全 文 ：人工草地在退化草地恢复中的作用及其研究现状*
牛书丽 蒋高明* *
(中国科学院植物研究所植被数量生态学重点实验室,北京 100093)
=摘要> 分析了草地类型生态系统退化的现状、原因及其恢复途径, 提出人工草地的建立是恢复退化天然
草地的有效途径;综述了人工草地的研究进展,提出高效型人工草地的建立是缓解草原压力、促进牧区可
持续发展的良策;从高效角度出发,种植饲用玉米可以作为建立人工草地的一个有益尝试.
关键词 人工草地 草地退化 恢复 生理生态
文章编号 1001- 9332(2004) 09- 1662- 05 中图分类号 S812 文献标识码 A
Function of ar tif icial gr assland in r estoration of degraded natural gra ssland and its r esear ch advance. NIU
Shuli, JIANG Gaoming ( Laboratory of Quantitative Vegeta tion Ecology, Institute of Botany, Chinese Academy
of Sciences, Beijing 100093, China ) . 2Chin. J . Appl . Ecol. , 2004, 15( 9) : 1662~ 1666.
This paper analyzed the degradation actuality of natural grassland, its reasons and cor responding restoration ways.
Natural restoration is the easiest way, but it is very slow. The establishment of some art ificial gr assland is the
most effective way to lessen the oppressiveness of natur al grassland. The research advances on art ificial grassland
were summarized, and t he ways for promoting t he sustainable development of pasturing area were suggested.
Considering the high productivity, planting forage maize may be an available attempt in Hunshandak Sandland.
Key words Artificial grassland, Grassland degradation, Restoration, Phytoecology.
* 中国科学院知识创新工程重大项目( KSCXI208202)和国家重大基
础研究发展计划资助项目( G1998010100) .
* * 通讯联系人. E2mail: jgm@ht . rol. cn. net
2003- 03- 18收稿, 2004- 05- 20接受.
1 引 言
鉴于草地退化对全球生态安全、环境质量及社会发展的
负面影响日益严重,从恢复生态学角度研究退化草地生态系
统的恢复与重建对策,尤其是人工草地的建立已成为研究草
原生态问题的最重要组成部分, 并将继续成为 21 世纪国际
环境科学界共同关注的热点问题. 在生产实践中, 如何维护
高效、持久的人工草地, 提高人工草地的初级生产力和经济
价值并保证草地质量成为研究人工草地的关键.迄今为止,
有关人工草地的一些适生机制和生理生态机理分析的工作
进展缓慢,技术手段较为落后, 理论水平较低,与人工草地的
快速发展不和谐.因此, 及时了解国内、国际关于退化草地恢
复及人工草地的最新研究动向,结合我国实际问题开展该领
域的研究工作,具有重要的学术价值和现实意义.
2 草地类型生态系统的退化现状及恢复途径
211 草地生态系统退化现状及原因
根据中国防止荒漠化研究与发展中心公布的普查与统
计结果[ 31] , 目前我国退化草地为 101 5237@107 hm2, 其中轻
度、中度、重度分别占 5318%、3216%和 131 6% .据/ 1998 年
内蒙古自治区环境公报0资料 ,内蒙古自治区草地退化面积
达 21992@107 hm2, 占利用草地面积的 44% , 内蒙古大学运
用遥感技术测得 1995 年退化面积已达 318699@107 hm2, 占
可利用草地面积的 601 1% [ 45] .西藏、甘肃等省的退化草地面
积也在 30%以上;新疆天然草场 51 72588@107 hm2 , 其中
80%以上出现不同程度的退化、沙化和盐渍化.因草地退化
引起的荒漠化面积每年以 2 460 km2 的速度扩展, 严重地威
胁着草地生产力的发展和人类的生存环境. 明确草地的退化
原因并提出合理的缓解办法可以改善生态环境, 提高区域生
产力, 从而实现草原的可持续发展.
