| 标题 | 我国退化草地修复技术研究进展 |
| 范文 | 闫晓红 伊风艳 邢旗 展春芳 杨鼎 陈翔 仝伟 王慧敏 孙海莲 摘要?草地是牧區生活、生产的重要物质基础，是生态安全的重要保障。目前我国草原退化面积大、分布广，加快开展退化草地修复已成为生态治理的重要任务之一。通过文献资料查询，对我国退化草地的基本现状及研究基础进行了简单介绍，着重分析了现有的主要自然修复措施和人工干预修复措施，分析结果显示：围栏封育、轮牧、休牧、禁牧等自然修复措施对退化草地修复有着重要的意义，适用于各类型的草地，是退化草地植被和土壤恢复的有效措施，但不同类型不同退化程度的草地围封、禁牧后应视恢复状况进行合理利用;免耕补播、施肥、浅耕翻、划破草皮、切根等人工干预修复措施是中重度退化草地植被和土壤恢复的更重要更有效的措施，但修复应用时需根据不同的草地类型、不同的自然条件等情况，因地制宜地选择使用。最后对当前退化草地修复和修复后利用研究进行了思考和展望，期望能为退化草地生态系统恢复与治理提供借鉴。 关键词?退化草地;修复;技术措施 中图分类号?S812.6文献标识码?A文章编号?0517-6611（2020）07-0030-05 doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.07.009 Research?Progress?on?Restoration?Technology?of?Degraded?Grassland?in?China YAN?Xiaohong1，2，YI?Fengyan1，2，?XING?Qi3?et?al （1.?Inner?Mongolia?Academy?of?Agricultural?and?Animal?Husbandry?Sciences，?Hohhot，?Inner?Mongolia?010031;2.?Inner?Mongolia?Prataculture?Research?Center，?Chinese?Academy?of?Sciences，?Hohhot，?Inner?Mongolia?010031;3.?Inner?Mongolia?Mongolian?Grass?Ecological?Enviroment?（Group）?Limited?by?Share?Ltd.，?Hohhot，?Inner?Mongolia??010010） Abstract?Grassland?is?an?important?material?basis?for?living?and?production?in?pastoral?areas?and?an?important?guarantee?for?ecological?security.?However，?at?present，?the?grassland?degradation?area?in?China?is?large?and?widely?distributed，?and?accelerating?the?restoration?of?degraded?grassland?has?become?one?of?the?important?tasks?of?ecological?management.?This?paper?briefly?introduced?the?basic?status?and?research?basis?of?degraded?grassland?in?China?through?literature?search，?and?mainly?analyzed?natural?restoration?measures?and?manual?intervention?and?restoration?measures.The?results?showed?that?natural?restoration?measures?such?as?fence?enclosure，?rotational?grazing，?rest?grazing，?and?grazing?prohibition?had?important?significance?for?the?restoration?of?degraded?grassland.?They?were?applicable?to?all?types?of?grassland?and?were?effective?measures?for?vegetation?restoration?and?soil?restoration?in