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丁勇等:加快草原科技創新助力山水林田湖草共同體建設

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  創新決勝未來。黨的十九大以來,加強生態文明建設和山水林田湖草是一個生命共同體的理念深得中央高度重視,深入人心。隨著鄉村振興戰略的全面實施,草原發展進入了新時代,這既是加快草原生態保護建設的重要機遇期,也是推進草原生態環境實現整體好轉的攻堅期,我們既面臨著千載難逢的曆史機遇,又面臨著推動“三生”融合的嚴峻挑戰,必須立足草原及牧區實際,堅持科學發展,大力推進草原科技進步,堅定做好草原衛士的決心,堅決保障成果供給與技術服務,集中力量解決草原與牧區振興的突出矛盾和瓶頸問題,強有力支撐草原牧區生態文明水平大幅提高,綠色與可持續發展能力整體提升。

  一、我國草原生態保護建設現狀與問題

  (一)我國草原資源豐富,生態功能突出且不可替代

  我國是一個草原資源大國。全國擁有各類天然草原(典型草原、高寒草原、荒漠草原、草甸草原等)面積近60億畝,占國土面積的41.7%,是農田面積的3.3倍,是森林面積的1.5倍,成爲全國面積最大的陸地生態系統。從地理分布上來看,我國北方草原面積最大,占全國草原總面積的41%,青藏高原草原占38%,南方草原占21%。其中,傳統牧區草原以集中連片的天然草原爲主,主要分布在西藏、內蒙古、新疆、青海、四川、甘肅等6省(區),這六大牧區省份草原面積共2.93億公頃,約占全國草原面積的3/4。此外,我國南方地區草原以草山、草坡爲主,大多分布在山地和丘陵區。

  我國草原承載著三大重要功能。一是“生態功能”,草原作爲我國最大的陸地生態屏障,承擔著養蓄江河源頭、保持水土、防風固沙、保護生物多樣性、維護生態平衡等重要作用,草原生態的破壞,危害的不僅僅是草原區的局部空間利益,它還會向鄰近地區和更遠地區擴散和遷移;二是“生産功能”,從經濟意義上來說,草原能夠提供飼料與食物生産,人類除在草原上通過漁獵、采集獲得野生動物性和植物性食物外,還通過牧養家畜獲得大量優質的動物性食物,我國有數百萬農牧民以草原爲基本生存資源,草原資源是我國草原畜牧業生産的重要物質基礎,家畜飼養達到2.51億個羊單位,另外,草原還爲醫藥、材料、農作物和家養動物品種的培育提供重要的生物資源和基因資源;三是“文化功能”,草原是草原文化的搖籃,草原文化是中華民族文化的重要組成部分,在長期和草原打交道的過程中,以及在人與自然相互調試的過程中,草原上的各民族形成了適應當地生態環境的知識和文化,這些知識和文化在維持自然生態系統完整性和人類可持續發展方面起到重要作用。

  (二)草原退化的基本面沒有改變,生態保護任務依然嚴峻

  由于長期的不合理利用,加之氣候變化的影響,我們面臨著草原大面積退化,治理成本高、施策效果緩慢的棘手難題。

  第一,草原退化形勢依然嚴峻。由于20世紀60年代後期以來,我國草原牧區人口大量增長,對草地的利用強度不斷增加,到80年代中期,全國中度、重度退化草場面積達866.7萬公頃。至90年代,90%的草原發生不同程度的退化。總體上,我國草原退化的表現主要是退化面積大,退化趨勢難以遏制,沙化與鹽堿化程度深,生物多樣性銳減,土壤養分流失加劇等。近年來,國家實施了一系列的生態保護工程和政策,如退耕還林還草工程、京津風沙源草地治理、西南岩溶地區草地治理、草原生態保護補助獎勵機制等,草原生態整體惡化的趨勢得到有效遏制,但是,草原整體退化的局面還沒有得到根本扭轉,草原生態質量仍相對較差。

  第二,草原退化区域性特征复杂。我国草原面积广袤,不同地区水热状况、植被组成、土壤类型有着较大差别。其中,以内蒙古草原为主体的北方温性草原降水相对稀少,在300 mm左右,长期以来超载过牧与草原退化形势严峻;以甘宁草原为主体的黄土高原草原面临的主要问题是土壤沙化;以新疆为主体的山地草原主要受地形影响,垂直地带性显著,与森林、农田、荒漠等生态系统耦合效应突出;以青海、西藏为主体的青藏高原草原受海拔影响热量限制性明显,其退化主要表现为“黑土滩”;以云贵川黔草山草坡为主体的南方草原退化最主要的特征是石漠化。因此,要实现草原治理因地制宜、分区施策,对技术的精准性与有效性提出了更高要求。