目前, 对草地退化的原因有两种看法:自然因素和人为
因素.以自然因素占主导地位的学者认为, 气候因素特别是
年降水量的变化决定着草地的发展方向, 多雨年有利于中国
北方干旱、半干旱地带草地的生长, 而持续的干旱则促使草
地的退化[ 36, 53] ;以人为因素占主导地位的学者认为,人类的
过度农垦、放牧、樵柴以及水资源的不当利用是造成草地退
化的主要原因, 而自然因素变化引起的退化影响很小[ 12, 52] .
目前比较一致的观点认为, 气候因素对草地退化的发展过程
起影响作用, 而人为因素则起决定性作用[ 15, 47] .
21 2 恢复途径
生态系统具有自愈能力. 对于退化的草地生态系统, 在
环境条件不变的情况下,只要排除致使其退化的因素, 给予
充分的时间,均可自行恢复到其原来的状态. 在内蒙古典型
草原区, 以冷蒿( Ar temisia f rigida )、针茅 ( Stipa spp. )、羊草
( Leymus chinensis)、冰草( Agropyron cr istatum L. )为主的退
化草原, 经过 7 年的自然恢复, 其地上生物量由 11 1 t# hm- 2
恢复到 11 9 t# hm- 2, 增加了 73% , 草群盖度也有所增加
( 48% ~ 55% ) ,高度大幅度增加( 10~ 30 cm) , 草地质量也有
应 用 生 态 学 报 2004 年 9 月 第 15 卷 第 9 期
CHINESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY, Sep. 2004, 15( 9)B1662~ 1666
明显提高.经过约 10 年时间,草地便可恢复到近似未退化前
的草地状况,即以羊草和针茅为主的草原群落[ 26] .对于退化
不太严重的草地进行围栏封育, 使其自然恢复,不失为一种
经济的恢复措施.若土壤理化性状恶化,仅靠自然恢复是相
当缓慢的[ 16] , 需靠人工促进其恢复. 常用的人工措施主要
有:松土、浅耕翻等改善土壤物理性状的措施, 增施肥料, 尤
其是氯肥, 以改善土壤的营养状况的措施, 补播本土优良牧
草以增加植被恢复速率的措施和通过轻度合理放牧来促进
草地恢复的措施.浅耕翻松土之后, 土壤通气性好转, 有利于
土壤动物和微生物的活动,同时还可切断优良牧草的地下茎
而促进其萌蘖,从而增加其恢复速率[ 30] . 从生态系统物质循
环的角度出发,单纯改善土壤的物理性状, 未能从根本上改
善植物生长所需的营养元素, 其效益难以持久.草原生态系
统要想保持持续、永恒的良性循环, 养分的平衡是关键. 适当
地施肥是保证草原生态系统物质输入与输出间的平衡, 实现
系统持续生产的重要措施[ 9] . 在此基础上, 补播牧草可以加
快某些优良牧草繁殖或扩张速率,是实现快速恢复的有利措
施[ 19] .
3 人工草地的建立
天然草地要想得到真正意义上的恢复,适度放牧及减轻
人为干扰是必需的保证.而退化草场的恢复与畜牧业的发展
是一对尖锐矛盾.矛盾的焦点是饲料问题. 正是基于这种考
虑,人工草地才得以迅速发展. 人工草地是利用综合农业技
术,在完全破坏了天然植被的基础上, 通过人为播种建植的
人工草地群落[ 18] . 建植人工草地、发展集约经营的草场建设
是实现草畜均衡生长, 促进畜牧业持续发展的重要技术途
径.畜牧业发达的国家人工草地面积通常占全部草地面积的
10%~ 15%以上.西欧、北欧和新西兰已达 40% ~ 70% , 而
我国人工草地面积仅为天然草地面积的 2% , 草地畜牧业缺
乏高产优质人工草地的支撑. 另外, 人工草地对土壤次生盐
渍化也有很好的抑制作用[ 20] . 我国的人工草地面积近 6167
@106 hm2,若人工草地面积扩大 81 6@106~ 141 6@106 hm2 ,
将人工草地的比重从 2%提高到 31 5% , 天然草场过度利用
现象将得到明显改观,因为人工草地的生产力明显高于天然
草场[ 21] .如果有足够的高光合效率的人工草地,我国草地畜
牧业状况将发生质的变化,饲草紧张及饲草的季节不平衡状
况就可得到控制,尤其是草地供氮及蛋白质饲料紧缺等问题
将得到解决 ,我国草地畜牧业从此将走上健康的、可持续发
展的道路.我国退化草地也将得以休养生息、自然恢复.
