我國草原現(xiàn)狀及生產(chǎn)力提升

張英俊　周冀瓊

合理有效地恢復和重建退化草原，將草原生態(tài)恢復與草地生產(chǎn)力提高緊密結合，在環(huán)境保護、生態(tài)保育的大前提下，大力推動環(huán)境友好、高產(chǎn)高效、可持續(xù)發(fā)展的草食畜牧業(yè)，是目前草業(yè)發(fā)展最為緊迫的任務之一。

一、我國草原現(xiàn)狀及存在問題

草地生態(tài)系統(tǒng)是我國陸地面積最大的生態(tài)系統(tǒng)類型，占國土面積的40.7%，大約為4億公頃，跨越多個水平和垂直氣候帶，自然條件復雜，植物資源數(shù)量巨大、種類繁多，是人類重要的天然物種基因儲存庫。根據(jù)不同的水熱條件和植被類型，我國天然草原主要被劃分為18類，其中高寒草旬草原類面積最大，為6372萬公頃，主要分布在青藏高原及新疆地區(qū)：其次為半溫性荒漠類，面積為4506萬公頃，主要分布在內(nèi)蒙古、甘肅、寧夏等地區(qū)，高寒草原類4162萬公頃，溫性草原類4110萬公頃，這三類各占全國草原面積的10%以上。（數(shù)據(jù)來源：《2016年全國草原監(jiān)測報告》，中華人民共和國農(nóng)業(yè)部）

由于不合理的放牧制度、盲目開墾、濫行樵采等人為原因，以及氣候變化所帶來的自然因素，導致我國已有90%的草地出現(xiàn)不同程度的退化現(xiàn)象，主要表現(xiàn)為草原面積減少、草地生產(chǎn)力下降、生物多樣性喪失、土壤侵蝕加劇，嚴重制約了草地生態(tài)系統(tǒng)的功能性和穩(wěn)定性。此外，我國草原放牧系統(tǒng)動物生產(chǎn)的總體水平嚴重落后于美國、新西蘭等發(fā)達國家。據(jù)統(tǒng)計，美國草原70%的家畜產(chǎn)出來自放牧，新西蘭反芻家畜95%的營養(yǎng)需求以及澳大利亞家畜90%的營養(yǎng)也來自放牧，人工舍飼的比例僅5%～30%。而我國僅有不到20%的畜產(chǎn)品由牧草直接轉化而來，80%以上的家畜生產(chǎn)依賴于人工舍飼，不僅浪費了現(xiàn)有的草原資源，而且大幅增加了家畜飼養(yǎng)的成本。因此，合理有效地恢復和重建退化草原，將草原生態(tài)恢復與草地生產(chǎn)力提高緊密結合，在環(huán)境保護、生態(tài)保育的大前提下，大力推動環(huán)境友好、高產(chǎn)高效、可持續(xù)發(fā)展的草食畜牧業(yè)，是目前草業(yè)發(fā)展最為緊迫的任務之一。

二、國內(nèi)外草原生產(chǎn)力提升措施及研究現(xiàn)狀

草原生產(chǎn)力提升通常稱為草原改良，國內(nèi)外常見的草地改良措施包括圍欄封育、補播、松土切根以及施肥灌溉等。一般而言，圍封改良可以給牧草休養(yǎng)生息的機會，為植物生長發(fā)育創(chuàng)造條件，但是恢復周期較長，難以在短時間內(nèi)提升牧草產(chǎn)量以及土壤結構。相比圍欄封育，對天然草地進行補播并配合適當?shù)暮笃诠芾?，簡單易行，投資少、見效快，在增加草層的植被組成、草地覆蓋度的同時，有效提高草地的生產(chǎn)力和營養(yǎng)價值。豆科牧草由于其自身固氮的特性成為草地補播的優(yōu)選牧草品種。豆科牧草通過固定大氣中的氮，并轉化為植物可利用氮素營養(yǎng)，相當于草地生態(tài)系統(tǒng)中的“天然氮庫”。在豆科與禾本科牧草混播草地中，豆科牧草不僅自身含有較高的蛋白含量，同時也能夠向周圍的非固氮植物提供氮素，從而改善整個草地群落的營養(yǎng)價值。早在20世紀初，許多高蛋白的優(yōu)質豆科牧草就開始被大量引入天然草地，利用豆科牧草補播改良天然草地，可使草地群落的垂直空間格局達到最佳狀態(tài)。

