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1 专辑 生态草牧业理论范式与技术体系

2 2016 年 第 61 卷 第 2 期 :137 ~ 138 专 辑 : 生 态 草 牧 业 理 论 范 式 与 技 术 体 系 编 者 按 中 国 科 学 杂 志 社 SCIENCE CHINA PRESS 我 国 草 原 牧 区 呼 唤 新 的 草 业 发 展 模 式 方 精 云 生 态 学 家, 中 国 科 学 院 植 物 研 究 所 研 究 员, 北 京 大 学 教 授 年 7 月 出 生 于 安 徽 怀 宁, 1989 年 在 日 本 大 阪 市 立 大 学 获 博 士 学 位 年 当 选 中 国 科 学 院 院 士, 2008 年 当 选 发 展 中 国 家 科 学 院 院 士. 先 后 发 表 中 英 文 论 文 340 多 篇, 其 中 SCI 收 录 181 篇, 包 括 Science 3 篇, Nature 3 篇, Proc Natl Acad Sci USA 6 篇 年 获 国 家 杰 出 青 年 科 学 基 金, 2004 年 获 国 家 自 然 科 学 二 等 奖, 2006 年 获 长 江 学 者 成 就 奖, 2007 年 获 何 梁 何 利 科 学 技 术 进 步 奖, 2011 年 获 第 二 届 中 国 出 版 政 府 奖, 2013 年 获 教 育 部 自 然 科 学 一 等 奖. 改 革 开 放 以 来, 我 国 居 民 的 膳 食 结 构 发 生 了 巨 大 变 化, 如 主 粮 消 费 显 著 减 少, 肉 奶 蛋 消 费 迅 速 增 加. 30 年 来, 我 国 居 民 年 人 均 口 粮 消 费 减 少 了 47%, 而 动 物 性 食 品 消 费 增 加 了 160%; 伴 随 而 来 的 是 在 粮 食 消 费 结 构 中, 居 民 口 粮 占 比 逐 年 下 降, 而 饲 料 用 粮 消 耗 逐 年 增 多, 2012 年 饲 料 粮 占 我 国 粮 食 总 产 量 的 40% [1,2]. 这 意 味 着, 我 国 粮 食 安 全 的 本 质 已 演 化 成 饲 料 粮 的 不 足. 然 而, 我 国 农 业 结 构 和 生 产 方 式 并 未 适 应 这 一 变 化, 政 府 依 然 强 化 口 粮 生 产, 而 忽 视 动 物 饲 料 粮 的 供 应 问 题. 众 所 周 知, 粮 食 生 产 中 籽 粒 仅 占 作 物 生 物 产 量 的 一 部 分 ( 一 般 不 超 过 作 物 生 物 量 的 1/2), 大 量 的 粮 食 用 作 饲 料 造 成 了 作 物 生 物 量 的 巨 大 浪 费. 同 时, 追 求 粮 食 增 产 导 致 化 肥 农 药 和 除 草 剂 的 大 量 使 用, 不 仅 浪 费 了 我 国 本 来 就 十 分 匮 缺 的 水 土 资 源, 同 时 对 江 河 湖 泊 和 土 壤 也 造 成 了 严 重 污 染, 我 国 的 环 境 为 此 付 出 了 沉 重 代 价. 大 力 发 展 现 代 草 业, 是 从 根 本 上 解 决 我 国 动 物 饲 草 料 严 重 不 足 的 必 由 之 路. 我 国 拥 有 各 类 草 地 60 亿 亩 ( 对 这 一 数 字 有 较 大 争 议 ) [3,4], 占 国 土 面 积 的 41%, 是 耕 地 面 积 的 3.2 倍, 但 其 生 产 功 能 极 其 低 下. 据 测 算, 如 果 利 用 条 件 适 宜 的 10% 的 优 质 土 地, 建 立 集 约 化 的 人 工 草 地, 每 年 可 生 产 优 质 牧 草 3 亿 吨 以 上, 相 当 于 我 国 18 亿 亩 耕 地 生 物 产 量 ( 约 12 亿 吨 ) 的 1/4. 换 言 之, 这 相 当 于 新 增 耕 地 4.5 亿 亩. 另 一 方 面, 通 过 建 设 人 工 草 地, 不 仅 解 决 了 饲 草 料 不 足 的 问 题, 也 可 以 大 大 缓 解 天 然 草 地 的 放 牧 压 力, 使 其 得 以 恢 复, 发 挥 其 原 本 应 有 的 生 态 功 能. 然 而, 由 于 历 史 等 方 面 的 原 因, 我 国 草 原 牧 区 的 发 展 长 期 滞 后 : 牧 区 政 策 照 搬 农 区, 畜 牧 业 生 产 方 式 和 组 织 方 式 落 后, 生 产 力 水 平 低 下. 这 些 因 素 导 致 我 国 畜 牧 业 在 农 业 产 值 中 所 占 比 重 十 分 低 下, 如 我 国 六 大 牧 区 ( 西 藏 内 蒙 古 新 疆 青 海 四 川 甘 肃 ) 的 草 地 约 占 全 国 草 地 总 面 积 的 74%, 但 其 畜 牧 业 产 值 仅 占 全 国 畜 牧 业 产 值 的 16% [5]. 牧 区 发 展 落 后 也 成 为 影 响 我 国 民 族 团 结 和 边 疆 稳 定 的 隐 患, 吃 肉 难 吃 肉 贵 已 成 为 一 些 牧 区 社 会 不 安 定 的 重 要 因 素. 为 解 决 草 原 牧 区 的 发 展 问 题, 保 障 生 态 安 全, 2000 年 以 来 中 央 政 府 陆 续 实 施 了 退 牧 还 草 工 程 京 津 风 沙 源 治 理 等 多 个 重 大 工 程 和 草 原 生 态 补 助 奖 励 政 策. 虽 然 一 些 草 原 牧 区 的 植 被 恢 复 较 为 明 显, 但 局 部 改 善 总 体 恶 化 的 整 体 态 势 仍 未 得 到 根 本 改 善 [6]. 政 府 的 政 策 制 定 了, 国 家 的 资 金 也 投 入 了, 但 为 什 么 效 果 没 有 明 显 显 现? 长 期 困 扰 草 原 牧 区 的 三 牧 问 题 为 什 么 依 然 严 峻, 甚 至 更 为 凸 显? 针 对 这 些 问 题, 近 年 来, 我 们 对 我 国 草 原 牧 区 和 草 业 发 展 问 题 进 行 了 较 为 广 泛 地 调 查 和 较 为 深 入 地 分 析, 与 学 界 行 业 企 业 以 及 政 府 部 门 也 进 行 了 充 分 的 研 讨 和 交 流, 深 切 感 到 我 国 农 业 结 构 和 农 业 生 产 方 式 已 经 到 了 必 须 变 革 的 重 大 关 口. 我 们 认 为, 在 草 原 牧 区 和 农 牧 交 错 区 着 力 发 展 现 代 草 业, 在 保 护 好 草 原 生 态 的 同 时, 大 幅 提 高 草 地 的 生 产 力, 是 从 根 本 上 解 决 我 国 人 畜 争 粮 动 物 饲 料 严 重 不 足 问 题 的 根 本 举 措, 也 是 实 现 我 国 牧 区 现 代 化, 解 决 三 牧 问 题 的 着 力 点. 基 于 这 一 认 识, 我 们 提 出 草 业 和 畜 牧 业 统 筹 发 展 的 草 牧 业 概 念, 以 期 实 现 草 地 生 产 功 能 和 生 态 功 能 的 双 赢 [7]. 为 践 行 草 牧 业 的 思 想, 我 们 提 出 建 设 生 态 草 业 特 区 的 理 念, 其 内 涵 是 以 一 个 完 整 的 社 会 经 济 单 元 ( 如 县 或 旗 ) 为 基 本 单 位, 进 行 自 然 - 经 济 - 社 会 复 合 系 统 诸 要 素 的 整 体 设 计 和 调 控. 后 来, 根 据 我 国 草 原 地 区 的 现 实 状 况 和 中 央 政 府 的 有 关 文 件 精 神, 我 们 将 生 态 草 业 特 区 改 称 生 态 草 牧 业 试 验 区, 这 样 实 施 起 来 更 具 有 弹 性 和 可 操 作 性. 生 态 草 牧 业 试 验 区 的 精 髓 在 于, 在 一 个 较 大 的 区 域 内, 借 鉴 现 代 农 业 的 发 展 思 路, 通 过 科 学 规 划 合 理 布 局 精 细 管 理, 发 展 以 人 工 草 地 和 现 代 化 畜 牧 业 为 主 多 种 特 色 生 物 产 业 和 文 化 产 业 为 补 充, 并 大 幅 提 升 天 然 草 地 生 态 功 能 的 科 技 先 导 型 示 范 实 体. 其 依 据 的 科 学 原 理 是, 在 牧 区 利 用 不 足 10% 水 热 条 件 适 宜 的 土 地, 建 立 集 约 化 人 工 草 地, 使 优 质 饲 草 产 量 提 高 10 倍 以 上, 从 根 本 上 解 决 草 畜 矛 盾 ; 对 其 他 90% 以 上 的 天 然 草 地 进 行 保 护 恢 复 和 适 度 利 用, 提 升 其 生 态 屏 障 和 旅 游 功 能. 我 们 称 之 为 人 工 草 地 与 天 然 草 地 1:9 配 置 的 发 展 模 式 ( 简 称 1:9 配 置 模 式 ) [7,8]. 为 此, 特 组 织 生 态 草 牧 业 理 论 范 式 与 技 术 体 系 专 辑, 旨 在 分 析 我 国 草 地 生 态 生 产 和 两 者 关 系 等 问 题, 探 索 草 地 畜 牧 业 的 未 来 出 路, 推 广 生 态 草 牧 业 发 展 理 念. 专 辑 由 13 篇 文 章 组 成. 按 其 内 容 可 2016 中 国 科 学 杂 志 社 csb.scichina.com

