衛(wèi) 偉，余 韻，賈福巖，楊 磊，陳利頂

(中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心城市與區(qū)域生態(tài)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100085)

在全球范圍內(nèi)的很多地區(qū)，特別是一些關(guān)鍵的生態(tài)脆弱區(qū)和半干旱區(qū)，惡劣的生態(tài)環(huán)境本底與貧瘠的下墊面嚴(yán)重阻礙了植被自然更新和人工修復(fù)進(jìn)程，致使區(qū)域植被恢復(fù)效果不佳、生態(tài)環(huán)境改善進(jìn)度緩慢［1-3］。尤其在當(dāng)前全球氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)加劇的大背景下，氣溫、降水、蒸發(fā)散等特征指標(biāo)發(fā)生異常的概率趨于增多，暖干化的長(zhǎng)期趨勢(shì)以及極端事件的不斷涌現(xiàn)，在不少地區(qū)已成不爭(zhēng)事實(shí)［4-5］。這種情形將有可能進(jìn)一步惡化地表生境，使得下墊面條件更加不適于植被恢復(fù)和生態(tài)演替?？茖W(xué)研發(fā)更為有效的立地改良技術(shù)和下墊面管理措施，遏制環(huán)境和土地退化勢(shì)頭、促使生態(tài)系統(tǒng)朝著有利于充分發(fā)揮其服務(wù)功能的方向發(fā)展，已經(jīng)成為一個(gè)重大而緊迫的科學(xué)命題，亟待解決和完善。

在這些關(guān)鍵地區(qū)，歷史上曾開(kāi)展多次大規(guī)模植被恢復(fù)和流域綜合治理［1-3，6］。在具體恢復(fù)和治理過(guò)程中，為了有效提高植被成活率和覆蓋度，采用了形式多樣的下墊面改造和整地措施，塑造了形態(tài)各異的微地形和集水區(qū)，從而對(duì)不同立地條件下的微景觀、土壤水文和植被恢復(fù)進(jìn)程產(chǎn)生重要影響［1，7］。盡管?chē)?guó)際上有關(guān)微地形改造影響生態(tài)環(huán)境的研究已經(jīng)取得一定進(jìn)展［8］，但由于缺乏更為系統(tǒng)深入的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，許多和微地形改造有關(guān)的關(guān)鍵過(guò)程和作用機(jī)理不明，導(dǎo)致無(wú)法研判不同改造措施的長(zhǎng)期生態(tài)環(huán)境效果和后續(xù)效應(yīng)，難以實(shí)現(xiàn)改造技術(shù)的優(yōu)化和改良。而這一狀況與我國(guó)大規(guī)模植被恢復(fù)的歷史背景嚴(yán)重脫節(jié)，致使現(xiàn)有研究成果難以滿足和支撐國(guó)家脆弱區(qū)生態(tài)恢復(fù)的理論需求。同時(shí)，從機(jī)理研究的角度，忽視微地形改造在生態(tài)恢復(fù)以及各種地表過(guò)程中的作用，可能會(huì)導(dǎo)致研究結(jié)論出現(xiàn)偏差并導(dǎo)致模擬失實(shí)［8-9］。深入探討微地形改造措施對(duì)生態(tài)環(huán)境效應(yīng)的影響，對(duì)于深入理解其作用機(jī)理、促進(jìn)生境改良、人地關(guān)系和諧發(fā)展都具有重要意義。

鑒于此，本文通過(guò)文獻(xiàn)綜述和系統(tǒng)總結(jié)，深入剖析了當(dāng)前微地形改造在生態(tài)水文效應(yīng)方面的重要研究進(jìn)展、存在的不足和突出問(wèn)題。以期能引起更多學(xué)者對(duì)微地形改造措施及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)研究的持續(xù)關(guān)注和思考，籍以推動(dòng)微地形改造相關(guān)研究的深入發(fā)展，為脆弱生態(tài)區(qū)植被恢復(fù)、生態(tài)系統(tǒng)管理和水土資源保持提供科學(xué)依據(jù)。

