開展高寒退化生態系統恢復與重建技術研究,助力西藏生態安全屏障保護與建設

張憲洲,王小丹,高清竹,侯太平,沈振西,方江平

1 中國科學院地理科學與資源研究所,北京 100101 2 中國科學院水利部成都山地災害與環境研究所,成都 610041 3 中國農業科學院農業環境與可持續發展研究所,北京 100081 4 西藏大學, 拉薩 850000 5 西藏大學農牧學院, 拉薩 860000

開展高寒退化生態系統恢復與重建技術研究,助力西藏生態安全屏障保護與建設

張憲洲1,*,王小丹2,高清竹3,侯太平4,沈振西1,方江平5

1 中國科學院地理科學與資源研究所,北京 100101 2 中國科學院水利部成都山地災害與環境研究所,成都 610041 3 中國農業科學院農業環境與可持續發展研究所,北京 100081 4 西藏大學, 拉薩 850000 5 西藏大學農牧學院, 拉薩 860000

西藏是青藏高原的核心,是我國重要的生態安全屏障。由于高、寒、旱的特點,西藏高寒生態系統極為脆弱,在自然和人為因素影響下極易發生退化,治理難度大。草地退化和土地沙化治理一直是西藏生態安全屏障保護與建設的重中之重。為此,國家在“典型脆弱生態修復與保護研究”重點專項里啟動了“西藏退化高寒生態系統恢復與重建技術及示范(2016YFC0502000)”項目,旨在研究生態系統演變規律和影響機理的基礎上,針對西藏高原不同的退化區域,重點研發高寒退化草地恢復、沙化土地治理、生態產業及生態畜牧業發展等技術與模式,開展縣域水平的集成示范,實現高寒生態系統功能的提升與適應性優化管理的目標,為西藏生態安全屏障保護與建設提供技術支撐。

西藏；草地退化；土地沙化；生態系統恢復與重建；重點項目

西藏是青藏高原的核心,天然草地面積為13.2億畝,占其國土面積70.1%,位居我國各省(區)之首,是我國重要的生態安全屏障[1]。西藏也是我國地域分異最為顯著地地區,植被類型多樣,從東南到西北,依海拔3500—4300m的“一江兩河”地區到4300—4800m的藏北高原地區,依次分布著灌叢草原、高寒草甸、高寒草原和高寒荒漠[2]。由于高、寒、旱的特點,西藏高寒生態系統極為脆弱,在自然和人為因素影響下極易發生退化,治理難度大。草地退化和土地沙化的治理一直是西藏生態安全屏障保護與建設的重中之重[3]。造成西藏高寒草地退化的關鍵是草地功能與生態功能失調,草畜供需失衡。解決西藏高寒草地退化問題的關鍵是建立生產和生態功能相協調的草牧業技術體系,協調生態-草-牧關系,實現遏制草地退化和轉變畜牧業發展方式的雙贏目標[4-5]。西藏土地沙化問題主要是氣候變化和人類活動共同作用的結果,解決的關鍵是建立可持續的河谷地區土地利用與生態服務功能提升技術體系,遏制沙化土地面積擴大[6]。

鑒于西藏高原在我國生態建設中占有極其重要的生態地位,國家在“典型脆弱生態修復與保護研究”重點專項里啟動了“西藏退化高寒生態系統恢復與重建技術及示范(2016YFC0502000)”項目,旨在針對青藏高原不同的退化區域,開展縣域水平的集成示范,在研究思路方面突出生態與生產功能有機結合,引導西藏區域走上生態-草-牧相協調的可持續發展之路,實現高寒生態系統功能的提升與適應性優化管理的目標。

1 項目目標

西藏高寒生態系統極為脆弱,在自然和人為因素影響下極易發生退化,治理難度大,草地退化和土地沙化的治理一直是西藏生態安全屏障保護與建設的重中之重。針對西藏草地退化和土地沙化問題,本項目擬在6個縣域水平建立試驗示范基地,重點突破生態與生產功能優化配置、鄉土品種牧草生態補播、高產高效人工草地建植、優質草產品加工、綠色生態畜產品研發及農牧耦合等退化草地植被恢復關鍵技術,重點研發可降解固沙材料研發、高寒沙生草本和木本植物的篩選、種子催芽和苗木培育、鄉土牧草和灌木沙丘(沙地)定植管理等沙化土地整治關鍵技術,通過試驗示范研究,建立生產和生態功能相協調的草牧業技術體系與模式,協調生態-草-牧關系,減壓增效,實現遏制草地退化、土地沙化和轉變畜牧業發展方式的雙贏目標,為西藏生態安全屏障保護與建設提供技術支撐。