  第三,超載過牧仍是威脅草原資源和生態保護成果的關鍵。根據曆年全國草原監測報告數據顯示,我國第一輪草原生態保護補助獎勵政策落實的前三年,全國重點牧區家畜超載率從30.0%下降到16.8%,年均減少4.4個百分點,但從2014年開始,全國牧區超載率年均降低速度顯著減緩,年均降低僅1.47個百分點,草原超載區減畜的任務依然艱巨,減畜的難度不斷增大,當前百分之十幾的超載率仍會加劇草地退化的程度,抑或對草原恢複和保護的成效帶來威脅。因此,運用科技推動草原畜牧業生産提質節本增效,可能是有效解決草畜矛盾、促進草原資源和生態保護的重要途徑。

  二、新時代草原生態保護建設的重要地位和科技需求

  (一)草原資源和生態保護已成爲國家重大需求與千年大計

  十八大以來,“草”在國家自然資源和生態保護中的地位及重要性空前提升,草原保護和建設步入新階段,迎來新機遇。中央和各部委十分重視推進草原保護建設工作。2015年,黨中央、國務院印發了《關于加快推進生態文明建設的意見》和《生態文明體制改革總體方案》;2016年,國務院印發了《“十三五”生態環境保護規劃》和《關于全民所有自然資源資産有償使用制度改革的指導意見》,國務院辦公廳印發了《關于健全生態保護補償機制的意見》等。按照黨中央、國務院部署要求,發展改革委會同主要相關部(局)等印發了《耕地草原河湖休養生息規劃(2016—2030年)》,農業農村部印發了《關于促進草牧業發展的意見》、《推進草原保護制度建設工作方案》、《全國草原保護建設利用“十三五”規劃》等一系列重要的指導性文件,並且繼續下大力度實施草原生態保護補助獎勵機制,保障和推動了草原資源和生態保護工作的高效有序進行。

  十九大報告又做出了“加快生態文明體制改革、建設美麗中國”的新部署和新要求,將統籌“山水林田湖草”系統治理,作爲新時代中國特色社會主義基本方略,草原作爲重要的生態資産與生産資源,要求必須堅定不移地貫徹中央關于生態文明建設和農業供給側結構性改革的決策部署,遵循“創新、協調、綠色、開放、共享”的發展理念,堅持“生産生態有機結合、生態優先”的基本方針,以做好草原資源和生態保護的持久戰、攻堅戰。

  2018年12月3日,習近平總書記又對三北地區生態建設又做出重要指示,強調三北工程建設是同我國改革開放一起實施的重大生態工程,是生態文明建設的一個重要標志性工程,經過40年不懈努力,工程建設取得巨大生態、經濟、社會效益,成爲全球生態治理的成功典範。當前,三北地區生態依然脆弱,繼續推進三北工程建設不僅有利于區域可持續發展,也有利于中華民族永續發展。要堅持久久爲功,持續不懈推進三北工程建設,不斷提升林草資源總量和質量,持續改善三北地區生態環境,鞏固和發展祖國北疆綠色生態屏障,爲建設美麗中國做出新的更大的貢獻。

  (二)提升科技支撐能力是解決草原資源和生態保護的關鍵

  草原保護面臨地緣廣袤突出、問題複雜、科技貢獻率低等諸多挑戰,加強科技支撐能力,是未來相當長的一段曆史時期內的一項重要工作,緊迫而艱巨。草原資源和生態的保護與建設必須建立在對生態系統科學現象的清楚認識,以及對生態系統運行規律的准確把握的基礎上,予以精准施策,方能事半功倍。雖然自上世紀50年代開始,在草原科學研究領域就有學者開始關注草原退化與生態保護問題,但是,直至今日我國草原(草業)科技貢獻率不足30%(國外草業科技貢獻率已經達到70%以上,我國農業科技貢獻率總體達到56%),科技支撐能力提升任務緊迫而艱巨。

  首先,草原生態和生産功能發揮的關鍵機制還沒有徹底弄清,基礎研究薄弱。在過去幾十年裏,國家在草原基礎科學研究方面的投入相對較少,缺乏規模、持續的項目和經費支持,導致研究方向相對分散,研究深度不足,難以引領國際草原科學研究前沿。如國家重點基礎研究發展計劃(973計劃)至今僅在農業領域支持開展了6個項目的攻關研究,不足以支持開展系統、全面而深入地研究,以解答草原科學領域的一些重大基本科學問題,致使我國草原科學研究一直跟跑國際風向,且與我國農業科學研究水平相相差甚遠,亟待進一步加強。

