開展高寒退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)與重建技術(shù)研究,助力西藏生態(tài)安全屏障保護與建設(shè)

張憲洲,王小丹,高清竹,侯太平,沈振西,方江平

1 中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所,北京 100101 2 中國科學(xué)院水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所,成都 610041 3 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所,北京 100081 4 西藏大學(xué), 拉薩 850000 5 西藏大學(xué)農(nóng)牧學(xué)院, 拉薩 860000

開展高寒退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)與重建技術(shù)研究,助力西藏生態(tài)安全屏障保護與建設(shè)

張憲洲1,*,王小丹2,高清竹3,侯太平4,沈振西1,方江平5

1 中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所,北京 100101 2 中國科學(xué)院水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所,成都 610041 3 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所,北京 100081 4 西藏大學(xué), 拉薩 850000 5 西藏大學(xué)農(nóng)牧學(xué)院, 拉薩 860000

西藏是青藏高原的核心,是我國重要的生態(tài)安全屏障。由于高、寒、旱的特點,西藏高寒生態(tài)系統(tǒng)極為脆弱,在自然和人為因素影響下極易發(fā)生退化,治理難度大。草地退化和土地沙化治理一直是西藏生態(tài)安全屏障保護與建設(shè)的重中之重。為此,國家在“典型脆弱生態(tài)修復(fù)與保護研究”重點專項里啟動了“西藏退化高寒生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)與重建技術(shù)及示范(2016YFC0502000)”項目,旨在研究生態(tài)系統(tǒng)演變規(guī)律和影響機理的基礎(chǔ)上,針對西藏高原不同的退化區(qū)域,重點研發(fā)高寒退化草地恢復(fù)、沙化土地治理、生態(tài)產(chǎn)業(yè)及生態(tài)畜牧業(yè)發(fā)展等技術(shù)與模式,開展縣域水平的集成示范,實現(xiàn)高寒生態(tài)系統(tǒng)功能的提升與適應(yīng)性優(yōu)化管理的目標(biāo),為西藏生態(tài)安全屏障保護與建設(shè)提供技術(shù)支撐。

西藏；草地退化；土地沙化；生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)與重建；重點項目

西藏是青藏高原的核心,天然草地面積為13.2億畝,占其國土面積70.1%,位居我國各省(區(qū))之首,是我國重要的生態(tài)安全屏障[1]。西藏也是我國地域分異最為顯著地地區(qū),植被類型多樣,從東南到西北,依海拔3500—4300m的“一江兩河”地區(qū)到4300—4800m的藏北高原地區(qū),依次分布著灌叢草原、高寒草甸、高寒草原和高寒荒漠[2]。由于高、寒、旱的特點,西藏高寒生態(tài)系統(tǒng)極為脆弱,在自然和人為因素影響下極易發(fā)生退化,治理難度大。草地退化和土地沙化的治理一直是西藏生態(tài)安全屏障保護與建設(shè)的重中之重[3]。造成西藏高寒草地退化的關(guān)鍵是草地功能與生態(tài)功能失調(diào),草畜供需失衡。解決西藏高寒草地退化問題的關(guān)鍵是建立生產(chǎn)和生態(tài)功能相協(xié)調(diào)的草牧業(yè)技術(shù)體系,協(xié)調(diào)生態(tài)-草-牧關(guān)系,實現(xiàn)遏制草地退化和轉(zhuǎn)變畜牧業(yè)發(fā)展方式的雙贏目標(biāo)[4-5]。西藏土地沙化問題主要是氣候變化和人類活動共同作用的結(jié)果,解決的關(guān)鍵是建立可持續(xù)的河谷地區(qū)土地利用與生態(tài)服務(wù)功能提升技術(shù)體系,遏制沙化土地面積擴大[6]。

