河西沙化草地恢复重建技术研究与示范推广

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获奖名称：

科技进步奖

获奖区域：

甘肃省

获奖等级：

二等奖

主要完成人：

豆卫; 韩天虎; 苏永中; 喻文虎; 向金城; 许国成; 张继义; 孙斌; 马爱霞; 杨鹏翼; 刘富庭; 刘克彪; 李福; 张起荣; 马廷选; 杨永伟; 阿不满; 张贞明; 陈应福; 陈虎; 沈占荣; 薛天鹏; 李兴福; 马君峰; 王万山; 李晓鹏; 王海; 王天河; 周明三; 宁德年

关键词：

恢复;  草地恢复;  技术;  恢复重建;  示范;  沙化草地;  示范推广;  研究;  技术研究;  沙化;  重建;  草地;  推广;  河西; 

第一完成单位：

甘肃省草原技术推广总站

获奖时间：

2007

项目名称：

河西沙化草地恢复重建技术研究与示范推广

联系人：

韩天虎

联系电话：

0931-8341656;13919418708

电子邮件：

han-th@vip.sohu.com

邮编：

地址：

甘肃省兰州市城关区刘家坪139号

合作完成单位：

单位电话：

0931-8344671

传真：

0931-8344043

网址：

推荐单位(专家)：

摘要：

　　一、任务来源： 　　本课题是依托2001年国家发改委和农业部联合下达的《甘肃省天然草原恢复与建设项目》和《甘肃细枝岩黄芪等超旱生牧草原种基地建设项目》开展的应用技术研究自选课题。 　　二、应用领域和技术原理： 　　本课题应用领域为我国北方温带荒漠和半荒漠地区的沙化草地。本课题采用定位站、示范村、辐射面三个层面相结合，集机理研究、技术开发、试验示范、推广应用为一体，将研究成果直接应用于生产实践的技术原理。 　　三、性能指标： 　　（一）任务指标： 　　1、研究河西地区草地沙化成因和过程；研究不同类型草地沙化的主要机理和规律；研究草地沙化过程中碳、氮的衰减规律；研究天然草地、围栏草地、人工草地的稳定性及其自然演替规律； 　　2、研究草地沙化过程中植物繁殖的适应性；研究草地沙化过程中物质和能量的分配规律；研究沙地人工栽培植物的生长规律； 　　3、研究封育对退化植被和沙化土壤恢复的影响；研究灌丛和土壤种子库在沙化草地恢复中的作用；研究沙化草地植被恢复的机制，研究沙化草地培育改良和更新复壮的技术原理； 　　4、集成沙化草地综合治理技术10～20项，提出相关技术规程8～10项； 　　5、研究治理沙化草地和发展畜牧业的新型模式； 　　6、试验示范区规模达到50万亩，总推广规模达到100万亩； 　　7、发表研究论文30篇。 　　（二）任务完成清况： 　　本课题取得的成果包括以下几个方面： 　　1、草地沙化成因与动态演替规律的研究： 　　（1）河西地区草地沙化的成因。自然成因主要包括土质松散、气候干旱、风力强劲、植被稀疏、鼠虫害严重等六个方面；人为因素主要包括过度放牧、水资源利用不合理、滥砍滥伐、过度开垦等四个方面； 　　（2）河西地区草地沙化的动态过程与演替规律。河西草地沙化因其成因不同而存在四种不同沙化过程：一是固定沙丘的活化过程；二是草地的干旱沙化过程；三是草地的风积沙化过程；四是草地过牧沙化过程； 　　（3）盐渍化沙质草地沙化过程中植被的动态变化规律。草地盐渍化限制了更多植物种的侵入，但并不影响耐盐植物的生长，而草地严重沙化不仅导致群落生物多样性的降低，也对植物生长产生严重危害； 　　（4）草地沙化过程中碳、氮的衰减规律及其机制。