退化草原修复技术及其效果研究进展

2022-05-30范博王占义姚敏娟侯佳

南方农业·上旬 2022年10期

范博王占义姚敏娟侯佳

摘要草原作为我国最大的陆地生态系统，其在我国草原生态和牧区生产生活中具有举足轻重的地位。因不合理的利用及气候变化的影响，我国草原退化情况严峻，范围较广。修复退化草原是当前“双碳”背景下提升草原碳储量的一个重要途径。不同类型、不同原因引起的草原退化，适用的修复措施也不同。通过查阅文献及结合实际工作经验，全面归纳总结了5种退化草原常用的修复改良措施：围栏封育、划区轮牧、施肥、补播、浅耕翻，分析每种草原改良技术的特点及适用范围，有利于科学选择适宜的草原修复措施。

关键词草原；生态修复；草原改良；修复措施；修复效果

中图分类号：S812.6 文献标志码：C DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2022.19.033

草原作为我国最大的陆地生态系统，占我国国土面积的41%[1]，是我国耕地面积、森林面积的3.2倍、2.5倍，总量居世界第三[2]。草原一方面是生态安全的重要绿色生态保障，在防风固沙、涵養水源、净化空气和调节气候等方面具有重要作用[3]，尤其是在我国北方草原生态地区，另一方面依托草原进行生产也是农牧民生活重要的经济来源。

草原生态系统退化是指草原生态系统中能量流动与物质循环的输入、输出之间失调使草原生态系统逆行演替，一般表现为草产量变低、草群变矮、变稀最后导致草原载畜能力下降的一种现象[4]，或者通过草原退化指示植物出现率来判断草原的退化[5]。草原生物群落的变化，其生活的土壤环境也会有营养物质流失而恶化。因此，草原生态系统的退化除了有“草”的退化之外，还包括“地”的退化[6]。引起草原退化的原因也是多方面的：1）长期不合理的放牧、掠夺式经营、盲目垦殖[7]等人为活动超出草原承载能力所引发的草原退化[8]；2）气温、降水变化等气候因素[9]及鼠害[10]、蝗灾[11]等生物灾害所引起的退化现象；3）草原畜产品生产技术和管理水平低下不能满足现代畜牧业发展的需求也会在一定程度上导致草原退化的发生[12]。不同的利用情况导致草原退化程度不同，按照草原退化情况可以分为3级：轻度退化、中度退化、重度退化[13]。在草原改良过程中，针对不同退化程度、不同类型及不同原因引发的草原退化，采取的改良措施也有所不同。我国约有90%的草原存在不同程度的退化[14]。在碳达峰和碳中和背景下，对退化草原进行修复是提高草原碳储量的重要途径，而修复的成功与否及措施的正确选用直接相关，为此作者基于文献检索和实际工作经验，比较全面地总结了自然修复和人为修复措施的适用情况和特点。

1 自然修复措施及其对草原生态的影响

自然修复措施是指通过人为监督给草原提供一段修养生息的时间，利用其自愈能力使草原逐渐恢复并保持健康发展水平，常用的自然修复措施包括围封禁牧、休牧和划区轮牧等，各种措施适用于不同程度的退化草原，根据需求选用适宜的修复措施。

1.1 围栏封育

围栏封育是将退化的草原通过物理或生物秸秆的方式围起来，在其依靠自身修复能力发展起来之前禁止放牧活动，待草原植物群落的覆盖度、优质牧草所占比例和草原的生产力水平达到一定要求后再逐步合理开放使用[15]。

围栏封育在草原恢复和改善草原土壤的营养成分流失方面是一项值得推广的草原管理措施[16]。围栏封育多用于中度退化以下的草原，包括金属网围栏和生物材料围栏。生物围栏投资较小，对环境影响可控，还能在防风固沙、调节草场小气候的同时改善土壤理化性质，增加腐殖质[17]；而金属网围栏具有投资少、简单易行和见效快等优点，更适合牧场推广而被广泛应用[18]。合理的围栏封育对草原物种丰富度、多样性指数、均匀度、盖度、高度[19]、草产量及土壤种子库等指标有显著提高，且优势种表现得较为明显，杂草类有所下降；逐渐围封后各指数均趋于稳定。

