横断山区干热河谷气候及其对植被恢复的影响

横断山区干热河谷气候及其对植被恢复的影响_干热河谷植被恢复

横断山区干热河谷气候及其对植被恢复的影响

刘方炎^1，2，李昆^1*

(1.中国林业科学研究院资源昆虫研究所，国家林业局元谋荒漠生态系统定位研究站，昆明650224；2.北京林业大学生物科学与技术学院，北京100083)

摘　要:干热河谷是我国西南横断山区一种特有的生态系统类型。由于气候条件和高山峡谷地形的影响以及人为干扰，植被及土壤严重退化，水热平衡失调，环境干热，植被恢复和生态治理难度极大。本文通过对多年来干热河谷区域植被恢复经验的总结，认为干热河谷属于我国北热带气候下的一种干热类型，具有季节性干旱的本质气候特征。在植被恢复的适宜树种选择方面，除选择乡土树种外，树种引种的相似区域应该是季节性干旱明显的热带地区。同时，该地区植被恢复应以稀树灌草为主体，通过人工促进植被恢复，充分利用雨季丰富的天然降水资源，可以在干热河谷的局部地区恢复以乔木为主的森林植被，在一定区域恢复相当面积的稀树灌木草丛植被。

关键词:干热河谷；气候；植被恢复；造林

我国西南横断山区的高(中)山峡谷区域存在大量热量偏高、降雨量偏少的河谷盆地，这些地区气候炎热、干燥，植被稀少，常被当地人称为“干坝子”、“干热坝子”或“干热河谷”。过去，学术界对于干热河谷的认识只是一种相对的概念，没有明确的定义。通过30余年的研究，目前“干热河谷”已经被赋予了具体明确的气候指标，特指在这种气候环境下所形成的独特植被景观和土壤类型，是西南几大江河流域炎热干旱河谷特殊生境的代名词。20世纪60年代以来，干热河谷生态环境问题受到了越来越多的植物学、地理学、气象学以及生态学等领域学者的高度关注^［1－5］。长期以来，该区域植被恢复一直未得到较大突破，常常是“种树不见树，造林不见林”^［6］。同时，学术界也在该区域是恢复草本植物为主，还是以乔木树种为主的植被类型，以及树种选择和造林类型等方面存在较大的分歧。本文通过对多年来干热河谷区植被恢复理论和实践经验的总结，分析了该区域气候特点及其对植被恢复的影响等方面内容，以期为干热河谷地区植被恢复和生态治理提供一定的理论依据和参考。

1　干热河谷分布区域及气候特征

1.1　分布区域

横断山区干热河谷主要分布于北纬23°00'～27°21'，东经98°49'～103°23'之间的金沙江、红河、怒江和澜沧江流域。金沙江流域的干热河谷主要分布区域在云南省鹤庆县中江乡至四川省布拖县对坪镇之间，全长约850km，河谷底部海拔700～1200m，海拔上限1600m。红河流域的干热河谷主要分布区域在云南省新平县嘎洒镇至蒙自县蛮耗乡之间的干流和几个主要支流河段，全长约260km，河谷底部海拔300～400m，海拔上限800m。但在中游的主要支流——绿汁江流域两岸也有少量分布，该地区河谷谷底海拔550～600m，海拔上限800m，河段全长40 km。怒江干热河谷主体位于云南省西部的潞江坝(保山市辖区)段，下至新寨子，北抵西亚附近，全长约110km，河谷底部海拔500～700m，海拔上限约1000m。不过，根据金振洲等^［5］对植被及植物区系研究结果以及笔者多次的实际调查，认为怒江干热河谷的分布区域应该包括怒江州六库县至龙陵县勐兴镇之间的主干流河段海拔1000m以下地区，全长约220km。澜沧江流域干热河谷主要分布于大理白族自治州南涧县与临沧市凤庆县接壤的澜沧江主干流河段两侧山地，全长约50km，河谷底部约海拔800～900m，海拔上限1300m^［4］。

