草地環(huán)境科學(xué)發(fā)展分析的論文

　　１當前我國草地環(huán)境面臨的主要問(wèn)題

　　我國草地面積約４億ｈｍ２，占世界草地面積的１２．５％，占國土面積的４１．７％，是我國耕地面積的３倍多［３］。草地資源是我國重要的國土資源，是維持食物安全和改善膳食結構的重要物質(zhì)財富，是維持國家生態(tài)安全的主要陣地。當前我國草地環(huán)境面臨的問(wèn)題主要表現在以下３個(gè)方面。

　�。保�１草地生產(chǎn)力低下

　　我國草原牧草平均產(chǎn)量不足４５０ｋｇｈｍ－２，其中優(yōu)良牧草比重不足２０％，灌叢化趨勢增加，小半灌木＋雜類(lèi)草＞禾草＋豆科牧草。天然草地的家畜承載能力十分有限，飼草供給能力差，在正常氣候條件下僅能保障夏季的家畜放牧性飼草供應。而在退牧、禁牧的國家政策下，傳統自由放牧正在轉向舍飼、半舍飼，以及全年放牧到季節性放牧的轉變。因此，草地生產(chǎn)力低和可收獲性差就成為今后限制我國草地畜牧業(yè)發(fā)展的短板和瓶頸。另一方面，人工草地保有面積小。我國嚴格意義上的多年生人工草地的實(shí)際保有面積不足３３．３萬(wàn)ｈｍ２，占全部草地面積的比例不到０．１％，造成冬季飼草儲備不足，嚴重缺乏抵御自然災害的能力。

　�。保�２生態(tài)系統穩定性差

　　草地生態(tài)系統穩定性差是我國草地畜牧業(yè)面臨的另一突出問(wèn)題。主要體現在：牧草產(chǎn)量年度波動(dòng)大、生物多樣性降低、功能類(lèi)群計量關(guān)系失衡和難以以草定畜。牧草產(chǎn)量年變化率一般在３０％～８０％，優(yōu)良牧草年變化率高達６０％～１８０％。中科院內蒙古草原生態(tài)系統定位站１９７９－２０１０年監測數據分析結果顯示，封育３０年、保護最為完好的羊草（Ｌｅｙｍｕｓｃｈｉｎｅｎｓｉｓ）草原，其牧草產(chǎn)量年變化率也高達３６％。夏季干旱是當前影響草地生產(chǎn)穩定性最主要的自然災害類(lèi)型。

　�。保�３土壤固持能力減退

　　隨著(zhù)過(guò)去１０年西部大開(kāi)發(fā)“退牧還草”和“圍封轉移”戰略的實(shí)施，我國草地生態(tài)環(huán)境趨于好轉。但必須看到，這種恢復僅是植被結構與功能的部分恢復。例如，植被覆蓋度和高度有所提高，但產(chǎn)量依然低下，以先鋒植物和一、二年生雜類(lèi)草為主，而生物多樣性未有改善，生態(tài)系統整體功能依然未有根本改觀(guān)。就草地生態(tài)系統功能的主體土壤系統而言，天然草地土壤貧瘠、沙化依然嚴重，地下生產(chǎn)力低下；土壤有機碳貯量整體沒(méi)有明顯變化，而土壤Ｎ庫則整體繼續下降，有效Ｐ養分供應明顯不足；植物根系進(jìn)一步表層化，細根比重增加，死亡周轉加快。研究表明，土壤固持能力的恢復尚需要３０～５０年的時(shí)間。

　　２世界草地科學(xué)的新理念與新趨勢

　　占世界陸地面積５２．２％的草地生態(tài)系統是物質(zhì)生產(chǎn)和生態(tài)服務(wù)最主要的陸地生物圈與人類(lèi)活動(dòng)圈，對于人類(lèi)社會(huì )的生存與發(fā)展發(fā)揮著(zhù)越來(lái)越大的作用。無(wú)論是現代草地生態(tài)學(xué)的發(fā)展趨勢，還是全球環(huán)境問(wèn)題和中國的現實(shí)狀況，都要求草地生態(tài)學(xué)研究與草地畜牧業(yè)實(shí)踐都要在可持續性科學(xué)的大框架下繼續發(fā)展，即在可持續發(fā)展的前提下，不斷提高草地的物質(zhì)生產(chǎn)和生態(tài)系統服務(wù)能力。人類(lèi)要想獲得更廣闊的可持續發(fā)展空間，必須樹(shù)立人工生態(tài)設計和定向干預的理念，而不能一味被動(dòng)地適應自然［４，５］。因此，無(wú)論是健康的、還是退化的草地生態(tài)系統，“進(jìn)一步提高草地生產(chǎn)力，維持草地穩定性和提升草地固持能力”是當前人類(lèi)社會(huì )面臨的重大科學(xué)命題。

