張 騫, 馬 麗, 張中華, 徐文華, 周秉榮, 宋明華, 喬安海, 王 芳, 佘延娣, 楊曉淵, 郭 婧, 周華坤,*

1 中國科學(xué)院西北高原生物研究所,青海省寒區(qū)恢復(fù)生態(tài)學(xué)重點(diǎn)實驗室, 西寧 810001 2 青海省氣象科學(xué)研究所, 西寧 810001 3 中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所, 北京 100101 4 青海省草原總站, 西寧 810001

青藏高原是全球最大的高寒草地分布區(qū),也是高寒生物資源的重要基因庫[1]。高寒草地作為青藏高原主要的植被類型,對青藏高原的氣候調(diào)節(jié)、水源涵養(yǎng)、土壤形成與保護(hù)等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的維持有著重要影響,在保障區(qū)域生態(tài)安全格局和響應(yīng)全球氣候變化等方面發(fā)揮著重要的作用[2]。近年來,隨著氣候變化和人類活動對青藏高原影響的與日俱增,高寒草地的退化日趨嚴(yán)重,土地生產(chǎn)力也逐漸減低,對高寒草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的正常發(fā)揮造成嚴(yán)重威脅[3]。此外,高寒草地的退化也威脅著高寒地區(qū)的生物多樣性[4-5]。因此,當(dāng)前的退化高寒草地恢復(fù)問題給國家以及科學(xué)界帶來了巨大的挑戰(zhàn),引起了廣泛的關(guān)注[6- 7]。

針對目前現(xiàn)狀,雖然已有大量的研究對高寒草地的退化恢復(fù)進(jìn)行了探討,并提出了一系列的恢復(fù)措施及技術(shù)[8- 10],但在研究其退化現(xiàn)狀和恢復(fù)措施機(jī)制等方面目前稍顯薄弱。為此,本文依據(jù)高寒草地亞類的功能分區(qū)模型以及退化演替的分區(qū)特征[11-12],將青藏高寒區(qū)的草地分為5個典型脆弱生態(tài)區(qū)(表1,圖1),即三江源區(qū)、環(huán)青海湖及祁連山區(qū)、一江兩河地區(qū)、藏北和那曲地區(qū)、川西和甘南地區(qū)。通過對以往研究文獻(xiàn)的綜合整理,明確各脆弱生態(tài)區(qū)的草地退化現(xiàn)狀以及主要生態(tài)問題,探討現(xiàn)有恢復(fù)措施的優(yōu)劣及效應(yīng),以期對已有的生態(tài)恢復(fù)技術(shù)和模式進(jìn)行優(yōu)化、融合和集成,并對其中存在的問題進(jìn)一步加以探討和總結(jié)。

表1 青藏高原草地類型的區(qū)域分布及主要特征

圖1 典型脆弱生態(tài)區(qū)分布圖Fig.1 Typical fragile ecological zone distribution map

1 草地退化的表征及各典型脆弱生態(tài)區(qū)的恢復(fù)現(xiàn)狀

1.1 高寒草地退化的表征

草地退化主要表現(xiàn)在2個層面：一是植被退化,表現(xiàn)為植被的高度、覆蓋率、產(chǎn)量和質(zhì)量下降；二是土壤生境退化,表現(xiàn)為土壤性質(zhì)及微生物特性的發(fā)展方向不利于植被的生長。本質(zhì)上,草地的退化是植被-土壤系統(tǒng)的協(xié)同退化[13- 15]。

從植被退化角度來看,曹廣民等[16]認(rèn)為高寒草地的植被退化大多都是由禾草—矮嵩草群落演替為嵩草群落,然后由嵩草群落轉(zhuǎn)化雜類草,最后演變?yōu)楹谕列痛紊愕?。趙貫鋒等[6]認(rèn)為隨著高寒嵩草草甸退化,由莎草科和禾本科為主的植物演替為雜類草地。肖玉[17]認(rèn)為高寒草原退化過程中,群落優(yōu)勢種從青藏苔草演變?yōu)榍嗖靥Σ莺透呱结圆莶⒋?最后轉(zhuǎn)為珠芽蓼和沙生風(fēng)毛菊的雜類草地。周華坤等[18]認(rèn)為隨著高寒草原退化程度加大,植被蓋度、草地產(chǎn)量和質(zhì)量以及草地上生物多樣性逐漸下降。趙玉紅等[19]認(rèn)為隨著草地退化程度的加劇,群落水平的總生物量以及葉和莖的生物量明顯減少。劉育紅等[20]認(rèn)為高寒草甸群落中,植物優(yōu)勢度在草地退化演替格局中發(fā)生變化,莎草科、禾本科植物優(yōu)勢度總體隨草地退化程度的加劇而降低,雜類草、豆科植物優(yōu)勢度總體隨退化程度的加劇而逐漸增加。綜上可知,植被退化的表征為優(yōu)勢種發(fā)生了明顯的接替變化,植被的生產(chǎn)力、多樣性、高度、覆蓋率和質(zhì)量等也隨著草地退化程度的加劇而明顯下降。因此,本文認(rèn)為退化草地的植被變化會表現(xiàn)在植物群落的結(jié)構(gòu)功能、生物生產(chǎn)以及質(zhì)量等各個方面,所以可以結(jié)合植被各個方面的變化,通過建立合理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、內(nèi)容構(gòu)成、異質(zhì)性等實現(xiàn)退化草地恢復(fù)的目標(biāo)。

