馬玉壽,周華坤,邵新慶,趙之重,趙 亮,董世魁,王曉麗,2,*

1 青海大學(xué),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, 西寧 810016 2 青海省畜牧獸醫(yī)科學(xué)院, 西寧 810016 3 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)重點實驗室, 西寧 810008 4 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科技學(xué)院,草地研究所, 北京 100193 5 北京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院, 北京 100875

三江源區(qū)退化高寒生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)技術(shù)與示范

馬玉壽1, 2,周華坤3,邵新慶4,趙之重1,趙 亮3,董世魁5,王曉麗1,2,*

1 青海大學(xué),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, 西寧 810016 2 青海省畜牧獸醫(yī)科學(xué)院, 西寧 810016 3 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)重點實驗室, 西寧 810008 4 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科技學(xué)院,草地研究所, 北京 100193 5 北京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院, 北京 100875

“三江源區(qū)退化高寒生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)技術(shù)與示范”(2016YFC0501900)是國家重點研發(fā)計劃“典型脆弱生態(tài)修復(fù)與保護研究”專項中“青藏高原生態(tài)系統(tǒng)功能提升與適應(yīng)性管理”指南方向下的第二個項目。項目以綜合生態(tài)系統(tǒng)管理方法為支撐點,以三江源區(qū)退化嚴(yán)重的三類主體生態(tài)系統(tǒng)——高寒草甸、高寒草原和高寒濕地為研究對象,以“土壤(土)-植被(草)-動物(畜)”協(xié)同恢復(fù)的思路為指導(dǎo),通過創(chuàng)新性、系統(tǒng)性、綜合性的科學(xué)研究,自主研發(fā)三江源區(qū)生態(tài)恢復(fù)與生態(tài)衍生產(chǎn)業(yè)發(fā)展的綜合技術(shù)體系,完善生態(tài)恢復(fù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式評估和監(jiān)測技術(shù)體系,推動生態(tài)恢復(fù)和區(qū)域發(fā)展模式的轉(zhuǎn)型升級,提升生態(tài)整體恢復(fù)的技術(shù)水平和監(jiān)管能力,解決三江源退化草地恢復(fù)重建及功能提升的重大問題,旨在為三江源的生態(tài)建設(shè)提供科技支撐和系統(tǒng)解決方案。

三江源區(qū)；高寒生態(tài)系統(tǒng)；草地綜合利用；生態(tài)畜牧業(yè)；生態(tài)衍生產(chǎn)業(yè)；生態(tài)監(jiān)測評估

三江源區(qū)地處青藏高原腹地,總面積36.3萬km2,有“中華水塔”的美譽[1-2],其生態(tài)地位和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展為科學(xué)界和社會所關(guān)注,生態(tài)系統(tǒng)類型以高寒草地生態(tài)系統(tǒng)為主體,草地面積占土地總面積的85%以上[3]。目前,三江源區(qū)開展的研究主要集中在退化高寒草地的分類、退化成因判識、生態(tài)恢復(fù)理論、退化生態(tài)系統(tǒng)單項恢復(fù)技術(shù)和生態(tài)畜牧業(yè)發(fā)展等方面取得了一批高水平的研究成果及先進的理論技術(shù)[3-10]。在應(yīng)用基礎(chǔ)研究上,闡明了三江源適度放牧有利于高寒草地生態(tài)系統(tǒng)多樣性和生態(tài)功能維持,過度放牧是引起高寒草地退化的主因,而過牧的主因是牧草生產(chǎn)與家畜營養(yǎng)需求的季節(jié)性不平衡[11-12]。在技術(shù)研發(fā)上,制定了不同程度退化草地分類標(biāo)準(zhǔn)[10, 13-15]。在草地管理上,建立了未退化高寒草甸合理放牧利用策略和放牧牦牛季節(jié)性營養(yǎng)平衡對策,提出了三江源未退化草地牧草的“用半留半”合理利用原則[11, 16]。然而,這些研究和成果均為單一的應(yīng)急性技術(shù),缺乏系統(tǒng)性和可持續(xù)性。