?degraded?grassland，?but?different?types?were?degraded.?Degraded?grassland?of?different?types?and?different?degrees，after?enclosure?and?grazing?prohibition，?reasonable?use?should?be?made?according?to?the?recovery?situation.?Manual?intervention?and?remediation?measures?such?as?notillage?replenishment，?fertilization，?shallow?tillage，?turf?cutting，?and?root?cutting?were?more?important?and?effective?measures?for?vegetation?restoration?and?soil?restoration?in?moderately?and?severely?degraded?grasslands，?but?the?repair?application?should?be?based?on?different?grassland?types，?different?natural?conditions，?etc.，?should?be?selected?according?to?local?conditions.?At?the?end?of?this?paper，?the?current?research?on?the?restoration?and?utilization?of?degraded?grassland?was?considered?and?prospected，?and?it?was?expected?to?provide?reference?for?the?restoration?and?treatment?of?degraded?grassland?ecosystem. Key?words?Degraded?grassland;Restoration;Technical?measures 基金项目?国家重点研发计划“北方农牧交错带草地退化机理及生态修复技术集成示范（阴山北麓农牧交错区风蚀草地治理技术与示范）”（2016YFC0500705）;内蒙古自治区博士基金项目“直立型扁蓿豆四倍体的诱导研究”（2019BS03032）;内蒙古自治区科技重大专项子课题“栽培牧草区域适应性研究及内蒙古人工草地潜力分析”。 作者简介?闫晓红（1986—），女，内蒙古锡林郭勒盟正镶白旗人，畜牧师，硕士，从事牧草遗传育种研究。 通信作者，伊风艳，副研究员，博士，从事牧草遗传育种研究;孙海莲，研究员，博士，从事旱生牧草选育与生态修复研究。 收稿日期?2019-10-10;修回日期?2019-10-24 草地退化导致了一系列的生态环境和社会经济问题。据联合国资料显示，退化草地修复与重建是当前草地生态系统研究的热点问题之一，已受到了世界范围的广泛关注。关于“草地退化”的定义，诸多的专家学者从不同角度给出了不同的释义。李博[1]从生态系统演替的过程定义“草地退化指草地生态系统逆行演替的一种过程，在这一过程中，该系统的组成、结构与功能发生明显变化，原有的能流规模缩小，物质循环失调，熵值增加，打破了原有的稳态和有序性，系统向低能量级转化，亦即维持生态过程所必需的生态功能下降甚至丧失，或在低能量级水平上形成偏途顶极，建立了新的亚稳态”;孟林等[2]从草地承载力的角度定义“草地退化是指草地承载牲畜的能力下降，进而引起畜产品生产力下降的过程”;马志广等[3]从物质与能量守恒的角度定义“草地退化就是草地生态系统中能量流动与物质循环的输入与输出之间的失调，它们的规模缩小，系统的稳定与平衡受到破坏，表现在产量降低，草群变矮、变稀以及种类成分的改变和饲用价值的变劣”;辛有俊等[4]从退化的成因和结果定义“草地退化是荒漠化的主要表现形式之一，是由于人为活动或不利自然因素所引起的草地（包括植物及土壤）质量衰退，生产力、经济潜力及服务功能降低，环境变劣以及生物多样性或复杂程度降低，恢复功能减弱或丧失恢复功能”;刘钟龄等[5]从草地经营利用的角度定义“草地退化是与经营利用密切相关的一种生态演替过程，即草地有效生产力衰退”等。无论是从哪个角度定义，都反映出草地退化将使草地生态系统稳定性和功能下降，表现在草地生产力、草群结构及功能等多个方面。