1 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展

微地形改造是指人類(lèi)根據(jù)科學(xué)研究或改造自然的實(shí)際需求，有目的對(duì)地表下墊面原有形態(tài)結(jié)構(gòu)進(jìn)行的二次改造和整理，從而形成大小不等、形狀各異的微地形和集水單元，能有效增加景觀異質(zhì)性、改變水文循環(huán)和物質(zhì)遷移路徑，其空間尺度一般在0—1 m范圍內(nèi)波動(dòng)［10］。而無(wú)論采取什么形式的微地形改造措施，其主觀意愿和基本目標(biāo)都是為了改善立地條件、遏制土地退化、提高土壤質(zhì)量和促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)。鑒于微地形改造的重要科學(xué)意義和實(shí)踐價(jià)值，國(guó)內(nèi)外學(xué)者立足于不同的生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型與功能區(qū)，從各自專(zhuān)業(yè)背景和科學(xué)視野出發(fā)，圍繞土壤屬性及其質(zhì)量、小氣候和微生境、地表水蝕和降雨入滲、植被恢復(fù)及其生態(tài)服務(wù)等多個(gè)方面開(kāi)展了微地形改造對(duì)生態(tài)環(huán)境效應(yīng)的影響研究。

(1)微地形改造對(duì)土壤屬性及其質(zhì)量有重要影響

大量研究表明，不同微地形改造措施及其空間組合模式能夠創(chuàng)造出許多不同的斑塊鑲嵌體，使之顯著區(qū)別于周?chē)h(huán)境的微地貌結(jié)構(gòu)和生物地球化學(xué)過(guò)程［11］。而微地形改造的這種影響在不同自然地理單元和生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型區(qū)均發(fā)揮重要作用。譬如，在美國(guó)喬治亞洲一片被洪水淹沒(méi)的森林區(qū)，在自然驅(qū)動(dòng)力和人為因子的主導(dǎo)和干預(yù)下，不同微地形改造方式及其時(shí)空變異有效調(diào)整和改變了土壤中鋁鐵氧化物，進(jìn)而顯著影響生物地球化學(xué)過(guò)程［12］。在得克薩斯州的半干旱生境區(qū)，人工改造成凹陷洼地的微地形，其有機(jī)質(zhì)含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于改造前的自然地面［13］。在騰格爾干旱沙漠區(qū)，微地形改造對(duì)地表生物化學(xué)過(guò)程的影響迥異，沙丘丘頂、背風(fēng)坡、迎風(fēng)坡和沙凹槽的土壤養(yǎng)分積累顯著不同［14］。馬尾松林地的實(shí)驗(yàn)表明，不同微地形改造和整地措施改善土壤肥力的效果有較大差異［11］。近年來(lái)，研究發(fā)現(xiàn)微地形改造能創(chuàng)造厭氧和需氧環(huán)境下不同的土壤氮固定與轉(zhuǎn)化機(jī)制，進(jìn)而加速N循環(huán)過(guò)程［15］。還有學(xué)者從微觀視野出發(fā)，通過(guò)跟蹤監(jiān)測(cè)和精細(xì)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)凸?fàn)钗⒌匦魏趿棵黠@高于凹槽，從而使土壤表層通過(guò)硝化作用將更多的NH+4氧化成NO3-，最終影響土壤屬性及其質(zhì)量［10］。在半干旱黃土丘陵區(qū)，有學(xué)者發(fā)現(xiàn)不同微地形改造措施對(duì)土壤養(yǎng)分和生產(chǎn)力的影響存在較大差異［16］。

