當前國際草田耕作面臨的威脅及采取對策

王 琦，師尚禮，曹文俠

（甘肅農業大學草業學院，甘肅 蘭州730070）

1 草田和草田耕作的重要意義

草田定義為利用禾本科植物和其他植物發展農牧業生產，保持人類生存可持續生態經濟發展，是農、林、牧三位一體的農牧業體系，同時，給人類提供運動、休閑、娛樂和競技場所［1-2］。草田耕作制度是介于休閑制與常年耕作制之間的一種粗放耕作制，在地廣人稀土地上進行的一種牧草和作物輪作、混作和間作、休閑等種植方式［3-4］。世界草地面積約占世界陸地面積（不包括冰川和河流）的54%［5］，世界約25%的人口生活在草地上或草地周圍，約10%的人口依賴動物產品，約33%的動物依賴草地生活，并且這種趨勢逐年上升［6］。澳大利亞草地面積約占陸地面積的60%，草地是澳大利亞最重要的生態系統［7］。草田提供人類和動物食物以及野生動物庇護場所，具有涵養水源、保護生態多樣性和地貌景觀、減緩氣候變化和維持地區可持續發展等作用［8］。草地植物和草地上生存的動物對維持地貌特征、生態經濟、畜牧業等可持續發展具有關鍵作用。未來人類發展主要依靠對草田概念、草田耕作管理和草田可持續發展等的理解。

2 亞洲草田耕作面臨威脅及采用對策

在大部分亞洲國家，如俄羅斯和中國采用大面積固定式和機械化農牧業生產技術，部分地區草田出現不同程度退化，但蒙古國大部分地區采取游牧和少免耕等保護性耕作措施，有利于保持草田穩定性和防除雜草。草田耕作應該是用地和養地結合，實現由傳統糧食/牧草2元結構向糧食/牧草/家畜養殖3元結構轉化［8］。Millar和 Connell［9］研究表明新技術是提高亞洲農牧民生產能力和謀生能力的重要手段，調整牧草與農田和家畜比例，從而使其適應當地生產狀況，達到擴大生產的目的，這些技術包括尋找和發現簡易培養不同環境農牧民的培訓模式、改革當地草田耕作制度、培養有潛力的農業技術人員、讓高收益農牧民帶動更多農牧民從事新技術生產、進行新技術交流和學習，研究機構和政府部門對新技術進行扶持等工作。

中國西南部（西藏、青海、內蒙古、新疆、四川和云南）草地退化嚴重，近些年具有加劇的趨勢，通過調查顯示，氣候變化和人類經濟發展是草地退化的主要原因。近些年，隨著我國西北地區種植結構調整，草田耕作模式在我國寧夏、甘肅、陜西、內蒙、西寧等地區進行大面積推廣［10-11］。通過環境綜合分析法，Tony等［12］研究表明，中國西部草地面臨主要問題是空氣溫度增加、地表溫度上升、土壤表層含水量提高和污染加重等。在2014年8月拉薩舉行的中科院和政府工作會上，專家們提出，從1960年至2012年，西藏人口增長300%，年降雨量提高12%，氣溫增加1.7～4.6°C，每10年增加0.4°C，氣溫增加速度是全球的2倍，同時，冰川退縮速度較快，近些年大約10%的多年凍土已經出現凍融，湖水水位上漲14%，湖水水位上漲速度是全球的2倍（圖1）［13］。

家庭承包責任制（household tenure）是中國西部草地管理的主要形式，是一個不開放系統。如果中國西部草地管理將家庭承包責任制改為社團管理制（community-based management），包括集體責任制（collective tenure）和小組責任制（small group tenure），可以減少圍欄等管理費用，保護放牧資源，減輕環境污染，解決草地之間糾紛等問題。解決中國西部草地退化策略如下：（1）保持家畜需草量和飼草供應量平衡；（2）提高牧草圍欄放牧管理和其他管理措施（連續放牧、季節放牧、休牧等）；（3）提高家畜飼養管理，包括品種優良化、生產機械化、生產專業化、飼養科學化等；（4）進行草地病蟲害和鼠害控制；（5）進行草地管理基礎建設；（6）盡管技術指導和行政干預不能完全解決中國西部草地退化問題，但對解決草地退化至關重要；（7）保持草地面積、家畜數量和人口數量平衡［12］。Zhang等［14］通過4年放牧試驗結果表明，中等放牧強度（550標準羊單位hm-2a-1）可以保持草地生產力和草地多樣性，提高牧民經濟效益，減緩溫室氣體排放量。適宜存欄量（400標準羊單位hm-2a-1）可以保持草地羊草（Leymus chinensis）組成和較大羊日增重。初夏休牧有利于保護草地多樣性，但降低牧民收入。如果將放牧強度減少50%，可以提高草地系統生態服務功能，減少溫室氣體排放量，提高草地多樣性和牧民收入。