1.2　气候特征

1992年以前，在干热河谷气候指标方面存在着一定的异议。有关干热河谷气候方面的解释大多停留在定性描述上，如高温干旱，降雨少，蒸发大，或指出某一个干热河谷区具体地点及其多年的气象观测数据等等。1992年，张荣祖等^［7］明确提出了干热河谷的气候指标，即最冷月平均气温＞12℃，最暖月平均气温24～28℃，日均温≥10℃，年平均积温＞7000℃，持续天数＞350日；全年几无霜日；年平均降雨量600～800mm，年平均蒸发量达2750～3850mm，年平均干燥度2.0以上。虽然不同流域干热河谷气候均存在一定的差异，但干热河谷区均具有比较一致的基本气候特征^[1]。

3个典型干热河谷分布如图1。

图1　三个典型干热河谷分布示意图

1.2.1　干湿季节分明

每年6～10月为湿(雨)季，11月～翌年5月为干季。湿季降雨集中，雨量较大，空气湿度显著增加，日温差小，焚风效应影响强烈；干季降雨稀少，仅占全年总降雨量的8～15%，局地干热风频繁发生，风力大，土壤和大气干旱严重，日温差大。

1.2.2　气候炎热干燥

干热河谷无四季之分，不仅夏秋气温高，冬春季气温也很高。由于降雨少，蒸发大，区域气候尤显炎热干燥。以元江坝、潞江坝和元谋坝为例，干季的月平均气温分别是21.4℃、18.9℃和19.8℃，月平均地面温度分别为24.9℃、21.1℃和22.8℃；干季月平均降雨量分别为35.7mm、29.4mm和13.1mm，月平均蒸发量却分别达706.6mm、601.6mm和815.6mm，月平均空气相对湿度分别只有65.4%、64.3%和44.6%，月平均干燥度分别达4.5、4.5和16.2。

1.2.3　气温年较差小

因为地处我国西南低纬度地区，冬春季主要受西风气流控制，年内各月的太阳辐射能量收入相差不大，如元江坝、潞江坝和元谋坝最大月总辐射(卡/cm²)与最小月辐射分别相差8087、4303和5933，不到任何一地的月辐射量，而且最大辐射出现在每年3月或4月，冬春低温期又受局地干热风的强烈影响，造成年内气温较差很小，上述3地的年气温差分别仅为11.2℃、12.5℃和12.5℃。

1.2.4　气候垂直变化大

在横断山脉的河谷地区，自低向高热量呈递减趋势，降雨量却随之增加。而且，气候条件垂直变化局部差异较大，如金沙江的龙街—元谋段，海拔每上升100m年平均气温降低0.87℃，元谋盆地内仅为0.53℃，盆周至高原面上，递减率达到了1.09℃/100米，东、西坡不同部位气温垂直递减率也不同^［8］。另外，由于河谷盆地的低凹和封闭地形，在冬、春季因强烈的辐射降温和冷空气下沉，12月～翌年3月，干热河谷多有300～400m的逆温层存在^［9］。

1.2.5　热量资源丰富

干热河谷光照充足，热量资源丰富，在开发利用该地区生物资源方面具有十分重要的意义。如元江坝、潞江坝和元谋坝3地的全年日照时数分别为2340.6小时、2333.7小时和2653.3小时，全年总辐射分别达128354卡/cm²、138449和52790卡/cm²，年平均气温分别为23.7℃、21.5℃和21.8℃，≥10℃的年平均积温超过或接近8000℃。

