草地多功能目標管理的理論基礎(chǔ)、技術(shù)原理及實現(xiàn)途徑

張春輝，趙亮，趙新全，

（1. 青海大學省部共建三江源生態(tài)與高原農(nóng)牧業(yè)國家重點實驗室，青海 西寧 810016；2. 中國科學院西北高原生物研究所，青海 西寧 810008）

草地是重要的陸地生態(tài)系統(tǒng)，是我國西、北部高寒和干旱地區(qū)維持生態(tài)平衡的主要植被類型。草地作為可再生自然資源，構(gòu)成區(qū)域發(fā)展的物質(zhì)和環(huán)境基礎(chǔ)，是牧民賴以生存的基本生產(chǎn)資料，草原畜牧業(yè)是牧區(qū)經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)［1-3］。同時，草地在涵養(yǎng)水源、防風固沙、應(yīng)對氣候變化、防治水土流失以及保護生物多樣性等方面發(fā)揮著重要的生態(tài)功能［4］。

然而，隨著社會發(fā)展，人民生活水平的提高和社會主要矛盾的變化，草地的功能也隨之發(fā)生變化。為了解決飼草匱乏問題，栽培草地得到越來越廣泛的應(yīng)用；為了體現(xiàn)草地景觀價值，草地生物多樣性及觀賞價值越來越引起管理者的關(guān)注。任繼周［5］提出了草地具有觀賞草地、放牧草地、栽培草地等類型多樣性。另外，草地作為一個系統(tǒng)，為了維護系統(tǒng)的穩(wěn)定和永續(xù)運行，具有動物、植物、微生物等生物資源多樣性；同時產(chǎn)生了調(diào)節(jié)功能、供給功能、支持功能和文化功能等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和功能多樣性［1，4］。

近年來，生態(tài)學研究者開始不僅僅關(guān)注生態(tài)系統(tǒng)的單一功能，而是將生態(tài)系統(tǒng)的多功能作為一個統(tǒng)一的現(xiàn)象來充分理解［6］。生態(tài)系統(tǒng)并非僅提供和維持單個生態(tài)系統(tǒng)功能，而是能同時提供和維持多個功能，這一特性被稱為“生態(tài)系統(tǒng)多功能性”（ecosystem multifunctionality）［7］。生態(tài)學研究者認為單功能的研究方法往往會忽視生態(tài)系統(tǒng)過程或功能之間的權(quán)衡或協(xié)同，導(dǎo)致對環(huán)境或生物變量如何影響生態(tài)系統(tǒng)功能的理解產(chǎn)生誤差［8］。為此，本研究基于生態(tài)系統(tǒng)多功能性概念，通過總結(jié)草地管理發(fā)展歷程，提出新時代草地多功能目標管理框架，凝練草地的類型多樣性、生物資源多樣性和功能多樣性維持基礎(chǔ)理論，探究草地生態(tài)、生產(chǎn)和生活等多功能優(yōu)化管理路徑，維系草地多功能屬性，保護草地健康可持續(xù)發(fā)展，推動牧區(qū)經(jīng)濟發(fā)展，提高牧民生活水平，保持生態(tài)安全，實現(xiàn)保護自然、服務(wù)人民和永續(xù)發(fā)展，服務(wù)于國家生態(tài)文明以及美麗中國建設(shè)新時代治國方略。

1 草地管理發(fā)展歷程

傳統(tǒng)草地管理（傳統(tǒng)草業(yè)）、草地適應(yīng)性管理和草地可持續(xù)性管理是當今3 種主要草地管理理念和方式。

1.1 傳統(tǒng)草地管理

傳統(tǒng)草地管理通常被定義為通過在草地上直接放牧羊、牛、馬等草食動物獲得肉、奶、毛皮等畜產(chǎn)品，或者通過刈割收獲干草或制備青貯飼料，再進行飼養(yǎng)草食動物而獲得畜產(chǎn)品的生產(chǎn)方式［9］。傳統(tǒng)的草地管理以人為中心，強調(diào)“生產(chǎn)性”目標，其核心是采用各種經(jīng)驗知識或者科學技術(shù)手段，獲得并保持較高的草地生產(chǎn)力，以滿足人類社會的需要。人口增加和社會經(jīng)濟發(fā)展無疑加劇了對畜產(chǎn)品的剛性需求，這不可避免地導(dǎo)致大面積草地超載、過度放牧和草地退化［5］。自20 世紀中期以來，以氣候變化為主要特征的環(huán)境變化加大了這種草畜矛盾，更加劇了草地退化［5，10-11］。