　�。玻�１草地生產(chǎn)力調控

　　生態(tài)系統中存在著(zhù)各種計量關(guān)系。例如，生命物質(zhì)的化學(xué)生態(tài)計量比、土壤Ｃ／Ｎ比與機械組成比、植物根冠比、植物功能群組成比，乃至整個(gè)區域的土地利用類(lèi)型比、畜牧業(yè)的草畜比等等。生態(tài)系統調控的實(shí)質(zhì)就是對上述各種計量關(guān)系進(jìn)行調整。當前，草地生產(chǎn)力調控研究的重點(diǎn)是：如何提高牧草的總產(chǎn)量？如何增加優(yōu)良牧草比重？以及如何增強草地抵御自然災害的能力？長(cháng)期以來(lái)，“圍欄封育，依靠自然力恢復”一直是全世界普遍采用的一種恢復退化草地和提高草地生產(chǎn)力的技術(shù)措施［６］。然而，越來(lái)越多的證據表明，長(cháng)期封育的草地，其生產(chǎn)力提高的幅度不到其最大潛力的４６％，主要是由于植物萌發(fā)受到阻礙并導致植被更新困難等［７］。由于缺少動(dòng)物采食，生態(tài)系統物２００質(zhì)循環(huán)和自我調節功能喪失。此外，其恢復速度緩慢，容易產(chǎn)生火災，浪費生物量［８，９］。面對當前全球人口不斷增長(cháng)和社會(huì )物質(zhì)產(chǎn)品需求的壓力，這樣的生產(chǎn)力調控方式顯然是不切實(shí)際的。因此，亟待尋求高度人工設計和定向干預的草地生產(chǎn)力調控途徑［１０］。草地施肥的效果是毋庸置疑的，在３０ｋｇｈｍ－２的施Ｎ強度下，牧草產(chǎn)量通�？梢蕴岣撸常埃ァ�８０％［１１］。國內外研究結果均表明，長(cháng)期少量施Ｎ可以顯著(zhù)增加禾本科優(yōu)良牧草的比例，能夠定向調控植物群落的植物功能群組成，主要是由于不同植物具有不同的Ｎ素利用效率和響應對策［１２，１３］，以及提高優(yōu)良牧草（例如羊草）的結實(shí)率。天然草地大面積施肥的可行性一直受到學(xué)術(shù)界和管理人員的高度質(zhì)疑，主要是經(jīng)濟上的投入－產(chǎn)出比和實(shí)際操作的可行性�；�礎割草場(chǎng)的雨季施肥是一個(gè)值得研究的草地生產(chǎn)力調控途徑，其在冬季雪災年份發(fā)揮的`作用和產(chǎn)生的經(jīng)濟效益是顯而易見(jiàn)的。然而，這方面的研究在國內外都極其有限。通過(guò)淺耕翻、松土補播優(yōu)良牧草，能夠顯著(zhù)增加天然草地中優(yōu)良牧草的比例。然而，在草地改良中其效果往往不理想，主要是由于實(shí)施的經(jīng)營(yíng)理念和技術(shù)細節上的問(wèn)題。目前，國際上提出了適應性草地管理的科學(xué)概念［１４］，并進(jìn)一步提出了將精準農業(yè)的發(fā)展思路引入到天然草地管理、退化草地恢復和草地生產(chǎn)力調控的實(shí)踐中［９］。長(cháng)期以來(lái)，國際上一直將草地灌叢化作為草地退化或荒漠化的一種類(lèi)型。當前在全球變化背景下，需要對灌叢的生態(tài)系統功能重新加以認識。由于灌叢地下根系生物量大，木質(zhì)素含量高，具有超強的固碳功能；另一方面，灌叢類(lèi)多屬于固Ｎ植物，根系深、吸收地下深層水能力強，在嚴重干旱年份仍然能夠保持一定的地上生產(chǎn)力。在冬季大雪年份，由于其地上部高大，大部分枝條能夠露出，可解決家畜的急需。在美國長(cháng)期以來(lái)，一直通過(guò)保持一定比例的灌木、半灌木種類(lèi)來(lái)增強草地抵御冬季雪災的能力，特別是對于野生動(dòng)物［１５］。人工和半人工草地是生產(chǎn)力提升的主體。在我國農牧交錯區發(fā)展人工草地、加強全年飼草儲備，可以極大地緩解天然草地應對自然災害（干旱、雪、沙塵暴）的飼草供應壓力，發(fā)展高效優(yōu)質(zhì)的集約化草地畜牧業(yè)［１］。通過(guò)在不同區域建立國家戰略飼草貯備基地，進(jìn)行區域間、不同季節間飼草調配，能夠從根本上解決草地應對災害氣候和全球變化的能力［１６］。在灌溉、施肥、田間管理等集約措施下，其牧草生產(chǎn)能力能夠超過(guò)溫帶天然草原［９］。在當前科技手段和綜合國力明顯強盛的情況下，在半干旱區大規模調水工程實(shí)施的可能性越來(lái)越大。因此需要在傳統經(jīng)營(yíng)理念的基礎上，提出具有中國特色的創(chuàng )新草地發(fā)展思維。由于全球人口的激增，對食物的需求將在未來(lái)５０年翻番，這對食物生產(chǎn)和生態(tài)系統的服務(wù)功能將形成嚴峻挑戰［１７］。從被動(dòng)適應和改善自然到主動(dòng)的人工生態(tài)系統設計，是實(shí)現可持續性生物圈、增加地球承載力的必由之路［５］。通過(guò)人工設計，形成具有結構完善、功能穩定、信息完整及調控有效的生態(tài)系統，保證系統的健康運行和良好發(fā)展并不斷調整使之日臻完善［１８］。應用人工生態(tài)設計的原理與方法，進(jìn)行生態(tài)－生產(chǎn)功能區優(yōu)化布局是實(shí)現區域生態(tài)－經(jīng)濟－社會(huì )協(xié)調發(fā)展的新途徑［１９］。當前的發(fā)展趨勢是通過(guò)大量的野外控制實(shí)驗，研究高度人工設計和定向干預的草地生產(chǎn)力調控途徑，為草地的可持續發(fā)展提供具體的研究實(shí)例，豐富其理論基礎、完善其理論框架。

