退化草原修復技術及其效果研究進展

范 博，王占義，姚敏娟，侯 佳

（1.內蒙古農業大學草原與資源環境學院，內蒙古呼和浩特 010011；2.呼和浩特職業學院，內蒙古呼和浩特 010070；3.內蒙古農業大學職業技術學院，內蒙古包頭 014110）

草原作為我國最大的陸地生態系統，占我國國土面積的41%[1]，是我國耕地面積、森林面積的3.2 倍、2.5 倍，總量居世界第三[2]。草原一方面是生態安全的重要綠色生態保障，在防風固沙、涵養水源、凈化空氣和調節氣候等方面具有重要作用[3]，尤其是在我國北方草原生態地區，另一方面依托草原進行生產也是農牧民生活重要的經濟來源。

草原生態系統退化是指草原生態系統中能量流動與物質循環的輸入、輸出之間失調使草原生態系統逆行演替，一般表現為草產量變低、草群變矮、變稀最后導致草原載畜能力下降的一種現象[4]，或者通過草原退化指示植物出現率來判斷草原的退化[5]。草原生物群落的變化，其生活的土壤環境也會有營養物質流失而惡化。因此，草原生態系統的退化除了有“草”的退化之外，還包括“地”的退化[6]。引起草原退化的原因也是多方面的：1）長期不合理的放牧、掠奪式經營、盲目墾殖[7]等人為活動超出草原承載能力所引發的草原退化[8]；2）氣溫、降水變化等氣候因素[9]及鼠害[10]、蝗災[11]等生物災害所引起的退化現象；3）草原畜產品生產技術和管理水平低下不能滿足現代畜牧業發展的需求也會在一定程度上導致草原退化的發生[12]。不同的利用情況導致草原退化程度不同，按照草原退化情況可以分為3 級：輕度退化、中度退化、重度退化[13]。在草原改良過程中，針對不同退化程度、不同類型及不同原因引發的草原退化，采取的改良措施也有所不同。我國約有90%的草原存在不同程度的退化[14]。在碳達峰和碳中和背景下，對退化草原進行修復是提高草原碳儲量的重要途徑，而修復的成功與否及措施的正確選用直接相關，為此作者基于文獻檢索和實際工作經驗，比較全面地總結了自然修復和人為修復措施的適用情況和特點。

1 自然修復措施及其對草原生態的影響

自然修復措施是指通過人為監督給草原提供一段修養生息的時間，利用其自愈能力使草原逐漸恢復并保持健康發展水平，常用的自然修復措施包括圍封禁牧、休牧和劃區輪牧等，各種措施適用于不同程度的退化草原，根據需求選用適宜的修復措施。

1.1 圍欄封育

圍欄封育是將退化的草原通過物理或生物秸稈的方式圍起來，在其依靠自身修復能力發展起來之前禁止放牧活動，待草原植物群落的覆蓋度、優質牧草所占比例和草原的生產力水平達到一定要求后再逐步合理開放使用[15]。

圍欄封育在草原恢復和改善草原土壤的營養成分流失方面是一項值得推廣的草原管理措施[16]。圍欄封育多用于中度退化以下的草原，包括金屬網圍欄和生物材料圍欄。生物圍欄投資較小，對環境影響可控，還能在防風固沙、調節草場小氣候的同時改善土壤理化性質，增加腐殖質[17]；而金屬網圍欄具有投資少、簡單易行和見效快等優點，更適合牧場推廣而被廣泛應用[18]。合理的圍欄封育對草原物種豐富度、多樣性指數、均勻度、蓋度、高度[19]、草產量及土壤種子庫等指標有顯著提高，且優勢種表現得較為明顯，雜草類有所下降；逐漸圍封后各指數均趨于穩定。

圍欄封育后植被枯落物的增多對土壤養分元素的恢復起到了重要作用，能夠促進草原有機碳、持水量和水源涵養功能及碳素固持功能[20]。土壤質量恢復是一個漫長的過程[21]。草原退化后會引起土壤的退化，圍欄封育后草原地上生物量會顯著增加，并增加土壤碳固持和碳儲量[22]；而增加豆科植物能夠提高土壤氮儲量[23]。同地上生物量類似，封育較長時間后，碳氮固持能力保持穩定[24]。

