我國退化草地修復技術研究進展

閆曉紅 伊風艷 邢旗 展春芳 楊鼎 陳翔 仝偉 王慧敏 孫海蓮

摘要?草地是牧區生活、生產的重要物質基礎，是生態安全的重要保障。目前我國草原退化面積大、分布廣，加快開展退化草地修復已成為生態治理的重要任務之一。通過文獻資料查詢，對我國退化草地的基本現狀及研究基礎進行了簡單介紹，著重分析了現有的主要自然修復措施和人工干預修復措施，分析結果顯示：圍欄封育、輪牧、休牧、禁牧等自然修復措施對退化草地修復有著重要的意義，適用于各類型的草地，是退化草地植被和土壤恢復的有效措施，但不同類型不同退化程度的草地圍封、禁牧后應視恢復狀況進行合理利用;免耕補播、施肥、淺耕翻、劃破草皮、切根等人工干預修復措施是中重度退化草地植被和土壤恢復的更重要更有效的措施，但修復應用時需根據不同的草地類型、不同的自然條件等情況，因地制宜地選擇使用。最后對當前退化草地修復和修復后利用研究進行了思考和展望，期望能為退化草地生態系統恢復與治理提供借鑒。

關鍵詞?退化草地;修復;技術措施

中圖分類號?S812.6文獻標識碼?A文章編號?0517-6611（2020）07-0030-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.07.009

Research?Progress?on?Restoration?Technology?of?Degraded?Grassland?in?China

YAN?Xiaohong1，2，YI?Fengyan1，2，?XING?Qi3?et?al

（1.?Inner?Mongolia?Academy?of?Agricultural?and?Animal?Husbandry?Sciences，?Hohhot，?Inner?Mongolia?010031;2.?Inner?Mongolia?Prataculture?Research?Center，?Chinese?Academy?of?Sciences，?Hohhot，?Inner?Mongolia?010031;3.?Inner?Mongolia?Mongolian?Grass?Ecological?Enviroment?（Group）?Limited?by?Share?Ltd.，?Hohhot，?Inner?Mongolia??010010）

Abstract?Grassland?is?an?important?material?basis?for?living?and?production?in?pastoral?areas?and?an?important?guarantee?for?ecological?security.?However，?at?present，?the?grassland?degradation?area?in?China?is?large?and?widely?distributed，?and?accelerating?the?restoration?of?degraded?grassland?has?become?one?of?the?important?tasks?of?ecological?management.?This?paper?briefly?introduced?the?basic?status?and?research?basis?of?degraded?grassland?in?China?through?literature?search，?and?mainly?analyzed?natural?restoration?measures?and?manual?intervention?and?restoration?measures.The?results?showed?that?natural?restoration?measures?such?as?fence?enclosure，?rotational?grazing，?rest?grazing，?and?grazing?prohibition?had?important?significance?for?the?restoration?of?degraded?grassland.?They?were?applicable?to?all?types?of?grassland?and?were?effective?measures?for?vegetation?restoration?and?soil?restoration?in?degraded?grassland，?but?different?types?were?degraded.?Degraded?grassland?of?different?types?and?different?degrees，after?enclosure?and?grazing?prohibition，?reasonable?use?should?be?made?according?to?the?recovery?situation.?Manual?intervention?and?remediation?measures?such?as?notillage?replenishment，?fertilization，?shallow?tillage，?turf?cutting，?and?root?cutting?were?more?important?and?effective?measures?for?vegetation?restoration?and?soil?restoration?in?moderately?and?severely?degraded?grasslands，?but?the?repair?application?should?be?based?on?different?grassland?types，?different?natural?conditions，?etc.，?should?be?selected?according?to?local?conditions.?At?the?end?of?this?paper，?the?current?research?on?the?restoration?and?utilization?of?degraded?grassland?was?considered?and?prospected，?and?it?was?expected?to?provide?reference?for?the?restoration?and?treatment?of?degraded?grassland?ecosystem.