1.2 草地適應(yīng)性管理

如何適應(yīng)氣候變化與人為壓力，需要開展有針對性的草地管理模式，這被稱為適應(yīng)氣候變化和人類活動的管理體系，即草地適應(yīng)性管理［9，12-13］。適應(yīng)性管理的思想誕生于20 世紀70年代［14］，隨后在漁業(yè)、森林生態(tài)學、流域生態(tài)學及草地管理等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用［12］。適應(yīng)性管理實際上是一種生態(tài)系統(tǒng)的動態(tài)管理模式，通過反復(fù)試驗和假設(shè)檢驗，不斷積累經(jīng)驗和反饋知識，并通過受控的科學管理和監(jiān)測，調(diào)整相關(guān)措施，更好地管理生態(tài)系統(tǒng)，滿足變化的生態(tài)系統(tǒng)容量和社會需求［15-16］。草地適應(yīng)性管理的主要思路首先源于草地作為生產(chǎn)資料本身這一屬性，其次考慮如何適應(yīng)多變的環(huán)境壓力進行調(diào)整［9］。草地適應(yīng)性管理的核心是草地生態(tài)系統(tǒng)如何很好地適應(yīng)氣候變化與人為壓力，其最終目的是草地生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)性。

1.3 草地可持續(xù)性管理

20 世紀80年代，隨著可持續(xù)發(fā)展的思想和理論的成熟，這一理念也開始應(yīng)用到草地畜牧業(yè)，產(chǎn)生草地可持續(xù)性管理。草地可持續(xù)性管理是以草地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能和過程的可持續(xù)性、社會和經(jīng)濟的可持續(xù)性為目的的綜合資源管理［17］。生態(tài)系統(tǒng)與社會經(jīng)濟系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)發(fā)展是草地可持續(xù)性管理的核心［5］。

2 草地多功能目標管理概念及基本框架

2.1 草地多功能性概念產(chǎn)生背景

關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)功能的研究從一開始就和生物多樣性聯(lián)系在一起，最早可以追溯到達爾文時代［18］。早期（1872-1950s）研究主要集中在植物生產(chǎn)力方面，認為物種多樣性越高，植物群落生產(chǎn)力越高［18］。1950s，研究者（例如Eugene P. Odum，Robert H. MacArthur，Charles S. Elton，Evelyn G. Hutchinson）開始關(guān)注生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性，這時期大多數(shù)的試驗和理論研究結(jié)果支持生物多樣性越高生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力越高，穩(wěn)定性越強［19］。1970s，雖然一些研究者（例如Robert M. May，Mark R. Gardner，Ross W. Ashby）向這一觀點質(zhì)疑和挑戰(zhàn)，但是許多學者仍然認同這一觀點［19］。1990s，研究發(fā)現(xiàn)“生態(tài)位互補”和“抽樣效應(yīng)”兩種機制都可以引起多樣性產(chǎn)生穩(wěn)定性的結(jié)果［20］，從而使生態(tài)學者產(chǎn)生了分歧［21-22］。從這個時期起，生態(tài)學者開始從營養(yǎng)級，時空尺度，人類活動和氣候變化等角度系統(tǒng)研究生物多樣性對生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力和穩(wěn)定性的影響和作用機制［23］。然而，近年來，生態(tài)學研究者開始超越單純關(guān)注生態(tài)系統(tǒng)中的單一功能，而將生態(tài)系統(tǒng)的多功能作為一個統(tǒng)一的現(xiàn)象來充分理解［6］。生態(tài)系統(tǒng)能同時提供和維持多個功能的特性被稱為“生態(tài)系統(tǒng)多功能性”［7］。單功能的研究方法往往會忽視生態(tài)系統(tǒng)過程或功能之間的權(quán)衡或協(xié)同，導(dǎo)致對生態(tài)系統(tǒng)功能的理解產(chǎn)生誤差［8］，影響其維持機制的深入研究。以草地為核心或與草地相關(guān)的生態(tài)系統(tǒng)多功能性，稱之為草地多功能性（grassland multifunctionality）。生態(tài)系統(tǒng)多功能性近幾年的發(fā)展對草地管理提出了新的要求，草地管理的視角及內(nèi)涵急需進一步擴展。

2.2 草地多功能目標管理概念

在傳統(tǒng)草地管理、草地適應(yīng)性管理和草地可持續(xù)性管理的基礎(chǔ)和時代發(fā)展需求上，本研究提出草地多功能目標管理概念：基于生命科學和可持續(xù)科學理論，協(xié)調(diào)、兼顧、發(fā)揮草地動物、植物、微生物等生物資源多樣性，保護地草地（景觀草地）、放牧草地、栽培草地等草地類型多樣性，調(diào)節(jié)功能、供給功能、支持功能和文化功能等生態(tài)系統(tǒng)功能和服務(wù)多樣性的綜合特征，集成現(xiàn)代科技成果與高新技術(shù)，提升草地生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)價值、生產(chǎn)價值和文化價值，統(tǒng)籌區(qū)域生態(tài)資源、氣候資源、草畜資源，構(gòu)建資源空間優(yōu)化配置及耦合的綠色發(fā)展模式，最終實現(xiàn)保護自然、服務(wù)人民和永續(xù)發(fā)展的管理目標。

