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草原是人类的保障

已有 10259 次阅读 2008-4-19 20:22 |个人分类:未分类

                                                                           草原是人类生存的保障 
                                                               陈佐忠(中国科学院植物研究所,北京100093) 

        在很长一段时间里,草都与贬义词相联系,而一提到草原就只知道它是生产肉奶皮毛的地方,是荒凉、是人迹罕至之所在,只知道草原经济功能的一方面。实际上,草是地球的保护层,地球上草被层的变化,记载着人与自然关系的发展和变化。翦伯赞有诗云:“久矣羲皇成邃古,天留草味纪洪荒”。事实上,我们的人类,是从吃草开始告别蒙昧的。我们民族古老的典籍中就记载有“神农嚐百草,而后知五谷可食”的说法。我们汉字中有许多描写美好事物的字以及与衣食住行有关的字都以草为头,与草有关,就连中华的华,在繁体字中,也是以草为头。这在一定程度上表明了我们民族对草的崇拜。而草原的功能也不仅仅是生产肉奶皮毛经济功能的一面,它有许多功能,其生态功能尤其为人们所重视。 
草原的生态功能可以归纳为五个方面,即生态屏障、能量固定、碳库、生物基因库与土壤形成等。 
(一)草原是重要的绿色生态屏障,在维护我国生态安全中有重要作用。 
草原占我国国土面积的41.7%,也就是说我国960万平方公里的土地上,有41.7%的地面被草原植被覆盖着。其中内蒙古、西藏两自治区,草原面积占土地面积的68.8%和68.1%,宁夏和青海分别占58.19%和51.36%。在如此大比例的国土上,是草原植被保护着国土的生态安全,是草原植被构成了我国重要的绿色生态屏障。在干旱半干旱半湿润地区,我国从东北平原经内蒙古高原、黄土高原到新疆山地以及青藏高原,是草原植被成为这一大片国土的绿色生态屏障的主体。没有草原植被,就没有这大片国土的生态安全,即使草原植被的破坏,也会威胁着这大片国土的安全。就全国而言,即使在森林地区,在城市和农村每一个地方,草地植被在维护生态安全,也起着重要的作用,扮演着特殊的角色。草地植被这种特殊的作用,与其特殊生态功能有关。这种功能主要体现在草本植物的固土作用。草原植物都是低位芽植物,紧贴地面生长,能很好覆盖地面。一般具有很好的旱生结构,如叶面积缩小,叶片内卷,气孔下陷,机械组织与保护组织发达,多数草原植物可形成密丛,基部常被宿存的枯叶鞘所包围,既可抵御夏季的高温,又能保护更新芽度过漫长而寒冷的冬天。部分草原植物靠根茎进行繁殖,根茎生长快,分蘖力强,且根茎先端尖锐,能穿过紧实的土壤,迅速占据地上空间。因之地上部分草本植被可较快的覆盖地表。这种地上部分的覆盖作用对于减少地表径流,防止风蚀,保持水土,维护生态环境有重要作用。实验表明,风蚀量的大小,风蚀临界风速的高低与植被盖度关系极大。当植被盖度在69.7%时,风蚀临界风速为10.23米/秒,风蚀量0.14kg,而植被盖度只有10.8%时,风蚀临界风速降低到7.84米/秒,风蚀量达到4.56kg。草原植被地下部分特别强大的固土作用与其根系类型特点有关。草原植物根量大,根分布浅,细根比例大是草原植被根系的重要特点,这一特点对于固土作用十分重要。根据研究,草甸草原0——100cm根系总量为2600.8g/m2,其中粗根,即根径>1.0mm为481.0g/m2,占总根量的18.49%,而根径小于1.0mm中根与细根总量占81.51%。