　�。玻�２草地生態(tài)系統穩定性維持

　　生態(tài)系統穩定性主要通過(guò)對其物質(zhì)生產(chǎn)和生態(tài)服務(wù)功能的時(shí)間和空間格局與過(guò)程的波動(dòng)程度來(lái)考察。就草地生態(tài)系統而言，主要是考察地上凈初級生產(chǎn)力和生物多樣性的季節變化和年度變化，以及群落之間、地域間以及區域間隨氣候和環(huán)境要素變化的波動(dòng)程度和穩定性［２０］。由于物種與功能群之間存在著(zhù)補償效應，乃至群落之間、地域間以及區域間通過(guò)人為調控可以形成的補償性，構成了草地的穩定性維持機制［２１］。生物多樣性對生態(tài)系統生產(chǎn)力及其穩定性具有正效應的機制歸納為互補效應和選擇效應，其中，互補效應包括生態(tài)位分化和互利效應［２２］；將多樣性導致穩定性機制歸結于平均效應、負協(xié)方差效應和保險效應［２３］。國內外研究均表明，草地生物多樣性導致群落的穩定性［２３～２５］。長(cháng)期封育的草地將導致生物多樣性的下降［２４］。長(cháng)期少量施Ｎ會(huì )導致植物豐富度的損失，使凈初級生產(chǎn)力的年度波動(dòng)增加［１３，２６］。放牧、刈割、火燒和少量施Ｎ能夠定向調控草地生態(tài)系統的物種組成與功能類(lèi)群計量關(guān)系［１１］。土壤生物多樣性是生態(tài)系統穩定性維持的根本。目前，對保持穩定性的草地地下生態(tài)學(xué)過(guò)程及其調控途徑尚不清楚，其長(cháng)期被作為一個(gè)“黑箱”來(lái)對待。土壤中生活著(zhù)大量的微生物，大約只有１％的土壤微生物是可以分離培養的。對于土壤中Ｃ和Ｎ轉化微生物功能類(lèi)群多樣性?xún)H具有初步了解，而對于完整的土壤生物鏈、營(yíng)養級構成及其多樣性特征基本上一無(wú)所知［２７，２８］。草地土壤動(dòng)物在穩定性維持中的作用相當關(guān)鍵，但這方面的研究開(kāi)展極少［２５，２９］。

