农牧交错区草地生物多样性研究进展:方法、挑战、不足与展望

土地利用变化是生物多样性丧失的主要驱动因素,农牧交错区耕地-草地界面变化对草地生物多样性有显著影响,系统梳理相关研究进展,对于区域可持续发展至关重要。本文首先从空间尺度、研究层次、研究方法和应用决策4个角度对农牧交错区草地生物多样性研究进展进行了系统阐述,然后分析了当前农牧交错区草地生物多样性保护面临的挑战和机遇,最后就目前已有研究的局限性和未来的发展方向进行了探讨。研究表明,当前农牧交错区“耕地-草地界面变化对生物多样性影响”的研究十分薄弱,研究层次有待扩展、跨尺度集成研究亟须加强。未来应当融入空天地一体化的遥感监测技术,系统推进农牧交错区草地生物多样性研究,在全面理解影响机制的基础上,探索耕地粮食生产和草地生物多样性保护的双赢方案,促进区域可持续发展。

公刘故里农耕文明溯源及其农业生态适应性变迁

大约距今4000年前,周部族首领公刘带领族人移居至戎狄(今甘肃庆阳),开垦荒地,豢养家畜,繁衍生息。我国农耕文化在此衍发孕育。经过数千年的积淀,延续至今形成了长期稳定的“耕—牛”模式,成为全中国的农耕滥觞。然而近些年来,由于特定的资源禀赋和社会经济因素,曾经以粮食生产为主的农业生产模式使当地生态环境更加脆弱,无法应对迅速发展的人口经济压力。“耕—牛”农业难以为继,周祖的农耕文化根基发生悄然动摇,耕地农业正在一步步向现代草地农业过渡。庆阳农业生产结构的调整不仅是周祖时期农业文化的历史回归,更是农业生态适应性变迁的必然结果,是农业现代化的必然趋势。

基于熵权物元模型的陕北农牧交错带草地生态安全评价

针对农牧交错带草地生态系统的特点,以P-S-R(Pressure-State-Response)模型为基础,采用熵权法和物元模型构建草地生态安全综合评判模型,对陕北农牧交错带榆林地区12县(区)草地生态安全进行实证分析。结果表明:2019年陕北农牧交错带草地生态安全等级总体上北部高于南部,神木市草地生态安全等级最优;草地生态安全保护治理措施是研究区草地生态安全等级产生差异的主要因素,建议实行分区域生态调控;熵权物元模型在陕北农牧交错带草地生态安全评价中模拟效果较好。

荒漠─绿洲草地农业系统的耦合与模型

本文探讨了山地子系统，绿洲子系统和荒漠子系统所组成的链状耦合系统─—荒漠─球洲草地农业系统的耦合效益与它的模型。提出了与之相应的线性规划与系统动力学模型，优化后的结果表明，在保持生态系统正常运转，永续利用的条件下，系统耦合后的社会总体效益可提高３．７倍，畜牧经济效益提高１５．７２倍。

构建草地农业智库系统,助力中国农业结构转型

"草地农业",简称草业,是兼顾生态和生产、粮食和饲料,适应时代发展,迎接城乡统筹,面向全球经济一体化的新型农业系统,也是破解我国传统"耕地农业"发展难题、优化农业结构的一个里程碑式转变。"草地农业"建设是一项系统工程,涉及社会众多层面。为了落实党的十八届三中全会《决定》提出"加强中国特色新型智库建设,建立健全决策咨询制度",本研究提出构建"草地农业智库",基于云计算等新兴互联网技术,构建"草地农业智库"信息系统,巩固现有研究成果,凝聚研究合力,对国内外草业信息做适时收集、分析,使之成为草业的"神经系统"以供社会共享。"草地农业智库"应具有独立性、科学性、时效性和建设性,为一线生产,科研院所和政府机构提供服务的智力平台,对我国草业发展提供科技支撑,助力中国农业从传统"耕地农业"向粮草兼顾的"草地农业"转型。

