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林克劍等:草原生態修復亟需多樣化集成化技術

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  我國草原幅員遼闊,覆蓋著2/5的國土,是我國面積最大的陸地生態系統,具有防風、固沙、保土、調節氣候、凈化空氣、涵養水源等重要的生態功能,對維系國家生態安全、地區經濟、人文歷史等具有重要的價值。草原生態系統是草原地區生物(植物、動物、微生物)與其環境構成的功能統一體。草原生態狀況的好壞,直接關系著國家整體的生態安全。從總體上看,我國草原還存在不同程度的退化、沙化、石漠化、鹽漬化等現象,是我國生態空間中受人為干擾最大、破壞最為嚴重的生態系統,亟需采取有效的措施大力開展保護修復。但是,我國草原類型多樣,大都分布在降水較少或土壤脆弱區域,由于各種原因造成草原退化類型多樣化,意味著草原生態系統修復沒有“一招鮮”的技術,保護和治理難度非常大,迫切需要更多的技術支撐和系統的解決方案。

  一、退化草原類型多樣化要求修復技術多樣化

  我國退化草原類型多樣復雜,主要類型包括:一是長期過度放牧退化草原,系主要草原退化類型,退化特征為土壤硬實板結嚴重、植物矮小、優良牧草大量減少、生產力衰減,生態系統各要素的協同恢復較為緩慢;二是刈割致退化草原,其生態系統成熟種子的補充受到影響,地表立枯物、凋落物大幅減少,優良牧草減少并發雜草種類和數量增多,植物根系在耙摟過程中受損,養分抽提歸還率低且緩慢;三是風蝕沙化草原,主要出現在沙地、河湖濕地邊緣,或地形起伏較大的風蝕積沙區,可發生大范圍或者小范圍的沙化或形成風蝕坑,自然恢復困難,人工補播成功率低,治理成本高;四是草原撂荒地,其恢復長期以來以自然修復為主,部分區域選用沙打旺治理,二次退化現象嚴重,撂荒地恢復初期一、二年生植物大量定植,生態系統穩定性較差,若沒有人工干預,短時期難以恢復到周邊天然草原生態系統演替軌道;五是礦區受損草原,其治理因礦區人為擾動大,生態系統受損嚴重,以植被重建為主,且礦區土壤受污染嚴重,排土場土質差且大都十分緊實,微環境惡劣,草原生態系統重構難度非常大。除此之外,還有半牧區退耕地、南方石漠化草原以及青藏高原多見的退化草原黑土灘等都是草原退化治理中亟待解決的重大難題。

  二、草原生態恢復的系統化要求修復技術集成化

  目前,比較成熟的草原修復技術有:一是圍欄封育,是一種低成本的草原生態修復技術。二是飛播種草,是利用飛機在空中以一定高度和速度將牧草種子撒到經規劃設計的地塊上的一種種草方法,它具有投資少、面積廣、速度快等優點;三是淺耕翻,是通過淺耕(15~20厘米),破壞原有草皮,增加土壤通透性,促進土壤微生物的活動和有機質的分解,增加土壤積溫,促進根對水分和礦物質養分吸收的效率,為牧草更好地生長和繁殖創造了新的良好條件;四是免耕補播,是不經過常規的土壤耕作措施、耕作程序,而是利用先進的免耕機械在松土的同時直接播種的耕作方法,其特點是避免表土外翻,減少土壤水分蒸發和有機質損失,實現松土、切割土壤根莖和播種一次性完成。此外,還有劃區輪牧和限時放牧等。但是,目前針對我國退化草原不同的分布類型及退化程度的受損生態系統,尚未形成合理的成熟的修復技術集成化模式,缺乏強有力的科技供給和科技支撐。