2.3 草地多功能目標管理基本框架

草地多功能目標管理基本框架（圖1）是基于草地多功能性的事實，綜合運用生態(tài)學、地理學、經(jīng)濟學和社會學等學科理論，管理和優(yōu)化系統(tǒng)內(nèi)的能量、物質(zhì)和貨幣流，提升系統(tǒng)的生態(tài)、經(jīng)濟和文化價值，實現(xiàn)草地生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可持續(xù)發(fā)展。

圖1 草地多功能目標管理整體框架及其實現(xiàn)途徑Fig.1 Overall framework of grassland multifunctional objective management and its realization

草地多功能目標管理基本框架下的草地生態(tài)系統(tǒng)包括以草地為核心或與草地相關(guān)的所有生命體（包括人類）和物質(zhì)能量基礎(chǔ)以及生態(tài)、經(jīng)濟和文化活動。草地多功能目標管理的核心是草地生態(tài)系統(tǒng)多功能間的權(quán)衡和優(yōu)化，最終實現(xiàn)多功能最優(yōu)化。草地多功能管理遵循的原則包括資源持續(xù)利用和功能提升原則、理論知識指導(dǎo)技術(shù)創(chuàng)新和技術(shù)預(yù)見原則以及技術(shù)體系集成區(qū)域發(fā)展模式原則。草地多功能目標管理的任務(wù)是面向全球變化和人類需求，探索應(yīng)用新技術(shù)方法，開展多要素、多過程、多功能理論創(chuàng)新、技術(shù)和模式集成，服務(wù)國家可持續(xù)發(fā)展。

3 草地多功能目標管理理論基礎(chǔ)及技術(shù)原理

草地多功能管理的理論基礎(chǔ)指導(dǎo)技術(shù)創(chuàng)新和技術(shù)預(yù)見，技術(shù)體系集成區(qū)域發(fā)展模式，形成完整創(chuàng)新體系和鏈條。草地多功能管理的理論基礎(chǔ)包含生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學理論、生物多樣性理論、營養(yǎng)級理論（食物網(wǎng)）、營養(yǎng)非平衡理論、營養(yǎng)生態(tài)位理論、放牧中度干擾理論、適合度理論、資源空間優(yōu)化配置理論體系（圖2）。

圖2 草地多功能目標管理的理論和技術(shù)體系Fig.2 Theory and technical system of grassland multifunctional management

3.1 生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學理論

生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學的發(fā)展和應(yīng)用是現(xiàn)代生態(tài)管理的核心內(nèi)容。1969年，Odum［24］提出了生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展戰(zhàn)略，不僅強調(diào)生態(tài)演替等生態(tài)學基本規(guī)律，也強調(diào)人與自然的矛盾，即最大保護與最大生產(chǎn)的矛盾。其核心思想是在有效能量投入和主要生存物理條件（例如水、土、氣）的約束下，使生態(tài)系統(tǒng)達到盡可能大和多樣的有機結(jié)構(gòu)?；谏鷳B(tài)系統(tǒng)多功能性和生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學的理論，當今的生態(tài)管理應(yīng)該側(cè)重實現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)的多功能最優(yōu)化。

3.2 生物多樣性理論

生物多樣性包括生態(tài)系統(tǒng)多樣性、生物資源多樣性、物種多樣性和基因多樣性等多個層次。生物多樣性理論包含生物多樣性的形成、分布、維持、功能和信息學等方面。當今，研究者利用遺傳學和分子生物學的手段，可以探索遺傳變異及適應(yīng)、物種形成和滅絕的機制和規(guī)律、物種間的協(xié)同演化等生物多樣性形成的重大科學問題。研究草地生態(tài)系統(tǒng)中動植物和微生物的遺傳變異及適應(yīng)、物種形成和滅絕等生物多樣性形成的機制和規(guī)律，可以更為清晰地認知草地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的相互作用。生態(tài)學者提出生態(tài)位理論、島嶼理論、集合種群理論、群落中性理論、種庫理論、代謝理論等假說或理論來解釋生物多樣性的分布和維持機制。綜合和發(fā)展這些假說和理論，認知草地生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性的分布規(guī)律和機制是進行草地保護和管理的重要前提之一。在物種快速滅絕的大背景下，生態(tài)學者普遍認為物種多樣性喪失會降低生態(tài)系統(tǒng)功能和服務(wù)功能，提出過“互補效應(yīng)”“抽樣效應(yīng)（或選擇效應(yīng)）”“質(zhì)量比假說”等解釋生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)功能之間的關(guān)系，但仍然缺乏統(tǒng)一認識［7］。因而，研究草地生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性與功能（多功能性）關(guān)系以及產(chǎn)生或調(diào)控機制，是進行草地管理的重要前提之一。生物多樣性信息學的核心問題是解決：1）有什么；2）在哪里；3）怎么用的問題［25］。因而，基于生物多樣性信息學的方法，利用和收集草地生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性數(shù)據(jù)是草地管理的重要技術(shù)保障。

