恢复技术及案例

根据国内外海岛恢复研究情况可将海岛生态恢复分为三种模式。

（1）重新设计模式。海岛生态系统已经遭到严重破坏，原初物种可能已经完全消失或大量消失，生态系统退化或完全改变而无法挽回，无法进行生态完整性恢复。

（2）恢复模式。 海岛生态系统的原始性维持在较高水平，原生物种保持较好，只有很少部分灭绝，海岛生态系统的完整性可以恢复到较高的水平。

（3）自我恢复模式。 海岛虽然受到各种因素的影响，表现出轻微破坏状态，但是没有超过海岛生态系统的承受能力。

虽然国内外海岛生态恢复采取各种不同的技术，但迄今没有形成一套完整的技术体系。目前海岛生态恢复技术主要以生物技术与工程技术为主，也有学者开始关注工程与生物相结合的景观恢复技术；主要包括物种引入与恢复技术，种群动态调控技术，群落演替控制与恢复技术，物种选育与繁殖技术，土壤肥力恢复技术，水土流失控制与恢复技术，水体污染控制技术，节水与保水技术生态评价与规划技术，生态系统组装与集成技术等。在生物技术方面国内外的研究已经达到一定水平，其中物种引入与恢复技术运用较多，除此之外还综合运用到种群动态调控、群落演替控制与恢复、物种选育与繁殖及土壤肥力恢复等技术。海岛陆域生态系统的恢复中最重要的问题是恢复和维持退化海岛的水分循环与平衡过程，其中最常用的手段是恢复海岛植被。下面就以我国澳门离岛和美国汉布尔顿岛两个实例具体分析海岛生态恢复中的生物技术与工程技术。

（一） 澳门离岛植被生态恢复与重建

1.澳门离岛植被生态恢复与重建的过程

澳门（图14-35）位于南海之滨，珠江口西侧，属于西群小岛的一员，在地理上是珠江三角洲的一部分，原属于广东香山县（今珠海市）。明朝时澳门被称为“濠镜”，后又有别称“濠江”、“海镜”、“镜湖”、“香山澳”、“莲岛”等。澳门由澳门半岛和两个离岛（凼仔岛、路环岛）组成。由于不断填海造地，澳门总面积已由1910年的10.94km2增至1994年的23.5km2。

凼仔岛（113°32′E，22°10′N）和路环岛（113°35′E，22°06′N）是澳门的两个离岛，位于澳门半岛以南，面积分别约为6.3km2和8.3km2。年平均气温为22.3℃；月平均气温最低为10℃（1968年2月），最高为29.8℃（1990年8月）；平均湿度80%，年均降水2031mm。

因为水土条件恶劣，离岛的生物多样性并不高。离岛的主要植物群落是低灌林、草地或其混合体（共占78.67%）。植被的垂直分布明显，低灌林和草地多见于山坡的上半部，而小片的高灌林和树林可在山坡的下半部或较荫蔽的山谷找到。

图14-35　澳门位置图

长期以来，澳门在植被重建与生态恢复方面做了大量的工作，取得了长足的进展，其中包括城市林业、湿地生态系统（主要是红树林）重建和离岛的植被建设等，而最有成效的是离岛的植被重建。

在植被恢复过程中，离岛上季节性缺水成为植物生长的限制因子。为了保证离岛植被的恢复，20世纪70年代中期建成 2个水库（图14-36A）。 此外，在山上根据地形和采用一些工程措施挖掘沟槽蓄水（图14-36B）。这些措施有效地减缓了缺水状况。实践证明，开挖蓄水槽可以通过收集地表雨水并经下渗，使土层的含水量大大提高，减少植林区的有机物的流失；可利用蓄水槽分解有机物，节省整体长期补充基肥的成本。与同一地带没有蓄水槽的小区比较，植苗的长速有十分明显的优势（图14-37）。但开挖蓄水槽所投入的成本和对植被的伤害面均较大。1997年6月出版的葡萄牙文书籍《离岛绿化区的发展》，总结了植被恢复与重建的情况（表14-5；施达时，2002）。

