栽培草地與食物安全

沈禹穎　楊軒　李向林　任繼周

作者簡介：

任繼周，中國工程院院士，教授，博士生導師。蘭州大學草地農業科技學院名譽院長、草地農業生態系統國家重點實驗室學術委員會委員、中國草學會首席顧問。主要學術成就為建立了我國高山草原改良利用的理論體系和技術措施，提出草原綜合順序分類法、草原季節畜牧業、草地農業系統理論、畜產品單位，開展草坪應用研究等。主持完成的科研項目先后獲國家科技進步二等獎一項、三等獎兩項、省部級科技進步一等獎兩項等多項獎勵。1991年被評選為國家有突出貢獻的優秀專家，1999年獲何梁何利基金科學與技術進步獎，2000年被國家授予全國農業科技先進工作者等。新西蘭梅西大學出資設有任繼周教授獎學金，專門用以資助中、新兩國農業領域內學者、學生的交流。

沈禹穎，博士，草業科學博士生導師，現任蘭州大學草地農業科技學院副院長，中國草學會草地生態專業委員會主任委員，草業科學國家級實驗教學中心副主任。主要從事栽培草地資源利用與管理的研究與教學，主持或參加省部級科研項目和國際科研合作項目任務等二十余項。發表論文100余篇，主編、參編專著5部，獲省級科技進步一等獎（第1）和國家教學成果特等獎（第6）。

楊軒，1988年生于寧夏銀川市，2014級草業科學博士研究生，研究方向為草地經濟與管理。

什么是栽培草地？

栽培草地亦被稱為人工草地（tame grassland，sown grassland，seeded grassland），是利用綜合農業技術，在完全破壞原有植被的基礎上，通過播種建植的新的人工草本群落[1]，可用來提供青飼、調制干草或放牧利用；就其生態學本質，是取代原生植被的處于人為農作措施維護下的群落[2]。栽培草地的生產以收獲植物莖葉營養體為目的，與收獲籽粒為目標的顆粒作物相比，牧草在生長期內對于水、熱、光、氣等氣候資源和土地資源的時間性匹配要求不高，可在全年內比較充分地利用氣候和土地資源，生產較多的有機物質產品[3]。

我國是草地資源大國，擁有各類天然草地面積近4億公頃，位居世界第二，覆蓋了2/5的國土面積。由于長期過牧，投入不足，90%草地已經發生不同程度的退化[4]，直接影響到國家的生態環境和邊疆穩定，為此，國家于“十二五”期間實施草原生態保護補助獎勵機制政策，置草地生態功能優先，生產生態有機結合，具體做法是減輕天然草地的放牧壓，恢復草地生態。然而，改革開放近40年來，我國社會食物結構發生了明顯的變化：居民人均牛、羊肉消費在肉類消費的比重從1978年的6%左右增加到了2014年的14%左右，分別增加了20倍和15倍之多，人均奶類消費從20世紀80年代初開始迅速增長，目前每年進口乳制品折合牛奶約1200萬噸，占全國奶類消費量三分之一，為實現減畜不減肉的方針，向牛羊等草食家畜的養殖提供優質的牧草，建植栽培草地是恢復草原生態環境并促進畜牧業持續發展的重要手段，也是促進我國農牧業經濟較快發展、保障農民收入穩定增長、滿足肉類、奶類產品有效供應，從而保護食物安全的最有效途徑[5]。

