人工草地生产力和稳定性的调控机理研究:问题、进展与展望

我国拥有草地总面积60亿亩,占国土面积的41.7%.长期以来,我国在畜牧业生产中过度利用草地的生产功能,忽视其生态功能,造成草地大面积退化,草-畜关系失衡.同天然草地相比,建设优质高效人工草地可以使饲草产量提高10~20倍,有望从根本上解决我国肉、奶生产中面临的优质饲草料严重短缺的瓶颈问题,进而遏制过度放牧引起的草地退化,恢复草地生态功能.目前,我国在人工草地建设中仍面临种植规模小、产量低、利用年限短等问题,草产业发展水平远落后于畜牧业发达国家.因此,开展人工草地生产力和稳定性调控机理研究是实现以科技为先导,转变畜牧业生产方式,保障我国生态安全、食物安全、生态文明建设的国家重大战略需求.本文从人工草地生产力和稳定性调控的理论基础、国内外研究现状与进展等方面系统地介绍了近年来该领域取得的最新成果.在此基础上,对人工草地生产力和稳定性调控机理研究中亟待解决的科学问题以及重要生物学和生态学机制进行了展望.     

草地多功能提升的多样化家畜放牧理论及应用

草原是我国最大的陆地生态系统,草原生态保护对于我国生态环境建设及社会可持续发展至关重要.当前草地退化现象严重,全球气候变化压力增加,如何科学地管理草原、提升和维持草原正常的生产生态功能是亟待解决的重大科学问题.本文首先创新性地提出多样化家畜放牧的概念,以及草地多功能提升的多样化家畜放牧理论,即多样化家畜放牧能够直接或间接通过提高草地资源异质性、增加草地的随机性干扰过程以及物种扩散过程,维持和提高草地生物多样性和生态系统复杂性,进而促进草地生态系统多功能的发挥.其次,详细阐述了多样化家畜放牧维持和提高草地生物多样性及生态系统复杂性的生态学机理,以及多样化家畜放牧效应的野外试验验证.最后,对多样化家畜放牧的应用前景给予了分析讨论,并建议在适度强度下的多样化家畜放牧可以作为维持天然草原健康、实现草原可持续生态服务功能的重要管理工具.     

我国草原牧区可持续发展的科学基础与实践

改革开放以来,我国城乡居民膳食结构发生了重大变化,口粮消费减少,肉蛋奶等动物性食品消费增加,伴随而来的是饲料需求的急剧增加.然而,我国种植结构并没有进行相应调整,导致大量粮食被用作饲料.我国4×10~8 hm~2草地本应在保障国家生态安全和粮食安全方面发挥巨大作用,但由于我国草业长期以来粗放的生产方式和国家对草地畜牧业投入不足,导致生产经营规模小、草地退化严重、生产力水平低下,草产品产量远不能满足畜牧业发展的市场需求.分析表明,发展人工草地是大幅提升我国草地生产功能的有效途径,集约化的人工草地可以使优质饲草产量提高10倍以上.为此,本项目组提出"用小保大"的"草牧业"发展模式,即利用小面积的优质土地(不多于区域面积10%的土地)建立集约化人工草地,大幅提高优质饲草产量;而对大部分天然草地(大于90%的土地)进行保护、恢复与合理利用,提升其生态功能.为践行"草牧业"发展模式,本项目组提出在草原牧区建设"生态草牧业试验区"的构想,即在较大的区域内,进行自然-经济-社会复合系统诸要素的科学配置和调控,形成以人工草地和现代化畜牧业为主,特色生物产业和文化产业为补充的多元产业结构,并大幅提升草地的生态功能.本文还在梳理我国草原牧区发展瓶颈问题的基础上,提出了牧草良种选育、人工草地种植、牧草高效收获、水分有效利用、天然草地保护与适度利用、草地生产和生态功能合理配置、以及牧区系统发展等我国牧区发展应遵循的7个原理.     