草地沙化过程中土壤碳、氮的变化与土壤颗粒组成密切相关，粘粉粒含量与有机碳、全氮含量间有极显著的正相关关系，而中粗沙含量与有机碳、全氮含量间有极显著的负相关关系，说明粘粉粒在沙质土壤中起着关键的保持养分的作用，而中粗沙对土壤保持养分极为不利； 　　（5）草地沙化过程中植被稳定性变化特征。随草地沙化程度的发展，草地群落的稳定性逐渐下降。主要表现在沙化过程中物种丰富度和物种多样性指数的持续下降。随着草地沙化的发展，群落结构和功能不断下降，抵御风力侵蚀的能力愈来愈差，植被的稳定性也不断下降。 　　2、沙化草地植物适应性变化与特征的研究： 　　（1）草地沙化过程中植物的繁殖适应性。为了适应草地沙化过程中环境的变化，植物往往会采取一些新的繁殖策略。例如，沙蒿在流动沙地生物量的分配格局是营养枝＞生殖枝，在半流动沙地生物量的分配格局为生殖枝＞营养枝。这说明，在流动沙地沙蒿把更多的资源投入到了营养生长，而在半流动沙地沙蒿则把更多的资源投入到生殖生长。草地沙化过程中，植物通过改变体内物质能量分配和改变繁殖方式来适应环境的恶化，对于植物的生存和繁衍具有重要意义； 　　（2）沙化草地植物种子萌发和幼苗生长适应性。不同植物的种子萌发对埋深的反应有很大差异。种子萌发的适宜埋深沙蒿为0.5cm，沙米1cm左右，细枝岩黄芪为2cm。沙地植物种子萌发对水热环境条件较为敏感。在-0.6MPa水势下，柠条、细枝岩黄芪和白沙蒿的发芽率分别为90%、71%和81%，当水势达到-1.8MPa时，白沙蒿已经完全不能萌发，细枝岩黄芪也只有8%的发芽率，但柠条发芽率仍可达到26%。在-0.3～-1.2MPa渗透势条件下，幼苗根系长度是白沙蒿＞细枝岩黄芪＞柠条，而至-1.8MPa以后则又变为柠条＞细枝岩黄芪＞白沙蒿； 　　（3）人工草地建植后的自然演替规律。在河西地区人工草地建成后的次生演替方向为天然草地，人工种植的禾本科或豆科植物的重要值在人工草地群落中呈逐渐减少趋势，而部分一年生杂类草的重要值随着人工草地建植时间的推移呈明显增加趋势。人工草地在第5年丰富度指数、平均物种数最大，Shannon-Wiener指数、均匀度指数随人工草地时间延长而呈增加的趋势，优势度指数呈减少的趋势。 　　3、沙化草地恢复机理的研究： 　　（1）灌丛在固定流沙和沙化草地恢复中的作用。灌丛的作用一方面是其培肥改土作用，另一方面是它的保种和种源效应。由于灌丛下土壤有机质的增加，碳酸钙的表聚作用显著；松散的沙粒在碳酸钙的胶结下固结成块，使沙面得以稳定，风蚀作用显著减轻；同时风蚀作用的减轻又使一年生植物种子在灌木林周边区域定居的机会增加，在降雨后一些一年生植物如盐地碱蓬、沙米等得以萌发，人工林周边区域的植被得以恢复； 　　（2）沙化草地土壤种子库对植被恢复的影响。草地土壤中存在大量的种子，而且随着沙化草地的恢复，其土壤种子库密度迅速增加。地上植被的物种组成和密度与土壤种子库密切相关，相似性系数为0.667，相关系数为0.897； 　　（3）封育对沙化植被恢复机制的影响。通过对不同退化程度草地封育结果的比较发现，严重沙化草地封育效果最明显，退化较轻的草地封育效果相对较差，短期封育对草层高度和生物量的作用较大，而长期封育可能会导致植物生长不良； 　　（4）封育与植被重建对土壤恢复的影响。沙化草地围封5年后，土壤及细沙、粉粒和粘粒(＜0.002mm)含量分别较未封育草地提高了43.1%、11.1%和32.5%。0～15cm土壤中的有机碳和植物中碳储量的大小顺序为：围封10年草地 (582g/m^2和309g/m^2)＞围封5年草地 (524g/ m^2和146g/ m^2)＞持续放牧草地(492g/ m^2和95g/ m^2)。流动沙地上人工建植5年后的梭梭和柽柳，其根基土壤有机碳分别增加了2.3、3.3倍，而灌丛间的土壤有机碳分别增加了1.5、2.1倍。 　　