北方草甸退化草地治理技術(shù)與示范

唐華俊, 辛?xí)云?李凌浩,王德利,閆玉春,周延林,王明玖,周道瑋,崔國(guó)文,李向林,閆瑞瑞,陳寶瑞,徐麗君,王 旭

1 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所 北京,100081 2 中國(guó)科學(xué)院植物研究所 北京,100093 3 東北師范大學(xué)草地研究所 長(zhǎng)春,130024 4 內(nèi)蒙古大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 呼和浩特,010021 5 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)生態(tài)環(huán)境學(xué)院 呼和浩特,010019 6 中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所 長(zhǎng)春,130102 7 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院 哈爾濱,150030 8 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所 北京,100193

北方草甸退化草地治理技術(shù)與示范

唐華俊1,*, 辛?xí)云?,李凌浩2,王德利3,閆玉春1,周延林4,王明玖5,周道瑋6,崔國(guó)文7,李向林8,閆瑞瑞1,陳寶瑞1,徐麗君1,王 旭1

1 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所 北京,100081 2 中國(guó)科學(xué)院植物研究所 北京,100093 3 東北師范大學(xué)草地研究所 長(zhǎng)春,130024 4 內(nèi)蒙古大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 呼和浩特,010021 5 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)生態(tài)環(huán)境學(xué)院 呼和浩特,010019 6 中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所 長(zhǎng)春,130102 7 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院 哈爾濱,150030 8 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所 北京,100193

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“北方草甸退化草地治理技術(shù)與示范”項(xiàng)目(2016YFC0500600),重點(diǎn)針對(duì)我國(guó)草甸和草甸草原生態(tài)系統(tǒng)所受干擾強(qiáng)度大、退化機(jī)理錯(cuò)綜復(fù)雜、恢復(fù)機(jī)制及有效治理技術(shù)缺乏等問(wèn)題,從“十三五”規(guī)劃有關(guān)“美麗中國(guó)”、“綠色發(fā)展”與“生態(tài)文明”建設(shè)的戰(zhàn)略需求出發(fā),著重開(kāi)展草地退化恢復(fù)機(jī)理、恢復(fù)治理技術(shù)、生態(tài)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用等三個(gè)方面的研究,創(chuàng)建可復(fù)制、可移植、系統(tǒng)性的綜合治理技術(shù)及新型生態(tài)產(chǎn)業(yè)技術(shù),提出草甸退化草地治理的整套技術(shù)方案,為我國(guó)草牧業(yè)與生態(tài)環(huán)境和諧發(fā)展、牧民穩(wěn)定增收提供技術(shù)支撐。

草甸草地; 退化與恢復(fù)機(jī)制; 治理技術(shù); 生態(tài)產(chǎn)業(yè)

草地退化與恢復(fù)機(jī)制研究始于20世紀(jì)30年代。美國(guó)和前蘇聯(lián)“黑風(fēng)暴”事件之后,退化草地的恢復(fù)重建受到世界科學(xué)界及各國(guó)政府的普遍重視[1-2]。1975年召開(kāi)的“受損生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)與重建”國(guó)際研討會(huì),奠定了恢復(fù)生態(tài)學(xué)理論基礎(chǔ)[3-5]。近半個(gè)世紀(jì)以來(lái),各國(guó)就分別開(kāi)展了大量草地退化驅(qū)動(dòng)機(jī)制研究[6],美國(guó)、加拿大、歐洲等從天然植被恢復(fù)、人工植被重建、土壤過(guò)程和生物群落等角度探討了退化草甸恢復(fù)的理論與方法[7-10]。近年來(lái),基于功能性狀的群落生態(tài)理論、生態(tài)系統(tǒng)下行效應(yīng)原理、閾值模型及集成過(guò)濾模型成為退化草地恢復(fù)的最新理論依據(jù)[11-16]。國(guó)內(nèi)相關(guān)研究基本與國(guó)際同步,早期大多集中于退化草甸草原演替過(guò)程解析[17-19],最近更多關(guān)注草地恢復(fù)過(guò)程中植被、土壤、微生物等相關(guān)的機(jī)制性研究[20-23]。但是,國(guó)內(nèi)關(guān)于草甸草地退化與恢復(fù)的理論研究比較薄弱,缺乏深度與系統(tǒng)性。

