西北農林科技大學黃土高原土壤侵蝕與旱地農業國家重點實驗室科研進展

近幾十年來全球生態退化問題較為突出，實施生態保護與修復迫在眉睫，但已有的修復工程往往對各生態系統要素之間的協同特征和有機聯系缺乏關注，生態修復的系統性和整體性較弱。生態系統保護與修復工作應從社會-生態系統綜合管理的角度，實現從追求單一目標到考慮要素相互作用，從關注局地到關注跨區域影響的轉型，這對旱區生態系統的科學管理和政策制定具有重要意義。西北農林科技大學黃土高原土壤侵蝕與旱地農業國家重點實驗室上官周平、鄧蕾研究團隊分別從全球尺度系統研究了森林、灌木和草地三個主要自然生態系統中土壤碳氮循環對干旱的響應機理，從黃土高原尺度探討了生態保護與旱區農業高質量發展所存在的問題與對策。

一、自然生態系統土壤碳氮循環過程對干旱的響應機制

極端干旱對陸地碳(C)、氮(N)循環的庫、通量和過程均有重要影響，而深入了解這一極端氣候變化事件的影響機理極有意義。為了研究土壤碳、氮庫和通量對干旱的響應并探討其機理，基于全球134個地點1815份干旱(降水減少)試驗數據結果，系統研究了森林、灌木和草地三個主要自然生態系統中土壤碳氮循環對干旱的響應機理(圖1)：(1)闡明了干旱對生態系統土壤碳氮循環關鍵過程的影響機制。由于干旱降低植物生產力，導致凋落物輸入量減少(-8.7%)和凋落物分解量減少(-13.0%)，進而降低了土壤有機碳含量(-3.3%)。與此同時，干旱增加了礦質氮含量(+31%)，但降低了氮礦化速率(-5.7%)和硝化速率(-13.8%)，導致全氮含量基本保持不變。干旱導致土壤中可溶性有機碳和氮的積累量增加(+59%，+33%)。(2)明確不同生態系統類型下土壤碳氮過程對干旱的響應機理。干旱使森林土壤氮礦化速率和硝化速率降低，而對總CO2排放量并沒有顯著影響，但卻使灌木土壤CO2排放量降低(-15%)。草地對干旱的適應能力高于森林和灌木，其土壤微生物可通過提高酶的活性進而獲取更多的土壤氮營養以滿足其對干旱環境的養分需求。(3)揭示了土壤碳氮循環過程對干旱時間和干旱強度的響應規律。發現土壤CO2和根系呼吸先增加后降低，而土壤氮排放(如N2和N2O)持續降低，發現短期干旱激發了土壤微生物呼吸速率。長時期和高強度的干旱對土壤碳氮過程均表現出顯著的抑制作用，但是，土壤碳氮循環過程會逐漸趨向穩定，表明生態系統對長時期高強度的干旱會有自適應能力。

干旱對土壤碳氮循環過程的影響受生態系統類型、干旱持續時間和強度的調控。干旱強度越高、持續時間越長，干旱效應就越大，尤其是對CO2排放量的影響越大，其隨干旱強度和持續時間的增加而降低。該研究結果揭示了干旱對陸地生態系統土壤碳氮循環過程的驅動機制，對指導全球變化下生態系統碳氮循環研究和模型預測具有重要價值。

二、黃土高原生態治理高質量發展途徑

黃土高原是黃河流域實施生態保護和高質量發展戰略的重點區域。為了貫徹落實“綠水青山就是金山銀山”的理念和生態文明思想，實現黃河流域生態保護和高質量發展，因地制宜地規劃黃土高原生態治理和發展藍圖，在分析了黃土高原水土保持及生態治理成效和存在的主要困難的基礎上，提出黃土高原生態治理和綠色發展與生態文明建設的對策及建議。

1.黃土高原生態治理的成效

新中國成立以來，黃土高原生態治理經歷了從坡面治理、溝坡聯合治理、小流域綜合治理、退耕還林還草，到實施生態保護和高質量發展等幾個階段(圖2)，在區域生態建設、恢復生態功能方面成效顯著：植被覆蓋恢復成效顯著，林草覆蓋面積大幅增加，實現了區域生態良性發展態勢；水土流失得到有效控制，入黃泥沙顯著減少；產業結構不斷優化，發展了旱地農業、有機農業、可持續農業、低碳農業、立體農業等發展模式，形成了休閑觀光農業、都市農業、白色農業、水土保持農業等綜合生態型農業；鄉村基本實現脫貧致富，“三生”空間不斷優化。

2.黃土高原生態治理存在的主要困難

經過幾十年的生態環境治理，當前仍面臨著巨大的挑戰，表現在：脆弱的生態環境仍未根本改變，生態管理仍以生物和工程管理為重點，尚未與調整地方產業結構、經濟發展和民生保障充分結合，缺乏分區分類綜合管理的保障政策；災害風險依然較為嚴重，滑坡、沉降、不穩定邊坡、地裂縫等地質災害十分常見；大規模的植被恢復使水土資源的利用超出了可持續范圍，植被穩定性仍然較差；耕地質量總體偏低，農業綜合生產能力較低。

3.黃土高原生態治理及高質量發展的對策建議

(1)設立黃土高原生態治理與綠色發展試驗示范區。制定流域生態環境綜合治理和區域高質量發展科學規劃，以黃土高原區域合作、生態合作、經濟互補為策略，探索生態保護、脫貧攻堅、鄉村振興、綠色發展等區域綜合治理模式，山河林田湖草一體化發展。(2)推進生態綜合治理工程，創新生態治理措施。完善塬地、坡地、壩地、沙地科學治理模式，提高土地生產能力。(3)實施綠水青山提質增效工程，聚焦生態衍生產業，加快區域生態文明與鄉村振興進程。(4)全面強化水土保持監測監督，創新黃土高原生態治理體制和機制。

(翟惠平供稿)