草地生产与生态功能合理配置的理论基础与关键技术

草地生产功能和生态功能的合理配置对于生态草业的可持续发展至关重要.本文总结了国内外草业发展现状,特别是我国草地经营管理中存在的主要问题;介绍了草地生产与生态功能合理配置的6个基础理论:放牧优化假说、中度干扰假说、放牧促进/减缓生态系统养分循环假说、草畜平衡理论和草地农业系统理论.在分析生态草业发展面临的主要技术瓶颈基础上,提出了生态草业建设的核心技术体系,着重介绍了退化草地恢复与培育的4项技术、天然草地保护与合理利用的2项技术,以及人工草地建设与管理的技术.最后介绍了天然草地和人工草地配置的原则,以及人工草地的类型选择与合理布局的技术.所述理论和技术对于指导我国生态草业建设和可持续发展具有重要指导意义.     

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.     

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.     

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.     

植物科学的发展趋势与对策

植物科学的发展趋势与对策邵宏波，初立业，孙颖，倪福太现代植物科学的研究已经取得了许多激动人心的进展，并将逐步对农业现代化、医药卫生、食品工业、轻工业、仿生工程、资源开发、环境保护和国土整治等多方面的发展产生重大影响，使得有关生物产品的生产面貌发生难以...     

用海水浇灌农作物

随着世界人口的增长和淡水资源的日趋珍贵，研究人员正把眼光投向大海，他们要用海水浇灌某些经挑选的植物。当前全球最紧迫的问题之一就是要找到足够的水和土地来满足全球性食品需求。据联合国粮农组织估计，在今后的30年内需要20亿公顷（约合49．42亿英亩）的新耕地─—面积相当于亚利桑那、新墨西哥、犹他、科罗拉多、爱达荷、怀俄明以及蒙大拿诸州的总和──才能满足热带和亚热带地区迅速增长的人口的食品需求、可是在这些地带的国家中可供农业拓展的土地只有9亿3千万公顷──而且其中很大一部分被森林覆盖，是应保护之地。显然，我们需…     

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.     

利用禾草内生真菌创制大麦新种质

禾草内生真菌共生体在草地农业生态系统中扮演了重要角色.诸多研究表明,内生真菌可以提高宿主抗生物与非生物胁迫的能力并促进生长.利用有益禾草内生真菌进行牧草育种,是草业育种的一个新方向.开展这一工作的前提,是获得有益禾草内生真菌,其最关键的技术是禾草内生真菌人工接种技术.人工接种也是创制禾草内生真菌-植物新种质、改善和加强其生理功能,以及获得新生理功能的主要手段.本研究将分离于野大麦(Hordeum brevisubulatum)的内生真菌(Epichlo?bromicola)通过人工接种至栽培大麦(Hordeum vulgare)柴青1号裸大麦和扬饲麦1号皮大麦两个品种,创制出了野大麦内生真菌E. bromicola-大麦新种质.与未接种的对照相比,接种后的皮大麦新种质的地上生物量和单株种子产量提高了46%和22%,生育期提前了5 d;裸大麦新种质地上生物量和单株种子产量显著提高了37%和28%,生育期未发生改变.本研究成功创制了E. bromicola内生真菌-大麦新种质, E. bromicola内生真菌将其提高原宿主植物生长的优良特征赋予新种质中,为进一步开发利用E. bromicola-大麦新种质提供了科学依据和技术保障,为植物育种提供了新途径.     

满足健康需求的营养型农业与营养分子育种

微量营养素(维生素和矿物质)缺乏导致的"隐性饥饿",将导致婴儿出生缺陷及发育不良、增加儿童和孕产妇死亡率及免疫系统弱化等诸多疾病,影响一个国家或地区人口素质和经济发展.我国居民人均微量营养素摄入明显不足,近3亿人处于"隐性饥饿"状态.生物强化技术是改善人体微量营养素缺乏的最佳手段和途径.以满足健康需求为导向的营养型农业及其分子育种不仅能够给人们带来更优质、更富有营养的食品,而且还可以提高农作物产品的附加值,促进农业生产能力和综合效益的全面提高,并成为推进农业可持续发展的新动力.     

