著時間的推移,土壤層也被侵蝕和破壞。即使被森林生態系統包圍,這種地段也是很難自然恢復的。

  4. 礦山:除了森林被完全破壞之外,礦山附近還伴隨嚴重的土壤和水污染等,極難恢復。

除此之外,森林恢復能否取得成功,很大程度與還與恢復的策略,比如物種的選擇、種植的方法等有關。

1970年以前,香港有不少大規模的植樹計劃,當局希望恢復森林,如在郊野公園范圍里面種植了很多桉樹、紅膠木、白千層、臺灣相思、馬尾松等,這些樹種有些已經種下去五六十年了,有些成功存活,但是它們生長的地段成了物種組成非常單一的樹林,并不算是真正的森林。有些種,如馬尾松種植之后不久,就因為松材線蟲、蚧殼蟲等蟲害、病害而大量枯死。現在,在香港幾乎看不到馬尾松了。這些人工林都沒有按照傳統的森林演替形成生物多樣性更高的天然林。

5 森林能自己恢復嗎?

森林恢復的重要性不言而喻,在健康的生態系統中,人能生活得也更舒服。但剛才也介紹了,香港有些地段的植被還可以,比如,大帽山的植被就是1945年那0.2%的植被恢復而來的,至今,大帽山山頂附近也是植物物種組成也最為豐富的地段之一,我們去調查后也不斷有新的發現,甚至發現了幾十個香港新分布。那么問題來了,如果讓森林自然恢復,不用太多人力物力,這不好嗎?

我自己的答案是。在土壤被完全破壞,水土流失嚴重,自然恢復幾乎是不可能的。主要原因如下:

第一,沒有足夠的種子能夠自由傳播到要恢復的地點,因為沒有母樹能夠產生足夠多的果實和種子,即使有點兒果實,果子貍、老鼠等動物天天惦記著,果實成熟之后,第一時間就被吃掉了。只有部分種類的種子能夠在這種情況下存活。

第二,缺乏傳播媒介。即使種子幸存,但是沒有動物幫忙傳播種子,種子就不能達到我們希望恢復的地方。有人說,有些種子是靠風或者重力或者水流傳播,應該沒問題。非常對,但是,這種情況下,因為傳播方式的差異,有些種在天然恢復中比較成功,成為所謂的勝利者(winner species)。

第三,種子能不能萌發。假設種子能夠傳播到要恢復的地段,那么它們能順利萌發并長出苗來嗎?這涉及到種子所處地方的溫度、光照、水分、土壤類型等。一般來說,種子都攜帶了母樹送給它的營養,很多種類能夠供給幾個星期甚至幾個月的營養,以供生長。問題是不是所有的種類都能夠萌發,什么因素導致了種子不能萌發,不同種類有什么差別,這些都還需要研究。為了弄清楚原因,我們在農場內設置了實驗,正在收集數據,希望能深入探討。

第四,幼苗能不能生存。幼苗能否長成幼樹,受到很多因素的影響,例如,水分、光照、疾病、同種的競爭、異種的競爭,動物取食、蟲害、臺風、旱災、寒潮等等。這些因素有些是部分重疊的。例如動物可能通過影響水分供給影響幼苗的生存。有些動物能夠非常準確地識別植物。比如,我們植樹樣地種了亞熱帶常綠闊葉林的常見種,石櫟 ,但是野豬喜歡在它的根周圍挖來挖去,我們樣地里面幾乎每一株石櫟的根都被挖了。這些石櫟的苗都沒辦法只能再次扎根,只能讓從根部萌生了很多新的分枝,變成了灌木狀。這樣的樹苗連生存都困難,也就失去了長成大樹的機會。再比如,某種天牛則非常喜歡在硬殼柯上產卵,幼蟲將樹皮環割,導致樹苗枯死。另外,據重慶大學楊永川教授的研究,自然狀態下,幾千粒栲樹種子才能形成一棵幼苗。幼苗能不能生存,還跟土壤中的細菌和真菌有關,例如有些杜鵑必須要真菌形成菌根才能生存,豆科的絕大部分種類需要固氮菌共生才能生存。在生境已經嚴重衰退的地方,這些有益的真菌和細菌是否存在,土壤退化后種類發生了哪些改變,都還不清楚,這方面的研究目前非常活躍。我們也正在跟北京林業大學等單位開展合作研究。