3.3 營養(yǎng)級相關(guān)理論和營養(yǎng)生態(tài)位

營養(yǎng)級和食物網(wǎng)是生態(tài)學的重要概念［26］。一方面，不同的營養(yǎng)級往往具有不同的生態(tài)學規(guī)律；另一方面營養(yǎng)動力學（即營養(yǎng)級之間的物質(zhì)和能量流動）和食物網(wǎng)是生態(tài)系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)。同一營養(yǎng)級上生物的食物來源和結(jié)構(gòu)的分化，形成營養(yǎng)生態(tài)位。認識家養(yǎng)和野生草食動物的營養(yǎng)生態(tài)位分化以及環(huán)境生態(tài)位和營養(yǎng)生態(tài)位如何共同決定食草動物的生態(tài)位，可以更好地進行野生動物保護和協(xié)調(diào)家養(yǎng)與野生草食動物的競爭。

3.4 地球化學循環(huán)和生態(tài)化學計量學

生態(tài)化學計量學結(jié)合了生態(tài)學、生物學、化學（化學計量學）和物理學等方面的基本原理，是研究生物或生態(tài)系統(tǒng)能量平衡和多重化學元素（主要是C、N、P）平衡的科學［27］。這一理論有望使生態(tài)學不同層次（分子、個體、種群、群落和生態(tài)系統(tǒng)）的理論能夠有機地統(tǒng)一起來，形成生態(tài)學統(tǒng)一的理論［28-29］。目前，生態(tài)化學計量學已經(jīng)廣泛應(yīng)用于生物體營養(yǎng)動態(tài)、種群動態(tài)、生物共生和寄生關(guān)系、消費者驅(qū)動的養(yǎng)分循環(huán)、生態(tài)系統(tǒng)演替與衰退、全球生物地球化學循環(huán)等研究中，并取得了許多研究成果［30］。生態(tài)化學計量學研究有助于從研究生命物質(zhì)不同層次中的元素和能量循環(huán)、平衡等角度闡明草地生態(tài)系統(tǒng)運行機制。

3.5 中度干擾理論和放牧適宜度理論

干擾是指引起群落或生態(tài)系統(tǒng)特性（例如物種多樣性、生物量、物種組成等）發(fā)生超過其正常波動范圍的變化的因素［31］。在有關(guān)干擾對生物多樣性影響的理論中，中度干擾假說是人們最普遍接受的理論之一，其第一個基本假定是物種多樣性在中等干擾水平時最大［32］；另一個基本假定是：只有干擾發(fā)生的時間間隔比競爭排斥所需時間短時，才能維持物種多樣性［33］。干擾可以導(dǎo)致環(huán)境異質(zhì)性和資源再分配。在資源再利用和生存競爭中，不同物種根據(jù)其不同的生物學特性在群落中形成自己的更新生態(tài)位分化。放牧也是一種干擾，因而可以尋求一個適宜放牧強度，以達到生態(tài)系統(tǒng)植物物種多樣性和功能最優(yōu)化。

3.6 營養(yǎng)非平衡理論

草地與動物生產(chǎn)亞系統(tǒng)（例如牦牛和綿羊）耦合而形成草畜生態(tài)系統(tǒng)［34-35］。非平衡理論認為，在可變環(huán)境下，草畜生態(tài)系統(tǒng)沒有像平衡理論那樣的植物-食草動物的平衡點，而是處于非平衡態(tài)，很少到達平衡［36］。因此，適宜的管理策略是采用靈活的飼草供應(yīng)時間和空間配置［35］。天然草場飼草供給的季節(jié)性不平衡，放牧家畜呈“夏飽、秋肥、冬瘦、春乏”的生長狀態(tài)變化［37］，因而很難實現(xiàn)牲畜營養(yǎng)平衡。在草畜生態(tài)系統(tǒng)中增加人工草地生產(chǎn)及飼草加工儲藏亞系統(tǒng)的耦合，在營養(yǎng)非平衡季節(jié)，進行補飼，保障了家畜全年持續(xù)增重，可以顯著提高家畜生產(chǎn)效率和飼草轉(zhuǎn)化率［37］。

