退化草原修復(fù)技術(shù)及其效果研究進展

范 博，王占義，姚敏娟，侯 佳

（1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)草原與資源環(huán)境學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特 010011；2.呼和浩特職業(yè)學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特 010070；3.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古包頭 014110）

草原作為我國最大的陸地生態(tài)系統(tǒng)，占我國國土面積的41%[1]，是我國耕地面積、森林面積的3.2 倍、2.5 倍，總量居世界第三[2]。草原一方面是生態(tài)安全的重要綠色生態(tài)保障，在防風(fēng)固沙、涵養(yǎng)水源、凈化空氣和調(diào)節(jié)氣候等方面具有重要作用[3]，尤其是在我國北方草原生態(tài)地區(qū)，另一方面依托草原進行生產(chǎn)也是農(nóng)牧民生活重要的經(jīng)濟來源。

草原生態(tài)系統(tǒng)退化是指草原生態(tài)系統(tǒng)中能量流動與物質(zhì)循環(huán)的輸入、輸出之間失調(diào)使草原生態(tài)系統(tǒng)逆行演替，一般表現(xiàn)為草產(chǎn)量變低、草群變矮、變稀最后導(dǎo)致草原載畜能力下降的一種現(xiàn)象[4]，或者通過草原退化指示植物出現(xiàn)率來判斷草原的退化[5]。草原生物群落的變化，其生活的土壤環(huán)境也會有營養(yǎng)物質(zhì)流失而惡化。因此，草原生態(tài)系統(tǒng)的退化除了有“草”的退化之外，還包括“地”的退化[6]。引起草原退化的原因也是多方面的：1）長期不合理的放牧、掠奪式經(jīng)營、盲目墾殖[7]等人為活動超出草原承載能力所引發(fā)的草原退化[8]；2）氣溫、降水變化等氣候因素[9]及鼠害[10]、蝗災(zāi)[11]等生物災(zāi)害所引起的退化現(xiàn)象；3）草原畜產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)和管理水平低下不能滿足現(xiàn)代畜牧業(yè)發(fā)展的需求也會在一定程度上導(dǎo)致草原退化的發(fā)生[12]。不同的利用情況導(dǎo)致草原退化程度不同，按照草原退化情況可以分為3 級：輕度退化、中度退化、重度退化[13]。在草原改良過程中，針對不同退化程度、不同類型及不同原因引發(fā)的草原退化，采取的改良措施也有所不同。我國約有90%的草原存在不同程度的退化[14]。在碳達峰和碳中和背景下，對退化草原進行修復(fù)是提高草原碳儲量的重要途徑，而修復(fù)的成功與否及措施的正確選用直接相關(guān)，為此作者基于文獻檢索和實際工作經(jīng)驗，比較全面地總結(jié)了自然修復(fù)和人為修復(fù)措施的適用情況和特點。

1 自然修復(fù)措施及其對草原生態(tài)的影響

自然修復(fù)措施是指通過人為監(jiān)督給草原提供一段修養(yǎng)生息的時間，利用其自愈能力使草原逐漸恢復(fù)并保持健康發(fā)展水平，常用的自然修復(fù)措施包括圍封禁牧、休牧和劃區(qū)輪牧等，各種措施適用于不同程度的退化草原，根據(jù)需求選用適宜的修復(fù)措施。

1.1 圍欄封育

圍欄封育是將退化的草原通過物理或生物秸稈的方式圍起來，在其依靠自身修復(fù)能力發(fā)展起來之前禁止放牧活動，待草原植物群落的覆蓋度、優(yōu)質(zhì)牧草所占比例和草原的生產(chǎn)力水平達到一定要求后再逐步合理開放使用[15]。