中国植物分类学的现状与挑战

基于中国植物分类学的历史,全面而详细地对中国植物分类学的现状,特别是对文献与标本收藏、人才队伍和志书编写与质量等进行了总结.结合生物多样性保护公约、中国植物保护战略及中国本土物种编目等工作需求,分析了中国植物分类学当前的处境,特别是与世界先进水平的差距;指出问题的关键在于对基础研究工作的评价和导向.论述了中国植物分类本底资料的贫乏如何严重影响植物编目工作的质量及以此为基础的红色名录与黑色名录的建立等.分析了今后的发展方向及有影响的工作,提出应利用中国的地缘与资源优势参与到国际性工作中,做出既符合国家整体形象又满足国家战略需求的具体研究工作;同时应对国家的生物多样性保护、各类物种编目与评估等学术性研究和资源保护、科技发展、政策制定等管理性工作提供准确而又权威的咨询.     

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.     

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.     

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.     

功能农业关键科学问题研究进展与“十四五”发展建议

功能农业是赵其国院士在2008年提出的农业新概念,主要是指农产品的营养化、功能化,旨在解决全球性的“隐性饥饿”问题,并重点满足消费者“吃出健康”的新需求.香山科学会议第669次学术讨论会与会专家认为,历经13年的探索,功能农业已初步形成了独特的学科和科技创新体系,实现了从“0”到“1”的突破.本文扼要阐述了9个方面关键科学问题及其相关研究进展:(1)通过对全国及区域土壤中矿物质的时空分布特征,反映母质和成土过程对土壤矿物质的含量影响;(2)土壤与作物间矿物质的吸收、转化,如人工根系实验系统(ARE系统)的建立、土壤中矿物质生物有效性的评价方法,以及植物中功能成分的转化机理等;(3)矿物质和重金属密切相关的超富集植物研究;(4)功能农业生产中功能成分对生物和环境影响评价;(5)功能农业长期科学试验站的研究成果;(6)功能农产品所制备的食物在蒸、炒、煮等烹调过程中以及其他加工技术下的功能成分形态变化的相关研究;(7)在健康效应评价方面,对功能性产品对人体健康的影响及其机理,以及相关功能农产品的干预研究;(8)天然富硒营养强化项目的研究;(9)基准物质的研制情况.在功能农业新技术研发方面,概...     

中国草地的产草量和牧草品质: 格局及其与环境因子之间的关系

草地是畜牧业生产的基础, 对于草地产草量和牧草品质的格局及其与环境因子之间关系的研究有助于科学合理地发展畜牧业, 但目前国内大尺度上的研究还比较缺乏. 本文通过对中国草地131个采样点共计177个样地的产草量和牧草品质进行分析, 研究了中国草地不同区域和不同植被类型的产草量和牧草品质, 分析了牧草品质与产草量之间的关系, 探讨了气候和土壤因子对牧草品质格局的作用. 研究显示: (1) 在研究区域总体上, 青藏高原草地的产草量较内蒙古草地高, 主要是由于高寒草甸有较高的产草量. 相比于内蒙古地区的草地, 青藏高原草地的牧草具有高粗蛋白、高无氮浸出物、低粗纤维、低粗脂肪的特点, 营养价值更高. (2) 从植被型上来看, 高寒草甸的产草量和营养价值都最高; 从植被群系上来看, 产草量最高的是西藏嵩草(Kobresia tibetica)草甸和芨芨草(Achnatherum splendens)草原, 牧草品质最好的则是高山嵩草(Kobresia pygmaea)草甸和矮生嵩草(Kobresia humilis)草甸. (3) 大尺度上, 气候和土壤因子首先通过改变植被类型而影响到牧草品质的格局, 对于植物具体的生理过程虽然也有影响但并非造成大尺度牧草品质格局的主要原因; 消除植被类型差异后, 气候因子中仅年均温(MAT)对粗纤维有显著作用, 而土壤因子对所有营养指标均有显著影响, 反映土壤因子对牧草品质有着更直接的作用. (4) 牧草的营养价值和产草量之间存在相关关系, 随着产草量的升高, 牧草表现出粗纤维含量增加、粗蛋白和粗脂肪含量下降的趋势, 这反映产草量较大时对营养元素的“稀释”现象.     