　�。玻�３草地固持力提升

　　草地固持力包括地下生產(chǎn)力、土壤有機碳貯量、養分元素庫存量、有效養分供應能力，以及防風(fēng)固沙與水土保持能力等生態(tài)系統服務(wù)功能的諸多指標。植物－土壤相互作用是陸地生態(tài)系統固持力形成與保持中最重要的生態(tài)學(xué)過(guò)程。通過(guò)對植物－土壤相互作用的研究，無(wú)疑能夠深入揭示出草地生態(tài)系統固持力保持與提升的科學(xué)機理［２７］。地下生態(tài)學(xué)過(guò)程，特別是地下生產(chǎn)力形成機理與調控技術(shù)，是草地固持力研究的核心內容［３０，３１］。國際上一直致力于多年生、深根系、根組織木質(zhì)素與纖維素含量高的旱生灌木、半灌木的篩選、引入和田間管理技術(shù)，試圖尋找提高根系生產(chǎn)力和生物現存量，以及減緩根系死亡周轉和碳素分解的調控途徑，以提高草地的固碳能力。當前，促進(jìn)木質(zhì)素合成基因導入的分子生物學(xué)技術(shù)正在用于草地固碳植物定向培育中。整合地上與地下生態(tài)學(xué)過(guò)程的互作機制研究是近年來(lái)生態(tài)學(xué)研究的熱點(diǎn)問(wèn)題［３２，３３］。對于以生態(tài)固持功能為主的草地而言，人們更加希望將凈初級生產(chǎn)力的大部分轉移到地下，而地上維持更多的生物量。長(cháng)期圍封、放牧、刈割和少量施Ｎ對于植物Ｃ素分配和根冠比的調控作用在不同草地類(lèi)型、不同氣候背景下的反應十分不一致。在我國溫帶草原，長(cháng)期圍封和施Ｎ趨向于降低植物群落的根冠比［７］，降低植物的根系壽命［３４］，向大氣釋放更多的Ｃ素。而放牧和刈割趨向于導致植物根系的深層化和根冠比的增加。根莖草地淺耕翻之后能夠明顯促進(jìn)植物的地下生物量和延長(cháng)根系壽命［３５］。植物根系對于不同管理措施的響應無(wú)疑是因種類(lèi)而異的，而這方面的研究少之又少�；瘜W(xué)計量生態(tài)學(xué)（ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｓｔｏｉｃｈｉｏｍｅｔｒｙ）是一門(mén)新興的生態(tài)學(xué)分支學(xué)科，主要關(guān)注在植被與土壤相互作用過(guò)程中化學(xué)元素的比例與平衡問(wèn)題［３６］。目前已有工作主要是針對碳（Ｃ）、氮（Ｎ）、磷（Ｐ）３種元素，即Ｃ∶Ｎ∶Ｐ化學(xué)計量生態(tài)學(xué)進(jìn)行的［３７］。因為這３種元素在生物體內含量相對較高、作用相對較大，而且Ｎ和Ｐ往往還是生物完成其生活史的限制性養分元素，也是生態(tài)系統生產(chǎn)力的常見(jiàn)限制因子［３８，３９］。通過(guò)對不同植物葉片、根系與土壤中養分元素的計量比進(jìn)行考察，能夠得出一定的相關(guān)關(guān)系，從而確定不同植物之間、不同功能群植物之間、地上與地下部生物量之間，以及植物與土壤之間養分元素計量比率的分異與一致性規律，反映出植物養分利用效率與適應對策以及土壤有效養分供應能力的差異，從而制定相應的調控策略［３８］。通過(guò)養分添加、植物物種引入或去除等不同人工干預措施，對植被生產(chǎn)力和固持能力導向的植被－土壤養分過(guò)程進(jìn)行調控。植被－土壤間Ｃ和Ｎ的生物循環(huán)是維持草地生態(tài)系統生產(chǎn)力和固持力的基礎［４０］。通過(guò)植被管理、土壤調控和生物干預，使得進(jìn)入土壤的Ｃ和Ｎ數量盡可能地多，減少輸出損失，延長(cháng)周轉時(shí)間等無(wú)疑是增加養分固持能力的有效途徑［４１］。激發(fā)草地Ｐ的有效性能夠顯著(zhù)提高植物的Ｎ素利用效率，維持草地高的生物量；豆科牧草補播對于增加土壤的Ｎ庫貯量，增強有效Ｎ素供應是極為有效的途徑。

