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农业大数据学报 2023,5(2):36-43 Journal of Agricultural Big Data DOI:10.19788/j.issn.2096-6369.230206 收稿日期：2023-05-19 基金项目：科技兴蒙项目(2021CG0038)、国家牧草产业技术体系(CARS-34)和重点研发项目(2021YFD1300504)作者简介：袁波，硕士研究生；E-mail:。通信作者徐丽君，博士，副研究员；研究方向：牧草生产与草地改良；E-mail:。呼伦贝尔围封草地与天然草地生物量相关性及其对草原生态补偿机制的启发 袁波1,2，严翊丹2，磋么机2，聂莹莹2，徐丽君1,2*1.青岛农业大学资源与环境学院，山东青岛 266109；2.北方干旱半干旱耕地高效利用全国重点实验室/中国农业科学院农业资源与农业区划研究所/内蒙古呼伦贝尔草原生态系统国家野外科学观测研究站，北京 100081 摘要：呼伦贝尔羊草草甸草原是欧亚草原区亚洲中部草原亚区东端的草原群系，是草甸草原的代表类型之一,其草原生态系统正在经受放牧等人类干扰和气候变化的双重压力，出现不同程度的退化。本文从放牧干扰强度与草地生物量相关关系出发，选取呼伦贝尔地区围栏内与围栏外天然羊草草甸开展野外长期固定样地(2005 年围封)植物群落组成的观测，获取了草甸草原植物群落组成数据（20092015 年），以此为基础研究了群落盖度、群落多度、群落高度对放牧强度的响应。研究表明，围封显著提高了草地地上生物量，且提升程度与围封年限正相关；同时，适度放牧干扰不会造成草地群落多度的降低。其中，后一结论对现阶段以草原生态保护和生产力提高平衡为宗旨的草原生态补偿机制具有启发意义。即在严重退化区适当围封禁牧有助于保护和建设草原，部分体现了生态补偿的必要性，与此同时，进一步的分析也表明相关政策的优化仍具有探讨空间。本研究有助于加深对草原生态系统放牧响应和反馈机制的理解，可为草原生态系统保护及可持续利用提供科学依据。关键词：呼伦贝尔；围封草地；天然草地；群落生物量；生态补偿 引用格式：袁波,严翊丹,磋么机,等.呼伦贝尔围封草地与天然草地生物量相关性及其对草原生态补偿机制的启发J.农业大数据学报,2023,5(2):36-43.YUAN Bo,YAN YiDan,CUO MeJi,et al.Correlation between Biomass of Hulunbuir Enclosed Grassland and Natural Grassland and Its Impact on Grassland Ecological Compensation Mechanism J.Journal of Agricultural Big Data,2023,5(2):36-43.Correlation Between Biomass of Hulunbuir Enclosed Grassland and Natural Grassland and Its Impact on Grassland Ecological Compensation Mechanism YUAN Bo1,2,YAN YiDan2,CUO MeJi2,NIE YingYing2,XU LiJun1,2*1.College of Resources and Environment,Qingdao Agricultural University,Qingdao 266109,Shandong,China;2.State Key Laboratory of Efficient Utilization of Arid and Semi-arid Arable Land in Northern China/Institute of Agricultural Resources and Regional Planning,Chinese Academy of Agricultural Sciences/Hulunbuir Grassland Ecosystem National Observation and Research Station,Beijing 100081,China Abstract:The Hulunbuir Leymus chinensis Meadow Grassland is a grassland formation at the