人工草地建设原理与生产范式

人工草地种植规模和生产水平是衡量一个国家畜牧业发达程度的标志.本文阐述了人工草地在未来世界食物生产与维持食物安全中的作用,综述了世界人工草地发展现状,分析并讨论了我国人工草地发展现状与未来趋势,探讨了高效可持续人工草地建设的原理、关键科学问题、关键技术与发展范式.分析表明,目前世界人工草地发展更加依赖于丰富多样的牧草种质资源、先进的生产加工管理技术、高度专业化的生产经营管理、苜蓿带与饲养带高度耦合和政府的高度重视与大力扶持.在我国,人工草地高效发展主要受到水分有效性的极大限制,因此人工草地建设必须在可持续性原理的大框架下开展设计,建立"精细草业"的概念与理论体系,研发出高度人工设计和定向干预的人工草地调控技术,对草地生态系统进行适应性管理;我国人工草地发展需要高度重视人工草地区域布局、人工草地类型选择、人工草地与家畜饲养带耦合、草地与耕地功能置换等战略问题.目前我国人工草地发展技术基本成熟,草牧业发展受到了国家的高度重视,人工草地种植带与饲养带整合的大环境基本具备.     

中国草原的困境及其转型

天然草地是我国最大的陆地生态系统,占国土面积的41.67%,但其畜牧业生产力很低,产值仅为农业产值的5%,约为全国畜牧业产值的1/6.本文根据温性草原的起源和草地畜牧业的5个发展阶段构建了营养级金字塔,通过草原生态系统的不可持续性、草原环境的不可持续性和草原经济系统的不可持续性3个方面论证了当前中国草原面临的困境.因此,中国草原的生产方式亟需转型,由基本上源于一万年前新石器时期的传统、粗放、落后、低生产力和生态不友好的天然草地放牧的畜牧业生产方式,向以优质高产人工草地和草地农业为基础的现代化畜牧业生产方式转型.建议:(ⅰ)在今后30~40年内建设约占天然草原1/10面积的优质高产的集约型人工草地4×10~7hm~2,以人工草地接替天然草地的生产功能并恢复天然草地的生态功能;(ⅱ)在草原带南缘的农牧交错带与农区普遍发展草地农业,即草田轮作制;(ⅲ)把草和畜牧业的元素融入农业系统中,以先进的草基农业系统改造我国传统的粮-经二元农业和原始的天然草地放牧业.在此基础上构建未来的草地金字塔结构,预示在上述生产方式的革命性调整之后,我国的草地畜牧业将进入一个由现代化的草基农业和"返璞归真"的天然草地相结合的可持续发展的新阶段.     

高寒地区苜蓿人工草地建植技术

高寒地区占我国国土面积近1/3,也是我国天然草地的主要分布区和传统的畜牧业基地,由于不合理利用和全球气候变化等因素,导致天然草地退化严重,草地的生产和生态功能低下,草畜矛盾突出.优质人工草地种植规模小和产业化水平低是我国草牧业发展的瓶颈.因此,大力发展优质苜蓿(Medicago sativa L.)人工草地是破解我国目前草牧业可持续发展瓶颈的重要途径和抓手.本文结合国内外苜蓿生产和市场现状,探讨了我国苜蓿种植和产业发展的不足与解决办法.同时,通过文献资料分析和高寒地区调研等,明确高寒地区发展苜蓿人工草地在促进当地环境友好型草牧业发展中的作用.针对我国优质抗寒苜蓿品种少、越冬技术不足等问题,归纳总结出高寒地区品种选择、选地与整地、播种技术、密度控制、根瘤菌(Rhizobium)接种、水肥管理和刈割等一整套技术与相应理论,为我国高寒地区优质苜蓿种植与生产提供技术支撑,更好地推进我国草牧业又快又好的发展.     

论草牧业的理论体系及其实践

"草牧业"是在传统畜牧业和草业基础上提升的新型生态草畜产业,包含饲草料生产、加工以及畜禽养殖(含加工)三个生产过程,其精髓在于"草-畜结合""草-畜协调""草-畜互为依存、不可分割".草牧业试图解决长期困扰我国饲草料生产和畜牧业发展中的草畜矛盾、草畜"两张皮"的问题,强调饲草料(广义的牧草、饲草,包括饲用作物和饲用木本植物)在畜牧业发展中的基础和决定作用;与传统畜牧业相比,它具有明显的科学性、生态性和先进性.本文在简述草牧业内涵及其意义的基础上,论述了我国草牧业发展中存在的关键科技问题及其解决的途径;提出了发展草牧业应遵循的8个基本原理,即草畜良种选育原理、人工草地建植原理、天然草地保护恢复与适度利用原理、草地的生产功能和生态功能合理配置原理、饲草高效收获与加工原理、畜禽高效饲喂原理、水分有效利用原理以及区域系统发展原理,它们构成了草牧业发展的科学基础.为了践行"草牧业"理念,在内蒙古呼伦贝尔农垦集团开展了草牧业试验示范工作,取得了显著的生态和经济效益.     