3 2016 年 1 月 第 61 卷 第 2 期 分 为 3 个 部 分 : (ⅰ) 我 国 草 原 整 体 情 况 和 草 业 发 展 现 状 的 分 析 ; (ⅱ) 我 国 草 牧 业 发 展 模 式 及 技 术 体 系 的 探 讨 ; (ⅲ) 牧 草 品 种 资 源 利 用 中 的 若 干 关 键 问 题 研 究. 第 一 部 分 由 3 篇 文 章 组 成. 任 继 周 等 系 统 回 顾 和 展 望 了 我 国 草 业 科 学 和 草 地 农 业 的 发 展 轨 迹, 指 出 我 国 现 代 草 业 科 学 的 发 展 将 迎 来 前 所 未 有 的 发 展 机 遇 [9]. 张 新 时 等 论 证 了 我 国 草 原 由 传 统 的 生 产 方 式 向 现 代 畜 牧 业 生 产 方 式 的 转 变 [8]. 沈 海 花 等 较 为 全 面 地 评 价 了 我 国 草 地 资 源 的 现 状 变 化 及 其 影 响 因 素 [4]. 第 二 部 分 由 6 篇 文 章 组 成. 方 精 云 等 阐 释 了 在 我 国 草 原 牧 区 发 展 草 牧 业 的 必 要 性 和 紧 迫 性 ; 提 出 了 建 设 生 态 草 牧 业 试 验 区 的 构 想, 并 提 出 了 草 原 牧 区 发 展 应 遵 循 的 7 个 原 理 [5]. 基 于 草 牧 业 发 展 理 念, 不 同 作 者 分 别 从 人 工 草 地 建 设 [10] 草 地 生 产 功 能 和 生 态 功 能 的 配 置 [11] [12] 草 产 品 加 工 等 方 面 对 试 验 区 的 基 本 内 涵 进 行 了 阐 释 和 论 证. 蒋 高 明 等 还 以 内 蒙 古 正 蓝 旗 为 例, 论 证 了 试 验 区 发 展 特 色 产 业 的 科 学 性 和 可 行 性 [13] ; 周 青 平 等 则 以 青 藏 高 原 草 地 畜 牧 业 为 例, 提 出 了 建 设 标 准 化 示 范 牧 场 的 重 要 性 和 发 展 思 路 [14]. 在 第 三 部 分, 南 志 标 等 论 述 了 6 种 北 方 牧 草 的 抗 逆 机 理 及 其 在 生 产 实 践 中 的 应 用 [15]. 毛 培 胜 等 论 述 了 我 国 北 方 牧 草 种 子 生 产 的 限 制 因 素 和 关 键 技 术 [16]. 杨 青 川 等 系 统 论 述 了 我 国 苜 蓿 (Medicago L.) 种 质 资 源 的 分 布 类 型 遗 传 育 种 及 综 合 利 用 情 况 [17]. 刘 公 社 等 对 羊 草 (Leymus chinensis) 的 起 源 分 布 种 质 资 源 评 价 新 品 种 选 育 繁 殖 及 利 用 等 进 行 了 系 统 地 梳 理 和 分 析 [18]. 我 们 期 待 本 专 辑 的 发 表 能 为 加 快 我 国 草 业 科 学 的 进 步 推 动 我 国 草 原 牧 区 生 产 方 式 之 变 革 促 进 我 国 草 牧 业 又 好 又 快 发 展 起 抛 砖 引 玉 的 作 用. 1 National Bureau of Statistics of the People s Republic of China. China Statistical Yearbook-2013 (in Chinese). Beijing: China Statistics Press, 2014 [ 中 华 人 民 共 和 国 国 家 统 计 局. 中 国 统 计 年 鉴 北 京 : 中 国 统 计 出 版 社, 2014] 2 State Administration of Grain. China Grain Development Report (in Chinese). Beijing: Economy & Management Publishing House, 2013 [ 国 家 粮 食 局. 中 国 粮 食 发 展 报 告. 北 京 : 经 济 管 理 出 版 社, 2013] 3 Fang J Y, Yang Y H, Ma W H, et al. Ecosystem carbon stocks and their changes in China s grasslands. Sci China Life Sci, 2010, 53: [ 方 精 云, 杨 元 合, 马 文 红, 等. 中 国 草 地 生 态 系 统 碳 库 及 其 变 化. 中 国 科 学 : 生 命 科 学, 2010, 40: ] 4 Shen H H, Zhu Y K, Zhao X, et al. Analysis of current grassland resources in China (in Chinese). Chin Sci Bull, 2016, 61: [ 沈 海 花, 朱 言 坤, 赵 霞, 等. 中 国 草 地 资 源 的 现 状 分 析. 科 学 通 报, 2015, 61: ] 5 Fang J Y, Bai Y F, Li L H, et al. Scientific basis and practical ways for sustainable development of China s pasture regions (in Chinese). Chin Sci Bull, 2015, 61: [ 方 精 云, 白 永 飞, 李 凌 浩, 等. 我 国 草 原 牧 区 可 持 续 发 展 的 科 学 基 础 与 实 践. 科 学 通 报, 2015, 61: ] 6 Ministry of Agriculture of the People s Republic of China. China Grassland Development Report 2011 (in Chinese). Beijing: China Agriculture Press, 2013 [ 中 华 人 民 共 和 国 农 业 部. 中 国 草 原 发 展 报 告 北 京 : 中 国 农 业 出 版 社, 2013] 7 The working group of Eco-husbandry Special Region. Constructing the Eco-husbandry Special Region and Exploring New Developmental Pattern of Pasturing Area (in Chinese). Advisory report, academic divisions of the CAS [ 生 态 草 业 特 区 项 目 组. 建 立 生 态 草 业 特 区, 探 索 草 原 牧 区 发 展 新 模 式. 中 国 科 学 院 学 部 咨 询 报 告, 2014] 8 Zhang X S, Tnag H P, Dong X B, et al. The dilemma of steppe and it s transformation in China (in Chinese). Chin Sci Bull, 2015, 61: [ 张 新 时, 唐 海 萍, 董 孝 斌, 等. 中 国 草 原 的 困 境 及 其 转 型. 科 学 通 报, 2015, 61: ] 9 Ren J Z, Xu G, Li X L, et al. Trajectory and prospect of China s prataculture (in Chinese). Chin Sci Bull, 2016, 61: [ 任 继 周, 胥 刚, 李 向 林, 等. 中 国 草 业 科 学 的 发 展 轨 迹 与 展 望. 科 学 通 报, 2015, 61: ] 10 Li L H, Lu P, Gu X Y, et al. Principles and paradigms for developing artificial pastures (in Chinese). Chin Sci Bull, 2016, 61: [ 李 凌 浩, 路 鹏, 顾 雪 莹, 等. 我 国 人 工 草 地 建 设 原 理 与 范 式. 科 学 通 报, 2015, 61: ] 11 Bai Y F, Pan Q M, Xing Q. Fundamental theories and technologies for optimizing the production functions and ecological functions in grasslandecosystems (in Chinese). Chin Sci Bull, 2016, 61: [ 白 永 飞, 潘 庆 民, 邢 旗. 草 地 生 产 与 生 态 功 能 合 理 配 置 的 理 论 基 础 与 关 键 技 术. 科 学 通 报, 2015, 60: ] 12 Huang J H, Xue J G, Zheng Y H, et al. Principles of modern forage products processing and the technology development (in Chinese). Chin Sci Bull, 2016, 61: [ 黄 建 辉, 薛 建 国, 郑 延 海, 等. 现 代 草 产 品 加 工 原 理 与 技 术 发 展. 科 学 通 报, 2015, 61: ] 13 Jiang G M, Wu G L, Cheng D, et al. Characteristics and designing of eco-husbandry system: A case study in Zhenglan Banner, China (in Chinese). Chin Sci Bull, 2016, 61: [ 蒋 高 明, 吴 光 磊, 程 达, 等. 生 态 草 业 的 特 色 产 业 体 系 与 设 计 : 以 正 蓝 旗 为 例. 科 学 通 报, 2015, 61: ] 14 Zhou Q P, Chen S Y, Guo Z G. The principles and practice of standardized demonstration ranches construction (in Chinese). Chin Sci Bull, 2016, 61: [ 周 青 平, 陈 仕 勇, 郭 正 刚. 标 准 化 牧 场 建 设 的 原 理 与 实 践. 科 学 通 报, 2015, 61: ] 15 Nan Z B, Wang S M, Wang Y R, et al. Stress tolerance mechanisms of 6 native plant species growing in China s northern grassland and their utilization (in Chinese). Chin Sci Bull, 2015, 61: [ 南 志 标, 王 锁 民, 王 彦 荣, 等. 我 国 北 方 草 地 6 种 乡 土 植 物 抗 逆 机 理 与 应 用. 科 学 通 报, 2015, 61: ] 16 Mao P S, Hou L Y, Wang M Y. Limited factors and key technologies of forage seed production in the northern of China (in Chinese). Chin Sci Bull, 2015, 61: [ 毛 培 胜, 侯 龙 鱼, 王 明 亚. 中 国 北 方 牧 草 种 子 生 产 的 限 制 因 素 和 关 键 技 术. 科 学 通 报, 2015, 61: ] 17 Yang Q C, Kang J M, Zhang T J, et al. Distribution, breeding and utilization of alfalfa germplasm resources (in Chinese). Chin Sci Bull, 2016, 61: [ 杨 青 川, 康 俊 梅, 张 铁 军, 等. 苜 蓿 种 质 资 源 的 分 布 育 种 与 利 用. 科 学 通 报, 2015, 61: ] 18 Liu G S, Li X X, Qi D M, et al. Evaluation and utilization of Leymus chinensis germplasm resources (in Chinese). Chin Sci Bull, 2016, 61: [ 刘 公 社, 李 晓 霞, 齐 冬 梅, 等. 羊 草 种 质 资 源 的 评 价 与 利 用. 科 学 通 报, 2015, 61: ] 138 方 精 云 中 国 科 学 院 植 物 研 究 所 ; 北 京 大 学 城 市 与 环 境 学 院

4 2016 年 第 61 卷 第 2 期 :139 ~ 154 专 辑 : 生 态 草 牧 业 理 论 范 式 与 技 术 体 系 评 述 中 国 科 学 杂 志 社 SCIENCE CHINA PRESS 中 国 草 地 资 源 的 现 状 分 析 沈 海 花 *, 朱 言 坤, 赵 霞, 耿 晓 庆, 高 树 琴, 方 精 云 中 国 科 学 院 植 物 研 究 所, 植 被 与 环 境 变 化 国 家 重 点 实 验 室, 北 京 * 联 系 人, shen.haihua@ibcas.ac.cn 收 稿, 修 回, 接 受, 网 络 版 发 表 中 国 科 学 院 重 点 部 署 项 目 (KSZD-EW-Z-012) 中 国 科 学 院 学 部 咨 询 评 议 项 目 ( ) 和 国 家 自 然 科 学 基 金 ( ) 资 助 摘 要 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 ( ~ km 2 ), 这 些 资 料 也 表 明, 我 国 目 前 的 天 然 草 地 面 积 在 ~ 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 g m 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 gc m 2 a 1 ( 平 均 176 gc m 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 gc m 2 a 1. 另 一 方 面, 我 国 人 工 草 地 面 积 比 较 小, 约 为 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. 关 键 词 草 地 面 积, 分 布, 多 样 性, 生 物 量, 生 产 力, 承 载 力 草 地 并 没 有 一 个 明 确 统 一 的 定 义. 植 物 生 态 学 或 植 物 地 理 学 的 草 地 通 常 指 以 草 本 植 物 占 优 势 的 植 物 群 落 [1,2], 可 包 括 草 原 草 甸 草 本 沼 泽 草 本 冻 原 草 丛 等 天 然 植 被, 以 及 除 农 作 物 之 外 草 本 植 物 占 优 势 的 栽 培 群 落. 农 学 里 的 草 地 主 要 指 畜 牧 业 的 资 源, 不 仅 包 括 以 草 本 为 主 的 植 物 群 落, 还 包 括 灌 木 和 稀 疏 树 木 等 可 用 于 放 牧 的 植 被 [3~5]. 为 了 避 免 讨 论 时 的 歧 义, 本 文 的 草 地 指 植 物 生 态 学 或 植 物 地 理 学 的 定 义, 但 在 叙 述 特 定 的 文 献 资 料 时 就 以 原 文 的 定 义 为 准. 不 论 依 据 哪 种 定 义, 草 地 都 是 一 种 分 布 辽 阔 的 陆 地 生 态 系 统 类 型. 联 合 国 粮 食 及 农 业 组 织 (Food and Agriculture Organization of the United Nations, FAO) 估 计 全 球 草 地 面 积 为 hm 2, 覆 盖 约 26% 的 陆 地 面 积 [6]. 我 国 第 一 次 草 地 普 查 结 果 表 明, 中 国 各 类 天 然 草 地 约 有 hm 2, 占 国 土 面 积 的 41.7%, 总 面 积 仅 次 于 澳 大 利 亚, 位 居 世 界 第 二 [7]. 在 我 国, 草 地 不 仅 提 供 饲 草 饲 料 支 撑 畜 牧 业 生 产, 在 防 风 固 沙 水 土 保 持 水 源 涵 养 以 及 生 物 多 样 性 保 护 和 陆 地 生 态 系 统 碳 循 环 中 也 扮 演 着 重 要 角 色. 但 是, 近 年 来 引 用 格 式 : 沈 海 花, 朱 言 坤, 赵 霞, 等. 中 国 草 地 资 源 的 现 状 分 析. 科 学 通 报, 2016, 61: Shen H H, Zhu Y K, Zhao X, et al. Analysis of current grassland resources in China (in Chinese). Chin Sci Bull, 2016, 61: , doi: /N 中 国 科 学 杂 志 社 csb.scichina.com

