大風起兮沙飛揚，電影《黃土地》中的場景讓人印象深刻，而人們也理所當然地認為黃土高原就是這樣的。但經(jīng)過科學(xué)家四十年的“雕飾”，如今的黃土高原披上了綠裝。
上世紀七十年代退化草地
從上世紀七十年代末，他及其團隊歷經(jīng)四十年連續(xù)定位試驗與階段性專題系統(tǒng)研究，形成具有鮮明特色的退化草地恢復(fù)利用兩大理論與三大關(guān)鍵技術(shù)體系。
值得一提的是，他用四十年的堅守回答了國家退耕還林還草與封山禁牧工程實施以來出現(xiàn)的黃土高原林草地建設(shè)如何分區(qū)、退化草地如何恢復(fù)、恢復(fù)草地如何利用等關(guān)鍵理論與技術(shù)難題。
截至目前，相關(guān)研究成果在寧夏、陜西、甘肅、山西和內(nèi)蒙古等省(區(qū))示范推廣面積達150萬公頃，規(guī)模化放牧與舍飼結(jié)合養(yǎng)殖技術(shù)應(yīng)用推廣已達到23萬戶，新增經(jīng)濟效益50.6億元。
草地自然恢復(fù)景觀
退化草地自然調(diào)控恢復(fù)試驗區(qū)
這位科學(xué)家就是西北農(nóng)林科技大學(xué)水土保持研究所教授程積民。在他看來，黃土高原的發(fā)展充分體現(xiàn)了習(xí)近平總書記提出的“我們既要綠水青山，也要金山銀山。寧要綠水青山，不要金山銀山，而且綠水青山就是金山銀山”的生態(tài)保護與經(jīng)濟發(fā)展理念。
提出植被調(diào)控建設(shè)區(qū)域方案
當前，植被退化已經(jīng)是全球性問題，世界上43%的陸地生態(tài)系統(tǒng)已發(fā)生植被退化。我國擁有各類草地約60億畝，占國土面積42%，退化和功能失調(diào)問題日益突出，尤其是干旱缺水和水土流失等環(huán)境問題是制約植被恢復(fù)與可持續(xù)發(fā)展的主要因素。
眾所周知，黃土高原是中華民族重要發(fā)祥地，但經(jīng)人類長期的掠奪式利用，已成為我國生態(tài)環(huán)境最為脆弱、經(jīng)濟發(fā)展滯后的主要區(qū)域之一。
程積民表示，鑒于黃土高原獨特的地貌類型和氣候多變形成的脆弱生態(tài)環(huán)境，植被恢復(fù)既不能照搬他地經(jīng)驗，更不能違背自然規(guī)律，使草地恢復(fù)建設(shè)一直未有突破性進展。
為此，程積民團隊以退化草地如何恢復(fù)、恢復(fù)草地如何利用為目標，綜合考慮氣候環(huán)境與植被分布地帶性規(guī)律，基于植被自然恢復(fù)及少量人工干預(yù)的恢復(fù)途徑，從植物個體—種群—群落—生態(tài)系統(tǒng)—區(qū)域景觀不同層次，將草地保護和恢復(fù)與坡面水分調(diào)控及生產(chǎn)力穩(wěn)定提高，草地資源合理利用與生境保護融為一體進行綜合、系統(tǒng)、創(chuàng)新性研究。
首先要研究確定黃土高原植被調(diào)控建設(shè)的區(qū)域方案。在20世紀七十年代末黃土高原7省區(qū)230余縣64萬公頃大規(guī)模植被資源綜合考察的基礎(chǔ)上，程積民等專家最先提出黃土高原植被分區(qū)建設(shè)調(diào)控方案。
具體方案分為黃土高原中南部、中部和稍偏北部以及北部。如在黃土高原中南部，降水量500毫米以上的森林草原地帶，占總面積的11.5%，以發(fā)展人工喬木林為主，建立類似于天然植被的林草混交類型、喬灌草復(fù)層混交林結(jié)構(gòu)模式，形成溝谷以喬灌混交為主，梁峁坡以灌草立體配置為主的結(jié)構(gòu)模式。
而在黃土高原中部和稍偏北部降水量300～500毫米的大面積典型草原地帶，占總面積的59.5%，是該區(qū)治理的重點區(qū)域，退化草地以自然恢復(fù)為主，形成灌草配置結(jié)構(gòu)模式，在溝谷和臺、塬、川道水分條件較好的微地域適度發(fā)展經(jīng)濟林果，配置稀疏喬灌草結(jié)構(gòu)模式。