中国北方草原退化现状与恢复技术

中国北方草原是我国传统的畜牧业基地和绿色生态屏障.近半个世纪以来,由于长期的不合理利用和全球气候变化,我国北方草原面临严峻的生态问题,生产和生态功能均显著降低.本文首先分析了我国草原退化的现状,然后综述了不同的恢复治理技术及其存在的问题,最后针对我国北方草原的恢复与合理利用提出了建议.旨在为提升天然草地的生产和生态功能,促进草牧业的可持续发展提供参考.     

青藏高原退化高寒草地生态系统恢复和可持续发展探讨

近年来,青藏高原草地生态环境安全引起人们的高度重视,但是其生态环境仍处于不断恶化的状态。本文分析了青藏高原高寒草地生态系统的草地退化现状、退化因素和改良技术研究等,并针对其现状和恢复目标,为高寒草地生态系统和草地畜牧业的可持续发展提出了一些建议:加强高寒草地生态系统的基础研究,建立综合的草地改良和恢复技术体系,加强草地生态系统的管理,建立合理的草地放牧制度体系,并建立高效的饲草供应人工草地,在退化草地上建立集约化的高效社区模式草地畜牧业体系,改变退化草地生态功能,是实现退化高寒草地生态恢复、生物多样性保护和经济可持续发展的最佳措施。     

标准化牧场建设的原理与实践

我国草原建设和草地畜牧业发展目前面临着前所未有的机遇和挑战.草原长期处于超载过牧等不合理利用状态,草原退化等生态问题突出,草地畜牧业生产水平低下,草地畜牧业发展亟待转型和提升.用系统论和可持续发展的思路思考牧区现代草地畜牧业发展模式,标准化牧场是传统放牧草地畜牧业向现代草地畜牧业转变的基础.标准化牧场以单户或联户家庭牧场为载体,将饲草生产、健康养畜、畜产品加工和管理方案等草原生产流程的各个环节以标准化形式固定,草地畜牧业生产遵循统一的技术规范和规程,从而形成一个完善的、系统的草地畜牧业生产标准体系.本文概述了牧区标准化牧场的发展历程、建设的必要性、建设标准,并分析了效益;最后以青藏高原草地畜牧业为例,提出青藏高原标准化示范牧场的战略定位及发展思路,为青藏高原草地畜牧业发展探索出有效的模式,促进高原畜牧业产业化升级转型进程,实现高原畜牧业的可持续发展.     

中国北方草地植物补偿性生长与合理放牧强度:基于放牧实验的整合分析

补偿性生长是草地植物对动物采食的一种适应策略,合理的放牧强度能够促进植物的补偿性生长,有利于草地生产力和稳定性的维持,而长期过度放牧则导致草地退化.因此,确定合理的放牧强度是科学配置草地生产-生态功能实现草牧业可持续发展的基础.本文基于各类放牧实验已发表的118篇研究文献,将放牧家畜的采食率(地上生物量移除量,%)作为放牧强度的测度指标,对我国北方5种主要草地类型的植物补偿生长特征及其合理放牧强度进行了整合分析,并结合气候、土壤及植物群落地下生物量和多样性等数据,厘清了影响植物补偿生长的关键生物和非生物因子.结果表明,我国北方草地植物总体处于欠补偿生长状态,且植物地上部分的补偿性生长主要以牺牲其地下生物量为代价.其中,高寒草甸、草甸草原和荒漠草原植物群落均表现为欠补偿生长,高寒草原和典型草原植物群落表现为等补偿生长.在区域尺度上,补偿性生长的绝对值随年降水量和植物物种丰富度的增加而增加.满足植物群落地上生物量实现等补偿或超补偿,且对地下生物量不产生负效应,各类草地的合理利用强度为:高寒草甸50%、草甸草原48%、典型草原40%、高寒草原37%、荒漠草原31%.本研究对指导我国北方草地保...     

生态草业的特色产业体系与设计:以正蓝旗为例

基于生态学原理的环境友好型生态草业,很少或基本不造成环境污染,并能维持较高的初级生产力,保持初级生产与次级生产的有机链接,同时考虑城市消费市场,提高单位土地面积的经济产出.通过产业调整,可以实现利用少量土地,保护大量天然草原,促进退化草原恢复,并提高牧民收入的目标.本文介绍了草原管理中的生态系统设计理念、特色生态草业及其构成;生态草业的经济与生态效益;并以内蒙古正蓝旗为例,设计了主要特色产业,即草业、肉奶禽业、生物产业、生态旅游业和草-牧-科-工-贸联营体,即"四业一体"生态草业.通过规划调整,使项目区牧业经济效益,在保护前提下,提高50%~70%,最终目的实现草原生态与经济效益双赢,增加中国食物供应能力.     