5 2016 年 1 月 第 61 卷 第 2 期 在 我 国 不 少 地 区 草 地 退 化 严 重, 植 被 覆 盖 率 下 降, 沙 尘 暴 等 生 态 灾 难 时 有 发 生, 草 地 的 生 态 服 务 功 能 下 降, 这 些 都 阻 碍 了 区 域 的 可 持 续 发 展 [8]. 为 此, 需 要 用 系 统 工 程 的 观 点, 科 学 合 理 地 配 置 草 地 的 生 态 功 能 和 生 产 功 能, 实 现 草 原 牧 区 生 产 生 活 和 生 态 的 全 面 协 调 发 展 [9]. 要 科 学 地 配 置 草 地 的 生 态 功 能 和 生 产 功 能, 首 先 需 要 摸 清 草 地 资 源 的 家 底. 过 去 草 地 资 源 研 究, 多 关 注 畜 牧 业 的 可 利 用 资 源, 如 产 草 量 牧 草 质 量 及 载 畜 量 等 [4,7,10,11]. 从 生 态 学 的 角 度 看, 草 地 资 源 包 括 更 广 泛 的 内 涵, 如 物 种 组 成 生 物 量 和 生 产 力 物 质 循 环 以 及 各 种 生 态 系 统 服 务 功 能 等 [12~20]. 在 过 去 几 十 年 里, 无 论 是 草 地 资 源 的 调 查 还 是 草 地 生 态 学 的 基 础 研 究, 我 国 都 积 累 了 大 量 的 资 料 并 提 出 过 不 少 重 要 的 观 点, 但 是 这 些 资 料 并 没 有 得 到 系 统 梳 理. 数 据 的 多 样 和 观 点 的 分 歧 需 要 进 一 步 的 讨 论, 只 有 这 样 才 能 为 我 国 草 原 牧 区 有 关 方 针 政 策 的 制 定 提 供 有 效 数 据 和 建 设 性 建 议. 为 此, 本 文 全 面 收 集 分 析 了 我 国 过 去 的 草 地 资 源 研 究 资 料, 并 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. 通 过 这 些 工 作, 试 图 回 答 以 下 问 题 : (ⅰ) 我 国 天 然 草 地 的 面 积 是 多 少? 空 间 分 布 如 何? (ⅱ) 天 然 草 地 物 种 多 样 性 分 布 格 局 及 其 驱 动 因 素 是 什 么? (ⅲ) 天 然 草 地 生 物 量 和 净 初 级 生 产 力 有 多 大? 时 空 分 布 如 何? 其 驱 动 因 素 是 什 么? (ⅳ) 人 工 草 地 的 分 布 格 局 如 何? 生 产 力 多 大? 其 影 响 因 素 是 什 么? (ⅴ) 我 国 草 地 承 载 力 多 大? 影 响 草 地 承 载 力 的 因 素 有 哪 些? 1 资 料 和 方 法 本 文 的 资 料 来 源 于 文 献 统 计 年 鉴 草 地 普 查 资 料 农 业 部 全 国 草 原 监 测 报 告 1: 植 被 图 等 过 去 几 十 年 来 我 国 草 地 资 源 研 究 的 各 类 数 据. 本 文 将 收 集 整 理 的 资 料 进 行 整 合 分 析, 并 对 天 然 草 地 生 物 量 和 生 产 力 进 行 了 重 新 估 算. [21] 天 然 草 地 生 物 量 是 利 用 Ma 等 人 根 据 实 测 资 料 建 立 的 地 上 生 物 量 与 同 期 归 一 化 植 被 指 数 (normalized difference vegetation index, NDVI) 的 关 系 地 上 地 下 生 物 量 之 间 的 关 系, 并 结 合 1982~2011 年 NOAA (national oceanic and atmospheric administration satellites)/avhrr(advanced very high resolution radiometer)- NDVI 数 据 估 算 得 到 其 最 近 30 年 的 变 化. 此 外, 草 地 潜 在 生 产 力 是 利 用 1982~2011 年 间 平 均 年 均 温 和 年 降 水 量 以 及 MIAMI 模 型 估 算 得 到. 2 天 然 草 地 类 型 分 布 及 自 然 特 征 2.1 草 地 面 积 及 其 变 化 我 国 天 然 草 地 面 积 究 竟 有 多 少 一 直 是 个 有 争 论 [22,23] 的 问 题. 如 果 按 照 中 国 植 被 图 估 算, 我 国 天 然 草 地 面 积 分 别 为 km 2 ( 基 于 1: 中 国 植 被 图 ) 和 km 2 ( 基 于 1: 中 国 植 被 图 ). 而 基 于 草 地 清 查 资 料, 如 中 国 草 地 资 源 等 估 算 的 结 果 则 变 动 于 ~ km 2 之 间 ( 表 1) [7,24,28]. 利 用 卫 星 遥 感 数 据 估 算 的 草 地 面 积 差 异 更 大 ( 表 1). 基 于 NOAA/AVHRR(8 km) 全 球 植 被 覆 盖 数 据 2000 年 1: 土 地 利 用 覆 盖 数 据 2001 年 MODIS 草 地 覆 盖 数 据 所 估 算 的 我 国 天 然 草 地 面 积 分 别 为 , 和 km 2[29~31]. 由 此 可 见, 不 同 研 究 估 算 的 天 然 草 地 面 积 差 异 明 显, 范 围 在 ~ km 2 之 间, 相 差 2.5 倍 以 上, 对 草 地 的 定 义 不 同 可 能 是 导 致 这 些 差 异 的 主 要 原 因. 如 前 所 述, 中 国 植 被 图 中 草 地 主 要 指 以 草 本 植 物 占 优 势 的 植 物 群 落 ; 而 第 一 次 草 场 普 查 中 草 地 多 属 农 学 范 畴, 多 包 括 了 灌 木 和 稀 疏 乔 木 的 饲 用 植 物 地 ; 遥 感 资 料 则 更 缺 乏 统 一 的 分 类 系 统 [35~37]. 草 地 资 源 普 查 资 料 和 植 被 调 查 资 料 能 够 准 确 反 映 调 查 地 点 的 实 际 情 况, 但 调 查 范 围 有 限, 而 且 实 地 调 查 在 时 间 上 也 会 受 到 限 制, 不 能 及 时 反 映 草 地 植 被 的 分 布 状 况. 卫 星 遥 感 可 以 很 好 地 解 决 数 据 滞 后 的 问 题, 但 是 由 于 缺 乏 详 细 的 地 面 验 证, 估 算 的 结 果 也 存 在 很 大 的 不 确 定 性. 除 了 实 地 调 查 和 遥 感 资 料 的 分 析, 利 用 植 被 与 [33] 气 候 关 系 可 以 估 算 出 潜 在 的 植 被 分 布. Ni 等 人 和 [34] 冯 琦 胜 分 别 利 用 BIOME3 和 综 合 顺 序 分 类 (comprehensive and sequential classification system, CSCS) 模 型, 结 合 过 去 几 十 年 的 气 象 数 据, 估 算 了 我 国 潜 在 天 然 草 地 面 积 分 别 为 和 km 2 ( 表 1). 虽 然 不 同 作 者 给 出 的 我 国 草 地 面 积 相 差 甚 大, 但 本 研 究 认 为, 我 国 草 场 资 源 普 查 资 料 和 1: 中 国 植 被 图 是 确 定 我 国 草 地 面 积 的 两 个 基 本 的 数 据 源, 据 其 所 获 得 的 草 地 面 积 应 该 是 比 较 可 信 的. 据 此, 我 国 天 然 草 地 的 面 积 可 能 在 ~ km 2 之 间, 但 真 实 的 面 积 还 需 要 进 一 步 研 究. 我 国 天 然 草 地 140

