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任继周: 栽培草地与食物安全

作者:沈禹颖1、杨轩1、李向林2、任继周1    发布时间:2016-9-7

导读:  任继周,中国工程院院士,教授,博士生导师。兰州大学草地农业科技学院名誉院长、草地农业生态系统国家重点实验室学术委员会委员、中国草学会首席顾问。主要学术成就为建立了我国高山草原改良利用的理论体系和技术措施,提出草原综合顺序分类法、草原季节畜牧业、草地农业系统理论、畜产品单位,开展草坪应用研究等。主持完成的科研项目先后获国家科技进步二等奖一项、三等奖两项、省部级科技进步一等奖两项等多项奖励。1991年被评选为国家有突出贡献的优秀专家,1999年获何梁何利基金科学与技术进步奖,2000年被国家授予全国农业科技先进工作者等。新西兰梅西大学出资设有任继周教授奖学金,专门用以资助中、新两国农业领域内学者、学生的交流。

任继周院士

 

沈禹颖,博士,草业科学博士生导师,现任兰州大学草地农业科技学院副院长,中国草学会草地生态专业委员会主任委员,草业科学国家级实验教学中心副主任。主要从事栽培草地资源利用与管理的研究与教学,主持或参加省部级科研项目和国际科研合作项目任务等二十余项。发表论文100余篇,主编、参编专著5部,获省级科技进步一等奖(第1)和国家教学成果特等奖(第6)。

杨轩,1988年生于宁夏银川市,2014级草业科学博士研究生,研究方向为草地经济与管理。

 

什么是栽培草地?

 

栽培草地亦被称为人工草地(tame grasslandsown grasslandseeded grassland),是利用综合农业技术,在完全破坏原有植被的基础上,通过播种建植的新的人工草本群落[1],可用来提供青饲、调制干草或放牧利用;就其生态学本质,是取代原生植被的处于人为农作措施维护下的群落[2]。栽培草地的生产以收获植物茎叶营养体为目的,与收获籽粒为目标的颗粒作物相比,牧草在生长期内对于水、热、光、气等气候资源和土地资源的时间性匹配要求不高,可在全年内比较充分地利用气候和土地资源,生产较多的有机物质产品[3]

我国是草地资源大国,拥有各类天然草地面积近4亿公顷,位居世界第二,覆盖了2/5的国土面积。由于长期过牧,投入不足,90%草地已经发生不同程度的退化[4],直接影响到国家的生态环境和边疆稳定,为此,国家于“十二五”期间实施草原生态保护补助奖励机制政策,置草地生态功能优先,生产生态有机结合,具体做法是减轻天然草地的放牧压,恢复草地生态。然而,改革开放近40年来,我国社会食物结构发生了明显的变化:居民人均牛、羊肉消费在肉类消费的比重从1978年的6%左右增加到了2014年的14%左右,分别增加了20倍和15倍之多,人均奶类消费从20世纪80年代初开始迅速增长,目前每年进口乳制品折合牛奶约1200万吨,占全国奶类消费量三分之一,为实现减畜不减肉的方针,向牛羊等草食家畜的养殖提供优质的牧草,建植栽培草地是恢复草原生态环境并促进畜牧业持续发展的重要手段,也是促进我国农牧业经济较快发展、保障农民收入稳定增长、满足肉类、奶类产品有效供应,从而保护食物安全的最有效途径[5]

