尚占環(huán)， 董全民， 施建軍， 周華坤， 董世魁， 邵新慶， 李世雄， 王彥龍，馬玉壽， 丁路明， 曹廣民， 龍瑞軍

(1. 蘭州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730000； 2. 青海大學(xué)(青海省)畜牧獸醫(yī)科學(xué)院草原研究所，青海 西寧 810016； 3. 中國(guó)科學(xué)院西北高原生物研究所，青海省寒區(qū)恢復(fù)生態(tài)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青海 西寧 810008； 4. 北京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院，北京 100875； 5. 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，北京 10083)

青藏高原“黑土灘”退化草地的治理工作在近10年得到了前所未有的人力、物力投入。盡管大范圍的黑土灘治理很早就得到了開(kāi)展，并列入政府的重點(diǎn)工程[1]，但仍沒(méi)有遏制 “黑土灘”退化草地的擴(kuò)張態(tài)勢(shì)。黑土灘造成了青藏高原草地生態(tài)系統(tǒng)大量水土流失，畜牧業(yè)生產(chǎn)功能喪失，因此“黑土灘”退化草地治理的巨大挑戰(zhàn)一直擺在科技、管理、政府，以及當(dāng)?shù)剞r(nóng)牧民面前[2]。近10年來(lái)，從青海省三江源自然保護(hù)區(qū)，到國(guó)家三江源公園等一系列實(shí)質(zhì)性生態(tài)建設(shè)行動(dòng)，其中每個(gè)工程、科技任務(wù)的重要內(nèi)容都有“黑土灘”治理工作，也取得了前所未有的成效[3-5]。根據(jù)2005年，國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)《青海三江源自然保護(hù)區(qū)生態(tài)保護(hù)和建設(shè)總體規(guī)劃》，在第一期工程(2005-2013年)、第二期工程(2014-)中，黑土灘依然是生態(tài)治理的重點(diǎn)任務(wù)。近10年國(guó)家自然科學(xué)基金委也在專門(mén)針對(duì)黑土灘基礎(chǔ)研究立項(xiàng)8個(gè)，總經(jīng)費(fèi)達(dá)到422萬(wàn)元(包括1個(gè)重點(diǎn)基金)。從青海省、國(guó)家科技部十一五、十二五科技支撐、十三五重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃的重點(diǎn)內(nèi)容看，黑土灘治理也是重中之重。同時(shí)，國(guó)家生態(tài)補(bǔ)償工程在三江源區(qū)的一個(gè)重要目標(biāo)就是要逆轉(zhuǎn)“黑土灘”的擴(kuò)張趨勢(shì)。以青海大學(xué)(包括青海省畜牧獸醫(yī)科學(xué)院)、中國(guó)科學(xué)院西北高原生物研究所、蘭州大學(xué)、北京師范大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院地理與資源科學(xué)研究所等科研團(tuán)隊(duì)，在近10中關(guān)于黑土灘研究、治理工程中，進(jìn)行了大量的人力投入和平臺(tái)建設(shè)。

10年前大量關(guān)于黑土灘的研究與治理工作很多處于探索階段。黑土灘治理工作的探索性很強(qiáng)，成功與失敗都為后續(xù)工作提供了豐富經(jīng)驗(yàn)[6]。近10年中在諸多科技項(xiàng)目、生態(tài)工程支持下，黑土灘的研究產(chǎn)生了大量有用成果、技術(shù)模式、推廣示范基地，并且給農(nóng)牧民畜牧業(yè)經(jīng)營(yíng)理念、產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來(lái)了很大改變[7-8]。這些工作及研究成果有力的支持了青藏高原生態(tài)屏障建設(shè)和高寒牧區(qū)和諧發(fā)展。在關(guān)于“黑土灘”概念與范圍的理解上，目前基本上同意研究人員最初的詮釋，即“黑土灘”是高寒植被極度退化一種體現(xiàn)形式，是植被表層剝離后的次生裸地，在植被學(xué)上不具有發(fā)生學(xué)意義[9-14]。因此“黑土灘”只是形象性的稱謂和名稱，但由于“黑土灘”的典型性和嚴(yán)重性，近10年來(lái)這種稱謂被固化下來(lái)，成為退化草地治理工程的典型代表，也推動(dòng)了退化草地恢復(fù)與治理工作在青藏高原生態(tài)建設(shè)中的主流化[15-16]。

作者在10年前關(guān)于“黑土灘”的進(jìn)展報(bào)告中，對(duì)2006年以前的黑土灘發(fā)生學(xué)、治理工作進(jìn)行了較系統(tǒng)總結(jié)[12-14]。但在國(guó)家人力、物力投入黑土灘治理的近10年高峰期，“黑土灘”研究與治理工作究竟得到了哪些進(jìn)展，需要再次進(jìn)行梳理。從文獻(xiàn)報(bào)道看，近10年(2006-2016年)中文文獻(xiàn)大量涌現(xiàn)約400篇，是2006年以前(40年間，100多篇)的4倍，英文文獻(xiàn)大約有40多篇專門(mén)針對(duì)黑土灘研究。本文主要根據(jù)近10年相關(guān)科研人員的研究經(jīng)歷、文獻(xiàn)報(bào)道、項(xiàng)目報(bào)告以及實(shí)地調(diào)查，總結(jié)10年來(lái)“黑土灘”研究與治理工作情況，為繼續(xù)開(kāi)展青藏高原三江源區(qū)生態(tài)恢復(fù)工作提供更多參考。

1 青藏高原"黑土灘"退化草地分布、面積近10年變化

1.1 分布區(qū)域

由于“黑土灘”是高寒植被極度退化后的一種稱謂，不具備類型學(xué)、發(fā)生學(xué)含義[9,12]。在具體概念定義，類型、生態(tài)學(xué)、生物學(xué)界定時(shí)候較難，因此其具體分布區(qū)域也難以確定。關(guān)于黑土灘最全面的本底調(diào)查是2006年完成的《三江源區(qū)“黑土灘”退化草地本底調(diào)查》項(xiàng)目，目前政府指導(dǎo)性文件、工程參考基本都根據(jù)該研究結(jié)果[17]。除了該次調(diào)查，其他研究工作提及了很多關(guān)于黑土灘問(wèn)題，也代表了黑土灘在這些地區(qū)的分布。目前黑土灘全面分布在整個(gè)青海省高寒草地區(qū)域，除了三江源區(qū)外，青海湖、祁連山區(qū)也都有分布[18-19]。在甘肅省甘南地區(qū)[20-25]、四川省西北部、西藏地區(qū)等地區(qū)也都有分布。根據(jù)實(shí)際調(diào)查，川西北石渠縣，青海祁連縣等地，更是黑土灘的集中分布區(qū)。因此，在青藏高原黑土灘治理工作中，在除三江源外，其他嚴(yán)重發(fā)生區(qū)也應(yīng)該受到重視。