Key?words?Degraded?grassland;Restoration;Technical?measures

基金項目?國家重點研發計劃“北方農牧交錯帶草地退化機理及生態修復技術集成示范（陰山北麓農牧交錯區風蝕草地治理技術與示范）”（2016YFC0500705）;內蒙古自治區博士基金項目“直立型扁蓿豆四倍體的誘導研究”（2019BS03032）;內蒙古自治區科技重大專項子課題“栽培牧草區域適應性研究及內蒙古人工草地潛力分析”。

作者簡介?閆曉紅（1986—），女，內蒙古錫林郭勒盟正鑲白旗人，畜牧師，碩士，從事牧草遺傳育種研究。

通信作者，伊風艷，副研究員，博士，從事牧草遺傳育種研究;孫海蓮，研究員，博士，從事旱生牧草選育與生態修復研究。

收稿日期?2019-10-10;修回日期?2019-10-24

草地退化導致了一系列的生態環境和社會經濟問題。據聯合國資料顯示，退化草地修復與重建是當前草地生態系統研究的熱點問題之一，已受到了世界范圍的廣泛關注。關于“草地退化”的定義，諸多的專家學者從不同角度給出了不同的釋義。李博[1]從生態系統演替的過程定義“草地退化指草地生態系統逆行演替的一種過程，在這一過程中，該系統的組成、結構與功能發生明顯變化，原有的能流規模縮小，物質循環失調，熵值增加，打破了原有的穩態和有序性，系統向低能量級轉化，亦即維持生態過程所必需的生態功能下降甚至喪失，或在低能量級水平上形成偏途頂極，建立了新的亞穩態”;孟林等[2]從草地承載力的角度定義“草地退化是指草地承載牲畜的能力下降，進而引起畜產品生產力下降的過程”;馬志廣等[3]從物質與能量守恒的角度定義“草地退化就是草地生態系統中能量流動與物質循環的輸入與輸出之間的失調，它們的規模縮小，系統的穩定與平衡受到破壞，表現在產量降低，草群變矮、變稀以及種類成分的改變和飼用價值的變劣”;辛有俊等[4]從退化的成因和結果定義“草地退化是荒漠化的主要表現形式之一，是由于人為活動或不利自然因素所引起的草地（包括植物及土壤）質量衰退，生產力、經濟潛力及服務功能降低，環境變劣以及生物多樣性或復雜程度降低，恢復功能減弱或喪失恢復功能”;劉鐘齡等[5]從草地經營利用的角度定義“草地退化是與經營利用密切相關的一種生態演替過程，即草地有效生產力衰退”等。無論是從哪個角度定義，都反映出草地退化將使草地生態系統穩定性和功能下降，表現在草地生產力、草群結構及功能等多個方面。針對我國目前退化草地修復問題，筆者通過中國知網文獻查詢，總結分析我國已有的退化草地修復技術措施，希望為退化草地修復工程提供技術支撐，為因地制宜、精準開展退化草地修復奠定基礎。

1?我國草地退化現狀

1.1?基本概況

我國擁有天然草地3.928億hm2，約占全球草地面積的12%，是世界第二大草地資源大國[3，6]。根據國家林草局最新公布數據，我國草地資源面積是各類土地資源面積中最大的，占國土面積的40.9%，是耕地面積的2.91倍、森林面積的1.89倍。我國以傳統的天然草地為主，主要包括溫帶草原、高寒草原和荒漠區山地草原。溫帶草原主要位于內蒙古高原、黃土高原北部和松嫩平原的西部，受水熱條件影響，分布有草甸草原、典型草原和荒漠草原三大類型[3]。高寒草原位于我國青藏高原地區，東部半濕潤區和西部半干旱區主要為高寒草甸、高寒草原。荒漠區山地草原分布于新疆的天山、阿爾泰山和昆侖山等山系。我國草原從東到西綿延4?500余?km，跨越多個氣候帶，孕育著豐富的植物種質資源。據第一次草地資源普查統計，僅草地飼用植物達246科1?545屬6?704種。然而，由于不合理的放牧制度、盲目開墾、濫行樵采等人為原因，以及氣候變化引起的季節性干旱、病蟲害等自然災害，導致我國到20世紀末21世紀初已有90%的可利用草地出現不同程度的退化，其中50%為中度及以上退化草地[3，7]。草地退化主要表現為草地植被覆蓋度降低、植物群落結構發生改變、物種多樣性減少、裸地面積增加及草地生產力下降等，并導致草地生態系統功能減弱，如水土流失保持力減弱，土壤養分水分下降等[1，7-10]。另外，有研究指出[11]，草地退化還會對氣候變化帶來影響，促使或加劇氣溫和地溫的升高。