2　植被类型及其形成原因

2.1　原生植被类型

植物对环境存在一定程度的适应性进化能力，一个大气候区域内可能存在多种顶级群落。有研究认为，从早更新世至全新世新石器时代起，随着时间的推移，干热河谷(元谋)的植被组成中，热带亚热带阔叶林为主体地位的植被类型已开始动摇，草原成分逐渐增加，生境条件出现明显分异，与之相应的是森林、草原、沼泽及其他中间类型并存，应有类似于稀树干草原类型植被^［10］。随着植被类型的逐渐演变，在河谷下部形成了河谷季雨林植被，在缓坡处为具有热带性或南亚热带性的稀树旱生林^［4］。根据孢粉分析和¹⁴C样品测定资料，自全新世中期以来，耐干旱的硬叶长绿阔叶栎类林增多，落叶阔叶成分减少。大约距今3000～5000年，元谋盆地周山山坡的原始植被为硬叶常绿阔叶栎类林，受干旱生境的长期影响，这种原始植被类型表现为矮栎林^［11］。

2.2　现有植被及其气候成因

现阶段，区域植被的原生类型(河谷季雨林或稀树旱生林)已不复存在，取而代之的是较稳定的次生性的半稀树草原植被(Semi－savanna)或半萨王纳植被，也称河谷型萨王纳植被(Savanna of valley type)，有着独特的群落外貌和植物区系组成，是我国西南各大江河干热河谷区特殊的一类植被，也是一类珍稀濒危的植被类型^［12］。

关于干热河谷气候及植被的形成原因，国内普遍的看法认为是由于“焚风效应”和“大气局地环流”造成的^［7］。地理位置、地形特征、大气环流和局地气流等因素的影响形成的河谷气候环境条件，而气候条件，尤其是热量和水分条件的改变最终促成了干热河谷区原有植被的演替和发展，并在此条件下，形成了与之相适应的土壤类型和热带稀树草原植被景观。具体来说，随着青藏高原上升加速，云南高原逐渐抬升，平均上升至海拔2400m左右，最高的地区超过海拔4000m，而金沙江等河流沿大断裂带深刻切割，使河谷谷底降至海拔1000m左右，形成北、西、南面为高山叠障阻挡的深陷封闭河谷地形^{［13－14］}。河谷两侧高山山脉(特别是西南侧和西侧)的屏障，阻挡了来自海洋的暖湿气流，使暖湿气流在迎风坡降水，越山脊后下沉产生绝热增温，而河谷底部比较封闭，散热差，在谷底形成焚风效应的干热气候。汤懋苍和高由禧的研究表明^{［15－16］}，以整个高原为尺度的大型山谷风、围绕某个山系的中型山谷风和各个孤立山峰附件的小型山谷风，使得青藏高原地区的地面风变得相当复杂，也是干热气候形成的重要影响因素。显然，该地区干热环境的形成有其大气环流和地理位置、地形成因的背景。

3　植被恢复历史及成效

3.1　植被恢复历史

1950年我国政务院发布《关于全国林业工作的指示》后，1952年云南省各级人民政府发动当地干部群众，开始在金沙江干热河谷进行大规模的植树造林等人工恢复植被实践。其中，元谋干热河谷开始得最早、规模最大。由于缺乏必要的社会经济条件支持，以及对干热河谷的特点及性质、适宜树种和造林难度缺乏充分的认识和了解，大多数的实践均以失败告终。当时，在考虑尽快绿化干热河谷荒山荒地的同时，也试图建立大面积以针叶树为主的用材林培育基地，以满足国民经济建设快速发展的需要。因此，20世纪50～60年代一直采用飞播或人工撒播的造林方式，在该地区营造云南松(Pinns yunnanensis)、思茅松(P.kesiya var.langbianensis)和马尾松(P.massoniana)等针叶用材林。但20世纪70年代中期的造林效果检查发现，这些树种的成活率和保存率很低。到70年代后，除上述树种外还加播了乡土灌木树种坡柳，但所有树种的飞播和人工直播的造林效果并没有明显提高。如元谋盆地自1955～1988年，采用飞播或人工直播造林方式，累计造林93.57万亩(飞播造林78.89万亩)，1988年底造林成效检查结果，保存率不到2%^［17］；地处金沙江干热河谷上段的鹤庆县从1952年以来，以飞播造林为主的方式累计造林65万亩，至1999年时保存率仅为3.4%；四川省攀枝花市1966～1968年飞播云南松、思茅松造林约100万亩，当年雨季发芽及生长良好，但至第二年旱季大量死亡，保存率仅为1%^[2]。

