青藏高原退化草地恢復(fù)措施評價

常 濤，張中華，馬 麗，佘延娣，秦瑞敏，蘇洪燁，魏晶晶，周宸宇，周華坤

(1.中國科學(xué)院西北高原生物研究所，青海省寒區(qū)恢復(fù)生態(tài)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青海 西寧 810008；2.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 101408；3.青海師范大學(xué)，青海 西寧 810008)

概況

高寒草地作為青藏高原的主要生態(tài)系統(tǒng)，面積達(dá)160萬km2，占青藏高原總面積近60%[1]。草地既有放牧生產(chǎn)作用，也有調(diào)節(jié)氣候、涵養(yǎng)水源、防風(fēng)固沙、固碳等生態(tài)功能。青藏高原生態(tài)脆弱，草地對氣候和人為活動的響應(yīng)極為敏感，草地極易發(fā)生退化。至今，高寒草地的退化仍在繼續(xù)[2]。因此，對于退化高寒草地進(jìn)行恢復(fù)尤其重要。

1 退化原因

1.1 人為活動主導(dǎo)型

有學(xué)者認(rèn)為高寒草地的退化主要原因是人為活動，過度放牧是人為活動的主要形式。持續(xù)過度放牧造成植被高度變矮，高原鼠兔大量增加，對草皮的挖掘和啃食導(dǎo)致進(jìn)一步退化[3]。

1.2 全球變化主導(dǎo)型

有學(xué)者研究認(rèn)為氣候變化在退化成因中占比較大[4]，是草地退化的主要原因。隨著全球變暖，凍融過程對高寒草原草皮層的物理撕裂也是退化的原因[5]。

2 退化特點(diǎn)

草地退化主要表現(xiàn)在地上植被和地下土壤上，近年來，土壤微生物的變化也作為退化表現(xiàn)被重點(diǎn)關(guān)注。

2.1 地上植被特點(diǎn)

在高寒草地退化過程中，常表現(xiàn)為禾本科、莎草科等生物量下降，而毒雜草生物量增加。但草甸和草原退化的特征略有不同，高寒草原群落高度有顯著下降，高寒草甸群落高度卻表現(xiàn)出先增高后降低的特征[6]，水分因素可能是兩者表現(xiàn)不同的原因。常見的高寒小嵩草草甸發(fā)生退化時，先是禾草群落和矮嵩草群落，最后是小嵩草群落[7]。因此，當(dāng)高寒草地出現(xiàn)大量小嵩草并且其他植被群落變得稀少時，要引起高度重視。

2.2 地下土壤特點(diǎn)

土壤退化首先是土壤容重和土壤緊實(shí)度的改變，并因此引發(fā)土壤水分和碳氮含量等其他理化性質(zhì)的改變。土壤有機(jī)碳和總氮與退化顯著相關(guān)。在退化草地的土壤微生物數(shù)量中，細(xì)菌的數(shù)量占比很大。輕度退化高寒草地中，土壤細(xì)菌和放線菌數(shù)量有顯著提高，中度退化和嚴(yán)重退化高寒草地中，土壤細(xì)菌和真菌數(shù)量有顯著下降[8]。但有研究表明，隨著退化程度加深，細(xì)菌和真菌數(shù)量均出現(xiàn)降低趨勢[9]，這種情況發(fā)生的原因是退化導(dǎo)致土壤凍結(jié)狀態(tài)和通透性改變，先導(dǎo)致微生物數(shù)量增加，后期因土壤有機(jī)質(zhì)下降導(dǎo)致微生物數(shù)量下降。

3 恢復(fù)方法與措施

3.1 圍欄封育

圍欄封育是使用最為廣泛的恢復(fù)措施。圍欄措施會增加地上生物量、植被高度和蓋度。圍欄有利于退化草地恢復(fù)，但存在時間上的局限性，長期封育不利于草地的物種多樣性[10]，研究表明，4年是高寒草地圍欄封育的最佳時間[11]。長期圍欄能顯著減少植被地下碳儲量[12]。此外，圍欄杜絕食草動物對草地的采食，切斷圍欄內(nèi)外物質(zhì)與能量交換通道。