  其次,草原資源和生態保護的重大技術創制缺乏突破性成果,轉化率低。自上世紀90年代至今,我國草原領域的重大技術成果非常少,以國家科技進步獎爲例,40年來僅有4項與草原資源和生態保護有關的重大成果獲二等獎(中國北方草地草畜平衡動態監測(1997);中國北方草地退化與恢複機制及其健康評價(2008);三江源區草地生態恢複及可持續管理技術創新和應用(2016);青藏高原特色牧草種質資源挖掘與育種應用(2017)),且這些成果受局域適用性限制,對破解我國大範圍草原資源和生態保護的多維度難題的指導性和可借鑒性有限,尤其面臨我國大面積退化草原修複治理緊迫性增強、區域草原生態與經濟協調性要求提高等形勢,草原科技亟待有所發展和創新。

  第三,草原資源和生態保護的成功模式短缺,示範推廣難度大。新時期草原保護要求從資源、生態、經濟、環境等多維度破題立新。長期以來,我國草原科技發展多偏重于基礎理論的研究與技術的創制,技術集成與模式優選未能實現同步發展,加之,我國草原地域廣類型複雜,資源本底、生態狀況、退化驅動力、生態破壞後果等不盡相同,基于關鍵技術的創制與多元技術的集成,以及成功模式的構建與區域示範推廣,是推進草原保護工作可仿可效,降低重大工程探索成本與投資風險的一項十分必要的前期研究工作。

  三、政策建議

  (一)加大科技投入,補齊草原保護研究短板

  我国草原科技贡献率远低于农业同期水平,更与国外发达国家相距甚远,其中,草原科技投入低、科技支撑能力薄弱是制约我国草原资源和生态保护的重要瓶颈。总的来看,国家急需通过几种途径加大对草原科技投入:一是,通过科技计划(专项、基金等)对符合条件的草原科研活动进行支持,迄今,我国尚未在草原领域布置国家重点研发计划专项,仅在“典型脆弱生态修复与保护研究”重点专项中设立了3个涉草项目,仅为同期林业项目数的11.3%,此外,国家自然科学基金在草地科学领域年资助约60项,经费约2600万元(含面上基金、青年基金等),资助强度仅为种植业、畜牧业、林业的约6%、7%、11%,这与草原在保障我国生态安全和食物安全的重要战略地位不相匹配。二是,通过专项资金对以产业为主线构建现代产业技术体系进行支持,目前仅仅对牧草生产为主的草产业有一定支持,忽略了草原生态产业。三是,通过基本运行经费、基本科研业务费等对草原科研院所改善科研基础条件、开展自主研究等进行支持,中國農業科學院草原研究所是我国草原研究领域唯一的国家级研究与科技支撑机构,在新时期草原科技需求日益剧增的背景下,亟需大幅提升自身基础条件,以适应草原科技创新的新任务和新要求。四是,通过专项转移支付、科技成果转化资金等,提升区域科技创新能力,改善区域草原科技创新条件,加强草原科技创新支撑平台和服务体系建设,推动草原科技成果转移转化。

  (二)加強基地建設,打造草原科技創新舞台

  包含重點實驗室、工程中心、科技資源共享服務平台、野外科學觀測站等在內的創新基地是科技創新的基礎條件。長期以來,草原科技創新基地建設薄弱,目前,面向草原生産領域,僅有1家國家重點實驗室(草地農業生態系統國家重點實驗室,挂靠蘭州大學),雖然建設了內蒙古呼倫貝爾草原生態系統國家野外科學觀測研究站等野外試驗站等,但功能比較單一,缺乏綜合試驗基地。近期,爲落實《國家創新驅動發展戰略綱要》和《“十三五”國家科技創新規劃》有關要求,科技部會同財政部、國家發展改革委制定了《國家科技創新基地優化整合方案》,提出優化調整國家重點實驗室,整合組建國家工程研究中心,布局建設國家技術創新中心,優化調整國家科技資源共享服務平台,優化調整國家野外科學觀測研究站等方面的整合辦法。因此建議應盡快完善草原科技創新體系建設,面向草原資源與生態保護領域布局國家重點實驗室,組建草原生態保護國家技術創新中心,建立國家草原科學數據共享中心,完善國家野外科學觀測研究站的在草原典型領域、典型生態系統的科學布局。