针对我国目前退化草地修复问题，笔者通过中国知网文献查询，总结分析我国已有的退化草地修复技术措施，希望为退化草地修复工程提供技术支撑，为因地制宜、精准开展退化草地修复奠定基础。 1?我国草地退化现状 1.1?基本概况 我国拥有天然草地3.928亿hm2，约占全球草地面积的12%，是世界第二大草地资源大国[3，6]。根据国家林草局最新公布数据，我国草地资源面积是各类土地资源面积中最大的，占国土面积的40.9%，是耕地面积的2.91倍、森林面积的1.89倍。我国以传统的天然草地为主，主要包括温带草原、高寒草原和荒漠区山地草原。温带草原主要位于内蒙古高原、黄土高原北部和松嫩平原的西部，受水热条件影响，分布有草甸草原、典型草原和荒漠草原三大类型[3]。高寒草原位于我国青藏高原地区，东部半湿润区和西部半干旱区主要为高寒草甸、高寒草原。荒漠区山地草原分布于新疆的天山、阿尔泰山和昆仑山等山系。我国草原从东到西绵延4?500余?km，跨越多个气候带，孕育着丰富的植物种质资源。据第一次草地资源普查统计，仅草地饲用植物达246科1?545属6?704种。然而，由于不合理的放牧制度、盲目开垦、滥行樵采等人为原因，以及气候变化引起的季节性干旱、病虫害等自然灾害，导致我国到20世纪末21世纪初已有90%的可利用草地出现不同程度的退化，其中50%为中度及以上退化草地[3，7]。草地退化主要表现为草地植被覆盖度降低、植物群落结构发生改变、物种多样性减少、裸地面积增加及草地生产力下降等，并导致草地生态系统功能减弱，如水土流失保持力减弱，土壤养分水分下降等[1，7-10]。另外，有研究指出[11]，草地退化还会对气候变化带来影响，促使或加剧气温和地温的升高。 1.2?退化成因 1.2.1?自然因素。 影响草地退化的自然因素主要为气候条件（气温、降水等）和自然灾害。有研究表明[12-15]，气候环境对高原腹地植被具有控制作用，暖干化气候模式下，高寒草甸植被群落主要为逆行演替。鼠虫害等自然灾害，也将加速草地的退化。据相关统计，1973年内蒙古锡盟太卜寺旗鼠灾，每公顷草地可达11?209个鼠洞;1976年内蒙古蝗虫灾害草地危害面积达50.36万hm2[16]。另外，2006年冯冰[17]研究發现甘肃省玛曲县有近90%的退化和沙化天然草地，由鼠害造成的牧草年损失约达23.57万t，相当于4?310万hm2的草地年产草量。因此，特殊的自然因素变化是导致草地退化的重要原因。 1.2.2?人为因素。 除自然因素外，超载过牧、乱开滥垦等人为因素是草地退化更直接更主要的原因[18-21]。一些研究表明[22-26]，重度放牧可改变植物群落物种组成，使优良牧草占比下降，毒害草及杂类草增多，草地高度、盖度、密度及地上、地下生物量等明显降低。梁潇洒等[27]研究认为过度放牧不仅损伤植物地上生物量，而且对地下生物量的损伤可能更大。杜金燊等[12]研究认为长期过度放牧不仅降低草地生产力，还使草地生物多样性减少，土壤养分和水分保持能力下降，土壤侵蚀和水土流失加重。Tang等[28]、王忠美[29]研究认为重度放牧会不利于草地生态系统碳汇，二氧化碳吸收潜力降低。另外，由于“以粮为纲”“牧民不吃亏心粮”“兵团建设”等历史原因及经济利益驱使，建国后我国草原曾被大面积开垦，草原生态遭到破坏，水土流失严重。以内蒙古为例，从20世纪60年代到90年代末30多年间可利用草地净减少1?697万hm2[30]。因此，人为不合理地利用给草地造成了巨大的损害，影响着草地生态系统健康可持续发展。 1.2.3?其他因素。 草地的退化除受自然和人为因素影响外，还有一些其他因素也是加剧草地生态环境恶化的重要原因。包红霞[31]在研究中指出，建国后半个多世纪，内蒙古牧区人口增长约8倍，从20世纪60年代至90年代末，内蒙古天然草场面积减少了11.5%，其中可利用面积下降了247%。在草原畜牧业发展方面，我国牧区大部分仍粗放经营，面临着发展生产、增加收入与保护环境的双重压力。与发达国家相比，我国草地畜产品生产技术与管理水平严重滞后。张英俊等[32]在发文中提到，我国不到20%的畜产品来源于草地放牧，而美国放牧畜产品达70%，新西兰达95%。因此，因牧区人口激增、草地生产管理水平滞后等因素而引起的草地过度利用问题，也是导致草地退化的不可忽视的原因。 2?退化草地修复技术 退化草地修复是当前我国生态治理的一项重大工程，了解和掌握现有的技术成果是开展退化草地修复工作的基础和技术保障，对其成功實施有着直接指导意义。