1.2?退化成因

1.2.1?自然因素。

影響草地退化的自然因素主要為氣候條件（氣溫、降水等）和自然災害。有研究表明[12-15]，氣候環境對高原腹地植被具有控制作用，暖干化氣候模式下，高寒草甸植被群落主要為逆行演替。鼠蟲害等自然災害，也將加速草地的退化。據相關統計，1973年內蒙古錫盟太卜寺旗鼠災，每公頃草地可達11?209個鼠洞;1976年內蒙古蝗蟲災害草地危害面積達50.36萬hm2[16]。另外，2006年馮冰[17]研究發現甘肅省瑪曲縣有近90%的退化和沙化天然草地，由鼠害造成的牧草年損失約達23.57萬t，相當于4?310萬hm2的草地年產草量。因此，特殊的自然因素變化是導致草地退化的重要原因。

1.2.2?人為因素。

除自然因素外，超載過牧、亂開濫墾等人為因素是草地退化更直接更主要的原因[18-21]。一些研究表明[22-26]，重度放牧可改變植物群落物種組成，使優良牧草占比下降，毒害草及雜類草增多，草地高度、蓋度、密度及地上、地下生物量等明顯降低。梁瀟灑等[27]研究認為過度放牧不僅損傷植物地上生物量，而且對地下生物量的損傷可能更大。杜金燊等[12]研究認為長期過度放牧不僅降低草地生產力，還使草地生物多樣性減少，土壤養分和水分保持能力下降，土壤侵蝕和水土流失加重。Tang等[28]、王忠美[29]研究認為重度放牧會不利于草地生態系統碳匯，二氧化碳吸收潛力降低。另外，由于“以糧為綱”“牧民不吃虧心糧”“兵團建設”等歷史原因及經濟利益驅使，建國后我國草原曾被大面積開墾，草原生態遭到破壞，水土流失嚴重。以內蒙古為例，從20世紀60年代到90年代末30多年間可利用草地凈減少1?697萬hm2[30]。因此，人為不合理地利用給草地造成了巨大的損害，影響著草地生態系統健康可持續發展。

1.2.3?其他因素。

草地的退化除受自然和人為因素影響外，還有一些其他因素也是加劇草地生態環境惡化的重要原因。包紅霞[31]在研究中指出，建國后半個多世紀，內蒙古牧區人口增長約8倍，從20世紀60年代至90年代末，內蒙古天然草場面積減少了11.5%，其中可利用面積下降了247%。在草原畜牧業發展方面，我國牧區大部分仍粗放經營，面臨著發展生產、增加收入與保護環境的雙重壓力。與發達國家相比，我國草地畜產品生產技術與管理水平嚴重滯后。張英俊等[32]在發文中提到，我國不到20%的畜產品來源于草地放牧，而美國放牧畜產品達70%，新西蘭達95%。因此，因牧區人口激增、草地生產管理水平滯后等因素而引起的草地過度利用問題，也是導致草地退化的不可忽視的原因。

2?退化草地修復技術

退化草地修復是當前我國生態治理的一項重大工程，了解和掌握現有的技術成果是開展退化草地修復工作的基礎和技術保障，對其成功實施有著直接指導意義。通過查閱大量文獻發現，關于退化草地修復技術的研究主要從植被恢復和土壤修復兩個方面進行，一方面是開展草地保護下的自然修復措施，如圍欄封育、輪牧、休牧、禁牧等措施;另一方面是以人工干預為主的修復措施，主要包括補播、切根、淺耕翻、施肥等措施。

2.1?自然修復措施

受自然因素、人為因素及其他因素的影響，20世紀90年代我國天然草地出現了大面積退化，一些專家學者便開始進行草地保護與恢復建設的研究工作。21世紀以來，在自然修復措施方面，許多學者對不同地區不同退化類型的草地自然修復措施進行了研究。鄭翠玲等[33]以內蒙古呼倫貝爾沙化草地為研究對象，發現隨著圍封年限的增加，退化指示植物所占比例逐漸降低，建群種及優良牧草占比逐漸增加。接著，孫海軍等[34]在寧夏鹽池縣典型草原與荒漠草原過渡區進行封育研究獲得的結論與其類似。另外，閆虎等[35]以新疆伊犁昭蘇盆地退化草地為研究對象，也得出圍封使優良牧草占比增加的結論。李紅艷[36]在毛烏素沙地西南緣的封育草地研究發現，圍封除使草群物種多樣性、植物平均密度、喜食牧草數量、牧草產量增加外，還增加了土壤種子庫中種子萌發的種類和種子密度。史曉曉等[37]、梁瀟灑等[27]、張樹萌[38]還研究了圍封對種群間生態位、草地碳固持能力的影響，認為封育年限增加，草地生態系統種間競爭增加，封育有利于土壤碳的固定和土壤活性有機碳庫的積累，是恢復退化草地碳匯功能的有效措施。在新疆、青海、寧夏、內蒙古、吉林、四川等我國草原主要分布區域，針對不同退化類型草地，許多學者[39-46]都進行了圍封研究，也獲得了與以上結論類似的結果，一致認為圍欄封育是退化草地修復的有效措施，也可促進草地土壤發育，土壤微生物數量增加，土壤生物活性增強。同時，王巖春[46]、馬玉壽等[47]、賈宏濤[48]、Lawrence等[49]學者研究了輪牧、休牧和禁牧對退化草地恢復的作用，結果表明3種方式均可改善草群物種多樣性，增加地上生物量，碳匯價值呈現增加趨勢。綜上可知，自然修復措施對退化草地修復有著重要的意義，是退化草地植被和土壤恢復的有效措施。