  (三)加快草原科學研究隊伍建設

  科研水平決定了一個國家的發展水平和綜合能力,而人才隊伍建設是科研單位提高科研能力與業務水平的關鍵因素。目前,草原科學研究基礎薄弱,從事草原科學研究的單位普遍存在人才結構配置不合理、人才隊伍工作機制不完善、建設投入不足等問題,比如,本領域高層次人才嚴重缺乏,僅有中國工程院院士2人,中國科學院院士、國家傑出青年基金獲得者目前仍爲空白,國家重大計劃項目(973計劃、國家重點研發計劃)首席科學家或重大項目負責人全國不足10人,人才短缺從根本上影響了國家對新時代草原工作者的需求。針對人才隊伍中存在的問題,結合今後科研工作的需要,需要著重開展以下幾項工作。一是,要優化草原人才隊伍建設,依據現有的科研工作及未來的科研發展,明確所需的人才及其結構,制定詳細的人才隊伍建設計劃,評估現有的人才隊伍的層次,提出合理的人才培育與引進計劃,以優化人才隊伍結構,滿足未來科研工作的發展需要。二是,通過重大科研項目培養和提升草原科技領軍人才,利用重大項目資源聚集國內外知名專家學者投入到我國草原科學研究中來,推動組建並形成一支具有世界一流研究水平的穩定的人才團隊。

  (四)啓動實施國家草原科技創新重大專項(工程)

  聚焦草原資源和生態保護的科技需求,堅持“三個面向”(面向世界農業科技前沿、面向國家重大需求、面向現代農業建設主戰場)目標要求,從領跑前沿基礎理論、突破核心關鍵技術和加強技術集成與示範等方面,盡快啓動實施國家草原科技創新重大專項(工程),重點開展:

  1、基礎前沿研究

  (1)草原生物多樣性維持與生態系統功能提升的關鍵機制

  草原多能級生物多樣性維持是提升生態系統穩定性與功能的關鍵。圍繞生物多樣性對生態系統功能維持的機理,重點研究草原植物物種多樣性、功能多樣性、譜系發育多樣性與生態系統多功能性之間的關系;研究草原跨營養級生物多樣性之間的關聯性與互作效應;研究多營養級生物多樣性對生態系統穩定性及生態系統功能的作用;研究維持與提升生態系統生物多樣性及其功能的機制。

  (2)草原土壤肥力維持與提升的關鍵機制

  有效改善退化草原微環境限制是草原土壤肥力提升與提高草原生産力的重要途徑。圍繞草原土壤系統理化性狀優化及各要素之間的互作機理,重點研究氮磷等重要元素轉化的生態學過程及影響因素;研究土壤物理性狀對養分效率的作用;研究關鍵微生物在氮磷活化過程中的作用;研究土壤各養分元素的補償性及限制性機理。

  (3)草原關鍵生態草環境適應的生物學機制

  草原關鍵生態草是維持草原生態與生産功能的關鍵。圍繞草原主要生態草如羊草、針茅、嵩草等,重點研究植物系統發育、地理分布及時空演變過程;研究關鍵生態草基因多樣性與其生態適應性的關系;研究多逆境脅迫下植物表型可塑性與適應進化;研究關鍵生態草對氣候變化的響應及適應機制。

  (4)草原植被對土壤系統的反饋機制

  厘清植物和土壤的互作機理是調控優化草原土-草系統的關鍵依據。圍繞草原生態系統的土-草界面,重點研究土壤-植物化學計量特征及其關聯機理;研究土壤元素限制對植物化學計量特征的影響;研究關鍵土壤微生物在維持土壤養分均衡中的作用;研究植物生長對土壤養分反饋效應及作用機理。

  2、關鍵技術創制

  (5)退化草原植被系統修複與重構的關鍵技術

  針對過度放牧利用造成的天然草原植被退化與生物多樣性衰減等問題,圍繞植被系統的修複與重構,重點研究提升免耕補播提高種子發芽率與保苗技術;創制草原植物多樣性與群落穩定性的調控技術;研制嚴重退化區和退耕區放牧型混播草地建植技術;研發退化草原灌木、半灌木和毒雜草的防控技術。

  (6)草原土壤肥力維持與功能提升關鍵技術

  針對天然草原土壤養分貧瘠與生産性能低等問題,圍繞提高草原土壤肥力以提高草原生産力爲目標,重點創制地表與地下聯合施肥技術;研制優化與改良土壤物理性狀的技術;研發微生物肥料改良土壤技術;創建保水提肥技術。