1.國內外栽培草地的發展狀況

栽培草地的種植規模和生產水平，是衡量一個國家草業、畜牧業發達程度的重要指標，建立栽培草地可以大幅度提高草地生產能力、改善草地質量，產草量一般比天然草地高2-5倍。在畜牧業發達的國家和地區，栽培草地所占比例較高，建植面積占總草地面積的比例多在20%-70%之間，甚至更高[6]，如荷蘭人工栽培草地的種植面積達到草地面積的80%以上，法國、德國等國家也已占到60%以上[7-8]。澳大利亞是全球第一草地大國，人工栽培草地面積達到3000萬公頃，占草地面積的58%[8]。新西蘭全國國土面積26.8萬平方公里，栽培草地面積卻達1200萬公頃以上，占草地面積的69%[8]。美國畜牧業產值穩占農牧業總產值50%以上，永久草地占國土面積的26.5%，有人工栽培草地2467萬公頃，約占草地總面積的20%，其中苜蓿（Medicago sativa）是最重要的栽培牧草，種植面積在900萬公頃以上[8]。歐洲的草地總面積超過9000萬公頃，占整個農業用地的1/3以上，生產性草地畜牧業的主要地區位于北緯45度至于55度之間[9]；由于優良的生產工藝、生產技術和科學的草地與家畜生產管理，使這些農牧業發達的國家地區內人工栽培草地的建植比例每增加1%，草地動物生產的產能則會增加4%以上[10]，再加上景觀產能、復合農業產能等，栽培草地可提供的生產潛力極大。

我國草地總面積近4億公頃，但人工栽培草地總面積僅有2000余萬公頃[11]，僅占可利用草地面積的5%左右[12-13]。相比農牧業發達的世界其他國家，單位面積草地的畜產品生產水平也很低，只相當于新西蘭的1/80，美國的1/20，澳大利亞的1/10[8]。

我國多年生牧草的總栽培面積一直存在波動，最高峰出現在2003年-2004年，為1848萬公頃和1858萬公頃，至2013年，總種植面積僅有1627.27萬公頃。一年生牧草的種植面積總體處于緩慢上升的趨勢，由2003年的227.13萬公頃逐漸上升至2013年的459.11萬公頃，種植面積翻倍，但是總體種植面積相比多年生牧草仍然較低。近十三年來全國各年多年生栽培牧草的建植面積均顯著高于一年生牧草（圖1）。在我國應用最廣泛多年生栽培牧草的主要為紫花苜蓿[14-15]，一年生牧草的種類則較為繁多，包括白三葉（Trifolium repens）、紅三葉（Trifolium pratense）、黑麥草（Lolium perenne）、燕麥（Avena sativa）、青貯玉米（Zea mays）和披堿草（Elymus dahuricus Turcz）等以豆科、禾本科為主的牧草[13]；不同地區針對氣候條件、土地條件、當地優勢牧草種和牧草品種等方面差異，種植的栽培牧草品種也不一樣。

紫花苜蓿又稱“牧草之王”，是全世界栽培歷史最悠久、面積最大、利用最廣泛的一種豆科牧草， 也是研究最多的牧草之一[14，16]，在世界范圍內廣泛種植，總面積達到3000萬公頃以上。紫花苜蓿耐干旱、耐寒、耐貧瘠、耐鹽堿、地面覆蓋率大、適應性強、草量和蛋白含量高，同時又有較好的潛在土壤改良能力等特點，因此其在我國農業可持續發展、生態環境建設、農業結構調整中日趨重要[15]。我國種植苜蓿面積最大的地區為甘肅，總種植面積74.67萬公頃，種植面積達到50萬公頃以上的還有陜西、內蒙古和新疆，種植面積分別為63.63萬公頃、62.96萬公頃和51.20（圖2）。

2.栽培草地還具有重要的生態功能

目前，我國農業生態環境面臨嚴峻挑戰，南方山地丘陵區和黃土高原區的水土流失，北方農業灌溉區的土壤鹽漬化，以及長期耕種、使用化肥帶來的土壤肥力下降、土壤污染，水資源短缺等問題十分突出，嚴重影響農業的可持續發展。合理的栽培草地建植，可顯著提高土壤質地和土壤肥力，擁有良好的水土保持功能[17]，特別是對于干旱少雨的農業地區來說，建植多年生栽培草地不僅有利于該類地區農牧業經濟的可持續發展，同時也有助于指導退化草地生態系統恢復和重建，改善和優化該地區生態環境[18-19]。研究證明，在農區推廣草田輪作、糧草間作和休耕種草等模式，具有改土肥田、提升地力的作用，對提高土壤肥力具有重要意義[20-21]，裸地種草的水土保持效果顯著，有研究顯示，裸地種植雀麥（Bromus japonicus），其保水能力為96.5%，固土能力為99.9%，擁有明顯的水土保持效果[22]；王俊鵬等[23]的研究也表明，草地相比裸地可大大減少水土流失量，甚至可減少99%以上。