4、集成了多项沙化草地保护、培育改良、牧草栽培新技术： 对封育、补播、施肥、除莠、人工草地建植、招鹰控鼠、生物防虫、放牧管理和合理利用等45项技术进行集成创新，提出相应技术规程16项。 　　5、提出了河西沙化草地治理和畜牧业发展的三种模式： 　　即适合于县级推广应用的“产业开发生态置换发展模式”、适于以乡为单位推广的“种、改、保模式”、适于以村为单位推广的“草－畜－棚互动模式”。 　　6、试验示范和推广清况： 　　本课题在河西10个县建成25个试验示范区，示范区面积达到58.87万亩，总推广规模达到220.86万亩。 　　7、论文发表清况： 　　本课题共完成论文37篇。其中在国际核心期刊（SCI）发表论文6篇，在国内核心期刊上发表论文22篇，在国内其他刊物上发表论文6篇，待发表论文3篇。 　　四、与国内外同类技术比较： 　　1、本课题从草地退化和土地沙漠化两种视角，对河西地区沙化草地恢复重建机理、对策、模式和技术进行了一次全新研究。其成果不论对于草业科学，还是沙漠科学，都有一定创新，具有重要意义； 　　2、本课题在草地沙化过程中碳、氮的衰减规律、沙化草地植被稳定性变化特征、沙化草地植物的某些特殊繁殖策略、灌丛和土壤种子库在沙化草地恢复中的作用、人工草地自然演替规律等方面取得了创新性研究成果； 　　3、本课题注重新技术、新模式的研究，引进集成和示范推广沙化草地治理技术数十项，研究总结提出了适合于河西地区县、乡、村三级沙化草地治理与畜牧业发展的新模式，具有一定的创新性，国内外少见报道； 　　4、本课题重视理论与实践相结合，进行了规模化的示范和推广。建立25个试验示范区，面积达到58.87万亩，示范推广面积达到220.86万亩，与国内外同类项目相比，规模较大。 　　五、成果的创造性、先进性： 　　1、在建立40个定位检测点、4条跨区域样带的基础上，对河西地区草地沙化成因和过程进行了系统研究，揭示了不同类型草地沙化的规律和主要机理，查明了草地沙化过程中碳、氮的衰减规律，探讨了天然草地、围栏草地、人工草地稳定性及其自然演替规律； 　　2、研究了草地沙化过程中植物繁殖的适应性，揭示了沙化过程中物质和能量分配规律的变化，探明了沙地人工栽培植物的生长规律； 　　3、研究了封育对退化植被和沙化土壤恢复的影响，阐明了灌丛和土壤种子库在沙化草地恢复中的作用，以及沙化草地培育改良和更新复壮的技术原理，初步揭示了沙化草地植被恢复的机制和动态； 　　4、提出了河西地区的草地沙化综合防治和草业发展对策，建立了适合本地区县、乡、村三级沙化草地治理和畜牧业发展的“产业开发生态置换发展模式”、“种－改－保模式”、“草－畜－棚互动模式”，对封育、补播、施肥、除莠、人工草地、招鹰控鼠、生物治虫、放牧管理和合理利用等45项技术进行了集成创新，提出了相应技术规程16项； 　　5、在河西10个县建立沙化草地综合治理试验示范区25个、58.87万亩；推广总面积220.86万亩。示范区草地植被平均盖度由30.9%提高到57.1%，平均亩产鲜草由81.3kg提高到185kg，流动沙丘面积由47万亩下降到19万亩。 　　六、作用意义(直接经济效益和社会意义)： 　　1、经济效益： 　　本课题获经济效益26658.91万元，预计今后三年还可产生经济效益46419.09万元，科研（推广）成果年经济效益9134.75万元，投入产出比为1:7.83。 　　2、社会效益： 　　举办各类学习班515期，培训农牧民4.38万人次。项目区群众生态意识明显增强。畜牧业生产方式发生深刻变化，规模养殖和舍饲养殖得到空前发展。农民收入不断增加，并且带动了相关产业的发展，壮大了农村经济实力，为实现社会主义新农村建设目标创造了条件。