北方草甸和草甸草原生态恢复的理论、技术与实践

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本站小编 Free考研考试/2021-12-26

唐华俊¹, 辛晓平¹, 李向林², 闫玉春¹, 李凌浩³, 王德利⁴, 周延林⁵, 王明玖⁶, 周道玮⁷, 崔国文⁸

¹中国农业科学院农业资源与农业区划研究所,北京 100081

²中国农业科学院北京畜牧兽医研究所,北京 100193

³中国科学院植物研究所,北京 100093

⁴东北师范大学草地研究所,长春 130024

⁵内蒙古大学生命科学学院,呼和浩特 010021

⁶内蒙古农业大学生态环境学院,呼和浩特 010019

⁷中国科学院东北地理与农业生态研究所,长春 130102

⁸东北农业大学动物科学技术学院,哈尔滨 150030

Theory, Technology and Practice of Ecological Restoration of Meadow and Meadow Steppe in Northern China

TANG HuaJun¹, XIN XiaoPing¹, LI XiangLin², YAN YuChun¹, LI LingHao³, WANG DeLi⁴, ZHOU YanLin⁵, WANG MingJiu⁶, ZHOU DaoWei⁷, CUI GuoWen⁸

¹Institute of Agricultural Resources and Regional Planning, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081

²Institute of Animal Science of Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100193

³Institute of Botany, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100093

⁴Institute of Grassland Science, Northeast Normal University, Changchun 130024

⁵School of Life Sciences, Inner Mongolia University, Hohhot 010021

⁶College of Ecology Environmental Science, Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot 010019

⁷Northeast Institute of Geography and Agroecology, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130102

⁸College of Animal Science and Technology, Northeast Agriculture University, Harbin 150030

责任编辑: 林鉴非
收稿日期:2020-06-25接受日期:2020-07-2网络出版日期:2020-07-01

基金资助:

国家重点研发计划项目.2016YFC0500600
国家自然科学基金面上项目.31971769
国家重点研发计划-中美政府间合作项目.2017YFE0104500
现代农业产业技术体系建设专项资金.CARS-34-11

Received:2020-06-25Accepted:2020-07-2Online:2020-07-01
作者简介 About authors
唐华俊,E-mail: tanghuajun@caas.cn

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本文引用格式
唐华俊, 辛晓平, 李向林, 闫玉春, 李凌浩, 王德利, 周延林, 王明玖, 周道玮, 崔国文. 北方草甸和草甸草原生态恢复的理论、技术与实践[J]. 中国农业科学, 2020, 53(13): 2527-2531 doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2020.13.001
TANG HuaJun, XIN XiaoPing, LI XiangLin, YAN YuChun, LI LingHao, WANG DeLi, ZHOU YanLin, WANG MingJiu, ZHOU DaoWei, CUI GuoWen. Theory, Technology and Practice of Ecological Restoration of Meadow and Meadow Steppe in Northern China[J]. Scientia Acricultura Sinica, 2020, 53(13): 2527-2531 doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2020.13.001

草地是主要的陆地生态系统类型之一,全球草地总面积占陆地面积的22%—25%^[1]。草地不但是重要的牧草生产基地,每年提供25—30亿吨干物质,而且是最主要的陆地碳库,草地生态系统碳储量约650—810 PgC,占全球陆地生态系统的37%,其中90%以上储存在土壤中^[2,3,4,5]。草地也是受人类干扰最剧烈的自然生态系统之一,尤其是开垦和放牧活动,对草地生态系统产生了深刻的影响。同时,草地生态系统大多位于干旱半干旱地区,对气候变化比较敏感,是荒漠化潜势最强烈的生态系统类型之一^[6,7]。由于上述原因,草地生态系统退化、恢复机制的理论研究,以及退化草地的生态修复技术研究,成为生态学历久弥新的研究命题。

我国是草地资源大国,草地占国土总面积的41.7%、占全球草地面积的11%。我国也是草地退化形势最为严峻的国家,草地开垦、过度放牧,导致草地生态功能衰退和丧失,气候灾害和鼠虫等生物灾害频率增高,牧草质量和生产能力下降^[8,9]。近年来,随着草地退化带来的生态灾难和生产损失逐渐增加,各级政府部门和科技界对草地生态退化机理、恢复治理技术十分关注,取得了一系列研究进展。“十一五”以来,国家科技支撑计划、国家重点研发计划相继启动了“典型脆弱生态系统重建技术开发”“典型脆弱生态修复与保护研究”等重点专项,开展了退化生态系统修复保护的理论和技术探索^[10,11]。其中“北方草甸退化草地治理技术与示范”是“十三五”国家重点研发计划生态专项第一批启动的任务之一,以我国北方半湿润半干旱区草甸和草甸草原生态系统为研究对象,着眼于生态文明建设和草原生态保护的战略需求,针对北方草甸和草甸草原退化机理、恢复机制和治理技术、后修复阶段生态产业技术创新等三个方面开展研究,创建系统性、可移植的退化草甸和草甸草原治理技术体系与模式,为我国草原畜牧业与生态环境和谐发展、牧民致富和稳定增收提供技术支撑^[12]。