6 评 述 表 1 不 同 资 料 来 源 的 我 国 天 然 草 地 面 积 ( 单 位 : 10 6 km 2 ) Table 1 The area of natural grasslands from different resources (10 6 km 2 ) 数 据 来 源 [22] 1: 中 国 植 被 图 [23] 1: 中 国 植 被 图 面 积 占 国 土 面 积 比 例 (%) 定 义 或 内 涵 [24] 文 献 草 原 草 甸 草 丛 草 本 沼 泽 本 研 究 第 一 次 草 场 普 查 (1979~1990) 3.93(3.56) 40.9 草 原 草 甸 荒 漠 灌 丛 疏 林 地 等 [7] 中 国 草 地 资 源 数 据 草 原 草 甸 荒 漠 灌 丛 疏 林 地 等 [24] [25] 1: 草 地 资 源 图 [26] 1: 土 地 利 用 图 [27] 中 国 1: 土 地 资 源 图 荒 漠 草 原 化 荒 漠 荒 漠 草 原 草 原 草 甸 草 原 草 甸 / 草 丛 / 灌 草 丛 [24] 草 原 草 坡 荒 漠 沙 地 [28] NOAA/AVHRR 全 球 植 被 图 草 本 植 物 群 落, 灌 木 或 乔 木 盖 度 <10% [29] 1: 土 地 利 用 数 据 库 (2000) 天 然 草 地 改 良 草 地 割 草 地 [30] MODIS 草 地 覆 盖 类 型 产 品 草 地 草 甸 草 本 沼 泽 [31] TM 和 中 国 陆 地 卫 星 影 像 (1999~2000) 草 原 草 甸 荒 漠 灌 丛 疏 林 地 等 [32] BIOME3 模 型 高 草 / 低 草 型 草 地 干 旱 区 灌 丛 / 草 原 极 地 / 高 山 苔 原 CSCS 模 型 草 原 草 甸 冻 原 [34] [24] [33] 自 然 环 境 多 样, 气 候 的 时 空 变 化 大, 加 上 人 为 干 扰 严 [32] 重, 草 地 面 积 的 年 际 变 化 也 很 大. 杜 青 林 利 用 遥 感 数 据 发 现, 在 20 世 纪 90 年 代 到 21 世 纪 初, 草 地 面 积 除 在 青 海 江 西 宁 夏 等 省 份 有 所 增 加 外, 在 其 他 大 部 分 省 份 都 有 所 减 少, 而 且 草 地 的 断 片 化 也 很 明 显, 全 国 成 片 草 地 的 面 积 总 共 减 少 了 7%. 过 度 放 牧 及 草 地 开 垦 为 农 田 是 导 致 草 地 面 积 减 少 的 主 要 因 素. 研 究 表 明, 2000~2005 年 间 减 少 的 hm 2 草 地 中 48% 以 上 被 开 垦 为 农 田 [38] ; 另 一 方 面, 退 耕 还 草 以 及 草 地 的 合 理 利 用 使 局 部 地 区 的 草 地 得 到 恢 复 [38,39]. 2.2 草 地 类 型 分 布 及 气 候 特 征 (ⅰ) 草 地 类 型 和 分 布. 本 文 利 用 1: 中 国 植 被 图, 简 述 我 国 天 然 草 地 的 类 型 及 分 布. 1: 中 国 植 被 图 是 根 据 全 国 植 被 调 查 资 料, 结 合 航 空 遥 感 卫 星 影 像 及 相 关 的 地 质 学 土 壤 学 和 气 候 学 信 息 编 制 而 成, 能 较 真 实 地 反 映 我 国 植 被 类 型 的 分 布 [40]. 根 据 该 植 被 图, 我 国 天 然 草 地 可 以 划 分 为 草 原 草 甸 草 丛 和 草 本 沼 泽 4 大 类, 分 别 占 草 地 总 面 积 的 50.4%, 36.6%, 10.7% 和 2.3% ( 图 1). 这 4 类 草 地 与 不 同 的 气 候 土 壤 或 地 形 因 子 结 合, 又 可 以 进 一 步 分 为 12 类 草 地 ( 依 面 积 大 小 排 序 ): 高 寒 草 甸 占 24.4%, 高 寒 草 原 22.9%, 温 性 草 原 16.2%, 亚 热 带 热 带 草 丛 8.7%, 荒 漠 草 原 8.1%, 岩 生 草 甸 5.6%, 山 地 草 甸 4.4%, 草 甸 草 原 3.3%, 沼 泽 化 草 甸 2.3%, 寒 温 带 温 带 沼 泽 和 温 带 草 丛 2.1%, 高 寒 沼 泽 面 积 <1%. 我 国 的 天 然 草 地 主 要 分 布 在 西 藏 内 蒙 古 青 海 新 疆 四 川 甘 肃 黑 龙 江 以 及 云 南 等 地, 占 全 国 草 地 总 面 积 的 80% 以 上. 其 中 西 藏 天 然 草 地 面 积 最 大, 为 km 2, 占 全 国 草 地 面 积 的 26.7%, 主 要 是 高 寒 草 原 和 高 寒 草 甸. 其 次 为 内 蒙 古 青 海 和 新 疆, 分 别 为 , 和 km 2, 其 中 内 蒙 古 草 地 主 要 以 温 性 草 原 和 荒 漠 草 原 为 主, 青 海 主 要 以 高 寒 草 甸 和 高 寒 草 原 为 主, 新 疆 则 盐 生 草 甸 高 寒 草 原 荒 漠 草 原 温 性 草 原 和 高 寒 草 甸 均 有 分 布. 此 外, 四 川 甘 肃 黑 龙 江 和 云 南 的 草 地 面 积 也 较 大, 分 别 为 , , 和 km 2, 四 川 80% 以 上 为 高 寒 草 甸, 云 南 86% 以 上 为 热 带 亚 热 带 草 丛. 北 方 主 要 牧 区 中, 宁 夏 草 地 面 积 较 少, 约 km 2, 主 要 为 温 性 草 原 和 荒 漠 草 原 ( 图 1). (ⅱ) 天 然 草 地 气 候 和 海 拔 特 征. 我 国 天 然 草 地 年 均 温 年 降 水 跨 度 较 大, 分 别 为 0.9~17.9, 195~ 1307 mm. 地 带 性 草 原 集 中 分 布 在 温 带 干 旱 半 干 旱 地 区, 其 年 均 温 和 年 降 水 的 均 值 分 别 在 0.93~5.84 和 195~368 mm 之 间 ( 表 2). 在 12 类 草 地 类 型 中, 高 寒 草 原 海 拔 分 布 最 高, 平 均 高 达 4500 m 以 上, 气 候 寒 冷, 年 均 温 小 于 1, 降 水 量 少 (276 mm); 荒 漠 草 原 年 降 141

7 2016 年 1 月 第 61 卷 第2期 图 1 基于 1: 中国植被图得到的我国天然草地分布(a) 不同类型草地面积比例(b), 以及不同省份的草地面积(单位: km2)(c). (c) 中饼图依次表示我国主要天然草地分布省区 西藏 内蒙古 青海 新疆 四川 甘肃以及宁夏不同类型草地面积的比例(图例参见(b)) Figure 1 (a) Spatial pattern of natural grasslands in China based on Chinese Vegetation Map (1: ) ; (b) Area of different grassland types; and (c) grassland area in each province (104 km2). The pie graph in (c) indicates the different types of grassland area in the provinces with large area of grasslands 水量最低, 小于200 mm. 过去30年间(1982~2011年), 我国天然草地年均 温显著增加, 年变化率达到0.051 a 1; 降水呈现微 资 源 普 查 统 计, 仅 草 地 饲 用 植 物 就 达 246科 1545属 6704种 [7], 进一步确认这些植物的饲用价值并加以利 用对发展我国畜牧业生产具有重要意义. 弱的增加趋势, 但年际波动较大(表2). 不同草地类 草地植物组成及多样性存在较大的地域差 [18,41~44]. 北京大学生态学系自2001年起, 对我国温 型气候变化有所不同: 高寒草原温度增加最显著, 年 异 变化率大于0.061 a 1; 其次为高寒草甸和荒漠草 带草地进行了广范围的群落调查, 发现样地水平平 原, 年变化率约0.055 a 1. 高寒草原和高寒草甸的 均物种丰富度为12 种 m 2 (变动于1~46种 m 2, 图 年降水量也呈现显著增加的趋势, 而草甸草原 山地 2), 物种丰富度从大到小依次为: 草甸草原(19)>高 草甸和沼泽化草甸年降水量却显著减少(表2). 寒草甸(18)>山地草甸(17)>温性草原(11)>高寒草原 2.3 草地的植物多样性及其区域特征 我国草地的植物物种十分丰富. 据第一次草地 142 (9)>荒漠草原(8). 有些草地局部的物种丰富度特别 高, 例如, 青海海北的高寒草甸在0.01 m 2 的小样方 内平均有16~20种植物, 是世界上小尺度植物物种多

8 评 述 表 2 不 同 草 地 类 型 的 平 均 海 拔 高 度 气 候 特 征 及 生 物 量 变 化 (1982~2011) a) Table 2 The mean altitude, climate and biomass changes of different grassland types during the past three decades ( ) a) 草 地 类 型 海 拔 (m) 平 均 ( ) 年 均 温 年 降 水 量 生 物 量 密 度 (g m 2 ) 年 变 化 率 (g m 2 a ) 变 化 率 ( a 1 ) 平 均 (mm) 变 化 率 (mm a 1 ) 地 上 地 下 地 上 地 下 草 甸 草 原 * * 温 性 草 原 * 荒 漠 草 原 * * 0.64* 高 寒 草 原 * * * 0.34* 山 地 草 甸 * * * 2.19* 沼 泽 化 草 甸 * * 盐 生 草 甸 * * 0.97* 高 寒 草 甸 * * * 1.00* 温 带 草 丛 * * 5.79* 亚 热 带 / 热 带 草 丛 * * 6.09* 寒 温 带 / 温 带 沼 泽 * 高 寒 沼 泽 * * 4.30* 总 体 0.051* * 1.33* a) 地 形 数 据 来 自 全 国 1 km DEM 图 ; 气 象 数 据 由 全 国 728 个 气 象 台 站 月 平 均 气 温 和 月 降 水 数 据 插 值 得 到. *: P<0.05 [44] 物 的 作 用 显 著 增 强. Jin 等 人 的 研 究 也 表 明, 北 方 天 然 草 地 豆 科 植 物 的 物 种 丰 富 度 与 生 长 季 降 水 正 相 关. 3 天 然 草 地 生 物 量 和 生 产 力 3.1 生 物 量 及 其 变 化 图 2 北 方 草 地 植 物 物 种 丰 富 度 频 度 分 布 图 ( 数 据 来 自 文 献 [18]) Figure 2 Frequency distribution of species richness in Northern grassland in China (data from Ref. [18]) 样 性 最 高 的 植 被 类 型 之 一 [45]. 研 究 表 明, 我 国 草 地 物 种 丰 富 度 的 空 间 分 布 格 局 主 要 受 生 长 季 降 水 的 影 响. 随 着 降 水 量 的 增 加, 丰 富 度 增 加. 温 度 的 影 响 在 高 寒 草 地 和 温 带 草 地 正 好 相 反 : 随 生 长 季 温 度 增 加, 高 寒 草 地 物 种 丰 富 度 增 加, 而 温 带 草 地 反 而 下 降 [18]. 随 着 环 境 的 变 化, 不 仅 物 种 丰 富 度 发 生 改 变, 植 物 物 种 组 成 也 发 生 变 化. 例 [46] 如, 白 永 飞 等 人 发 现, 在 内 蒙 古 锡 林 河 流 域 草 原, 随 着 降 水 量 的 减 少 和 热 量 的 增 加, 多 年 生 杂 类 草 的 相 对 多 度 逐 渐 减 少, 多 年 生 丛 生 禾 草 的 相 对 多 度 逐 渐 增 加. 此 外, 中 旱 生 植 物 的 作 用 逐 渐 减 弱, 旱 生 植 20 世 纪 90 年 代 中 期 以 来, 我 国 学 者 对 草 地 植 被 生 物 量 开 展 了 大 量 研 究 [17,21,28,47~51] [28]. 方 精 云 等 人 首 次 采 用 草 地 资 源 数 据 和 植 物 根 茎 比 估 算 了 我 国 草 地 ( 草 原 草 坡 和 荒 漠 沙 地 ) 总 生 物 量 为 t, 平 均 生 物 量 密 度 为 526 g m 2. 后 来, Ni [15] Li 等 人 [29] Piao 等 人 [17,47] [48] Fang 等 人 分 别 利 用 草 地 资 源 清 查 数 据 遥 感 和 模 型 等 方 法 估 算 了 我 国 天 然 草 地 1980~2000 年 间 地 上 地 下 以 及 总 生 物 量 密 度 分 别 为 79~123, 544~681 和 526~774 g m 2 ( 表 3). 此 外, Ni [24] 和 Fan 等 [49] 人 也 对 中 国 草 地 的 生 物 量 进 行 了 估 算, 但 他 们 估 算 值 明 显 偏 高, 所 以 本 研 究 未 列 入. 本 文 利 用 实 测 生 物 量 数 据 同 期 NDVI 以 及 地 上 地 下 生 物 量 之 间 的 关 系 [21], 重 新 估 算 了 最 近 30 年 我 国 天 然 草 地 生 物 量 及 其 变 化. 结 果 表 明, 过 去 30 年 (1982~2011 年 ) 平 均 地 上 地 下 及 总 生 物 量 密 度 分 别 为 178, 759 和 937 g m 2, 地 下 生 物 量 约 是 地 上 生 物 量 的 4.3 倍 ( 表 3). 143