栽培草地的生態功能還體現在凈化土壤、改良土壤方面，建植冰草（Agropyron cristatu）、酢醬草（Oxalis corniculata）、披堿草、白三葉4種草皮緩沖帶，對農田徑流中總氮的平均去除率在30%以上，對懸浮固體顆粒物的平均去除率達73.6%[24]；而冰草、高羊茅、披堿草、紫花苜蓿4種草皮緩沖帶對總氮的平均去除率在60%以上，對總磷的平均去除率達79.3%[25]。速生且生物量大、繁殖力強的草地植物也可用于農業有機廢棄物吸納和環境污染的治理，如香根草對養殖廢水中總氮、硝態氯、總磷的凈化效果均在70%以上[26]。同時，很多草地植物對鹽堿土壤具有明顯改良作用，如星星草可在pH值10.0以上的堿斑地上正常生長發育[27]。寧夏干旱農業區的鹽堿地經建植為紫花苜蓿、沙打旺等栽培草地后，土地的鹽堿化程度也均有明顯改善[28]。

綜上所述，由于防沙固土、涵養水分和培肥地力等功能，合理建植栽培草地可顯著改善生態環境、保障食物安全，大力發展農區草業、對維護生態系統健康、提升生態系統服務功能具有重要意義[29-30]。

3.栽培草地應該種在哪兒？

我國大多數耕地以生產糧食作物為主，但是栽培草地仍然有巨大的種植空間。以籽粒生產為主的傳統農業中，農作物必須完成整個生育期以成功收獲籽粒產品，從而在氣候上受到地域、季節差異的較大制約，因此中低產田、冬（夏、秋）閑田、輪歇地、四邊地、灘海涂地、林（果、茶）間地等，都是不適于糧食生產或者不能很好利用的土地資源[3]。牧草生產，在整個生長期內任何時候都可以收獲而獲得經濟產量，與收獲籽實的籽粒農作物生產相比，栽培草地生產對氣候和土地資源的利用效率更高，因此中低產田、農閑田等土地資源都是農區草業發展的重要生產資料。從近期規模化發展的需要和可行性來看，農閑田種草系統擁有著極大的牧草生產潛力，該系統主要涉及的土地類型主要包括冬閑田和夏秋閑田。農閑田，特別是南方地區的冬閑田，是牧草生產的寶貴土地資源。冬閑田地勢平坦、土壤肥沃，牧草生產潛力巨大。

據全國畜牧總站統計，2013年全國各省市區冬（夏、秋）閑田面積達到997.33萬公頃，其中冬閑田面積886.41萬公頃；農閑田中已用于種植牧草的面積86.97萬公頃，僅占8.72%。廣東、四川等地區的實踐表明，水稻收割后，種植一年生黑麥草每公頃干物質產量達15噸，相當于1噸飼料糧。如果將我國的冬（夏、秋）閑田利用率提高5%（面積約49.87萬公頃），用于種植高產優質牧草，可增收牧草干物質748.05萬噸左右。由表2可知，我國農閑田可利用面積極高，各地區平均可利用農閑田面積達到55.21萬公頃，若將這些農閑田全部建植為栽培草地生產利用，總面積將達到1324.92萬公頃，相當于目前現有的栽培草地面積的60.9%。不少栽培草地面積較小的地區擁有較大面積的可利用農閑田，例如福建、湖南，可利用農閑田面積分別達到184.00萬公頃和124.47萬公頃，貴州和四川有可利用農閑田為60.20萬公頃和147.19萬公頃。但各地區對農閑田的實際利用卻較低，僅有四川的已利用農閑田面積達到66.33萬公頃，其余地區包括福建、湖南等可利用農閑田面積較大的地區，均小于20萬公頃，使得農閑田利用率十分不理想，除四川，西藏、青海、新疆的農閑田利用率可達到40%以上，其他地區的利用率在30%以下。吉林、福建、山東、湖南、廣西、海南可利用農閑田均超過30萬公頃，然而這些地區的農閑田利用率卻均小于3%，說明長期以來，農業生產者一直沒有利用好可產出巨大產值的農閑田這一重要的土地資源。若將我國現有的未利用農閑田面積全部利用，用于種植高產優質牧草，則相當于增加1154.27萬公頃的草地面積，可增收牧草干物質1.43億噸。按照10公斤牧草干物質轉化1公斤牛羊肉計算，理論上可增加生產1430萬噸牛羊肉，已利用農閑田的產品也可進行加工制作成高質量草產品，或者開發旅游資源等。總體來說，我國栽培草地的建植生產潛力極大，擁有不可忽視的潛在生態效益和經濟效益。