eastern end of the Central Asian 第 2 期 袁波等：呼伦贝尔围封草地与天然草地生物量相关性及其对草原生态补偿机制的启发 37 Grassland Subregion in the Eurasian Grassland Region.It is one of the representative types of meadow grasslands,and its grassland ecosystem is undergoing dual pressures from human interference such as grazing and climate change,resulting in varying degrees of degradation.Based on the correlation between grazing disturbance intensity and grassland biomass,this paper selected the natural Leymus chinensis meadow inside and outside the fence in Hulunbeier area to carry out long-term observation on the composition of plant community in the field(enclosed in 2005),obtained the composition data of plant community in the meadow grassland(2009-2015),and studied the response of community coverage,community abundance,and community height to grazing intensity on this basis.Research has shown that enclosure significantly increases the aboveground biomass of grasslands,and the degree of improvement is positively correlated with the duration of enclosure;Meanwhile,moderate grazing interference will not cause a decrease in the abundance of grassland communities.Among them,the latter conclusion has enlightening significance for the grassland ecological compensation mechanism currently aimed at balancing grassland ecological protection and productivity improvement.Proper enclosure and grazing prohibition in severely degraded areas can help protect and build grasslands,partially reflecting the necessity of ecological compensation.At the same time,further analysis also indicates that there is still room for exploration in optimizing relevant policies.This study helps to deepen the understanding of grazing response and feedback mechanisms in grassland ecosystems,and can provide scientific basis for the protection and sustainable utilization of grassland ecosystems.Key words:Hulun Buir;enclosed grassland;natural grassland;community biomass;ecological compensation 1 引言 中国草原总面积为 4108 hm2，占国土总面积的 41%，绝大部分草原都有过放牧的历史或正在进行放牧活动。