围栏封育后植被枯落物的增多对土壤养分元素的恢复起到了重要作用，能够促进草原有机碳、持水量和水源涵养功能及碳素固持功能[20]。土壤质量恢复是一个漫长的过程[21]。草原退化后会引起土壤的退化，围栏封育后草原地上生物量会显著增加，并增加土壤碳固持和碳储量[22]；而增加豆科植物能够提高土壤氮储量[23]。同地上生物量类似，封育较长时间后，碳氮固持能力保持稳定[24]。

1.2 划区轮牧

划区轮牧简称轮牧，是将草场按照放牧天数、草原载畜量合理划分为几个小区，按照一定次序使用草原。轮牧小区数和各小区轮牧天数要依据不同的草原类型视情况而设定[25]。轮牧开始时间也会影响草原牧草的营养价值[26]。

划区轮牧在有效防止草原退化、促进草原健康发展的同时，提高了家畜的生产力，保护了生态，还发展了经济，是一项合理有效的草原管理措施[27]。研究发现，无论是家庭牧场还是一些半干旱的草原上，在轮牧制度下植被的高度、盖度和物种多样性及地上生物量等均显著高于自由放牧区[28]。轮牧制度还能优化草原种群，增加优良牧草物种的多样性和丰富度。

划区轮牧给了各个小区短暂休养生息的机会，缓解了草原利用压力，避免长期践踏导致土壤紧实、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，促进了土壤团聚体的形成，有利于维持土壤的稳定性[30]。轮牧机制下，土壤理化性质较自由放牧而言，其土壤质地、含水量、结皮量、有机质和全氮含量等指标有较大的变化[31]。家畜的适当活动在提高土壤微生物量的同时加速了养分循环，还促进土壤团聚体的形成[32]。浅层土壤有机碳和氮储量相对放牧条件下有较显著的增长[31]。

对家畜而言，在轮牧制度的科学空间下提高了采食速率，减少了跑青、反刍﹑卧息，延长了站立时间，排粪和排尿等消耗体能的活动减少[33]。而且轮牧制度能够打破家畜寄生虫的生长发育周期，影响感染性幼虫的密度[34]，降低发病率。

2 人工修复措施及其对草原生态的影响

人工修复措施是指通过人为直接干预草原恢复过程，可以按照自己的需求来规划草原，或者按照草原需求对症下药地快速满足草原恢复需求，如补充肥料、种子等。人工修复措施有补播、施肥、浅耕翻和划破草皮等方式，一般周期较短、见效快，常用于退化较严重的草原。

2.1 补播

补播措施是在尽最大努力保护草原原有植被条件下，在出现块儿斑或稀疏的草原上播种一些适应当地自然条件且有较高价值的优良牧草。

补播可增加草群中优良牧草成分、比例及草原的覆盖度，提高草产量，常见的补播植物有苜蓿（Medicago Sativa）、羊草（Leymus chinensis）、鸭茅（Dactylis glomerata）、披碱草（Elymus dahuricus）、无芒雀麦（Bromus inermis）和多年生黑麦草（Lolium perenne）等。草原补播一般在利于机械化进行的斑块退化的地方，分为免耕补播和翻耕补播，两种补播措施均可用于草原改良，免耕补播对原生草原的影响较小，应选择适于草种水热条件的时机下进行补播。补播前需要对种子进行挑选、消毒处理；其他常见处理是唤醒休眠种子，通过短时间暴晒、化学处理[35]、变温和机械处理（豆科植物较多）[36]等。补播能够在短时间内提高草原植被的高度、盖度、密度和地上生物量等参数[37]。补播对草原Shannon-winner指数、均匀度指数和Simpson指数有所提高但不显著[38]，但是对草原的地上生物量、草原生产力和物种丰富度有较为显著的提高[39]。补播后土壤物理性状明显提升[40]，有机质及氮、磷、钾有较明显的优势。补播对于土壤中团聚体、微生物和有机物等的影响是一个长期的过程，短时间内难以产生显著结果[41]；微生物量也发生了微妙变化，而真菌的Shannon指数和Simpson指数均无显著变化，但是多样性指数Chao1显著升高，而且草原土壤真菌物种组成、群落多样性及功能结构均发生明显改变[40]。

2.2 施肥

施肥是一種速度较快的通过添加植物所需营养元素来促进植物生长、提高植物草产量的草原改良方式。如果草原生物活动及枯落物分解不能满足植物生长所需的元素，需要通过人工添加肥料来满足草原需求，常规施肥以碳、氮、磷和钾元素为主。