4.栽培草地有哪些形式？

在我國農區栽培草地建植生產的實現形式十分多樣化。一般認為的栽培草地是在天然草地或裸地的基礎上，通過人為農業措施的干預，以生產草產品和畜產品為主要生產目的建植的人工草本群落，其利用方式為草地放牧、牧草刈割加工，包括以單播或混播為形式的一年生栽培草地和多年生栽培草地[31-32]。

單一人工栽培草地的生產方式必然會占用一定農業土地面積，所以農區主要采用草田輪作的形式建植栽培草地。輪作是一種在同一田地上有順序地輪換種植不同作物或輪換采用不同復種方式的種植方式，是農田用地和養地相結合、提高作物產量和改善農田生態環境的一項農業技術措施[33]。草田輪作具有培肥地力、增加作物產量、減少病蟲害、提高農業綜合生產效益等優點[34]，同時也擁有防止水土流失的作用；草田輪作制度不僅在美國、澳大利亞等草業發達的國家地區廣泛采用[35-37]，也在我國有不少地區實行[38-39]。

以青貯玉米為主的飼料地建植也屬于單一的人工栽培草地生產方式；目前我國灌溉技術已經比較成熟，但是玉米需水較多，對土壤水分要求較高，旱作條件下青貯玉米地產量的年際間差異較大[40]。根據合理的建植生產方式，例如合理混播或合理施肥，可擁有較大的產能和潛在生產能力[41-42]。

林下種草屬于栽培草地生產的實現形式之一。通過當地特色禽類品種和林下空間種植合理搭配的牧草、果樹，充分利用林下草莖、草籽、林下昆蟲，或結合人工飼養大麥蟲、蚯蚓等作為禽類的等的高蛋白活飼料[43]，林下種草增加了植被覆蓋尤其是貼地覆蓋，不但抑制雜草，還可制約劇毒農藥在果園的施用，降低家禽圈養時因高溫、高濕、通風不良等引起的疾病，為生產綠色果品、肉品、蛋品創造了條件[44]。還可以提供果產品、木材、禽類產品，更可充分利用土地資源，提升土地利用效率和經濟效率，形成了“資源-產品-再生資源”的反饋式流程，具有高利用、低排放的特點，通過林下種草、坡面種草等措施，可大大減少地表徑流及徑流對坡面的沖刷，從而保水蓄土[45-46]。

5.發展栽培草地的前景

自古以來，中國一向國高度重視糧食生產，墾草種糧始終是我國農業發展的基本思路。受傳統農耕文化的影響，發展農區草業，用種植糧食的部分土地種植牧草，這對包括一些農業領域的學者在內的很多人來說是難以理解和接受的，有關農業發展的思維仍然停留在以往以解決溫飽問題的時代。面對我國快速的食物結構變化，我國的農業結構調整卻嚴重滯后，急需調整。自新中國成立后，種植業“以糧為綱”，養殖業“以豬為綱”，種糧養豬能夠享受許多政策補貼和優惠。但是由于長期追求糧食高產，農業生產過量灌溉、施用化肥、農藥，嚴重污染水土資源且過量消耗水土資源，一系列的鏈接響應導致食品安全沒有充足的保障，從而影響全民健康。可以說，對于草地產業發展的觀念不健全是目前我國草地產業存在的一大重要問題，社會大眾未充分認識到中國食物消費結構的巨大變化以及生態文明和可持續發展對未來農業發展的重要性[47]，使草地產業的健康發展存在相當大的阻力。