1.2 劃區輪牧

劃區輪牧簡稱輪牧，是將草場按照放牧天數、草原載畜量合理劃分為幾個小區，按照一定次序使用草原。輪牧小區數和各小區輪牧天數要依據不同的草原類型視情況而設定[25]。輪牧開始時間也會影響草原牧草的營養價值[26]。

劃區輪牧在有效防止草原退化、促進草原健康發展的同時，提高了家畜的生產力，保護了生態，還發展了經濟，是一項合理有效的草原管理措施[27]。研究發現，無論是家庭牧場還是一些半干旱的草原上，在輪牧制度下植被的高度、蓋度和物種多樣性及地上生物量等均顯著高于自由放牧區[28]。輪牧制度還能優化草原種群，增加優良牧草物種的多樣性和豐富度。

劃區輪牧給了各個小區短暫休養生息的機會，緩解了草原利用壓力，避免長期踐踏導致土壤緊實、容重增加[29]；而且地上枯落物在家畜的踩踏下加快了分解速率，促進了土壤團聚體的形成，有利于維持土壤的穩定性[30]。輪牧機制下，土壤理化性質較自由放牧而言，其土壤質地、含水量、結皮量、有機質和全氮含量等指標有較大的變化[31]。家畜的適當活動在提高土壤微生物量的同時加速了養分循環，還促進土壤團聚體的形成[32]。淺層土壤有機碳和氮儲量相對放牧條件下有較顯著的增長[31]。

對家畜而言，在輪牧制度的科學空間下提高了采食速率，減少了跑青、反芻、臥息，延長了站立時間，排糞和排尿等消耗體能的活動減少[33]。而且輪牧制度能夠打破家畜寄生蟲的生長發育周期，影響感染性幼蟲的密度[34]，降低發病率。

2 人工修復措施及其對草原生態的影響

人工修復措施是指通過人為直接干預草原恢復過程，可以按照自己的需求來規劃草原，或者按照草原需求對癥下藥地快速滿足草原恢復需求，如補充肥料、種子等。人工修復措施有補播、施肥、淺耕翻和劃破草皮等方式，一般周期較短、見效快，常用于退化較嚴重的草原。

2.1 補播

補播措施是在盡最大努力保護草原原有植被條件下，在出現塊兒斑或稀疏的草原上播種一些適應當地自然條件且有較高價值的優良牧草。

補播可增加草群中優良牧草成分、比例及草原的覆蓋度，提高草產量，常見的補播植物有苜蓿（Medicago Sativa）、羊草（Leymus chinensis）、鴨茅（Dactylis glomerata）、披堿草（Elymus dahuricus）、無芒雀麥（Bromus inermis）和多年生黑麥草（Lolium perenne）等。草原補播一般在利于機械化進行的斑塊退化的地方，分為免耕補播和翻耕補播，兩種補播措施均可用于草原改良，免耕補播對原生草原的影響較小，應選擇適于草種水熱條件的時機下進行補播。補播前需要對種子進行挑選、消毒處理；其他常見處理是喚醒休眠種子，通過短時間暴曬、化學處理[35]、變溫和機械處理（豆科植物較多）[36]等。補播能夠在短時間內提高草原植被的高度、蓋度、密度和地上生物量等參數[37]。補播對草原Shannon-winner 指數、均勻度指數和Simpson 指數有所提高但不顯著[38]，但是對草原的地上生物量、草原生產力和物種豐富度有較為顯著的提高[39]。補播后土壤物理性狀明顯提升[40]，有機質及氮、磷、鉀有較明顯的優勢。補播對于土壤中團聚體、微生物和有機物等的影響是一個長期的過程，短時間內難以產生顯著結果[41]；微生物量也發生了微妙變化，而真菌的Shannon指數和Simpson 指數均無顯著變化，但是多樣性指數Chao1 顯著升高，而且草原土壤真菌物種組成、群落多樣性及功能結構均發生明顯改變[40]。

2.2 施肥

施肥是一種速度較快的通過添加植物所需營養元素來促進植物生長、提高植物草產量的草原改良方式。如果草原生物活動及枯落物分解不能滿足植物生長所需的元素，需要通過人工添加肥料來滿足草原需求，常規施肥以碳、氮、磷和鉀元素為主。