從土壤生境退化角度來看,魏衛(wèi)東等[21]認(rèn)為植被或植物群落發(fā)生變化的時候,必然會導(dǎo)致其生存環(huán)境中的土壤條件發(fā)生改變,草地退化情況以及與土壤因子的關(guān)系極其復(fù)雜。楊元武等[22]認(rèn)為不同退化梯度上土壤化學(xué)性質(zhì)均發(fā)生變化,其中速效養(yǎng)分隨退化程度的加劇明顯減少。于寶政等[23]認(rèn)為在高原冷濕環(huán)境中退化草地表層、亞表層土壤團(tuán)聚體的下降幅度隨草地退化加劇均趨于顯著提高。李建宏等[24]認(rèn)為隨著退化程度的加劇,土壤中的固氮菌呈減少趨勢。此外,草地退化導(dǎo)致高寒草地固氮性植物減少,從而降低土壤中有機(jī)氮含量,減少草地氮庫[25]。易湘生[26]認(rèn)為土壤持水量總體上隨草地植被退化而減少。王學(xué)霞等[27]認(rèn)為草地退化顯著降低了高寒草甸和草原土壤凈硝化速率和凈氨化速率。溫軍等[28]認(rèn)為隨著高寒草原退化程度的增加,生長季土壤的呼吸速率先增加后降低,在中度退化程度下達(dá)到最高,而在重度退化程度下降至最低。綜上,退化的草地土壤貧瘠,微生物群落減少,水分條件差,植物生長必要營養(yǎng)元素缺乏,植物-土壤協(xié)同作用減弱,從而導(dǎo)致土地退化加劇程度,陷入退化的惡性循環(huán)。

因此,在退化草地恢復(fù)治理過程中,要關(guān)注對草地生產(chǎn)能力的恢復(fù)和提高。特別是草地的生物組分(植物、動物或微生物)和土壤的結(jié)構(gòu)與功能。重點(diǎn)改善生物多樣性,草地群落的水平與垂直結(jié)構(gòu),物質(zhì)循環(huán)與能量流動等功能,使惡化的草地發(fā)生良性的改變。

1.2 青藏高寒區(qū)各典型脆弱生態(tài)區(qū)草地的恢復(fù)現(xiàn)狀

三江源區(qū)位于青藏高原的腹地青海省南部,是長江、黃河和瀾滄江的源頭區(qū),總面積為3.63×105km2,約占青海省總面積的50.4%,全區(qū)平均海拔在3700—4200 m之間[29]。全區(qū)的天然草地面積2.14×103hm2,可利用草地面積占全區(qū)天然草地面積的90%,為1.933×103hm2,該區(qū)分布著以嵩草(Kobresia)植物為主的高寒草甸和以針茅屬(Stipa),羊茅屬(Festuca)植物為主的高寒草原[30]。20世紀(jì)70年代起,三江源區(qū)存在的主要生態(tài)問題表現(xiàn)有：林草植被蓋度降低,濕地生態(tài)系統(tǒng)面積減少,湖泊萎縮,冰川后退,水資源減少[31-32]；草地退化與土地沙化日趨加劇,水源涵養(yǎng)功能下降,江河徑流量逐年減少,水土保持功能減弱[33-34]；草原鼠害猖獗[35]；生物多樣性減少[36]；生態(tài)難民逐年增加[37]。此外,“黑土灘”是三江源區(qū)草地退化最為嚴(yán)重的次生裸地,其形成和發(fā)展嚴(yán)重制約了整個高寒草地區(qū)域的植被群落結(jié)構(gòu)和植被生產(chǎn)力[7,38]。高寒草地(包括高寒草原、高寒草甸、高寒荒漠草原和高寒濕地草甸)在氣候變化、鼠蟲害、過度放牧等自然和人為因素的共同作用下呈現(xiàn)出明顯的退化趨勢,草地退化加速?；谏鲜錾鷳B(tài)問題,生態(tài)學(xué)家提出了一系列的恢復(fù)措施及技術(shù),如退牧還草、退耕還林(草)及封山育林,對大面積退化草原進(jìn)行退牧還草,對輕度退化草地和未退化草地采取禁牧和圍欄封育[39]。種樹和牧草適宜相結(jié)合,根據(jù)氣候條件,選擇適生樹種和優(yōu)良牧草間種,提高水土涵養(yǎng)蓄水能力[40]。人工種草,根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件選擇以多年生禾本科牧草為主,如早熟禾、老芒麥等較耐寒的草種,進(jìn)行人工混播,達(dá)到退化草地生態(tài)恢復(fù)重建效果[41-42]。建立飼草料基地,緩解飼料不足問題,促進(jìn)草場生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)利用。