  圍欄封育可能被社會公眾認為是恢復退化草原省錢、省力、最為可行的方法,能更好地促進土壤有機質的形成和積累。但是,仍存在以下認識誤區:一是圍欄封育不是自然恢復方式,而是一種人為干擾。多數人認為圍封是一種自然恢復方式,其未添加任何處理措施。但實際上圍封完全排除了草原上動物對草原的調控作用。這種排除家畜影響的方式勢必因為植物超補償生長,導致退化草原的強烈反彈,因而長期圍封禁牧不是一種天然草原的自然恢復措施。二是圍欄封育時間的延長對草原恢復不起作用。長期圍封在短期內對草原恢復起到緩解作用,但距離草原整體的恢復相差甚遠。圍封下所謂草原恢復,只是一種短期反彈,是草原失衡的表現,其對原生植被的恢復所起作用不大。而且,長期圍封恢復下雜草占有較大空間,是一種單純封閉和不穩定不完善的生態系統。三是大面積圍封恢復草原的推廣不利于草原恢復。圍封恢復草原的大面積推廣從根本上改變草原牧區的生產生活方式,是非常有害的。隨處可見的圍欄,既影響了交通和動物的活動,也對草原植被的自身發展規律造成影響。圍欄不僅對風滾植物遷徙產生影響,而且也對自然狀態下的積沙、積雪造成影響,從根本上改變了草原生態系統的特征。為此,迫切需要根據不同退化草原類型及不同退化程度,因地制宜、精準施策,瞄準主攻方向,采取科學的手段和有效的治理措施,集成創新草原生態修復技術體系和發展模式,為各地如何因地適宜開展草原生態修復提供科技支撐。

  三、草原生態恢復的多樣化要求監測評價科學化

  從整體上講,草地退化導致整個草地生態系統退化,抵抗干擾和維持平衡的能力減弱。以內蒙古典型草原為例。由于放牧時長或放牧強度增加,以羊草為主的根莖禾草群落逐漸退化為以大針茅和克氏針茅建群的叢生禾草群落,再經低矮的糙隱子草叢生禾草群落,逐漸退化為冷嵩建群的雜類草群落,假如過度放牧持續進行,則草原將進一步退化為以星毛委陵菜為優勢物種的星毛委陵菜沙化草原。所以說,草原生態系統退化不僅包括植被群落蓋度發生變化,還包括優勢植物物種發生變化,牧草品質和產量下降,物種多樣性的流失,進而影響生態系統的結構和功能。為此,不能簡單從草原植物的高度、密度和生物量來判斷草原恢復,而是要從草原生態系統的多樣性、穩定性、結構功能的完善程度建立判別標準。

  目前,常用的草原修復監測評價指標是植被蓋度。植被蓋度主要通過植被指數(NDVI)的數據來反映,但由于數據精確性的限制以及對植被物種的判識度不夠,該方法可能仍不能夠真實反映草地退化的狀況,還需要進行大量的原位監測提高草地生態系統退化程度判別的精確度,為更加精準地實施草地生態系統修復提供支撐。同時,在評價草原生態恢復時要更加注重對土壤恢復的質量評價。

  眾所周知,土壤是草地植物群落生長的主要環境因子,是草地生產力、生態功能維持和可持續發展的物質基礎。植被-土壤相互依賴相互依存,密不可分。植物群落的演替變更可以影響土壤的性狀,然而土壤任何性狀的改變也能夠影響植物群落的發生、結構、生產力和演替。對植物而言,土壤就像是植被生長發育的溫床,不斷起到支撐作用,而且還提供了其生長發育所需要的水分、能量、營養物質。土壤在整個地球生態系統中的重要性不言而喻,在草原生態修復過程中應該得到足夠的重視。在草原生態修復工作中,應充分了解土壤的退化程度,因地制宜地采取措施才能收到良好效果。所以,在草原生態修復過程中不能簡單地看植被覆蓋度,應注重草地生態系統退化與生態演替的規律,要認識到土壤對草地生態系統修復的重要性,最終達到整體草原生態系統恢復。

  (作者系中國農業科學院草原研究所副所長林克劍和草原生態保護與恢復創新團隊成員丁勇、張玉娟)

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