　　３新時(shí)期我國草地環(huán)境科學(xué)發(fā)展戰略

　�。常�１草地管理的國家目標

　　最近１０年來(lái)，無(wú)論學(xué)術(shù)界還是決策管理人員都已經(jīng)深刻地認識到，我國草地的畜牧業(yè)生產(chǎn)功能的重要性正在被其生態(tài)系統服務(wù)功能所逾越。草地的生態(tài)系統服務(wù)功能大致可區分為由簡(jiǎn)單到復雜的３個(gè)層次：初級功能（防風(fēng)固沙、水土保持、土壤母質(zhì)培育）、次級功能（生物量形成、Ｃ與Ｎ固持）和高級功能（生物多樣性維持）。因此，草地管理的目標應該是實(shí)現其初級功能向次級功能和高級功能的全面提升。新時(shí)期我國草地管理的國家目標應該定位在“生產(chǎn)力提高、穩定性維持和固持力提升”。

　�。常�２草地管理的技術(shù)路線(xiàn)與途徑

　　我國草地管理的總體思路是：在可持續性科學(xué)的大框架下開(kāi)展設計，將精準農業(yè)的發(fā)展思路引入到草地管理的實(shí)踐中，建立“精細草業(yè)”的概念與理論體系，研發(fā)出高度人工設計和定向干預的草地調控技術(shù)，通過(guò)對草地生態(tài)系統進(jìn)行適應性管理，最終實(shí)現“生產(chǎn)力提高、穩定性維持和固持力提升”的國家目標。我國４億ｈｍ２草地中，可利用面積所占比例為８４．３％，包括溫性草原、高寒草地、溫性荒漠、暖熱性灌草叢和草甸沼澤等５個(gè)大類(lèi)１８個(gè)草地類(lèi)型［３］。實(shí)際可調控面積大約０．６７億ｈｍ２，主要包括溫帶草原、草原化荒漠、沙地草地、高寒與低地草甸和農牧交錯帶人工草地等，主要基于年平均降水量（＞１００ｍｍ）和現實(shí)生產(chǎn)力（＞４５０ｋｇｈｍ－２）的考慮［４２］。１０年內總的發(fā)展目標確定為“６６．６７萬(wàn)ｈｍ２人工草地、０．０６７億ｈｍ２割草場(chǎng)和０．６７億ｈｍ２放牧草地”生產(chǎn)力和固持力翻一番的發(fā)展目標。

　�。常�２．１溫帶草原

　　草甸草原以?xún)舫跫壣�產(chǎn)力提高為主要調控目標。包括松嫩平原和呼倫貝爾草原，可調控面積０．１億ｈｍ２。通過(guò)雨季施肥、５％豆科牧草補播、淺耕翻和半人工草地建設，使生產(chǎn)力大幅度提高，土壤Ｃ和Ｎ素水平保持在平衡狀態(tài)。以基本割草場(chǎng)建設為主。典型草原以生態(tài)系統穩定性維持為主要調控目標。以錫林郭勒草原為主，可調控面積０．１６７億ｈｍ２。通過(guò)“草地斑塊定點(diǎn)修復”技術(shù)改良草地，增加植物多樣性和優(yōu)良牧草比重。在群落中保持５％的塊狀灌叢植被，在１０％的低濕地雨季施肥和建立旱作多年生人工草地，保持飼草生產(chǎn)的年度穩定性。以基本放牧場(chǎng)建設為主，草地調控采用“１／１０計量調控功能置換模式”，畜牧業(yè)生產(chǎn)采取“季節畜牧業(yè)”模式�；哪�草原以植被覆蓋度恢復與Ｃ、Ｎ固持力提升為主。以烏蘭察布草原為主，可調控面積０．０６７億ｈｍ２。通過(guò)圍欄封育、控制放牧使植被覆蓋度由４０％提高到８０％；１０％深根系、高木質(zhì)素含量、高根冠比植物引入與定向調控，增加土壤有機質(zhì)。畜牧業(yè)以“北繁南育、南草北調”模式為主，與農牧交錯帶建立區域飼草補償機制，形成縣、鄉、村、戶(hù)之間的草－畜功能協(xié)作網(wǎng)絡(luò )。