要確切獲得近10年黑土灘分布變化缺乏詳細(xì)調(diào)查依據(jù)，但是可以根據(jù)最近完成三江源生態(tài)工程評(píng)估結(jié)果，以及已有的報(bào)告推測(cè)黑土灘分布[4,17,26-27]。黑土灘最典型表現(xiàn)是禿斑化，且在高寒草地退化呈中、重度以上，分布的草甸區(qū)一般都屬于黑土灘，且也是鼠洞密度非常高的地區(qū)[28-29]。黑土灘另外一個(gè)特征是土壤侵蝕嚴(yán)重區(qū)域，基本上在草甸分布區(qū)，土壤侵蝕嚴(yán)重區(qū)域都是屬于黑土灘區(qū)域[30-32]。況且，近些年黑土灘在山體上擴(kuò)張趨勢(shì)較嚴(yán)重。從海拔范圍講，總體上黑土灘的分布已經(jīng)超越了以前認(rèn)為的海拔區(qū)域(3 700～4 500 m)，在海拔3 000～5 000 m的草地退化區(qū)域都出現(xiàn)了黑土灘。更詳細(xì)的調(diào)查工作，應(yīng)該結(jié)合遙感、光譜及地面植被調(diào)查建立精確的模型，為能夠精準(zhǔn)的遙感普查黑土灘提供技術(shù)支持，這樣就可以快速、全面的監(jiān)測(cè)黑土灘分布。禿斑化的體現(xiàn)在冷季更加明顯，因此應(yīng)該進(jìn)一步加強(qiáng)冷季的黑土灘調(diào)查，建立冷季黑土灘遙感的精確模型。

1.2 面積變化

青海省重大專項(xiàng)《2005-2012 年三江源自然保護(hù)區(qū)生態(tài)保護(hù)和建設(shè)工程生態(tài)成效綜合評(píng)估》的結(jié)果表明[4]，在2005-2012年間，三江源區(qū)高寒荒漠生態(tài)系統(tǒng)局部向草地生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變，也就是在實(shí)際保護(hù)區(qū)域高寒荒漠植被覆蓋度得到一定提高。三江源區(qū)的荒漠面積減少了492.61 km2，但總草地面積只增加了123.70 km2[4]。張穎等[33]對(duì)2001-2012年三江源區(qū)草地面積變化分析，也認(rèn)為總體上草地面增加了6 749 km2，主要由荒漠轉(zhuǎn)化來(lái)。徐新良等[5]認(rèn)為三江源退化草地面積整體上已經(jīng)降低，特別是中度退化草地減少幅度較大?？傮w上三江源區(qū)植被覆蓋度提高是主要是因?yàn)闇匦圆菰黠@增加，三江源區(qū)的溫性草原區(qū)域一般不分布黑土灘，因此黑土灘主要分布區(qū)域(高寒草甸區(qū))并沒(méi)有多大變化。這也證實(shí)了早期研究結(jié)論：“黑土灘確實(shí)難以恢復(fù)，短期內(nèi)難以實(shí)現(xiàn)其恢復(fù)的狀態(tài)，但是其退化蔓延卻速度很快”[12-13,34]。到2012年黑土灘治理了1.85×105hm2，按照2006年黑土灘本底調(diào)查的面積核算(49.089×105hm2)[17]，治理的面積非常小，況且實(shí)際中，治理后黑土灘二次發(fā)生也較多[35]。三江源保護(hù)區(qū)外草地面積是逐漸減少的[3]。黃麟等在2009年的報(bào)告中，認(rèn)為長(zhǎng)江源區(qū)的草地狀態(tài)到2004年是一直退化加劇[36]。劉紀(jì)遠(yuǎn)等在2013年關(guān)于三江源生態(tài)工程的評(píng)估報(bào)告中認(rèn)為，三江源區(qū)并沒(méi)有提高該地區(qū)的土壤保持功能[37]，這種功能依賴于植被覆蓋度，并且土壤維持主要在草甸、草原區(qū)，土壤流失亦主要是這些區(qū)域。黑土灘是三江源區(qū)土壤流失重要區(qū)域，可見(jiàn)黑土灘確實(shí)難以恢復(fù)。這種趨勢(shì)估計(jì)難以在國(guó)家實(shí)施三江源保護(hù)區(qū)后很快得到逆轉(zhuǎn)，況且黑土灘退化草地并非一般草地退化問(wèn)題。因此，我們推測(cè)青藏高原的黑土灘退化草地總體上有一定增加，這除了在其他地區(qū)新發(fā)現(xiàn)的黑土灘外，僅在三江源區(qū)應(yīng)該處于增加態(tài)勢(shì)。

目前在三江源區(qū)一直使用《三江源區(qū)“黑土灘”退化草地本底調(diào)查》的研究結(jié)果表述“黑土灘”面積及分布區(qū)域，主要作為三江源退化草地治理相關(guān)工程的規(guī)劃依據(jù)[17]。朱霞等[38]通過(guò)遙感對(duì)2000年、2007年、2011年達(dá)日縣的三江源保護(hù)區(qū)核心區(qū)的黑土灘面積分析，發(fā)現(xiàn)2007年以前黑土灘是擴(kuò)張態(tài)勢(shì)，2011年以后是逐漸減少。安如等[39]利用2008-2009年的遙感信息判斷瑪多縣的黑土灘面積為1 592 km2。徐劍波[40]利用遙感分析了瑪多縣草地變化，認(rèn)為從1994年到2009年草地退化面積逐漸增加，2006年到2009年只不過(guò)退化速度降低，并認(rèn)為是由于退牧還草和生態(tài)保護(hù)工程減輕了草地退化趨勢(shì)。魏衛(wèi)東和李希來(lái)[41]通過(guò)在甘德縣固定研究區(qū)發(fā)現(xiàn)從2009年到2011退化草地侵蝕面積是增加的，說(shuō)明草地退化越來(lái)越嚴(yán)重。姜沖等[42]分析了三江源區(qū)1956-2010年水土流失變化，發(fā)現(xiàn)2005-2010年間長(zhǎng)江源區(qū)、瀾滄江源區(qū)輸沙量增加，黃河源區(qū)減少；但黃河源區(qū)土壤水蝕增加，說(shuō)明荒漠化草地植被有所恢復(fù)，但退化草甸并沒(méi)有得到恢復(fù)，也說(shuō)明在2010年前草地退化情況肯定沒(méi)有得到改善。劉曉東等[43]對(duì)2000-2008年三江源區(qū)草地覆蓋度變化進(jìn)行了分析，認(rèn)為總體植被覆蓋度降低，但低覆蓋度草地(60%以下)有減少趨勢(shì)，并認(rèn)為是由于《青海三江源自然保護(hù)區(qū)生態(tài)保護(hù)和建設(shè)總體規(guī)劃》實(shí)施的作用。很顯然該研究沒(méi)有詳細(xì)分析該規(guī)劃實(shí)施情況，該規(guī)劃的實(shí)施實(shí)際上是2005年，起作用應(yīng)該在2008年以后。上述直接或間接的研究證據(jù)表明，黑土灘退化草地面積近10年來(lái)應(yīng)該沒(méi)有減少，應(yīng)該仍然處于擴(kuò)張態(tài)勢(shì)[44]。因此，三江源黑土灘治理工程難度越來(lái)越大，鑒于此我們建議盡快展開(kāi)第二次“黑土灘”本底調(diào)查，應(yīng)該特別重視“黑土灘二次發(fā)生”的新問(wèn)題。