1.国内外栽培草地的发展状况

栽培草地的种植规模和生产水平,是衡量一个国家草业、畜牧业发达程度的重要指标,建立栽培草地可以大幅度提高草地生产能力、改善草地质量,产草量一般比天然草地高2-5倍。在畜牧业发达的国家和地区,栽培草地所占比例较高,建植面积占总草地面积的比例多在20%-70%之间,甚至更高[6],如荷兰人工栽培草地的种植面积达到草地面积的80%以上,法国、德国等国家也已占到60%以上[7-8]。澳大利亚是全球第一草地大国,人工栽培草地面积达到3000万公顷,占草地面积的58%[8]。新西兰全国国土面积26.8万平方公里,栽培草地面积却达1200万公顷以上,占草地面积的69%[8]。美国畜牧业产值稳占农牧业总产值50%以上,永久草地占国土面积的26.5%,有人工栽培草地2467万公顷,约占草地总面积的20%,其中苜蓿(Medicago sativa)是最重要的栽培牧草,种植面积在900万公顷以上[8]。欧洲的草地总面积超过9000万公顷,占整个农业用地的1/3以上,生产性草地畜牧业的主要地区位于北纬45度至于55度之间[9];由于优良的生产工艺、生产技术和科学的草地与家畜生产管理,使这些农牧业发达的国家地区内人工栽培草地的建植比例每增加1%,草地动物生产的产能则会增加4%以上[10],再加上景观产能、复合农业产能等,栽培草地可提供的生产潜力极大。

我国草地总面积近4亿公顷,但人工栽培草地总面积仅有2000余万公顷[11],仅占可利用草地面积的5%左右[12-13]。相比农牧业发达的世界其他国家,单位面积草地的畜产品生产水平也很低,只相当于新西兰的1/80,美国的1/20,澳大利亚的1/10[8]

我国多年生牧草的总栽培面积一直存在波动,最高峰出现在2003-2004年,为1848万公顷和1858万公顷,至2013年,总种植面积仅有1627.27万公顷。一年生牧草的种植面积总体处于缓慢上升的趋势,由2003年的227.13万公顷逐渐上升至2013年的459.11万公顷,种植面积翻倍,但是总体种植面积相比多年生牧草仍然较低。近十三年来全国各年多年生栽培牧草的建植面积均显著高于一年生牧草。在我国应用最广泛多年生栽培牧草的主要为紫花苜蓿[14-15],一年生牧草的种类则较为繁多,包括白三叶(Trifolium repens)、红三叶(Trifolium pratense)、黑麦草(Lolium perenne)、燕麦(Avena sativa)、青贮玉米(Zea mays)和披碱草(Elymus dahuricus Turcz)等以豆科、禾本科为主的牧草[13];不同地区针对气候条件、土地条件、当地优势牧草种和牧草品种等方面差异,种植的栽培牧草品种也不一样。

紫花苜蓿又称“牧草之王”,是全世界栽培历史最悠久、面积最大、利用最广泛的一种豆科牧草, 也是研究最多的牧草之一[14,16],在世界范围内广泛种植,总面积达到3000万公顷以上。紫花苜蓿耐干旱、耐寒、耐贫瘠、耐盐碱、地面覆盖率大、适应性强、草量和蛋白含量高,同时又有较好的潜在土壤改良能力等特点,因此其在我国农业可持续发展、生态环境建设、农业结构调整中日趋重要[15]。我国种植苜蓿面积最大的地区为甘肃,总种植面积74.67万公顷,种植面积达到50万公顷以上的还有陕西、内蒙古和新疆,种植面积分别为63.63万公顷、62.96万公顷和51.20

2.栽培草地还具有重要的生态功能

目前,我国农业生态环境面临严峻挑战,南方山地丘陵区和黄土高原区的水土流失,北方农业灌溉区的土壤盐渍化,以及长期耕种、使用化肥带来的土壤肥力下降、土壤污染,水资源短缺等问题十分突出,严重影响农业的可持续发展。合理的栽培草地建植,可显著提高土壤质地和土壤肥力,拥有良好的水土保持功能[17],特别是对于干旱少雨的农业地区来说,建植多年生栽培草地不仅有利于该类地区农牧业经济的可持续发展,同时也有助于指导退化草地生态系统恢复和重建,改善和优化该地区生态环境[18-19]。研究证明,在农区推广草田轮作、粮草间作和休耕种草等模式,具有改土肥田、提升地力的作用,对提高土壤肥力具有重要意义[20-21],裸地种草的水土保持效果显著,有研究显示,裸地种植雀麦(Bromus japonicus),其保水能力为96.5%,固土能力为99.9%,拥有明显的水土保持效果[22];王俊鹏等[23]的研究也表明,草地相比裸地可大大减少水土流失量,甚至可减少99%以上。