圖2 2004—2012年三江源區(qū)草地退化面積統(tǒng)計圖 Fig.2 Grassland degradation area in the “Three-River Headwaters” region during 2004—2012ID：退化加劇Increased degradation；SD：輕微退化Slightly degradation；CD：退化程度不變; Constant degree of degradation；SI：輕微好轉(zhuǎn)Slightly improved；OI：明顯好轉(zhuǎn)Obviously improved.

上述措施的實施使得三江源區(qū)的草地退化得到了一定的恢復(fù)。趙健赟等[43]利用2001年、2010年和2015年的Landsat數(shù)據(jù)的分析表明三江源區(qū)澤庫縣在2001—2015年之間,植被覆蓋狀況有顯著改善,并向高植被覆蓋方向變化。馮亞杰等[44]通過提取三江源區(qū)瑪沁縣不同時期的植被覆蓋度動態(tài)變化總體特征,認(rèn)為2005—2015年來植被覆蓋度呈下降趨勢,植被覆蓋度的面積減少近4000 hm2,覆蓋度減少區(qū)面積占比為20.96%,比重較大,植被覆蓋不穩(wěn)定并呈現(xiàn)退化趨勢。但有研究表明近15年(2001—2015)三江源區(qū)草地生態(tài)呈明顯好轉(zhuǎn)態(tài)勢,草地退化面積僅占三江源區(qū)總面積的5.85%。2004—2012年三江源生態(tài)工程實施以后,該地區(qū)草地退化趨勢基本得到控制,而且呈現(xiàn)出不同程度的減緩趨勢,僅有極少數(shù)縣發(fā)生退化和退化加劇現(xiàn)象[45]。徐新良等[46]的遙感解譯結(jié)果顯示,到2012年為止,三江源退化草地面積比2004年降低了5.78%,其中中度退化草地的面積減少最顯著,下降了5.35%。研究表明長江源和黃河源草地退化情況比較嚴(yán)重,瑪多縣、曲麻萊縣、稱多縣北部和治多縣東南部草地退化最為明顯。而且通過對三江源地區(qū)草地退化態(tài)勢的遙感解釋,2004—2012年草地退化的態(tài)勢發(fā)生減緩,局部地區(qū)草地狀況得到明顯好轉(zhuǎn)(圖2)[46]。

從三江源地區(qū)各流域草地退化面積統(tǒng)計圖(圖2)可以看出,2004—2012 年黃河、長江和瀾滄江三大流域退化草地在逐漸好轉(zhuǎn),也由此可見,長江流域發(fā)生退化最為嚴(yán)重。由中國測繪科學(xué)研究院牽頭完成的“三江源國家生態(tài)保護(hù)綜合試驗區(qū)草地監(jiān)測”研究成果顯示[47]：2004—2013年期間,整個青海三江源國家生態(tài)保護(hù)綜合試驗區(qū)的草地生態(tài)系統(tǒng)有所好轉(zhuǎn),草地退化趨勢已經(jīng)基本得到遏制,呈輕度恢復(fù)趨勢。退化草地總面積的54%狀況穩(wěn)定,30%逐漸恢復(fù),16%持續(xù)退化。由此可見,各項草地生態(tài)保護(hù)政策使得三江源區(qū)生態(tài)恢復(fù)進(jìn)程加快,草地長勢趨好,植被蓋度穩(wěn)步增長,三江源的退化態(tài)勢得到了明顯好轉(zhuǎn)。