美國南達科他州的N，E，Hansen博士曾在1910年報道，在南達科他州大面積補播的野生黃花苜蓿起源于西伯利亞草原，是北美天然草地中極具價值的牧草品種，補播黃花苜蓿后的草地生產(chǎn)力提高261%。歐盟、新西蘭、澳大利亞等國家通過建立白三葉一黑麥草混播草地，并配合施肥、草田輪作等方式保證草地更新復壯，從而發(fā)展高度集約化的人工草地放牧系統(tǒng)，實現(xiàn)草畜高效轉化。其中新西蘭每年補播改良草地12萬公頃，目前占全國2/3的草地通過補播得到改良。我國內(nèi)蒙古、甘肅、青海、西藏等地區(qū)也針對不同類型的退化草地進行補播試驗，通過補播，可以大幅提高草地的生產(chǎn)力，改善牧草品質，在增加可食牧草種類的同時降低原有群落中的有毒有害植物。由于草地植被覆蓋度的增加，土壤養(yǎng)分和水分的流失得到有效控制。但是，由于缺乏適應性強的豆科牧草種質資源及配套的管理措施，補播的豆科存在競爭力弱、擴散困難等問題，易受到來自原生植被的競爭排除，難以在天然草地中維持較高的比例。

三、補播改良的研究基礎和實例

（一）補播改良的研究基礎

土壤中的氮磷含量是決定補播牧草存活以及草地生產(chǎn)力、多樣性、土壤微生物群落的關鍵驅動因素。較低土壤氮磷比有利于生長速率快的植物生長，這類植物往往具有發(fā)達的根系，或者自身具備生物固氮的潛能；反之，當環(huán)境中氮磷含量比較高時，一些生長較慢的叢生型植物可以通過根系或者根部共生體——叢枝菌根真菌（AMF）汲取土壤中有限的磷，從而滿足自身的生長需要。通過溫室氮添加模擬研究發(fā)現(xiàn)，在低氮環(huán)境下，AMF可促進闊葉草幼苗在群落中的生長：隨著施氮量的增加，C₃禾草在群落中的比例增加，而AMF與非固氮雜類草之間的共生關系減弱，不利于草地物種多樣性的維持。進一步通過原位控制實驗發(fā)現(xiàn)，AMF在土壤氮磷化學計量比高于1：3時能顯著提高草原生產(chǎn)力，在較高施磷（P₂O₅ 94，5～378.2 kg/hm²）水平下，AMF有助于維持豆科牧草的豐富度及草地群落的穩(wěn)定性。

另外，不同退化程度的草地會形成大小不一的空斑，在退化草地上進行補播，種苗會受到空斑的干擾。由于不同物種對萌發(fā)的環(huán)境具有較強的異質性，因此植物群落中的某一特殊物種只有在存在足夠多的適合其生長的空斑微環(huán)境下才會持續(xù)發(fā)育和繁殖。與有植被覆蓋的草地相比，空斑降低植物問對光照、養(yǎng)分或水分的種間競爭，同時改變土壤溫度，從而提高植被從種子更新、建植到形成植物體的能力。通過原位模擬不同的草地退化程度，我們發(fā)現(xiàn)輕度退化的草地形成的小空斑（直徑≤10cm）為補播苜蓿提供了最適的光照強度和土壤水分，顯著提高了植株的出苗數(shù)、存活數(shù)、生物量，以及根系結瘤數(shù)；而中度及重度退化草地形成的直徑≥20cm的空斑更適合補播的禾本科牧草（如羊草和無芒雀麥）的出苗和建植。大空斑中較大的土壤溫差有助于禾本科牧草種子打破休眠，快速出苗。除此之外，相鄰植物根系隔離可減輕原生植被根系對補播禾草地下部的競爭作用，利于補播禾草的長期維持。

（二）補播改良的實例研究

在前期的理論研究支持下，針對目前在天然草地補播豆科的技術難點，我們選擇了一種優(yōu)質野生的豆科牧草——黃花苜蓿（MedJcaEo sativassp，falcata）進行補播。黃花苜蓿是一種重要的野生豆科牧草，廣泛分布于歐、亞兩洲，同時在我國新疆天山以北，甘肅河西走廊地區(qū)，內(nèi)蒙古的呼倫貝爾市、錫林郭勒盟、赤峰市等地有大面積的野生分布，具有抗寒、抗旱、耐踐踏、壽命長等特點，適宜在寒冷、干旱地區(qū)生長，成為中國北方高寒地區(qū)天然草地補播的首選優(yōu)良豆科牧草。實驗開始于2013年7月，在盡量不破壞或少破壞原生草地的前提下，運用圓盤式免耕補播機對內(nèi)蒙古呼倫貝爾謝爾塔拉草場的6畝退化天然草地免耕補播了野生的黃花苜蓿。由于野生黃花苜蓿的種子產(chǎn)量較低，成本高，難以獲取，實驗同時選取了另一種與黃花苜蓿表現(xiàn)相近的紫花苜蓿品種WL168（MedicaEo sativa SSp，）。與黃花苜蓿相同，WL168也是一種根蘗型苜蓿，具有發(fā)達的匍匐根系，可通過側根進行自我繁殖。WLl68抗寒性極強，是我國東北地區(qū)人工草場廣泛種植的苜蓿品種之一。此外，考慮到土壤中的有效磷含量不足通常是限制豆科牧草建植和維持的主要因素之一，為保證苜蓿在天然草地的成功建植，我們對補播地施用過磷酸鈣，以此來緩解當?shù)夭莸亓姿厝狈Φ牟焕绊憽?/p>