图14-36　离岛水库（A）和根据地形采用工程措施挖掘的沟槽（B）

（引自彭少麟，2004）

图14-37　无蓄水槽的区域（A）与有蓄水槽的区域（B）植被对照

（引自彭少麟，2006）

表14-5　离岛植被恢复与重建的情况

续表

通过多年的努力，离岛重建了植被，1999年，路凼新城绿化面积增加了107308m2。

2.离岛植被恢复与重建的效果

（1）土壤理化性质提高：分析发现，速效性养分含量以氮最多，其次是磷，最少是钾；而全量养分含量恰好相反。这意味着土壤中固有的肥力在一定程度上具有稳定性。故造林时施肥（包括施过磷酸钙），改善了土壤中缺磷少钾的情况，而已栽植的相思树种可通过根瘤菌固定空气中的游离氮，起到先锋树种的作用。这些措施使土壤的物理性质亦有改善，土壤变得较疏松、透气，吸水、保水能力得到加强。

（2）空气环境质量提高：对澳门62个代表性环境点进行空气负离子浓度测定，结果显示重植林区空气负离子浓度为路凼非林区的3.46倍，市区的4.65倍。对澳门15个代表性环境点进行空气中细菌含量的测定，结果显示，重植林区空气中的细菌含量为市区的38.6%。

（3）离岛植被恢复与重建的效益：离岛植被恢复与重建的效益，包括直接效益和间接效益。直接效益主要为林产品和旅游价值。间接效益主要是生态系统服务功能提高后所创造的效益。总体而言，重植林苗木存活率为89.27%，现林分平均高度7m，郁闭度80%；前后引入树种55种，重植林404.53hm2，总投资2000余万元，每年创造2亿元以上的生态经济价值，产出与投入的比率高于10，生态经济效益极高。

植被林分改造，最有效和最省力的是顺从生态系统的演替发展规律来进行。森林演替是一个动态过程，是一些树木取代另一些树木，一个森林群落取代另一个森林群落的过程。在自然条件下，森林的演替总是遵循着客观规律，从先锋群落经过一系列演替阶段而达到中生性顶极群落，通过不同的途径向着气候顶极和最优化森林生态系统演进。南亚热带区域，在排除人为干扰的情况下，森林演替的进程，一般遵循如表1的6个过程。

南亚热带森林群落演替模式

表1简洁地概括了南亚森林经历的不同演替阶段，最终趋向演替顶极。其生态学机理是很明了的，马尾松等松树或其他先锋种群在荒地具有高的生活力并生长很快，但成林后结构简单，盖幕作用小，透光率大，高温低湿，日夜温差较大。但其生长为阔叶阳生性树种，诸如椎粟、荷木等提供较好的环境，这些阳生性树种入侵先锋林地并生长良好，林内盖幕作用和阴蔽条件增加。结果，先锋种群不能自然更新而消亡，但中生性树种，诸如厚壳桂和黄果厚壳桂等却有了合适的生境而发展起来，群落更为复杂，阳生性树种也渐渐消亡，群落趋于以中生性树种为优势的接近气候顶极的群落。用马尔柯夫模型可以计算出演替过程不同树种的成分变化（表2）。

南亚热带森林群落演替过程林木成分预测

应遵循这个规律进行森林植被的重建，在不同的演替阶段采用不同的植物进行人工林的林分改造，才可能加速物种多样性的发展，加快演替的进程，在较短的时间里提高人工林的质量。

来源：彭少麟.热带亚热带植被恢复生态学的理论与实践［M］.北京：科学出版社，2003.