環(huán)青海湖及祁連山區(qū)屬于生態(tài)脆弱帶,植被結(jié)構(gòu)簡單且生長周期短,自我恢復(fù)能力差。青海湖區(qū)域的退化草地主要分布在湖周圍,重度退化草地主要為湖東沙地、鳥島以及耕地和居民區(qū),中輕度草地退化面積為東岸和北岸[48- 51]。祁連山是我國六大天然牧場之一,其高寒草地是內(nèi)陸河的重要水源涵養(yǎng)區(qū),總面積為4.33×106hm2,據(jù)統(tǒng)計,區(qū)域內(nèi)退化草地的面積約為3.32×106hm2,占比高達(dá)76.7%。草地退化表現(xiàn)為覆蓋率降低,植被穩(wěn)定性差且牧草的質(zhì)量和產(chǎn)量均發(fā)生了明顯的下降,土壤生產(chǎn)力下降以及深層土壤旱化等[52-53]。目前存在的主要生態(tài)問題可總結(jié)為有：環(huán)青海湖流域森林植被趨于消退狀態(tài)；高寒植被類型相對稀少；濕生生態(tài)系統(tǒng)趨于退化；環(huán)湖流域高寒草甸草場、高寒灌叢草場、山地草原草場、沼澤草場、疏林草場面積均有縮減,荒漠面積不斷擴(kuò)充,有向荒漠化發(fā)展趨勢；環(huán)湖流域優(yōu)良牧草種類減少,毒雜草大量滋生,可食草量大幅度下降,植被蓋度降低；環(huán)湖氣候干暖化、放牧草地長期超載過牧、盲目墾荒、亂采濫伐、鼠蟲危害等；祁連山區(qū)域土壤利用率下降,草地生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性喪失嚴(yán)重[54-55]。

有研究表明[56],2000—2013年間,青海湖流域未退化草地面積為8.89×105hm2,占流域面積的29.97%。處于退化狀態(tài)但沒有發(fā)生變化的草地為1.20×106hm2,占流域面積的40.42%,明顯恢復(fù)的草地面積為3.26×104hm2,占1.10%。駱成鳳等[49]研究表明在2010年青海湖的未退化草地在整個流域占38%。2000年以來,青海湖流域草地變化幅度非常小,呈輕微恢復(fù)趨勢。2014年至今,祁連縣依托祁連山退牧還草等工程項目的實施,累計治理黑土灘1.7×104hm2。通過治理,黑土灘草地植被蓋度從10%提高到80%以上,牧草平均高度達(dá)到50 cm以上[57-58]?！镀钸B山生態(tài)變化評估報告》顯示,截止到2017年,祁連山植被NDVI指數(shù)和覆蓋度反映出2000—2017年祁連山植被狀況為“整體向好、局部惡化”的態(tài)勢,祁連山區(qū)約33.6%的面積植被NDVI指數(shù)顯著增加,禁牧后草地的土壤有機(jī)質(zhì)、覆蓋度逐步增加[59]。

西藏一江兩河地區(qū),通過生態(tài)環(huán)境脆弱性驅(qū)動力分析可以看出, 1990年該地區(qū)自然因素驅(qū)動占主要地位, 到2004年人為因素的影響不斷加大, 尤其是人口快速增長, 過度放牧, 過度樵采等不合理人類活動加劇了區(qū)域生態(tài)脆弱性[60]。該區(qū)存在的主要生態(tài)問題有：土壤以鈣積層為主,地勢低洼排水不暢的地方有草甸土和沼澤土,受其天然環(huán)境的影響,植物生產(chǎn)量低,土壤中的有機(jī)質(zhì)分解慢,腐殖化作用弱[61]。 一江兩河地區(qū)退化草地多集中在河谷地區(qū),該區(qū)草場退化的主要表現(xiàn)為草優(yōu)質(zhì)牧草減少,毒草叢生,鼠害現(xiàn)象嚴(yán)重,土壤沙化[62,63]。一江兩河地區(qū)的草地退化以沙漠化問題最為突出,地區(qū)沙漠化土地總面積為1.86×103km2[64]。為防御沙漠化,一江兩河地區(qū)草地面積近10年來迅速增加,增加了區(qū)域內(nèi)植被覆蓋度。在一定程度上,使得高寒草地免于沙化威脅,逐漸得到恢復(fù)[65]。

藏北和那曲地區(qū)位于我國青藏高原腹地,西藏自治區(qū)的北部,全區(qū)的總面積為4.20×104km2,草地的面積占86%[66]。存在的主要生態(tài)問題有：由于氣候環(huán)境嚴(yán)酷,生態(tài)環(huán)境極為脆弱,加之人為因素使那曲地區(qū)天然草地退化、沙化現(xiàn)象,近年來趨于嚴(yán)重?；诖?戴睿等[67]分析了那曲草地退化的時空變化特征,發(fā)現(xiàn)2002—2010年期間,那曲地區(qū)草地輕度退化,其中2002—2005年之間是草地退化的主要階段。王金枝等[68]以植被覆蓋度為評價指標(biāo)分析了1990—2015年間那曲高寒草地退化和恢復(fù)程度,認(rèn)為1990—2015年間那曲高寒草地退化狀況總體好轉(zhuǎn),該地區(qū)退化草地面積占總面積35.83%,恢復(fù)面積占64.17%。藏北那曲高寒草地退化的影響因素有超載放牧、鼠蟲害、濫挖藥材、道路工程建設(shè)、礦產(chǎn)資源開發(fā),其中超載放牧和鼠蟲害是導(dǎo)致該地區(qū)草地退化的主導(dǎo)因素,這可為藏北那曲地區(qū)的草地恢復(fù)提供基礎(chǔ)依據(jù)。