“生態(tài)-社會-經(jīng)濟”復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)理論,草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)耦合理論,人文-自然系統(tǒng)耦合理論等均強調(diào)綜合生態(tài)系統(tǒng)管理方法在恢復(fù)實踐中的應(yīng)用[17-20]。三江源區(qū)生態(tài)恢復(fù)技術(shù)的系統(tǒng)性和整合性不足,生態(tài)保護與生產(chǎn)的互補性弱,生態(tài)建設(shè)的系統(tǒng)性和可持續(xù)性需要考慮生態(tài)、社會、經(jīng)濟要素的綜合作用。該項目的實施擬解決三江源退化草地生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)重建及功能提升的重大問題,旨在為國家近期啟動的三江源生態(tài)建設(shè)二期工程和三江源國家公園建設(shè)[21]提供科技支撐和系統(tǒng)解決方案。

1 項目研究內(nèi)容、研究思路及技術(shù)路線

1.1 項目研究內(nèi)容

項目旨在揭示退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)、功能提升及其與生產(chǎn)力提高的協(xié)同機制和土-草-畜多要素相互關(guān)系及作用機理,解決高寒退化生態(tài)系統(tǒng)人工促進恢復(fù)與近自然恢復(fù)技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用,高寒草地草畜營養(yǎng)平衡及時空耦合利用技術(shù),生態(tài)畜牧業(yè)優(yōu)化及生態(tài)衍生產(chǎn)品培育技術(shù),生態(tài)產(chǎn)業(yè)功能提升的信息化表達等關(guān)鍵技術(shù)問題。

項目設(shè)計了6 個課題(圖1),課題1、2、3 針對高寒草甸、高寒草原、高寒濕地3個主要草地生態(tài)系統(tǒng),側(cè)重其土壤-植被-動物界面的結(jié)構(gòu)完整與功能協(xié)調(diào),研發(fā)適應(yīng)性生態(tài)恢復(fù)技術(shù),提升生態(tài)功能。課題4 考慮生態(tài)恢復(fù)后可持續(xù)利用技術(shù)如何能夠保持生態(tài)恢復(fù)成果,研發(fā)草畜界面的資源持續(xù)利用和管理技術(shù),維持生態(tài)功能穩(wěn)定和生態(tài)系統(tǒng)平衡。課題5 主要針對生態(tài)-生產(chǎn)系統(tǒng)的互補性弱的問題,延伸生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈,培育生態(tài)衍生產(chǎn)品,互補由于生態(tài)保護而導(dǎo)致的資源匱乏和可持續(xù)性,實現(xiàn)整個生態(tài)保護和生產(chǎn)功能的雙贏。課題6 主要通過集成課題1—5 的專家決策信息系統(tǒng),對生態(tài)恢復(fù)工作進行效益評估,構(gòu)建大數(shù)據(jù)平臺,診斷、決策和指導(dǎo)三江源區(qū)退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)治理和生態(tài)功能提升。

1.1.1 退化高寒草甸適應(yīng)性恢復(fù)及生態(tài)功能提升技術(shù)與示范

基于高寒草甸退化背景診斷,研發(fā)輕、中度退化草甸近自然恢復(fù)技術(shù),黑土灘人工干預(yù)引導(dǎo)、群落配置和生物防控技術(shù),構(gòu)建退化草甸生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)技術(shù)體系,開展區(qū)域性示范。

1.1.2 退化高寒草原恢復(fù)及生態(tài)功能提升技術(shù)與示范

基于近地面航拍和高光譜判別,重點研發(fā)靶向及分類恢復(fù)技術(shù),土壤生態(tài)功能提升和植被構(gòu)建技術(shù),構(gòu)建退化高寒草原生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)技術(shù)體系,開展區(qū)域性示范。

圖1 “三江源區(qū)退化高寒生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)技術(shù)與示范”六個課題設(shè)計邏輯關(guān)系示意圖Fig.1 Logic diagram among six subjects within the project of “recovery techniques and demonstration of degraded alpine ecosystems in three rivers source region”

1.1.3 退化高寒濕地近自然恢復(fù)及生態(tài)功能提升技術(shù)與示范

針對退化高寒濕地近自然恢復(fù)的時空限制因子,重點研發(fā)退化高寒濕地外圍生境植被人工調(diào)控,核心區(qū)增水保源和近自然恢復(fù)技術(shù),構(gòu)建退化高寒濕地系統(tǒng)的恢復(fù)技術(shù)體系,開展區(qū)域性示范。