传统农业集中添加肥料会导致肥料利用率低、成本较高。新型的缓释肥肥效较长和养分释放平稳，不但能满足植物养分需求，提高草原生产力、养分积累量[42]、利用率和经济效益，而且能减少环境污染，是一种可靠的施肥方式[43]，逐渐得到广泛应用。秸秆还田是用有机肥或者秸秆来代替化肥的情况下，也能达到作物增产和土壤理化性质改善的目的[44]。生物炭是由植物枯枝落叶和废弃的原料等通过一定温度热裂解而形成的固体材料[45]，在土壤微生态调控、土壤固碳培肥和缓解温室效应等方面具有良好的效应[46]，逐渐应用于土壤改良中。

施肥作为一种积极的草原改良措施，能够在短期内满足植物所需的营养元素。氮肥对植物叶片C、N含量增加及净光合速率提高有积极作用[47]。磷肥（如磷酸二铵）是一种仅次于氮的养分元素，是植物体重要的组成部分，它以不同形式直接或间接参与植物生理生化过程。钾肥（如磷酸钾、硝酸钾等）能够显著增加植物的叶面积指数和叶绿素相对含量[48]。新型生物炭肥料也被证明能对苜蓿株高、叶面积及地上生物量有积极作用[49]。生物炭的添加除了在降低土壤容重、增加孔隙度、减少温室气体排放方面有积极作用之外[50]，还能够增加土壤有机质、全氮、全钾和速效钾等土壤养分[51]。生物炭通过改变土壤环境来影响土壤微生物群落结构[52]。生物炭对土壤微生物群落多样性、丰富度指数的影响虽未达到显著水平但有增加趋势[53]。

2.3 浅耕翻

浅耕翻是利用双铧犁或三铧犁将草原翻耕20 cm左右的深度，翻后将土块破碎、耙平、压实的一项改良退化草原的措施，通常应用于中度退化的草原[54]。该法适用于草甸草原或局部水分条件较好、土壤硬实板结的草原地区，不适合水土流失严重的地区。浅耕翻应选择适当的季节进行，以减轻耕翻过后土质疏松引起的草原风蚀、土壤粗质化[55]。

草原浅耕翻在短时间内能够显著降低植被地上生物量、物种丰富度和盖度，但浅耕翻对多年生植物的破坏使得植被重新演替，因此其植物物种多样性和均匀性会增加，一些根茎型植物在浅耕翻过后，切断根茎的同时疏松了土壤，为植物提供了良好的恢复性生长环境，使草原多样性指数和均匀性指数均增长[56]。

在浅耕翻两年以后，土壤结构开始适宜植物的生存[57]，疏松的土壤使得微生物的生长和发育更加活跃，有利于土壤团聚体的形成。邵玉琴等通过对退化草原浅耕翻25年后的研究发现，土壤微生物真菌和细菌数量均有显著的提升，土壤恢复较好[58]。浅耕翻在短时间内对土壤有机质中有机碳和全氮有负面影响，而较长时间自然恢复后会有更加积极的作用。浅耕翻后将地表植被完全破坏，地表植物和枯落物被翻入土壤中，深层土壤种子被翻到地表的同时也能给表层植物种子覆土，促进了营养物质循环，有利于改变土壤种子库结构。

3 小结

本文根据文献检索结合实际工作经验对草原改良措施做了总结，在“双碳”和草原不断退化的大背景下，改良退化草原是一种提高草原固碳量的有效方法。从自然和人工两个方向介绍草原修复的常用措施，不同措施适用于不同的退化环境。各种措施在施行过程中各有利弊，自然修复措施对草原扰动小，但修复周期一般较长；草原人工修复措施的修复周期较短，而且可以按照需求改善草原物种种类，但对草原的扰动较大。因此，了解草原修复措施及其对草原生态的影响是进行草原改良必不可缺的前提。草原改良最重要的是要从根源上阻止退化，在利用方面规定合理的载畜量和完善草原法律法规，利用现代科技加强草原监督等；在生活方面加强牧民的普法教育工作，提高草原保护意识，促进草原利用良性循环。在草原治理工作中，从人为因素的源头治理草原退化显得尤其重要。

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