唐華俊, 辛曉平,李凌浩,王德利,閆玉春,周延林,王明玖,周道瑋,崔國文,李向林,閆瑞瑞,陳寶瑞,徐麗君,王 旭

1 中國農業(yè)科學院農業(yè)資源與農業(yè)區(qū)劃研究所 北京,100081 2 中國科學院植物研究所 北京,100093 3 東北師范大學草地研究所 長春,130024 4 內蒙古大學生命科學學院 呼和浩特,010021 5 內蒙古農業(yè)大學生態(tài)環(huán)境學院 呼和浩特,010019 6 中國科學院東北地理與農業(yè)生態(tài)研究所 長春,130102 7 東北農業(yè)大學動物科學技術學院 哈爾濱,150030 8 中國農業(yè)科學院北京畜牧獸醫(yī)研究所 北京,100193

北方草甸退化草地治理技術與示范

唐華俊1,*, 辛曉平1,李凌浩2,王德利3,閆玉春1,周延林4,王明玖5,周道瑋6,崔國文7,李向林8,閆瑞瑞1,陳寶瑞1,徐麗君1,王 旭1

1 中國農業(yè)科學院農業(yè)資源與農業(yè)區(qū)劃研究所 北京,100081 2 中國科學院植物研究所 北京,100093 3 東北師范大學草地研究所 長春,130024 4 內蒙古大學生命科學學院 呼和浩特,010021 5 內蒙古農業(yè)大學生態(tài)環(huán)境學院 呼和浩特,010019 6 中國科學院東北地理與農業(yè)生態(tài)研究所 長春,130102 7 東北農業(yè)大學動物科學技術學院 哈爾濱,150030 8 中國農業(yè)科學院北京畜牧獸醫(yī)研究所 北京,100193

國家重點研發(fā)計劃“北方草甸退化草地治理技術與示范”項目(2016YFC0500600),重點針對我國草甸和草甸草原生態(tài)系統(tǒng)所受干擾強度大、退化機理錯綜復雜、恢復機制及有效治理技術缺乏等問題,從“十三五”規(guī)劃有關“美麗中國”、“綠色發(fā)展”與“生態(tài)文明”建設的戰(zhàn)略需求出發(fā),著重開展草地退化恢復機理、恢復治理技術、生態(tài)產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新應用等三個方面的研究,創(chuàng)建可復制、可移植、系統(tǒng)性的綜合治理技術及新型生態(tài)產(chǎn)業(yè)技術,提出草甸退化草地治理的整套技術方案,為我國草牧業(yè)與生態(tài)環(huán)境和諧發(fā)展、牧民穩(wěn)定增收提供技術支撐。

草甸草地; 退化與恢復機制; 治理技術; 生態(tài)產(chǎn)業(yè)

草地退化與恢復機制研究始于20世紀30年代。美國和前蘇聯(lián)“黑風暴”事件之后,退化草地的恢復重建受到世界科學界及各國政府的普遍重視[1-2]。1975年召開的“受損生態(tài)系統(tǒng)恢復與重建”國際研討會,奠定了恢復生態(tài)學理論基礎[3-5]。近半個世紀以來,各國就分別開展了大量草地退化驅動機制研究[6],美國、加拿大、歐洲等從天然植被恢復、人工植被重建、土壤過程和生物群落等角度探討了退化草甸恢復的理論與方法[7-10]。近年來,基于功能性狀的群落生態(tài)理論、生態(tài)系統(tǒng)下行效應原理、閾值模型及集成過濾模型成為退化草地恢復的最新理論依據(jù)[11-16]。國內相關研究基本與國際同步,早期大多集中于退化草甸草原演替過程解析[17-19],最近更多關注草地恢復過程中植被、土壤、微生物等相關的機制性研究[20-23]。但是,國內關于草甸草地退化與恢復的理論研究比較薄弱,缺乏深度與系統(tǒng)性。

草地治理技術研究始于19世紀中葉,歐洲各國率先采用施肥及土壤水分調控等方法改良草地,澳大利亞、新西蘭及前蘇聯(lián)等國也通過施肥、灌溉、補播、耕翻、劃破草皮、火燒、外來種引入等方式研究草地改良技術[24-26]。20世紀中葉世界草地普遍退化,恢復重建被納入草地生態(tài)系統(tǒng)管理目標,草地恢復也從單項技術改良轉向系統(tǒng)綜合治理,形成以生物多樣性維持、群落結構優(yōu)化配置、土壤及種子庫修復為主體思路的恢復治理技術[27-33]。我國長期以來主要采取圍欄封育、休牧輪牧等管理措施,以及翻耕、灌溉、施肥、補播等恢復措施來恢復和改良退化草甸[34-37],但仍缺乏系統(tǒng)性、可移植的草甸退化草地恢復治理技術與相關標準規(guī)范。