北方草甸和草甸草原是位于半湿润半干旱地区的主要草地生态系统类型,草甸草原是地带性草地植被,集中分布在年降水350—500 mm的气候地带,包括内蒙古东部、东北平原等半湿润半干旱地区;草甸是非地带性草地植被,在干旱、半干旱与半湿润气候区域均有分布,只要局部地形低洼、土壤水分含量较高均可发育成草甸^[13]。北方草甸和草甸草原总面积0.4亿公顷,占整个北方温带草地面积的25%,是中国北方草原水分条件最好的区域,土壤以暗栗钙土、黑钙土、草甸土为主,土壤腐殖质远高于其他类型草地,土壤碳密度是典型草原的2—3倍、荒漠草原的6—10倍。北方草甸和草甸草原植物多样性丰富,每平方米物种数25—40种,总物种数1 400—1 600种;草地生产力高,一般在1 500—2 500 kg·hm^-2,是典型草原的2—3倍、荒漠草原的4—6倍。北方草甸和草甸草原的家畜承载力约为6 000万只羊单位,占整个北方温带草原的58%^[13,14]。相对于干旱半干旱区分布的典型草原和荒漠草原,草甸和草甸草原由于水分条件好、生产力高,其利用方式更加多元,利用强度大,退化过程和机制更加复杂^[15]。但由于高生产力、高多样性的表观特征,北方草甸和草甸草原退化隐蔽性强,生产力下降50%仍然高于典型草原,其退化程度往往与人们认识存在偏差,实际退化程度往往被低估^[12]。北方草甸和草甸草原的退化和恢复研究比较薄弱,在本项目立项之前,没有形成针对性的草甸草原退化标准和恢复理论,也没有形成完整的生态治理和持续利用技术体系,制约了北方草甸和草甸草原生态修复及其高生产力优势的发挥。另一方面,由于自然条件比较优越,退化草甸和草甸草原恢复潜力和利用空间远大于其他草原类型,生态修复及后续产业建设会达到事半功倍的效果。

针对北方草甸和草甸草原的上述特征,本项目联合国内18家同行机构、主要技术骨干近百人,针对北方草甸和草甸草原的退化机制、恢复技术及其原理、后修复阶段生态产业发展进行了5年联合攻关,理论上探索了多元利用途径和气候变化共同作用下北方草甸及草甸草原的退化机理,建立了北方草甸和草甸草原退化等级评估体系,提出了我国草甸退化草地的系统性恢复理论及生态恢复治理的技术原理;技术上以呼伦贝尔、锡林郭勒、科尔沁、松嫩平原、寒地黑土区等典型区域草甸草地为对象,研发区域差异化的恢复治理技术,重点突破群落优化配置、生态系统功能提升等关键共性技术,建立各区域生态恢复治理技术标准与配套模式^[16,17];应用上从修复后生态系统稳定性维持及替代产业持续发展的需求出发,构建生态富民的产业技术体系与优化模式,促进北方草甸草地区域新兴生态产业带的发展^[16,17,18]。

本专刊主要介绍项目相关研究成果。专刊收录了退化草地系统性恢复的理论框架、草甸草原退化过程与机制、草甸草原恢复技术及原理、退耕地恢复技术与原理、生态产业示范及区域尺度分析等5个研究栏目共21篇研究论文。退化草地系统性恢复理论框架方面,王德利等^[19]分析总结了草地退化和恢复的理论发展历程,提出了退化草地的系统性恢复的概念,即通过构建基本的草地关键组分,激发草地生态系统自组织过程,实现以系统稳定平衡和多功能协同为目标的生态恢复,丰富和发展了草地恢复的一般性理论。杨允菲等^[20]基于表型与遗传分化理论,探讨了草甸和草甸草原主要优势种羊草在中国草原的扩散途径,为羊草退化草地恢复中群落构建研究提供重要参考。草甸草原退化过程与机制方面,报道了放牧、刈割及盐胁迫下草甸草原群落特征与多样性、生理生态特征、功能性状及营养品质的响应^{[21,22,23,24,25]}。草甸草原恢复技术及原理方面,报道了退化草地恢复过程中,群落生产力、物种多样性及土壤微生物等对养分添加和刈割留茬高度等改良培育措施的响应^{[26,27,28,29]}。退耕地恢复技术与原理方面,李强等^[30]报道了退耕地恢复重建中品种选择及组合的生态影响及其潜在生理机制,巩皓等^{[31,32,33,34]}报道了不同植被和土壤管理措施下,退耕地栽培草地从牧草生产性能、营养品质到土壤有机碳和微生物过程,以及草甸草原区退耕地的牧草-水分-氮肥耦合机制。生态产业示范及区域尺度分析方面,刘欣超等^[35]基于全生命周期分析（LCA）方法,对天然草场修复、后续生态草牧业建立及产业示范过程中的经济环境综合效益进行了定量评估,为后修复阶段生态产业发展提供理论基础;朱晓昱等^{[36,37,38,39]}分别从呼伦贝尔草原、内蒙古草原、半干旱区天然草原、北方草原及农牧交错带等多个尺度,探讨了草地生态系统大尺度过程及其与气候变化和人类活动的相互作用,为退化草地恢复技术模式在不同区域的应用、复制和推广提供宏观支持。

本专刊针对以往对北方草甸和草甸草原退化恢复研究关注不足的问题,集中报道了草甸退化草地恢复的理论和技术进展,有助于全面理解退化草地恢复机制和方法,促进草地恢复生态学的完善和发展。

致谢

感谢“北方草甸退化草地治理技术与示范”项目跟踪专家李秀彬、赵学勇、徐安凯、杨允菲、刘永志、张英俊对本项目给予的指导,感谢项目办公室及各课题负责人和研究骨干在本项目实施过程中给予的支持, 感谢本项目所有参加人员的辛苦付出。

参考文献原文顺序
文献年度倒序
文中引用次数倒序
被引期刊影响因子

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《中国资源科学百科全书》编辑委员会. 中国资源科学百科全书, 北京: 中国大百科全书出版社, 2000.