9 2016 年 1 月 第 61 卷 第 2 期 表 3 不 同 研 究 得 出 的 我 国 天 然 草 地 生 物 量 及 生 物 量 密 度 Table 3 Biomass and biomass density of natural grasslands derived from different resources 研 究 研 究 草 地 面 积 地 上 生 物 量 地 下 生 物 量 总 生 物 量 生 物 量 密 度 (g m 2 ) 区 域 时 间 ( 10 6 hm 2 ) ( 10 8 t) ( 10 8 t) ( 10 8 t) 地 上 地 下 总 生 物 量 中 国 草 地 中 国 草 地 数 据 来 源 与 方 法 草 地 资 源 数 据 ( 草 原 草 坡 荒 漠 沙 地 ); 根 茎 比 全 球 平 均 生 物 量 密 度 ; 中 国 草 地 资 源 数 据 中 国 草 地 草 地 资 源 数 据 [15] 中 国 草 地 1981~ 草 地 资 源 数 据 结 合 遥 感 ; 1: 草 地 资 源 图 中 国 草 地 1981~ 遥 感 数 据 结 合 CEVSA 模 型 [29] 中 国 草 地 1982~ 草 地 资 源 数 据 结 合 遥 感 ; 1: 草 地 资 源 图 中 国 草 地 1981~ 草 地 资 源 数 据 [48] 中 国 草 地 中 国 草 地 1982~ 北 方 草 地 草 地 资 源 数 据, 野 外 实 测 ( 包 括 灌 草 丛 及 零 星 草 地 ) 地 上 与 地 下 生 物 量 关 系 遥 感 估 算 ; 1: 植 被 图 全 球 平 均 生 物 量 密 度 ; 中 国 草 地 资 源 数 据 北 方 草 地 草 地 资 源 数 据 [15] 北 方 草 地 1982~ 北 方 草 地 北 方 草 地 1982~ 北 方 草 地 1982~ 草 地 资 源 数 据 结 合 遥 感 ; 1: 草 地 资 源 图 草 地 资 源 数 据, 野 外 实 测 ( 包 括 灌 草 丛 及 零 星 草 地 ) 实 测 数 据, 遥 感 估 算 ; 1: 植 被 图 地 上 与 地 下 生 物 量 关 系 遥 感 估 算 ; 1: 植 被 图 参 考 文 献 [28] [24] [47] [17] [49] 本 研 究 [24] [17] [49] [21] 本 研 究 由 上 可 见, 不 同 研 究 估 算 结 果 存 在 显 著 差 异, 本 研 究 估 算 结 果 略 高 于 早 期 的 研 究 结 果, 分 析 其 原 因 可 能 包 括 以 下 几 个 方 面 : (ⅰ) 草 地 定 义 系 统 不 同, 过 [17,48] 往 研 究 的 草 地 除 了 草 原 和 草 甸 植 被 外, 还 包 括 生 物 量 密 度 较 低 的 荒 漠 植 被, 本 研 究 中 的 草 地 包 括 草 原 草 甸 草 丛 和 草 本 沼 泽, 其 中 草 丛 和 草 本 沼 泽 生 物 量 密 度 较 高, 可 能 会 导 致 本 次 研 究 估 算 值 偏 高 ( 表 3); (ⅱ) 地 下 生 物 量 的 估 算 存 在 较 大 的 不 确 定 性. 本 研 究 估 算 地 下 生 物 量 时 所 采 用 的 地 上 生 物 量 与 地 下 生 物 量 之 间 的 相 关 关 系 是 根 据 温 带 草 地 ( 草 原 和 草 甸 植 被 ) 实 测 数 据 构 建 的, 利 用 此 关 系 来 推 算 南 方 草 地 可 能 会 产 生 较 大 误 差 ; (ⅲ) 时 期 不 同, 过 去 30 年 间, 地 上 生 物 量 年 际 间 波 动 大, 且 有 逐 年 增 加 的 趋 势, 尤 其 草 丛 和 高 寒 沼 泽 生 物 量 增 加 非 常 显 著 ( 图 3 和 4), 这 说 明 关 注 的 时 期 不 同 平 均 生 物 量 也 会 有 所 差 异. 本 研 究 结 果 还 显 示, 我 国 北 方 主 要 牧 区 ( 内 蒙 古 西 藏 青 海 新 疆 甘 肃 宁 夏 ) 地 上 生 物 量 占 全 国 草 地 的 58.0%, 平 均 地 上 生 物 量 密 度 为 g m 2. 其 中 内 蒙 古 的 平 均 地 上 生 物 量 密 度 最 大, 为 g m 2, 西 藏 最 小, 仅 为 73.7 g m 2 ( 图 4). 从 变 化 趋 势 看, 全 国 草 地 地 上 生 物 量 在 过 去 30 年 显 著 增 加, 尤 其 最 近 5~6 年 增 加 趋 势 非 常 显 著. 在 北 方 草 地 中, 只 有 新 疆 呈 现 逐 年 增 加 的 趋 势, 其 他 省 份 在 过 去 30 年 并 没 有 发 生 显 著 变 化 ( 图 4). 值 得 注 意 的 是, 全 国 和 不 同 区 域 草 地 生 物 量 的 年 际 变 化 呈 现 出 明 显 的 波 动, 分 别 在 1998 和 2007 年 前 后 出 现 拐 点 (breakpoint), 即 1982~1998 年 间, 生 物 量 呈 增 加 趋 势 ; 此 后 生 物 量 开 始 减 少 至 2007 年, 然 后 再 次 增 加 ( 图 4). 这 种 波 动 与 降 水 的 波 动 是 一 致 的. 3.2 生 产 力 及 其 变 化 (ⅰ) 实 际 生 产 力. 草 地 净 初 级 生 产 力 (net primary 144

10 评 述 图 3 中国天然草地过去 30 年(1982~2011 年)平均总生物量密度(a)及年变化率(b)的空间分布 Figure 3 Spatial pattern of the averaged biomass density (a) and its annual change rate (b) during the period of 图 4 过去 30 年间(1982~2011)中国天然草地地上生物量密度的逐年变化(实线表示显著增加, P<0.05) Figure 4 Changes in aboveground biomass of China s grasslands during the period of Solid line indicates that the temporal trend is statistically significant (P<0.05). productivity, NPP)是草地资源的重要指标之一, 准确 一次草地资源普查 [7] 估算的我国天然草地年地上净 估算草地NPP对合理利用草地资源 提高草地产量以 初级生产力(aboveground net primary productivity, 及管理草地碳等物质循环都具有重要意义. 早期草 ANPP)为34.9 gc m 2 a 1. 之后, Ni[14]通过收集野外实 地生产力主要根据野外实测生物量数据估算, 如第 测数据, 利用生物量与生产力的关系估算北方草地 145

11 2016 年 1 月 第 61 卷 第 2 期 表 4 不 同 研 究 得 出 的 我 国 天 然 地 净 初 级 生 产 力 Table 4 Net primary productivity of natural grasslands derived from different resources 研 究 区 域 实 际 生 产 力 研 究 时 间 草 地 面 积 ( 10 6 hm 2 ) ANPP (gc m 2 a 1 ) TNPP (gc m 2 a 1 ) 年 变 化 率 (gc m 2 a 2 ) 数 据 来 源 与 方 法 中 国 草 地 1981~ 首 次 全 国 草 地 资 源 普 查 [7] 中 国 草 地 1982~ 遥 感 估 算 [32] 中 国 草 地 遥 感 估 算 [31] 中 国 草 地 1992~ ( 草 原 ), 191.4( 草 甸 ) 光 能 利 用 率 模 型 [52] 中 国 草 地 , 145, 178; CASA, GLOPEM, GEOLUE; 208, 168 CEVSA, GEOPRO [53] 北 方 生 态 系 统 生 产 力 模 型 中 国 草 地 (boreal ecosystem productivity [54] simulater, BEPS) 北 方 草 地 1982~ 野 外 实 测 生 物 量 数 据 [14] 北 方 草 地 2002~ /8 月 份 野 外 实 测 生 物 量 数 据 [18] 温 带 草 地 CASA 模 型 [55] 温 带 草 地 1982~ CASA 模 型 [13] 高 寒 草 甸 和 冻 原 1982~ CASA 模 型 [13] 青 藏 高 原 高 寒 草 原 1982~ CASA 模 型 [16] 青 藏 高 原 高 寒 草 甸 1982~ CASA 模 型 [16] 青 藏 高 原 草 地 2002~ TEM, MODIS 数 据 [56] 青 藏 高 原 草 地 1982~ CASA 模 型, GIMMS-SPO NDVI [56] 内 蒙 古 草 地 1982~ CASA 模 型 [57] 内 蒙 古 草 地 光 能 利 用 率 模 型 [58] 南 方 草 地 2001~ LPA 模 型 (land portfolio assessment model) [59] 潜 在 生 产 力 中 国 草 地 1982~ MIAMI 气 候 生 产 潜 力 模 型 本 研 究 中 国 草 地 1992~ ~312.5 MIAMI 气 候 生 产 潜 力 模 型 [52] 中 国 草 地 气 候 潜 力 模 型 评 估 [60] 中 国 草 地 实 测 - 生 态 因 子 回 归 [61] 参 考 文 献 ANPP 和 总 净 初 级 生 产 力 (total net primary productivity, TNPP) 分 别 为 133 和 1341 gc m 2 a 1 ( 表 4), 这 个 值 [18] 远 大 于 Ma 等 人 同 样 基 于 生 长 季 最 大 生 物 量 估 算 的 北 方 草 地 ANPP(48.9 gc m 2 a 1 ) 以 及 其 他 同 类 研 究, 因 此 未 纳 入 本 文 统 计 之 列. 近 年 来, 多 位 学 者 利 用 遥 感 资 料 和 模 型 方 法 估 算 [52] 了 我 国 草 地 NPP( 表 4). 孙 睿 和 朱 启 疆 最 早 利 用 光 能 利 用 率 模 型 估 算 我 国 草 原 和 草 甸 NPP 分 别 为 和 gc m 2 a 1 [55]. 之 后, 朴 世 龙 等 人 利 用 CASA 模 型 估 算 了 我 国 温 带 草 地 的 NPP, 为 154 gc m 2 a 1. CASA 模 型 将 生 态 过 程 与 遥 感 相 结 合, 被 认 为 是 一 个 较 为 符 合 实 际 的 模 型, 因 此 被 广 泛 用 于 草 地 生 产 力 的 估 算 [13,16,53,56,57]. 其 他 光 能 利 用 率 模 型 或 生 物 过 程 机 理 模 型 的 估 算 结 果 低 于 CASA 的 估 算 值 [53]. 总 之, 我 国 天 然 草 地 ANPP 和 TNPP 的 平 均 估 算 值 分 别 为 34 和 176 gc m 2 a 1 ( 表 4). 我 国 天 然 草 地 NPP 在 过 去 几 十 年 里 有 显 著 增 加 趋 势 [13,16,57]. 如 在 1982~1999 年 间 青 藏 高 原 高 寒 草 原 和 高 寒 草 甸 NPP 的 年 变 化 率 分 别 为 0.82 和 1.13 gc m 2 a 2[16] ; 在 1982~2002 年 间 内 蒙 古 草 地 NPP 平 均 每 年 增 加 2.88 gc m 2 a 1, 增 加 速 度 显 著 高 于 全 国 或 整 个 北 方 草 地 的 平 均 水 平 [57]. 有 关 南 方 草 地 生 产 力 的 研 究 虽 很 少, 但 表 明 平 均 NPP 非 常 高, 可 达 320 gc m 2 a 1, 也 呈 逐 年 增 加 趋 势 [59]. (ⅱ) 潜 在 生 产 力. 潜 在 生 产 力 是 指 在 一 定 的 气 候 土 壤 和 植 被 条 件 下, 没 有 人 为 影 响 或 动 物 采 食 时 植 物 可 达 到 的 最 大 生 产 力. MIAMI, Montreal, Chikugo 等 气 候 统 计 模 型 通 常 被 用 于 估 算 植 被 的 潜 在 生 产 146