1.3 黑土灘退化草地帶來(lái)生態(tài)負(fù)面作用

黑土灘退化草地給區(qū)域生態(tài)、生產(chǎn)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)等都帶來(lái)負(fù)面效應(yīng)。關(guān)于黑土灘退化草地產(chǎn)生的生態(tài)問(wèn)題，近10年的研究，基本上延續(xù)了以前的研究路線和內(nèi)容。主要包括造成水土流失、毒雜草擴(kuò)張、畜牧業(yè)生產(chǎn)功能喪失、區(qū)域性社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)紊亂，甚至造成生態(tài)難民，鑒于此“黑土灘”治理一直是三江源區(qū)生態(tài)建設(shè)的重點(diǎn)工作[45-48]。高寒草地的黑土灘化總是伴隨著毒雜草侵入和蔓延[48-49]，并且毒雜草蔓延產(chǎn)生一系列負(fù)作用，諸如通過(guò)釋放有毒物質(zhì)改變生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能[50]。黑土灘造成土壤表層有機(jī)碳損失在60%以上[51-54]。三江源區(qū)高寒草甸黑土灘土壤水源涵養(yǎng)量比未退化草地?fù)p失121.28×107t[55]。研究標(biāo)明，隨著禿斑塊的面積擴(kuò)大，水土流失、毒雜草擴(kuò)張及鼠害活動(dòng)增加同時(shí)互相促進(jìn)[28]。

有關(guān)黑土灘的作用，一些新的研究?jī)?nèi)容在近10年也出現(xiàn)。黑土灘由于失去植被覆蓋作用，與未退化草地相比，地表溫差大，溫度變化速率大，造成水熱散失及土壤可侵蝕性增加[56-57]。在黑土灘發(fā)生區(qū)，由于植被消失、草皮層剝離、毒雜草蔓延，對(duì)生物多樣性的影響很大[58]。例如，苔蘚類、菌斑、地衣在草地退化過(guò)程逐漸減少[從嵩草(Kobresiaspp.)階段開(kāi)始]，到黑土灘階段已經(jīng)很少(苔蘚)，甚至消失(黑斑、菌斑、地衣)[59]。高寒草地的“黑土灘化”也減少了土壤動(dòng)物種類和數(shù)量[60]，以及土壤微生物[61-62]。高寒草甸退化成黑土灘后，使得高寒草甸系統(tǒng)從碳匯轉(zhuǎn)變成了碳源(全年CO2凈交換值從-120.9 gCm-2變成了+11.6 gCm-2)[63]。

2 關(guān)于黑土灘研究的方法

2.1 常規(guī)的植被、土壤等方法技術(shù)

常規(guī)生態(tài)學(xué)研究方法依然是近10年的主流方法，主要包括植被、土壤、微生物、鼠害等方面的研究[64-66]。常規(guī)的方法是野外確定研究地點(diǎn)、植被基本特征描述[48,67]、實(shí)驗(yàn)室測(cè)試土壤、水文等基本信息[4,68]。其他方法也都以常規(guī)方法為基礎(chǔ)信息獲取手段[32]，而且現(xiàn)在掌握的最有效的黑土灘基本信息也是以最常規(guī)方法獲得的，例如三江源區(qū)黑土灘的本底調(diào)查、分類、分級(jí)體系的確立[64]。梁海東[69]采用植物和土壤脂肪酸對(duì)退化草地進(jìn)行分類，是一種新嘗試。在常規(guī)方法中，存在主要植被調(diào)查和野外取樣的設(shè)計(jì)問(wèn)題，目前在關(guān)于“黑土灘”的研究報(bào)道中，大多是以假重復(fù)的樣地設(shè)計(jì)為主，盡管這種設(shè)計(jì)有些時(shí)候難以避免，比如大樣區(qū)的多重復(fù)設(shè)計(jì)在實(shí)際研究中十分困難[70-72]。但是，我們?nèi)詰?yīng)盡可能多設(shè)計(jì)重復(fù)，并盡可能的遠(yuǎn)距離隔離重復(fù)，例如縣域基礎(chǔ)上的重復(fù)樣地設(shè)計(jì)[48]，并且盡可能多獲取樣本量[73]，這樣獲得的結(jié)果更可靠。必須避免“黑土灘”研究中只用3個(gè)50 cm×50 cm小樣方就能代表一個(gè)樣地的植被調(diào)查，取3個(gè)土鉆的土壤就能代表整個(gè)樣地的土壤情況”。董世魁等[74]認(rèn)為高寒草甸、高寒草原退化草地調(diào)查的最小樣地面積應(yīng)該分別82 m2和81 m2，才能獲取較完全的代表性植被物種信息。

2.2 遙感及信息化技術(shù)

遙感信息化技術(shù)在以前也應(yīng)用較多，近10年開(kāi)始大范圍在黑土灘的研究中廣泛應(yīng)用，最具代表性的是《三江源區(qū)“黑土灘”退化草地本底調(diào)查》中也采用了遙感技術(shù)[17]。三江源區(qū)“黑土灘”退化草地遙感調(diào)查中，將全部調(diào)查的植被分為4大類，11小類，其中“黑土灘”退化草地類有3小類(輕度、中度和重度黑土灘，都為天然草地草皮層消失，植被覆蓋度覆被小于60 %以下的草地)，并建議使用秋季或深秋的影像[75-77]。劉曉玲[78]采用了1997-2000及2004年的Landsat7 ETM+30米多光譜數(shù)據(jù)，1999、2002衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)(Spot)輔助資料(DEM、DRC和土地利用圖等)研究了黑土灘遙感調(diào)查的技術(shù)問(wèn)題。黃麟等[36,30]、蘆清水等[44]、徐新良等[79]、劉紀(jì)遠(yuǎn)等[80]、邴龍飛等[81]用TM/ETM影像分析了三江源生態(tài)系統(tǒng)及其退化草地變化，分別用了70年代、90年代和2004年的各28幅，MSS空間分辨率為80 m，其中能夠判斷出退化草地為裸土地是三江源區(qū)草地變化的一個(gè)重要方面。張小詠等[82]認(rèn)為上述遙感信息沒(méi)有提取毒雜草型退化草地信息，可能會(huì)掩蓋毒雜草型退化草地，并建議把毒雜草型退化草地的信息化作為今后工作重點(diǎn)。屈冉等[83]認(rèn)為雜草遙感監(jiān)測(cè)應(yīng)該采用高光譜技術(shù)，借助物種的微弱光譜差異做定量分析，識(shí)別雜草。