呼伦贝尔农垦集团草畜平衡状况与粮经饲配置模式

加快生态草牧业建设以提升草原生态承载力、促进草畜动态平衡,是实现农牧场畜牧业增产和牧区可持续发展的重要举措.本文以呼伦贝尔农垦集团24个农牧场为研究区,基于MODIS,Landsat TM/OLI和高分2号等遥感数据和农牧场草牧业年度报表数据,应用遥感解译和草地净初级生产力遥感估算模型,获取了农垦集团24个农牧场草地分布现状和退化状况,测算了各农牧场草地净初级生产力,评价了草地生态承载力和超载状况,进而提出了农牧场生态草牧业建设的粮经饲配置模式.结果表明:呼伦贝尔农垦集团24个农牧场中草地总面积的66.16%出现不同程度的退化,主要表现为草地植被生产力和盖度下降,由草原开垦等导致草地破碎化面积约占草地总面积的1.55%.遥感估算的呼伦贝尔农垦集团24个农牧场平年产草总量约为34.07万t,欠年(2001年)产草总量为27.43万t,丰年(2013年)产草总量为48.89万t.2015年农垦集团24个农牧场实际载畜量为164.19万个羊单位,理论载畜量为86.83万个羊单位,在不考虑青贮草和外购饲草料的情况下,超载率为89%,饲草缺口42.35万t.农垦集团24个农牧场现有耕地面积为3.95×103 km2,基于生态草牧业建设的理念,将其中10%的耕地开展人工草地种植,理论上相当于5.86×103 km2天然草地的产草量,完全可满足整个农垦集团牲畜饲草料需求.推行"粮、经、饲‘三元结构’、草田轮作"的生产模式,适度利用现有耕地开展粮改饲和种养结合模式,提高草地产量、有助于维护草畜平衡,遏制草地退化趋势,提高草原牧区草牧业可持续发展和生态保护能力.     

中国草业科学的发展轨迹与展望

草业科学,即草地农业科学,属农学的一个分支.中国草地农业走过漫长的道路,直到20世纪80年代才具有现代草业的雏形.它参照欧洲、北美和俄罗斯的学术传统,建立了自己的草业科学体系.中国草业科学由3个板块构成,即3类因子群(生物因子群、非生物因子群和社会因子群)、3个界面(植物-地境界面、草地-家畜界面和草畜-市场界面)和4个生产层(前植物生产层、植物生产层、动物生产层和后生物生产层).草业科学的多维结构护持其健康运转.近30年来,随着中国食物结构中谷物性食品比重逐渐下降,动物性食品迅速增加,对饲用作物需求压力增大,草地农业的营养体生产远比耕地农业籽实生产的效益高,而且远比耕地农业更有利于生态健康,它势将逐步取代传统耕地农业而成为中国农业的主流,从而使中国农业走出困境.社会的需求和国家空前的支持,中国现代草业科学将迎来从未有过的机遇并将快速成长.目前有些领域已经进入世界前列,并为世界瞩目.     

中国草地资源的现状分析

中国草地面积广阔,自然资源丰富,准确评估草地资源既是合理开发和利用草地的基础,也对生态环境的保护具有重要意义.但是,关于中国草地面积、生产力和承载力等本底数据至今为止尚没有系统的梳理.本文收集、整理了过去几十年来我国草地资源研究的各类数据,并利用1982~2011年的遥感影像(NOAA/AVHRR-NDVI)和气候数据重新估算了我国天然草地生物量和生产力及其近30年的变化.由于草地的定义、数据来源和分析方法不同,现存资料对中国天然草地面积的估算差异很大,变动范围达2倍以上(1.67×10~6~4.31×10~6 km~2),这些资料也表明,我国目前的天然草地面积在2.80×10~6~3.93×10~6 km~2之间比较合适.草地生物量的估算值也存在显著差异,平均地上生物量在79~123 g m~(-2)之间,但本文对最近30年(1982~2011年)天然草地地上生物量的重新估算结果为178 g m~(-2),在此期间平均每年增加0.4 gm~(-2).我国天然草地平均净初级生产力的估算差异更大,为89~320 g Cm~(-2)a~(-1)(平均176 g Cm~(-2) a~(-1)),但许多研究都发现近年来有增加趋势.而基于过去30年平均气候估算,我国天然草地的潜在生产力可高达348 gCm~(-2) a~(-1).另一方面,我国人工草地面积比较小,约为2.09×10~7 hm~2,但生产力高,可达天然草地的2.7~12.1倍.由于我国对天然草地缺乏有效管理,加上人工草地的比例低,目前我国草地对放牧家畜的承载力比较低,很多地方的超载现象较为严重,平均超载率估计为20%.此外,降水的不足始终是影响我国草地生物多样性、生物量和生产力的重要因素,进一步探讨气候变化和过度放牧等人为活动对我国草地资源的数量和质量的影响是十分必要的.     