12 评 述 力. 孙睿和朱启疆 [52] 利用MIAMI模型估算的我国草 2 1 除降水 温度等因素外, 植物物种丰富度 微环 [58] 境要素 土壤养分以及放牧等人为因素都会影响生物 利用MIAMI, Montreal和Chikugo模型估算内蒙古草 量和生产力 [68~70]. Hirota等人 [68]对青藏高原高寒草甸 地生产潜力在443~959 gc m 2 a 1之间, 显著高于全 的实验表明, 在较小尺度植被生产力随物种多样性 国平均水平. 的增加而增加. 在大尺度上, 如我国温带草地植被生 地潜在生产力为277~313 gc m a ; 朱文泉等人 本研究利用1982~2011年间平均年均温和年降水 产力与物种多样性之间也存在显著的正相关关系, 量以及MIAMI模型重新估算了我国草地潜在生产力. 结 但这被认为是降水对两者共同起作用的结果 [18]. 放 果表明, 天然草地潜在生产力为348(±190) gc m 2 a 1, 牧是导致草地生物量时空变异的重要原因. 放牧通 约为实际NPP的2倍(表4和图5). 从不同植被类型看, 过选择性的采食 践踏和粪尿归还等过程对草地产生 热带亚热带草丛和温带草丛的潜在生产力最高, 分 综合影响, 包括改变植物生产力及影响生产力形成 别达827和505 gc m 2 a 1; 荒漠草原和盐生草甸潜在 过程中的诸多因子, 如植物种类组成与多样性 土壤 生产力最低. 北方六省(内蒙古 新疆 青海 甘肃 养分的有效性等, 特别是过度放牧对上述各个方面 西藏以及宁夏)草地潜在生产力平均为277 gc m 2 1 a, 其中甘肃潜在生产力最高, 宁夏最低(图5). 3.3 牧导致草地生物量降低, 如在内蒙古温带草原及青 藏高原高寒草甸的放牧实验结果均显示, 随放牧强 影响天然草地生物量和生产力的因素 度的增加, 地上和地下生物量均呈下降趋势, 过度放 草地生物量和生产力受自然和人为因素的影 响 [51,62]. 在我国干旱半干旱地区的草地, 水分是植物 生长的主要限制因子, 草地生物量的空间变异与降 水量相关性最高 [50,63] 几乎都产生显著的负面效应. 很多研究表明, 过度放. 不仅是年降水量, 降水格局的 变化, 如降水量的年际 季节变化, 降水频率的变化 牧导致草原地下生物量降低30%~50%[69,70] 人工草地分布 生产力及影响因素 人工草地的分布及生产力 等 也对 草地地 上生 物量产 生影 响 [21,51,64~67]. 虽 然 有 人工草地是通过补播 施肥 排灌等措施维持的 研究表明, 气温的影响也很重要, 随着温度的增加, 草地, 可以直接放牧, 也可以用于青饲 青贮 半干 [17], 但气 贮或干草储备等. 发展人工草地, 对减缓天然草地退 温影响的本质, 可能是降水作用的结果. 因此, 在讨 化趋势 增加畜牧业产量均有重要意义. 近年来我国 论基于遥感数据得出的草地生物量与温度关系时, 人工草地发展很快. 统计资料表明, 2013年我国人工 需要注意不同水分条件, 例如, 在干旱和半干旱地区 草地面积约 hm2, 比1990年增加了2倍以上 的温度与生物量的关系与在湿地草原的关系就可能 (图6). 草地生物量呈增加趋势(本文也有相似结果) 很不一样. 我国人工草地在各省区(上海除外)都有分布, 但 图 5 基于过去 30 年(1982~2011)气候数据和MIAMI模型估算的我国天然草地潜在生产力的空间分布(a)和频度分布(b) Figure 5 Spatial pattern (a) and the frequency distribution (b) of potential productivity of China s natural grasslands estimated from meteorological data during the period of by the MIAMI model 147

13 2016 年 1 月 第 61 卷 第 2 期 图 6 不 同 省 区 人 工 草 地 面 积 及 其 变 化 ( 右 上 角 小 图 为 全 国 人 工 草 地 面 积 及 其 变 化, 资 料 来 自 中 国 草 业 统 计, Figure 6 Sown pasture areas of different provinces in 1990 and 2010 (bars) and the change of the total sown pasture area in China (inside), data from 80% 以 上 主 要 分 布 在 内 蒙 古 甘 肃 四 川 新 疆 黑 龙 江 西 藏 山 西 宁 夏 青 海 以 及 吉 林 等 省 区 ( 图 6). 其 中, 内 蒙 古 人 工 草 地 面 积 最 大, 2010 年 各 类 人 工 草 地 面 积 约 hm 2, 占 全 国 人 工 草 地 总 面 积 的 20%. 其 次 为 甘 肃, 2010 年 人 工 草 地 面 积 为 hm 2, 比 1990 年 增 加 了 近 3.5 倍. 四 川 是 上 述 几 个 省 区 中, 人 工 草 地 面 积 增 加 最 快 的 省 份, 20 年 间 增 加 了 约 5.7 倍, 2010 年 总 面 积 仅 次 于 甘 肃, 列 居 第 三. 在 北 方 主 要 牧 区 中, 青 海 省 人 工 草 地 面 积 最 少, 仅 hm 2 ( 图 6). 我 国 人 工 草 地 种 植 物 种 多 达 70 种. 多 年 生 牧 草 主 要 以 紫 花 苜 蓿 (Medicago sativa) 为 主 的 豆 科 牧 草 和 以 羊 草 (Leymus chinenis) 披 碱 草 (Elymus dahuricus) 黑 麦 草 (Lolium perenne) 等 为 主 的 禾 本 科 牧 草, 一 年 生 牧 草 主 要 以 青 贮 玉 米 和 青 贮 高 粱 等 为 主 ( 图 7). 其 中 紫 花 苜 蓿 人 工 草 地 分 布 最 广, 2010 年 紫 花 苜 蓿 年 末 保 留 种 植 面 积 约 hm 2, 占 人 工 草 地 的 约 19%; 其 次 为 披 碱 草 和 青 贮 玉 米, 约 和 hm 2, 分 别 占 当 年 人 工 草 地 的 14% 和 11%( 图 7). 人 工 草 地 的 生 产 力 和 牧 草 质 量 通 常 比 同 样 气 候 环 境 下 的 自 然 草 地 高, 例 如, 2010 年 紫 花 苜 蓿 和 青 贮 玉 米 人 工 草 地 生 产 力 ( 干 草 产 量 ) 分 别 高 达 3.1~30.0 和 2.2~42.0 t hm 2 ( 平 均 11.5 和 20.7 t hm 2 )( 中 国 草 业 统 计 2013) 年 全 国 多 年 生 人 工 草 地 平 均 生 产 力 为 5.0 t hm 2, 一 年 生 草 地 则 为 21.7 t hm 2. 如 果 我 国 天 然 草 地 平 均 地 上 生 物 量 密 度 为 1.8 t hm 2 ( 本 研 究 ), 那 么 人 工 草 地 的 生 产 力 为 天 然 草 地 的 2.7~12.1 倍. 人 工 草 地 的 种 植 规 模 和 生 产 水 平 是 衡 量 一 个 地 区 或 国 家 畜 牧 业 发 达 程 度 的 重 要 标 志. 欧 洲 是 人 工 草 地 最 发 达 的 地 区 之 一, 人 工 草 地 面 积 占 总 草 地 面 积 的 50% 以 上, 牧 草 占 全 部 饲 料 生 产 的 49%. 其 中, 英 国 的 人 工 草 地 占 总 草 地 面 积 的 70%, 荷 兰 则 全 部 是 人 工 草 地. 新 西 兰 改 良 草 地 和 半 人 工 草 地 占 草 地 总 面 积 的 66%, 大 部 分 改 良 草 地 采 用 飞 机 作 业, 生 产 能 力 走 在 世 界 前 列. 美 国 人 工 草 地 面 积 约 占 全 部 草 地 的 29%, 牧 草 产 值 在 所 有 农 产 品 中 仅 次 于 玉 米 而 居 第 二 [71,72]. 与 这 些 发 达 国 家 相 比, 我 国 人 工 草 地 面 积 小 品 种 少 生 产 力 低. 4.2 人 工 草 地 生 产 力 的 影 响 因 素 我 国 目 前 人 工 草 地 多 分 布 在 干 旱 半 干 旱 地 区, 水 分 条 件 是 影 响 生 产 力 的 主 要 因 素 [73,74]. 对 内 蒙 古 锡 林 郭 勒 盟 人 工 草 地 的 分 析 表 明, 牧 草 产 量 在 降 水 量 低 的 地 方 如 镶 黄 旗 产 量 非 常 低, 仅 有 t hm 2 ; 而 在 降 水 量 较 高 的 西 乌 旗 生 产 力 可 达 2.4~6.7 t hm 2[75]. [76] 张 英 俊 认 为 我 国 北 方 人 工 草 地 应 在 降 水 量 大 于 280 mm 的 地 区 建 设 ; 通 过 灌 溉 进 行 适 量 的 人 工 补 水 可 以 有 效 提 高 人 工 草 地 的 生 产 力 [77]. 此 外, 温 度 土 148

14 评 述 图 年 我 国 人 工 草 地 主 要 种 植 植 物 面 积 (a) 和 不 同 省 份 人 工 草 地 产 量 (b)( 数 据 来 自 中 国 草 业 统 计 2013)((a) 中 数 字 表 示 各 类 人 工 草 地 面 积 在 全 国 人 工 草 地 中 所 占 的 比 例 ) Figure 7 Sown pasture area of different planting species (a) and sown pasture productivity in different provinces (b) (data from China Grass-industry Statistics 2013). The percentage date in (a) mean the ratio of each planting species area and total sown pasture area 壤 质 地 及 土 壤 养 分 可 利 用 性 等 对 人 工 草 地 的 生 产 力 [78] 也 具 有 重 要 影 响. 例 如, 顾 梦 鹤 等 人 对 青 藏 高 原 多 年 生 人 工 草 地 的 养 分 添 加 试 验 结 果 表 明, 施 肥 可 以 有 效 补 充 土 壤 对 植 物 养 分 的 供 给, 使 牧 草 获 得 较 高 的 生 物 量, 提 高 草 地 生 产 力. 人 工 草 地 的 生 产 力 也 受 种 植 密 度 种 植 方 式 等 人 为 管 理 措 施 的 影 响. 在 一 定 范 围 内, 合 理 密 植 可 以 增 加 生 产 力. 研 究 表 明, 羊 茅 人 工 草 地 随 着 密 度 的 增 大 其 生 产 力 显 著 提 高 [79]. 在 牧 草 种 植 密 度 一 定 的 条 件 下, 种 植 方 式 也 会 影 响 人 工 草 地 的 生 产 力. 研 究 结 果 显 示, 混 播 可 以 延 长 牧 草 的 青 草 期, 增 加 土 壤 肥 力 [72,79] [75], 因 此, 具 有 更 高 的 生 产 力. 邓 飞 等 人 通 过 对 内 蒙 古 锡 林 郭 勒 盟 多 年 生 人 工 草 地 的 调 查 发 现, 在 单 播 的 人 工 草 地 中, 单 播 紫 花 苜 蓿 的 人 工 草 地, 其 生 产 力 最 高 为 4.7 t hm 2 ; 混 播 的 人 工 草 地 中, 混 播 老 芒 麦 和 紫 花 苜 蓿 的 人 工 草 地 生 产 力 最 高 为 6.7 t hm 2. 此 外, 载 畜 量 调 控 作 为 草 地 放 牧 系 统 优 化 的 主 要 技 术 环 节, 对 人 工 草 地 的 生 产 力 也 有 一 定 的 影 响. 吴 文 [80] 荣 等 人 的 研 究 表 明, 在 一 定 的 载 畜 量 范 围 内, 增 加 草 地 载 畜 量 能 刺 激 牧 草 的 再 生 及 生 长. 由 上 可 见, 在 降 水 条 件 适 宜 的 地 方, 选 择 适 合 该 区 域 的 牧 草 品 种 和 种 植 方 式 并 进 行 科 学 管 理, 才 能 充 分 发 挥 人 工 草 地 高 产 的 优 势. 5 我 国 草 地 的 载 畜 量 及 承 载 状 况 载 畜 量 指 一 定 草 地 面 积 上 的 家 畜 放 牧 头 数, 通 常 分 为 实 际 载 畜 量 和 理 论 载 畜 量, 常 用 标 准 羊 单 位 表 示. 理 论 载 畜 量 是 指 一 定 草 地 面 积 内 能 够 使 家 畜 149