川西和甘南地區(qū),位于喜馬拉雅山脈南部山谷,草地類型為山脈草甸。存在的主要生態(tài)問題是：在草地退化過程中,由于雜類草和毒害植物的侵入,造成了天然草地退化,導(dǎo)致地表裸露。加上當(dāng)?shù)貧夂驐l件的影響,土壤退化嚴(yán)重,土壤中的養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)含量持續(xù)下降,土質(zhì)惡化。近幾年,隨著生態(tài)環(huán)境的惡化,草地退化態(tài)勢加重,植被的產(chǎn)量和質(zhì)量持續(xù)下降,有毒有害牧草比重增加[69]。目前全區(qū)80%的草地都發(fā)生了退化現(xiàn)象。由于人類的過度放牧引起草地植被嚴(yán)重退化,導(dǎo)致草地生態(tài)失衡,發(fā)生嚴(yán)重的鼠害現(xiàn)象。甘南州的草地覆蓋率從85%以上逐漸降低為不足45%,許多植物物種也瀕臨滅絕[70]。綜上,甘南州草地退化的現(xiàn)狀主要有草地的生產(chǎn)能力下降；植被覆蓋率降低,毒草發(fā)展為優(yōu)勢種；草地鼠蟲害日益加劇,面積減少；沼澤化草甸的面積萎縮,部分地區(qū)出現(xiàn)黑土灘。

在退化草地恢復(fù)方面,馬玉秀等[71]研究表明川西高原在2000—2008年期間,草地總體上處于恢復(fù)狀態(tài),草地發(fā)生退化的面積僅占8%左右,且顯著退化與極顯著退化面積僅僅占0.10%,退化區(qū)域相對集中。2017年在色達(dá)縣的川西高原生態(tài)脆弱區(qū)綜合治理項目打造了川西高原生態(tài)脆弱區(qū)綜合治理示范樣板,將輻射帶動周邊典型高原縣生態(tài)治理。類似措施的實施,將在今后的恢復(fù)工作中發(fā)揮重要的作用。

2 退化草地生態(tài)恢復(fù)的措施與效應(yīng)

退化草地生態(tài)恢復(fù)的目標(biāo)集中于兩種功能,即生態(tài)功能和生產(chǎn)功能,恢復(fù)目標(biāo)的類別主要以生物多樣性(Biodiversity)、植被覆蓋度和密度(Vegetation coverage and density)、土壤碳庫(Soil carbon pool)為主,其余的恢復(fù)目標(biāo)包括生產(chǎn)力(Productivity)、昆蟲群落(Insect community)、植物群落結(jié)構(gòu)(Plant community structure)、草地載畜量(Grassland carrying capacity)、目標(biāo)物種(Target species)等。但在不同的案例研究中又根據(jù)實際情況的不同進(jìn)行較詳細(xì)的區(qū)分[72]。在實際案例中,一般都是多個目標(biāo)的恢復(fù),很少有單一的恢復(fù)目標(biāo)。在很多的研究過程中,恢復(fù)目標(biāo)的選擇和確定主要受到研究對象的生物學(xué)特點(diǎn)以及研究人員的專業(yè)領(lǐng)域的影響。但其中植被覆蓋率是穩(wěn)定不變的恢復(fù)目標(biāo),幾乎在所有相關(guān)領(lǐng)域的研究案例中都有涉及[73]。