草地治理技術(shù)研究始于19世紀(jì)中葉,歐洲各國(guó)率先采用施肥及土壤水分調(diào)控等方法改良草地,澳大利亞、新西蘭及前蘇聯(lián)等國(guó)也通過(guò)施肥、灌溉、補(bǔ)播、耕翻、劃破草皮、火燒、外來(lái)種引入等方式研究草地改良技術(shù)[24-26]。20世紀(jì)中葉世界草地普遍退化,恢復(fù)重建被納入草地生態(tài)系統(tǒng)管理目標(biāo),草地恢復(fù)也從單項(xiàng)技術(shù)改良轉(zhuǎn)向系統(tǒng)綜合治理,形成以生物多樣性維持、群落結(jié)構(gòu)優(yōu)化配置、土壤及種子庫(kù)修復(fù)為主體思路的恢復(fù)治理技術(shù)[27-33]。我國(guó)長(zhǎng)期以來(lái)主要采取圍欄封育、休牧輪牧等管理措施,以及翻耕、灌溉、施肥、補(bǔ)播等恢復(fù)措施來(lái)恢復(fù)和改良退化草甸[34-37],但仍缺乏系統(tǒng)性、可移植的草甸退化草地恢復(fù)治理技術(shù)與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

現(xiàn)代草食畜牧業(yè)產(chǎn)業(yè)模式的建立,是歐美國(guó)家草地生態(tài)得以全面恢復(fù)的根本原因。二戰(zhàn)之后,歐美各國(guó)依據(jù)其土地、資本、勞動(dòng)力因素,形成了各具特色的現(xiàn)代草牧業(yè)體系,如澳大利亞/新西蘭基于高產(chǎn)改良草地的現(xiàn)代放牧畜牧業(yè)模式,北美基于混合農(nóng)業(yè)體系的集約化大農(nóng)場(chǎng)模式[38-40]。近年在現(xiàn)代信息技術(shù)驅(qū)動(dòng)下,國(guó)際草食畜牧業(yè)管理逐步向精準(zhǔn)化、智能化、生態(tài)化方向發(fā)展。我國(guó)現(xiàn)代草牧業(yè)體系尚未建立,在全球經(jīng)濟(jì)開(kāi)放競(jìng)爭(zhēng)的強(qiáng)烈沖擊下,草原生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)受到極大挑戰(zhàn),亟待探索生態(tài)草牧業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)與模式,促進(jìn)傳統(tǒng)畜牧業(yè)轉(zhuǎn)型及草原可持續(xù)利用[41-43]。

現(xiàn)階段及未來(lái),草地恢復(fù)生態(tài)學(xué)將更注重退化機(jī)理-恢復(fù)機(jī)制-系統(tǒng)調(diào)控研究,強(qiáng)調(diào)多學(xué)科交叉融合[44]；注重多尺度、多維度生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù),強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)性和整體性[45]；注重社會(huì)、經(jīng)濟(jì)與自然協(xié)同,強(qiáng)調(diào)生態(tài)恢復(fù)與民生改善有機(jī)結(jié)合[46-47]。我國(guó)北方草甸和草甸草原面積約0.4億hm2,是北方牧區(qū)生產(chǎn)力最高、多樣性最豐富的草場(chǎng),家畜承載力相當(dāng)于其他溫帶草地類型的總和,其生態(tài)和生產(chǎn)功能都具有舉足輕重的地位[48]。相對(duì)于干旱區(qū)草地類型,草甸草地利用方式更加多元,退化過(guò)程和機(jī)制更加復(fù)雜,由于高生產(chǎn)力、高多樣性的表觀特征,草甸草地實(shí)際退化程度被嚴(yán)重低估。另一方面,草甸草地具有自然資源優(yōu)勢(shì),生態(tài)恢復(fù)力較強(qiáng),在合理的恢復(fù)治理模式下具有很大的恢復(fù)潛力和利用空間,無(wú)論在生產(chǎn)和生態(tài)意義上都能達(dá)到事半功倍的效果。但是,目前草甸草地恢復(fù)治理的投入力度不夠,研究上缺乏專門(mén)針對(duì)草甸退化草地的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)與恢復(fù)理論,應(yīng)用上沒(méi)有形成完整的草甸退化草地治理技術(shù)體系,制約了北方草甸草地高生產(chǎn)力優(yōu)勢(shì)的發(fā)揮和草牧業(yè)發(fā)展。