2 研究內容

圍繞項目目標,本項目擬開展的主要研究內容如下：

2.1 西藏草地生態與生產功能優化配置技術體系與模式

以縣域為基本單元,采用實地調查觀測、遙感和模型技術相結合的方法,分析西藏各縣域水平的草產量、載畜量和草畜平衡的時空分布特征,建立西藏草地退化格局及等級劃分的識別技術體系；從草地產草量、載畜量及草畜平衡等方面入手,在確定適宜的畜牧業發展水平基礎上,重點解析西藏縣域水平的草地牧草的虧缺與盈余特征,構建以縣域為基礎的西藏草畜平衡區劃方案；利用實地調查與遙感相結合的方法,篩選地勢較平坦、土層較厚、具有水源條件的邊際土地,結合水熱條件分析,識別潛在宜草人工草地的空間范圍面積并據此估算人工草地產草量潛力，進而估算潛在人工草地提供的牲畜補飼量,建立西藏典型縣的草地生態與生產功能的匹配優化配置方案與模式,為構建西藏退化草地修復與重建技術體系提供針對性的決策支持。

2.2 藏北典型高寒草原植被恢復關鍵技術研究與功能調控

高寒草原是西藏主要草地類型之一,主要分布在藏西北干旱、半干旱區域[7]。本研究以申扎縣為研究基地,針對高寒退化草原恢復中的關鍵科學與技術問題,在揭示退化的成因與功能受損過程,精準識別退化程度與空間格局基礎上,研發W-OH與特殊微生物菌群強化有機肥互補、野生優良牧草選育等綜合治理技術。以水分過程為主線,以水熱肥協同效應與生態過程耦合為核心,闡明多樣性-生產力-穩定性關系,提出品種組分與搭配比例、水肥利用效率的人工草地建植技術,并確定高寒草原區適宜發展人工草地立地條件和優先區域。運用群落演替穩態、中度干擾理論等生態學原理對藏北已實施的退牧還草工程進行成效評估,提出圍欄規模、年限與布局優化模式。

2.3 藏北典型高寒草甸植被恢復綜合整治技術研究與示范

以西藏那曲地區那曲縣為研究區域,針對典型高寒草甸退化嚴重且恢復重建難度較大、季節性干旱頻繁而加劇退化、冬春季飼草短缺、冬場草場壓力過大等問題[8],重點突破嚴重退化高寒草甸(植被蓋度<20%)生態補播技術,研發中度退化高寒草甸的光伏節水灌溉技術；評估和篩選藏北高原人工草地適宜建植區域,集成房前屋后和棚圈等特殊適宜區域種草關鍵技術,構建有機肥和氮磷耦合施肥技術體系,補充牲畜飼草料、減輕高寒草甸放牧壓力；集成家畜舍飼半舍飼技術體系,提出農牧相結合的區域退化草甸恢復與草牧業發展模式。在那曲縣縣域尺度上,進行生態補播、人工牧草建設、節水灌溉、舍飼半舍飼等技術集成和示范,探索綜合考慮氣候變化和草原退化條件下兼顧生態-生產-效益的高寒草甸可持續管理模式,為高寒草甸植被恢復與重建提供技術支撐。

2.4 藏南典型河谷草原生態與生產功能協同提升技術研究與示范

本研究以林周縣為研究基地,針對藏南典型河谷暖干草原退化嚴重、草畜失衡和生產低效等問題,開展輕度、中度和重度退化草地恢復技術研究集成和示范。集成控制性放牧、放牧加補飼,半舍飼,冬舍飼等生態高效養殖技術，開展補飼飼料配方和TMR技術研究；監測評估生態系統服務功能動態變化及其權衡關系動態變化，制定草地退化恢復和生態畜牧業協同提升的調控措施。

2.5 藏南農牧交錯帶生態草牧業發展技術研究與示范

本研究以貢嘎縣為研究基地,針對西藏農牧區放牧壓力大、飼草短缺,草地農業生態系統功能低下等問題,以草地農業生態系統理論為指導,將草業科學、畜牧科學和生態學有機融合,研發生態草牧業的關鍵技術和模式,主要包括退化人工草地治理、牧用或刈割用多年生混播人工草地建植、糧草復種穩定性生產等技術研究;開展易運輸儲藏防治二次發酵裹包青貯TMR產品、干草制品及牧區用抗災飼料的研發，為農牧區域耦合打基礎。開發生態健康養殖羊肉和牛奶產品及藏雞產品增加農牧民收入。

2.6 西藏雅魯藏布江中上游河谷沙化土地綜合整治技術與示范

針對西藏沙化土地,以雅魯藏布江中(貢嘎縣)、上游地區(仲巴縣)典型的河谷沙化土地和干旱草原沙化土地為研究對象,運用遙感影像解譯和地面氣象因子監測數據,分析風沙化土地分布現狀及動態變化過程與特征；采用種群、群落、生態系統等生態學原理,對高寒、干旱沙地的群落植物的自我維持機制進行研究,提出沙化土地防治綜合配套技術、管理綜合配套技術以及適生植物良種壯苗繁育技術,開展技術集成試驗示范,使之能自我維持,同時進行監測、評價,為該區域生態恢復與環境綜合整治提供科學依據和實用技術。