鑒于西藏高原在我國生態(tài)建設(shè)中占有極其重要的生態(tài)地位,國家在“典型脆弱生態(tài)修復(fù)與保護研究”重點專項里啟動了“西藏退化高寒生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)與重建技術(shù)及示范(2016YFC0502000)”項目,旨在針對青藏高原不同的退化區(qū)域,開展縣域水平的集成示范,在研究思路方面突出生態(tài)與生產(chǎn)功能有機結(jié)合,引導(dǎo)西藏區(qū)域走上生態(tài)-草-牧相協(xié)調(diào)的可持續(xù)發(fā)展之路,實現(xiàn)高寒生態(tài)系統(tǒng)功能的提升與適應(yīng)性優(yōu)化管理的目標(biāo)。

1 項目目標(biāo)

西藏高寒生態(tài)系統(tǒng)極為脆弱,在自然和人為因素影響下極易發(fā)生退化,治理難度大,草地退化和土地沙化的治理一直是西藏生態(tài)安全屏障保護與建設(shè)的重中之重。針對西藏草地退化和土地沙化問題,本項目擬在6個縣域水平建立試驗示范基地,重點突破生態(tài)與生產(chǎn)功能優(yōu)化配置、鄉(xiāng)土品種牧草生態(tài)補播、高產(chǎn)高效人工草地建植、優(yōu)質(zhì)草產(chǎn)品加工、綠色生態(tài)畜產(chǎn)品研發(fā)及農(nóng)牧耦合等退化草地植被恢復(fù)關(guān)鍵技術(shù),重點研發(fā)可降解固沙材料研發(fā)、高寒沙生草本和木本植物的篩選、種子催芽和苗木培育、鄉(xiāng)土牧草和灌木沙丘(沙地)定植管理等沙化土地整治關(guān)鍵技術(shù),通過試驗示范研究,建立生產(chǎn)和生態(tài)功能相協(xié)調(diào)的草牧業(yè)技術(shù)體系與模式,協(xié)調(diào)生態(tài)-草-牧關(guān)系,減壓增效,實現(xiàn)遏制草地退化、土地沙化和轉(zhuǎn)變畜牧業(yè)發(fā)展方式的雙贏目標(biāo),為西藏生態(tài)安全屏障保護與建設(shè)提供技術(shù)支撐。

2 研究內(nèi)容

圍繞項目目標(biāo),本項目擬開展的主要研究內(nèi)容如下：

2.1 西藏草地生態(tài)與生產(chǎn)功能優(yōu)化配置技術(shù)體系與模式

以縣域為基本單元,采用實地調(diào)查觀測、遙感和模型技術(shù)相結(jié)合的方法,分析西藏各縣域水平的草產(chǎn)量、載畜量和草畜平衡的時空分布特征,建立西藏草地退化格局及等級劃分的識別技術(shù)體系；從草地產(chǎn)草量、載畜量及草畜平衡等方面入手,在確定適宜的畜牧業(yè)發(fā)展水平基礎(chǔ)上,重點解析西藏縣域水平的草地牧草的虧缺與盈余特征,構(gòu)建以縣域為基礎(chǔ)的西藏草畜平衡區(qū)劃方案；利用實地調(diào)查與遙感相結(jié)合的方法,篩選地勢較平坦、土層較厚、具有水源條件的邊際土地,結(jié)合水熱條件分析,識別潛在宜草人工草地的空間范圍面積并據(jù)此估算人工草地產(chǎn)草量潛力，進而估算潛在人工草地提供的牲畜補飼量,建立西藏典型縣的草地生態(tài)與生產(chǎn)功能的匹配優(yōu)化配置方案與模式,為構(gòu)建西藏退化草地修復(fù)與重建技術(shù)體系提供針對性的決策支持。