4 人工草地的研究现状
411 人工草地的类型
近几年,我国在半干旱草原区非灌溉条件下建立人工草
地已取得了不少成功的例子.例如中国科学院内蒙古草原生
态系统定位研究站建立的老芒麦( Elymus sibiricus L. )和草
原2 号苜蓿( Medicago sativa L. )混播人工草地[ 28]、在河北
省张北县建立的以莜麦 ( Avena chinensis )为主的人工草
地[ 39]、内蒙古四子王旗的人工草地[ 17]和毛乌素沙区的羊柴
( Hedysarum laeve)人工草地[ 54]等. 早在 20 世纪 80 年代, 陈
敏等[ 9]就有关于人工草地的研究报道. 之后, 在不同的草原
区都有人工草地建立的报道[ 32, 35] .在建立的人工草地中, 为
了维护群落的稳定性, 大多为组合型. 盛修武等[ 38]认为, 为
了补偿天然草场中牧草粗蛋白含量低的不足, 应选择豆科牧
草与禾本科混播. 陈敏[ 9]指出, 选择羊草、无芒雀麦( Bromus
inermis Leyss. )、披碱草( Elymus dahur icus Turcz. )、冰草、草
木樨 ( Melilotus albus)、草原 2 号苜蓿、沙打旺 ( Astr aglus
adsurgens)等优质牧草进行单播和混播建立人工草地, 可以
大大提高退化草甸的生产力. 不同牧草品种 (如禾本科与豆
科牧草)的优化组合, 能使草地结构趋于合理, 组成较为稳
定, 进而延长草地的利用年限[ 8] . 王玉辉[ 43]研究表明, 在河
北坝上建立牧草2油料作物混播人工草地既能提高生物量又
能显著地提高降水利用效率. 国外许多学者对豆科、禾本科
混播地牧草的固氮机理进行了研究, 从机理上探讨出混播的
可能性及可行性[ 33] .国外混播型人工草地中最普遍的是白
三叶( T rif olium repens)与多年生黑麦草( Perennial ryegrass)
的混播.研究表明,二者混播在生物量和粗蛋白方面都比单
播有明显的优势[ 46] .豆科植物在各自最适条件下的固氮量
为 40~ 400 kg# hm- 2[ 37] . 被固定的氮可以向土壤和临近草
类输送 N,从而有利于其它植物的吸收和改善土壤的肥力状
况,在一定程度上加快了草原的 N 循环. 因此, 在许多人工
草地上都采用豆科和其它草类混播的形式. 在我国天然草地
生态系统中, N 是限制草地生产力的主要因素, 而不足的部
分 N,可以通过引入豆科植物而得以补充. 在豆科与禾本科
混播草地上,豆科植物固氮最多可达到草地上部 N 积累总
量的 46% , 被认为足以维持系统的生产力[ 6] . 如豆科白三叶
与禾本科牧草混播, 每年通过白三叶地下部的降解传给相邻
禾本科牧草的 N 量为 3~ 102 kgN# hm- 2, 约占生物总固氮
量的 26% [ 24] . 因此,不管从维持土壤肥力还是从饲用价值角
度来讲, 采用豆科植物混播的形式都是有效的.