1.1.4 高寒草地綜合利用關(guān)鍵技術(shù)及適應(yīng)性管理研究與示范

以高寒草地放牧的生態(tài)服務(wù)功能重建為核心,重點研究優(yōu)化放牧制度,“天然草地—人工草地”資源時空配置利用技術(shù),區(qū)域耦合的草地-家畜系統(tǒng)組織模式,進行示范。

1.1.5 畜牧業(yè)營養(yǎng)均衡生產(chǎn)和生態(tài)衍生產(chǎn)業(yè)開發(fā)技術(shù)與示范

以區(qū)域草地“減壓增效”為核心,重點研發(fā)區(qū)域適宜草產(chǎn)業(yè)、放牧家畜營養(yǎng)均衡飼養(yǎng)技術(shù),特有微生物資源及生態(tài)旅游產(chǎn)品,建立電商及信息化服務(wù)平臺,進行產(chǎn)業(yè)示范。

1.1.6 生態(tài)恢復(fù)效果與生態(tài)功能提升能力監(jiān)測評估

應(yīng)用3S 系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)平臺診斷、監(jiān)測生態(tài)變化,評價生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力、恢復(fù)效果,分析生態(tài)畜牧業(yè)與生態(tài)衍生產(chǎn)業(yè)的生態(tài)功能提升作用及持續(xù)性,構(gòu)建生態(tài)安全預(yù)警系統(tǒng)和信息服務(wù)體系。

1.2 項目整體研究思路

針對生態(tài)恢復(fù)技術(shù)的系統(tǒng)性和整合性不足,生態(tài)保護與生產(chǎn)的互補性弱等問題,以“土-草-畜”系統(tǒng)完整性為技術(shù)切入點,按“背景診斷-技術(shù)研發(fā)-產(chǎn)品開發(fā)-集成示范”層級開展研究,運用生態(tài)監(jiān)測網(wǎng)和大數(shù)據(jù)平臺,評估“生態(tài)-經(jīng)濟-社會”效益,反饋技術(shù)升級,達到退化系統(tǒng)生態(tài)功能提升和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。采用分類化指導(dǎo)、區(qū)域化布局、系統(tǒng)化界面、多元化技術(shù)、最優(yōu)化模式、集成化示范、效益化評估、信息化管理為手段,開展技術(shù)研究與示范工作。

1.3 項目野外實施區(qū)域

項目核心研發(fā)區(qū)域主要在前期研究基礎(chǔ)較扎實的貴南縣、瑪沁縣、瑪多縣和玉樹縣,技術(shù)示范結(jié)合三江源區(qū)生態(tài)建設(shè)工程在全區(qū)域內(nèi)開展。根據(jù)實施區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)類型、技術(shù)基礎(chǔ)等不同,項目重點技術(shù)內(nèi)容在不同區(qū)域的側(cè)重點有所不同。高寒草甸生態(tài)恢復(fù)研發(fā)區(qū)以瑪沁縣為主,高寒草原生態(tài)恢復(fù)主要側(cè)重于瑪多縣,高寒濕地生態(tài)恢復(fù)以瑪多縣、瑪沁縣和玉樹市為主,草地合理利用在貴南縣、瑪沁縣和瑪多縣結(jié)合前三項任務(wù)展開,生態(tài)畜牧業(yè)及生態(tài)衍生產(chǎn)業(yè)研發(fā)重點在貴南縣進行,監(jiān)測與評估要結(jié)合所有研究內(nèi)容在重點研發(fā)區(qū)和全區(qū)域展開。

1.4 項目技術(shù)路線

項目通過全鏈條設(shè)計一體化實施的設(shè)計思路,以土-草-畜系統(tǒng)為技術(shù)切入點,按“背景診斷-技術(shù)研發(fā)-產(chǎn)品開發(fā)-集成示范”層級開展研究,基于生態(tài)監(jiān)測網(wǎng)和大數(shù)據(jù)平臺,評估“生態(tài)-經(jīng)濟-社會”效益,反饋技術(shù)升級。采用分類化指導(dǎo)、區(qū)域化布局、系統(tǒng)化界面、多元化技術(shù)、最優(yōu)化模式、集成化示范、效益化評估、信息化管理為手段,開展技術(shù)研究與示范工作(圖2)。

圖2 “三江源區(qū)退化高寒生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)技術(shù)與示范”技術(shù)路線Fig.2 Technology roadmap of “recovery techniques and demonstration of degraded alpine ecosystems in three rivers source region”