通过查阅大量文献发现，关于退化草地修复技术的研究主要从植被恢复和土壤修复两个方面进行，一方面是开展草地保护下的自然修复措施，如围栏封育、轮牧、休牧、禁牧等措施;另一方面是以人工干预为主的修复措施，主要包括补播、切根、浅耕翻、施肥等措施。 2.1?自然修复措施 受自然因素、人为因素及其他因素的影响，20世纪90年代我国天然草地出现了大面积退化，一些专家学者便开始进行草地保护与恢复建设的研究工作。21世纪以来，在自然修复措施方面，许多学者对不同地区不同退化类型的草地自然修复措施进行了研究。郑翠玲等[33]以内蒙古呼伦贝尔沙化草地为研究对象，发现随着围封年限的增加，退化指示植物所占比例逐渐降低，建群种及优良牧草占比逐渐增加。接着，孙海军等[34]在宁夏盐池县典型草原与荒漠草原过渡区进行封育研究获得的结论与其类似。另外，闫虎等[35]以新疆伊犁昭苏盆地退化草地为研究对象，也得出围封使优良牧草占比增加的结论。李红艳[36]在毛乌素沙地西南缘的封育草地研究发现，围封除使草群物种多样性、植物平均密度、喜食牧草数量、牧草产量增加外，还增加了土壤种子库中种子萌发的种类和种子密度。史晓晓等[37]、梁潇洒等[27]、张树萌[38]还研究了围封对种群间生态位、草地碳固持能力的影响，认为封育年限增加，草地生态系统种间竞争增加，封育有利于土壤碳的固定和土壤活性有机碳库的积累，是恢复退化草地碳汇功能的有效措施。在新疆、青海、宁夏、内蒙古、吉林、四川等我国草原主要分布区域，针对不同退化类型草地，许多学者[39-46]都进行了围封研究，也获得了与以上结论类似的结果，一致认为围栏封育是退化草地修复的有效措施，也可促进草地土壤发育，土壤微生物数量增加，土壤生物活性增强。同时，王岩春[46]、马玉寿等[47]、贾宏涛[48]、Lawrence等[49]学者研究了轮牧、休牧和禁牧对退化草地恢复的作用，结果表明3种方式均可改善草群物种多样性，增加地上生物量，碳汇价值呈现增加趋势。综上可知，自然修复措施对退化草地修复有着重要的意义，是退化草地植被和土壤恢复的有效措施。 2.2?人工干预修复措施 查阅现有文献发现，免耕补播、施肥、浅耕翻、划破草皮、切根等技术措施为当前主要的退化草地修复人工干预措施。杨增增等[50]以中度退化的高寒草地为研究对象，采用免耕补播垂穗披碱草（30?kg/hm2）、中华羊茅（4.5?kg/hm2）和冷地早熟禾（3.0?kg/hm2），并施加有机肥（300?kg/hm2）的方式进行草地修复，结果显示补播显著提高了草地植被盖度、地上地下生物量及根冠比，对黑土滩草地植被恢复有显著的作用。同年孙磊等[51]以西藏那曲地区安多县高寒退化草地为研究对象，采用免耕补播细茎冰草、垂穗披碱草、无芒雀麦和冷地早熟禾进行草地修复研究，结果显示免耕补播提高了退化草地的高度、盖度和产量，增加了植物多样性，并认为免耕补播是高寒退化草地有效的改良措施。杨文彦等[52]以松嫩平原西部重度退化的草甸草原为研究对象，采用松土补播草木樨、披碱草改良退化草地，结果表明轻重耙松土补播不仅可显著提高牧草高度、盖度和产量，还可改善草群结构和土壤结构，并使草群中优良牧草的比重增加。另有一些学者[53-57]在草甸草原、典型草原、荒漠草原及高寒草地等不同类型的退化草地进行了补播研究，也获得了与以上研究类似的结论，采用免耕补播或补播结合施肥、松耙等措施进行退化草地修复，有效改善草地群落结构、植物多样性及土壤有机碳储量，在促进草地生态系统恢复过程中起到了重要作用。 另外，在各项技术的综合研究中，一些学者还进行了多项技术之间的比较研究，给出了各项技术及组合方式在退化草地修复中的优劣。吴文荣[58]在对甘肃退化暖性草丛退化草地研究中发现全耕、划破草皮和免耕分别与混播结合，可使禾本科牧草的生长和地上生物量显著提高，且效果优劣依次为全耕、划破草皮、免耕;管春德[59]以云南灌草退化草地为研究对象，分析了围封、浅耕翻、浅耕翻补播3种植被恢复技术的修复效果，结果显示修复3年后草地产量增长由多到少依次为浅耕翻补播、围封、浅耕翻。张璐等[60]对退化草地开展的自然恢复、耙地和浅耕翻3项改良措施进行了研究分析，提出在短时间尺度上，浅耕翻有利于退化羊草草原生产力和土壤有机碳的快速恢复，而长时间尺度上，自然恢复和耙地的效益更明显。 综上可知，针对不同类型的退化草地选择适宜的人工干预修复措施对退化草地修复十分关键，人工干预修复措施同样是退化草地植被和土壤恢复的有效措施。 2.3?不同类型退化草地的适宜修复技术 关于自然修复措施，由以上研究可知，自然修复措施适用于各类型的草地，是退化草地修复的有效措施。