(2)微地形改造對(duì)周邊小氣候及其微生境有重要影響

通過(guò)實(shí)施不同的微地形改造技術(shù)，地表微高程、粗糙度、起伏度和覆蓋方式都會(huì)發(fā)生某種程度變化，從而對(duì)熱輻射接收、能量吸附、水熱遷移和轉(zhuǎn)化過(guò)程產(chǎn)生關(guān)鍵影響［3，12，15-17］。相應(yīng)地，近地面溫度、濕潤(rùn)度、風(fēng)速、風(fēng)向以及對(duì)太陽(yáng)光的吸收和散射程度等都可能隨之發(fā)生改變。而這些改變無(wú)疑會(huì)對(duì)地表凋落物的儲(chǔ)存分解、微生物種群活性、土壤動(dòng)物群落繁衍、種子萌發(fā)等諸多細(xì)微過(guò)程產(chǎn)生重要影響［18-20］。正緣于此，有學(xué)者認(rèn)為微地形改造能夠創(chuàng)造出許多不同的地表微生境和局地小氣候，進(jìn)而顯著增加坡面微景觀的異質(zhì)性。而微環(huán)境的異質(zhì)性會(huì)對(duì)生物群落的結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生重大影響［21，22］。因此，為了改善生態(tài)系統(tǒng)的微環(huán)境，國(guó)際上不少地區(qū)利用手工、挖掘機(jī)、車(chē)轍、圓盤(pán)式耙地等方法對(duì)下墊面進(jìn)行改造，從而形成各式各樣的微地形結(jié)構(gòu)［23］。另外，不同微地形改造措施及其對(duì)周邊小氣候的影響特征在空間上具有高度異質(zhì)性。如有學(xué)者發(fā)現(xiàn)低海拔處微地形的水分散失率和溫度變異明顯低于中高海拔地區(qū)［24］。這些研究對(duì)于現(xiàn)實(shí)中進(jìn)行微地形改造和評(píng)估其生態(tài)影響具有重要的參考價(jià)值。

(3)微地形改造對(duì)降雨入滲和水蝕過(guò)程有重要影響

研究表明，微地形改造最直接有效的作用是增加了地表起伏度、降低坡面漫流的連通性，從而顯著提升降雨在坡面土壤中的保持能力［3，11，25］。在不同的降雨條件下，通過(guò)實(shí)施科學(xué)合理的微地形改造和整地措施，能夠使20%到潛在的200%不等的降雨量就地入滲［9］。相對(duì)于平滑地面，微地形改造能夠有效降低土壤顆粒物、水分含量和有機(jī)質(zhì)的流出比例，并延長(zhǎng)其匯流時(shí)間［7］。在云南干熱河谷區(qū)，微地形改造后，雨后土壤水的消退過(guò)程明顯減緩，水分在土壤中滯留的時(shí)間延長(zhǎng)，從而更有利于植物吸收利用［26］。還有研究表明，不同微地形改造和整地措施如水平溝、魚(yú)鱗坑和自然都坡地之間的土壤水分變化過(guò)程迥異，并呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)分異特征［27］。受降雨波動(dòng)脅迫和影響，水平臺(tái)、臺(tái)間坡面和自然坡面之間的土壤水分存在較大差異，雨季時(shí)不同坡位土壤水分為臺(tái)間坡面＞水平臺(tái)＞自然坡面，而雨季時(shí)則為水平臺(tái)＞臺(tái)間坡面＞自然坡面;表明水平臺(tái)改造不僅能夠改善水分狀況，更有利于抵御極端干旱，從而降低對(duì)氣候波動(dòng)的依賴(lài)［28］。陜北黃土高原連續(xù)9a的觀測(cè)表明，修建有魚(yú)鱗坑的林地，能夠?qū)?8%—90%的地表徑流量就地?cái)r蓄，水平溝等微地形改造方式則可以分別減少25.7%—40.5%的徑流量和33.7%—56.1%的侵蝕量，而這種雨水?dāng)r蓄能力的浮動(dòng)范圍主要取決于降雨強(qiáng)度及其歷時(shí)［29］。在山東泰安丘陵山地，內(nèi)傾角為5度和10度的反坡臺(tái)，能分別降低57.9%和89.8%的土壤流失、以及89.3%和95.9%的養(yǎng)分流失量［30］。因此，微地形改造對(duì)于有效促進(jìn)地表徑流向入滲轉(zhuǎn)化、保障植被充分吸收利用水資源以及地貌、水文和生態(tài)系統(tǒng)的協(xié)同進(jìn)化都發(fā)揮了重要影響，而這將為半干旱脆弱區(qū)生態(tài)系統(tǒng)管理和植被恢復(fù)提供寶貴啟示［8］。