圖8. 香港屯門青山的水土流失

這張照片是香港屯門青山的水土流失情況,比大帽山的樣地水土流失更嚴重,我們可以看到這里土壤裸露,表土全無,有些地段只能見到鱗籽莎等。在這樣的地方,森林的自然恢復幾乎是不可能的。

6 人們希望恢復生態系統功能

有人要問,森林恢復不就是種樹嗎?這有什么好講的。刨個坑,把樹苗中下去,蓋上土,再澆點兒水,就成了。

說得對,但是也不完全對,因為這樣是一般在公園、綠地里面的種樹方法,而是在亟需恢復的地段,種樹要考慮的因素比這要復雜。而且,我們不僅僅是要把某一棵樹種活,而是需要恢復整個森林生態系統的功能,包括固碳,涵養水源、防止水土流失。而且,我們還希望,在恢復的森林中,每個樹種能夠自我健康地更新,森林能跟天然森林一樣,能夠成為哺乳動物、鳥類的家園,能夠具有和天然森林一樣的景觀文化價值。

7 人工恢復不如自然恢復嗎?

恢復森林的多樣性和全部生態系統功能是一種非常高的目標,目前來說,仍然是非常困難的。有人說,當代的最尖端的技術有幾個,一個是太空探索;一個是對微觀世界的探索,比如納米技術、基因工程;另一個,就是在宏觀尺度重建各種生態系統。前幾個方向已經有各種進展,但是在宏觀尺度重建生態系統目前還不知道怎樣做到。如果人類能夠成功恢復森林,就很可能也就能有效應對全球變化。但是仍然有人懷疑人工恢復的成效。

兩年以前,Science Advances上面有一篇論文,總結了全世界森林的恢復樣地,認為人工恢復效果不如天然恢復。這篇論文發表之后,馬上引起了極大的反響。很快,就有生態學家指出,天然恢復的森林,一般來說,選取的樣地是在森林容易自然恢復的地段;而人工恢復的樣地,往往是礦山、或者植被嚴重退化的地段,這兩種類型的樣地,由于恢復的起點是不同的,不能直接簡單比較。

為什么到現在還有生態學家覺得人工恢復森林沒有自然恢復的好呢?很大程度上是因為我們還不知道森林恢復的正確方法,不知道森林原本應該有什么物種組成和結構,不知道究竟需要把森林恢復成什么樣。要恢復森林,我們首先要了解森林的復雜組成,這就是為什么要多了解鄰近地區森林的物種組成和結構。

傳統的森林演替模型說,如果一個地方,砍過之后,置之不理,大約能夠在100-150年之內恢復到原始森林的狀態。但是有研究發現,一個地區的森林能夠恢復,取決于當地的物種庫,如種子庫或者幼苗是否存在,也取決于當地的傳播種子的動物等是否存在,取決于是否有持續的干擾等,并不是那么簡單。研究發現,森林恢復過程中,生物量的恢復是容易的,也就是樹冠層長得像原始森林一樣大約需要80-100年的時間可能就夠了,但物種組成恢復的中位數可能需要900-1000年。什么概念呢? 宋朝砍的森林,比如說,如果這一千年來沒有經過太多的干擾,森林的物種組成才能和原始森林差不多。森林能恢復的前提是,所有的物種在生態系統中還存在。如果有些物種滅絕了,即使是本地滅絕,生態系統也可能就沒有辦法恢復到原始森林的狀態了。

在這種情況下,也許要接受,進入人類世之后,某些生態系統再也沒有辦法恢復到以前的狀態了。要將森林破壞后的植被恢復成健康的森林生態系統,提供必要的生態系統服務,支持野生動植物生存,需要從全新的角度考慮。

8 我們正在做什么工作?