3.7 資源空間化配置理論

資源在空間分布是不均衡的，因而在這種情況下很難實現(xiàn)資源的最優(yōu)化利用。兩個或兩個以上的生產(chǎn)系統(tǒng)，在空間上通過匯聚或聯(lián)合，實現(xiàn)資源優(yōu)化配置，可以耦合形成具有更高一級生產(chǎn)力的新系統(tǒng)［35，38］。系統(tǒng)耦合通過資源優(yōu)化釋放系統(tǒng)內(nèi)含的潛勢，可以成倍提高系統(tǒng)的生產(chǎn)水平［38］。因而，這是提高草地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的最主要途徑之一［38］。Zhao 等［39］基于系統(tǒng)耦合理念提出了三江源草地生態(tài)系統(tǒng)耦合發(fā)展模式，通過資源互補，提高資源利用效率，實現(xiàn)三江源區(qū)的草地牧業(yè)區(qū)、農(nóng)牧交錯區(qū)和河谷農(nóng)業(yè)區(qū)之間的耦合發(fā)展。

4 草地多功能目標管理的技術(shù)體系

草地多功能目標管理的技術(shù)體系包括地表信息精準測量及遙感反演、基于草地物質(zhì)積累轉(zhuǎn)移的牧食率及承載力核定、牧草育種、飼草種植、加工及營養(yǎng)均衡飼養(yǎng)、生物多樣性維持及資源保護和利用和生態(tài)功能提升、生態(tài)產(chǎn)品價值實現(xiàn)等方面的技術(shù)體系。

4.1 地表信息精準測量及遙感反演技術(shù)體系

依靠地面遙感、航空遙感和航天遙感的光譜數(shù)據(jù)，分別構(gòu)造不同的數(shù)量關(guān)系，精確反演出草地生物量、草地生產(chǎn)力、草地質(zhì)量、植物多樣性、草地植被營養(yǎng)成分、植被類型、土壤侵蝕、草地植物生長動態(tài)和物候等數(shù)據(jù)［16，40］。地面監(jiān)測一方面可以為遙感監(jiān)測提供參數(shù)校驗，另一方面可以提供遙感監(jiān)測不能提供的數(shù)據(jù)，例如微生物量和多樣性、土壤動物、營養(yǎng)循環(huán)，根生物量等。地面監(jiān)測點要網(wǎng)狀覆蓋整個區(qū)域。綜合地面監(jiān)測與遙感監(jiān)測提供的數(shù)據(jù)，全面和動態(tài)地反映草地生態(tài)系統(tǒng)的功能和動態(tài)，以做好草地多功能管理決策。

4.2 基于草地物質(zhì)積累轉(zhuǎn)移的牧食率及承載力核定技術(shù)體系

年際理論載畜量是一個靜態(tài)值，它沒有考慮草地生產(chǎn)力和家畜需求兩者的季節(jié)性差異。這種靜態(tài)的載畜量難以實現(xiàn)基于營養(yǎng)平衡的草地承載力的核算。計算時間動態(tài)的載畜量，例如季節(jié)性載畜量和月際載畜量，可以更好地確定補飼時間和補飼量，從而達到營養(yǎng)平衡，同時也可以更好地確定最優(yōu)載畜量或安全載畜量。

草地利用效率的概念、構(gòu)成以及計算的方法和時間跨度是不明確的［41］，因而這是另外一個影響載畜量和承載力核算的關(guān)鍵因素?；跔I養(yǎng)級理論，詳細核算不同季節(jié)從生產(chǎn)者（草）到消費者（畜）的物質(zhì)能量轉(zhuǎn)化率，同時考慮生長季草地生物量生長的補償效應(yīng)，進而精準計算基于草地物質(zhì)積累轉(zhuǎn)移的牧食率。利用基于草地物質(zhì)積累轉(zhuǎn)移的牧食率可以更新理論載畜量和承載力的核算。

食草動物種群數(shù)量和動態(tài)的精準監(jiān)測是構(gòu)建新時代承載力核定技術(shù)體系的關(guān)鍵。基于無人機（如：彩虹、翼龍）、直升機等空中飛行器和衛(wèi)星的特點和優(yōu)勢，集成和搭建大型食草動物種群數(shù)量監(jiān)測平臺。同時結(jié)合地面監(jiān)測，以及不同野生動物空間分布先驗數(shù)據(jù)，采用深度學習的方法，完成基于遙感像元的典型區(qū)主要野生動物監(jiān)測方法的研究，實現(xiàn)星空地一體化食草動物種群數(shù)量監(jiān)測平臺［16］?；诖笮蛣游锉Ｗo或管理的方案和功能承載力紅線區(qū)劃，建立草地多功能分區(qū)，提出多功能優(yōu)化方案。