2 項目總體目標(biāo)、考核指標(biāo)及預(yù)期成果

2.1 項目總體目標(biāo)

針對生態(tài)恢復(fù)技術(shù)的系統(tǒng)性和整合性不足,生態(tài)保護與生產(chǎn)的互補性弱等問題,研發(fā)土壤-植被-動物為一體的系統(tǒng)恢復(fù)技術(shù),提出適應(yīng)性恢復(fù)與生態(tài)衍生產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展方案,構(gòu)建信息化技術(shù)平臺,為三江源生態(tài)工程提供精準(zhǔn)化生態(tài)恢復(fù)技術(shù)體系、信息化決策系統(tǒng)和大數(shù)據(jù)平臺,實現(xiàn)生態(tài)恢復(fù)技術(shù)體系再升級,創(chuàng)建三江源區(qū)保護與發(fā)展相協(xié)調(diào)的生態(tài)文明新范式。

2.2 項目考核指標(biāo)

在項目實施期(2016年7月——2020年12月),研發(fā)生態(tài)恢復(fù)技術(shù)8—10 項、生態(tài)產(chǎn)業(yè)技術(shù)3—5 項,培育生態(tài)衍生產(chǎn)品3—5個,示范治理退化草地生態(tài)系統(tǒng)1 萬hm2,形成生態(tài)治理和生態(tài)產(chǎn)業(yè)協(xié)同技術(shù)方案2—3 個,提交咨詢建議1—2 份,制定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)8—10 項,申請專利8—10項,科技培訓(xùn)1100 人次。

2.3 項目預(yù)期成果

項目預(yù)期成果將以50 篇以上的科研論著(其中3—4 篇高水平科學(xué)論文)的形式展現(xiàn),將在典型生態(tài)脆弱區(qū)的恢復(fù)生態(tài)學(xué)理論方面取得突破,其科學(xué)價值重大。通過技術(shù)攻關(guān)和提升可實現(xiàn)技術(shù)自主創(chuàng)新,退化系統(tǒng)的近自然恢復(fù)和適應(yīng)恢復(fù)技術(shù)研發(fā),處于國內(nèi)領(lǐng)先水平,部分可達到國際先進水平,由此可形成專利、標(biāo)準(zhǔn)、論文、產(chǎn)品等一系列標(biāo)志性成果。

3 項目研究展望及可能存在問題

《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃(2006—2020)》在環(huán)境領(lǐng)域中明確提出“針對生態(tài)系統(tǒng)退化加劇,開展典型生態(tài)功能區(qū)綜合整治的技術(shù)集成與示范”,并將“生態(tài)脆弱區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)功能的恢復(fù)重建”確立為優(yōu)先主題,青藏高原地區(qū)是重點生態(tài)治理區(qū)域[21]。三江源區(qū)作為青藏高原獨特的生態(tài)單元和完整的生態(tài)體系區(qū)域,在典型功能區(qū)域退化生態(tài)恢復(fù)和區(qū)域問題的生態(tài)綜合治理技術(shù)方面,還需要重點研發(fā)群落配置與多樣性優(yōu)化、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)提升、生物多樣性保護與維持、氣候變化生態(tài)適應(yīng)與調(diào)控等關(guān)鍵共性技術(shù),研發(fā)區(qū)域、流域大尺度生態(tài)修復(fù)與生態(tài)調(diào)控技術(shù),大幅提升三江源退化生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)修復(fù)技術(shù)水平。項目提出了生態(tài)功能與生產(chǎn)功能合理配置的理論基礎(chǔ),加強生態(tài)草業(yè)、種業(yè)、生態(tài)畜牧業(yè)和信息化監(jiān)測的核心技術(shù)體系研發(fā),對于我國草原牧區(qū)如何實現(xiàn)生態(tài)畜牧業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有指導(dǎo)意義。