(4)微地形改造影響植被恢復(fù)效果及其生態(tài)服務(wù)功能

科學(xué)合理的微地形改造措施對(duì)于提高植被生產(chǎn)力、積累生物量和促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)正向演替發(fā)揮著重要作用，這主要和實(shí)施改造措施后能有效降低水土養(yǎng)分的流失比率、改善地表微環(huán)境密切相關(guān)［13，31］。譬如，有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，植被地上生物量與下墊面微地形結(jié)構(gòu)及其坡面分布格局顯著相關(guān)(R2=91%)，昭示著通過(guò)科學(xué)合理的微地形改造和整地，有目的塑造出各種微地形和集水區(qū)，進(jìn)而促進(jìn)植被恢復(fù)效果的充分發(fā)揮［10，23，32］。在黃土高原，坡改梯田會(huì)使生物量積累提高27%—53%［33］。在亞熱帶丘陵山地，與對(duì)照相比，合理的坡面整地措施可以將樹(shù)高、胸徑和蓄積量分別提高124%、130%和226%［34］。而良好的植被覆蓋和正向演替則可以逐步改善土壤水肥條件、提高遏制水土流失的能力［35］。進(jìn)一步的研究顯示，坡面植被恢復(fù)狀況與對(duì)應(yīng)的生態(tài)功能、水文特性、生物多樣性和碳沉降過(guò)程都有非常緊密的聯(lián)系［9，36］。因此，有目的地開(kāi)展微地形改造和整地措施，人為創(chuàng)造更為適宜的微生境，對(duì)于改善植被生長(zhǎng)狀況、遏制重點(diǎn)區(qū)域水土流失和土地退化態(tài)勢(shì)、提高生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能都有重要現(xiàn)實(shí)意義。

2 尚存在的突出問(wèn)題

盡管微地形改造的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)研究已經(jīng)取得重要進(jìn)展，但總體而言，目前尚存在不少難點(diǎn)和困境亟待解決突破。這里面既涉及微地形本身的特點(diǎn)和改造方式、其空間尺度界定標(biāo)準(zhǔn)及量化技術(shù)等基礎(chǔ)理論和技術(shù)問(wèn)題，也有微地形改造影響生態(tài)環(huán)境效應(yīng)的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)和時(shí)空作用機(jī)制等重要科學(xué)問(wèn)題。一方面，探討微地形改造本身的科學(xué)界定標(biāo)準(zhǔn)和量化技術(shù)，有利于促進(jìn)和深化機(jī)理研究及實(shí)踐改良;另一方面，微地形改造的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)也需要在優(yōu)化改造措施及其空間格局基礎(chǔ)上更好地體現(xiàn)和發(fā)揮，而生態(tài)環(huán)境效應(yīng)優(yōu)劣又是評(píng)判和檢驗(yàn)微地形改造措施是否科學(xué)合理的客觀標(biāo)準(zhǔn)，以便于在具體恢復(fù)過(guò)程中給予維護(hù)或適時(shí)調(diào)整。

2.1 微地形改造的科學(xué)界定方法與分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)有待系統(tǒng)化