4.3 牧草育種技術(shù)體系

針對草地多功能目標管理，需要兩種牧草育種技術(shù)體系。一種是以生產(chǎn)為目的的牧草育種體系（即生產(chǎn)牧草育種體系），另一種是以生態(tài)為目的的牧草育種體系（即生態(tài)牧草育種體系）。生產(chǎn)牧草育種體系主要針對農(nóng)區(qū)和農(nóng)牧交錯區(qū)種植的飼草，主要任務(wù)是利用現(xiàn)代育種技術(shù)培育優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)牧草，同時完善牧草種子生產(chǎn)體系和配套的栽培技術(shù)。對于青藏高原，尤其缺乏耐寒的優(yōu)質(zhì)豆科牧草，例如提高紫花苜蓿（Medicago sativa）在高海拔的越冬率是現(xiàn)在迫切需要解決的問題。生態(tài)牧草育種體系主要針對退化草地恢復(fù)所用的鄉(xiāng)土草種，提倡利用傳統(tǒng)育種方法（不提倡利用基因技術(shù)等現(xiàn)代育種技術(shù)）培育和篩選適應(yīng)于特定地區(qū)退化草地恢復(fù)的多樣草種。生態(tài)牧草育種體系培育和篩選的草種主要針對退化草地恢復(fù)和草地功能的提升，一般具有區(qū)域性和多樣性（即包含多個功能群和多樣的功能性狀）。生態(tài)牧草育種體系也需要同時完善牧草種子生產(chǎn)體系和配套的栽培技術(shù)，并且要研發(fā)種子休眠破除技術(shù)、種子長期保存技術(shù)和幼苗更新瓶頸破除技術(shù)。

4.4 飼草種植、加工及營養(yǎng)均衡飼養(yǎng)技術(shù)體系

我國草地類自然保護地大多也是畜牧業(yè)生產(chǎn)區(qū)，因此草地類自然資源保護面臨著保護與發(fā)展的權(quán)衡問題。在草地類自然保護地的適宜區(qū)域，按照適度原則發(fā)展生態(tài)草產(chǎn)業(yè)，可以提升畜牧業(yè)生產(chǎn)效率，加速保護地內(nèi)家畜周轉(zhuǎn)速率，實現(xiàn)以較低的資源代價生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)農(nóng)畜產(chǎn)品，同時為保護地內(nèi)珍稀野生動物保護釋放草地資源和生態(tài)空間。

在條件適宜的農(nóng)牧交錯區(qū)開展栽培草地建植，可以顯著提高優(yōu)質(zhì)牧草產(chǎn)量，為家畜營養(yǎng)均衡飼養(yǎng)提供優(yōu)質(zhì)飼草保障，促進種植業(yè)與養(yǎng)殖業(yè)有機結(jié)合。栽培草地建植技術(shù)在顯著提高冷季飼草儲備的同時，可以有效緩解冬春草場載畜壓力。通過“草地資源置換”原理，建設(shè)小面積優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)栽培草地可以為家畜生產(chǎn)提供豐富的飼草資源，同時可使大面積的天然草地得到保護、修復(fù)與合理利用，推動草地生態(tài)保護和生態(tài)草牧業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展［37］。通過發(fā)展“退化草地恢復(fù)治理—未退化草地合理利用—栽培草地建植—優(yōu)質(zhì)草產(chǎn)品加工—家畜舍飼快速出欄—產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展”等為一體的生態(tài)草牧業(yè)，顯著提升草牧業(yè)生產(chǎn)效率和經(jīng)營收益，加速區(qū)域內(nèi)家畜周轉(zhuǎn)速率，積極推動草地與草食動物平衡和區(qū)域適應(yīng)性管理［42］。

4.5 生物多樣性維持及資源保護和利用技術(shù)體系

利用現(xiàn)代生物技術(shù)（例如宏基因組學技術(shù)和生物信息學分析手段），在分子、基因和遺傳水平上認識草地生物多樣性維持和極端環(huán)境適應(yīng)機制的基礎(chǔ)上，建立草地珍貴遺傳資源利用和珍惜遺傳資源保護體系。解析種系適應(yīng)性分化和表型分化的關(guān)鍵基因及其關(guān)聯(lián)性，更深層次地挖掘適應(yīng)青藏高原極端環(huán)境的基因資源，為保護和可持續(xù)利用這些珍貴資源提供重要的科學依據(jù)。研究有蹄類動物腸道微生物與宿主協(xié)同演化，突破腸道微生物培養(yǎng)、分離，探索以微生物分解纖維為目標的工業(yè)化利用途徑，實現(xiàn)生物資源高值利用新突破。研究生境連通性（生境破碎化）對于種群遺傳和基因多樣性以及亞種群遺傳分化的影響，同時基于集合種群理論和種群遺傳學理論，建立合適的物種保護策略。