封面说明

正2015年,中国科学院组织20多个研究所,并联合院外优势力量,在呼伦贝尔开展生态草牧业示范区建设,在草牧业理论完善、关键技术研发和模式探索方面取得了一系列重要成果.在理论方面,丰富和完善了草牧业理论体系,明确了草牧业的概念、内涵和发展应遵循的8个基本原理以及全国发展草牧业的三大类型和应遵循的基本原则.在技术研发方面,围绕种草、制草、养畜的草牧业核心产业,针对关键技术环节,在牧草育种、天然草地改良、人工草地种植、草产品开发、畜牧高效养殖、粪污处     

饲草料优化配比是实现草-畜高效转化的关键

我国的畜牧业主要可以分为牧区畜牧业和农区畜牧业.无论是牧区还是农区畜牧业,饲草料供给缺乏是制约其发展的最主要因素.本文针对上述问题,结合草牧业理论,系统论述了牧区与农区、草与畜的高效配置的途径,探讨了解决牧区与农区饲草短缺的技术瓶颈,并着重指出了通过大力发展人工草地为家畜提供充足的优质牧草是大面积天然草地的恢复与保护的有效保障,提出了高效饲草料配比是草牧业科学养畜的关键、绿色畜产品是生态草牧业发展驱动力的理念.这些理念、技术和建议对推进草牧业理论的实践具有重要的指导意义.     

退化草原植被免耕补播修复理论与实践

退化草原植被修复是当前我国草原生态治理最紧迫的任务,免耕补播是退化草原植被修复关键技术,其意义是在不破坏或少破坏草原植被的条件下,通过补播适宜的优良草种,提高退化草原生产力和物种多样性.该技术与其他补播改良方式的不同之处在于免耕,难点也在于如何在不扰动或少扰动原生植被的前提下成功补播修复草原,其关键技术主要包括补播物种的选择、补播技术和补播后草原管理.本文针对上述技术难点,提出补播物种选择假说、免耕补播的空斑原则和补播后亚顶级群落管理模型,根据《天然草地退化、沙化、盐渍化的分级指标》国家标准,制定了针对不同退化程度草原的免耕补播技术方案;依据全国草原气候和土壤等条件,提出了全国草原实施免耕补播修复的规划,对我国草原生态文明建设具有重大意义.     

合理放牧 一种新的生态理念

最近几年,为了挽救中国不断恶化的生态环境,中央和地方实施了一系列果断措施。“退耕还林”,“退牧还草”即是其中重要的两项。中国有天然草原面积4亿公顷,占国土面积的40%,相当于耕地面积的3倍多。由于气候环境不佳和人工放牧(包括采矿、采草药、截留水源、鼠害等)造成草原面积迅速萎缩,草地沙漠化、荒漠化严重。“退牧还草”之意就是把牛、羊、畜群改天然放牧为舍饲。这样,一来能提高牲畜产量和质量,另一方面又能保护大片草原,使其生态得以恢复,重现草茂水清、鸟语花香的良性局面。然而,“疯牛病”和其他家畜家禽大规模流行病的出现,又迫…     

草地管理概念的新释义

<正>作为地球陆地最大的生态系统,草地(grassland)约占陆地总面积的25%.我国草地总面积为3.31×106~km~2,约占国土总面积的41%,其中绝大部分为天然草地,人工(栽培)草地仅占草地总面积的3.1%~([1]).草地既是畜牧业的主要生产基地,持续不断地提供肉、奶、皮、毛等高质量畜产品,也是北方区域的主要生态屏障,对牧区及邻近区域的生态环境有着不可替代的稳定作用;同时,草地还是多个游牧民族的"发祥地",对"草原文化"的形成、发展及社会稳定具有独特价值.对于这种"可更新"且具有"活资本"(livingcapita)性质的草地资源的利用,自有人类存在(远长于历史记录)以来就已经开始.经过人类社会数千年