41 2 人工草地的调控
对人工草地的管理与调控研究大多集中于对水肥的调
控上. 草地施 N 已成为近 40 年来国内外草地集约化经营的
基本特征[ 41] . 在混播草地中, 施 N 肥和 P 肥对草地的增产
效果都很显著[ 11] .在施用方式上, N、P肥合施增产效应比单
施 N 或 P 提高约 30%以上[ 48] . 国外对人工草地 N 的研究较
深入, Watson[ 44]对多年生牧草土壤中铵态氮与硝态氮平衡
动态进行了为期 7 年的研究, 指出随着施 N 量的增加,硝态
氮的比例增加, 加重了土壤中 N 的流失. 在不施 N 情况下,
白三叶和多年生黑麦草混播草地在放牧季节里, 其粗蛋白含
量反而上升[ 5, 41] . Wilson[ 49]将白三叶分别种于硝态氮及铵
态氮环境下, 结果发现前者的产量比后者高.
国内外许多专家学者对水的研究也做了大量的工作. 王
殿武[ 42]认为,保证现蕾开花2结籽期的水分供应是提高牧畜
混播人工草地生物量的关键措施;白文明[ 1]对乌兰布和沙区
紫花苜蓿根系的生长及吸水规律做了详细的研究 ,并建立了
16639 期 牛书丽等:人工草地在退化草地恢复中的作用及其研究现状
根系吸水模型,为水分调控提供了理论依据. 此外,另一个普
遍措施是刈割.刈割时间及高度都能对人工草地的生长量产
生影响[ 4] . 包国章[ 2]认为, 适当的增加刈割频次可以提高白
三叶种群的适合度;李锋瑞[ 25]也指出, 在夏季生长期, 高频
率刈割处理可显著提高叶片的出生率;而秋初生长期, 高频
率刈割处理的每匍匐茎现存叶片数显著高于低频率刈割处
理.留茬高度对人工草地牧草产量也有影响. 瓦庆荣[ 40]认
为,青绿牧草产量占牧草总产量的百分比随留茬高度的上升
而下降.不同的放牧强度对人工草地的生产也产生很大的影
响,在干旱区放牧强度不宜超过 6 只羊# hm- 2[ 55] . 但不同种
类人工草地适宜的放牧强度不同[ 3 ] . 另外, 收获期对混播草
地干物质产量及饲料质量也有影响[ 7] . 在人工草地的管理系
统上,梁宁等[ 27]研制开发了一个用于毛乌素沙地草地种植
管理的专家系统 ASSG,将地生态系统管理专家们的经验知
识和对土壤水分动态的理论研究成果结合起来,对于土地利
用和种植的草种类及品种进行最优管理.
前人虽对农艺措施对人工草地的调控进行了研究, 但大
都是单一因素试验.在自然生态系统中,生态因子协同作用
于植物的生长过程.因此, 今后尚需要进行多因子实验.
413 人工草地生理生态特性的研究
草地的生长过程实际上是与各种生态因子相互作用的
过程. 这方面的研究一直是一个焦点问题, 引起生理生态学
家的关注. 1999 年, 辛晓平等[ 51]对影响松嫩平原碱化草地
群落结构季节动态的空间和环境因素进行了定量分析, 指出
在影响群落分布的各因子中, 环境因子占 40% . 在诸多环境
因子中, 光直接影响着草地牧草的生长,因此对光合生理特
征的研究比较多. 王玉辉等[ 43]对松嫩平原盐碱化草地羊草
叶片的光合生理特征进行了研究, 认为叶片的净光合速率、
蒸腾速率及气孔阻力在整个生长季节受到多个环境因子的
共同影响, 不同时期起主导作用的因子有所差异. 不同的环
境因子对生物量的决定作用大小不一, 以碱茅 ( Puccinellia
chiampoensis)为例, 土壤盐分和月积温对其地上生物量的决
定程度最高,而土壤水分和盐分对地下植物量的决定程度最
高[ 22] .对于特殊生境例如高寒牧区,由于其主要生态因子中
热量不足、土壤贫瘠, 但光照充足且生长季雨量充足, 所以只
有靠施肥才能提高牧草对光、热、水等因子的利用率[ 13, 50] .