基于植物物種多樣性維持機制以及環(huán)境變化下的群落結(jié)構(gòu)變化規(guī)律，并結(jié)合生態(tài)牧草育種體系，嘗試建立自然群落構(gòu)建技術(shù)。通過下面幾種途徑可以嘗試建立自然群落構(gòu)建技術(shù)：1）依靠本地土壤種子庫生發(fā)自然群落；2）在土壤種子庫物種組成基礎(chǔ)上引入其他的且隸屬于多個功能群的本地物種；3）遵循群落演替規(guī)律，依次引入先鋒種、演替中期物種和演替后期物種；4）注意建群種的引入和建植；5）注意物種間相互作用，適當增加與建群種和關(guān)鍵種有正相互作用的物種，同時適當去除與其有競爭的物種。

4.6 生態(tài)產(chǎn)品價值實現(xiàn)技術(shù)體系

開展生態(tài)產(chǎn)品信息普查和動態(tài)監(jiān)測，建立生態(tài)產(chǎn)品清單以及信息云平臺和生態(tài)產(chǎn)品價值核算體系。在嚴格保護生態(tài)環(huán)境前提下，健全草地生態(tài)產(chǎn)品經(jīng)營開發(fā)和價值實現(xiàn)機制。建立生態(tài)產(chǎn)品信息和交易平臺，推進更多優(yōu)質(zhì)生態(tài)產(chǎn)品以便捷的渠道和方式開展交易。鼓勵采取多樣化模式和路徑，科學合理推動生態(tài)產(chǎn)品價值實現(xiàn)。通過生態(tài)產(chǎn)品品牌培育和保護、建立和規(guī)范認證評價標準和質(zhì)量追溯機制、鼓勵將生態(tài)環(huán)境保護修復(fù)與生態(tài)產(chǎn)品經(jīng)營開發(fā)權(quán)益掛鉤、鼓勵實行農(nóng)牧民參與和入股分紅等模式，促進生態(tài)產(chǎn)品增值。鼓勵通過政府管控或設(shè)定限額，推動生態(tài)資源權(quán)益交易。與此同時，健全生態(tài)補償和生態(tài)環(huán)境損害賠償政策，利用經(jīng)濟杠桿調(diào)節(jié)和優(yōu)化生產(chǎn)-生態(tài)-生活功能，解決區(qū)域發(fā)展不平衡和不充分問題。

5 草地多功能目標管理模式及實踐

5.1 綠色發(fā)展指標體系

綠色發(fā)展指標體系作為衡量綠色發(fā)展進程、識別發(fā)展機遇和挑戰(zhàn)、促進綠色發(fā)展的工具，是國內(nèi)外研究的熱點領(lǐng)域［43］。發(fā)展草地生態(tài)系統(tǒng)綠色發(fā)展指標體系，是精準評價綠色發(fā)展程度的關(guān)鍵依據(jù)，有助于明晰草地生態(tài)系統(tǒng)綠色發(fā)展的改進方向和途徑以及草地多功能目標管理的實施?；诓莸叵到y(tǒng)綠色發(fā)展理念和傳統(tǒng)承載力核算體系，于慧等［44］提出了草地綠色承載力指標體系。草地綠色承載力指在穩(wěn)定維持并不斷提升生態(tài)系統(tǒng)關(guān)鍵功能的前提條件下，維護草畜平衡、人畜平衡的草地承載能力［44］。傳統(tǒng)草地承載力的評價體系一般只包括可食牧草量與草地載畜量，而草地綠色承載力的評價體系包括生態(tài)系統(tǒng)關(guān)鍵功能測度、草地生產(chǎn)力估算、合理載畜規(guī)模與合理人口承載測算、草地綠色承載力預(yù)警5 個部分。

5.2 氣候-生物-資本資源區(qū)域耦合

在全球氣候變化的背景下，基于“山水林田湖草沙冰”一體化理念及資源空間優(yōu)化配置理論，開展草地生產(chǎn)、生態(tài)和生活功能時空優(yōu)化配置。充分利用和提升栽培草地、放牧草地和保護地草地等草地類型的功能互補性，構(gòu)建草地生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)-生態(tài)-生活的可持續(xù)草業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展技術(shù)途徑和模式，實現(xiàn)國土資源（生態(tài)）空間優(yōu)化配置，提出應(yīng)對氣候變化策略、服務(wù)碳達峰和碳中和、支撐國家重大生態(tài)建設(shè)和工程、構(gòu)建人與自然和諧發(fā)展模式（圖3）。