3 總體思路與技術路線

治理草地退化重點是建立以生態和生產功能協調優化為目標的退化草地恢復技術和模式,實現區域內部和跨區域的草地生產生態的協調發展。研究思路與方法：一是在藏北牧區針對不同程度高寒退化天然草地,改進不同恢復技術和模式,穩定提升生態功能為主,輔以在藏北牧區有灌溉條件的區域就地適度發展人工種草,增加退化天然草場牲畜的冬春季補飼,從而間接達到退化草地治理的目的；二是在藏南農牧交錯區重點建植高產優質人工草地,大力發展生態畜牧業,輔以改進退化天然草地恢復技術和模式,提升生產生態功能；三是利用藏南河谷農牧交錯區人工草地產量是藏北牧區天然草地的幾十乃至百倍的優勢,通過跨區域耦合的方法,以草產品的形式對藏北牧區進行冬春季補飼,減壓增效,實現雙贏。研究方案是：首先開展西藏草地生態與生產功能優化配置技術體系與模式研究；二是選擇四個典型區域開展試驗示范。重點突破鄉土品種生態補播、高產高效人工草地建植、優質草產品加工和生態畜牧業等關鍵技術及生態產業技術,協同提升生態與生產功能。

針對土地沙化防治問題,重點解決河谷地區沙丘的移動或擴大。總體思路與方法是研發防治沙丘移動的定植管理新技術,遏制沙化面積擴大。研究方案是以雅江上游(仲巴縣)和中游(乃東縣)為試驗示范區,開展雅魯藏布江中上游河谷沙化土地綜合治理技術體系研究與示范,針對性的開發可降解固沙材料,形成產品并進行固定沙丘試驗示范；篩選適應的高寒沙生草本、木本植物,研發種子催芽和苗木培育和鄉土牧草和灌木沙丘(沙地)定植管理技術,提出土地沙化防治綜合配套技術,提升高原河谷區生態服務功能。

在本項目中,西藏草地退化和沙化治理工作實現了全鏈式設計(圖1)。通過調研和模型分析相結合,理論聯系實際,提出了西藏生態草牧業發展模式,具有一定的創新性。

圖1 技術路線
Fig.1 Technology roadmap

4 項目特點

一是總體思路轉變。傳統的草地退化和土地沙化治理是“就生態論生態”,生態與生產功能難以協調,植被恢復不可持續。本項目突出生態與生產功能有機結合,生態優先,以生產促生態,實現生態改善與畜牧業經濟發展的共贏。

二是治理方式的轉變。傳統退化草地恢復是直接“治草”,在不斷改進原有技術基礎上,強調發揮人工草地的作用,增加補飼供給,減輕天然草地放牧壓力,實現退化草地的自然恢復。這種間接“治草”方式可操作性強,更為靈活,生態和經濟效益更顯著。

三是生態治理由“粗放型”向“精細型”轉變。

西藏畜牧業仍處于傳統階段,尚未精細化管理。本項目在優化配置生產與生態功能的基礎上,通過精細化目標管理,制定科學合理的縣域人工草地建植方案,通過區內和區內外耦合技術體系的推廣和實施,促進由粗放的傳統畜牧業向精細化管理的現代生態草牧業的轉型。

四是引導國家生態補償政策由“輸血”型向“造血”型轉變。現行的國家生態補償政策大多是以現金的形式直接補償,是被動式的補償。本項目通過生產與生態功能優化配置,引導國家生態補償資金向藏南人工草地和藏北刈割草地傾斜,實現增草穩畜,引導區域內部和跨區域走上生態-草-牧相協調的可持續發展之路。

5 預期成果與效益

項目整合了中國科學院地理科學與資源研究所、中國科學院水利部成都山地災害與環境研究所、西藏大學、中國農業科學院農業環境與可持續發展研究所和西藏大學農牧學院等長期從事青藏高原相關研究的重要單位,研究力量雄厚,儀器設備先進,在西藏自然資源考察與利用、生態環境保護、退化生態系統綜合整治、區域可持續發展等方面都取得了一批重大科研成果。項目成員都是長期從事青藏高原生態學研究的中青年研究人員,能夠適應高原缺氧環境,有著豐富的野外經驗,能夠保證項目內容的順利實施和項目目標的順利達成。通過本項目的實施,可望突破一批事關高寒生態環境治理的重大關鍵技術,不但為西藏生態安全屏障保護與建設提供了技術支撐,而且為促進西藏經濟、社會和生態的可持續發展提供堅實的基礎。在經濟社會效益方面,通過項目對技術和模式的研發,構建出西藏高寒退化草地、沙化土地和低效農業的有效的治理技術方案,使退化草地、沙化土地和草地農業的生產力明顯提升，為西藏生態安全屏障建設和生態草牧業的發展提供科技支撐,增加了農牧民收入，促進了經濟社會的發展。在生態環境效益方面,通過對退化草地和沙化土地的治理,植被蓋度明顯提高,水土保持能力也將得到提升。

[1] 孫鴻烈，鄭度，姚檀棟，張鐿鋰.青藏高原國家生態安全屏障保護與建設.地理學報,2012,67(1):3-12.