1950年以来中国学者对苜蓿属的研究:历史脉络与启示

苜蓿自汉朝被引入中国,距今历两千余年,当前已发展成为第一大栽培牧草,相对而言,我国苜蓿研究起步较晚,在近年始得以迅猛发展,但目前对其研究的历史脉络尚未见报道。为此,通过文献计量学的方法,获取CNKI、WOS数据库及相关的统计数据的资料,综合分析了1950年以来中国学者对苜蓿的研究轨迹,探究了近65年来成果数量、热点演进、关键节点等,并对比了国内、国际苜蓿研究的发展轨迹。结果表明,1)1950年来,中国学者在苜蓿方面的研究论文数量呈现强劲的增加态势,根据其自然增长特征,可分为5个时期,2000年以后进入极速增长阶段;2)近年来,中国学者对苜蓿研究的国际化程度逐年提高,目前中国已跃居全球第二大苜蓿研究国;3)中国学者最早较为注重对地方品种及其遗传资源的挖掘,近年对高产、优质、抗逆育种与栽培理论的研究较多,更加注重苜蓿产业发展相结合,相比于国外,对分子基础、种间互作等机理性研究尚显不足;4)苜蓿产业的成长、科技期刊的发展、科研项目资助强度的增大是近65年来苜蓿研究得以迅猛发展的重要因素。研究认为,在未来的食物结构转型、草地农业发展等历史趋势下,中国苜蓿研究将会从偏重于产业相关的技术研究,过渡到基础理论研究,从而全方位支撑国家重大战略需求和基础科学理论需要。

发展草地农业推进我国西部可持续发展

在我国，人与草地的关系经历了４ 个发展阶段，最终应发展成为草地农业生态系统，这是人类与自然和谐共处的可持续发展模式，人工草地的作用不容忽视。根据草地资源、草业经济结构和生产水平状况，我国西部１０ 省、自治区、直辖市可分为６ 个发展区域，各区域可因地制宜地发展各具特色的草地农业系统，同时区域之间可以实行广泛的系统耦合；建议设立６ 个草地农业示范项目和３ 个研究性生产基地。

发展草地农业 确保中国食物安全

通过对“粮-猪农业”和草地农业的综合分析表明:在中国饲料用粮成为粮食生产主要压力的情况下,中国坚持传统的“粮-猪农业”,饲料用粮需求数量巨大,这种传统的农业方式势必对中国的食物安全造成严重威胁,而建立草地农业系统,将人食与畜食分开,走节粮型、非粮型饲料道路是减小粮食生产压力、优化中国人口食物结构、确保粮食安全的一个有效措施。

牧户尺度草畜系统的相悖特征及其耦合机制

草原承包责任制的落实改变了草原上几千年的生产经营格局,使牧户成为草原资源利用的基本单元,解析牧户尺度草畜系统的耦合机制是实现牧区生态、社会可持续发展的重要科学基础。通过总结课题组近年的工作,并结合已有理论成果,分析表明:(1)牧户生产系统是草地农业生态系统的最小完整单元,完成了3个界面的主要过程;(2)牧户经营过程包含接羔、剪毛、售畜、购草等点式生产活动,放牧及其相关的线式生产活动,以及基础设施建设等非常规生产活动;(3)牧户尺度草畜系统的年内相悖性主要体现于年内节律非同步性,年际间牲畜数量稳定性与饲草资源波动性的矛盾是年际相悖性的主要体现,旱灾、雪灾等极端事件造成草畜供需关系的突发性失衡,这些过程主要发生于草地-家畜界面;(4)牲畜需求与草场供给节律的匹配、牧户生产周期、保畜优先策略是实现牧户尺度草畜系统耦合的主要途径,从点式、线式生产活动等维度进行适应性调节,其过程常发生于草畜-经营界面。