2.2?人工干預修復措施

查閱現有文獻發現，免耕補播、施肥、淺耕翻、劃破草皮、切根等技術措施為當前主要的退化草地修復人工干預措施。楊增增等[50]以中度退化的高寒草地為研究對象，采用免耕補播垂穗披堿草（30?kg/hm2）、中華羊茅（4.5?kg/hm2）和冷地早熟禾（3.0?kg/hm2），并施加有機肥（300?kg/hm2）的方式進行草地修復，結果顯示補播顯著提高了草地植被蓋度、地上地下生物量及根冠比，對黑土灘草地植被恢復有顯著的作用。同年孫磊等[51]以西藏那曲地區安多縣高寒退化草地為研究對象，采用免耕補播細莖冰草、垂穗披堿草、無芒雀麥和冷地早熟禾進行草地修復研究，結果顯示免耕補播提高了退化草地的高度、蓋度和產量，增加了植物多樣性，并認為免耕補播是高寒退化草地有效的改良措施。楊文彥等[52]以松嫩平原西部重度退化的草甸草原為研究對象，采用松土補播草木樨、披堿草改良退化草地，結果表明輕重耙松土補播不僅可顯著提高牧草高度、蓋度和產量，還可改善草群結構和土壤結構，并使草群中優良牧草的比重增加。另有一些學者[53-57]在草甸草原、典型草原、荒漠草原及高寒草地等不同類型的退化草地進行了補播研究，也獲得了與以上研究類似的結論，采用免耕補播或補播結合施肥、松耙等措施進行退化草地修復，有效改善草地群落結構、植物多樣性及土壤有機碳儲量，在促進草地生態系統恢復過程中起到了重要作用。

另外，在各項技術的綜合研究中，一些學者還進行了多項技術之間的比較研究，給出了各項技術及組合方式在退化草地修復中的優劣。吳文榮[58]在對甘肅退化暖性草叢退化草地研究中發現全耕、劃破草皮和免耕分別與混播結合，可使禾本科牧草的生長和地上生物量顯著提高，且效果優劣依次為全耕、劃破草皮、免耕;管春德[59]以云南灌草退化草地為研究對象，分析了圍封、淺耕翻、淺耕翻補播3種植被恢復技術的修復效果，結果顯示修復3年后草地產量增長由多到少依次為淺耕翻補播、圍封、淺耕翻。張璐等[60]對退化草地開展的自然恢復、耙地和淺耕翻3項改良措施進行了研究分析，提出在短時間尺度上，淺耕翻有利于退化羊草草原生產力和土壤有機碳的快速恢復，而長時間尺度上，自然恢復和耙地的效益更明顯。

綜上可知，針對不同類型的退化草地選擇適宜的人工干預修復措施對退化草地修復十分關鍵，人工干預修復措施同樣是退化草地植被和土壤恢復的有效措施。

2.3?不同類型退化草地的適宜修復技術

關于自然修復措施，由以上研究可知，自然修復措施適用于各類型的草地，是退化草地修復的有效措施。鄭周敏[61]、夏小偉等[62]、肖金玉等[63]、劉建[64]研究認為長期封育、禁牧并不能使草地植物多樣性一直呈增長趨勢，而是呈先上升后下降再上升的規律，圍欄封育、禁牧的時間，應結合草地退化程度和恢復的狀況而定。鄭翠玲等[33]對內蒙古呼倫貝爾嚴重沙化草地研究顯示，圍封4～7年可以使草地植被覆蓋度提高41.7%～485%，地上生物量增加1～2倍，土壤草根含量增加78.8%，認為封育?4～7年后，待牧草停止生長前20～25?d，適當進行放牧或割草利用，有助于草地恢復;成湘[41]以新疆輕度退化的伊犁絹蒿荒漠草地為研究對象，分析了不同圍封年限對草地的影響，結果顯示封育對蒿類半灌木草地植物地上生物量和建群種伊犁絹蒿的影響從大到小都表現為封育8年、封育11年、封育3年、未封育，并認為圍封8年進行合理放牧較好，既可獲得較高的生物量又有利于群落多樣性維持。結合上述研究可知，自然修復措施適宜于各類型的退化草地，但不同退化程度不同類型的草地圍封、禁牧后應視恢復狀況進行合理利用。