2.1 退化草地生態(tài)恢復(fù)的措施和機(jī)制

在三江源區(qū),退化草地生態(tài)恢復(fù)的研究主要集中于高寒草地分類及其相應(yīng)的退化成因、生態(tài)恢復(fù)技術(shù)以及生態(tài)農(nóng)牧業(yè)發(fā)展模式,并在這些方面取得了一系列研究成果和理論技術(shù)[74]。根據(jù)該區(qū)的主要生態(tài)問題,研發(fā)了高寒草地“分區(qū)-分類-分級-分段”的恢復(fù)治理技術(shù)和管理模式,如人工種草、人工改良、半人工草地建設(shè)、人工草地復(fù)壯技術(shù)、人工草地分類建植技術(shù)、刈用型人工草地建植技術(shù)、放牧型人工草地建植技術(shù)、高寒地區(qū)燕麥和箭筈豌豆混播技術(shù)、黑土坡治理技術(shù)等。基于分區(qū),研究輕、中度退化草甸近自然恢復(fù)技術(shù),用人工干預(yù)引導(dǎo)黑土灘、群落分類和生態(tài)恢復(fù)技術(shù)體系構(gòu)建,開展區(qū)域性示范?；诜诸?應(yīng)用相關(guān)技術(shù)制定不同程度的退化草地分類標(biāo)準(zhǔn)[75],基于分級,依據(jù)植被的覆蓋度、生物量以及土壤有機(jī)質(zhì)等指標(biāo),以天然草地為對照,將退化草地劃分為輕度、中度、重度及極度 4 個等級,對高寒草地的退化等級進(jìn)行劃分,針對不同的等級,對退化草地的恢復(fù)進(jìn)行分類治理[76]。

在環(huán)青海湖及祁連山區(qū),針對其主要的生態(tài)問題,主要治理措施集中在退耕還草、輪牧、灌草結(jié)合、圍欄封育[77]。其中,圍欄封育是我國退化草地最常用的恢復(fù)措施,其措施是把目標(biāo)草地圍起來,封閉一段時間,在此期間限制對草地進(jìn)行任何開發(fā)利用,給牧草提供休養(yǎng)生息的機(jī)會,讓草地進(jìn)行自然恢復(fù),能夠自身積累足夠的營養(yǎng)物質(zhì),逐漸恢復(fù)草地的生產(chǎn)力,促進(jìn)草地的自然更新。圍欄封育可以有效控制土壤營養(yǎng)成分的流失,改善草場土壤生態(tài)系統(tǒng),有利于草地恢復(fù),推進(jìn)草地生態(tài)系統(tǒng)的管理和建設(shè)[78]。王啟基等[79]在三江源區(qū)根據(jù)天然草地退化程度的差異,采用不同的調(diào)控措施,使得植被物種構(gòu)成、地上生物量等特征值及其植被蓋度發(fā)生明顯變化?？偨Y(jié)認(rèn)為在退化較嚴(yán)重的草地采用補(bǔ)播+施肥,輕度退化天然草地采用封育+施肥措施。

在西藏一江兩河地區(qū),針對其主要的生態(tài)問題,主要治理分為兩類,一是退化草地綜合治理技術(shù)集成。即山地輕度退化草地采用減輕牧壓自然恢復(fù)為主,河谷輕度退化草地采用圍欄封育和冬季放牧等方式進(jìn)行自然恢復(fù)；中度退化草地采用劃破草皮和免耕補(bǔ)播兩種技術(shù)；重度退化建植人工草地,分多年生和一年生兩種類型或者混合配置,有灌溉條件的種植一年生飼草,無灌溉條件的雨季種植多年生混播牧草。二是草地畜牧業(yè)高效發(fā)展技術(shù)集成。即季節(jié)性輪牧主要是夏季在山地草地放牧,冬季休牧；河谷不同放牧草場之間進(jìn)行短期輪牧；針對綿羊養(yǎng)殖,開發(fā)了半放牧半舍飼和夏放牧冬舍飼技術(shù)。

在藏北和那曲地區(qū),針對其主要的生態(tài)問題,主要治理的治理措施有圍欄封育、補(bǔ)播、施肥、人工草地建植、灌溉等[80-82]。其中施肥效果最佳,王偉等[80]在研究了不同氮肥及施氮水平對高寒草地生物量以及土壤養(yǎng)分的影響,研究表明施硫酸銨后該區(qū)高寒草甸明顯增產(chǎn),其次是尿素,硝酸鈣效果最差,施肥量的最佳標(biāo)準(zhǔn)為200 kg/hm2。有研究表明,氮的沉積通過改變生物物種組成來增加草地的地上生物量[83]。氮肥可以通過不同的機(jī)制大幅度改變生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性,高氮輸入會降低高寒草甸的穩(wěn)定性,對高寒草地植被群落的穩(wěn)定性會產(chǎn)生長期影響[84]。因此，適宜的施肥量有助于退化草地的恢復(fù)。

在川西和甘南地區(qū),針對其主要的生態(tài)問題,主要治理的治理措施主要有喬灌草恢復(fù)模式、防沙固沙恢復(fù)模式、圍欄封育、人工草地建植等。有研究表明[71]補(bǔ)播措施使得當(dāng)年退化草地物種豐富度增加,明顯提高了植被的覆蓋率和地上生物量,且禾草類為優(yōu)勢種。同時,在川西北地區(qū),近10年期間來該地區(qū)因地制宜對退化草地實施了生物網(wǎng)格治沙技術(shù),機(jī)械網(wǎng)格治沙技術(shù),沙化草地物種補(bǔ)播的草種選擇技術(shù)等防沙固沙技術(shù)模式。取得了顯著的成果。