农牧交错带研究进展

农牧交错带是典型的生态脆弱区、贫困区和多民族聚居区,是我国生态安全的重要屏障。综述了农牧交错带发展的历史演变过程,分析了当前农牧交错带农牧业生产所面临的主要问题,建议今后对农牧交错带的研究应集中在以生态学为基础的跨学科研究;其热点领域应集中在农牧交错带生产力生态学、恢复生态学、界面生态学、放牧生态学,农牧交错带的健康诊断和价值评估等方面。其中生产力生态学是提高生产效率的保证,应加强农牧交错带农田草地系统耦合生产方式的研究;恢复生态学是治理退化农牧交错带的基础;界面生态学是剖析退化农牧交错带的切入点;放牧生态学是调控农牧交错带农田草地退化的手段;健康诊断有助于对农牧交错带进行客观的评价;价值评估则是对农牧交错带生态系统效益和服务的估算。

农牧交错带特征分析与苜蓿燕麦种植区域的形成

农牧交错带生态退化严重,人口增长迅速,存在生态与人口的双重压力。农牧交错带的可持续发展必须将保护生态寓于经济发展之中。退耕种草,发展畜牧业是该区域的农业经营方向。通过在农牧交错带建立苜蓿、燕麦种植区域,可形成有特色的营养体农业。

施行草地农业在食物安全上的“涟漪效应”

我国长期以来高度关注粮食安全,导致过分倚重耕地农业,不仅加重了耕地的负担,而且过度扩大耕地面积导致生态遭到破坏,对农业整体资源缺乏统筹利用。近年来,随着我国经济的迅速发展,城乡居民生活质量不断提高,这就意味着我国人民的膳食营养结构和消费方向发生变化。针对我国人民饮食结构升级的现实,提出施行草地农业,将牧草作为植物生产的重要组分纳入农业土地利用,并突出草食家畜生产,实现农区与牧区的系统耦合,将在食物安全上引起一系列"革命性"变革。

碱茅草在甘肃内陆盐渍地草地农业生产中的作用

作者在甘肃河西内陆盐渍地种植碱茅草(Puccinellia chinampoensis ohrusi)11046亩,经田间试验、定点研究和室内试验表明;碱茅草种子对硫酸盐的最大耐盐度为3.47%,氯化物1.58%,碳酸盐为1.08%;幼株对硫酸盐忍耐力为2.5%;成株在5.0%以内尚可生长。3年生碱茅草地耕层土壤的脱盐率达到66.0～95.0%(灌溉条件下),在3年内的1536克/m^2的总脱盐量中,碱茅草地上和地下部总吸收盐量占总脱盐量的11.0%,89.0%脱洗的盐量积累于地下水和耕层之下的土壤中。碱茅草地积返盐速度远小于对照裸地,主要是碱茅草良好的郁闭度减少了土壤蒸发,造成上层土壤脱盐。发育良好的碱茅草地,大于0.25mm的水稳性团聚体增加13.4～22.6%,土壤渗透性增加12.5～39.9%,达到了改良利用盐渍土的效果。3年生碱茅草地耕翻后种植春小麦,亩产250～364公斤;甜菜3000公斤,水稻125～410公斤,糜子110公斤,胡麻83公斤的中产水平。为此,建立起盐渍区的草地农业生产系统,并形成盐渍土——碱茅草——草食家畜和盐渍土——碱茅草(3年生)——农作物两条配套生产线,将称谓“癌症”的盐渍土赋予农业生机。

农田当量的涵义及其所揭示的我国土地资源的食物生产潜力——一个土地资源的食物生产能力评价的新量纲及其在我国的应用

农田当量是把单位面积标准传统农田一年一熟种植水稻的食物产出作为标尺,来衡量一切农用土地相对食物生产潜势的计量单位。它是适于衡量草地农业系统的评价土地资源食物生产能力的新量纲。本研究在界定了农田当量内涵的基础上,指出ALEU是运营模式(m)和核算尺度(T)的函数,是食物当量的“面积”表述,农田当量可以评价任何农业系统的食物生产潜力。对我国现行农业运营模式下的食物生产能力进行了实证分析,结果表明,我国现存农用土地的食物生产能力仅利用了生产潜力的43.59%,还有巨大的食物生产潜力有待开发。以此为依据对我国农业进行结构性调整,将现有耕地的20%实行草田轮作,以全国现有可用草地的3%建立丰产栽培草地,对全国草地农业的食物资源潜力做出估算,其食物生产潜力相当于新增0.52亿hm2农田当量,全国实行草地农业系统,其食物生产能力将是现行系统的1.23倍。