不合理的放牧活动会对草原生态系统产生较大的负面影响1。随着放牧强度的增加，草原生态系统的植物生物量、植被盖度、多度和高质牧草所占比例及土壤的养分含量等指标均会显著降低2。另一方面，合理安排放牧活动，例如降低放牧的强度，可以显著改善草原植物的生产力和土壤养分含量等指标3-4。McNaughton5认为适度放牧会通过补偿生长机制增大草原的生物量从而对草原生态系统产生积极的作用。呼伦贝尔草原总面积约 8.8 万 km2，地处内蒙古自治区东北部，其草原生态系统类型植被保存完整、景观生态类型和生物多样性丰富6-7。呼伦贝尔草原由于具有天然的生态系统优势，且生产经营方式相对集约化，因此适合开展草原生态系统自然单元与人类活动相互关系的研究工作。在呼伦贝尔草甸草原区开展生态系统长期定位观测研究，对草地生态学与我国北方生态保护和草牧业发展起到关键性的作用8-9。关于草原生态系统对不同放牧强度响应的研究仍有很多不确定之处，所获得的研究结果也不尽一致。内蒙古呼伦贝尔为中国北方草原典型的草甸草原区域，本文依据放牧强度在该区域设置围栏内与围栏外放牧样地，研究群落盖度、群落多度、群落高度对放牧强度的响应，得到围封草地与天然草地生物量的差异，以期更深入地了解草原生态系统对放牧的响应和反馈机制，为草原生态系统的保护以及可持续利用提供科学依据。2 材料与方法 2.1 研究区概况 试验地位于中国农业科学院呼伦贝尔草原生态系统 国 家 野 外 科 学 观 测 研 究 站(492022N、1195943E)，海拔 627635 m。该地区土壤类型为暗栗钙土，气候属于中温带半干旱大陆季风气候，年平均气温-1.3，年温差 80，无霜期 110 d 左右，降水集中在 79 月，年平均降水量为 370 mm。呼伦贝尔站所在区域是欧亚大陆温性草甸草原分布集中、具有代表性的地区。羊草草甸草原是呼伦贝尔优良天然草地的代表之一，其草地优势种群主要以羊草为主，同时也是主要的天然打草场，由于其具有优越的自然特性，因此在当地畜牧业中发挥着重要的经济价值和生态功能6。本文专门整理形成了羊草草地植物群落特征数据集（20092015）10，其中包含了呼伦贝尔贝羊草草甸草原植物样方物种名称、分种植物自然高度、分种植物多度和分种植物地上绿色现存量等草原生态系统变化的基本指标，是深入认识该植被类型在自然与人为干扰下草地生态系统响应规律，开展呼伦贝尔高原草地生态系统植物组成变化、演替和物质循环研究等38 农 业 大 数 据 学 报 第5卷 的重要基础数据。文章所用数据所属平台为国家生态科学数据中心（CNERN）。2.2 资料及研究方法 呼伦贝尔站自 2005 年成为国家站以来，在羊草草甸草原综合观测场开展植物群落长期定位观测11。本研究中牧草地上生物量观测资料即来源于该站20092015 的观测资料12，相关数据集包括呼伦贝尔贝羊草草甸草原植物样方物种名称、分种植物自然高度、分种植物多度和分种植物地上绿色现存量等草原生态系统变化的基本指标，反映了生长季围栏内与围栏外草地生态系统的群落盖度、群落多度、群落高度。2.3 数据采集与处理 根据闫瑞瑞等人的研究结果，数据采集样地位于呼伦贝尔站综合观测场羊草草甸草原，谢尔塔拉12队（491932 491951N，120247 120336E），2005 年围封，占地 33.3 hm2，样地分为三个区域，一部分用于固定观测，一部分用于开放实验，另外一部分用于刈割实验，在固定观测样地，每年生长季重复取 10 个样方，作为对照在样地外围（天然放牧地）同时取 10 个样方。草场的植被类型为羊草和杂类草，伴生种及常见种有寸草苔、裂叶蒿、细叶白头翁、糙隐子草等，土壤为暗栗钙土。样地用以进行长期水、土、气、生长期观测和短期科学试验，样地内同时布设碳通量观测塔、中子水分仪测定系统和地表径流场，分别用于观测生态系统水碳通量、土壤水分含量和土壤表面径流、水蚀和物质迁移规律12-13。3 结果分析 3.1 不同草地利用类型对群落结构的影响 以群落平均高度、盖度、多度、群落平均地上干重指标表征群落结构的变化。研究表明在两块样地上除群落平均多度外，围栏外各指标均小于围栏内（图1-4）。从指标的变化幅度分析群落平均高度、群落平均盖度、群落平均地上绿色干重变化幅度明显，说明这三项指标对放牧敏感。群落平均多度指标变幅较小。群落平均盖度与群落平均地上绿色干重具有正相关。