3.2 施肥

施肥可以快速增加土壤養(yǎng)分，促進(jìn)植物生長。施加氮肥較為常見，施加氮肥可以顯著增加禾本科植物的植被高度，同時施加氮肥還能增加土壤養(yǎng)分和有機(jī)碳含量[13]。氮肥常見的形式為尿素，施加195 kg/hm2尿素加上圍欄措施，利于輕度退化草地的恢復(fù)[14]。除單一施加氮肥，研究表明，氮磷組合添加對退化草地的生產(chǎn)力和蓋度有所提高，并且能增加微生物生物量[15]。除化肥外，還可施加一些其他的肥料，如生物質(zhì)劑、微生物菌肥等。對退化高寒沙化草地施加生物質(zhì)劑，土壤養(yǎng)分、有機(jī)碳和有益微生物均有所提升。微生物菌肥對退化高寒草地速效氮會有顯著增加[16]?？梢試L試使用微生物菌肥對退化高寒草地進(jìn)行恢復(fù)。

3.3 翻耕與人工建植

對于極度退化草地的恢復(fù)，常采用翻耕措施。翻耕后種草是黑土灘恢復(fù)的重要方法，對植物的蓋度、高度、優(yōu)良牧草量和地上植物量有顯著提高。翻耕后建植6年左右，土壤固碳能力和持水能力恢復(fù)較好[17]。但翻耕適合根系較淺的植物，對深根系植物恢復(fù)不利。此外，翻耕不利于退化草地微生物的恢復(fù)[18]。

翻耕后常采用的恢復(fù)措施是人工草地建植。常見的人工建植有單播與混播，在相同建植年限下，對單一的草地早熟禾，冷地早熟禾與中華羊茅混播建植草地進(jìn)行研究表明，兩者在生物量上沒有多大差異，但混播草地在物種多樣性更豐富，因此，混播草地穩(wěn)定性更強(qiáng)。馬玉壽等[19]通過人工建植草地對黑土灘進(jìn)行恢復(fù)，得出兩套比較好的混播組合。研究表明，8年人工建植草地恢復(fù)效果最好，18年的效果趨于穩(wěn)定，與天然圍封草地的植物群落組成比較接近[20]。建植年限增加，草地的穩(wěn)定性有所加強(qiáng)，原因可能是建植草地群落物種多樣性提高的結(jié)果。

3.4 補(bǔ)播

對于中度退化草地，補(bǔ)播是一種相對比較快的恢復(fù)方法。補(bǔ)播物種多以禾本科牧草為主，有單一補(bǔ)播垂穗披堿草的[21]，也有多種組合補(bǔ)播的，例如垂穗披堿草、冷地早熟禾和中華羊茅混合補(bǔ)播[22]，補(bǔ)播的結(jié)果均是禾本科和莎草科的地上生物量有所提高，毒雜草占比有所下降。但值得注意的是，補(bǔ)播的垂穗披堿草為牧草，短期對退化草地的恢復(fù)會有一定作用[23]，但長期的恢復(fù)效果缺乏有力證據(jù)，還需進(jìn)一步研究。

3.5 劃破草皮

劃破草皮可以改善土壤的水汽熱交換，利于植物種子的著生。對較厚的草氈層采取人工劃破草皮措施，增加水分入滲，提高種子萌發(fā)率[24]。劃破草皮使禾本科植物比例增加，莎草科和雜草類植物比例減小，并且能顯著提高地上植被的生產(chǎn)力[25]。對于退化的亞高山草甸，使用劃破草皮加補(bǔ)播的方式對退化草地進(jìn)行試驗(yàn)，恢復(fù)效果良好。劃破草皮措施受坡度影響，劃破草皮措施對平地的恢復(fù)效果遠(yuǎn)高于緩坡，劃破草皮措施有利于平地禾草-嵩草草甸的改良，但以嵩草為優(yōu)勢種的緩坡地草甸的改良要慎重使用[26]。

3.6 鼠害防治

鼠類活動不是退化的主導(dǎo)因素，但是鼠類活動作為助推因子會加劇退化。在高原鼠兔重度干擾下，會降低群落的穩(wěn)定性，加速草地的退化。高原鼠兔對2年生的人工建植草地影響較大[27]，原因可能是高原鼠兔喜食建植草種。滅鼠藥是常見的防治措施，目前高原使用最廣泛的滅鼠藥是D型肉毒素[28]，此外還有世雙鼠靶生物滅鼠劑[29]等。在高原野外布設(shè)招鷹架，利用天敵防治，也能起到防治效果。