通過五年的連續(xù)觀測，呼倫貝爾地區(qū)草地補播的兩種苜蓿的越冬率均在90%以上。與不補播的原生草地相比，補播黃花苜蓿后的草地的地上生物量平均增加了34%，而補播紫花苜蓿后的草地的地上生物量在2014～2016年問平均增加了15.23%。補播苜蓿在增加草地生產(chǎn)力的同時，也大幅提高了牧草的品質，增加了牧草中的粗蛋白含量（CP）以及牧草的相對飼用價值（RFV）。補播黃花苜蓿或紫花苜蓿的草地群落粗蛋白含量在2014年最高可分別達到15.93%和15.30%，而未經(jīng)補播的牧草粗蛋白含量僅為10.60%。相比不補播的草地，補播黃花苜蓿和紫花苜蓿的RFV平均提高了8.73%和4.71%。

磷肥施加不僅有效促進了兩種苜蓿在原生草地的建植和維持，并且也大幅增加了牧草的營養(yǎng)價值。通過分析發(fā)現(xiàn)，補播苜蓿并沒有對原生草地的物種多樣性、群落穩(wěn)定性以及物種豐富度產(chǎn)生顯著影響。此外，補播豆科大幅提高了土壤中全氮、有機碳以及微生物碳的含量，有利于土壤養(yǎng)分及微生物群落的維持。

在此研究基礎上，我們于2017年7月在呼倫貝爾地區(qū)進行了大面積的苜蓿補播。根據(jù)補播地的地形和氣候條件，升級了補播設備，用氣力輸送式精密補播機，配合倒T型開溝器，對100畝的退化草場進行苜蓿補播，播種時將種子和磷肥以1：3的比例進行混合播種。與此同時，采取同樣的設備和技術，對黑龍江省大慶市綠色草原牧場的300畝退化草地也進行了苜蓿的免耕補播。截至2017年8月底，無論是呼倫貝爾地區(qū)還是大慶綠色草原牧場，新補播苜蓿出苗整齊，長勢良好，生長40天后平均株高達到12cm。

四、我國草原改良的建議

（一）加大投資草原生產(chǎn)力提升工程

在過去50年中，歐美等發(fā)達國家通過不同的草原改良措施，使草原的生產(chǎn)力提升了5～10倍。我國草原面積廣闊，存在巨大的增產(chǎn)潛力。國家應加大對草原生產(chǎn)力提升工程的投資力度，整合多項草原培育技術，對不同類型及退化程度的草原進行針對性治理?？梢詫⒌彤a(chǎn)農(nóng)田通過輪作的方式逐步轉變?yōu)楦弋a(chǎn)飼草地：在南方草山草坡種植“白三葉+黑麥草”或其他適宜當?shù)貧夂虻乩憝h(huán)境的豆禾混播草地，形成高產(chǎn)的人工草地放牧系統(tǒng)：對北方輕度或中度退化的典型草原實施圍封培育，對中度退化的草旬草原實施切根或淺耕翻，對荒漠草原實施大面積飛播種草，對降水條件較好的草旬草原實施補播優(yōu)質牧草（特別是豆科牧草）+施肥的管理手段，充分發(fā)揮各類草原的增產(chǎn)優(yōu)勢。不僅要注重前期治理，而且要對改良后的草原進行長期的有效管理，堅持“建設一片，保護一片”的原則。

（二）加大科技支撐，實施重大科技專項

草原改良猶如農(nóng)作物栽培，是草原合理利用的前提條件。因此，國家應加強對草原生產(chǎn)力提升的科技支持，設立國家專項基金，研究和揭示不同類型草原生產(chǎn)力提升技術和機制，為退化草原改良提供科學依據(jù)和保障：加強適應性強、營養(yǎng)價值高的飼草種質資源的培育：提升種子丸衣化技術，研制開發(fā)牧草專用生物種衣劑；深入探究土壤微生物與草原植物問的雙向調控機制，以及土壤微生物與施肥之間的耦合機理，研制開發(fā)用于提升草原生產(chǎn)力的高效、經(jīng)濟、環(huán)保的生物肥料：加大對草食畜牧業(yè)機械化發(fā)展的研發(fā)支撐，形成草畜一體化產(chǎn)業(yè)，實現(xiàn)種植一收獲一加工一養(yǎng)殖的全程機械化管理，提高草畜生產(chǎn)轉化效率，最終實現(xiàn)草地高效生產(chǎn)，為我國草原可持續(xù)發(fā)展和牧民增收奠定基礎。

責任編輯：周立新 馬莉莎