圖1 1960-2012年西藏人口、家畜、降雨、湖水位和解凍多年凍土的增加Fig.1 The increase in population，livestock，precipitation，lake level and thawed permafrost from 1960to 2012in Tibet（Jane Q，2014）

3 歐洲草田耕作面臨威脅及采用對策

歐洲土地主要分為無耕作半自然狀態草地和農耕地。無耕作半自然狀態草地主要用于放牧，土地利用時間明顯高于農耕地，為動植物群落提供庇護場所；農耕地主要用于種植農作物、蔬菜、經濟作物等，農耕地管理主要采用精耕細作，包括灌溉、施肥、排水、耕作、播種、除草、病蟲害防治等。農耕地管理引起動植物群落棲息環境碎片化、退化和消失，從而減少生物多樣性、土地資源、水資源、經濟效益等［15］。近些年，北歐［16］、西歐［17］、東歐［18］無耕作半自然狀態草地面積明顯減少。在美國，為了滿足人口增加對食物和纖維產品的需求，緩解政治和經濟壓力，將農耕優惠政策用于農業生產［19-20］。農耕優惠政策導致大量草地和林地變為農耕地，從1920年至2009年，草地和林地數目從6×106降低到2×106。Franzluebbers［21］通過對美國東部草田調查，發現草地尤其是多年生牧草地徑流量、土壤侵蝕量和土壤N、P損失量顯著降低（圖2）。與多年生牧草地相比，傳統耕作和免耕的徑流效率分別降低55%和0%，土壤侵蝕量分別降低1000% 和67%，土壤氮損失分別降低515% 和150%，土壤磷損失分別降低1200% 和350%。說明表層土壤條件對土壤水分和土壤養分循環產生顯著影響，多年生牧草地具有疏松表層土壤結構和深厚枯草層，有利于降雨入滲和減少徑流，從而減少土壤營養元素損失。在過去20年，歐洲大約4×106ha無耕作半自然狀態草地轉變為農耕地［8］。無耕作半自然狀態草地是一種多元化和多功能系統，而農耕地是一種單一化和簡單系統，農耕地必然引起物種資源多樣性減少［22］。例如，歐洲自然或半自然狀態草地棲息地改變引起約76%種鳥類數量下降［23］，從1930年至今，英國和威爾士約97%濕地草甸消失［24］。Nikolov等［25-26］于2008-2009年研究了地中海灌木覆蓋度和放牧強度對鳥群落的影響，結果表明，鳥群落結構與植被連續性和土地生產力具有顯著相關性，灌木的鳥豐富度明顯高于草地，高密度灌木群落鳥的多樣性明顯高于低密度灌木群落，建議在草地種植適宜灌木群落有利于保護草地鳥（grassland birds）和農田鳥（farmland birds）的多樣性和地區可持續發展。同時，研究發現，粗放化管理草地的鳥數量和鳥種類遠大于廢棄牧場和精細化管理牧場，鳥棲息地異質性與鳥種類之間存在顯著相關性。廢棄牧場增加維管植株（vascular plant）高度和中生植物（mesophyte）、闊 葉 植 物（leafy plant）和 受 威 脅 植 物（threatened species）的豐富度，放牧牧場增加物種豐度、異質性、玫瑰花結形成物種（rosette forming species）和春天開花物種（spring-flowering species）的豐富度。Vladimir等［27］通過對歐洲草地進行多年（2006-2010）調查，結果顯示，半自然狀態草地在歐洲分布較廣，由于農業耕作優惠政策，歐洲部分國家將半自然狀態草地轉變為農耕地、葡萄園和果園等，使半自然狀態草地面積逐年降低。Plieninger等［28］通過對歐洲農林草地進行調查，結果顯示，歐洲農耕地面積增加6.8%（33ha·4.84 km2），半自然狀態草地面積減少6.2%（30ha·4.84 km2）。Vladimir等［27］建議取消農耕優惠政策或把農耕優惠政策用于種草和畜牧業發展，將有利于保護歐洲天然草地面積。

圖2 耕作措施對徑流效率、土壤侵蝕、氮損失和磷損失的影響Fig.2 Effects of tillage methods on runoff efficiency，soil erosion，nitrogen loss and phosphorus loss（Franzluebbers and Stuedemann，2008）