地下部分根系重量是地上部分的14.9倍。而木本植物为主的森林植物群落,其根系直径小于或等于1mm的细根量很少,固土能力较弱。因为只有那些根系直径小于或等于1mm的细根,才在固土中起主要作用,才具有较强的抗侵蚀能力。草原植被的地上覆盖作用与地下部分强大固土作用,才充分显示其重要的生态功能。这一功能在1998年以后更加引起人们的关注。而这与1998年我国一些严重生态环境的问题的频发不无关系。如沙尘暴、长江流域水灾与城市空气污染等问题。这些问题的解决,都与草、草地有关。 
沙尘暴与草原生态功能 1993年以来,我国连续多次发生沙尘暴。2006年4,16—17发生的沙尘暴给我们印象极其深刻。那次沙尘暴,在北京城区下了33万吨土。这使我们想起了发生在20世纪30年代美国的黑风暴和发生在20世纪50年代苏联的黑风暴。1934年5月12日,在加拿大西部和美国西部的草原区也发生了震惊世界的特大沙尘暴,这次沙尘暴涉及东西长2400km,南北宽400km,几乎横扫美国的2/3领土。从西海岸到东海岸,刮起了约3亿t表土,其直接后果使美国冬小麦严重减产,比过去10年减少51亿kg,美国这次黑风暴主要是美国对半干旱草原植被的破坏,是大量开垦草原为农田的结果。自那以后,美国人聪明起来了,对草原加以保护,严禁开垦,取得了进展,此后多年没有再发生类似的事件。我们分析一下在我国甘肃、新疆、内蒙古近几年来所频繁发生的沙尘暴,其原因主要与大气环流、气候条件即强风有关,也与下垫面即地形条件有关,但同时与这些地区不合理的频繁的人类活动,使以草地植被为主的植被破坏有关。而防止沙尘暴的发生,大气环流是我们无力改变的,但如能实施荒漠化治理草地生态工程,制止盲目开垦,严格控制载畜量、严禁过牧超载,建立一定面积人工草地,进行退化草地改良,变传统、粗放牧牧业为现代集约化牧业等等,把沙源减少到最低限度,则沙尘暴的发生可以减小到最低。沙尘暴的发生与草原退化有关。长江洪灾的发生与长江源头草地生态功能也有一定关系。 
1998年7月,长江流域发生特大洪灾,它牵动着每一个中华民族儿女的心。这次洪灾影响之广,损失之大是罕见的,据不完全统计,这场洪灾造成的直接损失高达1160亿元,死亡数千人。上百万人失去家园,数千万亩农田减产或绝收,对全国经济发展造成了严重影响。这场洪灾的发生,其主要原因是气候因素即降水有关,但造成如此大的灾害,也与长江源头及中游地区草地植被破坏、草地生态系统退化、草地蓄水能力下降、水土流失严重有关。有资料表明,草地拦蓄径流和减少含沙量比林地分别高59%和89%,草地保持水土作用很大,在许多条件下比林要好,水土流失区多为荒山贫瘠山区,土层瘠薄,草更重要。长江黄河中上游流域面积251.6万km2,其中主要为天然草地植被所覆盖,据统计,草地面积达110.2km2,占流域总面积的43.79%。这些天然草地植被状况的好坏,在很大程度上决定了长江流域水土流失的状况。以长江黄河源头与上游而论,长江、黄河源头为青海省的玉树州、果洛州,长江上游四川省的甘孜州、阿坝州、西藏昌都地区东部、云南迪庆州,而黄河上游甘肃省的甘南州,这些地方属于青藏高原东部,平均海拔3500m以上,为高寒地区。其天然植被主要为高寒草地,其次为森林与农田。据调查,高寒草甸的面积为54.32万km2,占其流域总面积的70%。这些高寒草地主要是蒿草、金缕梅灌丛等高寒草甸与灌丛。这里本是草质柔软、营养丰富、具有高脂肪、高蛋白、高无氮浸出物和纤维素含量低、适口性好、耐牧性强的优良草场,可是随着载畜量的成倍增长,对高寒草甸生态系统缺乏科学的管理,从而导致草地生态系统的严重退化,产草量下降,草地植被盖度与株高都显著下降,鼠害严重。