以食物系统保证食物(含粮食)安全——实行草地农业,全面发展食物系统生产潜力

食物、食物链、食物网以及由此构成的营养级组成“食物系统”。在农业生态系统中,食物系统既是能的载体也是能的流程,它将能异化为社会产品———食物。食物的生产和消费过程决定性地作用于农业生态系统的结构和功能。我国对食物=粮食=谷物的传统概念,形成畸形的食物结构。畸形的食物结构又导致畸形的农业结构,两者互为因果,酿成我国农业所面临的艰难处境。其性质属悖离生态系统基本规律的“系统相悖”,非枝节措施所能解决。解决粮食安全问题,不能离开食物系统的全面开发和农业生态系统的全面改造。草地农业系统是食物生产与生态建设兼顾的生态农业系统。它的4个生产层,即前植物生产层、植物生产层、动物生产层和后生物生产层的全面开发建设,适应我国人民食物成分中动物性食物的成倍增长,谷物需求大幅度下降的趋势,并从多方面节约农业资源,提高农业综合生产能力。实行草地农业,预期可以新增土地资源0.79亿hm2农田当量,可满足我国食物中长期规划7亿t食物当量的目标,其中2亿t口粮和5亿t非口粮。农民增收为目前的1.15倍。

草地农业生态系统中的能值分析方法评介

草地农业生态系统的能量分析从能流着手进行草地农业生态系统的功能量化分析,是草地农业生态系统重要的研究方法之一。分析了草地农业生态系统能量分析目前存在的问题,介绍了Odum的能值分析理论对传统能量分析方法的新发展,将能值分析的方法、基本步骤和评价指标引入草地农业生态系统中,提出了草地农业生态系统能值分析方法推广中亟待解决的难点和应用中的一些设想。

系统耦合理论在我国草地农业系统应用的研究

阐述了系统耦合概念及其在草地农业系统的应用 ,并对其发展历程分类综述。指出今后系统耦合发展的关键是深入研究草地农业系统 3个界面所发生的系统耦合和系统相悖机理。

退耕还草区农业生态系统能值动态分析——以甘肃省镇原县北庄村为例

以甘肃省镇原县北庄村为例,应用H.T.Odum能值分析方法,分析退耕还草前后农业生态系统的能值变化。结果表明,退耕还草后北庄农业生态系统的净能值产出率提高了35.14%;环境负荷力降低8.31%;系统可持续发展性指标提高47.38%;系统稳定性指数也由0.809提高到1.015。退耕还草对北庄农业生态系统生产力的提高和系统的可持续发展起到了积极的作用。但农牧系统耦合度降低了41.74%,应采取措施提高农牧系统耦合度,实现农业生态系统平衡发展。

河西地区生态景观的演变

探讨了自然因素与河西生态景观的关系 ,分析了人类活动在其演变中的作用 ,强调了政策导向、畜牧业生产和用水技术的正反影响。绿洲景观的功能在历史时期经历 4个发展阶段 ,现定位于“种植业 +畜牧业”模式。

中国草业生态经济区初探

根据生态条件的相似性 (尤其是水、热条件的相似性 )、草地类型和景观的相似性、草业系统生产层的结构和生产内涵的趋同性、草地生态系统与经济系统的内涵与外延的相似性、草业发展对策和关键技术的相似性和草业生产区域规划的组织与实施的空间可操作性 (即一定级别上行政区划界限的完整性 )等 6项原则 ,我国可划分为 7个草业生态经济区 :蒙宁干旱草原草业生态经济区、西北荒漠灌丛草业生态经济区、青藏高寒草业生态经济区、东北森林草业生态经济区、黄土高原—黄淮海灌丛草业生态经济区、西南岩溶山地灌丛草业生态经济区和东南常绿阔叶林—丘陵灌丛草业生态经济区。以自然条件和草业生产现状为基础 。