３新时期我国草地环境科学发展战略

　　３．１草地管理的国家目标

　　最近１０年来，无论学术界还是决策管理人员都已经深刻地认识到，我国草地的畜牧业生产功能的重要性正在被其生态系统服务功能所逾越。草地的生态系统服务功能大致可区分为由简单到复杂的３个层次：初级功能（防风固沙、水土保持、土壤母质培育）、次级功能（生物量形成、Ｃ与Ｎ固持）和高级功能（生物多样性维持）。因此，草地管理的目标应该是实现其初级功能向次级功能和高级功能的全面提升。新时期我国草地管理的国家目标应该定位在“生产力提高、稳定性维持和固持力提升”。

　　３．２草地管理的技术路线与途径

　　我国草地管理的总体思路是：在可持续性科学的大框架下开展设计，将精准农业的发展思路引入到草地管理的实践中，建立“精细草业”的概念与理论体系，研发出高度人工设计和定向干预的草地调控技术，通过对草地生态系统进行适应性管理，最终实现“生产力提高、稳定性维持和固持力提升”的国家目标。我国４亿ｈｍ２草地中，可利用面积所占比例为８４．３％，包括温性草原、高寒草地、温性荒漠、暖热性灌草丛和草甸沼泽等５个大类１８个草地类型［３］。实际可调控面积大约０．６７亿ｈｍ２，主要包括温带草原、草原化荒漠、沙地草地、高寒与低地草甸和农牧交错带人工草地等，主要基于年平均降水量（＞１００ｍｍ）和现实生产力（＞４５０ｋｇｈｍ－２）的考虑［４２］。１０年内总的发展目标确定为“６６．６７万ｈｍ２人工草地、０．０６７亿ｈｍ２割草场和０．６７亿ｈｍ２放牧草地”生产力和固持力翻一番的发展目标。

　　３．２．１温带草原

　　草甸草原以净初级生产力提高为主要调控目标。包括松嫩平原和呼伦贝尔草原，可调控面积０．１亿ｈｍ２。通过雨季施肥、５％豆科牧草补播、浅耕翻和半人工草地建设，使生产力大幅度提高，土壤Ｃ和Ｎ素水平保持在平衡状态。以基本割草场建设为主。典型草原以生态系统稳定性维持为主要调控目标。以锡林郭勒草原为主，可调控面积０．１６７亿ｈｍ２。通过“草地斑块定点修复”技术改良草地，增加植物多样性和优良牧草比重。在群落中保持５％的块状灌丛植被，在１０％的低湿地雨季施肥和建立旱作多年生人工草地，保持饲草生产的年度稳定性。以基本放牧场建设为主，草地调控采用“１／１０计量调控功能置换模式”，畜牧业生产采取“季节畜牧业”模式。荒漠草原以植被覆盖度恢复与Ｃ、Ｎ固持力提升为主。以乌兰察布草原为主，可调控面积０．０６７亿ｈｍ２。通过围栏封育、控制放牧使植被覆盖度由４０％提高到８０％；１０％深根系、高木质素含量、高根冠比植物引入与定向调控，增加土壤有机质。畜牧业以“北繁南育、南草北调”模式为主，与农牧交错带建立区域饲草补偿机制，形成县、乡、村、户之间的草－畜功能协作网络。

　　３．２．２农牧交错带

　　包括辽西平原、河北坝上、内蒙古南部、阴山北麓。以生产力提高和Ｎ库提升为主。多年生人工草地可由３．３３万ｈｍ２提高到６６．６７万ｈｍ２，其中２６．６７万ｈｍ２豆科集约化人工草地，产量达到１５０００ｋｇｈｍ－２；旱作豆科、禾本科混播草地４０万ｈｍ２，产量达到７５００ｋｇｈｍ－２；牧草总产量接近温带草原。以奶牛饲养和肉牛育肥为主，“农牧耦合、生态保育”为主要模式。

　　３．２．３沙地草地

　　降水量２５０～４００ｍｍ地区的沙地草地，包括呼伦贝尔、科尔沁、浑善达克和毛乌素４大沙地，可调控面积近０．０４７亿ｈｍ２。以植被覆盖度增加和Ｃ、Ｎ固持能力提升为主，土壤有机质培育为长期目标。采取飞播和网格固沙技术使植被覆盖度由２０％提高到６０％。采取沙地生态环境治理的“三分模式”和农林草耦合的“三圈模式”。