采用信息技術(shù)單獨(dú)評(píng)估三江源區(qū)“黑土灘”變化的研究報(bào)道較少，通過(guò)三江源區(qū)整體性評(píng)估研究，可以得到關(guān)于三江源區(qū)草地植被變化信息[33,84-87]。李輝霞等[84]用NDVI、氣候資料評(píng)估了三江源區(qū)2001-2010年植被變化認(rèn)為，氣候變化貢獻(xiàn)該區(qū)域植被覆蓋度增加達(dá)79.32%，而人類活動(dòng)(主要為生態(tài)建設(shè)工程)貢獻(xiàn)了21.68%的植被覆蓋度增加。李曉雪等[88]采用改進(jìn)多端元混合像元分解方法提取三江源區(qū)植被覆蓋度信息，經(jīng)預(yù)處理的地表類型中將黑土灘歸為土壤類型。李永花和王蓮玉[89]利用2.5 m或5.0 m分辨率的遙感影像進(jìn)行三江源本底數(shù)據(jù)高分辨率調(diào)查，將黑土灘綜合在三江源生態(tài)環(huán)境信息系統(tǒng)中。喻小勇等[90]利用ASD FieldSpec HandHeld手持便攜式光譜測(cè)量?jī)x分析高寒草地光譜特征，發(fā)現(xiàn)退化草地在近紅外760 nm反射率差別較大，可以作為退化草地分類的光譜依據(jù)。安如等[91]利用改進(jìn)的MESMA模型(多端元混合像元分解模型)判別黑土灘，夏季判別精度達(dá)到82.81%，并建議再利用秋季或深秋的數(shù)據(jù)分析，提高判別精度。安如等[39]進(jìn)一步利用一階微分法、連續(xù)統(tǒng)去除法和歸一化微分比的方法對(duì)“黑土灘”草地植被光譜反射曲線進(jìn)行了處理，但其結(jié)果對(duì)藏嵩草(Koeleriatibetica)、小嵩草(Kobresiapygmaea)識(shí)別精度較高，對(duì)毒雜草的識(shí)別精度較低。李作偉等[92]采用GIMMS和MODIS，結(jié)合三江源18個(gè)氣象臺(tái)站30多年的資料，分析三江源區(qū)植被變化，表明2000年以后人類對(duì)植被影響正面效應(yīng)突出，但到了2010年以后正面效應(yīng)減弱，且在某些區(qū)域(達(dá)日、澤庫(kù)、河南等縣)人類活動(dòng)造成植被減少的作用加劇。這3個(gè)縣(達(dá)日、澤庫(kù)、河南)也是黑土灘發(fā)生的集中地區(qū)，尤其是達(dá)日縣，根據(jù)筆者每年實(shí)地調(diào)查情況看，黑土灘在該縣擴(kuò)大趨勢(shì)很明顯。王雪璐[32]采用遙感及侵蝕模型分析了三江源區(qū)不同植被、土地利用情況下侵蝕程度。盡管上述遙感技術(shù)的研究沒(méi)有專門(mén)針對(duì)黑土灘，但是這些研究都涵蓋了黑土灘這個(gè)退化狀態(tài)，并著重指出黑土灘退化草地變化較顯著。

2.3 數(shù)量生態(tài)學(xué)及模型

專門(mén)應(yīng)用數(shù)量生態(tài)模型研究黑土灘的報(bào)道，近10年也出現(xiàn)了很多，主要集中于分類、恢復(fù)模擬，以及變化機(jī)制方面[34,93-104]。數(shù)量模型方法能夠獲得更多信息和機(jī)制解釋，例如在黑土灘毒雜草擴(kuò)展與更新機(jī)制尺度效應(yīng)方面，毒雜草成體植株與幼苗在地表分布的尺度效應(yīng)不同[93]。任國(guó)華等[98-99]主要采用數(shù)量方法建立黑土灘形成過(guò)程的植被與土壤變化過(guò)程關(guān)聯(lián)模型。李媛媛等[102]，張勇等[103-104]主要研究黑土灘形成過(guò)程的植被、土壤變化。尚占環(huán)等[73-72]、李媛媛等[96]主要利用數(shù)量方法分析黑土灘形成與恢復(fù)過(guò)程中植被與土壤種子庫(kù)關(guān)系。

近10年有一些采用典型數(shù)量生態(tài)學(xué)方法研究“黑土灘”的工作。例如，李希來(lái)采用非度量多維尺度(Non-metric multidimensional scaling，nMDS)和層級(jí)分類模型(hierarchical classification)，以及分類和回歸樹(shù)(classification and regression tree，CART)方法研究三江源區(qū)175個(gè)黑土灘樣地植被資料，分析黑土灘形成、恢復(fù)的模型[34, 97]。李學(xué)玲和林慧龍[105]采用元胞自動(dòng)機(jī)模型研究黑土灘禿斑變化趨勢(shì)。魏茂宏和林慧龍[106]采用了分形維數(shù)模型研究了黑土灘形成過(guò)程的土壤粒徑(質(zhì)地)、土壤侵蝕模數(shù)的關(guān)系。李慧梅和張安錄[107]則采用結(jié)構(gòu)方程模型分析了三江源區(qū)牧戶對(duì)草地退化的認(rèn)知。

2.4 同位素技術(shù)應(yīng)用

目前同位素技術(shù)在黑土灘研究中主要側(cè)重于對(duì)黑土灘形成和恢復(fù)的機(jī)制研究，包括土壤侵蝕方面。張蕊[108]采用15N同位素標(biāo)記方法分析了黑土灘幾種主要植物對(duì)氮素利用率的差異性，表明細(xì)葉亞菊(Ajaniatenuifolia)比其他禾本科、嵩草等植物對(duì)氮素利用效率高。王雪璐[32]采用137Cs自然豐度方法結(jié)合遙感、氣候數(shù)據(jù)，分析了三江源區(qū)土壤侵蝕度，其中涵蓋了黑土灘，表明草地土壤侵蝕度比其他類型植被高。肖桐等[109]也采用了137Cs方法評(píng)估了退化草地土壤侵蝕模數(shù)變化，表明三江源區(qū)高寒草甸退化程度加劇了土壤侵蝕。英文文獻(xiàn)沒(méi)有關(guān)于黑土灘同位素方面的研究，建議在黑土灘毒雜草對(duì)土壤環(huán)境、微生物的影響方面可以開(kāi)展同位素精確定量分析。

