青藏高原高寒草地生態系統的適應性管理

孫 建，張振超,2，董世魁

（1.中國科學院地理科學與資源研究所/生態網絡觀測與模擬重點實驗室，北京 100101；2.北京林業大學水土保持學院，北京 100083；3.北京師范大學環境學院，北京 100875）

青藏高原總面積 2.5 × 108hm2，約占中國 26%的陸地國土總面積[1]，平均海拔4 000 m以上，被稱為世界屋脊[2]。高寒草地占青藏高原總面積的50.9%，是最主要的生態系統之一，不僅對畜牧業發展和牧民生活起到基礎的支撐作用，而且具有調節氣候、涵養水源、防風固沙、保持水土和固定碳素等生態功能效益，是我國的重要畜牧業基地和生態屏障[3]。青藏高原獨特的高海拔地形地貌特征、寒冷的氣候條件和嚴苛的植物生長環境，致使高寒草地生態系統非常脆弱。然而，當前氣候變化和不斷增強的人類活動等因素，正在改變著這塊廣袤無垠的土地。據報道，青藏高原有約 4.5 × 107hm2的草地發生了不同程度的退化，約占青藏高原1/3草地總面積的土地退化形勢嚴峻[1]。高寒草地退化造成生態系統穩定性降低、結構失調、功能減弱，為區域社會經濟發展、牧民生產和生活、生態安全等帶來負面效應[4]。適應性管理在青藏高原高寒草地生態系統的實施，對實現高寒草地生態系統健康及資源可持續利用，以及協調社會生產功能和生態系統服務功能具有重要意義。當前，國家重點研發計劃和第二次青藏高原綜合科學考察研究等一系列科技項目的實施恰逢其時，凸顯國家層面對青藏高原生態安全的重視，亦是山水林田湖草生命共同體建設的重要體現。

草地退化是系統結構和功能耦合、物質循環、能量流動失衡的逆行演替過程，生態系統植物群落的組成結構和營養分配模式改變，原有的穩態被打破，生產和生態服務功能下降，生態環境惡化[5]。草地退化包含植被退化和土壤退化兩個方面，植被表現為蓋度、生物量、物種多樣性、可食牧草比例等降低，毒雜草入侵，群落結構失調、功能減弱；土壤表現為土壤理化性質、微生物群落組成和酶活性等狀況惡化[6]。草地退化是自然因素和人類活動綜合作用的結果[7]，自然因素主要有氣候變化、地形因素和凍融等[8]，人為因素主要有過度放牧、草地不合理利用、修路、采礦和藥材采集等[9]。青藏高原是氣候變化最敏感的地區，其氣候變化更具超前性和大幅度[10]等特征。研究指出，升溫導致地表蒸發加強，冰川融水和徑流大范圍減少，湖泊干涸[11-13]，加上氣候變化使青藏高原植物生長季降水顯著減少，持續干旱導致的草地退化問題突出[2, 14-15]。坡度、坡向和海拔等地形因素通過控制草地水熱分配、光等環境條件，影響植被空間分布及演替，驅動草地退化[16-17]。青藏高原自然條件嚴酷，春冬季多大風，夏季多強降雨，風蝕、水蝕嚴重，凍融過程對高寒草原草皮層的物理撕裂導致高寒草地退化[18]。而過度放牧等人類活動加劇了高寒草地的退化進程，據統計，青藏高原約有牧場1.3億hm2，家畜約7 000萬頭，是世界上最大的放牧生態系統之一[19]。放牧模式和強度直接影響草地的植被群落組成和生物量[9]，家畜的采食和踐踏移動和破壞植物地上組織，影響植物生理過程和生態系統的物質能量循環[20-21]。過度放牧導致的植被蓋度和枯落物減少，增加了水蝕和風蝕的發生[22]。持續過度放牧造成植被高度變矮，雜草增多，引發高原鼢鼠和屬兔大量增加，對草皮的挖掘和啃食進一步加劇草地退化[1, 23]。