15 2016 年 1 月 第 61 卷 第 2 期 良 好 生 长 及 正 常 繁 殖 的 放 牧 头 数, 是 评 价 草 地 生 产 能 力 的 重 要 指 标 之 一, 也 是 影 响 草 地 家 畜 生 产 能 力 的 一 项 临 界 指 标 [81,82]. 近 年 来, 国 内 很 多 学 者 就 我 国 草 地 载 畜 量 及 承 [11] 载 状 况 开 展 了 研 究. 例 如, 李 银 鹏 和 季 劲 钧 的 研 究 表 明, 1997 年 内 蒙 古 草 地 理 论 载 畜 量 为 绵 羊 单 位, 而 实 际 载 畜 量 为 绵 羊 单 位, 超 载 率 [83] 高 达 102%. 杨 正 礼 和 杨 改 河 利 用 MIAMI 模 型 计 算 得 出 我 国 高 寒 草 地 最 大 理 论 载 畜 量 为 绵 羊 单 位, 适 宜 载 畜 量 为 绵 羊 单 位, 但 实 际 超 载 率 [84] 为 28.6%. 钱 拴 等 人 估 算 得 到 青 海 和 西 藏 天 然 草 地 年 最 大 载 畜 量 分 别 为 , 羊 单 位, 实 际 牲 畜 数 量 均 超 过 了 天 然 草 地 的 最 大 承 载 能 力, 其 中 青 海 省 超 载 率 为 27%, 西 藏 为 89%, 两 省 总 体 牲 畜 超 载 率 为 57%. 就 全 国 而 言, 自 2005 年 至 2013 年 我 国 天 然 草 地 年 平 均 实 际 载 畜 量 为 羊 单 位 ( 全 国 草 原 监 测 报 告 2005~2013). 全 国 50% 以 上 实 际 载 畜 量 主 要 分 布 在 内 蒙 古 四 川 新 疆 青 海 西 藏 等 重 点 牧 区, 其 中 内 蒙 古 实 际 载 畜 量 最 高, 为 羊 单 位, 占 全 国 的 14%. 天 然 草 地 年 实 际 载 畜 量 在 过 去 近 10 年 里 没 有 发 生 显 著 变 化, 而 理 论 载 畜 量 ( 即 载 畜 能 力 ) 呈 现 显 著 增 加 趋 势 ( 图 8), 超 载 率 从 2005 年 的 40% 逐 渐 降 低 至 2013 年 的 17%, 过 去 10 年 平 均 超 载 率 为 29.8% [85]. 图 8 我 国 天 然 草 地 理 论 载 畜 量 与 实 际 载 畜 量 ( 数 据 来 自 全 国 草 原 监 测 报 告 2005~2013 [85] ) Figure 8 Theoretical and actual grazing capacity in China s natural grasslands (data from National Grassland Monitoring Report [85] ) 载 畜 能 力 与 草 地 生 产 力 及 牧 草 质 量 密 切 相 关, 因 此 影 响 草 地 生 产 力 和 牧 草 质 量 的 因 素 均 会 对 载 畜 能 力 产 生 影 响. 此 外, 畜 牧 业 的 技 术 水 平 如 家 畜 的 消 费 模 式 等 对 载 畜 量 也 有 影 响. 6 小 结 本 文 通 过 综 述 中 国 草 地 资 源 的 研 究 进 展, 分 析 了 中 国 草 地 资 源 的 面 积 生 物 多 样 性 生 物 量 和 生 产 力 及 其 变 化, 探 讨 了 草 地 载 畜 量 承 载 状 况 以 及 自 然 和 人 为 因 素 对 草 地 资 源 的 影 响. (ⅰ) 我 国 天 然 草 地 面 积 究 竟 多 大? 目 前 不 同 作 者 报 道 的 草 地 面 积 变 动 于 ~ km 2 之 间. 巨 大 的 面 积 差 异 主 要 来 自 资 料 来 源 和 草 地 定 义 的 不 同. 我 们 认 为, 我 国 草 场 资 源 普 查 资 料 和 1: 中 国 植 被 图 是 确 定 我 国 草 地 面 积 的 两 个 基 本 的 数 据 源, 据 其 所 获 得 的 草 地 面 积 应 该 是 比 较 可 信 的. 据 此, 我 国 天 然 草 地 的 面 积 可 能 在 ~ km 2 之 间. 准 确 而 又 及 时 评 估 草 地 面 积 对 于 畜 牧 业 生 产 以 及 生 态 系 统 管 理 都 具 有 重 要 意 义, 但 目 前 还 没 有 很 好 的 评 估 方 法. (ⅱ) 过 去 30 年 间 我 国 天 然 草 地 生 物 量 呈 现 增 加 趋 势, 平 均 地 上 和 地 下 生 物 量 密 度 分 别 为 178 和 759 g m 2. 基 于 过 去 文 献 资 料 得 到 的 我 国 天 然 草 地 NPP 为 89~ 320 gc m 2 a 1 之 间, 平 均 值 为 176 gc m 2 a 1, 并 具 有 逐 年 增 加 的 趋 势. 根 据 MIAMI 模 型 的 估 算, 我 国 天 然 草 地 气 候 潜 在 生 产 力 为 348 gc m 2 a 1, 约 为 实 际 估 算 生 产 力 的 2 倍. 弄 清 楚 草 地 生 产 力 的 变 化 原 因 是 草 地 管 理 的 基 础, 但 目 前 对 于 这 方 面 的 研 究 显 然 不 足. (ⅲ) 从 现 有 的 资 料 看, 过 去 10 余 年, 我 国 天 然 草 地 超 载 率 得 到 一 定 程 度 的 缓 解, 但 超 载 率 仍 超 过 20%, 过 度 放 牧 现 象 依 然 很 严 重, 天 然 草 地 退 化 仍 在 持 续. (ⅳ) 和 一 些 发 达 国 家 相 比, 我 国 人 工 草 地 的 发 展 比 较 落 后 年 底 我 国 人 工 草 地 面 积 约 为 hm 2, 仅 占 天 然 草 地 的 7.5%, 远 低 于 发 达 国 家 平 均 水 平. 人 工 草 地 具 有 较 高 的 生 产 力, 可 达 天 然 草 地 的 2.7~12.1 倍. 参 考 文 献 1 Wu Z Y. Chinese Vegetation (in Chinese). Beijing: Science Press, 1980 [ 吴 征 镒. 中 国 植 被. 北 京 : 科 学 出 版 社, 1980] 2 Jiang S. Methodology of Grassland Ecology. Beijing: China Agriculture Press, 1988 [ 姜 恕. 草 地 生 态 研 究 方 法. 北 京 : 中 国 农 业 出 版 社, 1988] 150

16 评 述 3 Ren J Z, Hu Z Z, Mu X D, et al. The integrated orderly classification system of grassland and its signification for grassland embryology (in Chinese). Chin J Grassland, 1980, 1: 12 24, 38 [ 任 继 周, 胡 自 治, 牟 新 待, 等. 草 原 的 综 合 顺 序 分 类 法 及 其 草 原 发 生 学 意 义. 中 国 草 原, 1980, 1: 12 24, 38] 4 Su D X. The regional distribution and productivity structure of the Chinese grassland resources (in Chinese). Acta Agrest Sin, 1994, 2: [ 苏 大 学. 中 国 草 地 资 源 的 区 域 分 布 与 生 产 力 结 构. 草 地 学 报, 1994, 2: 71 77] 5 Jia S X. Grassland Management and its Development. The Collected Works of Jia ShenXiu (in Chinese). Beijing: China Agricultural University Press, 2002 [ 贾 慎 修. 草 地 经 营 学 及 其 发 展. 贾 慎 修 文 集. 北 京 : 中 国 农 业 大 学 出 版 社, 2002] 6 Food and Agriculture Organization of the United Nations STAT, 2000, 7 Department of Animal Husbandry and Veterinary, General Station of Animal Husbandry and Veterinary of Ministry of Agriculture of China. Rangeland Resources of China (in Chinese). Beijing: China Science & Techrology Press, 1996 [ 中 华 人 民 共 和 国 农 业 部 畜 牧 兽 医 司, 全 国 畜 牧 兽 医 总 站. 中 国 草 地 资 源. 北 京 : 中 国 科 学 技 术 出 版 社, 1996] 8 Ministry of Environmental Protection of the People s Republic of China. China s Environmental Bulletin in 2012 (in Chinese) [ 中 华 人 民 共 和 国 环 境 保 护 部 年 中 国 环 境 状 况 公 报. 2013] 9 Fang J Y, Bai Y F, Li L H, et al. Scientific basis and practical ways for sustainable development of China s pasture regions (in Chinese). Chin Sci Bull, 2015, 60: [ 方 精 云, 白 永 飞, 李 凌 浩, 等. 我 国 草 原 牧 区 可 持 续 发 展 的 科 学 基 础 与 实 践. 科 学 通 报, 2016, 61: ] 10 Zhang X S, Li B, Shi P J. Development and utilization of grassland resources in southern China (in Chinese). J Nat Res, 1998, 13: 1 7 [ 张 新 时, 李 博, 史 培 军. 南 方 草 地 资 源 开 发 利 用 对 策 研 究. 自 然 资 源 学 报, 1998, 13: 1 7] 11 Li Y P, Ji J J. Assessment of the productivity and livestock carrying capacity of Inner Mongolia grassland by regional scale modeling (in Chinese). J Nat Res, 2004, 19: [ 李 银 鹏, 季 劲 钧. 内 蒙 古 草 地 生 产 力 资 源 和 载 畜 量 的 区 域 尺 度 模 式 评 估. 自 然 资 源 学 报, 2004, 19: ] 12 Liu J Y, Shao Q Q, Fan J W. The integrated assessment indicator system of grassland ecosystem in the Three-River Headwaters region (in Chinese). Geogr Res, 2009, 28: [ 刘 纪 远, 邵 全 琴, 樊 江 文. 三 江 源 区 草 地 生 态 系 统 综 合 评 估 指 标 体 系. 地 理 研 究, 2009, 28: ] 13 Fang J, Piao S, Field C B, et al. Increasing net primary production in China from 1982 to Front Ecol Environ, 2003, 1: Ni J. Estimating net primary productivity of grasslands from field biomass measurements in temperate northern China. Plant Ecol, 2004, 174: Ni J. Forage yield-based carbon storage in grasslands of China. Clim Change, 2004, 67: Piao S, Fang J, He J. Variations in vegetation net primary production in the Qinghai-Xizang Plateau, China, from 1982 to Clim Change, 2006, 74: Piao S, Fang J, Zhou L, et al. Changes in biomass carbon stocks in China s grasslands between 1982 and Glob Biogeochem Cycles, 2007, 21: B Ma W, He J S, Yang Y, et al. Environmental factors covary with plant diversity-productivity relationships among Chinese grassland sites. Glob Ecol Biogeogr, 2010, 19: Yang Y, Fang J, Ma W, et al. Soil carbon stock and its changes in northern China s grasslands from 1980s to 2000s. Glob Change Biol, 2010, 16: Bai Y F, Wu J G, Clark C M, et al. Grazing alters ecosystem functioning and C:N:P stoichiometry of grasslands along a regional precipitation gradient. J Appl Ecol, 2012, 49: Ma W H, Fang J Y, Yang Y H, et al. Biomass carbon stocks and their changes in northern China s grasslands during Sci China Life Sci, 2010, 53: Hou X Y. The Vegetation Map of the People s Republic of China (1: ) (in Chinese). Beijing: Sino Maps Press, 1982 [ 侯 学 煜. 中 华 人 民 共 和 国 植 被 图 (1: ). 北 京 : 中 国 地 图 出 版 社, 1982] 23 Hou X Y. 1: Vegetation Atlas of China (in Chinese). Beijing: Science Press, 2001 [ 侯 学 煜. 1:100 万 中 国 植 被 图 集. 北 京 : 科 学 出 版 社, 2001] 24 Ni J. Carbon storage in grasslands of China. J Arid Environ, 2002, 50: Commission for Integrated Survey of Natural Resources of the Chinese Academy of Sciences. The Map of China s Grassland Resources (1: ) (in Chinese). Beijing: Science Press, 1996 [ 中 国 科 学 院 综 考 会. 中 国 草 地 资 源 图 (1:400 万 ). 北 京 : 科 学 出 版 社, 1996] 26 Wu C J. Land Use Map of China (1: ) (in Chinese). Beijing: Surveying and Mapping Press, 2001 [ 吴 传 钧. 中 国 土 地 利 用 图 (1:400 万 ). 北 京 : 测 绘 出 版 社, 2001] 27 Shi Y L. The Land Resource Map of China (1: ) (in Chinese). Beijing: China Renmin University Press, 1991 [ 石 玉 林. 中 国 1:100 万 土 地 资 源 图. 北 京 : 中 国 人 民 大 学 出 版 社, 1991] 151