綜合來看,以上這些是采取的一些人工技術(shù)措施來提高草地的生產(chǎn)力,實現(xiàn)退化草地恢復(fù)的目標(biāo)。但每種恢復(fù)措施都存在著缺點(diǎn)：圍欄封育的恢復(fù)措施耗時長；草地補(bǔ)播和施肥等措施會對草地和土壤生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生較大的干擾性；植被更新中不同草地退化等級、退化階段以及土壤性質(zhì)等因素都會對植被的選擇提出要求,工作量大,耗時長。因此，基于草地退化等級的差異,可以采用分級的模式利用以上技術(shù)進(jìn)行草地恢復(fù)。對于輕度退化草地,可以采用圍欄封育的方式進(jìn)行生態(tài)恢復(fù),去除外界環(huán)境干擾,讓其自然恢復(fù)；對于中度退化草地,可以采用人工補(bǔ)播施肥,清除毒草以及滅除鼠害等方式來治理；對于恢復(fù)困難大的極重度退化土地,比如“黑土灘”,采用人工改建成人工草地,利用植被更新等措施治理。此外，草地恢復(fù)治理后的管理和合理利用非常重要,武高林等[85]研究表明建立高效集約化的畜牧業(yè)生產(chǎn)模式對青藏高原高寒區(qū)草地畜牧業(yè)生產(chǎn)有重要的積極作用。

圍繞青藏高原生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)與發(fā)展所開展的一系列恢復(fù)措施,內(nèi)在都有著密切的相關(guān)性,對草地生態(tài)恢復(fù)技術(shù)及其集成模式具有啟示作用。針對高寒草地退化等級的不同,研發(fā)出適宜的綜合治理模式。同時,這些措施已經(jīng)在三江源取得顯著的效果和收益,為三江源退化草地的恢復(fù)與綜合治理提供了技術(shù)支撐[76]。在高寒草地生態(tài)監(jiān)測技術(shù)研發(fā)方面,主要有遙感監(jiān)測和樣地評估技術(shù)、土地養(yǎng)分遙感評價與監(jiān)測技術(shù)、高寒天然草地分類與動態(tài)監(jiān)測支撐信息系統(tǒng)以及人工草地建植與管理信息系統(tǒng)[86-87]。

2.2 退化草地生態(tài)恢復(fù)的效應(yīng)

通過對各生態(tài)脆弱區(qū)因地制宜的實施恢復(fù)措施、技術(shù)、模式,退化草地恢復(fù)取得了顯著的效果。最早實施的圍欄封育措施,取得了很好的恢復(fù)效果,但也存在不足之處。有研究表明經(jīng)過短期圍欄封育, 不同草地類型群落特征均有明顯變化,主要表現(xiàn)為草層高度增加、植被總覆蓋度提升、地上生物量增加、優(yōu)良牧草 (禾本科、莎草科) 的比例增加,但圍欄封育多年后又會下降[88]。休牧利用能夠保持山地草甸草原的可持續(xù)利用,可使草原表現(xiàn)正向性演替[89-90]。面對天然草地退化的壓力,及人民生活質(zhì)量持續(xù)穩(wěn)定提高對畜牧業(yè)的需求,建立高效人工草地模式是畜牧業(yè)資源高效利用的必然選擇,也是推動我國畜牧業(yè)持續(xù)、穩(wěn)定、高效發(fā)展的必然選擇[91]。在青藏高原“黑土型”退化草地上建植多年生草地,不僅能使土壤資源有效性和微生物菌群得以恢復(fù),同時也能促進(jìn)土壤-植物間的相互調(diào)節(jié)作用,有利于人工草地群落穩(wěn)定性的提高[92]。

此外發(fā)現(xiàn),放牧對于退化草地的恢復(fù)具有兩面性。過度放牧?xí)档椭参锓N的多樣性[93],但適度的放牧?xí)鉁厣邔?dǎo)致的高寒草地生物多樣性降低發(fā)揮重要的緩沖作用。而且適度放牧可降低草場群落中優(yōu)勢種的競爭作用,給其他植物的發(fā)展創(chuàng)造了潛在機(jī)會,促進(jìn)草地植物群落多樣性的維系和發(fā)展[94]。就恢復(fù)草地生產(chǎn)力來講, 有研究表明[95]三種措施的組合使用能提高土地生產(chǎn)力、地上生物量以及生物多樣性。圍欄封育、施肥改良,劃破草皮使可食牧草的產(chǎn)量分別增加了60.5%—158.3%、45.9%—191.1%、32.7%—113.9%。實施禁牧+施肥+防除的退化草地恢復(fù)措施后,地上生物量顯著大于禁牧的優(yōu)良牧草的地上生物量,且秋季刈割措施能顯著降低狼毒的密度,增加其他牧草產(chǎn)量[96]。