傳統農業集中添加肥料會導致肥料利用率低、成本較高。新型的緩釋肥肥效較長和養分釋放平穩，不但能滿足植物養分需求，提高草原生產力、養分積累量[42]、利用率和經濟效益，而且能減少環境污染，是一種可靠的施肥方式[43]，逐漸得到廣泛應用。秸稈還田是用有機肥或者秸稈來代替化肥的情況下，也能達到作物增產和土壤理化性質改善的目的[44]。生物炭是由植物枯枝落葉和廢棄的原料等通過一定溫度熱裂解而形成的固體材料[45]，在土壤微生態調控、土壤固碳培肥和緩解溫室效應等方面具有良好的效應[46]，逐漸應用于土壤改良中。

施肥作為一種積極的草原改良措施，能夠在短期內滿足植物所需的營養元素。氮肥對植物葉片C、N含量增加及凈光合速率提高有積極作用[47]。磷肥（如磷酸二銨）是一種僅次于氮的養分元素，是植物體重要的組成部分，它以不同形式直接或間接參與植物生理生化過程。鉀肥（如磷酸鉀、硝酸鉀等）能夠顯著增加植物的葉面積指數和葉綠素相對含量[48]。新型生物炭肥料也被證明能對苜蓿株高、葉面積及地上生物量有積極作用[49]。生物炭的添加除了在降低土壤容重、增加孔隙度、減少溫室氣體排放方面有積極作用之外[50]，還能夠增加土壤有機質、全氮、全鉀和速效鉀等土壤養分[51]。生物炭通過改變土壤環境來影響土壤微生物群落結構[52]。生物炭對土壤微生物群落多樣性、豐富度指數的影響雖未達到顯著水平但有增加趨勢[53]。

2.3 淺耕翻

淺耕翻是利用雙鏵犁或三鏵犁將草原翻耕20 cm左右的深度，翻后將土塊破碎、耙平、壓實的一項改良退化草原的措施，通常應用于中度退化的草原[54]。該法適用于草甸草原或局部水分條件較好、土壤硬實板結的草原地區，不適合水土流失嚴重的地區。淺耕翻應選擇適當的季節進行，以減輕耕翻過后土質疏松引起的草原風蝕、土壤粗質化[55]。

草原淺耕翻在短時間內能夠顯著降低植被地上生物量、物種豐富度和蓋度，但淺耕翻對多年生植物的破壞使得植被重新演替，因此其植物物種多樣性和均勻性會增加，一些根莖型植物在淺耕翻過后，切斷根莖的同時疏松了土壤，為植物提供了良好的恢復性生長環境，使草原多樣性指數和均勻性指數均增長[56]。

在淺耕翻兩年以后，土壤結構開始適宜植物的生存[57]，疏松的土壤使得微生物的生長和發育更加活躍，有利于土壤團聚體的形成。邵玉琴等通過對退化草原淺耕翻25年后的研究發現，土壤微生物真菌和細菌數量均有顯著的提升，土壤恢復較好[58]。淺耕翻在短時間內對土壤有機質中有機碳和全氮有負面影響，而較長時間自然恢復后會有更加積極的作用。淺耕翻后將地表植被完全破壞，地表植物和枯落物被翻入土壤中，深層土壤種子被翻到地表的同時也能給表層植物種子覆土，促進了營養物質循環，有利于改變土壤種子庫結構。

3 小結

本文根據文獻檢索結合實際工作經驗對草原改良措施做了總結，在“雙碳”和草原不斷退化的大背景下，改良退化草原是一種提高草原固碳量的有效方法。從自然和人工兩個方向介紹草原修復的常用措施，不同措施適用于不同的退化環境。各種措施在施行過程中各有利弊，自然修復措施對草原擾動小，但修復周期一般較長；草原人工修復措施的修復周期較短，而且可以按照需求改善草原物種種類，但對草原的擾動較大。因此，了解草原修復措施及其對草原生態的影響是進行草原改良必不可缺的前提。草原改良最重要的是要從根源上阻止退化，在利用方面規定合理的載畜量和完善草原法律法規，利用現代科技加強草原監督等；在生活方面加強牧民的普法教育工作，提高草原保護意識，促進草原利用良性循環。在草原治理工作中，從人為因素的源頭治理草原退化顯得尤其重要。