科學(xué)合理的微地形改造界定方法，是開(kāi)展進(jìn)一步生態(tài)環(huán)境效應(yīng)研究的基礎(chǔ)和前提。截至目前，學(xué)術(shù)界尚未形成一套微地形改造的系統(tǒng)方法和理論體系。根據(jù)國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)記載，目前主要涉及兩種劃分方法和界定標(biāo)準(zhǔn)。(1)根據(jù)立地尺度上微地貌特征和土壤粗糙度的變異程度，結(jié)合實(shí)踐中的具體目的而劃分的一類(lèi)微地形改造標(biāo)準(zhǔn)，其空間尺度一般遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1 m。這類(lèi)微地形改造和整地措施以平原區(qū)的精耕農(nóng)業(yè)為典型代表，已有的國(guó)內(nèi)外研究還涵蓋幼林栽培地、自然草地、各種濕地以及礦物開(kāi)發(fā)恢復(fù)地等其他生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型［9，12-13，15，23，37］;(2)直接以野外人工整地方式命名并開(kāi)展的系統(tǒng)研究。其空間尺度靈活多變，主要受限或取決于微地形改造的實(shí)際需要并兼顧其多樣性。類(lèi)似的微地形改造措施很多，如黃土高原、云南干熱河谷、西班牙地中海及其他類(lèi)似地區(qū)修建的魚(yú)鱗坑、反坡臺(tái)、水平階、水平溝、水平槽、各類(lèi)梯田，以及溝道內(nèi)的谷坊和淤地壩建設(shè)等，都屬于大小不一和形狀各異的微地形改造措施［2，16，26-28］。一般來(lái)講，坡面上這些微地形改造和整地措施，其空間尺度大多在1 m范圍內(nèi)，但谷坊和溝谷淤地壩建設(shè)則會(huì)較大。通過(guò)這些措施的實(shí)施，有效起到了遏制侵蝕、改善生境和促進(jìn)植被恢復(fù)的作用［1，38］。而造成微地形改造界定標(biāo)準(zhǔn)差異的原因較多。其中，微地形改造及其時(shí)空鑲嵌結(jié)構(gòu)本身的多樣性及其復(fù)雜性是重要原因之一。研究者的知識(shí)背景、研究目標(biāo)和研究側(cè)重點(diǎn)的不同也可能成為重要原因。此外，不同生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型對(duì)于微地形改造的實(shí)際要求以及不同地理單元和自然區(qū)域之間微地形的實(shí)際差異也是重要因素。譬如，對(duì)于濕地、農(nóng)田、草地和森林等不同生態(tài)系統(tǒng)，其要求微地形改造所要達(dá)到的形狀結(jié)構(gòu)和發(fā)揮的服務(wù)功能存在較大差別［15，23，39］，而不同區(qū)域(如平原區(qū)、土石山區(qū)、高寒山地和丘陵溝壑區(qū)等)自然地貌和關(guān)鍵生態(tài)環(huán)境問(wèn)題也存在顯著差別。但毫無(wú)疑問(wèn)，盡管目前微地形改造的界定方法在某種程度上有其研究的便利性和多樣性，但這種多元分類(lèi)手段，由于缺乏系統(tǒng)的理論體系和更為科學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)，容易導(dǎo)致認(rèn)識(shí)上的模糊和誤區(qū)，從長(zhǎng)遠(yuǎn)看并不利于有關(guān)研究的深化。