圍欄封育在草原恢復(fù)和改善草原土壤的營養(yǎng)成分流失方面是一項值得推廣的草原管理措施[16]。圍欄封育多用于中度退化以下的草原，包括金屬網(wǎng)圍欄和生物材料圍欄。生物圍欄投資較小，對環(huán)境影響可控，還能在防風(fēng)固沙、調(diào)節(jié)草場小氣候的同時改善土壤理化性質(zhì)，增加腐殖質(zhì)[17]；而金屬網(wǎng)圍欄具有投資少、簡單易行和見效快等優(yōu)點，更適合牧場推廣而被廣泛應(yīng)用[18]。合理的圍欄封育對草原物種豐富度、多樣性指數(shù)、均勻度、蓋度、高度[19]、草產(chǎn)量及土壤種子庫等指標(biāo)有顯著提高，且優(yōu)勢種表現(xiàn)得較為明顯，雜草類有所下降；逐漸圍封后各指數(shù)均趨于穩(wěn)定。

圍欄封育后植被枯落物的增多對土壤養(yǎng)分元素的恢復(fù)起到了重要作用，能夠促進草原有機碳、持水量和水源涵養(yǎng)功能及碳素固持功能[20]。土壤質(zhì)量恢復(fù)是一個漫長的過程[21]。草原退化后會引起土壤的退化，圍欄封育后草原地上生物量會顯著增加，并增加土壤碳固持和碳儲量[22]；而增加豆科植物能夠提高土壤氮儲量[23]。同地上生物量類似，封育較長時間后，碳氮固持能力保持穩(wěn)定[24]。

1.2 劃區(qū)輪牧

劃區(qū)輪牧簡稱輪牧，是將草場按照放牧天數(shù)、草原載畜量合理劃分為幾個小區(qū)，按照一定次序使用草原。輪牧小區(qū)數(shù)和各小區(qū)輪牧天數(shù)要依據(jù)不同的草原類型視情況而設(shè)定[25]。輪牧開始時間也會影響草原牧草的營養(yǎng)價值[26]。

劃區(qū)輪牧在有效防止草原退化、促進草原健康發(fā)展的同時，提高了家畜的生產(chǎn)力，保護了生態(tài)，還發(fā)展了經(jīng)濟，是一項合理有效的草原管理措施[27]。研究發(fā)現(xiàn)，無論是家庭牧場還是一些半干旱的草原上，在輪牧制度下植被的高度、蓋度和物種多樣性及地上生物量等均顯著高于自由放牧區(qū)[28]。輪牧制度還能優(yōu)化草原種群，增加優(yōu)良牧草物種的多樣性和豐富度。

劃區(qū)輪牧給了各個小區(qū)短暫休養(yǎng)生息的機會，緩解了草原利用壓力，避免長期踐踏導(dǎo)致土壤緊實、容重增加[29]；而且地上枯落物在家畜的踩踏下加快了分解速率，促進了土壤團聚體的形成，有利于維持土壤的穩(wěn)定性[30]。輪牧機制下，土壤理化性質(zhì)較自由放牧而言，其土壤質(zhì)地、含水量、結(jié)皮量、有機質(zhì)和全氮含量等指標(biāo)有較大的變化[31]。家畜的適當(dāng)活動在提高土壤微生物量的同時加速了養(yǎng)分循環(huán)，還促進土壤團聚體的形成[32]。淺層土壤有機碳和氮儲量相對放牧條件下有較顯著的增長[31]。

對家畜而言，在輪牧制度的科學(xué)空間下提高了采食速率，減少了跑青、反芻、臥息，延長了站立時間，排糞和排尿等消耗體能的活動減少[33]。而且輪牧制度能夠打破家畜寄生蟲的生長發(fā)育周期，影響感染性幼蟲的密度[34]，降低發(fā)病率。

2 人工修復(fù)措施及其對草原生態(tài)的影響

人工修復(fù)措施是指通過人為直接干預(yù)草原恢復(fù)過程，可以按照自己的需求來規(guī)劃草原，或者按照草原需求對癥下藥地快速滿足草原恢復(fù)需求，如補充肥料、種子等。人工修復(fù)措施有補播、施肥、淺耕翻和劃破草皮等方式，一般周期較短、見效快，常用于退化較嚴重的草原。