从20世纪70年代开始，干热河谷地区在大面积飞播和人工撒播造林的同时，植被恢复的研究与试验工作也逐步展开。1971年，云南省林业调查规划设计院营林大队在元谋普登和盐水井开展干热河谷造林技术试验，起初通过简单的水平阶整地，采用直播造林方式，也是试图营造云南松、思茅松等针叶用材林，但造林效果也不理想。80年代中期，选择热带和当地乡土阔叶树种，采用牛粪营养杯育苗造林，取得了初步成功。并认为以灌木为主，灌草结合是该地区最佳的造林模式^［14］。通过不断的摸索和实践，虽然此时对干热河谷的性质缺乏深入的认识和了解，但发现干热河谷有别于西双版纳等湿润热带，而且金沙江、红河、澜沧江和怒江等各流域干热河谷也存在不同，提出了应区别各流域进行植被恢复的观点。四川省攀枝花市也在20世纪70年代，开始在金沙江干热河谷进行植被恢复实践，选择热带阔叶树种，采用容器育苗造林，使当年造林成活率很高，但造林3～4年后大量死亡，最终造林失败。80年代初，再次利用近百个树种进行引种试验，至90年代初部分树种较好地保存了下来，但生长不太理想^［18］。而在70年代初，中国林业科学研究院资源昆虫研究所选择钝叶黄檀(Dalbergia obtusifulia)、思茅黄檀(D.szemaoensis)等在攀枝花干热河谷区就地育苗，采用裸根苗营造的5000余亩紫胶寄主林成活率和保存率均达到80%以上，成功引种紫胶虫并实现了规模化生产，取得了很好的生态效益和经济效益。同时，80年代初，元谋干热河谷区采用塑料育苗袋培育新银合欢容器苗造林也获得很大成功，当年成活率达90%以上，造林3年后的保存率仍超过60%，而且植株生长状况超过以往用牛粪杯育苗或裸根苗造林的效果。90年代以后，国家开始启动并实施“长江中上游地区水土流失治理”和“长江中上游防护林体系建设”等生态工程，干热河谷区域建设重点均在金沙江流域。同期，国家自然科学基金重大项目“西南干热河谷植物区系研究”、国家“八五”科技攻关课题“金沙江干热河谷防护林体系建设研究”、“金沙江干热河谷退化土地改良与开发利用技术试验示范”、云南省“八五”科技攻关项目“滇中高原及干热河谷薪炭林营造试验示范”、云南省林业厅和楚雄彝族自治州科技重大项目“金沙江干热河谷工程造林技术试验示范”、云南省应用基础研究项目“金沙江干热河谷适宜树种选择及抗旱机理研究”等相继在金沙江干热河谷区展开。在试验研究的基础上，各高等院校、科研院所将所取得的科研成果和技术，逐步推广应用于正在实施的“长治”和“长防”等生态建设工程，对提高工程建设质量发挥了重要作用。