我們在大帽山有兩種樣地,一塊是從2013年開始的,是從草地開始恢復的。另一塊是從2018年開始的,是從天然恢復的潤楠林開始。下面分別介紹:

8.1 在草地上恢復森林

大帽山較高海拔,明清時期,人們曾將其開墾為茶園。清末,茶園逐漸荒廢,植被退化,逐漸被草地所代替,過去,每隔幾年或者十幾年就會受到一次山火的侵襲。

我們的森林恢復樣地位于大帽山北坡,嘉道理農場植物園的最高處,海拔從500m到650m左右。在某種程度上看,這塊樣地上開展了不同的恢復生態學實驗。每年,我們都按照一定的實驗處理種植幾千棵幼苗。每種處理都在嘗試回答一些恢復生態學方面的問題。

所用樹苗都是本土樹種,目前我們植物保育部有兩個采集隊,分別在香港的郊野公園采收種子,然后在苗圃培育樹苗。

8.1.1 種子采集

在不同地點,采集種子后,編號并記錄GPS信息。盡量在不同地點采集,以便提高所采集種子的遺傳多樣性,這樣才能保證幼苗在種下之后,種群能夠健康延續。有些稀有種由于很難采集到種子,所以也用采集來的枝條培育扦插苗。扦插苗的遺傳多樣性一般來說非常低,不過這樣的幼苗所占的比例是非常少的。

8.1.2 播種和育苗

清除果肉,去掉果皮,播種到苗床。待幼苗幾公分高時,移栽到塑料容器內。容器內裝有沙土。這時候,每株幼苗都有自己的編號。在種植之前,需要測量幼苗的高度和基徑。每一棵幼苗在種植之前,已經綁好了號牌。

圖9. 嘉道理農場的本土樹木苗圃

8.1.3 種植

種植很簡單,先用鋼鎬刨坑,深20-25cm,直徑約30cm,將樹苗根部的塑料袋去掉后再培好土。

參考CTFS大樣地調查的方法,樣地劃分成了20m*20m 的樣方,每個樣方再劃分成16個5m*5m的小樣方,向東為X,向北為Y。一般來說,每個5*5m樣方是一種實驗處理。

種植的時候,每個5m*5m的小樣方按照一定實驗處理。

8.1.4 實驗處理

圖10. 嘉道理農場的森林恢復樣地,藍色為樹木保護罩

8.1.4.1 樹木保護罩 (Treeguard)

有藍色保護罩、遮陰網等幾種。保護罩能明顯提高幼苗的生存率并促進幼苗的生長。目前我們認為保護罩有以下幾種作用:

  1. 降低光照強度,模擬幼苗最適宜光照

  2. 降低風速,降低干燥效應

  3. 提高幼苗的頂端優勢

  4. 降低幼苗被草食動物(牛、赤麂、豪豬等)取食的風險

  5. 抑制雜草的競爭

8.1.4.2 防草墊

每棵幼苗周圍鋪設了防草墊,防草墊由椰子纖維壓制,用來能抑制雜草的生長。不過,從樹苗長勢來看,防草墊對樹苗生長的影響不大。

8.1.4.3 生物炭 堆肥 biochar decompost

生物炭是一種在特殊溫度下燒制的炭,在土壤中能夠長期穩定存在,也能夠改善土壤的通透性和結構等,促進幼苗生長,與堆肥一起,用于改善土壤性質。

8.1.4.4 木屑 mulching

將樹枝粉碎,鋪在地面。這是一種園藝上常用的方法,可促進樹木生長,抑制雜草。在土壤貧瘠地段,木屑分解后也能增加土壤肥力。

8.1.4.5 有機肥、化肥

為了增加土壤肥力,有些年份,我們施用有機肥,而部分樣方在2013年施用了化學肥料。

8.1.4.6 修剪

在草地或者灌木叢中生長出的樹木,可能因為沒有足夠的競爭者,植株往往在很早的時候就分枝,甚至出現多分枝結構,這樣的樹木在天然的森林里面是非常少的。為了能讓種下去的樹木能夠像森林里面的樹木一樣,我們對其中一些樹苗的側枝進行了修剪。這也是林業經營中常用的促進樹木生長的方法。修剪能夠在一定程度上提高林下層的光照,為后續的生物多樣性強化種植實驗創造條件。