郑周敏[61]、夏小伟等[62]、肖金玉等[63]、刘建[64]研究认为长期封育、禁牧并不能使草地植物多样性一直呈增长趋势，而是呈先上升后下降再上升的规律，围栏封育、禁牧的时间，应结合草地退化程度和恢复的状况而定。郑翠玲等[33]对内蒙古呼伦贝尔严重沙化草地研究显示，围封4～7年可以使草地植被覆盖度提高41.7%～485%，地上生物量增加1～2倍，土壤草根含量增加78.8%，认为封育?4～7年后，待牧草停止生长前20～25?d，适当进行放牧或割草利用，有助于草地恢复;成湘[41]以新疆轻度退化的伊犁绢蒿荒漠草地为研究对象，分析了不同围封年限对草地的影响，结果显示封育对蒿类半灌木草地植物地上生物量和建群种伊犁绢蒿的影响从大到小都表现为封育8年、封育11年、封育3年、未封育，并认为围封8年进行合理放牧较好，既可获得较高的生物量又有利于群落多样性维持。结合上述研究可知，自然修复措施适宜于各类型的退化草地，但不同退化程度不同类型的草地围封、禁牧后应视恢复状况进行合理利用。 关于各种人工干预修复措施的适宜性研究，许多学者也做了大量的工作。有研究表明[65-69]，补播适用于植被盖度在30%及以下的中重度及以上退化草地，且补播草地宜选择在年降雨量不小于?300?mm?或有灌水条件的地区进行，补播时间宜为雨季来临前，补播草种以乡土物种为主。董世魁等[70]、冯忠心等[71]、赵新全等[72]、韩建国等[73]、王堃等[74]研究显示，浅耕翻、划破草皮和切根适用于以根茎型禾草为主的退化草地，其中划破草皮和切根以中轻度退化草地为主，深度10～20?cm，行距30～60?cm?为宜，时间宜在早春或晚秋进行。浅耕翻以重度退化草地为主，宜在雨季进行浅耕翻，耕翻深度以15～20?cm为好，干旱年份或雨量过大不宜翻耕。施肥对退化草地改良的研究[75-80]結果显示，施肥主要通过改善草地土壤营养状况，促进牧草生长，改善草群结构和提高牧草产量，在中重度及以上的退化草地修复时，通常与补播、切根、松土等措施结合实施效果更佳，肥料可选择有机肥或化学肥料，施肥量视土壤肥力而定。在利用补播、施肥、浅耕翻、划破草皮、切根等技术措施进行退化草地修复时，需要根据不同的草地类型、不同的自然条件等情况，因地制宜地选择使用。 3?问题与展望 综上可知，自然修复措施较适合轻度、中度退化以下的草地修复和保护利用，人工干预修复措施较适宜于中重度及以上的退化草地修复。划破草皮、浅耕翻、切根和松耙有利于疏松土壤，改善土壤通透性及土壤理化性质，适宜用于土壤板结或根茎类禾草草地;补播是中重度退化草地改良的重要措施，但选择适宜的草种是它关键的限制因子之一。在退化草地修复适宜草种方面，一些学者也做了大量的研究[35，81-83]。然而，我国草种业落后，良种供给不足，生态修复用种主要依赖进口种子。据数据显示，我国年商品草种的需求量约15万t，而其中1/3以上从美国、加拿大、澳大利亚、新西兰等国进口（数据来源：中国林业网，国家林草局草原管理司副司长刘加文的《加快草种业发展，亟待破解多道难题》一文）。当前亟需研究培育适宜草地修复的优良品种，加快良种的繁育、推广，为草地生态修复提供种源。 另外，我国草地多地形起伏不平、交通不便、生产设施落后等，现虽针对不同的草地退化类型已有一些技术支撑，但面临我国大面积的退化草地修复工程，不仅需要基础的技术支持，还需要配套先进的适宜作业机械，提升修复效率，降低修复成本。据调研发现，目前草地修复机械多使用农田作业机械，应用于草地修复的机械还存在许多不足。如何实现不同种类、不同大小及不同千粒重的种子在修复中进行一次性作业，如何应对复杂地形下退化草地治理的机械化等一些修复工程实施过程中的技术难题是当前亟需突破的研究课题，这些技术的突破及多学科的融合发展，将会对加快草地生态恢复工作具有重要的意义。 退化草地的修复是受损草地生态系统逐渐恢复的过程，需要经历不同的恢复阶段。如王炜等[82]将退化草地修复按优势种的变化分为冷蒿优势阶段、冷蒿+冰草阶段、冰草优势阶段、羊草优势阶段和大针茅优势阶段5个恢复阶段。现虽对退化草地恢复的阶段已有一些研究，但针对我国不同地区不同类型的退化草地修复后的评价、保护和利用的研究较少。不同类型的退化草地修复后达到什么阶段，怎么利用，利用到什么程度也是各大专家学者需要思考和深入研究的问题。总之，我国退化草地修复仍存在许多技术难点需要攻克，希望通过草原科研工作者和相关领域研究者的共同努力，还草原健康可持续发展。 参考文献 [1]?李博.中国北方草地退化及其防治对策[J].中国农业科学，1997（6）：2-10. 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