栽培草地的生态功能还体现在净化土壤、改良土壤方面,建植冰草(Agropyron cristatu)、酢酱草(Oxalis corniculata)、披碱草、白三叶4种草皮缓冲带,对农田径流中总氮的平均去除率在30%以上,对悬浮固体颗粒物的平均去除率达73.6%[24];而冰草、高羊茅、披碱草、紫花苜蓿4种草皮缓冲带对总氮的平均去除率在60%以上,对总磷的平均去除率达79.3%[25]。速生且生物量大、繁殖力强的草地植物也可用于农业有机废弃物吸纳和环境污染的治理,如香根草对养殖废水中总氮、硝态氯、总磷的净化效果均在70%以上[26]。同时,很多草地植物对盐碱土壤具有明显改良作用,如星星草可在pH10.0以上的碱斑地上正常生长发育[27]。宁夏干旱农业区的盐碱地经建植为紫花苜蓿、沙打旺等栽培草地后,土地的盐碱化程度也均有明显改善[28]

综上所述,由于防沙固土、涵养水分和培肥地力等功能,合理建植栽培草地可显著改善生态环境、保障食物安全,大力发展农区草业、对维护生态系统健康、提升生态系统服务功能具有重要意义[29-30]

3.栽培草地应该种在哪儿?

我国大多数耕地以生产粮食作物为主,但是栽培草地仍然有巨大的种植空间。以籽粒生产为主的传统农业中,农作物必须完成整个生育期以成功收获籽粒产品,从而在气候上受到地域、季节差异的较大制约,因此中低产田、冬(夏、秋)闲田、轮歇地、四边地、滩海涂地、林(果、茶)间地等,都是不适于粮食生产或者不能很好利用的土地资源[3]。牧草生产,在整个生长期内任何时候都可以收获而获得经济产量,与收获籽实的籽粒农作物生产相比,栽培草地生产对气候和土地资源的利用效率更高,因此中低产田、农闲田等土地资源都是农区草业发展的重要生产资料。从近期规模化发展的需要和可行性来看,农闲田种草系统拥有着极大的牧草生产潜力,该系统主要涉及的土地类型主要包括冬闲田和夏秋闲田。农闲田,特别是南方地区的冬闲田,是牧草生产的宝贵土地资源。冬闲田地势平坦、土壤肥沃,牧草生产潜力巨大。

据全国畜牧总站统计,2013年全国各省市区冬(夏、秋)闲田面积达到997.33万公顷,其中冬闲田面积886.41万公顷;农闲田中已用于种植牧草的面积86.97万公顷,仅占8.72%。广东、四川等地区的实践表明,水稻收割后,种植一年生黑麦草每公顷干物质产量达15吨,相当于1吨饲料粮。如果将我国的冬(夏、秋)闲田利用率提高5%(面积约49.87万公顷),用于种植高产优质牧草,可增收牧草干物质748.05万吨左右。由表2可知,我国农闲田可利用面积极高,各地区平均可利用农闲田面积达到55.21万公顷,若将这些农闲田全部建植为栽培草地生产利用,总面积将达到1324.92万公顷,相当于目前现有的栽培草地面积的60.9%。不少栽培草地面积较小的地区拥有较大面积的可利用农闲田,例如福建、湖南,可利用农闲田面积分别达到184.00万公顷和124.47万公顷,贵州和四川有可利用农闲田为60.20万公顷和147.19万公顷。但各地区对农闲田的实际利用却较低,仅有四川的已利用农闲田面积达到66.33万公顷,其余地区包括福建、湖南等可利用农闲田面积较大的地区,均小于20万公顷,使得农闲田利用率十分不理想,除四川,西藏、青海、新疆的农闲田利用率可达到40%以上,其他地区的利用率在30%以下。吉林、福建、山东、湖南、广西、海南可利用农闲田均超过30万公顷,然而这些地区的农闲田利用率却均小于3%,说明长期以来,农业生产者一直没有利用好可产出巨大产值的农闲田这一重要的土地资源。若将我国现有的未利用农闲田面积全部利用,用于种植高产优质牧草,则相当于增加1154.27万公顷的草地面积,可增收牧草干物质1.43亿吨。按照10公斤牧草干物质转化1公斤牛羊肉计算,理论上可增加生产1430万吨牛羊肉,已利用农闲田的产品也可进行加工制作成高质量草产品,或者开发旅游资源等。总体来说,我国栽培草地的建植生产潜力极大,拥有不可忽视的潜在生态效益和经济效益。

4.栽培草地有哪些形式?