2.2 微地形改造實(shí)地量化技術(shù)有待進(jìn)一步完善

定量刻畫(huà)和量測(cè)微地形改造的時(shí)空特點(diǎn)及其分布格局，并將其與具體的生物地球化學(xué)過(guò)程有機(jī)耦合，對(duì)于揭示不同微地形改造措施的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)至關(guān)重要。由于微地形包括垂直方向的微高程和水平方向的地表粗糙度，同時(shí)又具有顯著的時(shí)空異質(zhì)性，致使其野外測(cè)算難度很大［6］。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研究中，主要存在現(xiàn)狀調(diào)查、機(jī)械測(cè)定、光學(xué)成像以及三維激光掃描等4種典型實(shí)地勘測(cè)技術(shù)和數(shù)據(jù)采集量化方法［40-41］。其中，現(xiàn)狀調(diào)查法屬于最傳統(tǒng)的方法，主要基于野外踏查和肉眼勾繪等基本方法，試圖通過(guò)定性描述和半定量記錄的方式勾勒、分析微地形的結(jié)構(gòu)及其形狀學(xué)特征。這種方法在過(guò)去技術(shù)設(shè)備不完備的條件下應(yīng)用普遍，但對(duì)專(zhuān)業(yè)人員的地貌制圖能力和經(jīng)驗(yàn)判斷要求很高，由于費(fèi)時(shí)費(fèi)力，已經(jīng)難以滿足大范圍、高精度的采樣要求。接觸式機(jī)械測(cè)定法主要包括測(cè)針?lè)?、方格法、桿尺法和鏈條法等［42］，在早期的地形和微地貌量測(cè)中也有較多應(yīng)用，主要通過(guò)測(cè)定地表糙度來(lái)反映微地貌特征。由于在具體測(cè)算過(guò)程中直接接觸地表，對(duì)微地形結(jié)構(gòu)有較大破壞，不利于后期生態(tài)環(huán)境效應(yīng)的跟蹤監(jiān)測(cè)。光學(xué)成像法雖然成功克服了機(jī)械測(cè)定法對(duì)地表的破壞性，在快速取樣方面也較為便捷，但由于固有的平面成像缺陷，難以實(shí)現(xiàn)立體式的微地形刻畫(huà)模式，因而很難滿足全面準(zhǔn)確的微地形格局分析。激光掃描技術(shù)是目前正在發(fā)展的一項(xiàng)高新科技，也是測(cè)繪學(xué)領(lǐng)域的一次革命，是一種非接觸式高速激光測(cè)量方式［43］。相對(duì)于其他方法，該方法具有精度高(可以毫米計(jì))、分辨率強(qiáng)的明顯優(yōu)勢(shì)，是較為理想的微地形量測(cè)和分析方法。早在90年代中期，就有學(xué)者發(fā)明了用于室內(nèi)測(cè)定侵蝕和微地形的掃描系統(tǒng)，并認(rèn)為在合適的照明條件下也可以適用于野外自然環(huán)境［41］。該項(xiàng)技術(shù)由于成本較高，目前尚未得到普及，但應(yīng)用前景十分廣闊。同時(shí)，如何將三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用于野外大尺度的實(shí)地監(jiān)測(cè)和量化分析，并將其與具體的生態(tài)過(guò)程有機(jī)耦合，也是當(dāng)前需要重點(diǎn)解決的關(guān)鍵問(wèn)題。目前微地形定量刻畫(huà)主要采用數(shù)字高程建模、分形理論和神經(jīng)智能網(wǎng)絡(luò)等基本方法［43-44］。

2.3 微地形改造的地表水文效應(yīng)研究有待加強(qiáng)

微地形改造普遍存在于不同生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型區(qū)，種類(lèi)多樣且復(fù)雜多變。但系統(tǒng)梳理國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)除了在計(jì)算地表粗糙系數(shù)時(shí)將微地形作為參數(shù)外，直接將微地形改造和水文效應(yīng)有機(jī)聯(lián)系的定量研究并不多見(jiàn)［8，19］。加之不同尺度植被特征對(duì)水文過(guò)程存在顯著影響，使得這一問(wèn)題更趨復(fù)雜［45-46］。正因?yàn)榇耍瑖?guó)內(nèi)外有關(guān)微地形改造影響水文過(guò)程的結(jié)論并不一致。譬如，在西班牙，自然陡坡改造成水平梯田后，由于沒(méi)有實(shí)施合適的地埂措施，年均土壤流失量不僅沒(méi)有減少，反而增加了26.5%，土壤水分也有不同程度下降［47］。當(dāng)水平臺(tái)的臺(tái)間坡地超過(guò)一定坡度時(shí)，受雨水沖刷而發(fā)生坍塌損毀的風(fēng)險(xiǎn)劇增，平均徑流系數(shù)將增加6%—31%，而其值主要取決于雨強(qiáng)及其侵蝕力［48］。同樣的問(wèn)題存在于中國(guó)的黃土高原。在陜北延安，陡峭的水平階間坡面容易崩毀，從而誘發(fā)更為嚴(yán)重的水土流失［49］。而現(xiàn)實(shí)中，由于缺乏精細(xì)設(shè)計(jì)和技術(shù)指導(dǎo)，卻又不受任何環(huán)境立法的制約，導(dǎo)致微地形改造和陡坡地水平化的處理極為隨意，其直接后果是構(gòu)建了大范圍并不穩(wěn)定的人工系統(tǒng)，并被憂慮會(huì)進(jìn)一步加劇土壤侵蝕和環(huán)境退化［50］。具體來(lái)看，不同微地形改造方式(如形狀結(jié)構(gòu)、坡面曲率、匯水面積及其分布等)在土壤水分衰減、降水入滲、植被蒸發(fā)散、地表徑流、壤中流及侵蝕過(guò)程中發(fā)揮何種作用，其作用有何異同;微地形改造后的時(shí)空鑲嵌結(jié)構(gòu)和分布格局如何影響地表水文過(guò)程，反過(guò)來(lái)，這些過(guò)程又會(huì)對(duì)微地形改造及其鑲嵌體變化產(chǎn)生什么樣的影響?在植被以及其他人工干預(yù)措施的綜合影響下，微地形對(duì)水文過(guò)程的貢獻(xiàn)率究竟如何?類(lèi)似問(wèn)題都需要通過(guò)強(qiáng)化基礎(chǔ)研究給予解答。