現(xiàn)代草食畜牧業(yè)產(chǎn)業(yè)模式的建立,是歐美國家草地生態(tài)得以全面恢復的根本原因。二戰(zhàn)之后,歐美各國依據(jù)其土地、資本、勞動力因素,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,北美基于混合農業(yè)體系的集約化大農場模式[38-40]。近年在現(xiàn)代信息技術驅動下,國際草食畜牧業(yè)管理逐步向精準化、智能化、生態(tài)化方向發(fā)展。我國現(xiàn)代草牧業(yè)體系尚未建立,在全球經(jīng)濟開放競爭的強烈沖擊下,草原生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)受到極大挑戰(zhàn),亟待探索生態(tài)草牧業(yè)發(fā)展的關鍵技術與模式,促進傳統(tǒng)畜牧業(yè)轉型及草原可持續(xù)利用[41-43]。

現(xiàn)階段及未來,草地恢復生態(tài)學將更注重退化機理-恢復機制-系統(tǒng)調控研究,強調多學科交叉融合[44]；注重多尺度、多維度生態(tài)系統(tǒng)恢復,強調系統(tǒng)性和整體性[45]；注重社會、經(jīng)濟與自然協(xié)同,強調生態(tài)恢復與民生改善有機結合[46-47]。我國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,家畜承載力相當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]。相對于干旱區(qū)草地類型,草甸草地利用方式更加多元,退化過程和機制更加復雜,由于高生產(chǎn)力、高多樣性的表觀特征,草甸草地實際退化程度被嚴重低估。另一方面,草甸草地具有自然資源優(yōu)勢,生態(tài)恢復力較強,在合理的恢復治理模式下具有很大的恢復潛力和利用空間,無論在生產(chǎn)和生態(tài)意義上都能達到事半功倍的效果。但是,目前草甸草地恢復治理的投入力度不夠,研究上缺乏專門針對草甸退化草地的評估標準與恢復理論,應用上沒有形成完整的草甸退化草地治理技術體系,制約了北方草甸草地高生產(chǎn)力優(yōu)勢的發(fā)揮和草牧業(yè)發(fā)展。

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

1 項目目標

總體目標：項目針對我國草甸和草甸草原生態(tài)系統(tǒng)所受干擾強度大、退化機理錯綜復雜、恢復機制及有效治理技術缺乏等問題,從十三五規(guī)劃有關“美麗中國”、“綠色發(fā)展”與“生態(tài)文明”建設的戰(zhàn)略需求出發(fā),著重開展草地退化恢復機理、恢復治理技術、生態(tài)產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新應用等三個方面的研究,創(chuàng)建可復制、可移植、系統(tǒng)性的綜合治理技術及新型生態(tài)產(chǎn)業(yè)技術,提出草甸退化草地治理的整套技術方案,為我國草牧業(yè)與生態(tài)環(huán)境和諧發(fā)展、牧民穩(wěn)定增收提供技術支撐。

科學目標：通過對北方草甸退化草地演變規(guī)律和趨勢、退化與恢復機制等基礎理論的深入研究,為草地生態(tài)修復和生態(tài)產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供理論基礎。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理,建立退化等級評估體系；探索不同退化類型草甸草地在自然與干擾條件下的恢復機理,闡釋生態(tài)恢復關鍵技術對生物多樣性、穩(wěn)定性及生態(tài)系統(tǒng)多功能性的影響,提出我國草甸退化草地的系統(tǒng)性恢復理論,以及生態(tài)恢復治理的技術原理。

技術目標：通過對不同治理技術的試驗性研發(fā),重點突破群落優(yōu)化配置、生態(tài)系統(tǒng)功能提升、生物多樣性與穩(wěn)定性維持等關鍵共性技術,為草甸退化草地生態(tài)問題綜合解決提供技術支撐；同時充分考慮我國草甸草地分布范圍廣、區(qū)域差異大的現(xiàn)實,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)域的草甸草地為對象,研發(fā)區(qū)域差異化的恢復治理技術,建立各區(qū)域生態(tài)恢復治理技術標準與配套模式。

應用目標：項目在理論研究與技術研發(fā)的基礎上,從修復后生態(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),通過對生態(tài)草牧業(yè)相關技術的重點研發(fā)、技術集成和示范推廣,創(chuàng)建生態(tài)與經(jīng)濟協(xié)調發(fā)展的產(chǎn)業(yè)技術模式,在產(chǎn)業(yè)技術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)技術體系與優(yōu)化模式,促進北方草甸草地區(qū)域新興產(chǎn)業(yè)帶的培育和發(fā)展。