關于各種人工干預修復措施的適宜性研究，許多學者也做了大量的工作。有研究表明[65-69]，補播適用于植被蓋度在30%及以下的中重度及以上退化草地，且補播草地宜選擇在年降雨量不小于?300?mm?或有灌水條件的地區進行，補播時間宜為雨季來臨前，補播草種以鄉土物種為主。董世魁等[70]、馮忠心等[71]、趙新全等[72]、韓建國等[73]、王堃等[74]研究顯示，淺耕翻、劃破草皮和切根適用于以根莖型禾草為主的退化草地，其中劃破草皮和切根以中輕度退化草地為主，深度10～20?cm，行距30～60?cm?為宜，時間宜在早春或晚秋進行。淺耕翻以重度退化草地為主，宜在雨季進行淺耕翻，耕翻深度以15～20?cm為好，干旱年份或雨量過大不宜翻耕。施肥對退化草地改良的研究[75-80]結果顯示，施肥主要通過改善草地土壤營養狀況，促進牧草生長，改善草群結構和提高牧草產量，在中重度及以上的退化草地修復時，通常與補播、切根、松土等措施結合實施效果更佳，肥料可選擇有機肥或化學肥料，施肥量視土壤肥力而定。在利用補播、施肥、淺耕翻、劃破草皮、切根等技術措施進行退化草地修復時，需要根據不同的草地類型、不同的自然條件等情況，因地制宜地選擇使用。

3?問題與展望

綜上可知，自然修復措施較適合輕度、中度退化以下的草地修復和保護利用，人工干預修復措施較適宜于中重度及以上的退化草地修復。劃破草皮、淺耕翻、切根和松耙有利于疏松土壤，改善土壤通透性及土壤理化性質，適宜用于土壤板結或根莖類禾草草地;補播是中重度退化草地改良的重要措施，但選擇適宜的草種是它關鍵的限制因子之一。在退化草地修復適宜草種方面，一些學者也做了大量的研究[35，81-83]。然而，我國草種業落后，良種供給不足，生態修復用種主要依賴進口種子。據數據顯示，我國年商品草種的需求量約15萬t，而其中1/3以上從美國、加拿大、澳大利亞、新西蘭等國進口（數據來源：中國林業網，國家林草局草原管理司副司長劉加文的《加快草種業發展，亟待破解多道難題》一文）。當前亟需研究培育適宜草地修復的優良品種，加快良種的繁育、推廣，為草地生態修復提供種源。

另外，我國草地多地形起伏不平、交通不便、生產設施落后等，現雖針對不同的草地退化類型已有一些技術支撐，但面臨我國大面積的退化草地修復工程，不僅需要基礎的技術支持，還需要配套先進的適宜作業機械，提升修復效率，降低修復成本。據調研發現，目前草地修復機械多使用農田作業機械，應用于草地修復的機械還存在許多不足。如何實現不同種類、不同大小及不同千粒重的種子在修復中進行一次性作業，如何應對復雜地形下退化草地治理的機械化等一些修復工程實施過程中的技術難題是當前亟需突破的研究課題，這些技術的突破及多學科的融合發展，將會對加快草地生態恢復工作具有重要的意義。

退化草地的修復是受損草地生態系統逐漸恢復的過程，需要經歷不同的恢復階段。如王煒等[82]將退化草地修復按優勢種的變化分為冷蒿優勢階段、冷蒿+冰草階段、冰草優勢階段、羊草優勢階段和大針茅優勢階段5個恢復階段。現雖對退化草地恢復的階段已有一些研究，但針對我國不同地區不同類型的退化草地修復后的評價、保護和利用的研究較少。不同類型的退化草地修復后達到什么階段，怎么利用，利用到什么程度也是各大專家學者需要思考和深入研究的問題。總之，我國退化草地修復仍存在許多技術難點需要攻克，希望通過草原科研工作者和相關領域研究者的共同努力，還草原健康可持續發展。

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