  (7)草原信息化管理與智慧牧場建設技術

  爲了提升牧場現代化水平,實現實時監測與精准管理,提高生産效率,圍繞家庭牧場基本單元,重點創制草地生態系統監測系統;研制畜群跟蹤定位與軌迹分析系統;建立生産要素的動態監測與自動化決策系統;研發家庭牧場全方位遠程監控技術。

  (8)草原生物和非生物災害精准監測與預警關鍵技術

  針對我國草原地區自然災害發生頻次高、危害大、非線性和不確定性等特點,圍繞草原生物與非生物災害,重點開發不同災害類型的高准確率監測預警關鍵技術;研發GIS的草原生物災害對預警監測系統;建立草原重大自然災害預警模型;研發草原災害監測、災後評估關鍵技術與應急調度模型。

  (9)草畜平衡與草原生態經濟耦合關鍵技術

  草畜平衡與生態-經濟均衡是實現草原可持續利用的關鍵,圍繞草畜系統和區域生態經濟系統,重點開發家畜營養需求與草地營養供給平衡調控技術;放牧家畜品質提升與節本增效技術;研究並建立不同類型草地生態區的合理放牧制度;牧區半牧區農牧資源耦合技術。

  (10)多尺度草原生態資産核算業務化與生態補償技術

  針對目前草地生態價值難以體現,草地生態補償標准依據不足的問題,重點研制草原生態資産核算的方法體系;研發草原資産價值評估及貨幣化技術;放牧生態系統生態生産成本核算及優化放牧調控技術;研究草原生態保護的生態補償標准核算技術。

  3、集成轉化示範

  (11)蒙甘甯草原生態保護關鍵技術集成與示範

  覆蓋範圍包括內蒙古、甘肅、甯夏等地區。圍繞退化草原治理與草地資源合理利用,重點建立退化天然草地恢複改良及合理利用技術集成模式與示範;開展草原保護性利用與土壤恢複治理技術集成與示範;開展草原草畜資源優化配置調控技術集成與示範;建設數字牧場高效生産數字信息化管理關鍵技術的應用與示範;開展草地重大病蟲鼠害可持續防控技術配套與示範;集成建立生態保護效果評價方法、技術體系及補償標准的示範區;因地制宜發展以地方牛羊馬品種爲主的草原生態經濟耦合模式,建立核心示範區。

  (12)新疆山地草原生態保護關鍵技術集成與示範

  新疆農牧資源豐富,空間配置優勢明顯,傳統畜牧業與鄉土文化極具特色。依據草原資源優勢與現狀,重點開展山地草原退化治理技術集成與示範;開展山地草原合理放牧調控技術集成推廣與示範;開展山地草原畜牧業與綠洲農業耦合模式推廣與示範;開展退棉地節水混播生態草地建植與合理利用關鍵技術集成與示範;依托本地草原與文化資源,構建新疆特色旅遊産業發展模式與示範;因地制宜發展以馬、細毛羊爲主的山地草原草牧業配套關鍵技術及模式,建立核心示範區。

  (13)青藏高原草原生態保護關鍵技術集成與示範

  青藏高原主要包括青海、西藏及川西北高寒草甸草原地區,“黑土灘”是全球草地生態系統退化行爲在青藏高原的特殊表現形式。針對黑土灘生態恢複,重點開展黑土灘治理的“分區-分類-分級-分段”的技術集成與示範;研究更多植物物種組合的混合群落構建技術並在“黑土灘”治理中推廣;研發啓動和引導黑土灘人工草地自我恢複技術及近自然恢複模式的推廣應用;因地制宜發展以牦牛爲主的草原畜牧業生産及相關生態保護技術,並建立核心示範區。

  (14)雲貴川黔草山草坡保護關鍵技術集成與示範

  覆蓋範圍包括四川西南部、貴州、雲南等地區。石漠化水土綜合整治與山地混農林業耦合是該區域生態保護的重點。圍繞石漠化和草牧業發展,重點開展石漠化草地修複治理的技術集成及示範;開展林下草地資源的保護利用技術集成及示範;研究糧-草資源優化配置技術並集成與示範;研究草山草坡水土漏失阻控與草地生産力改良提升技術並集成與示範;研究草山草坡合理利用與草畜平衡調控技術並示範;因地制宜發展以肉牛、山羊(雲嶺黑山羊、波爾山羊等)爲主的西南山原地區草原生態與經濟系統的耦合模式,並建立核心示範區。

  (作者系中國農業科學院草原研究所草原生态保护与恢复创新团队成员丁勇、李西良和王珍)

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