3.2　植被恢复的主要观点及经验

针对干热河谷区干旱化加剧，土壤凋萎湿度长达7～8个月，山坡地水土流失呈明显增加趋势和冲沟溯源侵蚀速度加快，裸岩化和石漠化劣地不断扩大，由植被生态系统的退化引起的严重环境问题，干热河谷区生态建设根据不同的立地类型采取了不同的恢复途径，提出在极强度退化类型区采取彻底封禁的自然恢复途径，中强度退化类型区采取自然恢复为主，辅以一定工程措施的途径；重度退化类型区采取封禁条件下的草被自然恢复，坡度较缓和土壤较厚坡地采用人工种植的途径；中度退化类型区采取封禁与人工改造、引种相结合的途径；轻度退化类型区应引种高经济价值的经济林木和作物，建立雨养加灌溉的人工经济型植物群落的恢复植被途径^［11］。而干热的气候条件以及土壤严重退化，是干热河谷植被恢复的两个主要限制因素，何毓蓉等^［19］据此提出了建立以乔木树种为主的林带，在林带内进行“胡同”式农业耕作的复合农林系统，也取得了一定成效。另外，根据干热河谷现存的植被状况以及该地区的水资源供给情况，费世民等^［20］认为必须依靠减少群落植株密度和生物量，以维持与生境之间的脆弱平衡，提出了干热河谷人工植被恢复应采用“适度”造林技术设想，即仿照自然植被特征，建立“适度”的乔木层密度，“适度”的灌草层结构，而且技术经济条件也“适度”的植被恢复模式。同时，在干热河谷植被恢复的过程中，人们逐渐认识到，干热河谷近半个世纪的植被破坏与生态环境加速退化中，人为干扰影响最大。生态治理只有与经济建设紧密结合，才能得到可持续性发展。因此，在进行植被恢复与生态治理规划设计时，尽量求得生态、经济和社会效益的统一^{［18，21－22］}。

4　气候特征与植被恢复

4.1　气候特征与恢复树种选择

虽然自20世纪80年代以后，我国在干热河谷气候和植被成因，干热河谷植被恢复重建等方面进行大量研究，但关于干热河谷植被恢复重建及其适宜树种选择方面仍存在许多问题^{［23－24］}。在植被恢复过程中，对干热河谷的热带气候性质缺乏足够的认识，把干热河谷植被作为地带性植被中的一个特殊类型，因而将许多非热带树种，如云南松、思茅松、马尾松、刺槐(Robinia pseudoacacia)等引种到干热河谷，使之造林失败；也没有认识到干热河谷属于热带季节性干旱的本质性特征，把湿润热带树种，如铁刀木(Cassia siamea)、非洲桃花心木(Kaya senegaiensis)、橡胶(Hevea brasiliensis)、香蕉(Musa nana)等引种到干热河谷，植株虽然成活，但受水分条件限制，常绿阔叶乔木树种成为旱季落叶的灌木状“小老头”树。从干热河谷气候特征来看，在该区域在气候类型上应属于我国北热带气候类型区，是与北热带湿润类型相对的干热类型，其本质特征是由于季风的进退引起的季节性干旱。因此，该区域植被恢复适宜树种的选择上，除选用适宜的乡土树种以外，引进树种应来自热带季节性干旱明显的地区。对于温度条件稍低的金沙江干热河谷上段，则应选择南亚热带季节性干旱明显的地区树种。

4.2　气候特征与恢复植被类型

干热河谷究竟可恢复什么样的植被呢?目前主要存在着3种不同的观点^{［6，10，25］}:①稀树灌草丛是干热河谷气候下的顶极植物群落，该地区的植被恢复只能营造“疏林”；②现今的稀树灌草丛植被，是森林植被破坏后发展起来的不稳定次生植被，随时可能由于乔灌木的侵入而恢复成森林；③存在类似于稀树干草原类型植被的同时，也存在着生态系统的多样性或多顶极分布格局，可根据不同类型恢复不同的乔、灌、草植被。其中，“现代干热河谷是由于原生森林植被受到人为扰乱砍伐后引发环境突变形成的结果”与“地质历史变迁导致气候变热、变干，从而引起原生植被演替，最终形成现有植被类型”这两种观点之争是决定该区域植被恢复模式及类型的关键^［26］。事实上，对于分布在横断山区不同江河流域的干热河谷来说，这种大尺度地的气候变化，通过人为活动对局部地区植被的干扰破坏，进而影响区域气候的可能性甚微。气候才是该区域植被形成和发展的决定性因素。