在青藏高原草地中的主要害鼠高原鼠兔、高原鼢鼠恶性发展。鼠害发生面积已占该区草地面积的13.64%,根据调查和估算,青藏高原有鼠兔12亿只,鼢鼠1.6亿只.害鼠不仅啃食消耗大量牧草,而且其啃食、挖掘作用,加剧了草地退化进程,从而形成大量寸草不生的“黑土滩”。这些严重退化的黑土滩,常常是达到地表裸露的地步,这更加剧了水土流失。据黄河吉迈水文站21年实测资料表明:多年平均径流量为38.6亿m3 年平均输沙量为105万t,长江源头与上游水土流失如此严重,长江中游及其各支流流经的四川盆地周围山区,黔北山区、湘西山地、陕南山地、鄂西山地等山地亦为次生草地与林区。长期以来,毁林毁草开荒,造成水土流失。正因为源头、上游、中游草地植被与林地的破坏,加剧了水土流失,长江的输沙量大量增加,这在一定程度上抬高了河床。据对城陵矶——河口235.6km河段1966-1986年的对比分析,20年来河道淤积了2亿m3的泥沙,平均河床抬高0.43m。正因为如此,泄洪能力大大降低。为此,我们认为在长江黄河源头实施草地恢复与建设生态工程十分重要。这一工程主要是治理草地退化,恢复草地植被,提高草地植被覆盖度;建立合理放牧制度,严禁超载与过牧;进行草地改良,严禁开荒种地,逐步实施退耕还草。变传统的粗放的草地经营管理制度为现代的集约的草地经营制度。 
不仅如此,我们生活城市的空气质量也与城市草地生态功能有关。我们还清楚的记得,临近1998年底,北京大气污染严重,空气质量受到人们的广泛注意,北京宣称“向大气污染宣战”,要采取“紧急措施”控制大气污染,并召开紧急动员大会,这是空前的事。因为据统计,在1998年的前50周内,市区空气污染指数4级周数已从1997年的14周增加到20周。1998年的9月25日、29日、30日这三天,在静风、闷热天气的作用下,不少行人感到眼干、嗓子痛、空气呛人。治理大气污染,提高空气质量不仅是单纯的环境问题,也是经济问题,与政治也有关系。我们今年要举办的奥运会,其三个理念之一是绿色奥运。如何保证北京空气的质量,就是人们十分关注的问题。我们知道,治理北京以及其他城市的空气污染,提高空气质量,要实行综合措施,即所谓从系统考虑。实施城市绿色草地生态工程是重要措施。实施绿色草地生态工程是说在我们长期以来以植树造林进行绿化这一认识前提下逐步提高对草地在绿化中地位与作用的认识,城市绿化,要植树,也要种草,要有乔木,也要有灌木与草,要有森林为主的公园,也要有以草为主要背景的公园。灌草要有适当的比例,要很好结合,各种不同类型与功能的草坪绿地要很好规划,因为草坪绿地以草为主,其功能不同于以森林为主的绿地。以草为主的草坪绿地对形成美丽的景观具有重要价值,在钢筋水泥建造的现代化城市里,大面积平整开阔的草坪,可以给人们一个通透辽阔的意境,那开阔的视野可以满足城市绿地空间公共性、开放性的需求,使劳累一天的人们感到心胸舒展、放松。而它与周围的建筑物相结合,通过强烈的对比,给人们以丰富的色彩感和愉悦感。草坪那柔软的触感和赏心悦目的色泽可以满足人们接近大自然的天性,而如果能够满足老人、儿童在草坪上漫步,则是任何一种园林植被都不能给予人们的人与自然融为一体的和谐与温馨。草坪所具有的独特的景观美学功能对人类来说是难以用金钱来衡量的。这就怪不得在经济发达的西方国家,草坪和草坪业得到极大发展。以美国而言,在20世纪40年代,由于美国经济的转型,即由生产型社会向消费性社会转型,美国文化与生活从强烈自制型向追逐休闲时光和拥有财富商品的方向转移。