2.2 藏北典型高寒草原植被恢復(fù)關(guān)鍵技術(shù)研究與功能調(diào)控

高寒草原是西藏主要草地類型之一,主要分布在藏西北干旱、半干旱區(qū)域[7]。本研究以申扎縣為研究基地,針對高寒退化草原恢復(fù)中的關(guān)鍵科學(xué)與技術(shù)問題,在揭示退化的成因與功能受損過程,精準(zhǔn)識別退化程度與空間格局基礎(chǔ)上,研發(fā)W-OH與特殊微生物菌群強化有機肥互補、野生優(yōu)良牧草選育等綜合治理技術(shù)。以水分過程為主線,以水熱肥協(xié)同效應(yīng)與生態(tài)過程耦合為核心,闡明多樣性-生產(chǎn)力-穩(wěn)定性關(guān)系,提出品種組分與搭配比例、水肥利用效率的人工草地建植技術(shù),并確定高寒草原區(qū)適宜發(fā)展人工草地立地條件和優(yōu)先區(qū)域。運用群落演替穩(wěn)態(tài)、中度干擾理論等生態(tài)學(xué)原理對藏北已實施的退牧還草工程進行成效評估,提出圍欄規(guī)模、年限與布局優(yōu)化模式。

2.3 藏北典型高寒草甸植被恢復(fù)綜合整治技術(shù)研究與示范

以西藏那曲地區(qū)那曲縣為研究區(qū)域,針對典型高寒草甸退化嚴重且恢復(fù)重建難度較大、季節(jié)性干旱頻繁而加劇退化、冬春季飼草短缺、冬場草場壓力過大等問題[8],重點突破嚴重退化高寒草甸(植被蓋度<20%)生態(tài)補播技術(shù),研發(fā)中度退化高寒草甸的光伏節(jié)水灌溉技術(shù)；評估和篩選藏北高原人工草地適宜建植區(qū)域,集成房前屋后和棚圈等特殊適宜區(qū)域種草關(guān)鍵技術(shù),構(gòu)建有機肥和氮磷耦合施肥技術(shù)體系,補充牲畜飼草料、減輕高寒草甸放牧壓力；集成家畜舍飼半舍飼技術(shù)體系,提出農(nóng)牧相結(jié)合的區(qū)域退化草甸恢復(fù)與草牧業(yè)發(fā)展模式。在那曲縣縣域尺度上,進行生態(tài)補播、人工牧草建設(shè)、節(jié)水灌溉、舍飼半舍飼等技術(shù)集成和示范,探索綜合考慮氣候變化和草原退化條件下兼顧生態(tài)-生產(chǎn)-效益的高寒草甸可持續(xù)管理模式,為高寒草甸植被恢復(fù)與重建提供技術(shù)支撐。

2.4 藏南典型河谷草原生態(tài)與生產(chǎn)功能協(xié)同提升技術(shù)研究與示范

本研究以林周縣為研究基地,針對藏南典型河谷暖干草原退化嚴重、草畜失衡和生產(chǎn)低效等問題,開展輕度、中度和重度退化草地恢復(fù)技術(shù)研究集成和示范。集成控制性放牧、放牧加補飼,半舍飼,冬舍飼等生態(tài)高效養(yǎng)殖技術(shù)，開展補飼飼料配方和TMR技術(shù)研究；監(jiān)測評估生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能動態(tài)變化及其權(quán)衡關(guān)系動態(tài)變化，制定草地退化恢復(fù)和生態(tài)畜牧業(yè)協(xié)同提升的調(diào)控措施。

2.5 藏南農(nóng)牧交錯帶生態(tài)草牧業(yè)發(fā)展技術(shù)研究與示范

本研究以貢嘎縣為研究基地,針對西藏農(nóng)牧區(qū)放牧壓力大、飼草短缺,草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)功能低下等問題,以草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)理論為指導(dǎo),將草業(yè)科學(xué)、畜牧科學(xué)和生態(tài)學(xué)有機融合,研發(fā)生態(tài)草牧業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)和模式,主要包括退化人工草地治理、牧用或刈割用多年生混播人工草地建植、糧草復(fù)種穩(wěn)定性生產(chǎn)等技術(shù)研究;開展易運輸儲藏防治二次發(fā)酵裹包青貯TMR產(chǎn)品、干草制品及牧區(qū)用抗災(zāi)飼料的研發(fā)，為農(nóng)牧區(qū)域耦合打基礎(chǔ)。開發(fā)生態(tài)健康養(yǎng)殖羊肉和牛奶產(chǎn)品及藏雞產(chǎn)品增加農(nóng)牧民收入。