2.4 微地形改造影響植被恢復(fù)的機(jī)理不明

截至目前，微地形改造對(duì)植被群落動(dòng)態(tài)與分布格局的影響研究較少，植被恢復(fù)對(duì)不同時(shí)空尺度微地形改造方式和累積效應(yīng)的響應(yīng)機(jī)制不明。盡管?chē)?guó)內(nèi)外有限的研究已經(jīng)表明微地形改造所創(chuàng)造的生境異質(zhì)性對(duì)植被生長(zhǎng)發(fā)育起著重要作用，但很難精確回答到底發(fā)揮多大程度的影響，尤其是在有其他自然因子和人為干擾介入的條件下。同時(shí)，有關(guān)人工創(chuàng)造的微地形如何影響引種植被的種群分布、群落動(dòng)態(tài)和格局建成尚不清楚［10，20］。以我國(guó)黃土高原為例，盡管大規(guī)模植被建設(shè)和整地方式創(chuàng)造了復(fù)雜多樣的微地形和小生境，但目前研究多集中在微地形改造對(duì)土壤質(zhì)量的影響上，微地形改造影響植被生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)及其分布格局的機(jī)理研究亟需補(bǔ)充和加強(qiáng)［2，16，28］。其次，微地形改造在諸多生物地球化學(xué)循環(huán)過(guò)程的作用研究有待強(qiáng)化和深入。譬如，不同微地形改造措施到底在土壤屬性改良過(guò)程中發(fā)揮何種作用，這種作用在不同時(shí)空尺度上和不同區(qū)域有何變化?另外，土壤種子庫(kù)和種子雨過(guò)程對(duì)于植被恢復(fù)和格局分布有較大影響，微地形改造在這些種子儲(chǔ)存和運(yùn)動(dòng)變化過(guò)程中發(fā)揮什么樣的作用，目前仍是一個(gè)科學(xué)謎團(tuán)［51-52］。從較長(zhǎng)的時(shí)間尺度出發(fā)，微地形改造在植被恢復(fù)過(guò)程的不同時(shí)期(前期、中期和后期)的作用有何異同?類(lèi)似問(wèn)題對(duì)于植被恢復(fù)的成效至關(guān)重要，應(yīng)該在以后的研究中給予重點(diǎn)關(guān)注［53］。由于區(qū)域差異性和影響因素的多樣性，定量對(duì)比不同微地形改造措施的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)難度加大，導(dǎo)致理論和實(shí)踐中不清楚如何從空間上優(yōu)化微地形改造措施的空間組合及其配置結(jié)構(gòu)，以提高生態(tài)服務(wù)的供給能力［53-54］。同時(shí)，從區(qū)域尺度看，大范圍復(fù)雜多樣的微地形改造措施所帶來(lái)的累積效應(yīng)不明，而目前尚沒(méi)有科學(xué)可行的推算方法和定量評(píng)估手段。此外，全球氣候變化背景下，在不少干旱和半干旱區(qū)，暖干化趨勢(shì)呈進(jìn)一步加重態(tài)勢(shì)，極端氣候和水文事件對(duì)地表生境與植被恢復(fù)的危害日漸增加而不容忽視，而微地形改造在減緩立地條件惡化、降低災(zāi)害對(duì)植被恢復(fù)的影響方面能發(fā)揮多大作用，這種作用隨不同時(shí)空尺度的推演是否存在一定的增減規(guī)律?凡此種種，許多重要科學(xué)問(wèn)題和相關(guān)研究都亟待加強(qiáng)與深化。