2.5 現(xiàn)代生物技術(shù)

現(xiàn)代生物技術(shù)中，分子生物學(xué)主要集中于土壤微生物方面的研究工作，關(guān)于黑土灘研究中分子生物學(xué)的應(yīng)用目前較少。胡雷等[61]，楊希智等[110]采用了磷脂肪酸方法分析了三江源退化草地及黑土灘人工草地土壤微生物結(jié)構(gòu)，表明隨著人工草地年限增加土壤微生物多樣性逐漸提高。更加微觀技術(shù)研究很少在黑土灘研究領(lǐng)域被應(yīng)用，分子生物學(xué)技術(shù)在黑土灘恢復(fù)中應(yīng)該更有發(fā)揮作用的方面，比如功能性土壤微生物研究方面。

3 黑土灘本底調(diào)查及分類、分級(jí)

在三江源區(qū)自然保護(hù)區(qū)一期工程支持下，2005年開(kāi)展了第一次“黑土灘”退化草地的本底調(diào)查[17]，也是近10年來(lái)黑土灘治理、研究中常用的依據(jù)。在前文關(guān)于黑土灘分布、面積，以及其負(fù)面作用中，總結(jié)了黑土灘變化情況，大部分研究工作沒(méi)有直接涉及到黑土灘，而是將“黑土灘”作為一種草地退化狀態(tài)，體現(xiàn)在整個(gè)三江源區(qū)，以及青藏高原植被、生態(tài)系統(tǒng)變化中[4,32]。

在關(guān)于“黑土灘”的進(jìn)一步評(píng)估中，主要涉及到黑土灘分級(jí)確定，以及形成、恢復(fù)閾值、指標(biāo)等方面。李學(xué)玲和林慧龍[105]采用元胞自動(dòng)機(jī)模型研究黑土灘禿斑變化趨勢(shì)，認(rèn)為黑土灘禿斑在逐漸擴(kuò)大的第7年已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)入不可逆轉(zhuǎn)變化發(fā)展態(tài)勢(shì)。魏茂宏和林慧龍[106]采用了分形維數(shù)模型研究了黑土灘形成過(guò)程的土壤粒徑(質(zhì)地)、土壤侵蝕模數(shù)的關(guān)系，認(rèn)為土壤粒徑分形維數(shù)為2.81時(shí)是黑土灘可自然恢復(fù)的閾值。李希來(lái)研究三江源區(qū)175個(gè)黑土灘樣地植被資料，分析黑土灘形成恢復(fù)的模型[34,97]，認(rèn)為黑土灘禿斑塊在當(dāng)前中度放牧率(60%)以下不會(huì)形成，而大于60%的放牧率是其形成黑土灘的外在條件，完全去除干擾的情況下可能需要50年才能恢復(fù)，但在放牧干擾情況恢復(fù)可能需要100多年時(shí)間。李慧梅和張安錄[107]則采用了結(jié)構(gòu)方程模型分析了三江源區(qū)牧戶對(duì)草地退化的認(rèn)知，發(fā)現(xiàn)黑土灘在選擇8個(gè)指標(biāo)中(植被覆蓋度降低、生物多樣性低、鼠害猖獗、黑土灘、毒雜草增加、草地生產(chǎn)力下降、草地群落演替、植株矮化)認(rèn)知程度較高，說(shuō)明黑土灘問(wèn)題得到農(nóng)牧民的普遍認(rèn)識(shí)。

“黑土灘”的分類、分級(jí)是有效治理“黑土灘”的重要基礎(chǔ)，近10年在黑土灘分級(jí)、分類方面基本上沿用過(guò)去的思路和方法[91]。在《三江源區(qū)“黑土灘”退化草地本底調(diào)查》基礎(chǔ)上，參與工作的相關(guān)研究人員利用該次數(shù)據(jù)將黑土灘分類、分級(jí)進(jìn)行了細(xì)致的研究[64,91,111]。楊文才等[94]將植被覆蓋度、優(yōu)良牧草比例、毒雜草比例、地上生物量、土壤有機(jī)質(zhì)含量作為參數(shù)，分析三江源區(qū)稱多縣的退化草地分類及等級(jí)，建議分為5個(gè)等級(jí)(未退化、輕度、中度、重度、極度)。朱秀蓮[95]通過(guò)聚類分析，發(fā)現(xiàn)三江源退化草地分類中“坡度”與退化草地類型關(guān)系緊密。張靜等[112]根據(jù)三江源退化草地調(diào)查結(jié)果進(jìn)行聚類分析，認(rèn)為一共有9種退化草地，但在具體描述中沒(méi)將黑土灘作為一種退化類型，而是以重度、極度退化草地形式表述。董全民等[64]，馬玉壽等[111]、潘多峰[113]根據(jù)《三江源區(qū)“黑土灘”退化草地本底調(diào)查》數(shù)據(jù)資料，認(rèn)為優(yōu)良牧草比例、可食牧草比例、原生植被覆蓋度、退化指示種比例、禿斑地蓋度、嚙齒類動(dòng)物的危害，以及土壤0～10 cm有機(jī)質(zhì)含量等指標(biāo)，能夠?qū)⑷磪^(qū)退化程度分為5級(jí)(未退化、輕度退化、中度退化、重度退化和極度退化)，并認(rèn)為黑土灘的界定范圍是禿斑地覆蓋度大于40%，按地形分為0～7°坡度，7～25°坡度和大于25°坡度，黑土灘可為分為3個(gè)亞等級(jí)(輕度黑土灘、中度黑土灘、重度黑土灘)。尚占環(huán)[114]根據(jù)黑土灘植被表觀外貌分為‘較高大型雜草群落’，‘低矮型雜草群落’和‘禿斑型’，這3類同時(shí)存在于生長(zhǎng)季節(jié)，而非一般認(rèn)為的禿斑型就是冬季景觀，并在三江源區(qū)，一共調(diào)查到了36個(gè)群落類型(次生毒雜草群落)。黑土灘分類分級(jí)除了在學(xué)術(shù)和生態(tài)工程方面發(fā)展外，還應(yīng)該制定使農(nóng)牧民容易掌握的方案。

4 黑土灘形成過(guò)程與機(jī)制

4.1 幾種新假說(shuō)