4 南北美洲草田耕作面臨威脅及采用對策

由于近30年國際市場對乙醇的需求，南北美洲土地大量用于連作經濟作物的種植，如甘蔗（Saccharumofficinarum）等。近些年南北美洲1年生牧草和多年生牧草種植面積分別減少12%和15%，單位草地面積產奶量提高32%［29-30］。巴西是世界生產甘蔗量最大的國家，巴西甘蔗產量（6.35×1011t）約是世界甘蔗產量的33%。在巴西熱帶南部地區，約90%的土地用于甘蔗種植，大部分草地和農耕地用于甘蔗生產，導致肉、谷物和蔬菜產量降低［30］。在自然牧場轉變為農耕生態系統過程中，森林砍伐和生物質燃燒導致CO2和其他溫室氣體釋放［31-32］。經濟作物，如甘蔗，連作種植引起土壤質量下降、水體富營養化（富含營養元素、殺蟲劑、病原體等）和溫室氣體增加，使人類再次關注南北美洲草田耕作制度。將甘蔗連作種植改為蔬菜-牧草-甘蔗草田輪作種植，可以提供人類更多的食物和纖維產品［33］。草田耕作制度關系人類政治、管理、經濟和社會等問題。Carvalho等［34］在巴西研究不同耕作制度對土壤碳和溫室氣體排放等影響，結果表明，將當地草地轉變為農耕地，明顯降低土壤碳貯存量，土壤碳損失量約為0.25～0.64Mg C·ha-1·a-1，碳釋放量約為0.54～0.72Mg C·ha-1·a-1，草田輪作提高碳貯存量為0.60Mg C·ha-1·a-1。草田輪作的N2O釋放量高于傳統草地，與傳統耕作相比，草田輪作可以減少溫室氣體排放［35］。Franzluebbers等［36］通過對南北美洲蔬菜-牧草-甘蔗輪作模式進行調研，發現草田輪作（如菜-牧草-甘蔗）具有以下優點：（1）提高谷物、肉和奶等的產量；（2）提高表土層土壤養分含量，尤其有機質含量，降低土壤酸性；（3）提高土壤滲透性和土壤含水量；（4）使草、糧、畜協同發展，能更好提高農牧產品質量和環境質量。

5 非洲草田耕作面臨威脅及采用對策

非洲大部分草田處于熱帶雨林和熱帶草原氣候地帶，夏天炎熱，冬天氣候涼爽，年降雨量為250～750 mm，干旱季節主要出現在冬季，降雨季節主要出現在夏季。非洲大約65%草田位于干旱和半干旱地區，降雨量少和降雨量變頻較大，導致非洲草田生產力低且不穩，尤其東非和北非人口密度較大，草地資源碎片化、退化和消失較為嚴重，可耕作土地日益縮減［37］。在東非、中非和北非，小型家庭式農牧系統占主要市場，是農作物（玉米、水稻、高粱、糜子等）生產和家畜（反芻動物和非反芻動物）養殖結合體。小型家庭式農牧系統是非洲國家農牧業發展的脊梁，給非洲提供了70%～90%的肉產品和75%的奶產品，養活70%的人口。在非洲食物安全、人類健康和家庭生計等方面，小型家庭式農牧系統扮演著重要角色［38］。非洲放牧土地和耕作土地日益縮減和奶產量需求日益增加，東非、中非和北非農場圈養飼喂（零放牧）家畜趨勢日益增加。在小型家庭式農牧系統中，婦女從事大量體力勞動［38］。例如在盧旺達，超過60%家庭放牧土地和耕作土地面積小于0.7hm2，在農場圈養飼喂家畜的養殖過程中，飼料主要為象草（PennisetumpurpureumSchum）和作物秸稈等。東非和北非水資源匱乏，氣候干燥，同時受海水位上漲威脅。氣候變化容易使草田、家畜和水資源受到嚴重威脅［39］。在許多非洲國家，禾本科和豆科牧草、灌木和樹枝作為動物主要飼料，為了提供更多食物，養活不斷增長的人口和減緩氣候變化，非洲將部分草地改用于農業耕地。較高的家畜量和落后的放牧管理（輪牧、休牧等）導致草地資源碎片化、退化和消失［40］。ElShaer［40］研究結果表明，通過以下措施可以減緩草地資源碎片化、退化和消失：（1）發展灌溉系統和少免耕耕作系統，提高土壤碳貯存量和土壤貯水量；（2）利用夏天雨季洪水，做好洪水漫灌管理；（3）引進太陽能系統，減少對自然資源的開發；（4）栽培抗干旱和抗鹽堿沙生植物；（5）提倡植樹造林；（6）提高草田放牧管理，促進農牧業產量和質量；（7）發展海洋生物養殖業，栽培利用太陽能和海水中的魚類、海帶和海藻等；（8）根據候鳥遷徙習性和動物棲息環境特征，恢復沙漠瀕危哺乳動物數量，推廣生態旅游；（9）長期監測草田資源的干旱、沙漠化和自然災害等；（10）加強自然資源保護，使自然資源可持續發展；（11）長期使用生態控制網絡；（12）利用地理信息系統（GIS），做好灌溉水和牧場管理；（13）建立長期觀測試驗站和區域化數據庫。改變耕作措施、提高灌溉技術和方法、引進適宜家畜-飼料-作物生產系統等能夠提高水分利用效率和減輕草地資源碎片化、退化和消失。