我國(guó)已經(jīng)開(kāi)展過(guò)很多草地治理工作,但生態(tài)恢復(fù)效果穩(wěn)定性差,形成退化-治理-再退化-再治理的往復(fù)循環(huán),其根本原因在于沒(méi)有切實(shí)可行的有效恢復(fù)理論與技術(shù),也未解決好生態(tài)修復(fù)后的替代產(chǎn)業(yè)問(wèn)題。本項(xiàng)目著眼于北方草甸退化草地生態(tài)恢復(fù)與持續(xù)利用的技術(shù)瓶頸,開(kāi)展從生態(tài)治理到產(chǎn)業(yè)培育的整套技術(shù)研究與集成示范,為我國(guó)草牧業(yè)與生態(tài)環(huán)境和諧發(fā)展、牧民穩(wěn)定增收提供技術(shù)支撐。

1 項(xiàng)目目標(biāo)

總體目標(biāo)：項(xiàng)目針對(duì)我國(guó)草甸和草甸草原生態(tài)系統(tǒng)所受干擾強(qiáng)度大、退化機(jī)理錯(cuò)綜復(fù)雜、恢復(fù)機(jī)制及有效治理技術(shù)缺乏等問(wèn)題,從十三五規(guī)劃有關(guān)“美麗中國(guó)”、“綠色發(fā)展”與“生態(tài)文明”建設(shè)的戰(zhàn)略需求出發(fā),著重開(kāi)展草地退化恢復(fù)機(jī)理、恢復(fù)治理技術(shù)、生態(tài)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用等三個(gè)方面的研究,創(chuàng)建可復(fù)制、可移植、系統(tǒng)性的綜合治理技術(shù)及新型生態(tài)產(chǎn)業(yè)技術(shù),提出草甸退化草地治理的整套技術(shù)方案,為我國(guó)草牧業(yè)與生態(tài)環(huán)境和諧發(fā)展、牧民穩(wěn)定增收提供技術(shù)支撐。

科學(xué)目標(biāo)：通過(guò)對(duì)北方草甸退化草地演變規(guī)律和趨勢(shì)、退化與恢復(fù)機(jī)制等基礎(chǔ)理論的深入研究,為草地生態(tài)修復(fù)和生態(tài)產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供理論基礎(chǔ)。揭示多元利用途徑和氣候變化共同作用下草甸草地的退化機(jī)理,建立退化等級(jí)評(píng)估體系；探索不同退化類型草甸草地在自然與干擾條件下的恢復(fù)機(jī)理,闡釋生態(tài)恢復(fù)關(guān)鍵技術(shù)對(duì)生物多樣性、穩(wěn)定性及生態(tài)系統(tǒng)多功能性的影響,提出我國(guó)草甸退化草地的系統(tǒng)性恢復(fù)理論,以及生態(tài)恢復(fù)治理的技術(shù)原理。

技術(shù)目標(biāo)：通過(guò)對(duì)不同治理技術(shù)的試驗(yàn)性研發(fā),重點(diǎn)突破群落優(yōu)化配置、生態(tài)系統(tǒng)功能提升、生物多樣性與穩(wěn)定性維持等關(guān)鍵共性技術(shù),為草甸退化草地生態(tài)問(wèn)題綜合解決提供技術(shù)支撐；同時(shí)充分考慮我國(guó)草甸草地分布范圍廣、區(qū)域差異大的現(xiàn)實(shí),以呼倫貝爾、錫林郭勒、科爾沁、松嫩平原、寒地黑土區(qū)等典型區(qū)域的草甸草地為對(duì)象,研發(fā)區(qū)域差異化的恢復(fù)治理技術(shù),建立各區(qū)域生態(tài)恢復(fù)治理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與配套模式。

應(yīng)用目標(biāo)：項(xiàng)目在理論研究與技術(shù)研發(fā)的基礎(chǔ)上,從修復(fù)后生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性維持及替代產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展的需求出發(fā),通過(guò)對(duì)生態(tài)草牧業(yè)相關(guān)技術(shù)的重點(diǎn)研發(fā)、技術(shù)集成和示范推廣,創(chuàng)建生態(tài)與經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)技術(shù)模式,在產(chǎn)業(yè)技術(shù)層面突破草甸草地區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的瓶頸,形成生態(tài)富民的替代產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系與優(yōu)化模式,促進(jìn)北方草甸草地區(qū)域新興產(chǎn)業(yè)帶的培育和發(fā)展。

2 主要研究?jī)?nèi)容

(1)針對(duì)草地生產(chǎn)力、生物多樣性、水分過(guò)程及養(yǎng)分循環(huán)等核心科學(xué)問(wèn)題開(kāi)展攻關(guān),揭示多元利用途徑和氣候變化共同作用下北方草甸及草甸草原的退化機(jī)理與恢復(fù)機(jī)制,建立退化等級(jí)與恢復(fù)水平評(píng)估體系,提出我國(guó)草甸退化草地的系統(tǒng)性恢復(fù)理論；