在这种转移的过程中,许多居民的房前屋后不在种植牧草或者蔬菜,而是种植草坪,1937年,全美国居民庭院草坪的花费为1亿美元,公墓的草坪1000万美元,高尔夫球场和其它体育场的草坪6500万美元。而到了20世纪下半叶,美国的草坪几乎遍及全国各地,从而成为美国社会各个阶层共同的文化景观。1994年,美国草坪业的产值达到450亿美元,是美国一个相当重要的产业部门。其实,在经济发达的西方国家,人们生活、生存和整个社会对草、草坪的依赖是非常突出的。他们早餐要喝牛奶,正餐离不开牛排,家家房前屋后种有草坪,下班之后的运动最喜欢高尔夫和足球,这一天到晚都离不开草、草坪和草业。所以我们能够理解在经济发达的西方国家以草为业的草业经济发达的原因和背景。城市发展草坪还有另外的作用,即对于节约水资源、创造节水城市以及水土保持方面具有特殊意义。在城市大大提高草坪绿地面积,对于减少总悬浮物和可吸入颗粒物的污染,提高空气质量具有很大意义。 
(二)能量固定 
草原植物作为草原生态系统的生产者,其重要功能是将太阳能从物理能转化为化学能,即能量的固定。我们知道,地球上所有的能量,不论是深埋地下的煤炭、石油、天然气,或者森林、草原、植被、粮食作物等等,都是直接或者间接植物固定太阳能的产品。即便是未来人类能源的解决,也都是依赖植物对太阳能的固定与转化。草原植物对太阳能的固定与转化,那是草原植物重要的生态功能之一。草原植物能固定多少太阳能呢?或者说太阳辐射到地球表面的能量,草原植物能利用多少呢? 
太阳辐射到地球表面的能量在不同的地方不同的季节会有一定的变化,但在热带一个没有云彩的白天,或者在温带的仲夏的一天,太阳辐射最大量可以达到2.9×107J(m2.d)。如此高的辐射能,植物能够利用多少呢?假如植物不受水、肥等因素的限制,达到植物最高的光合利用效率,也就是总辐射能的9%左右。这是为什么呢?这是因为太阳的总辐射能中,有55%左右是紫外与红外辐射的能量,植物真正能进行光合作用的辐射能,只占辐射能的40.5%,在这部分辐射能中还要除去非活性吸收与不稳定的中间产物,因之从理论上讲,植物最高的光合效率,约占总辐射能的9%。但在实际上,不同植物群落由总初级生产力换算而来的光能利用率远低于此值,玉米田不过1.6%。荒地只有1.2%。而在内蒙古草原,不同群落类型变化于0.49%---1。37%。这一结果一方面表明,采取不同措施,提高光能利用率,提高作物生产力,还有广阔前景,另一方面也说明,光能转化效率的提高,还受许多因素限制。 
(三)重要而巨大的碳库 
在目前已经开展的全球变化研究计划中,如国际地圈生物圈计划(IGBP)、国际水文因素计划(IHDP)、世界气候研究计划(WCRP)和生物多样性计划(DIVERSITES)等都把碳循环与温室气体的研究作为焦点之一。这主要是因为自20世纪末期以来,人类向大气中排放的温室气体所产生的温室效应导致了地表温度升高,其中CO2贡献最大,占70%,其次是CH4,占23%;另一方面,人们在研究全球碳平衡的过程中,“未知汇”(missing sink)问题长期困扰着研究人员。因为根据生态学主要碳循环模型的计算,人类每年向大气排放的CO2约7GtC,其中约有一半(3.2GtC)留存于大气中,2.0GtC由海洋吸收,其余的1.8GtC是目前尚未确定吸收汇的碳被称作“未知汇”,虽然不同的学者对这一数字的计算存在很大差异。但人们都认可有“未知汇”问题的存在。随着研究的深入,目前已经基本确定这部分汇存在于北半球陆地生物圈中,正因为如此,人们对草地在全球碳平衡中的作用予以极大的关注。草地是覆盖地球表面最重要的植被类型之一。而全球草地生态系统碳储量,约占陆地生态系统总碳储量的12.7%。