6 國際草田耕作面臨共同威脅及采用對策

人口增加、氣候變化、食物安全危機、水資源和能源資源短缺對國際草田資源和管理帶來嚴峻挑戰。與1980-1999年相比，21世紀末全球氣溫上升1.5～4℃，CO2濃度上升550～900umol·mol-1，同時伴隨極端氣候（干旱、洪澇、高溫熱浪和低溫冷害）出現頻率增加，環境和氣候變化對國際草田耕作產生較大影響［41-42］。為了適應環境變化，草田耕作應該多播種C4植物和1年生牧草，盡量采用禾本科牧草和豆科牧草混播技術。根據氣候變化，調整草田耕作模式和推動傳統草地放牧業，從而提高草地生產力（食物和皮毛）和草地環保作用，縮短發展國家與發達國家草地管理水平差距，發揮基因工程在草田育種和管理中的作用。少免耕和覆蓋草田耕作技術可減少溫室氣體排放和緩解全球氣候變化。

施加化肥、除草劑、殺蟲劑和殺菌劑成為世界大多數國家和地區在草田耕作中采取的主要管理措施，這些措施不僅破壞草田土壤結構，打破土壤微生物環境，而且引起土壤生產力下降、土壤干旱、鹽堿化、酸化等，對人類、動物和土壤健康造成嚴重威脅。人類應該尋求新的草田耕作方法，該方法不會摧毀草田土壤結構和土壤環境，但能提高土地生產力和養活不斷增加的人口［43-44］。

隨著人類對農畜產品質量、資源高效利用和生物多樣性保護等需求的提高，保護草田作用和增加草田生產不能僅限于幾個發達國家或發展中國家，而應該是全球性責任。荷蘭、新西蘭和澳大利亞是保護草田和增加草田生產的成功典范。他們通過外在力量（培訓、參觀和模擬學習）和法律法規，提高了草地生產力并減少了勞動力投入。從某種程度講，草田精耕細作導致肥料損失和溫室氣體排放量增加，但降低單位產品的肥料損失和溫室氣體排放量。草田精耕細作導致資源集中高效利用，從而有利于維護草地可持續發展。如果草田耕作離開集約化管理，資源效率利用低、生產力低、過度開發和無規律運營將對草田管理產生更大壓力［45］。

7 國際草田耕作發展方向

草、糧和畜結合是荷蘭、新西蘭、澳大利亞和美國草田發展的成功道路，不僅達到了提高生產的目的，而且有利于保護生態環境。草、糧和畜結合具體實施措施是進行草田輪作、覆蓋農作物、糧草間套作、少免耕和保護性耕作等。草田輪作可以控制病蟲害和恢復土壤有機質，而土壤有機質是土壤和植物健康的重要標志。盡管秸稈覆蓋和留茬覆蓋產生較低經濟效益，但可以減少土壤和地下水惡化，有利于農牧業發展和產生較高的經濟效益。

參照國際生態系統綜合評估的思路、觀點和方法，草田耕作生態系統應該考慮生產力（productivity）、可持續性（sustainability）、利潤（profitability）、社會福利（social wellbeing）和政治接收能力（political acceptability）。這要求緊緊圍繞草田耕作生態系統的產品、服務與人類福利的關系，進行豆科牧草和禾本科牧草間作套作，達到農業生產和資源保護的目的，解決企業專業化和生產多樣化之間的矛盾。今后草田耕作發展方向是更多關注社會、經濟和政治等問題，而不是僅僅關注農牧業生產力和可持續發展［43-44］。關注動物福利是許多發達國家發展草田耕作的重要特征，使動物在無痛苦、無疾病、無異常行為、無心理緊張的狀態下生活和生長發育。