2.6 西藏雅魯藏布江中上游河谷沙化土地綜合整治技術(shù)與示范

針對西藏沙化土地,以雅魯藏布江中(貢嘎縣)、上游地區(qū)(仲巴縣)典型的河谷沙化土地和干旱草原沙化土地為研究對象,運用遙感影像解譯和地面氣象因子監(jiān)測數(shù)據(jù),分析風(fēng)沙化土地分布現(xiàn)狀及動態(tài)變化過程與特征；采用種群、群落、生態(tài)系統(tǒng)等生態(tài)學(xué)原理,對高寒、干旱沙地的群落植物的自我維持機制進行研究,提出沙化土地防治綜合配套技術(shù)、管理綜合配套技術(shù)以及適生植物良種壯苗繁育技術(shù),開展技術(shù)集成試驗示范,使之能自我維持,同時進行監(jiān)測、評價,為該區(qū)域生態(tài)恢復(fù)與環(huán)境綜合整治提供科學(xué)依據(jù)和實用技術(shù)。

3 總體思路與技術(shù)路線

治理草地退化重點是建立以生態(tài)和生產(chǎn)功能協(xié)調(diào)優(yōu)化為目標(biāo)的退化草地恢復(fù)技術(shù)和模式,實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)部和跨區(qū)域的草地生產(chǎn)生態(tài)的協(xié)調(diào)發(fā)展。研究思路與方法：一是在藏北牧區(qū)針對不同程度高寒退化天然草地,改進不同恢復(fù)技術(shù)和模式,穩(wěn)定提升生態(tài)功能為主,輔以在藏北牧區(qū)有灌溉條件的區(qū)域就地適度發(fā)展人工種草,增加退化天然草場牲畜的冬春季補飼,從而間接達到退化草地治理的目的；二是在藏南農(nóng)牧交錯區(qū)重點建植高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)人工草地,大力發(fā)展生態(tài)畜牧業(yè),輔以改進退化天然草地恢復(fù)技術(shù)和模式,提升生產(chǎn)生態(tài)功能；三是利用藏南河谷農(nóng)牧交錯區(qū)人工草地產(chǎn)量是藏北牧區(qū)天然草地的幾十乃至百倍的優(yōu)勢,通過跨區(qū)域耦合的方法,以草產(chǎn)品的形式對藏北牧區(qū)進行冬春季補飼,減壓增效,實現(xiàn)雙贏。研究方案是：首先開展西藏草地生態(tài)與生產(chǎn)功能優(yōu)化配置技術(shù)體系與模式研究；二是選擇四個典型區(qū)域開展試驗示范。重點突破鄉(xiāng)土品種生態(tài)補播、高產(chǎn)高效人工草地建植、優(yōu)質(zhì)草產(chǎn)品加工和生態(tài)畜牧業(yè)等關(guān)鍵技術(shù)及生態(tài)產(chǎn)業(yè)技術(shù),協(xié)同提升生態(tài)與生產(chǎn)功能。

針對土地沙化防治問題,重點解決河谷地區(qū)沙丘的移動或擴大。總體思路與方法是研發(fā)防治沙丘移動的定植管理新技術(shù),遏制沙化面積擴大。研究方案是以雅江上游(仲巴縣)和中游(乃東縣)為試驗示范區(qū),開展雅魯藏布江中上游河谷沙化土地綜合治理技術(shù)體系研究與示范,針對性的開發(fā)可降解固沙材料,形成產(chǎn)品并進行固定沙丘試驗示范；篩選適應(yīng)的高寒沙生草本、木本植物,研發(fā)種子催芽和苗木培育和鄉(xiāng)土牧草和灌木沙丘(沙地)定植管理技術(shù),提出土地沙化防治綜合配套技術(shù),提升高原河谷區(qū)生態(tài)服務(wù)功能。