　　３．２．４草原化荒漠

　　降水量１００～１５０ｍｍ地区的草原化荒漠和典型荒漠，包括巴丹吉林、腾格里、乌兰布和、库不齐４大荒漠的部分地区，总面积近０．１亿ｈｍ２。以植被重建、固Ｃ功能提升和土壤母质培育为主，稀疏灌丛覆盖度由５％增加到２０％。我国荒漠区主要有锦鸡儿属（ＣａｒａｇａｎａＦａｂｒ．）灌木、四合木（Ｔｅｔｒａｅｎａｍｏｎｇｏｌｉｃａ）、梭梭（Ｈａｌｏｘｙｌｏｎａｍ－ｍｏｄｅｎｄｒｏｎ）、沙冬青（Ａｍｍｏｐｉｐｔａｎｔｈｕｓｍｏｎｇｏｌｉ－ｃｕｓ）、白刺（Ｎｉｔｒａｒｉａｓｉｂｉｒｉｃａ）、霸王（Ｓａｒｃｏｚｙｇｉｕｍｘａｎｔｈｏｘｙｌｏｎ）等１０余种灌木、半灌木植物，旱生或超旱生，地下／地上比在４．６～１４．９，主根深度可达４．５～９．６ｍ，寿命达３０～５０年。木质素含量极高，死亡周转时间约几百年。其地下固碳能力可达１５０００ｋｇｈｍ－２，０．１亿ｈｍ２荒漠固碳总量可达０．２Ｐｇ。

　　３．２．５高寒与低地草甸

　　低地草甸可调控面积０．０６７亿ｈｍ２，在全国１１片重点牧区均有分布。高寒草甸可调控面积０．０６７亿ｈｍ２，主要分布在阿勒泰、甘南、甘孜和环湖地区。通过补播木本植物提高植被高度和增加豆科植物，以生产力改良和Ｃ、Ｎ固持能力提升为主。

　　３．３草地环境科学的重大问题与创新模式

　　未来１０年，我国草地环境科学发展的总体思路是，定位研究、控制实验、样带观测与网络研究相结合，现代生态组学方法、分子生物学技术与草地适应性管理科学相互交叉，揭示出草地生态系统功能调控的重大科学机理，研发出草地调控的核心技术与创新模式／范式，建立具有中国特色的草地生态系统管理新思维与新理论。

　　３．３．１科学问题

　　３．３．１．１草地植被－土壤相互作用机理

　　以样带调查与联网定位研究相结合，阐明草地生态系统植被－土壤间的相互作用机理，揭示关键功能植物的地带性空间分布格局，揭示出植物－土壤－土壤生物化学生态计量比的梯度变化规律和区域特征。主要内容包括：①土壤微生物基础数据库；②植物多样性格局、植物叶性状、根叶比和化学计量比率的大尺度格局；③土壤养分元素（Ｃ、Ｎ、Ｐ）的计量化学比及其地带性规律。

　　３．３．１．２草地生产力调控与稳定性维持机理

　　通过定位研究、长期野外控制实验与生态温室模拟研究，揭示以提高牧草产量、增加优良牧草比重和增强草地稳定性为目标的生态系统调控机理。主要包括：①植被管理、放牧控制与土壤调控的长期生态学效应；②物种组成与功能类群计量关系与稳定性补偿效应；③关键土壤生物功能群界定与根系、根际（菌根）、土壤动物间的功能协同。

　　３．３．１．３草地生态系统固持力提升机制

　　以控制实验与田间试验相结合，阐明地下生产力形成机理和土壤养分库提升机制。分子生物学技术、精准管理技术相结合，研发出草地Ｃ、Ｎ固持力提升机制与综合调控途径。主要包括：①提高根系生产力和生物现存量的地下调控途径；②植物Ｃ素分配和根冠比的调控机制；③植物根系－根际－土壤系统Ｎ、Ｐ转化与生物内循环；④土壤Ｃ∶Ｎ∶Ｐ计量关系及其有效性调控。

　　３．３．２关键技术

　　３．３．２．１退化草地“斑块定点修复”技术

　　以０．５～５０ｍ２草地裸斑（ｇａｐｓ）为基本操作单元，主要研究：①丸衣、营养杯单株豆科牧草补播技术；②集、调、控雨水无管道滴灌技术；③土壤有机质改土与优良牧草植入式建植技术。