（二） 汉布尔顿岛生态工程恢复

某些生态破坏较为严重的海岛，如本案例中汉布尔顿（Hambleton）岛屿 ，往往需要借助庞大的工程措施对其进行生态恢复。

1.恢复背景

汉布尔顿岛屿位于切萨皮克湾的东岸圣迈克尔斯镇（St.Michaels，MD）附近（图14-38A）。在1849年，汉布尔顿岛是一个独立的岛屿（图14-38B，岛1+岛2+岛3），主要从事农业生产，占地22hm2。后来农业活动停止后，汉布尔顿岛逐渐荒芜，岸滩植物逐渐退化，岛岸受到了严重的侵蚀。到1939年，汉布尔顿岛被侵蚀成两个岛屿（图14-38B，岛1、岛2+岛3），占地也减为12hm2。到1971年，这两个岛屿中较大的一个（图14-38B，岛2+岛3）又被30m宽的缺口隔开，面积又减少了6hm2。这30m宽的缺口就是本案例的恢复地点。

图14-38　汉布尔顿岛地理位置（A）及在1971年被侵蚀成的三个岛（B）

2.人工湿地的构建

（1）沙地基质的构建。Garbisch等人计划通过创造一片面积约0.8hm2的潮间带湿地将岛2与岛3连成一片。为此，他们动用了500条船（每船负载6m3）载着总共3000m3的清洁石料（石料由4.4%的砂砾，79.3%的沙子和16.3%的泥组成）填充到两个岛之间的缝隙中（图14-39）。

图14-39　沙子装船并运输到汉布尔顿岛

船舶在高潮时将沙子运送到工作地点，然后用高压水泵将沙子冲洗下船（图14-40）。

图14-40　高压水泵冲洗沙子

在湿地植被恢复之前，为确保沙基人工湿地的稳定他们使用了塑料防波堤（图14-41）。

图14-41　在湿地植被建立之前用于保护缺口区域的塑料防波堤

（2）湿地植物的移栽与恢复。随后他们栽种草本植物来稳定人工湿地（图14-42和图14-43）。1972年4月1日到9月16日，超过60000株盆栽草本植物（年龄从6周到16周）被移植到创建的沙地的83个小块区域。一共种植了九种草本植物（表14-6）。除了高地沙丘植物美国滨草（Ammophila breviligulata）外，其他都是湿地植物，且95%以上面积移种的是互花米草（Spartina alterniflora；见插文）。

图14-42　湿地植物种植情况

图14-43　汉布尔顿岛人工湿地植被恢复地点（区域A是1972进行恢复的区域，区域B是1973年之后进行恢复的区域）

表14-6　1972年在汉布尔顿岛恢复区恢复的9种草本植物

互花米草

互花米草（Spartina alterniflora）隶属禾本科、米草属，是一种多年生草本植物。地下部分通常由短而细的须根和长而粗的地下茎（根状茎）组成。根系发达，常密布于地下30cm深的土层内，有时可深达100cm。植株茎秆坚韧、直立，高可达3m，直径在1cm以上。茎节具叶鞘，叶腋有腋芽。叶互生，呈长披针形，长可达90cm，宽1.5～2cm，具盐腺。根吸收的盐分大都由盐腺排出体外，因而叶表面往往有白色粉状的盐霜出现。圆锥花序长20～45cm，具10～20个穗形总状花序，有16～24个小穗。小穗侧扁，长约1cm；其花为两性花。 子房平滑，两柱头很长，呈白色羽毛状。雄蕊3个，花药成熟时纵向开裂，花粉黄色。种子通常8～12月成熟，颖果长0.8～1.5cm，胚呈浅绿色或蜡黄色。

互花米草起源于美洲大西洋沿岸和墨西哥湾，适宜生活于潮间带。由于互花米草秸秆密集粗壮、地下根茎发达，能够促进泥沙的快速沉降和淤积，因此，20世纪初许多国家为了保滩护堤、促淤造陆，先后加以引进。虽然互花米草在海岸生态系统中有重要的生态功能，但是其在潮滩湿地生境中有着超强的繁殖力，威胁着全球的海滨湿地土著物种，所以许多国家正在将其作为入侵植物实施大范围的控制计划。

3.恢复效果

本案例利用工程措施对海岛进行生态恢复，取得了良好的效果。图14-44显示的是汉布尔顿岛人工湿地构建前、后的对比图。汉布尔顿岛人工湿地的构建是美国历史上第一次大规模人工湿地构建的尝试。

图14-44　汉布尔顿岛人工湿地构建前、后的对比图