在我国农区栽培草地建植生产的实现形式十分多样化。一般认为的栽培草地是在天然草地或裸地的基础上,通过人为农业措施的干预,以生产草产品和畜产品为主要生产目的建植的人工草本群落,其利用方式为草地放牧、牧草刈割加工,包括以单播或混播为形式的一年生栽培草地和多年生栽培草地[31-32]

单一人工栽培草地的生产方式必然会占用一定农业土地面积,所以农区主要采用草田轮作的形式建植栽培草地。轮作是一种在同一田地上有顺序地轮换种植不同作物或轮换采用不同复种方式的种植方式,是农田用地和养地相结合、提高作物产量和改善农田生态环境的一项农业技术措施[33]。草田轮作具有培肥地力、增加作物产量、减少病虫害、提高农业综合生产效益等优点[34],同时也拥有防止水土流失的作用;草田轮作制度不仅在美国、澳大利亚等草业发达的国家地区广泛采用[35-37],也在我国有不少地区实行[38-39]

以青贮玉米为主的饲料地建植也属于单一的人工栽培草地生产方式;目前我国灌溉技术已经比较成熟,但是玉米需水较多,对土壤水分要求较高,旱作条件下青贮玉米地产量的年际间差异较大[40]。根据合理的建植生产方式,例如合理混播或合理施肥,可拥有较大的产能和潜在生产能力[41-42]

林下种草属于栽培草地生产的实现形式之一。通过当地特色禽类品种和林下空间种植合理搭配的牧草、果树,充分利用林下草茎、草籽、林下昆虫,或结合人工饲养大麦虫、蚯蚓等作为禽类的等的高蛋白活饲料[43],林下种草增加了植被覆盖尤其是贴地覆盖,不但抑制杂草,还可制约剧毒农药在果园的施用,降低家禽圈养时因高温、高湿、通风不良等引起的疾病,为生产绿色果品、肉品、蛋品创造了条件[44]。还可以提供果产品、木材、禽类产品,更可充分利用土地资源,提升土地利用效率和经济效率,形成了“资源-产品-再生资源”的反馈式流程,具有高利用、低排放的特点,通过林下种草、坡面种草等措施,可大大减少地表径流及径流对坡面的冲刷,从而保水蓄土[45-46]

5.发展栽培草地的前景

自古以来,中国一向国高度重视粮食生产,垦草种粮始终是我国农业发展的基本思路。受传统农耕文化的影响,发展农区草业,用种植粮食的部分土地种植牧草,这对包括一些农业领域的学者在内的很多人来说是难以理解和接受的,有关农业发展的思维仍然停留在以往以解决温饱问题的时代。面对我国快速的食物结构变化,我国的农业结构调整却严重滞后,急需调整。自新中国成立后,种植业“以粮为纲”,养殖业“以猪为纲”,种粮养猪能够享受许多政策补贴和优惠。但是由于长期追求粮食高产,农业生产过量灌溉、施用化肥、农药,严重污染水土资源且过量消耗水土资源,一系列的链接响应导致食品安全没有充足的保障,从而影响全民健康。可以说,对于草地产业发展的观念不健全是目前我国草地产业存在的一大重要问题,社会大众未充分认识到中国食物消费结构的巨大变化以及生态文明和可持续发展对未来农业发展的重要性[47],使草地产业的健康发展存在相当大的阻力。