此外，在黃土高原北部降水量300毫米以下的荒漠草原地帶，占總面積的29.0%，建造以耐旱沙生植物為主的灌草結(jié)構(gòu)模式和防風固沙林體系。提出的黃土高原6個一級區(qū)、19個二級區(qū)的植被調(diào)控建設(shè)方案，在7省區(qū)110個縣的生態(tài)環(huán)境建設(shè)與農(nóng)牧業(yè)規(guī)劃中得到廣泛應(yīng)用。
“經(jīng)陜西、寧夏、甘肅和內(nèi)蒙古等地三十多年的生產(chǎn)實踐驗證，獲得了較大生態(tài)、經(jīng)濟和社會效益。”程積民告訴《中國科學(xué)報》記者。
在區(qū)域規(guī)劃明確重點的基礎(chǔ)上，上個世紀八十年代初，程積民等專家率先在黃土高原寧夏固原云霧山建立了以本氏針茅為優(yōu)勢群落的典型草原自然保護區(qū)，就是如今的云霧山國家級草原自然保護區(qū)。
考察甘青針茅群落
植被原覆蓋度30%的上與下
接下來，就是根據(jù)黃土高原半干旱地區(qū)退化草地不同覆蓋度創(chuàng)建植被恢復(fù)和重建理論原理，程積民以草地植被原覆蓋度30%為指標進行研究。
“對草地植被原覆蓋度30%以上采用自然修復(fù)技術(shù)，嚴格控制以放牧為主的一切人為的地面活動，讓原有地面天然植被自然休養(yǎng)生息、繁殖更新、自我調(diào)控。”程積民說。
程積民團隊研究發(fā)現(xiàn)，草地自然修復(fù)時序演替過程分為五個階段，當自然修復(fù)達到26年以上，本氏針茅生長與繁殖更新受草地枯草層的抑制，數(shù)量急劇下降，大針茅種群數(shù)量巨增，占群落總數(shù)的35.5%，具有替代本氏針茅的趨勢。
與此同時，封禁草地隨著水分條件的改善，物種組成以禾本科和菊科為主，陸續(xù)出現(xiàn)大量灌木種群及滅絕多年的野生動物和鳥類。
在程積民看來，草地自然修復(fù)可顯著提高土壤細菌群落多樣性和豐富度，土壤細菌多樣性隨封禁時間呈駝峰型曲線，最高峰出現(xiàn)在封禁的第15年，而長期封禁恢復(fù)草地對土壤真核生物多樣性和豐富度有不利影響。
由此，程積民在國內(nèi)首次提出封禁恢復(fù)草地適宜管理的“三位一體時間閾值法”，即根據(jù)“植物—土壤—微生物”恢復(fù)質(zhì)量，綜合確定草地最適管理利用時間，改變以往僅注重植被恢復(fù)而忽視土壤恢復(fù)的理念。
而對于草地植被原覆蓋度30%以下的干旱陽坡地面裸露嚴重、生態(tài)環(huán)境極度脆弱區(qū)，程積民認為采用灌草稀疏配置恢復(fù)建造技術(shù)體系。又通過反復(fù)試驗與實踐，他提出天然植被以自然修復(fù)為主、人工植被以“先封后建、先草后灌”的干旱陽坡灌草稀疏配置技術(shù)模式。
程積民進一步解釋到，對原植被結(jié)合封禁措施，根據(jù)不同坡度采用水平階、水平溝或魚鱗坑等工程整地方法，集蓄地表徑流，適度培植灌木，灌(檸條)草(天然草地)配置以3∶7為宜。據(jù)悉，相關(guān)成果在寧夏、陜西、甘肅等地推廣應(yīng)用面積150萬畝以上。
研究表明，檸條灌木林土壤細菌群落多樣性最高，其他依次為封禁草地、人工苜蓿地、放牧草地。“在人工灌木林建設(shè)中，檸條灌木是最佳的選擇物種。”程積民總結(jié)道。
此外，基于細菌群落多樣性和區(qū)系組成，程積民團隊提出了封禁措施是提高半干旱地區(qū)退化草地和棄耕地土壤細菌多樣性最有效的方法。
土壤樣品保存庫
構(gòu)建刈割與放牧管理技術(shù)體系
事實上，長期封山禁牧，枯草層增厚直接抑制草地自然更新，減少草地物種多樣性，降低牧草質(zhì)量，程積民認為合理放牧和適度刈割可保持草地穩(wěn)定生產(chǎn)力及遺傳多樣性。
程積民團隊在揭示恢復(fù)草地合理刈割與放牧利用的演替規(guī)律的基礎(chǔ)上，結(jié)合區(qū)域畜牧業(yè)發(fā)展與恢復(fù)草地利用矛盾突出的問題，進一步規(guī)范化管理恢復(fù)草地，提出了恢復(fù)草地適度利用的時間閾值和全面管理的調(diào)控技術(shù)。
