王克林说,获得国家科技进步二等奖与第四届全国创新争先奖,是这场漫长远征途中的路标,也是对团队30年石漠化治理研究示范的科学认可。
王克林研究员在石漠化区域调研
读懂石头的“脾气”
中国是世界上喀斯特面积最大、分布最广的国家,裸露石山集中分布于南方八省市区的465个县,面积达54万平方公里。巨大人口压力下的高强度农业耕作活动,导致植被破坏、土壤流失,呈现基岩裸露的石质荒漠化景观,土地生产力退化,成为全球石漠化最为严重的区域。
喀斯特区域石漠化治理简单照搬黄土高原等地区传统技术,针对性不强、可持续性差,事倍功半,迫切需要基于系统性认知的适应性生态技术。
带着这个使命,王克林和同事们来到环江开展科学考察。他们发现,雨水落入坡上玉米地后很快就从岩缝裂隙中漏失于地下,水土流失主要路径不是传统认为的地表顺坡方向,而是垂直渗漏入地下岩缝裂隙系统—种植玉米的定期翻耕扰动,加速岩窝土壤团粒的破碎与漏失。
王克林组织同事们建起国内第一家喀斯特生态观测研究站,修建了地上地下联动的喀斯特水土过程观测平台,发现等高梯土砌墙保土等传统措施没有考虑地下基岩裂隙结构,功效甚小。经过长期观测,他们揭示了喀斯特区“水土地下漏失为主、地表流失为辅”的二元水土流失理论,发现了人为扰动加剧地下漏失与土壤养分快速退化的石漠化发生机制,为石漠化地区水土保持技术突破奠定了全新的认知,技术支撑地表土壤允许流失量,由500吨调减到50吨。他们向国家建议石漠化治理不再推荐等高梯土工程,被国家石漠化治理规划采纳。
王克林研究员(左二)与团队成员在石漠化治理现场
他们的第一个方案,是“撤退”。
1996年9月,中国科学院环江喀斯特生态站配合环江县政府,把大石山区的97户513名移民,搬出生态恶劣的石山区,迁入土山区的思恩镇肯福屯,创建了我国最早的生态移民示范基地,异地可持续开发很快给出了回报:植被覆盖率攀升至90%,土壤侵蚀模数下降60%,水分利用率提高40%。环江县持续安置移民12万,为后续开展西南地区220万生态移民可持续安置工程提供了技术模式支撑。
从石头缝里“榨”出绿来
对就地治理的石山区域,团队发现翻耕种植玉米,导致高钙石灰土大团聚体崩解—微生物代谢效率降低—碳氮快速损失的新机理,养分在扰动第一年就下降40%,丢失速率是非喀斯特土壤的8倍。替代玉米的多年生牧草保护性种植,减少了对土壤的物理扰动,配套豆科灌木引种和微食物网结构改善技术,有助于提升大团聚体,增加养分。
在此基础上,团队推出“种草养牛”的保护性种养结合生态方案。牧草是多年生作物,只在种植时第一年翻耕一次,此后20多年无须扰动土地,大大减缓与阻控土壤的垂直漏失。在生态恢复与衍生特色产业发展之间找到了平衡点。
更大的技术突破来自对“石头”本身的利用。针对喀斯特石质生境植被恢复难、生长慢的难题,团队选择了一条“向地下扎根”的科研路径——深入理解喀斯特关键带的水分养分运移规律,从机理入手重建土壤固持与养分支持功能,创建了“退化机理辨识—水土过程调控—植被修复技术—生态产业模式”的应用生态工程技术体系。
在群落尺度上,团队揭示了喀斯特植物根系与微生物互作、获取风化基岩养分的“资源开拓型”机制——深根系植物分泌有机酸,与菌根真菌、功能细菌共生,从石头里吸取氮磷等养分。他们筛选出深根系分泌、菌根共生固氮的适生植物32种,为喀斯特植被中后期的可持续恢复提供了基于自然途径的保障技术。“我们团队也像这些深扎基岩的植物,把研究的根须扎进裂隙来汲取生长的力量。”王克林说。
观测数据记录着巨变,示范基地环江县种植牧草、饲料桑和特色水果40万亩,示范推广800万亩,促进南方石漠化面积削减48%,植被碳增加17.6亿吨。全球尺度上中国南方喀斯特成为植被覆盖显著增加的热点区域之一,占全球植被生物量显著增加区域的5%。
那片裸露了百年的石山,如今被绿色一针一针地重新缝合。
石漠化治理后的大石山区秀美乡村
变绿之后,还要持续“活”过来
绿色回来了,但王克林团队很快发现了新的隐忧。遥感监测发现石漠化治理造林集中示范区,单一人工林长得飞快,林下却缺乏灌草,土壤水分趋于下降.变绿并不等于功能提升。与此同时,部分地区扩种经济林果、林下种养,出现了新的石漠化现象。
这意味着,石漠化治理不能止步于“铺绿”。王克林提出,在初步变绿的基础上,从追求植被覆盖转向提升生态服务与区域发展质量提升,实现整体生态改善和生态产品供给能力的全面增强。“下半场的核心是‘提质增效’——让森林不仅有枝叶,还要有发达的根系、活跃的微生物群落、持续的水源涵养与水文调节,让整座石山真正‘活’过来。”王克林说。
这一转向需要更深层的科学突破。围绕石质山地可持续恢复难题,关键带观测发现优势植物通过根系深扎与强水势调节,协同促进深层基岩水分获取,揭示了根系分泌草酸和招募微生物,活化深层基岩裂隙养分的新机制,突破了长期以来以土壤为核心的水分养分供给的认知,构建了以深根、等水势、高根系分泌为关键功能的物种筛选技术,并筛选出资源开拓型树种32种。
为了诱导深根系扎入下面的基岩来获取水分养分,团队又研发了促生菌接种活化基岩水分养分的技术。创制喜钙高效根瘤菌和菌根真菌产品,通过菌根化育苗,配套利用岩石裂隙管道优先流和深钻技术对根系进行深层接种,促进根际促生菌侵染和根系深扎,深层基岩裂隙水和岩土界面上氮可利用性提高40%。
团队用根系深扎与促生菌接种技术改造单一人工林,构建了以功能型多树种配置和接种方式优化的近自然再造林技术,多功能复合群落的水源涵养、碳汇能力提高30%。
在区域层面,团队建立了遥感与过程模型融合的多尺度石漠化监测评价技术系统,发现生态移民、城乡人口流动促进人地关系由紧张向均衡转变,基于社会—生态视角提出人地关系调整的精准分区治理方案,被新一轮国家规划采纳。
王克林研究员在调研种植牧草后的生物结皮
从1994年到2026年的33年,一棵树可以从种子长成大树,王克林和团队也把科研的根须扎进喀斯特风化基岩的裂隙深处,守住了垂直漏失的土壤,更让绿色覆盖并滋养着石山深处人与自然共生的网络。
“石漠化治理具有艰巨性、长期性,还有许多科学问题亟待破解。”王克林说,“目前,我们团队的论文占全球喀斯特生态领域的1/5,正在构建地球关键带观测与社会—生态研究长期观测平台。围绕联合国2030年可持续发展议程,努力将中国石漠化修复新模式推向‘一带一路’共建国家,贡献中国方案与生态智慧。”
(来源:中国环境,作者:文雯)