围栏外群落平均盖度、群落平均高度、群落平均地上绿色干重三者呈正相关。围栏内群落平均盖度与群落平均高度呈负相关，群落平均盖度与群落平均地上绿色干重呈正相关。3.2 不同草地利用方式下生物多样性与生产力关系 不同的草地利用方式不但对草地生物多样性和生 物量产生了显著的影响，草地利用方式的不同也会影响多样性和生物量之间的关系。通过图 2-4 可以看出，在放牧和围封两种草地利用方式下，围栏内和围栏外草地中群落平均地上绿色干重与草地群落平均多度的变化规律相同，围栏内与围栏外草地群落平均多度变化规律与数量大致相同，但围栏外群落地上绿色干重小于围栏内。在放牧干扰的情况下，草地群落多度不受影响，随着草地群落多度的增加草地群落绿色干重也随之增加。研究所在区域的天然放牧地归属于谢尔塔拉农垦第二养牛场，该地区放牧强度属于中低度放牧。结果表明，适当的人为干扰不会造成草地群落多度的降低，但会减少群落地上绿色干重。图 1 围栏内/外草地群落平均盖度 Fig.1 Average coverage of grassland community inside/outside the fence 图 2 围栏内/外草地群落平均高度 Fig.2 Average height of grassland community inside/outside the fence 第 2 期 袁波等：呼伦贝尔围封草地与天然草地生物量相关性及其对草原生态补偿机制的启发 39 图 3 围栏内/外草地群落平均多度 Fig.3 Average abundance of grassland communities inside/outside the fence 图 4 围栏内/外草地群落平均地上绿色干重 Fig.4 Average aboveground green dry weight of grassland community inside/outside the fence 4 讨论 4.1 放牧对围封草地与天然草地群落物种组成与多样性的影响 草食动物作为草地植物群落组成与多样性的直接干预者，其采食行为对植物群落种类与多样性会产生影响14。研究表明，围封区植被群落的平均高度、总盖度和总地上生物量大于放牧区，且平均高度和地上绿色干重两个指标值围封区显著大于放牧区。该结果与多项已有研究结果一致，均认为造成这一现象的主要原因可能是放牧牲畜的采食和踩踏等行为使植物叶面积指数降低、光合能力下降，改变了牧草结构，进而影响植物群落的基本特征15-16。部分研究发现，围封区内植被因免于牲畜的啃食、践踏而得以大量繁殖，故围封内植被群落平均高度、地上绿色干重和生物多样性等显著高于围封外17。但也有些研究指出，围封内消除牲畜的干扰之后，群落中优势种占有大量资源，直接或间接地控制着其他物种的存活，物种之间和个体之间竞争激烈，致使竞争力弱的物种因竞争被压制或被排除，可能导致群落物种多样性降低，低中高度的植被数量减少，从而生物量减少18。以上结果说明，虽然放牧使草场群落平均高度、总盖度及总地上生物量减少，但因放牧植物失去顶端组织和衰老组织刺激后，原有竞争力弱的物种拥有了更大的生存空间、从而增加了群落总个体密度和多样性。虽然围封内植被群落的平均高度和地上绿色干重显著大于放牧区，但围封内和围封外植被群落整个生长期的累计生长高度和累计生物量等需要设置植物补偿性生长实验才能判别各自的优越性。因此放牧既有抑制植物生长的机制，也有促进植物生长的机制，植物的补偿性生长取决于促进与抑制之间的净效应，而这种净效应与草地群落类型、放牧制度放牧强度以及环境条件等密切相关19。因此合理放牧有助于草原生态持续稳定发展，单纯的禁牧围封不仅会阻碍农牧业经济发展，而且不利于保护草原生态，施行以人、草、畜为生命共同体的生态保护政策就显得尤为重要。4.2 不同放牧强度对草地生态系统的影响与解决对策 全球变化和人类活动在全世界范围内以前所未有的速度影响着生物多样性的变化，放牧产生的许多问题已经在多方面得到重视和研究20，其中放牧对物种多样性影响是一个重要的研究方向，也引发了大量研究21。部分学者认为，禁牧可以增加植物多样性，其内在逻辑是过度干扰可以使某些种群消失从而降低植物多样性。例如，强度放牧导致适口性牧草减少或消失，禁牧将增加适口性牧草从而使物种丰富度和多样性提高。而放牧行为会改变局部物种的定植与灭绝速率，进而改变植物群落丰富度，当局部物种灭演率低于定植速率时不会引起局部物种丰富度降低，反之则会引起局部物种丰富度降低甚至群落的整体消失22。