从上世纪80年代老一辈草业科学家们“立草为业”理念的提出,到1992年国务院先后多次下发文件予以顶层设施,相继出台实施了西部大开发、退耕还林还草、草原生态保护补助奖励机制等政策,粮、经、草“三元”种植结构逐步调整,使现代化农业的诸多不足正在得到弥补,农业的质量效益不断提高,草地农业也逐渐有了雏形。近年来在政策方面国家和地方各级部门对草地农业逐渐提起了高度的重视:201111月,农业部、财政部联合向国务院上报《关于实施“振兴奶业苜蓿发展行动”的请示》。2012年“中央一号文件”决定启动“振兴奶业苜蓿发展行动”,中央财政决定在2012年至2015年每年安排5.25亿元用于支持建设50万亩高产优质苜蓿示范片区。在2015年“中央一号文件”明确提出,“加快发展草牧业,支持青贮玉米和苜蓿等饲草料种植,开展粮改饲和种养结合模式试点,促进粮食、经济作物、饲草料三元种植结构协调发展”。十三五规划提出,“开展大规模国土绿化行动,全面扩大退耕还林还草,加强草原保护,农业方面要积极探索实行耕地轮作休耕制度,优化农业生产结构和区域布局,推动粮经饲统筹、农林牧渔结合、种养加一体、一二三产业融合发展,走产出高效、产品安全、资源节约、环境友好的农业现代化道路”。中央的相关方针和政策是在充分考虑我国食物消费结构变化的基础上制定的,可为农业结构调整及农区草业的发展提供难得的机遇和巨大推动力。

从技术层面来看,我国草产业发展程度还较低,生产力与发达国家相比差距很大,无法满足现今国家的发展需要[48],大量饲草依靠进口[6]。例如紫花苜蓿生产:国内种植面积较大的地区单位产量均欠佳,种植面积在50万公顷以上的地区,单位面积产量不超过40千克/公顷之间。相反,一些紫花苜蓿种植面积较小的地区却有很高的单位面积产量:种植面积仅有0.33万公顷的江苏,单位面积种子产量高于100千克/公顷。总体来看,我国西北地区紫花苜蓿的种植面积较高,但是生产水平较低。这是由多方面原因造成的:如年际间降水变异大、水土流失较为严重、机械化比例小等[49-50],特别是在紫花苜蓿适宜种植的黄土高原地区,以上问题凸显的更为严重[51]。我国草地产业对现有资源利用不充分,大量可利用的农闲田、土地资源未能充分利用,退化后的天然草地还未及时恢复生态[3];通过农闲期建植栽培草地、草田轮作等方式提高资源利用效率,建立合理的生产管理流通系统,可提供极大的经济效益和生态效益。此外,我国在牧草种子生产方面也较为薄弱,大多数地区的牧草种子生产田面积不超过一万公顷,一些地区,包括栽培草地面积较大的新疆,完全不进行牧草种子生产,对于牧草种子的需求依靠国内外进口满足,缺乏基础的生产资料来源,使我国栽培草地生产持续性不足。与国外相比,我国栽培草地建设的相关研究也起步较晚:在上世纪80年代时,发达国家已拥有较为完整的先进的栽培草地建植管理系统,而我国的相关研究尚处于起步阶段[52];直到21世纪开始,国内栽培草地的研究才开始进入到快速发展阶段[53-55]

6.结论

在我国食品消费结构剧变和国家政策大力支持的大环境下,草业发展是食物安全稳定的关键所在。大力发展多种形式的栽培草地生产可大幅度增加我国饲草供应,满足日益增长的草产品需求,同时有利于保持水土、培肥地力、减少农药化肥施用,从而保护和改善农业生态环境。目前我国栽培草地面积比例相对较小,仅有2086.37万公顷,且生产水平较低,可提供的产能十分有限,但是同时由于大量农闲田、轮歇地、四边地、滩海涂地、林(果、茶)间地等可利用土地,使栽培草地的扩展拥有很大潜力,将我国现有的未利用农闲田面积全部利用,用于种植高产优质牧草,相当于增加1154.27万公顷的草地面积,可提供极大的经济效益和生态效益,对建立环境友好型的农业体系、建立生态文明、维护国家食品安全、促进农牧产业健康发展等具有重要意义。

 

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