　�。常�２．２農牧交錯帶

　　包括遼西平原、河北壩上、內蒙古南部、陰山北麓。以生產(chǎn)力提高和Ｎ庫提升為主。多年生人工草地可由３．３３萬(wàn)ｈｍ２提高到６６．６７萬(wàn)ｈｍ２，其中２６．６７萬(wàn)ｈｍ２豆科集約化人工草地，產(chǎn)量達到１５０００ｋｇｈｍ－２；旱作豆科、禾本科混播草地４０萬(wàn)ｈｍ２，產(chǎn)量達到７５００ｋｇｈｍ－２；牧草總產(chǎn)量接近溫帶草原。以奶牛飼養和肉牛育肥為主，“農牧耦合、生態(tài)保育”為主要模式。

　�。常�２．３沙地草地

　　降水量２５０～４００ｍｍ地區的沙地草地，包括呼倫貝爾、科爾沁、渾善達克和毛烏素４大沙地，可調控面積近０．０４７億ｈｍ２。以植被覆蓋度增加和Ｃ、Ｎ固持能力提升為主，土壤有機質(zhì)培育為長(cháng)期目標。采取飛播和網(wǎng)格固沙技術(shù)使植被覆蓋度由２０％提高到６０％。采取沙地生態(tài)環(huán)境治理的“三分模式”和農林草耦合的“三圈模式”。

　�。常�２．４草原化荒漠

　　降水量１００～１５０ｍｍ地區的草原化荒漠和典型荒漠，包括巴丹吉林、騰格里、烏蘭布和、庫不齊４大荒漠的部分地區，總面積近０．１億ｈｍ２。以植被重建、固Ｃ功能提升和土壤母質(zhì)培育為主，稀疏灌叢覆蓋度由５％增加到２０％。我國荒漠區主要有錦雞兒屬（ＣａｒａｇａｎａＦａｂｒ．）灌木、四合木（Ｔｅｔｒａｅｎａｍｏｎｇｏｌｉｃａ）、梭梭（Ｈａｌｏｘｙｌｏｎａｍ－ｍｏｄｅｎｄｒｏｎ）、沙冬青（Ａｍｍｏｐｉｐｔａｎｔｈｕｓｍｏｎｇｏｌｉ－ｃｕｓ）、白刺（Ｎｉｔｒａｒｉａｓｉｂｉｒｉｃａ）、霸王（Ｓａｒｃｏｚｙｇｉｕｍｘａｎｔｈｏｘｙｌｏｎ）等１０余種灌木、半灌木植物，旱生或超旱生，地下／地上比在４．６～１４．９，主根深度可達４．５～９．６ｍ，壽命達３０～５０年。木質(zhì)素含量極高，死亡周轉時(shí)間約幾百年。其地下固碳能力可達１５０００ｋｇｈｍ－２，０．１億ｈｍ２荒漠固碳總量可達０．２Ｐｇ。

　�。常�２．５高寒與低地草甸

　　低地草甸可調控面積０．０６７億ｈｍ２，在全國１１片重點(diǎn)牧區均有分布。高寒草甸可調控面積０．０６７億ｈｍ２，主要分布在阿勒泰、甘南、甘孜和環(huán)湖地區。通過(guò)補播木本植物提高植被高度和增加豆科植物，以生產(chǎn)力改良和Ｃ、Ｎ固持能力提升為主。

　�。常�３草地環(huán)境科學(xué)的重大問(wèn)題與創(chuàng )新模式

　　未來(lái)１０年，我國草地環(huán)境科學(xué)發(fā)展的總體思路是，定位研究、控制實(shí)驗、樣帶觀(guān)測與網(wǎng)絡(luò )研究相結合，現代生態(tài)組學(xué)方法、分子生物學(xué)技術(shù)與草地適應性管理科學(xué)相互交叉，揭示出草地生態(tài)系統功能調控的重大科學(xué)機理，研發(fā)出草地調控的核心技術(shù)與創(chuàng )新模式／范式，建立具有中國特色的草地生態(tài)系統管理新思維與新理論。