具体到养分条件较好的草地生态系统，部分研究之所以支持中度干扰假说，主要是因为在没有放牧干扰的条件下，植株高大的物种在群落中占绝对优势，以光竞争为主的种间竞争降低了群落下层的光透过性，抑制了物种多样性的增加；中度放牧干扰、降低了高大物种的竞争优势，群落下层植株较矮的物种显著增加，呈现高草和矮草共存的分布格局，因而其物40 农 业 大 数 据 学 报 第5卷 种多样性较高；重度放牧条件下群落中仅包含少数耐牧种，物种多样性显著减少23。然而，内蒙古典型草原是受水分和氮素共同限制的生态系统，物种之间的竞争主要表现为对地下资源(水分和养分)的竞争。由于水分和养分的限制，群落覆盖度相对较低物种间的光竞争较弱，放牧进一步降低了群落覆盖度，抑制了不耐牧物种的生长，进而使物种多样性呈现随放牧强度增加而降低的格局24。中度的放牧干扰对不同的草地群落类型和不同的放牧率阶段具有明显的生态阈值:轮牧与连续放牧相比具有减少放牧压力的作用，群落由禁牧区的大针茅、羊草占绝对地位退化至轮牧区的冷蒿、寸草苔等优势种占统治地位，物种多样性低于连续放牧区。但也有研究认为，放牧条件会改变草地物种间的竞争强度，致使一些在竞争上占劣势的植物物种因竞争而被排除，导致群落中物种多样性降低25。针对上述研究发现，放牧对草地生态系统影响取决于放牧强度、放牧制度、放牧时间等多个方面，并认为放牧强度是最为关键的影响因素26，也是当前草畜平衡发展的矛盾，生态补偿被认为是当下有效缓解草畜发展问题的有效手段，不仅能够通过经济手段使得环境得到保障，而且该手段已经得到了包括我国在内的全球众多国家的认可27。但就目前该政策的实际执行情况来看存有不足，由于补偿金额与草原潜在的实际生态价值出现较大偏离、补偿方式单一、监督管理机制弱等突出问题，草原生态治理没有充分达到政策目标，草原生态环境恶化的趋势仍然没有得到根本性的扭转28。4.3 草原生态补偿政策实施的必要性 生态补偿政策被认为是兼顾草场生态治理与促进牧区发展的“双赢途径”29。生态补偿的政策目标包括生态和社会两个方面。在生态方面，通过减少天然草场牲畜数量的方式，达到恢复草场生态，遏制草场总体恶化趋势的目的；在社会方面，通过现金、实物等方式的补偿，实现牧户收入稳步提高、生产方式转变和牧区经济可持续发展能力增强等目标，最终达成人与自然和谐相处的局面。以禁牧休牧为主要措施的生态补偿政策，核心在于从空间上降低了人对生态系统的压力借助农业、饲料地种植、舍饲圈养等集约化生产方式，将人对生态系统的影响从较大的空间范围浓缩到较小的空间范围，通过对小空间范围内自然资源的集中利用来保护大空间范围的生态系统，即遵循“大面积搞生态，小面积搞生产”的保护思路。实施初期的退牧还草政策可总结为牧区的“种、保、改”模式与农区和半农半牧区的“进、退、还”战略。例如，锡林郭勒盟的“种、保、改”模式具体采用了“种植一点，改良一块，合理保护利用一大片”的草原建设发展思路，通过人工草地、灌溉饲料地、改良草地、打贮草等方式，使草原畜牧业步入建设养畜之路；乌兰察布市的“进、退、还”模式则采取了每建成一亩水旱高效标准农田，退下二亩早坡薄地的措施，通过还林还草实现植被恢复和生态改善的目标。即使在当前新的生态补奖政策出台之后，牧区各地仍然沿用上述思路，一方面减少天然草场上的放牧压力、另一方面将人口集中，并通过舍饲圈养、饲草料种植等方式推动畜牧业转型30。4.4 草原生态补偿政策实施的双向效果 38%30的学术观点认为生态补偿政策对于牧民生活产生了积极的作用。此类观点认为，政策的实施以及由此带来的政府补贴提高了牧民的收入；随着畜牧业向集约化生产的转变和非牧业劳动人口的增加，尤其借由生态建设项目实现牧区到城镇的人口迁居，在长期上提升了牧民的收入水平。与此同时，生态补偿政策也促进了自然环境和当地居民生活环境的改善。然而，也有 60%30的学者认为，生态补偿政策会导致牧民生活水平下降，具体体现为：（1）牧业生产成本的提高和劳动力投入的增加导致牧民净收入减少，至少从短期看如此；（2）由于缺乏后续产业，缺乏其他就业途径，生态移民之后的牧民缺乏可持续生计，依赖政府提供的补贴维生，生活成本增加，贫困面扩大。在生态补偿政策对牧区经济影响方面30，只有24%的研究持积极态度。此类观点认为，收入的提高和集约化畜牧业的发展促进了牧区社会的和谐与发展，改变了牧民落后的传统观念。此外，生态补偿政策的实施促进了草场的流转，因此牧户可以通过出租自有草场获取收益。生态补偿政策的一些配套项目通过促进牧民的移民和城镇化改善了牧民的教育条件和医疗服务。