近10年間，在黑土灘形成過(guò)程與機(jī)制方面研究也較多，基本上都圍繞黑土灘形成過(guò)程開(kāi)展一系列生物學(xué)、非生物學(xué)的動(dòng)力機(jī)制，重點(diǎn)探明黑土灘形成過(guò)程生物、物理、生態(tài)等變化，為黑土灘的治理提供了有價(jià)值的參考[114-115]。尚占環(huán)等[93,114]提出了黑土灘形成的“三階段”觀點(diǎn)，及雜草主動(dòng)侵入、被動(dòng)侵入機(jī)制，毒雜草穩(wěn)定維持機(jī)制，分析了鼠類活動(dòng)異化草地植被繁殖體庫(kù)和土壤養(yǎng)分的作用機(jī)制。并以禿斑塊變化為核心提出了從禿斑塊到草氈層孤島化、干化的過(guò)程機(jī)制(圖1)。尚占環(huán)等[116]提出黑土灘禿斑塊的“水熱空洞效應(yīng)”假說(shuō)，并在2016年獲得國(guó)家自然科學(xué)基金資助進(jìn)一步深入開(kāi)展機(jī)制性研究(圖2)。韓立輝等[28]提出禿斑塊在黑土灘形成過(guò)程中的“負(fù)肥力島”機(jī)制，也就是土壤養(yǎng)分流失集中區(qū)，并認(rèn)為禿斑塊達(dá)到5 m2小大時(shí)，會(huì)造成與周邊其他景觀異質(zhì)性降低。林慧龍等[29]提出禿斑塊的“熱島”效應(yīng)機(jī)制。尚占環(huán)[117, 35]提出“黑土灘二次發(fā)生”問(wèn)題，并研究了發(fā)生機(jī)制面臨問(wèn)題，指出“黑土灘二次發(fā)生”是青藏高原黑土灘治理的重大問(wèn)題，必須得到重視，才能有效的實(shí)施“黑土灘”治理工作(圖3)。曹廣民等以草氈層變化為核心提出高寒草甸主動(dòng)、被動(dòng)退化的兩種動(dòng)力，并在整體上將矮嵩草高寒草甸退化分為4個(gè)時(shí)期[異針茅(Stipaaliena)+羊茅(Festucaspp.)-矮嵩草(Kobresiahumilis)群落、矮嵩草群落、小嵩草(Kobresiapygmaea)群落、雜類草“黑土型”次生裸地]，3個(gè)階段(被動(dòng)退化階段、主動(dòng)退化階段、過(guò)渡階段)，同時(shí)根據(jù)草氈層碳儲(chǔ)量分析出高寒草甸系統(tǒng)穩(wěn)定的核心在于草氈層[52,118-127]。曹廣民研究團(tuán)隊(duì)上述研究是以草氈層為核心，但是該理論體系是跨生態(tài)、氣候區(qū)的調(diào)查基礎(chǔ)上形成的，因此是否具有普適性，也就是說(shuō)任何青藏高原區(qū)域的矮嵩草草甸的退化是否都遵循這一過(guò)程,特別是草氈層的變化過(guò)程，需要更多實(shí)證。

圖1 禿斑塊擴(kuò)張與“黑土灘”退化草地的形成過(guò)程示意圖Fig.1 Dilatation of plaques and the formation process of degraded grassland in black soil land注: a1是a2草甸區(qū)域開(kāi)始出現(xiàn)的禿斑塊，在草地退化初始較少。b1和b2是禿斑塊在草地退化過(guò)程中逐漸增加、連通(b1)，使得草甸草氈層成為干化的“孤島”(b2)，最后草氈層徹底消失(c2)。c1和c2是高寒草甸的草氈層幾乎全部消失，毒雜草占據(jù)生境，形成“黑土灘”退化草地，c1為暖季景觀(毒雜草滋生的群落)，c2為冷季景觀(植被枯黃，黑色土壤裸露，故名“黑土灘”)。

因此認(rèn)為黑土灘的禿斑塊存在“水熱空洞效應(yīng)”，并有加速草地退化的作用[128]。即在高寒草地中禿斑塊是在地表形成了水熱空洞，大量水熱通過(guò)禿斑散失，引起禿斑區(qū)域、周邊區(qū)域“根系-土壤-凍土”系統(tǒng)逐漸不穩(wěn)定，進(jìn)一步加速更多的草氈層干化、剝離，同時(shí)造成毒雜草侵入、蔓延 (圖2)。黑土灘禿斑塊在致密的草甸內(nèi)產(chǎn)生后，會(huì)導(dǎo)致草地退化速度加快，至“黑土灘”退化草地的形成。致密的草甸退化后，水熱異常是引起草甸下墊面的“土壤-凍土”系統(tǒng)不穩(wěn)定的因素[129-133]。禿斑塊的水熱空洞效應(yīng)主要應(yīng)包括地表和土壤水分通過(guò)禿斑塊的異常流動(dòng)現(xiàn)象，熱量在禿斑塊裸露土壤中的異常收支(吸附、散失)。這兩方面與禿斑塊面積、形狀、連通性，以及氣象因素、土壤質(zhì)地、禿斑周邊鼠洞密度等變量都有密切關(guān)系，需要與周邊草甸覆蓋區(qū)域進(jìn)行對(duì)比，才能更多的詮釋禿斑塊的水熱空洞效應(yīng)。禿斑塊亦給嚙齒動(dòng)物在禿斑周邊打洞、攻擊草甸覆蓋區(qū)域提供了有利條件，更加速了禿斑塊的擴(kuò)張[34,100-101,115,122,134-136]。

圖2 禿斑塊的水熱空洞效應(yīng)及對(duì)“黑土灘”形成作用的假設(shè)示意圖Fig.2 The hudrothermal-hole effect of bare patches and the assumption of the for,ation of black formation of black soil land注：藍(lán)色和紅色虛線表示水熱運(yùn)動(dòng)，線條的粗細(xì)模擬通量值。A表示高寒草甸未產(chǎn)生禿斑塊的水熱收支狀態(tài)。B表示禿斑塊增加了水熱散失的空洞作用、毒雜草侵入，造成“草甸-土壤-凍土”系統(tǒng)不穩(wěn)定。C表示隨著禿斑塊逐漸擴(kuò)張，更多的草甸草氈層干化、剝離，毒雜草群落增加，逐漸形成大面積的“黑土灘”退化草地。