項目的實施過程中可能會存在兩方面的問題：

首先,退化高寒生態(tài)系統(tǒng)綜合整治是一個系統(tǒng)工程,雖然在試驗點層面上土壤-植被-動物的系統(tǒng)耦合性較強,但在區(qū)域?qū)用嫔系难芯渴痉兜南到y(tǒng)性和整合性較弱。項目需要加強高寒草地系統(tǒng)生產(chǎn)與生態(tài)功能合理配置的研究,特別是對放牧優(yōu)化假說、中度干擾假說、放牧促進/減緩生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)假說、草畜平衡理論和草地農(nóng)業(yè)系統(tǒng)理論等6個基礎(chǔ)理論加強研究,補充完善在三江源區(qū)這一特殊生態(tài)功能單元方面具有的特色和內(nèi)涵,加強退化草地恢復(fù)與培育新技術(shù)、天然草地保護與合理利用新技術(shù), 以及人工草地的類型選擇與合理布局等人工草地建設(shè)與管理的綜合型技術(shù)的研發(fā),制定天然草地和人工草地配置的原則。

其次,研究示范與社會科學(xué)的結(jié)合較弱,除了繼續(xù)強化對三江源生態(tài)系統(tǒng)自身規(guī)律的認(rèn)知和適應(yīng)性恢復(fù)管理模式的研發(fā)外,需要對三江源區(qū)不同生態(tài)系統(tǒng)(草地、濕地、荒漠等)在利用方式、放牧歷史、人口變遷、藏民族保護生態(tài)及感知觀念提升、草場承包、藏民族游牧歷史、宗教觀念、恩格爾系數(shù)波動、國家草地政策和獎補機制等結(jié)合起來,分析對草地演替、生態(tài)承載力、管理應(yīng)對策略等的影響,以保護三江源區(qū)生態(tài)為前提,以人為本,因地制宜制定三江源區(qū)生態(tài)保護與可持續(xù)發(fā)展的策略和模式。

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Recovery techniques and demonstration of degraded alpine ecosystems in the source region of three rivers

MA Yushou1, 2, ZHOU Huakun3, SHAO Xinqing4, ZHAO Zhizhong1, ZHAO Liang3, DONG Shikui5, WANG Xiaoli1, 2, *

1StateKeyLaboratoryofPlateauEcologyandAgriculture,QinghaiUniversity,Xining810016,China2QinghaiAcademyofAnimalScienceandVeterinaryMedicine,Xining810016,China3KeyLaboratoryofAdaptationandEvolutionofPlateauBiota,NorthwestInstituteofPlateauBiology,ChineseAcademyofSciences,Xining810008,China4GrasslandScienceDepartment,CollegeofAnimalScienceandTechnology,ChinaAgriculturalUniversity,Beijing100193,China5SchoolofEnvironment,BeijingNormalUniversity,Beijing100875,China

“Recovery Techniques and Demonstration of Degraded Alpine Ecosystems in Three Rivers Source Region” (2016YFC0501900) is the second program under the guide direction “The improvement function and adaptive management of qinghai-tibet plateau ecosystems” belonging to the special project of National Key Research and Development Program of China “Research of Typical Fragile Ecological Restoration and Protection”. The serious degradation ecosystems, alpine meadow, alpine steppe, and alpine wetland in the three rivers source region were selected as the research objects in the present study. We would conduct the innovative, systematic and comprehensive research based on the theory of integrated ecosystem management and the idea of “soil-vegetation-livestock” cooperative recovery. Firstly, we will research and develop the comprehensive technology system of ecological restoration and derivative industry. Then we will perfect the evaluation of ecological restoration and industrial development pattern and perfect the monitoring technology system. Our research will promote the transformation and upgrading of ecological restoration and regional development mode. Furthermore, it will enhance the ecological recovery technology and regulatory capacity. Importantly, we would solve the restoration and reconstruction issues of degraded grassland, and then provide the technology support and system solutions for ecological construction in the three river source region.

three river source region; alpine ecosystems; comprehensive utilization of grassland; ecological animal husbandry; ecological derivative industry; ecological monitoring and evaluation

國家重點研發(fā)計劃項目(2016YFC0501900)

2016- 10- 17

10.5846/stxb201610172108

*通訊作者Corresponding author.E-mail: wxl.yu@163.com

馬玉壽,周華坤,邵新慶,趙之重,趙亮,董世魁,王曉麗.三江源區(qū)退化高寒生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)技術(shù)與示范.生態(tài)學(xué)報,2016,36(22):7078- 7082.

Ma Y S, Zhou H K, Shao X Q, Zhao Z Z, Zhao L, Dong S K, Wang X L.Recovery techniques and demonstration of degraded alpine ecosystems in the source region of three rivers.Acta Ecologica Sinica,2016,36(22):7078- 7082.