在本項目中,西藏草地退化和沙化治理工作實現(xiàn)了全鏈?zhǔn)皆O(shè)計(圖1)。通過調(diào)研和模型分析相結(jié)合,理論聯(lián)系實際,提出了西藏生態(tài)草牧業(yè)發(fā)展模式,具有一定的創(chuàng)新性。

圖1 技術(shù)路線
Fig.1 Technology roadmap

4 項目特點

一是總體思路轉(zhuǎn)變。傳統(tǒng)的草地退化和土地沙化治理是“就生態(tài)論生態(tài)”,生態(tài)與生產(chǎn)功能難以協(xié)調(diào),植被恢復(fù)不可持續(xù)。本項目突出生態(tài)與生產(chǎn)功能有機結(jié)合,生態(tài)優(yōu)先,以生產(chǎn)促生態(tài),實現(xiàn)生態(tài)改善與畜牧業(yè)經(jīng)濟發(fā)展的共贏。

二是治理方式的轉(zhuǎn)變。傳統(tǒng)退化草地恢復(fù)是直接“治草”,在不斷改進原有技術(shù)基礎(chǔ)上,強調(diào)發(fā)揮人工草地的作用,增加補飼供給,減輕天然草地放牧壓力,實現(xiàn)退化草地的自然恢復(fù)。這種間接“治草”方式可操作性強,更為靈活,生態(tài)和經(jīng)濟效益更顯著。

三是生態(tài)治理由“粗放型”向“精細型”轉(zhuǎn)變。

西藏畜牧業(yè)仍處于傳統(tǒng)階段,尚未精細化管理。本項目在優(yōu)化配置生產(chǎn)與生態(tài)功能的基礎(chǔ)上,通過精細化目標(biāo)管理,制定科學(xué)合理的縣域人工草地建植方案,通過區(qū)內(nèi)和區(qū)內(nèi)外耦合技術(shù)體系的推廣和實施,促進由粗放的傳統(tǒng)畜牧業(yè)向精細化管理的現(xiàn)代生態(tài)草牧業(yè)的轉(zhuǎn)型。

四是引導(dǎo)國家生態(tài)補償政策由“輸血”型向“造血”型轉(zhuǎn)變?，F(xiàn)行的國家生態(tài)補償政策大多是以現(xiàn)金的形式直接補償,是被動式的補償。本項目通過生產(chǎn)與生態(tài)功能優(yōu)化配置,引導(dǎo)國家生態(tài)補償資金向藏南人工草地和藏北刈割草地傾斜,實現(xiàn)增草穩(wěn)畜,引導(dǎo)區(qū)域內(nèi)部和跨區(qū)域走上生態(tài)-草-牧相協(xié)調(diào)的可持續(xù)發(fā)展之路。