2 主要研究內容

(1)針對草地生產(chǎn)力、生物多樣性、水分過程及養(yǎng)分循環(huán)等核心科學問題開展攻關,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理與恢復機制,建立退化等級與恢復水平評估體系,提出我國草甸退化草地的系統(tǒng)性恢復理論；

(2)針對不同退化程度的北方草甸草地,重點圍繞群落優(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問題,研發(fā)植被低擾動快速恢復、草地綜合復壯及穩(wěn)定重建、土壤定向修復等關鍵技術,集成草甸退化草地恢復治理技術體系,創(chuàng)建可復制、系統(tǒng)性的北方草甸退化草地綜合治理技術體系；

(3)針對后修復階段草地可持續(xù)利用問題,集成研發(fā)草地優(yōu)質生產(chǎn)利用技術、飼草高效轉化與綠色養(yǎng)殖技術、智慧型生態(tài)牧場管理技術等生態(tài)產(chǎn)業(yè)技術,探索生態(tài)修復技術與生態(tài)產(chǎn)業(yè)技術的組裝配套模式,選擇重點區(qū)域開展產(chǎn)業(yè)化示范,創(chuàng)建草甸草地生態(tài)恢復-持續(xù)利用模式及技術解決方案。

針對總體目標和研究內容,項目設計了“一縱三橫”的研究框架和技術路線。“一縱”是根據(jù)科學問題和關鍵技術目標,梳理出基礎理論與技術原理、恢復技術與治理模式、產(chǎn)業(yè)技術與集成示范等三個研究層面,將所有研究內容串聯(lián)起來,形成相輔相成、相互支撐的一個整體；“三橫”是在3個研究層面內各自布局,開展橫向比較或聯(lián)合研究：在基礎理論與技術原理層面,依托項目組野外基地與長期觀測實驗平臺,研究北方草甸草地退化機理、恢復機制；在恢復技術與治理模式層面,橫向開展聯(lián)合實驗及對比分析,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)恢復技術及集成模式,從分到總提出草甸退化草地治理技術體系；產(chǎn)業(yè)技術與集成示范層面,開展生態(tài)草業(yè)、生態(tài)畜牧業(yè)、生態(tài)旅游三方面的產(chǎn)業(yè)關鍵技術集成創(chuàng)新,并在典型區(qū)域進行產(chǎn)業(yè)化應用,最后總結提煉北方草甸退化草地可持續(xù)發(fā)展理論和模式。項目總體技術路線見圖1。

圖1 項目總體技術路線Fig.1 Overall technical route of the project

3 結語

科學上,項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理及恢復機制,建立退化等級與恢復水平評估體系,提出我國草甸草地退化機理和恢復機制重大理論成果；技術上,針對不同退化程度的草甸草地,研發(fā)出植被低擾動快速恢復、植被綜合復壯、草地穩(wěn)定重建、土壤定向修復培育技術；創(chuàng)建不同區(qū)域、不同組合的高產(chǎn)人工草地建植技術、草產(chǎn)品加工與貯藏等關鍵技術,提出草地生態(tài)恢復技術和綜合治理模式；產(chǎn)業(yè)上,開展北方草甸草地生態(tài)草牧業(yè)產(chǎn)業(yè)技術集成創(chuàng)新,進一步研發(fā)草畜資源優(yōu)化配置與高效利用技術,構建生態(tài)草業(yè)、生態(tài)畜牧業(yè)產(chǎn)業(yè)技術模式及體系,提出區(qū)域生態(tài)產(chǎn)業(yè)技術方案和配套產(chǎn)業(yè)技術集成模式。

本項目開展不同退化程度草甸草地生態(tài)治理與產(chǎn)業(yè)技術組裝配套、集成示范,建立我國草甸退化草地恢復治理技術體系。項目成果將有效提高草地生產(chǎn)力水平,改善牧民增收能力。項目擬建立5個縣域以上示范基地,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)技術模式應用,可促進大型生態(tài)牧場經(jīng)濟效益提高10%以上,家庭牧場經(jīng)濟效益提高20%以上,旅游型家庭牧場經(jīng)濟效益提高20%—50%。項目成果推廣后將促進草甸退化草地的全面恢復,按修復20%草甸退化草地(約0.08億hm2)、草地產(chǎn)量提高20%計,可多提供干草240萬t、滿足330萬只羊單位家畜的干物質需求,將為草地生態(tài)保護、草牧業(yè)現(xiàn)代化和牧民致富提供良好示范和技術支撐。

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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

國家重點研發(fā)計劃項目(2016YFC0500600)

2016- 10- 14

10.5846/stxb201610142078

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

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