草地环境科学发展分析

草地环境科学发展分析 草地环境科学发展分析 草地环境科学发展分析

1当前我国草地环境面临的主要问题

我国草地面积约4亿hm2,占世界草地面积的12.5%,占国土面积的41.7%,是我国耕地面积的3倍多[3]。草地资源是我国重要的国土资源,是维持食物安全和改善膳食结构的重要物质财富,是维持国家生态安全的主要阵地。当前我国草地环境面临的问题主要表现在以下3个方面。

1.1草地生产力低下

我国草原牧草平均产量不足450kg?hm-2,其中优良牧草比重不足20%,灌丛化趋势增加,小半灌木+杂类草>禾草+豆科牧草。天然草地的家畜承载能力十分有限,饲草供给能力差,在正常气候条件下仅能保障夏季的家畜放牧性饲草供应。而在退牧、禁牧的国家政策下,传统自由放牧正在转向舍饲、半舍饲,以及全年放牧到季节性放牧的转变。因此,草地生产力低和可收获性差就成为今后限制我国草地畜牧业发展的短板和瓶颈。另一方面,人工草地保有面积小。我国严格意义上的多年生人工草地的实际保有面积不足33.3万hm2,占全部草地面积的比例不到0.1%,造成冬季饲草储备不足,严重缺乏抵御自然灾害的能力。 草地生态系统稳定性差是我国草地畜牧业面临的另一突出问题。主要体现在:牧草产量年度波动大、生物多样性降低、功能类群计量关系失衡和难以以草定畜。牧草产量年变化率一般在30%~80%,优良牧草年变化率高达60%~180%。中科院内蒙古草原生态系统定位站1979-2010年监测数据分析结果显示,封育30年、保护最为完好的羊草(Leymuschinensis)草原,其牧草产量年变化率也高达36%。夏季干旱是当前影响草地生产稳定性最主要的自然灾害类型。

1.3土壤固持能力减退

随着过去10年西部大开发“退牧还草”和“围封转移”战略的实施,我国草地生态环境趋于好转。但必须看到,这种恢复仅是植被结构与功能的部分恢复。例如,植被覆盖度和高度有所提高,但产量依然低下,以先锋植物和

一、二年生杂类草为主,而生物多样性未有改善,生态系统整体功能依然未有根本改观。就草地生态系统功能的主体土壤系统而言,天然草地土壤贫瘠、沙化依然严重,地下生产力低下;土壤有机碳贮量整体没有明显变化,而土壤N库则整体继续下降,有效P养分供应明显不足;植物根系进一步表层化,细根比重增加,死亡周转加快。研究表明,土壤固持能力的恢复尚需要30~50年的时间。

2世界草地科学的新理念与新趋势

占世界陆地面积52.2%的草地生态系统是物质生产和生态服务最主要的陆地生物圈与人类活动圈,对于人类社会的生存与发展发挥着越来越大的作用。无论是现代草地生态学的发展趋势,还是全球环境问题和中国的现实状况,都要求草地生态学研究与草地畜牧业实践都要在可持续性科学的大框架下继续发展,即在可持续发展的前提下,不断提高草地的物质生产和生态系统服务能力。人类要想获得更广阔的可持续发展空间,必须树立人工生态设计和定向干预的理念,而不能一味被动地适应自然[4,5]。因此,无论是健康的、还是退化的草地生态系统,“进一步提高草地生产力,维持草地稳定性和提升草地固持能力”是当前人类社会面临的重大科学命题。

2.1草地生产力调控 2.2草地生态系统稳定性维持 2.3草地固持力提升

草地固持力包括地下生产力、土壤有机碳贮量、养分元素库存量、有效养分供应能力,以及防风固沙与水土保持能力等生态系统服务功能的诸多指标。植物-土壤相互作用是陆地生态系统固持力形成与保持中最重要的生态学过程。通过对植物-土壤相互作用的研究,无疑能够深入揭示出草地生态系统固持力保持与提升的科学机理[27]。地下生态学过程,特别是地下生产力形成机理与调控技术,是草地固持力研究的核心内容[30,31]。国际上一直致力于多年生、深根系、根组织木质素与纤维素含量高的旱生灌木、半灌木的筛选、引入和田间管理技术,试图寻找提高根系生产力和生物现存量,以及减缓根系死亡周转和碳素分解的调控途径,以提高草地的固碳能力。当前,促进木质素合成基因导入的分子生物学技术正在用于草地固碳植物定向培育中。整合地上与地下生态学过程的互作机制研究是近年来生态学研究的热点问题[32,33]。对于以生态固持功能为主的草地而言,人们更加希望将净初级生产力的大部分转移到地下,而地上维持更多的生物量。长期围封、放牧、刈割和少量施N对于植物C素分配和根冠比的调控作用在不同草地类型、不同气候背景下的反应十分不一致。在我国温带草原,长期围封和施N趋向于降低植物群落的根冠比[7],降低植物的根系寿命[34],向大气释放更多的C素。而放牧和刈割趋向于导致植物根系的深层化和根冠比的增加。根茎草地浅耕翻之后能够明显促进植物的地下生物量和延长根系寿命[35]。植物根系对于不同管理措施的响应无疑是因种类而异的,而这方面的研究少之又少。化学计量生态学(ecologicalstoichiometry)是一门新兴的生态学分支学科,主要关注在植被与土壤相