5 預(yù)期成果與效益

項目整合了中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所、中國科學(xué)院水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所、西藏大學(xué)、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所和西藏大學(xué)農(nóng)牧學(xué)院等長期從事青藏高原相關(guān)研究的重要單位,研究力量雄厚,儀器設(shè)備先進,在西藏自然資源考察與利用、生態(tài)環(huán)境保護、退化生態(tài)系統(tǒng)綜合整治、區(qū)域可持續(xù)發(fā)展等方面都取得了一批重大科研成果。項目成員都是長期從事青藏高原生態(tài)學(xué)研究的中青年研究人員,能夠適應(yīng)高原缺氧環(huán)境,有著豐富的野外經(jīng)驗,能夠保證項目內(nèi)容的順利實施和項目目標(biāo)的順利達成。通過本項目的實施,可望突破一批事關(guān)高寒生態(tài)環(huán)境治理的重大關(guān)鍵技術(shù),不但為西藏生態(tài)安全屏障保護與建設(shè)提供了技術(shù)支撐,而且為促進西藏經(jīng)濟、社會和生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展提供堅實的基礎(chǔ)。在經(jīng)濟社會效益方面,通過項目對技術(shù)和模式的研發(fā),構(gòu)建出西藏高寒退化草地、沙化土地和低效農(nóng)業(yè)的有效的治理技術(shù)方案,使退化草地、沙化土地和草地農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)力明顯提升，為西藏生態(tài)安全屏障建設(shè)和生態(tài)草牧業(yè)的發(fā)展提供科技支撐,增加了農(nóng)牧民收入，促進了經(jīng)濟社會的發(fā)展。在生態(tài)環(huán)境效益方面,通過對退化草地和沙化土地的治理,植被蓋度明顯提高,水土保持能力也將得到提升。

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Research in ecological restoration and reconstruction technology for degraded alpine ecosystem, boosting the protection and construction of ecological security barrier in Tibet

ZHANG Xianzhou1,*, WANG Xiaodan2, GAO Qingzhu3, HOU Taiping4, SHEN Zhenxi1, FANG Jiangping5

1KeyLaboratoryofEcosystemNetworkObservationandModeling,InstituteofGeographicSciencesandNaturalResourcesResearch,ChineseAcademyofSciences,Beijing100101,China2InstituteofMountainHazardsandEnvironment,ChineseAcademyofSciences,Beijing610041,China3InstituteofEnvironmentandSustainableDevelopmentinAgriculture,ChineseAcademyofAgricultureSciences,Beijing100081,China4TibetUniversity,Lhasa850000,China5XizangAgricultureandAnimalHusbandryCollage,Lhasa860000,China

Tibet is a vital ecological security barrier in China, as well as the core of the Qinghai-Tibet Plateau. In cause of the high altitude, low temperature, and drought climate, Alpine ecosystem in Tibet is almost the most vulnerable ecosystem under the effects of natural and artificial factor in the world. Despite controlling the grassland degeneration and land desertification is still the top priority of the protection and construction of ecological security barrier in Tibet, it is difficult to put that into effect. To tackle this issue, we start the national key research and development program, Ecological Restoration and Reconstruction Technology for Degraded Alpine Grasslands in Tibet (No. 2016YFC0502000), in the special research project of Ecological Restoration and Protection of Typical and Vulnerable Ecosystem. Based on the study of ecosystem evolution and mechanism, our project focuses on alpine grassland restoration, land desertification management, ecological industry and ecological livestock husbandry development under distinct degradation situations. The project will develop an integrative system for ecological restoration and reconstruction technology in degraded alpine ecosystem at county level, which can promote ecosystem function and optimize management structure of ecosystem adaption. Our results will provide a technological support for the protection and construction of ecological security barrier in Tibet.

Tibet; Grassland degeneration; Land desertification; Ecological restoration and reconstruction; National project

國家重點研發(fā)計劃項目(2016YFC0502000)

2016- 10- 17

10.5846/stxb201610172109

*通訊作者Corresponding author.E-mail: zhangxz@igsnrr.ac.cn

張憲洲,王小丹,高清竹,侯太平,沈振西,方江平.開展高寒退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)與重建技術(shù)研究,助力西藏生態(tài)安全屏障保護與建設(shè).生態(tài)學(xué)報,2016,36(22):7083- 7087.

Zhang X Z, Wang X D, Gao Q Z, Hou T P, Shen Z X, Fang J P.Research in ecological restoration and reconstruction technology for degraded alpine ecosystem, boosting the protection and construction of ecological security barrier in Tibet.Acta Ecologica Sinica,2016,36(22):7083- 7087.