退化草地的修復措施很多，主要內容是修復植被、改善土壤理化性質和活化土壤種子庫[24]。通過多年實踐，圍欄封育和栽培草地建設成為使用最為廣泛和有效的措施[25]。研究發現，圍欄有助于提高土壤養分含量，利于植被恢復。但長時間封育使草地物種多樣性降低[26]，枯落物大量聚集，影響生態系統物質和能量循環，造成草地資源的浪費[27]。可進行適當的放牧或刈割管理，促進植株的更新，增加物種多樣性，使植被群落更加穩定[26, 28-29]。青藏高原高寒草地生態系統土壤營養和種子庫活性低，植被自我更新能力差[30]，有效的人為干擾可以彌補高寒草地“惰性”導致的自然恢復效率低的缺陷[31]。常見的人為干預的草地恢復措施包括栽培草地[32]、補播、鼠蟲害防治、毒雜草防除[33]以及建立自然保護區[34]等。針對不同草地退化階段，應采取不同的治理方案，避免“一刀切”。通過鼠害防治、補播和圍欄封育對輕度和中度退化草地進行恢復[35]；對于重度和極度退化的“黑土灘”，需通過建植栽培草地進行改良和恢復[36]，對較厚的草氈層采取人工劃破草皮措施，增加水分入滲，提高種子萌發率[37]。

緩解和治理青藏高原草地退化，實現高寒草地的可持續利用，是關系到生態安全、當地人民生產和生活質量、區域穩定和經濟發展的重大戰略問題。要求我們從單一的經濟目標向社會、經濟和生態的綜合功能目標轉變，用生態理論指導生產、生活實踐，實現草地的科學管理，統籌兼顧，既滿足畜牧業發展和牧民生活需要，實現最大的經濟效應，又保護草地植物多樣性和穩定性，維持草地生態系統正常的生態功效[38-39]。規劃、管理和實現以上目標，主要從3個方面進行。

首先，青藏高原草地的可持續利用需要實現草地生態系統生態功能、經濟功能和社會功能的協調和統一。對草地進行全局規劃，根據不同地區的草地和社會經濟特點，劃分成生態保護優先區、生態保護-生產發展并重區、生產發展優先區等進行劃區治理[40-42]。有學者提出實施“南草北調”，在藏南水分條件好的地區發展牧草種植，供應藏北牧區發展畜牧業，實現區域優勢互補，緩解藏北草畜矛盾，促進退化草地的恢復[43]。

其次，科學養畜，優化畜群年齡結構，畜種比例。以草畜平衡為核心，依據草地生產力確定合理的載畜量、放牧強度和頻率[32, 44]。改變傳統粗放型、靠天養畜的放牧模式，實行集約化經營管理的生產方式，采取“春季延遲放牧，夏季游牧，秋季輪牧，冬季自由放牧”的放牧制度[45-46]。根據草地生長的時空特點，發展季節性畜牧業，適當延長暖季牧場放牧時間和劃區輪牧，提高草地的載牧率[45, 47]；通過冬季暖棚育肥，解決家畜營養需要和牧草生產的季節不平衡問題，減輕冬春放牧草地的壓力，實現草地畜牧業的可持續發展[48]。

最后，全面完善并落實《草原法》等法律法規，實施草地承包責任制，開展高寒草地適應性管理的專題培訓和技術示范，培養一批有文化和技術的草地管理人員，實施科學、高效的草地管理制度和開發方式[41]。建立高寒草地生態補償機制，推行圍欄草地、人工種草、定居點建設和暖棚建設的“四配套”計劃，引導牧民正確管理和使用草地[49-50]。

受自然和人為多種因素的影響，青藏高原草地退化表現為多狀態、多途徑的復雜過程[51]。關于草地退化和恢復的諸多問題目前仍不完全清楚，譬如，草地退化定義尚未統一，草地退化的等級劃分體系繁雜，草地退化和沙化的生態過程和機制不清，草地恢復的分區、分段、分級模式需進一步研究。未來的基礎性研究，可以多學科交叉，關注草地退化和沙化的預警指標研究，草地退化過程中植被退化與土壤退化的聯系。需要強調的是，生態倫理學提出多年，也已然形成體系，但是目前為止，尚未很好地被應用于高寒草地生態系統可持續管理中。因此，如何運用生態倫理學來解決青藏高原高寒草地生態系統的適應性管理等問題，值得我們思考、推進和探索[44, 52]。在方法手段方面，應該多尺度、多要素和多學科結合，通過定位觀測、樣帶調查、模擬實驗和調查問卷等方法，結合3S技術，進行全面深入研究和評估[53]。

圍繞上述未知科學問題，本專輯收錄了一線青年科學家關于青藏高原高寒草地不同退化過程土壤和植被的變化特征及作用機理，高寒草地對凍融、放牧、鼠害和氣候變化等的響應過程和機制，圍欄封育等措施對草地恢復效果的定量評估等多個方面的研究成果，以期為青藏高原高寒草地生態系統應對未來氣候變化和人類活動的的適應性管理提供理論基礎和實踐指導。