在社会影响方面30，76%的观点认为生态补偿政策给牧区社会关系和文化带来了显著的消极影响，最直接的影响就是部分牧民因生产成本增加而偷牧，增加了基层政府管理的难度，同时也增加了草场纠纷的数量进而影响了社会治安。与此同时，禁牧加大了弱势群体(包括受教育程度低、收入少、生存环境差的人群，以及老年人和妇女)的生存风险。例如，由第 2 期 袁波等：呼伦贝尔围封草地与天然草地生物量相关性及其对草原生态补偿机制的启发 41 于畜牧收入下降，大量中青年人外出打工，留守儿童、留守老人的问题突出。此外，伴随着畜牧业生产方式的改变，民族传统也发生了改变进而影响了民族感情；牧民移民后因缺乏工作机会而面临巨大的市场竞争压力和生活压力，一方面打破了牧民原有的生产生活方式，弱化了传统文化的影响，同时也容易引发赌博等不良风气的增长。对于草场生态补偿政策影响的学术观点进行文献计量分析表明：政策对项目区内草场恢复起到了有效的作用，但在牧民生活和牧区经济发展方面造成了显著的负面影响。大多数学术观点宣称生态补偿政策在项目区域产生了积极的生态影响，尤其是在植被的改善方面，但现有学术研究仅仅关注了项目区域短期植被指标的变化，缺少对非项目区域状况的调查研究，就研究方法而言，存在缺陷，不能反映草场整体的生态状况，在一定程度上削弱了结论的可靠性。关于社会经济影响方面，认为政策给牧民生活带来消极影响的观点的比例超过了认为政策带来了积极影响的观点。根据这类学术研究的焦点和结论，可以总结出:草原生态建设项目具有“生态优先”的倾向，而对牧民生活、牧区社会和文化方面没有给予足够的关注。因此，虽然该政策短期内改善了项目区内草场生态状况，但却导致牧民生活条件恶化，牧区社会经济发展的可持续性并未达到预期目标30。5 草原生态补偿政策的思考与建议“天苍苍，野茫茫，风吹草低见牛羊”是人们对草原的最初印象，但是这番景色早已不再是草原的真实写照，尤其是从 20 世纪 90 年代开始沙尘暴、沙漠化、退化等词语成为和草原同时出现的高频词31。根据全国草监测报告(2013)的数据，全国中度和重度退化草原面积仍占 1/3 以上，已恢复的草原生态很脆弱，全面恢复草原生态的任务仍然十分艰巨32。草原退化一方面损害了生态系统的服务功能，水土保持、涵养水源、碳汇生物多样性维持等功能下降33。同时也直接影响了依赖草原为生的牧民的生产生活，他们的经济收入持续下降、生活环境恶化34。多数学者与政府决策人员均认为超载放牧是草原生态退化的主要原因35，因此，减少天然草场牲畜数量成为生态治理的主要内容。农业部每年发布的全国草原监测报告也将超载率列为治理效果的重要指标，在国家的生态政策中，为达到“减畜”的目标，同时保障牧民的生活，政府以现金、口粮或基础设施建设等形式对牧民进行“生态补偿”成为政策落实的主要手段36。总体而言，健康草地生态系统的最重要服务功能是草地的生产性能。因此，简单地将传统畜牧业作为经济发展的唯一目标，必将过度依赖单一的动物性产品产出，从而导致草地的掠夺性开发和草地综合利用水平下降。此外，草地所有权归属问题进一步加剧了草场退化37。目前，牧草产量的高低已成为我国粮食安全的重要影响因素38，对草地质量进行评价并做出生态地理区划39，以及根据评价等级对不同区域实施采取不同的治理对策势在必行40。研究表明，在适当的放牧干扰情况下草甸草原群落多度在围封内与围封外的变率并不大。但对于已经出现草原退化现象的高强度放牧地区，为实现人畜和谐共存与可持续发展，首先需要采取短时期的禁牧行动，改善现有的草场利用，其次将放牧强度控制在一定范围内，草甸草原即可自行实现恢复演替。接下来我们需要探索一条将短期禁牧与草原生态补偿相结合的道路，实现牧民在现有收入的基础上稳收，增收，既符合生态文明建设也符合人民日益增长的物质文化需求，只有平衡解决根本问题才能达到双赢。致谢：本文章中所用数据是呼伦贝尔草原生态系统国家野外科学观测研究站固定观测平台汇总数据，在此表示衷心感谢！参考文献 1 Kang L,Han X,Zhang Z,et al.Grassland ecosystems in China:Review of current knowledge and research advancementJ.Philosophical transactions of the royal society B:Biological Sciences,2007,362(1482):997-1008.2 Schnbach P,Wan 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