[2] 鄭度，張榮祖，楊勤業.試論青藏高原的自然地帶.地理學報，1979,34(1)：1-11.

[3] 石玉林，張紅旗，徐爾旗.中國陸地生態環境安全分區綜合評價.2015, 17(8):62-69.

[4] 魯春霞，謝高地，成升魁，馬蓓蓓，馮躍.中國草地資源利用：生產功能與生態功能的沖突與協調.自然資源學報,2009,24(10):1685-1696.

[5] Wu jianshuang, Zhenxi Shen, Xianzhou Zhang, Precipitation and species composition primarily determine the diversity-productivity relationship of alpine grasslands on the Northern Tibetan Plateau. 2014, Alpine Botany,124(1):13-25

[6] Chen Baoxiong, Xianzhou Zhang, Jian Tao, Jiangshuang Wu, Jingsheng Wang, Peili Shi, Yangjian Zhang, Chengqun Yu.The impact of climate change and anthropogenic activities on alpinegrassland over the Qinghai-Tibet Plateau. 2014, Agricultural and Forest Meteorology, 189-190: 11-18.

[7] 鄭度.中國生態地理區域系統研究.北京: 商務印書館,2008.

[8] 高清竹，段敏杰，萬運帆，李玉娥，郭亞奇，江村旺扎.藏北地區生態與環境敏感性評價.生態學報,2010,15:4129-4136.

Research in ecological restoration and reconstruction technology for degraded alpine ecosystem, boosting the protection and construction of ecological security barrier in Tibet

ZHANG Xianzhou1,*, WANG Xiaodan2, GAO Qingzhu3, HOU Taiping4, SHEN Zhenxi1, FANG Jiangping5

1KeyLaboratoryofEcosystemNetworkObservationandModeling,InstituteofGeographicSciencesandNaturalResourcesResearch,ChineseAcademyofSciences,Beijing100101,China2InstituteofMountainHazardsandEnvironment,ChineseAcademyofSciences,Beijing610041,China3InstituteofEnvironmentandSustainableDevelopmentinAgriculture,ChineseAcademyofAgricultureSciences,Beijing100081,China4TibetUniversity,Lhasa850000,China5XizangAgricultureandAnimalHusbandryCollage,Lhasa860000,China

Tibet is a vital ecological security barrier in China, as well as the core of the Qinghai-Tibet Plateau. In cause of the high altitude, low temperature, and drought climate, Alpine ecosystem in Tibet is almost the most vulnerable ecosystem under the effects of natural and artificial factor in the world. Despite controlling the grassland degeneration and land desertification is still the top priority of the protection and construction of ecological security barrier in Tibet, it is difficult to put that into effect. To tackle this issue, we start the national key research and development program, Ecological Restoration and Reconstruction Technology for Degraded Alpine Grasslands in Tibet (No. 2016YFC0502000), in the special research project of Ecological Restoration and Protection of Typical and Vulnerable Ecosystem. Based on the study of ecosystem evolution and mechanism, our project focuses on alpine grassland restoration, land desertification management, ecological industry and ecological livestock husbandry development under distinct degradation situations. The project will develop an integrative system for ecological restoration and reconstruction technology in degraded alpine ecosystem at county level, which can promote ecosystem function and optimize management structure of ecosystem adaption. Our results will provide a technological support for the protection and construction of ecological security barrier in Tibet.

Tibet; Grassland degeneration; Land desertification; Ecological restoration and reconstruction; National project

國家重點研發計劃項目(2016YFC0502000)

2016- 10- 17

10.5846/stxb201610172109

*通訊作者Corresponding author.E-mail: zhangxz@igsnrr.ac.cn

張憲洲,王小丹,高清竹,侯太平,沈振西,方江平.開展高寒退化生態系統恢復與重建技術研究,助力西藏生態安全屏障保護與建設.生態學報,2016,36(22):7083- 7087.

Zhang X Z, Wang X D, Gao Q Z, Hou T P, Shen Z X, Fang J P.Research in ecological restoration and reconstruction technology for degraded alpine ecosystem, boosting the protection and construction of ecological security barrier in Tibet.Acta Ecologica Sinica,2016,36(22):7083- 7087.