　�。常�３．１科學(xué)問(wèn)題

　�。常�３．１．１草地植被－土壤相互作用機理

　　以樣帶調查與聯(lián)網(wǎng)定位研究相結合，闡明草地生態(tài)系統植被－土壤間的相互作用機理，揭示關(guān)鍵功能植物的地帶性空間分布格局，揭示出植物－土壤－土壤生物化學(xué)生態(tài)計量比的梯度變化規律和區域特征。主要內容包括：①土壤微生物基礎數據庫；②植物多樣性格局、植物葉性狀、根葉比和化學(xué)計量比率的大尺度格局；③土壤養分元素（Ｃ、Ｎ、Ｐ）的計量化學(xué)比及其地帶性規律。

　�。常�３．１．２草地生產(chǎn)力調控與穩定性維持機理

　　通過(guò)定位研究、長(cháng)期野外控制實(shí)驗與生態(tài)溫室模擬研究，揭示以提高牧草產(chǎn)量、增加優(yōu)良牧草比重和增強草地穩定性為目標的生態(tài)系統調控機理。主要包括：①植被管理、放牧控制與土壤調控的長(cháng)期生態(tài)學(xué)效應；②物種組成與功能類(lèi)群計量關(guān)系與穩定性補償效應；③關(guān)鍵土壤生物功能群界定與根系、根際（菌根）、土壤動(dòng)物間的功能協(xié)同。

　�。常�３．１．３草地生態(tài)系統固持力提升機制

　　以控制實(shí)驗與田間試驗相結合，闡明地下生產(chǎn)力形成機理和土壤養分庫提升機制。分子生物學(xué)技術(shù)、精準管理技術(shù)相結合，研發(fā)出草地Ｃ、Ｎ固持力提升機制與綜合調控途徑。主要包括：①提高根系生產(chǎn)力和生物現存量的地下調控途徑；②植物Ｃ素分配和根冠比的調控機制；③植物根系－根際－土壤系統Ｎ、Ｐ轉化與生物內循環(huán)；④土壤Ｃ∶Ｎ∶Ｐ計量關(guān)系及其有效性調控。

　�。常�３．２關(guān)鍵技術(shù)

　�。常�３．２．１退化草地“斑塊定點(diǎn)修復”技術(shù)

　　以０．５～５０ｍ２草地裸斑（ｇａｐｓ）為基本操作單元，主要研究：①丸衣、營(yíng)養杯單株豆科牧草補播技術(shù)；②集、調、控雨水無(wú)管道滴灌技術(shù)；③土壤有機質(zhì)改土與優(yōu)良牧草植入式建植技術(shù)。

　�。常�３．２．２天然草地大面積水肥調控技術(shù)

　　主要包括：①草地專(zhuān)用肥，包括緩釋肥、微量元素復合肥、微生物肥、有效Ｐ活化劑等；②水肥耦合與雨季施肥技術(shù)。

　�。常�３．２．３灌木植被設計與生態(tài)功能補償技術(shù)

　　主要包括：①灌木植物種類(lèi)篩選與植被建植技術(shù)；②灌木植被設計、管理與枝、葉性狀控制技術(shù)；③喬灌草生態(tài)功能補償方案與立體混合搭配技術(shù)。

　�。常�３．２．４土壤Ｃ、Ｎ固持力提升的生物工程技術(shù)主要包括：①調控土壤Ｃ、Ｎ轉化的微生物－酶學(xué)工程技術(shù)；②促進(jìn)植物根冠比的內源激素調控技術(shù)；③提高根系木質(zhì)素含量的轉基因生物技術(shù)。

　�。常�３．２．５荒漠植物規模繁育與植被重建技術(shù)

　　主要包括：①灌木種苗的快速繁殖技術(shù)，主要是種子育苗、枝條扦插與組織培養技術(shù)；②農桿菌介導的遺傳轉化與關(guān)鍵酶基因表達的荒漠植物性狀定向培育技術(shù)。