2.1 補播

補播措施是在盡最大努力保護草原原有植被條件下，在出現(xiàn)塊兒斑或稀疏的草原上播種一些適應(yīng)當(dāng)?shù)刈匀粭l件且有較高價值的優(yōu)良牧草。

補播可增加草群中優(yōu)良牧草成分、比例及草原的覆蓋度，提高草產(chǎn)量，常見的補播植物有苜蓿（Medicago Sativa）、羊草（Leymus chinensis）、鴨茅（Dactylis glomerata）、披堿草（Elymus dahuricus）、無芒雀麥（Bromus inermis）和多年生黑麥草（Lolium perenne）等。草原補播一般在利于機械化進行的斑塊退化的地方，分為免耕補播和翻耕補播，兩種補播措施均可用于草原改良，免耕補播對原生草原的影響較小，應(yīng)選擇適于草種水熱條件的時機下進行補播。補播前需要對種子進行挑選、消毒處理；其他常見處理是喚醒休眠種子，通過短時間暴曬、化學(xué)處理[35]、變溫和機械處理（豆科植物較多）[36]等。補播能夠在短時間內(nèi)提高草原植被的高度、蓋度、密度和地上生物量等參數(shù)[37]。補播對草原Shannon-winner 指數(shù)、均勻度指數(shù)和Simpson 指數(shù)有所提高但不顯著[38]，但是對草原的地上生物量、草原生產(chǎn)力和物種豐富度有較為顯著的提高[39]。補播后土壤物理性狀明顯提升[40]，有機質(zhì)及氮、磷、鉀有較明顯的優(yōu)勢。補播對于土壤中團聚體、微生物和有機物等的影響是一個長期的過程，短時間內(nèi)難以產(chǎn)生顯著結(jié)果[41]；微生物量也發(fā)生了微妙變化，而真菌的Shannon指數(shù)和Simpson 指數(shù)均無顯著變化，但是多樣性指數(shù)Chao1 顯著升高，而且草原土壤真菌物種組成、群落多樣性及功能結(jié)構(gòu)均發(fā)生明顯改變[40]。

2.2 施肥

施肥是一種速度較快的通過添加植物所需營養(yǎng)元素來促進植物生長、提高植物草產(chǎn)量的草原改良方式。如果草原生物活動及枯落物分解不能滿足植物生長所需的元素，需要通過人工添加肥料來滿足草原需求，常規(guī)施肥以碳、氮、磷和鉀元素為主。

傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)集中添加肥料會導(dǎo)致肥料利用率低、成本較高。新型的緩釋肥肥效較長和養(yǎng)分釋放平穩(wěn)，不但能滿足植物養(yǎng)分需求，提高草原生產(chǎn)力、養(yǎng)分積累量[42]、利用率和經(jīng)濟效益，而且能減少環(huán)境污染，是一種可靠的施肥方式[43]，逐漸得到廣泛應(yīng)用。秸稈還田是用有機肥或者秸稈來代替化肥的情況下，也能達到作物增產(chǎn)和土壤理化性質(zhì)改善的目的[44]。生物炭是由植物枯枝落葉和廢棄的原料等通過一定溫度熱裂解而形成的固體材料[45]，在土壤微生態(tài)調(diào)控、土壤固碳培肥和緩解溫室效應(yīng)等方面具有良好的效應(yīng)[46]，逐漸應(yīng)用于土壤改良中。