(2)針對(duì)不同退化程度的北方草甸草地,重點(diǎn)圍繞群落優(yōu)化配置、生物多樣性維持、生態(tài)系統(tǒng)功能提升等共性技術(shù)問(wèn)題,研發(fā)植被低擾動(dòng)快速恢復(fù)、草地綜合復(fù)壯及穩(wěn)定重建、土壤定向修復(fù)等關(guān)鍵技術(shù),集成草甸退化草地恢復(fù)治理技術(shù)體系,創(chuàng)建可復(fù)制、系統(tǒng)性的北方草甸退化草地綜合治理技術(shù)體系；

(3)針對(duì)后修復(fù)階段草地可持續(xù)利用問(wèn)題,集成研發(fā)草地優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)利用技術(shù)、飼草高效轉(zhuǎn)化與綠色養(yǎng)殖技術(shù)、智慧型生態(tài)牧場(chǎng)管理技術(shù)等生態(tài)產(chǎn)業(yè)技術(shù),探索生態(tài)修復(fù)技術(shù)與生態(tài)產(chǎn)業(yè)技術(shù)的組裝配套模式,選擇重點(diǎn)區(qū)域開(kāi)展產(chǎn)業(yè)化示范,創(chuàng)建草甸草地生態(tài)恢復(fù)-持續(xù)利用模式及技術(shù)解決方案。

針對(duì)總體目標(biāo)和研究?jī)?nèi)容,項(xiàng)目設(shè)計(jì)了“一縱三橫”的研究框架和技術(shù)路線?！耙豢v”是根據(jù)科學(xué)問(wèn)題和關(guān)鍵技術(shù)目標(biāo),梳理出基礎(chǔ)理論與技術(shù)原理、恢復(fù)技術(shù)與治理模式、產(chǎn)業(yè)技術(shù)與集成示范等三個(gè)研究層面,將所有研究?jī)?nèi)容串聯(lián)起來(lái),形成相輔相成、相互支撐的一個(gè)整體；“三橫”是在3個(gè)研究層面內(nèi)各自布局,開(kāi)展橫向比較或聯(lián)合研究：在基礎(chǔ)理論與技術(shù)原理層面,依托項(xiàng)目組野外基地與長(zhǎng)期觀測(cè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái),研究北方草甸草地退化機(jī)理、恢復(fù)機(jī)制；在恢復(fù)技術(shù)與治理模式層面,橫向開(kāi)展聯(lián)合實(shí)驗(yàn)及對(duì)比分析,凝練呼倫貝爾、錫林郭勒、科爾沁、松嫩平原、寒地黑土區(qū)等五大典型區(qū)域的生態(tài)恢復(fù)技術(shù)及集成模式,從分到總提出草甸退化草地治理技術(shù)體系；產(chǎn)業(yè)技術(shù)與集成示范層面,開(kāi)展生態(tài)草業(yè)、生態(tài)畜牧業(yè)、生態(tài)旅游三方面的產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)集成創(chuàng)新,并在典型區(qū)域進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用,最后總結(jié)提煉北方草甸退化草地可持續(xù)發(fā)展理論和模式。項(xiàng)目總體技術(shù)路線見(jiàn)圖1。

圖1 項(xiàng)目總體技術(shù)路線Fig.1 Overall technical route of the project

3 結(jié)語(yǔ)

科學(xué)上,項(xiàng)目將揭示多元利用途徑和氣候變化共同作用下,北方草甸及草甸草原的退化機(jī)理及恢復(fù)機(jī)制,建立退化等級(jí)與恢復(fù)水平評(píng)估體系,提出我國(guó)草甸草地退化機(jī)理和恢復(fù)機(jī)制重大理論成果；技術(shù)上,針對(duì)不同退化程度的草甸草地,研發(fā)出植被低擾動(dòng)快速恢復(fù)、植被綜合復(fù)壯、草地穩(wěn)定重建、土壤定向修復(fù)培育技術(shù)；創(chuàng)建不同區(qū)域、不同組合的高產(chǎn)人工草地建植技術(shù)、草產(chǎn)品加工與貯藏等關(guān)鍵技術(shù),提出草地生態(tài)恢復(fù)技術(shù)和綜合治理模式；產(chǎn)業(yè)上,開(kāi)展北方草甸草地生態(tài)草牧業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)集成創(chuàng)新,進(jìn)一步研發(fā)草畜資源優(yōu)化配置與高效利用技術(shù),構(gòu)建生態(tài)草業(yè)、生態(tài)畜牧業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)模式及體系,提出區(qū)域生態(tài)產(chǎn)業(yè)技術(shù)方案和配套產(chǎn)業(yè)技術(shù)集成模式。