3.7 草地管理

過度放牧是退化的主要原因之一，因此，合理放牧，對草地恢復(fù)非常重要。返青期休牧是草地管理的重要措施，具有畜牧和保護(hù)草地雙重功能，春季返青期休牧對高寒草地的植物株高、群落蓋度、地上生物多樣性有顯著提高，毒雜草比例下降，高原鼠兔有效洞口有所下降[30]。在休牧達(dá)到一定年限時，退化草地植被群落趨于穩(wěn)定。返青期休牧?xí)斐纱杭炯倚箫暳喜蛔銌栴}，青儲飼料是解決這一問題的好辦法，青儲飼料的加工和儲藏技術(shù)較成熟，方便經(jīng)濟(jì)，營養(yǎng)儲存較完整。趙繼麗等[31]對不同組合青儲進(jìn)行研究，得出燕麥+箭筈豌豆+黑麥種植模式青貯品質(zhì)最好[31]。秋季成熟期休牧能提高種子庫密度，特別是禾草植物等優(yōu)良牧草的種子數(shù)量。同時秋季休牧更利于植被地上營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)移至地下根系部分，便于植物來年的萌發(fā)和生長[32]。還有學(xué)者提出實(shí)施“南草北調(diào)”，實(shí)現(xiàn)區(qū)域優(yōu)勢互補(bǔ)，緩解草畜矛盾，促進(jìn)退化草地的恢復(fù)。趙新全等[33]針對三江源的生態(tài)恢復(fù)，提出了三區(qū)功能耦合模式，暖牧冷飼牧業(yè)生產(chǎn)新模式，區(qū)域生態(tài)牧業(yè)管理模式等管理措施。隨著三江源國家公園建成，進(jìn)一步提出了五個一管理模式。有望在綜合管理基礎(chǔ)上，切實(shí)促進(jìn)退化草地的恢復(fù)。

恢復(fù)措施缺點(diǎn)圖

4 問題與展望

恢復(fù)措施也具有不足之處。從時間上講，圍欄封育措施恢復(fù)效果較慢，不能滿足草地生產(chǎn)功能，且長期圍欄的效果可能不佳。從空間景觀上講，圍欄的應(yīng)用造成生境斑塊化和破碎化，嚴(yán)重影響了野生動物遷徙和基因交流以及牲畜的流動，破壞完整性和原真性。

施肥是常見的恢復(fù)措施，但當(dāng)下施肥恢復(fù)措施化學(xué)肥料大量使用，天然肥料施用量較少，菌肥和菌渣肥料還在進(jìn)一步研究之中，尚不完善?；瘜W(xué)肥料的施加需要合適的施用劑量，目前尚未系統(tǒng)研究。此外，化學(xué)肥料也容易帶來土壤污染問題。

翻耕與人工建植對于極度退化草地的短期恢復(fù)效果良好，長期而言，人工建植的植物種類單一導(dǎo)致群落穩(wěn)定性差，后期很容易造成二次退化。補(bǔ)播與人工建植還存在鄉(xiāng)土草種種子不足和類型單一的問題。

鼠害防治措施主要重點(diǎn)是藥物治理。藥物毒害對目標(biāo)物種有顯著效果，但藥物對生態(tài)系統(tǒng)其他組成的影響還不是很清楚。此外，滅鼠與藏文化不殺生觀念之間存在沖突。

草地管理措施涉及區(qū)域多個部門管理職責(zé)，牧民獎補(bǔ)和草地合理利用等問題。需要多方協(xié)調(diào)，健全相關(guān)法律法規(guī)。

目前，對于退化高寒草地的恢復(fù)難點(diǎn)主要體現(xiàn)在技術(shù)上和管理上，技術(shù)上有許多難題亟待攻克，例如鄉(xiāng)土種子庫單一，育種技術(shù)，土壤微生物相關(guān)技術(shù)，生物結(jié)皮技術(shù)，等等。管理上，草畜矛盾，生產(chǎn)與生態(tài)的統(tǒng)一等問題尚有待解決。未來應(yīng)該結(jié)合新技術(shù)，新方法和新理念，處理好生態(tài)保護(hù)和生產(chǎn)之間的關(guān)系，采取多種措施對退化高寒草地進(jìn)行恢復(fù)實(shí)踐。