施肥作為一種積極的草原改良措施，能夠在短期內(nèi)滿足植物所需的營養(yǎng)元素。氮肥對植物葉片C、N含量增加及凈光合速率提高有積極作用[47]。磷肥（如磷酸二銨）是一種僅次于氮的養(yǎng)分元素，是植物體重要的組成部分，它以不同形式直接或間接參與植物生理生化過程。鉀肥（如磷酸鉀、硝酸鉀等）能夠顯著增加植物的葉面積指數(shù)和葉綠素相對含量[48]。新型生物炭肥料也被證明能對苜蓿株高、葉面積及地上生物量有積極作用[49]。生物炭的添加除了在降低土壤容重、增加孔隙度、減少溫室氣體排放方面有積極作用之外[50]，還能夠增加土壤有機質(zhì)、全氮、全鉀和速效鉀等土壤養(yǎng)分[51]。生物炭通過改變土壤環(huán)境來影響土壤微生物群落結(jié)構(gòu)[52]。生物炭對土壤微生物群落多樣性、豐富度指數(shù)的影響雖未達到顯著水平但有增加趨勢[53]。

2.3 淺耕翻

淺耕翻是利用雙鏵犁或三鏵犁將草原翻耕20 cm左右的深度，翻后將土塊破碎、耙平、壓實的一項改良退化草原的措施，通常應(yīng)用于中度退化的草原[54]。該法適用于草甸草原或局部水分條件較好、土壤硬實板結(jié)的草原地區(qū)，不適合水土流失嚴重的地區(qū)。淺耕翻應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)募竟?jié)進行，以減輕耕翻過后土質(zhì)疏松引起的草原風(fēng)蝕、土壤粗質(zhì)化[55]。

草原淺耕翻在短時間內(nèi)能夠顯著降低植被地上生物量、物種豐富度和蓋度，但淺耕翻對多年生植物的破壞使得植被重新演替，因此其植物物種多樣性和均勻性會增加，一些根莖型植物在淺耕翻過后，切斷根莖的同時疏松了土壤，為植物提供了良好的恢復(fù)性生長環(huán)境，使草原多樣性指數(shù)和均勻性指數(shù)均增長[56]。

在淺耕翻兩年以后，土壤結(jié)構(gòu)開始適宜植物的生存[57]，疏松的土壤使得微生物的生長和發(fā)育更加活躍，有利于土壤團聚體的形成。邵玉琴等通過對退化草原淺耕翻25年后的研究發(fā)現(xiàn)，土壤微生物真菌和細菌數(shù)量均有顯著的提升，土壤恢復(fù)較好[58]。淺耕翻在短時間內(nèi)對土壤有機質(zhì)中有機碳和全氮有負面影響，而較長時間自然恢復(fù)后會有更加積極的作用。淺耕翻后將地表植被完全破壞，地表植物和枯落物被翻入土壤中，深層土壤種子被翻到地表的同時也能給表層植物種子覆土，促進了營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)，有利于改變土壤種子庫結(jié)構(gòu)。

3 小結(jié)

本文根據(jù)文獻檢索結(jié)合實際工作經(jīng)驗對草原改良措施做了總結(jié)，在“雙碳”和草原不斷退化的大背景下，改良退化草原是一種提高草原固碳量的有效方法。從自然和人工兩個方向介紹草原修復(fù)的常用措施，不同措施適用于不同的退化環(huán)境。各種措施在施行過程中各有利弊，自然修復(fù)措施對草原擾動小，但修復(fù)周期一般較長；草原人工修復(fù)措施的修復(fù)周期較短，而且可以按照需求改善草原物種種類，但對草原的擾動較大。因此，了解草原修復(fù)措施及其對草原生態(tài)的影響是進行草原改良必不可缺的前提。草原改良最重要的是要從根源上阻止退化，在利用方面規(guī)定合理的載畜量和完善草原法律法規(guī)，利用現(xiàn)代科技加強草原監(jiān)督等；在生活方面加強牧民的普法教育工作，提高草原保護意識，促進草原利用良性循環(huán)。在草原治理工作中，從人為因素的源頭治理草原退化顯得尤其重要。