4.2 植被與土壤養(yǎng)分互作

很多研究認(rèn)為黑土灘土壤養(yǎng)分降低是植被減少的一個(gè)重要原因[53-54,101,137-139]。事實(shí)上，在高寒草甸未退化植被去除草皮層(0～30 cm)后下墊面土壤情況與黑土灘相似，也就是說(shuō)，草皮層大量根系及植被凋落物形成腐殖質(zhì)與土壤的混合體，消失后其下墊面部分與黑土灘土壤是相當(dāng)?shù)腫6]。同時(shí)需要回答，未退化草甸草皮層下墊面土壤到底對(duì)上部植被有多少養(yǎng)分維持作用？為什么毒雜草能夠在黑土灘生長(zhǎng)[28,93]？或許根本上以嵩草植物、禾草植物為主的群落難以很快的在黑土灘禿斑塊上生長(zhǎng)、發(fā)育，其原因應(yīng)該是生境或水熱環(huán)境的改變，而非養(yǎng)分問(wèn)題，因?yàn)閺默F(xiàn)有的研究證實(shí)毒雜草對(duì)養(yǎng)分的需求并不比禾草、嵩草等優(yōu)良牧草低[65,67]。

4.3 與凍土退化之間關(guān)系

近10年對(duì)高寒草甸與凍土之間關(guān)系的研究較多，也逐漸理清了凍土與草地植被間互相依存關(guān)系的水熱機(jī)制[128-133,140-145]，但其中針對(duì)黑土灘與凍土之間關(guān)系的研究并不多。凍土與草地退化之間互相作用以及引發(fā)的一系列生態(tài)問(wèn)題已經(jīng)得到重視，以王根緒為代表的研究團(tuán)隊(duì)在該領(lǐng)域從水熱物理學(xué)、碳循環(huán)等角度開(kāi)展了深入研究[129,141]。從這個(gè)角度來(lái)看，黑土灘禿斑出現(xiàn)與凍土退化可能會(huì)互相激蕩，擴(kuò)大負(fù)面效應(yīng)。但能夠?qū)⒍吆芎媒Y(jié)合起來(lái)的研究設(shè)計(jì)，需要擁有足夠兩方面專業(yè)知識(shí)同時(shí)能對(duì)二者有很好的理解。一般觸及二者的研究人員都從一個(gè)方面推測(cè)另一方面的問(wèn)題，但需要詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，例如黑土灘禿斑塊引起的熱量散失對(duì)凍土的影響[57]。黑土灘禿斑塊土壤水分入滲速率高達(dá)52.86 mm·min-1，而有草氈層的草甸僅為3.19 mm·min-1[146]，這對(duì)凍土下墊面水循環(huán)肯定有非常大的影響。早期研究認(rèn)為凍土退化是黑土灘形成重要原因，這在作者10年前的綜述論文中專門(mén)討論過(guò)[12-13]，目前眾多相關(guān)研究直接或間接的證明這一推測(cè)。梁四海等[147]根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)定建立了黃河源區(qū)植被覆蓋率與多年凍土埋深的關(guān)系，植被覆蓋度在60%以下，凍土埋深急劇下降，而高寒草甸60%覆蓋率基本上是黑土灘禿斑塊進(jìn)一步擴(kuò)大開(kāi)始。高植被覆蓋度的土壤能夠起到絕熱作用，在凍融季節(jié)能夠保護(hù)凍土減少受水熱劇烈變化的影響，保護(hù)凍土穩(wěn)定性[148]。尤全剛等研究證實(shí)[149]，高寒草甸植被退化，土壤持水量、飽和導(dǎo)水率降低和導(dǎo)熱率增加將加速地表水熱交換，對(duì)高寒草甸草地退化和下伏多年凍土消融都可能是正反饋。王一博等[56]研究證實(shí)高寒草甸在10～20 cm土層的土壤含水量流失對(duì)高寒草甸土壤環(huán)境影響最大，這個(gè)土層恰恰就是黑土灘形成過(guò)程中的草氈層的剝離層。胡宏昌等[150]研究發(fā)現(xiàn)多年凍土與季節(jié)凍土土壤水分對(duì)植被退化的響應(yīng)不一樣，多年凍土活動(dòng)層20～60 cm的土壤含水量隨著植被覆蓋度減少而降低，而60～80 cm的土壤含水量增加；季節(jié)凍土0～120 cm的土壤含水量則都降低。就目前的研究結(jié)果來(lái)看，一般認(rèn)為凍土區(qū)域的草地植被及草氈層有著隔熱作用[151-153]，但黑土灘呈現(xiàn)斑塊狀的植被和草氈層剝離在不同尺度上與凍土水熱關(guān)系，以及不同凍土類型的水熱作用機(jī)制值得進(jìn)一步深入研究。

4.4 毒雜草與鼠害

土壤侵蝕、毒雜草蔓延、鼠害增加等在一定程度上與禿斑塊面積和空間態(tài)勢(shì)有很大關(guān)系[57,32,154]。毒雜草的作用在黑土灘形成過(guò)程中十分明顯，同時(shí)也是影響黑土灘治理的重要問(wèn)題。關(guān)于毒雜草的研究集中于毒雜草繁殖擴(kuò)散及化感作用較多，延續(xù)了上個(gè)世紀(jì)80年代以來(lái)研究基礎(chǔ)。近10年已經(jīng)發(fā)表的研究報(bào)告表明，毒雜草土壤種子庫(kù)、毒雜草引起土壤養(yǎng)分變化，以及化感作用有效的促進(jìn)了毒雜草在黑土灘生境中滋生與迅速擴(kuò)散[50,70,73,87]。例如，土壤可萌發(fā)種子庫(kù)在未退化草地，輕度，中度退化草地中都相對(duì)較少，但是在黑土灘中卻迅速增加，但大部分組成是毒雜草種子庫(kù)[72]，這與毒雜草種子主要都為小型種子有關(guān)[67]。同時(shí)也支持了地上毒雜草更新幼苗的高密度發(fā)生[71]，這種毒雜草植物更新模式與毒雜草種子高效繁殖有密切關(guān)系[70,155]。但是沒(méi)有十分明確的量化證據(jù)證明毒雜草土壤種子庫(kù)在黑土灘形成與恢復(fù)過(guò)程中扮演著重要角色，這與研究過(guò)程樣品采集方法和種子庫(kù)分析方法差別有關(guān)[70,96]，但是這些研究給出的對(duì)策則十分重要，也就是在黑土灘治理過(guò)程中要消耗毒雜草種子庫(kù)，盡可能降低毒雜草種子庫(kù)造成毒雜草再次爆發(fā)，引起黑土灘二次發(fā)生[70-73,93]。