本項(xiàng)目開(kāi)展不同退化程度草甸草地生態(tài)治理與產(chǎn)業(yè)技術(shù)組裝配套、集成示范,建立我國(guó)草甸退化草地恢復(fù)治理技術(shù)體系。項(xiàng)目成果將有效提高草地生產(chǎn)力水平,改善牧民增收能力。項(xiàng)目擬建立5個(gè)縣域以上示范基地,示范區(qū)天然草地植被生產(chǎn)力提高20%—30%；生態(tài)產(chǎn)業(yè)技術(shù)模式應(yīng)用,可促進(jìn)大型生態(tài)牧場(chǎng)經(jīng)濟(jì)效益提高10%以上,家庭牧場(chǎng)經(jīng)濟(jì)效益提高20%以上,旅游型家庭牧場(chǎng)經(jīng)濟(jì)效益提高20%—50%。項(xiàng)目成果推廣后將促進(jìn)草甸退化草地的全面恢復(fù),按修復(fù)20%草甸退化草地(約0.08億hm2)、草地產(chǎn)量提高20%計(jì),可多提供干草240萬(wàn)t、滿足330萬(wàn)只羊單位家畜的干物質(zhì)需求,將為草地生態(tài)保護(hù)、草牧業(yè)現(xiàn)代化和牧民致富提供良好示范和技術(shù)支撐。

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North meadow degraded grassland treatment technology and demonstration

TANG Huajun1,*, XIN Xiaoping1, LI Linghao2, WANG Deli3, YAN Yuchun1, ZHOU Yanlin4, WANG Mingjiu5, ZHOU Daowei6, CUI Guowen7, LI Xianglin8, YAN Ruirui1, CHEN Baorui1, XU Lijun1, WANG Xu1

1InstituteofAgriculturalResourcesandRegionalPlanning,ChineseAcademyofAgriculturalSciences,Beijing100081,China2InstituteofBotany,ChineseAcademyofSciences,Beijing100093,China3InstituteofGrasslandScience,NortheastNormalUniversity,Changchun130024,China4SchoolofLifeSciences,InnerMongoliaUniversity,Hohhot010021,China5CollegeofEcologyEnvironmentalScience,InnerMongolia,AgriculturalUniversity,Hohhot010019,China6NortheastInstituteofGeographyandAgroecology,ChineseAcademyofSciences,Changchun130102,China7Collegeofanimalscienceandtechnology,NortheastAgricultureUniversity,Harbin150030,China8InstituteofAnimalScienceofChineseAcademyofAgriculturalScience,Beijing100193,China

As one of the national key research and development programs, the “North Meadow Degraded Grassland Treatment Technology and Demonstration” project (2016YFC0500600) mainly focuses on the problems of intensive interference, complicated degradation mechanism, and the lack of restoration mechanism and effective treatment technology, which the meadow and meadow steppe ecological systems of China are encountered. Based on the strategic requirements of “beautiful China”, “green development” and “ecological civilization” proposed by China′s 13th Five-Year Plan, the project puts emphasis on the research of grassland degradation restoration mechanism, restoration treatment technology and the ecological industry technology innovation application, develops the comprehensive treatment technology featured with replicability, portability and systematicness, as well as the new eco-industrial technology, and puts forward an overall technology solution regarding the grassland treatment for meadow degradation, providing a strong technical support for the harmonious development of China′s grassland animal husbandry and ecological environment, and the stable income increase of the herdsmen.

meadow grassland; degradation and restoration mechanism; treatment technology; ecological industry

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2016YFC0500600)

2016- 10- 14

10.5846/stxb201610142078

*通訊作者Corresponding author.E-mail: tanghuajun@caas.cn

唐華俊, 辛?xí)云?李凌浩,王德利,閆玉春,周延林,王明玖,周道瑋,崔國(guó)文,李向林,閆瑞瑞,陳寶瑞,徐麗君,王旭.北方草甸退化草地治理技術(shù)與示范.生態(tài)學(xué)報(bào),2016,36(22):7034- 7039.

Tang H J, Xin X P, Li L H, Wang D L, Yan Y C, Zhou Y L, Wang M J, Zhou D W, Cui G W, Li X L, Yan R R, Chen B R, Xu L J, Wang X.North meadow degraded grassland treatment technology and demonstration.Acta Ecologica Sinica,2016,36(22):7034- 7039.