8.1.4.7 間伐/稀疏化(thinning)

隨著樹苗長大,樹冠層逐漸形成。如果樹苗種類非常單一,個體密度又太高,將來長成的樹林是非常不健康的,生物多樣性自然提高十分困難。據以往經驗,在樹苗種植后三十年或者五十年之后,樹種密集而單一的樹林,植物種類仍然十分貧乏。而且,如果在初始階段種植得過密,個體之間的競爭會更為激烈,每一株都不能健康成長。這種樹林的郁閉度非常高,林下非常陰暗,其他種的幼苗,甚至本種的幼苗也都很難生存。有人問,那如果不種那么密不行嗎?答案是不行。根據經驗,如果在一開始種植的時候種的樹苗很稀疏,那么每個個體從保護罩中長出來后,生長會變得很慢,樹冠層很難形成,森林恢復項目很可能會失敗。為了形成連續的林冠層,目前流行的方法有三個:

  1. 宮脅(Miyawaki)法:這是日本生態學家宮脅昭提出的一種方法,也就是一開始種植密度非常高,例如每20m\*20m種植幾千棵幼苗,但是我們沒有辦法獲得那么多的原生樹種的幼苗,所以這種方法對我們來說并不適用。

  2. 保護罩法:用保護罩將每棵幼苗保護起來,去盡量模擬林下的條件,保證幼苗生存和生長。

  3. 撫育樹法:先種一些能夠快速生長的幼苗,作為撫育樹(nurse crops),等到林冠層形成的時候,再砍掉一些,為后續種植創造合適的條件。

我們目前是將第二種和第三種方法結合。因此既要用保護罩,又要砍掉一部分撫育樹。但什么樣的樹該砍,什么樣的不該砍呢?有什么標準?目前仍然不清楚,只能說有一個原則,就是同一種植物,密度不宜太高。如果這些個體與要保留的某些個體有顯著的競爭關系,則應該砍掉。

8.1.4.8 補種

為了提高樣地的物種多樣性,因此采用兩步種植法。也就是在砍掉部分nurse crops之后,再種植其他的:(1)樹苗;(2)灌木;(3)草本;(4)附生植物等,以保證不同層的種類,在森林人工恢復的早期就存在,而不是在第一批樹長大之后再自然出現。

8.1.5 數據收集

雖然有各種實驗處理,但是我們仍然只能采集一些基本信息,比如幼苗的坐標和高度、基徑等。要測量的指標有:

  1. 位置:幼苗的X、Y坐標,然后轉換為HK80坐標

  2. 物種:物種以及每個種的采集地點,一般在種子采集的時候,就已經鑒定到種了

  3. 基徑:地面上5cm的直徑

  4. 胸徑:對于高度超過1.3m的植株,測量胸徑

  5. 高度:也就是頂芽到地面的高度

  6. 冠幅:樹冠的長軸和短軸

  7. 病蟲害程度

  8. 整體表現:比如很好、一般或很差

除此之外,還要記錄測量人、記錄人等。數據收集好之后,輸入excel存檔,以便進一步分析。

8.2 恢復浙江潤楠、短序潤楠和刨花潤楠組成的次生林

圖11. 以往的植樹計劃, 林下層很難恢復

圖12. 林下補充種植

大帽山上天然恢復的森林,建群種為浙江潤楠、短序潤楠、刨花潤楠等樹種,而其他亞熱帶建群種,如殼斗科、木蘭科、金縷梅科、冬青科、山礬科、大戟科、桃金娘科植物都難以在短時間(幾十年)內恢復。這些潤楠林的種類單一,結構簡單。一旦有嚴重的病蟲害爆發,后果不堪設想。目前已經發現一種由甲蟲傳播的真菌,導致大量潤楠個體死亡。而潤楠死亡后,潤楠的幼苗因為存在優先效應(priority effect),很可能又占據了林隙,長成大量幼苗和幼樹,繼續成為優勢種。另外,天然恢復的潤楠林, 以及有些植樹計劃種植的樹林,林下過于陰暗,大部分樹種的幼苗難以生長。不難想象,這些潤楠林很難按照經典的森林演替模式演替,而是形成所謂的演替鎖定(arrested succession)現象。這種現象是在植被破壞到一定程度后,物種無法自由傳播和定植,優先效應導致優勝者(winner species)能夠長期占據某一生境。大帽山上天然恢復的潤楠林以及以往種類種植的,種類單一的樹林很可能進入了這樣一種狀態。因次有必要開展實驗研究,探討怎樣解除演替鎖定。為此,我們嘗試砍掉或者修剪了部分潤楠個體,補種了更多種類,以提高多樣性。

8.2.1 砍伐以及修剪

為了提高林下層的光照強度,大約要砍掉了一半左右的潤楠個體,并對剩余個體的樹冠進行修剪。

8.2.2 補種其他種類

補種什么種?我們補種了森林里面可能出現的: (1)其他常見樹種;(2)灌木;(3)草本;(4)附生植物的幼苗。現在項目仍然在進行中。

8.2.3 監測什么?

當前主要是監測喬木幼苗和幼樹的高度和基徑等。對于其他植物,如附生種和草本植物,目前并沒有統一的監測方法,我們正探討如何進行如何對灌木、草本和附生植物的各種生長指標進行標準化。在環境因子方面,為了探討影響每株幼苗生長的環境,我們為每一棵幼苗用魚眼鏡頭拍攝了林冠覆蓋度的全景照片。另外,我們也已經開始用無人機和激光雷達(Lidar)拍攝照片或者采集數據,嘗試重建森林的三維結構,并據此推斷每棵樹苗的各種環境指標。

8.3 恢復生態學實驗的矛盾

恢復生態學中的樣本量是非常重要的問題,各種恢復生態學中的實驗處理,往往很難達到足夠的樣本量。要有足夠的樣本量,往往需要很大的面積,或者需要很多的個體。但是如果樣地中“稀有種”的個體數遠遠高于在自然界中應有的數量,森林的物種組成又是嚴重偏離自然群落的。由于每個種在生態系統中扮演的角色可能也是不同的,如果森林中稀有種的組成于顯著偏離于天然群落,從長期來看,物種是否能穩定共存,還有很多不確定性。另外,這樣的樣地能夠提供的生態系統服務與天然生態系統提供的服務是否一致也需要進一步評估。

9 結論與展望

綜上,恢復生態學正處于轉型的重要階段,森林恢復是需要投入大量人力、物力的,憑借現在的知識和技能,目前人們還很難將森林恢復成與原始森林生態系統一樣的水平。也就是說:

· 現有的森林恢復項目,在多樣性上是遠遠不足的。

· 沒有人知道森林恢復需要多長時間,目前只能嘗試用各種方法,盡量在短時間恢復森林的物種組成以及結構。

· 對于生境破壞很嚴重的地段,只能憑借經驗選擇用于恢復的樹種。

· 森林恢復實驗在樣本量上一般難以達到統計上顯著,在數據分析上也可能需要另辟蹊徑。

· 以恢復多樣性和生態系統結構和功能為目的森林恢復項目需要非常多的人力物力投入,很大尺度上是不容易做到的。

保護現存的天然植被,仍然是重中之重。努力理解和恢復復雜的森林生態系統,還有很長的路要走。要弄清楚這些關系,成功的恢復森林,就要走到森林里面去,去觀察,去思考,去歸納總結。只有設身處地了解每種植物從種子到大樹經歷過什么困難、需要什么幫助,才能突破森林恢復的瓶頸。

致謝

最后,非常感謝各位的關注。感謝嘉道理農場暨植物園植物保育部主管Gunter Fischer博士分享自己的寶貴經驗和想法。感謝每一位參與森林恢復項目的同事,感謝嘉道理農場暨植物園對項目支持。

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