在退化高寒草地施用氮肥也是一種有效的恢復(fù)措施。氮素輸入可以顯著提高根莖禾草、叢生禾草、豆科植物、苔草類植物的粗蛋白和粗脂肪含量,增加牧草品質(zhì)[97],但是會降低其物種多樣性,改變植被群落的生存環(huán)境,從而會改變植被特征[98]。對物種多樣性來講,灌溉措施有利于提高群落生物多樣性和穩(wěn)定性,促進(jìn)退化草地的恢復(fù)[99]。青藏高寒區(qū)目前所實施的一種生態(tài)畜牧業(yè)發(fā)展模式,既有利于保護(hù)青藏高原高寒草地生態(tài)系統(tǒng),又有利于促進(jìn)畜牧業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,實現(xiàn)高寒區(qū)傳統(tǒng)畜牧業(yè)的轉(zhuǎn)型發(fā)展。這種新型畜牧業(yè)發(fā)展模式的建立為草場提供了休養(yǎng)生息的機(jī)會,為退化草場恢復(fù)提供了保障,同時可以促進(jìn)草地畜牧業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

3 展望

(1)高寒草地的退化演替過程與自身脆弱的生態(tài)環(huán)境、氣候變化以及人類活動息息相關(guān)。在高寒草地生態(tài)系統(tǒng)變化、退化防控與恢復(fù)治理方面,通過對高寒草地退化的驅(qū)動因素進(jìn)行量化分析以及高寒草地退化程度的定量化、可視化表征,為其綜合治理及治理體系評價提供了技術(shù)和理論支撐。但氣候變化和人類活動等因素對高寒草地生態(tài)系統(tǒng)的影響機(jī)制以及定量模擬、精準(zhǔn)化方面仍需進(jìn)行更加系統(tǒng)地研究,以達(dá)到準(zhǔn)確揭示不同區(qū)域、不同草地類型高寒草地退化演替的生態(tài)過程和機(jī)制,對草地退化的驅(qū)動因素實現(xiàn)精準(zhǔn)控制,并且為高寒區(qū)退化草地的恢復(fù)提供更加成熟的技術(shù)集成及模式。

(2)在退化高寒草地生態(tài)恢復(fù)的綜合研究過程中,青藏高寒區(qū)主要以“黑土灘”退化草地的恢復(fù)為研究對象,主要集中于對高寒草地恢復(fù)技術(shù)和機(jī)制的研究,所以還應(yīng)該對各類退化草地的恢復(fù)技術(shù)及其產(chǎn)生的效應(yīng)進(jìn)行長期監(jiān)測研究和區(qū)域發(fā)展性評價,同時需要加強(qiáng)對高寒荒漠和高寒濕地等區(qū)域退化植被恢復(fù)的技術(shù)研究。

(3)過度放牧是導(dǎo)致青藏高寒區(qū)草地退化的主要人為因素之一,保護(hù)高寒草地與促進(jìn)該區(qū)畜牧業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展是一對長期的矛盾,所以要在保護(hù)青藏高寒區(qū)生態(tài)系統(tǒng)、遏制草地退化現(xiàn)象以及進(jìn)行退化草地恢復(fù)的前提下發(fā)展畜牧業(yè)經(jīng)濟(jì),在對已有相關(guān)技術(shù)研究的基礎(chǔ)上,加大草地畜牧業(yè)復(fù)合功能的研究,促進(jìn)牧區(qū)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)健康發(fā)展。此外，對高寒草地生態(tài)系統(tǒng)的綜合治理體系以及恢復(fù)技術(shù)、草地的合理利用和集約化畜牧業(yè)生產(chǎn)模式的研究也刻不容緩。

(4)對于青藏高寒區(qū)退化草地的恢復(fù)而言,當(dāng)前的恢復(fù)措施大多局限于宏觀層面,即使是多種恢復(fù)措施、技術(shù)的綜合治理也存在著不足之處。隨著技術(shù)的進(jìn)步,在今后的工作中可以引入微觀層面的恢復(fù)技術(shù),例如微生物恢復(fù)技術(shù),可以通過對退化草地微生物的研究,引入有利于草地恢復(fù)的微生物進(jìn)入地下生態(tài)系統(tǒng),與現(xiàn)有宏觀措施一起發(fā)揮作用,從而加快草地恢復(fù),優(yōu)化草地質(zhì)量。