草地生态系统高的碳储量及其分布的特点,表明草地生态系统中的碳作为重要而巨大碳库的价值与意义。无论在全世界或者我国而言,草地生态系统中的碳在碳循环中都占有重要的位置。不仅如此,草地生态系统还具有独特的生物地球化学过程,其碳素储量绝大部分集中于土壤中,其地上部分碳循环不仅速度快,而且向大气排放co2的作用明显,而其地下部分一般分解较慢,作为CO2的作用十分明显。因此,草地生态系统碳循环过程与机制的研究,对于阐明整个陆地生态系统碳循环的过程与机制具有十分重要的意义。 
(四)丰富的基因库 
基因资源是地球上最宝贵的财富,正是丰富的基因资源形成了生物种的多样性,草原是丰富的生物基因库。草原所具有丰富的生物基因,在历史上为解决人类的食物、药用植物、家畜品种作出了巨大的贡献。而其大量的具有多种抗逆性能的植物所具备的特殊基因,潜藏着未来为解决人类的健康、食物、能源等方面需求的可能与希望。 
人类历史上曾经有3000种左右的植物被用作为人类的食物,其中包括目前用途最广的谷类作物如:玉米、小麦、稻、大麦、谷子、糜子、黑麦、高粱等,全部都源自草地。绝大部分栽培优良的饲用植物品种,也都来自草地。不仅如此,草地还是有蹄类动物的故乡,目前几乎所有的家养草食家畜与禽类,如:马、牦牛、绵羊、山羊、骆驼、羊驼、驯鹿、鹿、猿、兔、鹅、鸵鸟等也都原产于草地。辽阔的草原,其中有相当一部分面积其生态与环境条件的严酷,是其它类型生态系统所不具备的,在那样一个严酷生态与环境条件下生存、发展与繁衍的植物,必须具有特殊的遗传基因,而把这些基因分离出来,并用植物基因工程的手段导入其它作物,对于培育新型的作物具有特别重要的意义与很大的潜力。特别在未来全球变暖、水资源匮乏、环境污染以及病虫害发展的大背景下,去发现抗旱基因、耐盐基因、抗病虫基因、积累重金属元素的基因等等都有可能从草原植物中寻找。目前,已经有了很好的进展。有科学家从碱蓬中克隆出一个耐盐的关键基因,并导入作物中,从而培育出新型的耐盐作物,预计能够在1/2海水含量浇灌条件下完成生活史;还有的科学家把紫花苜蓿的一种基因转移到马铃薯中,使马铃薯具有抗黄萎病的能力。在北京,有的科学家针对冷季型草坪草绿期较短、枯黄期较长的问题,从一种耐旱植物中,克隆出一种关键基因,对改善冷季型草坪草的绿期有一定意义。我们可以预计,生长在严酷生态环境条件下的草原植物,其特殊遗传基因的研究,具有其广阔的前景。 
(五)草原植被丰富了地球表面土壤形成的格局和模式 
第三纪末形成的草本植被,大大改变了地球表面土壤形成的格局和模式。这种草本植物覆盖下的成土作用称之为生草成土过程。我国的草原则出现于新第三纪期间,其间在欧亚大陆,特别是我国及其临近地区,许多巨大的山系和高原隆升,海水消退。北部的气候逐渐转凉而干燥,草本植物数量大大增加,西北开始出现草原并向华北、东北扩展。草原土壤逐步形成。草本植物以其特殊的结构、生物量、分布及其成分,丰富了地球表面的土壤类型。草本植被下的土壤具有与森林植被下土壤不同的物理、化学、生物学性状与剖面构造和剖面形态特征。如果我们把草地的概念加以延伸,经济功能、社会功能同样十分重要。 
草地这些生态功能的发挥和发展,对于我国生态环境的改善,人们生活质量的提高,我国生态整体的安全,都具有重要的意义。小草要发挥大作用,形成大产业,作出大贡献。 
2008,4.19 
 

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1 高建国

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