　　３．３．２．２天然草地大面积水肥调控技术

　　主要包括：①草地专用肥，包括缓释肥、微量元素复合肥、微生物肥、有效Ｐ活化剂等；②水肥耦合与雨季施肥技术。

　　３．３．２．３灌木植被设计与生态功能补偿技术

　　主要包括：①灌木植物种类筛选与植被建植技术；②灌木植被设计、管理与枝、叶性状控制技术；③乔灌草生态功能补偿方案与立体混合搭配技术。

　　３．３．２．４土壤Ｃ、Ｎ固持力提升的生物工程技术主要包括：①调控土壤Ｃ、Ｎ转化的微生物－酶学工程技术；②促进植物根冠比的内源激素调控技术；③提高根系木质素含量的转基因生物技术。

　　３．３．２．５荒漠植物规模繁育与植被重建技术

　　主要包括：①灌木种苗的快速繁殖技术，主要是种子育苗、枝条扦插与组织培养技术；②农杆菌介导的遗传转化与关键酶基因表达的荒漠植物性状定向培育技术。

　　３．３．３创新模式

　　建立针对不同区域、不同草地类型的“计量生态调控模式”，开展在物种、功能群与群落水平“高度人工设计与定向干预”的草地调控和生态系统与区域水平的“功能补偿性”调控试验示范研究，建立基于可持续性科学和政策管理层面的示范特区。精细草业的思路是：在未来草地管理与草业可持续发展的实践中，要精心规划技术路线，精准设计实施方案，精良装备技术手段，精确调控环境要素，通过对草地生态系统进行精细管理，最终实现“生产力提高、稳定性维持和固持力提升”的目标。具体而言，在草地管理与调控中，要以斑块为基本单元，以目标物种和功能群为基本对象，对水、土、气、生要素的调控要精准集约，对地上与地下过程调控要精确定位，对生态系统功能与过程要精致耦合①。生态草业示范特区建设与以往基于植被恢复重建、土地合理利用、流域水土保持等单一模式、单一目标的试验示范区建设不同，是以一个完整社会经济单元（乡、县、自然保护区）为基本单位，进行自然－经济－社会复合系统要素的整体设计与系统调控，以促进社会可持续发展为最终目标。４我国在草地环境领域取得突破的机遇分析

　　在退化草地修复和草地功能调控的机理研究与技术研发方面，国内开展了大量卓有成效的工作。在中国科学院“西部行动计划”实施的１０年间，先后在内蒙古草地、黄土高原林草交错区、巴丹吉林荒漠、塔里木荒漠－绿洲过渡带、高寒草甸、浑善达克沙地等区域系统深入地开展了植被恢复重建、风沙环境治理、农牧耦合技术与适应性管理等方面的基础生态学研究，以及生态修复技术的研发与示范推广工作，建立了一批高水平与高显示度的试验示范区，先后提出了一些针对不同区域的生态系统优化管理模式［４３］。中国生态系统研究网络在相关区域分布有８个生态系统定位研究站，拥有我国保护最为完好的地带性原生植被和连续多年的环境要素长期监测数据，初步阐明了草地生产力、稳定性与生物多样性的关系及其受人类活动的影响。在内蒙古草原、松嫩平原和高寒草甸６个地点开展了大型控制实验，考察Ｎ、Ｐ元素的添加和水分控制对草地生产力和固持力的影响，以及物种去除、刈割、放牧等对生物多样性与稳定性的影响［９］。

　　中国科学院寒区旱区研究所在荒漠植物筛选、植被重建与沙地治理技术方面取得了世界领先的科技成果；新疆生态与地理研究所在荒漠－绿洲生态水文调控和人工植被建植技术方面已获得多项发明专利；植物研究所在草地生物固氮、苜蓿（Ｍｅｄｉｃａ－ｇｏ）品种收集与转基因改良、根系木质素合成与调控、四合木组培快繁技术等方面的研究已经进入田间试验，生态环境研究中心在酶学工程和草地土壤Ｎ素环境调控，以及微生物所在草地土壤微生物基因库等方面的研究均获得较大进展。我国应率先提出生态系统调控的创新性观点，致力于将精准农业的发展思路引入到天然草地管理、退化草地恢复和草地功能调控的实践中，建立“草地斑块定点修复”的外科手术式的退化草地调控模式；系统研究天然草地大面积施肥的可行性和灌木物种引入的草地稳定性维持原理与技术，研发高度人工设计和定向干预的草地生产力调控途径。基于上述科学思路开展研究，将有可能揭示出草地生态系统功能调控的重大科学机理，建立具有中国特色的草地生态系统管理新思维与新技术。