如圖3 所示，針對冷季飼草營養(yǎng)匱乏瓶頸，建立標準化牧草種質(zhì)引進和適宜性評價試驗區(qū)，集成創(chuàng)新牧區(qū)優(yōu)質(zhì)牧草栽培，特別是優(yōu)質(zhì)豆科牧草栽培及加工利用技術(shù)，顯著提高栽培草地飼草營養(yǎng)品質(zhì)，提升畜牧業(yè)抵御自然災(zāi)害的能力，為營養(yǎng)平衡飼養(yǎng)和草地畜牧業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供飼草營養(yǎng)保障。在栽培草地生產(chǎn)功能的支撐下，為保護地內(nèi)牧業(yè)生產(chǎn)區(qū)輸送優(yōu)質(zhì)草產(chǎn)品，保障家畜順利越冬和快速出欄，降低草地載畜量，增加野生動物的生存空間，提升生物多樣性維持、碳固持和水源涵養(yǎng)等生態(tài)功能，促進國家生態(tài)屏障建設(shè)和草地類自然保護地（保護地草地）建設(shè)。更重要的是吸收保護地內(nèi)轉(zhuǎn)移出來的家畜資源開展冷季營養(yǎng)均衡飼養(yǎng)，提升家畜生產(chǎn)效率和養(yǎng)殖收益。保護地草地兼顧觀賞和生態(tài)功能，并有一定的生產(chǎn)功能。通過區(qū)域生態(tài)補償支持保護地草地建設(shè)［45］，同時，以保護地草地為基礎(chǔ)建設(shè)草原自然公園，發(fā)展旅游等產(chǎn)業(yè)，將會迅速帶動當?shù)氐霓r(nóng)牧業(yè)發(fā)展，增加農(nóng)牧民收入，改變當?shù)氐慕?jīng)濟結(jié)構(gòu)和農(nóng)牧民收入結(jié)構(gòu)，促進草地的生態(tài)、生產(chǎn)和生活等多功能優(yōu)化。

圖3 草地類型-功能多樣性、內(nèi)在關(guān)系及其空間優(yōu)化布局Fig.3 Grassland type-functional diversities，intrinsic relationships，and its spatial optimization

5.3 有蹄類野生動物與放牧家畜平衡管理

在新形勢下，推動有蹄類野生動物與放牧家畜平衡管理成為自然保護地類草地建設(shè)中面臨的新課題。這一新課題需構(gòu)建自然保護地內(nèi)外耦合發(fā)展模式。對原真性有兩種理解：“自然原真性”和“歷史原真性”?！白匀辉嫘浴笔侵笇⒆匀簧鷳B(tài)系統(tǒng)恢復(fù)到荒野狀態(tài)，達到自然循環(huán)和生態(tài)健康的水平。這種觀點沒有充分考慮自然生態(tài)的歷史階段?！皻v史原真性”意味著生態(tài)系統(tǒng)需要恢復(fù)到特定的歷史狀態(tài)。有關(guān)學者指出，判斷原真性的主要標準在于生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力和可預(yù)測程度，并結(jié)合給定的歷史地理條件進行預(yù)測，以實現(xiàn)“自然原真性”與“歷史原真性”的統(tǒng)一［46］。栽培草地、放牧草地和保護地草地等草地類型的功能互補性，可以有效實現(xiàn)有蹄類野生動物與放牧家畜平衡管理（圖3）。

5.4 建立大型草地多功能目標管理模塊化動態(tài)模型

綜合所有監(jiān)測數(shù)據(jù)，建立分級的資源或功能模塊，充分考慮模塊間耦合或權(quán)衡等關(guān)系，應(yīng)用生態(tài)信息學等手段，最終建立大型草地多功能目標管理模塊化動態(tài)模型。以三江源草地生態(tài)系統(tǒng)為例，圖4 簡要介紹了模塊化動態(tài)模型構(gòu)建過程。

圖4 草地多功能目標管理模塊化動態(tài)模型Fig.4 Modular dynamic model of multifunctional objective management of grassland ecosystema：一級模塊（河谷農(nóng)業(yè)區(qū)、農(nóng)牧交錯區(qū)和草地牧業(yè)區(qū)）；b：草地牧業(yè)區(qū)的二級模塊（水、土、氣、生命連續(xù)體）；c：生命連續(xù)體的三級模塊（動物、植物、微生物）；d：植物的四級模塊（多樣性、植物群落功能）。a：First level module（valley agricultural region，farming-pastoral ecotone and grassland pastoral region）；b：Second level module of grassland pastoral region（water，soil，gas and life continuum）；c：Third level module（animals，plants and microorganisms）of life continuum；d：Fourth level module of plants（diversity，plant community function）.

6 結(jié)論

本研究就草地多功能性理論框架以及這一框架的理論基礎(chǔ)、技術(shù)體系和實現(xiàn)途徑進行論述。草地多功能性理論框架是運用生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學、地理學、區(qū)域經(jīng)濟學等相關(guān)學科理論和技術(shù)，優(yōu)化草地生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)、生產(chǎn)和生活功能，構(gòu)建資源時空優(yōu)化配置及耦合的綠色發(fā)展模式，最終實現(xiàn)保護自然、服務(wù)人民和永續(xù)發(fā)展的管理目標。