程積民介紹，在典型草原地帶輕度退化草地封禁5～8年、重度退化草地封禁10～15年后，均可合理刈割或放牧利用，適宜刈割頻度為每兩年一次，刈割時間為9月份。
當草地植被覆蓋度在70%以上時可進行放牧，放牧強度和頻度為每公頃三只羊，每年夏秋季節(jié)放牧，通過合理利用調(diào)節(jié)了草地與牧草生長發(fā)育及草地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能之間的后補效應(yīng)，實現(xiàn)了生態(tài)與生產(chǎn)雙贏。
此外，結(jié)合生態(tài)文明建設(shè)和農(nóng)村土地結(jié)構(gòu)調(diào)整，大面積邊遠及退耕坡地和鹽堿灘地，不宜農(nóng)作物種植，但具有發(fā)展人工草地的優(yōu)勢。該團隊開展了以苜蓿、冬牧七十、燕麥和玉米為主的人工草地和飼料基地建設(shè)，推行“政府+科技+企業(yè)+農(nóng)戶”的運作模式。
在人工草地建設(shè)上，程積民介紹，在國內(nèi)率先實施兩大關(guān)鍵技術(shù)，即改春播為秋播、改條播為撒播，同時提出五種糧草輪作種植模式，并首次提出退耕地苜蓿刈割后茬保膘型放牧利用關(guān)鍵技術(shù)。
目前，程積民團隊已在寧夏南部、陜西黃河鹽堿灘地等開展了以苜蓿為主集中連片大面積生產(chǎn)種植。從品種選擇、整地種植、田間管理、刈割晾曬、打捆運輸、儲存銷售等環(huán)節(jié)已經(jīng)全面實現(xiàn)機械化作業(yè)，并形成了一整套人工草地優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)栽培技術(shù)體系，“可為寧夏、陜西乃至我國西部大面積退耕坡地和鹽堿地的全面治理提供成熟的技術(shù)體系?！背谭e民告訴記者。
通過多年天然草地恢復(fù)和人工草地建設(shè)利用定位試驗研究，程積民還率先提出半干旱區(qū)畜牧業(yè)發(fā)展應(yīng)走“放牧與舍飼”相結(jié)合的道路，在合理利用封禁恢復(fù)草地和人工草地、充分開發(fā)作物秸稈及農(nóng)副產(chǎn)品剩余物的基礎(chǔ)上，實施5：2：2：1的飼草科學(xué)配置養(yǎng)殖模式。
在舍飼養(yǎng)殖中，程積民首次飼用從優(yōu)質(zhì)牧草菊苣中研發(fā)出的綠色添加劑，改變了過去飼養(yǎng)管理粗放，經(jīng)營方式落后的小規(guī)模及封閉式經(jīng)營的養(yǎng)殖業(yè)，使養(yǎng)殖出欄的胴體羊飼養(yǎng)周期短、飼料消耗少、市場競爭力強。
據(jù)介紹，在50個鄉(xiāng)村23萬戶示范推廣，戶均養(yǎng)殖規(guī)模20只羊、5頭牛，每年出欄率維持在10～15只羊單位，戶均養(yǎng)殖收入占總收入的48%以上。
指導(dǎo)企業(yè)和農(nóng)戶養(yǎng)殖
“從理論和實踐上系統(tǒng)解決了國家及地方封山禁牧后舍飼養(yǎng)殖中存在的羊只疾病多、肉質(zhì)差和出欄率低以及長期封禁不利于草地自然更新和持續(xù)發(fā)展等關(guān)鍵技術(shù)問題?！背谭e民表示，從而突出了區(qū)域草畜特色，促進了優(yōu)質(zhì)畜產(chǎn)品基地建設(shè)和農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展。
據(jù)悉，程積民團隊相關(guān)研究成果獲省部級科技進步獎一、二等獎5項，出版專著20多部，發(fā)表論文219篇，其中SCI 收錄56篇，獲專利7項；成果建議被有關(guān)政府決策管理部門采納，并為國家退耕還林草工程持續(xù)實施提供了科學(xué)依據(jù)。(來源：科學(xué)網(wǎng) 秦志偉)
編輯：王樹谷