放牧对草地生态系统磷循环调控机制的研究进展与展望

放牧是全球范围内草地生态系统最主要和最直接的利用方式.磷(P)是植物生长所必需的大量元素,同时也是草地初级生产力的关键限制性养分元素,广泛参与植物的光合、呼吸等重要代谢过程.放牧通过直接和间接作用影响草地植物和土壤各组分的P含量和P库,进而通过正负两种反馈影响生态系统的P循环.目前,国内外有关放牧对草地P循环的影响机制,特别是P循环的生物学过程和机制尚不十分清楚.本文总结了有关放牧对植物和土壤各组分P含量及P库的影响及其机制,并对该领域的几个重要研究方向和亟待回答的科学问题进行了展望.未来研究中需要重点关注的问题包括:(1)土壤微生物量P组成沿不同放牧强度的变化,以及放牧对土壤微生物P源和汇的影响机制;(2)放牧如何影响土壤磷酸酶的活性(磷酸单酯酶、磷酸二酯酶、三磷酸单酯水解酶等)进而调控土壤中P的矿化过程;(3)放牧如何调控P在植物-土壤-微生物系统中的转化过程;(4)采用分子生物学和组学的手段,揭示土壤微生物在P循环及生态系统功能中的作用,以及放牧如何影响植物和根际微生物,进而调控生态系统P循环;(5)不同放牧强度如何影响植物多样性、菌根真菌多样性及两者之间的关系,进而影响植物对P的吸收和利用,以及地上和地下生物量P库;(6)不同家畜种类的食性差异及其对磷循环的影响机制;(7)其他植食动物(野生食草动物、植食昆虫、啮齿动物、蚯蚓、植食性线虫等)在草地生态系统P循环中的作用;(8)不同放牧强度如何调控生态系统各营养级组分的N:P化学计量关系,进而影响N、P循环之间的耦合关系.     

转基因食品发展现状及食用安全性

通过基因工程手段将一种或几种外源性基因转移至某种生物体（动物、植物或微生物）中,并使其有效表达出相应的产物（多肽或蛋白质）,以这样的生物作为食品或以其为原料生产加工成的食品称为转基因食品。转基因食品主要有植物转基因食品和动物转基因食品。     

转基因植物生产生物可降解塑料的研究进展

塑料制品需求日益增加,传统的合成塑料废物已带来越来越严重的环境污染问题,生物可降解塑料的研制与开发迫在眉睫.聚-β-羟基丁酸酯(简称PHB)是生物可降解塑料中研究得最多的一种.为降低PHB的生产成本,提高PHB与传统塑料的市场竞争力,可向植物体内引入PHB生物合成途径.以植物为表达载体,利用CO2及光能合成PHB,是大规模廉价生产PHB的一种很有前景的方法.     

极端干旱荒漠的“荒漠化”

本文所研究的极端干旱荒漠(简称极干荒漠)的“荒漠化”是指, 由于全球变化和人类活动在内的种种因素造成的极端干旱荒漠的土地退化. 极干荒漠占中国干旱区总面积的36.9%左右, 包括部分沙漠、戈壁、高寒荒漠、盐渍化土地、“吐加依”和劣地等类型, 其中约50%左右的土地有一定的生产力, 而且往往是荒漠地区的生物地球化学循环系统的终端, 不仅有重要的科学研究价值和新发现的巨大潜势, 并且是国民经济发展的新前沿阵地, 在能源、矿产、水资源、生态、生物多样性、旅游和特色农业等方面具有重大意义. 在当今人口越来越多、耕地越来越少的全球化的世界, 面对这些大面积还具有生产潜力的“边缘”土地, 需要重新认识和评价. 由于极干荒漠地区自然条件十分严酷, 沙尘暴肆虐,土地退化极为严重, 面临全球变化和愈来愈严重的人类干扰的挑战, 发生了一系列生态和环境的重大事件. 如荒漠盆地生物地理结构与格局和生物地球化学循环过程遭到极大的改变和破坏; 荒漠中有价值的野生动植物种质资源和珍贵基因的丧失; 荒漠自然历史和文化遗产的破坏和丧失等. 极干荒漠的荒漠化的客观存在, 是对国民经济发展和人民生活的灾难, 在当前我国国民经济强大实力和需求下, 充分发挥科学的作用, 打造出由土地-水-荒漠化防治的高端技术, 建立极干荒漠的荒漠化新概念及其治理与保育的时机已成熟. 本文根据多年考查实验, 提出极干荒漠的荒漠化分类、特征、保育和重建技术措施等.