干热河谷严酷的气候环境以及30余年的植被恢复研究及实践证明，该区域植被恢复应以稀树灌草为主体，通过人工重建和人工促进恢复，可以在干热河谷河流岸边等水湿条件较好地区，恢复以乔木为主的森林植被，在干旱阳坡草丛地恢复稀树灌木草丛植被。并且，在砾石阶地、土石山地的水分条件较好地区，优先发展乔木林；泥岩山地和严重退化地区，先恢复灌草植被，随着生境改善再考虑发展乔木林；若经济条件许可，泥岩山地也可直接发展乔木林。但干热河谷造林密度不宜过大，尤其是乔木林，否则会引起土壤水分亏缺及土壤水分贮量减少和地下水位下降，从而影响林分的持久稳定性。有研究表明，植被恢复过程中，如发展赤桉(Eucalyptus camaldulensis)等乔木林，林分密度不应大于3333株/hm^2［27］，大叶相思(Acacia auriculiformis)和绢毛相思(A.holosericea)林分的定植密度以5000株/hm²为宜，厚荚相思(A.crassicarpa)、肯氏相思(A.cunninghamii)、窿缘桉(E.exserta)和柠檬桉(E.citriodora)等树种的定植密度应低于2000株/hm^2［9］。

5　小结

在干热河谷地区植被恢复的不断研究、探索和实践过程中，该地区气候特点、干旱性质及其对植被恢复的影响等逐渐得到广泛认识。干热河谷在气候类型上属于我国北热带气候类型区，是与北热带湿润类型相对的干热类型，其本质特征是由于季风的进退引起的季节性干旱。因此，该区域植被恢复适宜树种的选择上，除选用适宜的乡土树种以外，引种相似区应是热带季节性干旱明显的地区，对于温度条件稍低的金沙江干热河谷上段，引种相似区则是南亚热带季节性干旱明显的地区。在恢复植被的类型上，该区域植被恢复应以稀树灌草为主体，通过人工促进植被恢复，充分利用雨季丰富的天然降水资源恢复重建该地区植被，是无灌溉条件下有效恢复雨养型植被最有效的途径。据此，可以在干热河谷的河流岸边等水湿条件较好地区恢复以乔木为主的森林植被，在干旱阳坡草丛地等区域恢复相当面积的稀树灌木草丛植被。同时，该区域植被恢复应注意协调人与自然的关系，将植被恢复、水土保持等生态治理措施与开发利用有机地结合起来，才可能使生态环境得到最终改善。

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EFFECTS OF CLIMATE ON VEGETAION RECOVERY INDRY-HOT VALLEYS OF HENGDUAN MOUNTAINOUS REGION in SOUTHWEST of CH INA

LIU Fang－yan^1，2，LI Kun^1*

(1.DesertEcosystem Station in Yuanmou County，State Forestry Administration ofChina，Research Institute ofResources Insects，CAF，Kunming 650224，China；2.College ofBiological Sciences and Biotechnology，BeiJing ForestUniversity，BeiJing 100083，China)

Abstract:Dry-hot valley is a special and typical ecological fragile area ofHengduanshan areas，southwest of China.As a result of climate and terrain and landforms of high mountain canyon and human disturbance，vegetation and soilwere degraded seriously，and the balance ofwater and heatwas broke，therefore，itwas very hotand droughty，and was very difficult for plant recovery and ecological control.In the paper，based on the experiences of plant recovery of dry hot valley，some new ideaswere showed，which including，dry hot valleys belong to north tropical climate ofChina，and are an opposite type with seasonal dry－hot property of humidy type of noth tropical climate.On the side of suitable trees selection of plant recovery，with the exception of primary trees，some introduced trees which are from tropical area with seasonal drought are good for it.At the same time，themain vegetation of the plant recovery area of the dry hot valleymight be savanna vegetation，however，forest vegetations mainly consist of trees could grow in part of dry－hot valley areas，and shrubs with rare trees vegetations could grow inmostof dry－hot valley areaswhenmostof rainfall resources in rainy season were better ultilized under the help of human activities of vegetation recovery.

Key words:dry-hot valley；climate；vegetation recovery；afforestation

【注释】

[1]元江坝、潞江坝及元谋坝相关数据引自云南省气象局1956～1996年气象统计资料。

[2]引自造林论文集(中国林学会编).北京:1987，45－49。