而植物自身对特殊生境也有强烈的适应机制,比如植物可以
通过自身的光合与水分代谢调节来适应缺水环境[ 44] .当然,
这种适应机制并不能完全抵消不良因子对植物的影响. 高盐
生境下植物的根系明显变小,而且明显推迟各器官的出现时
间[ 14] ;在干旱和半干旱地区,水分缺乏是影响人工草地生产
的最主要因素. 在干旱条件下, 紫花苜蓿( Alfa lf a medicago
sativa ) 叶片会过早衰老[ 19] . 另外, 周海燕[ 56]、蒋高明[ 23]、
Nassiri[ 34]等都对沙地植物的光合和水分生理生态特性进行
了研究, 为草地的生理生态研究奠定了基础. 人工草地与天
然草地在生态条件、生理机制上存在着很大的差异, 但随着
人工草地被利用时间的增长, 在相邻天然草原的影响下, 人
工草地的植物种类组成和种群结构不断发生变化,在各种种
子植物不断入侵的情况下, 人工草地有向天然草原逐渐演替
的趋势[ 10] .
5 存在的问题与展望
浑善达克沙地是我国四大沙地之一, 位于内蒙古自治区
锡林郭勒高原中部, 是以畜牧业为主题经济的地区, 经济基
础薄弱, 草原建设相对滞后,牧业生产靠天养畜, 单纯追求牲
畜数量, 草场严重超载. 尤其是冬春饲草淡季, 牛、羊刨根取
食, 严重影响了翌年草的萌发,造成草原的严重退化.在此类
草地上,饲料问题是矛盾的根源. 如能充分利用当地的有利
自然条件(如丘间低地)建立高效型人工草地, 引草入牧, 采
用传统的或现代化的农业技术措施, 最大限度地提高单位面
积生物量, 为牲畜提供足够的饲料,那么, 大面积已退化的天
然草地就能借助自然力得以自行恢复, 或人工促进协助恢
复.在理论研究过程中可以看出, 对人工草地的研究还远不
如象其它农作物那样深入. 至今为止, 还没有一套从播种到
收获的系统的技术可供参考, 已有的人工草地多是建立在农
用耕地上, 在沙化土地上建立以恢复与饲用兼顾为目的的人
工草地的研究并不多, 且远不如国外深入.另外, 从提高单位
面积人工草地的生物量方面来考虑, 种植饲用玉米和豆科牧
草混播草地无疑是一个有益的尝试. 因为不管从生物量还是
品质上, 玉米都不愧有/ 饲料之王0之称, 在浑善达克沙地已
进行了初步的试验研究,并取得理想成效. 我们用巴彦胡舒
嘎查 1%的丘间低地建立人工草地圈养牲畜, 从而保证了大
面积退化草场的恢复. 初步的实验结果表明, 资金投入约为
750 元# hm- 2, 就可以获得 71 5@104 kg# hm- 2的产量. 由于
仅用了 1%的面积,所以对当地的地下水位几乎没有产生影
响.
以位于浑善达克沙地腹地的正蓝旗为例, 类似的可利用
丘间低地一共有 6167@104 hm2 左右, 其地下水位为 1~ 2
m.该地的年均降雨量为 350 mm, 且多集中于 6~ 8 月的生
长季. 因此,发展人工草地的潜力比较大. 对于人工草地的适
应机理研究以及生态因子反馈机制等方面的研究尚有待于
进一步深入、细致地探索, 既为草地类型退化生态系统的恢
复提供生理生态学方面的理论依据, 又可以摸索出一套具体
的技术措施用以指导生产, 最终实现浑善达克沙地的可持续
发展战略目标.
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作者简介 牛书丽, 女, 1975 年生,博士生, 主要从事植物生
理生态学研究, 发表论文 10 篇. Tel: 01026259143126547; E2
mail: niushuli@ ibcas. ac. cn
1666 应 用 生 态 学 报 15 卷