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19 2016 年 1 月 第 61 卷 第 2 期 76 Zhang Y J. Grassland and Farm Management (in Chinese). Beijing: China Agricultural University Press, 2009 [ 张 英 俊. 草 地 与 牧 场 管 理 学. 北 京 : 中 国 农 业 大 学 出 版 社, 2009] 77 Wang H Q, Tian Y H, Huang W L, et al. Analyzing the impact of irrigation quantity on biomass and water use efficiency of main grasses in artificial grassland in Inner Mongolia (in Chinese). Acta Ecol Sin, 2015, 10: [ 王 海 青, 田 育 红, 黄 薇 霖, 等. 不 同 灌 溉 量 对 内 蒙 古 人 工 草 地 主 要 牧 草 产 量 和 水 分 利 用 效 率 的 影 响 分 析. 生 态 学 报, 2015, 10: ] 78 Gu M H, Wang T, Du G Z. Effects of fertilization on productivity and stability of cultivated grassland in an alpine region (in Chinese). J Lanzhou Univ (Nat Sci), 2010, 46: [ 顾 梦 鹤, 王 涛, 杜 国 祯. 施 肥 对 高 寒 地 区 多 年 生 人 工 草 地 生 产 力 及 稳 定 性 的 影 响. 兰 州 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 ), 2010, 46: 59 63] 79 Li A. Study on the ecology mechanism of the relationship of artificial grassland community structure and productivity stability on the Tibetan Plateau (in Chinese). Doctor Dissertation. Lanzhou: Lanzhou University, 2011 [ 李 昂. 青 藏 高 原 人 工 草 地 群 落 结 构 与 生 产 力 稳 定 性 关 系 的 生 态 学 机 制 研 究. 博 士 学 位 论 文. 兰 州 : 兰 州 大 学, 2011] 80 Wu W R, Jin X D, Yuan F J, et al. Effects of grazing capacity on pasture production in southern China (in Chinese). China Herbivore Sci, 2013, 4: [ 吴 文 荣, 金 显 栋, 袁 福 锦, 等. 不 同 载 畜 量 对 南 方 人 工 草 地 生 产 性 能 的 影 响. 中 国 草 食 动 物 科 学, 2013, 4: 36 38] 81 Ren J Z. Attributes, structure and health evaluation of grassland resources. In: Progress of Grassland Science in China. Beijing: China Agricultural University Press, 1996 [ 任 继 周. 草 地 资 源 的 属 性 结 构 与 健 康 评 价. 见 : 中 国 草 地 科 学 进 展. 北 京 : 中 国 农 业 大 学 出 版 社, 1996] 82 Dong S K. Grassland carrying capacity (in Chinese). Grassl Turf, 1998, 1: 6 11 [ 董 世 魁. 什 么 是 草 原 载 畜 量. 国 外 畜 牧 学 ( 草 原 与 牧 草 ), 1998, 1: 6 11] 83 Yang Z L, Yang G H. Potential productivity and livestock carrying capacity of high-frigid grassland in China (in Chinese). Res Sci, 2000, 22: [ 杨 正 礼, 杨 改 河. 中 国 高 寒 草 地 生 产 潜 力 与 载 畜 量 研 究. 资 源 科 学, 2000, 22: 72 77] 84 Qian S, Mao L X, Hou Y Y, et al. Livestock carrying capacity and balance between carrying capacity of grassland with added forage and actual livestock in the Qinghai-Tibet Plateau (in Chinese). J Nat Res, 2007, 22: [ 钱 拴, 毛 留 喜, 侯 英 雨, 等. 青 藏 高 原 载 畜 能 力 及 草 畜 平 衡 状 况 研 究. 自 然 资 源 学 报, 2007, 22: ] 85 National Grassland Monitoring Report From Ministry of Agriculture ( ) [ 农 业 部 全 国 草 原 监 测 报 告 (2005~2013)] Analysis of current grassland resources in China SHEN HaiHua, ZHU YanKun, ZHAO Xia, GENG XiaoQing, GAO ShuQin & FANG JingYun State Key Laboratory of Vegetation and Environmental Change, Institute of Botany, Chinese Academy of Sciences, Beijing , China Grasslands cover a large area of terrestrial China. However, the consensus has not been reached so far with regard to their distribution, biomass, productivity and other properties of the extensive ecosystem. A comprehensive assessment on the grassland ecosystem is needed not only for its integrated development and sustainable utilization, but also for understanding its ecological role in future climate change. We surveyed a large body of the literature accumulated during last few decades, combining with model estimation to clarify the grassland distribution, biomass and productivity. The grassland area varied largely among different studies with the range from km 2. We considered that an area from km 2 to km 2 would be reasonable depending on the vegetation map. The averaged biomass of China s grasslands varied greatly among previous study, ranging from g m 2. Using remote sensing dataset of vegetation index (NOAA/AVHRR-NDVI) and corresponding climate data, our re-estimation indicated that the mean above-ground biomass of natural grassland from is about 178 g m 2, with an increasing rate of 0.4 g m 2 a. The net primary productivity reported so far, ranging from gc m 2 a with an average of 176 gc m 2 a, showed also an increasing trend. The potential primary productivity based on the climate model was much higher and reached about 348 gc m 2 a. Comparing with nature grasslands, the sown pasture area is much smaller and is only about hm 2, but its productivity was times higher than that of natural grasslands. Concerning with the livestock grazing in China s grassland, we found that the carrying capacity of natural grassland in China is very low, with the average overgrazing rate estimated to be about 20%. Precipitation is the most important factors affecting grassland biodiversity, biomass and productivity and their distribution pattern in China. Because of the extensive area and frangible environments, it is critical to further explore the effects of climate change and human activities such as livestock grazing on the vast grasslands in the East Asia. grassland area, distribution, bio-diversity, biomass, productivity, carrying capacity doi: /N

20 2016 年 第 61 卷 第 2 期 :155 ~ 164 专 辑 : 生 态 草 牧 业 理 论 范 式 与 技 术 体 系 评 述 中 国 科 学 杂 志 社 SCIENCE CHINA PRESS 我 国 草 原 牧 区 可 持 续 发 展 的 科 学 基 础 与 实 践 方 精 云 *, 白 永 飞, 李 凌 浩, 蒋 高 明, 黄 建 辉, 黄 振 英, 张 文 浩, 高 树 琴 中 国 科 学 院 植 物 研 究 所, 植 被 与 环 境 变 化 国 家 重 点 实 验 室, 北 京 * 联 系 人, jyfang@urban.pku.edu.cn 收 稿, 修 回, 接 受, 网 络 版 发 表 中 国 科 学 院 重 点 部 署 项 目 (KSZD-EW-Z-012) 国 家 重 大 科 学 研 究 计 划 (2014CB954303) 国 家 自 然 科 学 基 金 ( , ) 和 中 国 科 学 院 学 部 咨 询 评 议 项 目 ( ) 资 助 摘 要 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 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. 关 键 词 草 牧 业, 人 工 草 地, 粮 食 安 全, 牧 区 可 持 续 发 展 解 决 好 13 亿 人 的 吃 饭 问 题 始 终 是 我 国 治 国 理 政 的 头 等 大 事. 我 国 草 原 面 积 辽 阔, 在 发 挥 生 态 屏 障 作 用 和 保 障 国 家 粮 食 安 全 方 面 具 有 巨 大 的 潜 力. 如 何 转 变 牧 区 的 传 统 生 产 方 式, 促 进 草 业 发 展, 发 挥 其 潜 在 的 生 态 和 生 产 功 能, 是 当 前 我 国 一 个 十 分 重 要 而 紧 迫 的 课 题. 1 我 国 草 业 现 状 及 发 达 国 家 草 业 发 展 的 特 点 1.1 我 国 草 业 现 状 我 国 的 草 原 牧 区 分 布 在 内 蒙 古 西 藏 青 海 和 新 疆 等 13 个 省 ( 区 ) 268 个 牧 区 半 牧 区 县 ( 旗 市 ), 集 中 分 布 在 北 部 和 西 部 的 边 疆 和 少 数 民 族 聚 居 区. 各 类 草 地 总 面 积 hm 2 ( 对 这 一 数 字 有 较 大 争 议 ) [1,2], 约 占 国 土 面 积 41.7% [3], 是 耕 地 面 积 的 3.2 倍, 是 林 地 面 积 的 2.5 倍, 是 耕 地 与 林 地 面 积 之 和 的 1.4 倍 [4]. 长 期 以 来, 我 国 对 草 原 畜 牧 业 投 入 严 重 不 足, 生 产 经 营 规 模 小, 生 产 力 水 平 低, 草 畜 产 品 的 商 品 化 程 度 低. 改 革 开 放 以 来, 我 国 畜 牧 业 生 产 规 模 不 断 扩 大, 发 展 迅 速, 畜 牧 业 产 值 占 农 业 总 产 值 的 比 例 由 1980 年 的 15% 提 高 到 2012 年 的 30%, 但 是 与 畜 牧 业 发 达 国 家 相 比 仍 然 存 在 较 大 差 距. 虽 然 我 国 草 地 面 积 引 用 格 式 : 方 精 云, 白 永 飞, 李 凌 浩, 等. 我 国 草 原 牧 区 可 持 续 发 展 的 科 学 基 础 与 实 践. 科 学 通 报, 2016, 61: Fang J Y, Bai Y F, Li L H, et al. Scientific basis and practical ways for sustainable development of China s pasture regions (in Chinese). Chin Sci Bull, 2016, 61: , doi: /N 中 国 科 学 杂 志 社 csb.scichina.com