從上世紀80年代老一輩草業科學家們“立草為業”理念的提出，到1992年國務院先后多次下發文件予以頂層設施，相繼出臺實施了西部大開發、退耕還林還草、草原生態保護補助獎勵機制等政策，糧、經、草“三元”種植結構逐步調整，使現代化農業的諸多不足正在得到彌補，農業的質量效益不斷提高，草地農業也逐漸有了雛形。近年來在政策方面國家和地方各級部門對草地農業逐漸提起了高度的重視：2011年11月，農業部、財政部聯合向國務院上報《關于實施“振興奶業苜蓿發展行動”的請示》。2012年“中央一號文件”決定啟動“振興奶業苜蓿發展行動”，中央財政決定在2012年至2015年每年安排5.25億元用于支持建設50萬畝高產優質苜蓿示范片區。在2015年“中央一號文件”明確提出，“加快發展草牧業，支持青貯玉米和苜蓿等飼草料種植，開展糧改飼和種養結合模式試點，促進糧食、經濟作物、飼草料三元種植結構協調發展”。十三五規劃提出，“開展大規模國土綠化行動，全面擴大退耕還林還草，加強草原保護，農業方面要積極探索實行耕地輪作休耕制度，優化農業生產結構和區域布局，推動糧經飼統籌、農林牧漁結合、種養加一體、一二三產業融合發展，走產出高效、產品安全、資源節約、環境友好的農業現代化道路”。中央的相關方針和政策是在充分考慮我國食物消費結構變化的基礎上制定的，可為農業結構調整及農區草業的發展提供難得的機遇和巨大推動力。

從技術層面來看，我國草產業發展程度還較低，生產力與發達國家相比差距很大，無法滿足現今國家的發展需要[48]，大量飼草依靠進口[6]。例如紫花苜蓿生產：國內種植面積較大的地區單位產量均欠佳，種植面積在50萬公頃以上的地區，單位面積產量不超過40千克/公頃之間。相反，一些紫花苜蓿種植面積較小的地區卻有很高的單位面積產量：種植面積僅有0.33萬公頃的江蘇，單位面積種子產量高于100千克/公頃。總體來看，我國西北地區紫花苜蓿的種植面積較高，但是生產水平較低。這是由多方面原因造成的：如年際間降水變異大、水土流失較為嚴重、機械化比例小等[49-50]，特別是在紫花苜蓿適宜種植的黃土高原地區，以上問題凸顯的更為嚴重[51]。我國草地產業對現有資源利用不充分，大量可利用的農閑田、土地資源未能充分利用，退化后的天然草地還未及時恢復生態[3]；通過農閑期建植栽培草地、草田輪作等方式提高資源利用效率，建立合理的生產管理流通系統，可提供極大的經濟效益和生態效益。此外，我國在牧草種子生產方面也較為薄弱，大多數地區的牧草種子生產田面積不超過一萬公頃，一些地區，包括栽培草地面積較大的新疆，完全不進行牧草種子生產，對于牧草種子的需求依靠國內外進口滿足，缺乏基礎的生產資料來源，使我國栽培草地生產持續性不足。與國外相比，我國栽培草地建設的相關研究也起步較晚：在上世紀80年代時，發達國家已擁有較為完整的先進的栽培草地建植管理系統，而我國的相關研究尚處于起步階段[52]；直到21世紀開始，國內栽培草地的研究才開始進入到快速發展階段[53-55]。

6.結論

在我國食品消費結構劇變和國家政策大力支持的大環境下，草業發展是食物安全穩定的關鍵所在。大力發展多種形式的栽培草地生產可大幅度增加我國飼草供應，滿足日益增長的草產品需求，同時有利于保持水土、培肥地力、減少農藥化肥施用，從而保護和改善農業生態環境。目前我國栽培草地面積比例相對較小，僅有2086.37萬公頃，且生產水平較低，可提供的產能十分有限，但是同時由于大量農閑田、輪歇地、四邊地、灘海涂地、林（果、茶）間地等可利用土地，使栽培草地的擴展擁有很大潛力，將我國現有的未利用農閑田面積全部利用，用于種植高產優質牧草，相當于增加1154.27萬公頃的草地面積，可提供極大的經濟效益和生態效益，對建立環境友好型的農業體系、建立生態文明、維護國家食品安全、促進農牧產業健康發展等具有重要意義。

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