　�。常�３．３創(chuàng )新模式

　　建立針對不同區域、不同草地類(lèi)型的“計量生態(tài)調控模式”，開(kāi)展在物種、功能群與群落水平“高度人工設計與定向干預”的草地調控和生態(tài)系統與區域水平的“功能補償性”調控試驗示范研究，建立基于可持續性科學(xué)和政策管理層面的示范特區。精細草業(yè)的思路是：在未來(lái)草地管理與草業(yè)可持續發(fā)展的實(shí)踐中，要精心規劃技術(shù)路線(xiàn)，精準設計實(shí)施方案，精良裝備技術(shù)手段，精確調控環(huán)境要素，通過(guò)對草地生態(tài)系統進(jìn)行精細管理，最終實(shí)現“生產(chǎn)力提高、穩定性維持和固持力提升”的目標。具體而言，在草地管理與調控中，要以斑塊為基本單元，以目標物種和功能群為基本對象，對水、土、氣、生要素的調控要精準集約，對地上與地下過(guò)程調控要精確定位，對生態(tài)系統功能與過(guò)程要精致耦合①。生態(tài)草業(yè)示范特區建設與以往基于植被恢復重建、土地合理利用、流域水土保持等單一模式、單一目標的試驗示范區建設不同，是以一個(gè)完整社會(huì )經(jīng)濟單元（鄉、縣、自然保護區）為基本單位，進(jìn)行自然－經(jīng)濟－社會(huì )復合系統要素的整體設計與系統調控，以促進(jìn)社會(huì )可持續發(fā)展為最終目標。

　　４我國在草地環(huán)境領(lǐng)域取得突破的機遇分析

　　在退化草地修復和草地功能調控的機理研究與技術(shù)研發(fā)方面，國內開(kāi)展了大量卓有成效的工作。在中國科學(xué)院“西部行動(dòng)計劃”實(shí)施的１０年間，先后在內蒙古草地、黃土高原林草交錯區、巴丹吉林荒漠、塔里木荒漠－綠洲過(guò)渡帶、高寒草甸、渾善達克沙地等區域系統深入地開(kāi)展了植被恢復重建、風(fēng)沙環(huán)境治理、農牧耦合技術(shù)與適應性管理等方面的基礎生態(tài)學(xué)研究，以及生態(tài)修復技術(shù)的研發(fā)與示范推廣工作，建立了一批高水平與高顯示度的試驗示范區，先后提出了一些針對不同區域的生態(tài)系統優(yōu)化管理模式［４３］。中國生態(tài)系統研究網(wǎng)絡(luò )在相關(guān)區域分布有８個(gè)生態(tài)系統定位研究站，擁有我國保護最為完好的地帶性原生植被和連續多年的環(huán)境要素長(cháng)期監測數據，初步闡明了草地生產(chǎn)力、穩定性與生物多樣性的關(guān)系及其受人類(lèi)活動(dòng)的影響。在內蒙古草原、松嫩平原和高寒草甸６個(gè)地點(diǎn)開(kāi)展了大型控制實(shí)驗，考察Ｎ、Ｐ元素的添加和水分控制對草地生產(chǎn)力和固持力的影響，以及物種去除、刈割、放牧等對生物多樣性與穩定性的影響［９］。

　　中國科學(xué)院寒區旱區研究所在荒漠植物篩選、植被重建與沙地治理技術(shù)方面取得了世界領(lǐng)先的科技成果；新疆生態(tài)與地理研究所在荒漠－綠洲生態(tài)水文調控和人工植被建植技術(shù)方面已獲得多項發(fā)明專(zhuān)利；植物研究所在草地生物固氮、苜蓿（Ｍｅｄｉｃａ－ｇｏ）品種收集與轉基因改良、根系木質(zhì)素合成與調控、四合木組培快繁技術(shù)等方面的研究已經(jīng)進(jìn)入田間試驗，生態(tài)環(huán)境研究中心在酶學(xué)工程和草地土壤Ｎ素環(huán)境調控，以及微生物所在草地土壤微生物基因庫等方面的研究均獲得較大進(jìn)展。我國應率先提出生態(tài)系統調控的創(chuàng )新性觀(guān)點(diǎn)，致力于將精準農業(yè)的發(fā)展思路引入到天然草地管理、退化草地恢復和草地功能調控的實(shí)踐中，建立“草地斑塊定點(diǎn)修復”的外科手術(shù)式的退化草地調控模式；系統研究天然草地大面積施肥的可行性和灌木物種引入的草地穩定性維持原理與技術(shù)，研發(fā)高度人工設計和定向干預的草地生產(chǎn)力調控途徑�；�于上述科學(xué)思路開(kāi)展研究，將有可能揭示出草地生態(tài)系統功能調控的重大科學(xué)機理，建立具有中國特色的草地生態(tài)系統管理新思維與新技術(shù)。

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