3 結(jié)語(yǔ)

本文綜述了微地形改造的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)相關(guān)研究進(jìn)展，并指出了當(dāng)前存在的突出問(wèn)題和研究難點(diǎn)?？傮w而言，微地形改造及其效應(yīng)研究是一個(gè)古老而嶄新的科學(xué)命題。說(shuō)其古老，是因?yàn)殚L(zhǎng)期以來(lái)，在很多生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型區(qū)的歷史實(shí)踐中，微地形改造技術(shù)已經(jīng)廣泛存在，用于有目的改善立地條件和生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。說(shuō)其嶄新，是因?yàn)榻刂聊壳?，很多涉及微地形改造及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)的研究仍然很不系統(tǒng)、很不深入，相關(guān)基礎(chǔ)研究依舊嚴(yán)重滯后于實(shí)際需求。進(jìn)一步發(fā)展和優(yōu)化微地形改造技術(shù)，則是當(dāng)前生態(tài)恢復(fù)和水土資源保持領(lǐng)域亟待解決的科學(xué)問(wèn)題。鑒于此，建議今后重點(diǎn)圍繞以下關(guān)鍵點(diǎn)，尋求突破，促進(jìn)相關(guān)學(xué)科深入發(fā)展。

(1)加強(qiáng)微地形改造的分類(lèi)體系和野外測(cè)定技術(shù)研發(fā)，發(fā)展基于微地形改造的結(jié)構(gòu)特征和功能分異量化方法。同時(shí)，科學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，開(kāi)展野外長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)研究，依托先進(jìn)設(shè)備和手段，跟蹤監(jiān)測(cè)其動(dòng)態(tài)特征，以深入探討不同尺度微地形改造與生態(tài)系統(tǒng)間的內(nèi)在關(guān)系，特別是要搞清楚生態(tài)恢復(fù)前、中、后等不同時(shí)期微地形改造作用的異同。在此基礎(chǔ)上，制定出適用于不同地區(qū)和治理目標(biāo)的微地形改造技術(shù)導(dǎo)則，完善野外微地形數(shù)據(jù)采集和室內(nèi)刻畫(huà)分析等一整套的技術(shù)方法，為科學(xué)評(píng)估、篩選和優(yōu)化微地形改造技術(shù)提供依據(jù)。

(2)鑒于微地形改造對(duì)土壤、植被和地表水文過(guò)程有復(fù)雜影響，而且這種影響還具有顯著的尺度效應(yīng)。因此，要強(qiáng)化不同時(shí)空尺度微地形改造的生態(tài)水文效應(yīng)研究。重點(diǎn)關(guān)注微地形改造措施對(duì)土壤屬性和微生境、對(duì)水平方向上的水土流失和養(yǎng)分遷移、以及對(duì)垂直方向上的降雨入滲-土壤水分-植被攔蓄過(guò)程的綜合影響?；陂L(zhǎng)期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和水量平衡原理，構(gòu)建微地形改造措施-土壤屬性-植被恢復(fù)水文效應(yīng)之間的定量關(guān)系表達(dá)，以揭示微地形改造的作用機(jī)理，服務(wù)重點(diǎn)區(qū)域水土保持、生境改良和植被恢復(fù)的客觀需求。

(3)鑒于當(dāng)前全球變化對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境的影響趨于增強(qiáng)，需要密切關(guān)注氣候變化背景下，不同尺度微地形改造方式在降低下墊面對(duì)氣候和環(huán)境因子變化敏感性、遏制土壤退化和水土流失、保障生境健康適宜及促進(jìn)植被恢復(fù)中的重要作用。重點(diǎn)關(guān)注微地形改造措施在抵御極端干旱、暴雨、高溫、寒害及病蟲(chóng)害等不良事件對(duì)生態(tài)系統(tǒng)影響方面的能力，篩選和研發(fā)適應(yīng)氣候變化的下墊面關(guān)鍵改造技術(shù)，為最終實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境良性運(yùn)轉(zhuǎn)提供科技支撐。

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