毒雜草化感作用是黑土灘初次形成及二次發(fā)生的重要生態(tài)學(xué)機(jī)制[35]。近10年來(lái)，該方面主要集中于黑土灘毒雜草的化感物質(zhì)分析，化感測(cè)試等，但在野外的實(shí)證研究仍需加強(qiáng)[156-160]。垂穗披堿草(Elymusnutans)對(duì)主要黑土灘毒雜草(黃花棘豆(Oxytropisochrocephala)，秦艽(Gentianamacrophylla)，南山蒿(Artemisiananschanica)，黃帚橐吾(Ligulariavirgaurea)，瑞香狼毒(Stellerachamaejasme)，密花香薷(Elsholtziadensa)，白苞筋骨草(Ajugalupulina)，鐵棒錘(Aconitumpendulum))的化感抑制作用的反應(yīng)比較明顯，其中黃花棘豆化感抑制性最強(qiáng)[161-163]。甘肅馬先蒿(Pediculariskansuensis)對(duì)垂穗披堿草的化感抑制作用比對(duì)其他禾草如青海冷地早熟禾(Poacrymophila‘Qinghai’)，同德老芒麥(Elymussibiricus‘Tongde’)，青海中華羊茅(Festucasinensis‘Qinghai’)強(qiáng)烈[164]，這也是甘肅馬先蒿容易在垂穗披堿草人工草地爆發(fā)的重要原因[158,165-166]。甘肅馬先蒿的防治可以采用化感抑制劑，后源等[167]發(fā)現(xiàn)黃花棘豆、南山蒿等黑土灘本地毒草的植物體化學(xué)提取物對(duì)甘肅馬先蒿有較強(qiáng)的抑制作用，并發(fā)現(xiàn)有效抑制物：倍半萜類化合物(香橙烯環(huán)氧化物(C15H24O)、異香橙烯環(huán)氧化物(C15H24O)和6-(2-(3-羥基-1-丙烯)基)-4,8a-二甲基-1,2,4a,5,6,7,8,8a-八氫-2-萘醇(C15H24O2))。任元丁[50]證實(shí)了黑土灘主要毒雜草[南山蒿，細(xì)葉亞菊(Ajaniatenuifolia)，黃帚橐吾]殘?bào)w在土壤中釋放化感物質(zhì)，是毒雜草向土壤中釋放化感物質(zhì)的重要途徑。

圖3 青藏高原“黑土灘”二次發(fā)生現(xiàn)象示意圖Fig.3 A schematic diagram of the phenmenon of ‘black soil land’ second emergence in Qinghai-Tibetan Platean

嚙齒動(dòng)物活動(dòng)是禿斑塊逐漸擴(kuò)大的重要推動(dòng)力，這在黑土灘形成過(guò)程中的作用十分明顯[168-169]。對(duì)于嚙齒動(dòng)物、鼠類動(dòng)物活動(dòng)與黑土灘的形成，基本上沒(méi)有獲得更多的進(jìn)展。較多研究還是集中于鼠類動(dòng)物活動(dòng)與植被、土壤關(guān)系，而且研究方法也還是采用鼠洞密度方法調(diào)查草地植被與土壤變化[154,170-173]，來(lái)證實(shí)高強(qiáng)度的鼠類活動(dòng)嚴(yán)重造成了草地退化，特別是在鼠類活動(dòng)區(qū)域首先形成黑土灘[103,175]。賈婷婷研究認(rèn)為，高寒草甸有效鼠洞在320-624 ha-1時(shí)候，高寒草甸土壤、植被能很好的協(xié)調(diào)發(fā)展，過(guò)高和過(guò)低的密度對(duì)高寒草甸植被和土壤的耦合協(xié)調(diào)度會(huì)降低[175]。

4.5 草氈層的作用

草氈層是維系青藏高原高寒草甸的根本，草氈層的穩(wěn)定是高寒草甸區(qū)域植被、凍土、碳庫(kù)以及草甸生物多樣性、生產(chǎn)性能維持核心[10,12,14,59]。草氈層剝離、消失是黑土灘發(fā)生的重要標(biāo)志和最終體現(xiàn)形式，因此關(guān)于草氈層與黑土灘關(guān)系科研人員關(guān)注了很久，但是系統(tǒng)性的研究并沒(méi)有開(kāi)展。以曹廣民課題組為代表研究團(tuán)隊(duì)在近10年對(duì)草氈層與黑土灘發(fā)生之間的關(guān)系開(kāi)展了深入研究[52,118-127,146,176]，并以草氈層為核心，將碳庫(kù)穩(wěn)定性，水熱變化，植被，土壤結(jié)皮，根系等與草甸演變進(jìn)行了詳細(xì)的實(shí)證分析。草氈層干化是草地退化的重要內(nèi)在因素[2,115,122,146,176-177]。野外觀測(cè)表明，禿斑塊周邊草氈層都出現(xiàn)干化現(xiàn)象(圖1 a1,a2,b1,b2)。這種草氈層的干化使得土壤與草氈層之間固有的水熱關(guān)系減弱，加之草氈層水分減少，最終禿斑塊周邊的草氈層死亡、逐漸剝離，禿斑擴(kuò)散(圖1 b1)，使得草甸孤島化(圖1 b2)。

5 黑土灘退化草地生態(tài)恢復(fù)理論和技術(shù)

5.1 恢復(fù)的理論與應(yīng)用

黑土灘退化草地生態(tài)恢復(fù)最初指導(dǎo)性理論來(lái)源于退化分級(jí)，針對(duì)不同退化等級(jí)采用不同技術(shù)，隨著退化程度加劇，越需要更多人工輔助恢復(fù)，以至于后來(lái)提出采用“人工草地改建”的技術(shù)恢復(fù)“黑土灘”，其根據(jù)是“黑土灘”已經(jīng)失去自我恢復(fù)能力[1,17,111]?！案慕ā边@個(gè)詞是作者在12年前進(jìn)行博士研究論證會(huì)中，由胡自治教授提出的，后面逐漸出現(xiàn)相關(guān)報(bào)告中，現(xiàn)在逐漸得到學(xué)界認(rèn)可。為了證實(shí)“人工草地改建”在恢復(fù)黑土灘中的作用，很多人開(kāi)展了相關(guān)研究，并大量產(chǎn)生了“黑土灘人工草地”，作為一種人工植被出現(xiàn)在三江源區(qū)，以至于三江源區(qū)后續(xù)大量生態(tài)建設(shè)工作都圍繞“黑土灘人工草地”開(kāi)展[178-181]。

采用高強(qiáng)度的農(nóng)藝學(xué)措施建植人工草地的方式恢復(fù)黑土灘，目前仍然存在很大爭(zhēng)論[182]。主要問(wèn)題在于改建的人工草地迅速退化問(wèn)題[183]，為此國(guó)家自然基金委資助了一個(gè)自然基金項(xiàng)目《青藏高原三江源區(qū)“黑土灘”二次發(fā)生的地下過(guò)程及其內(nèi)部驅(qū)動(dòng)機(jī)制研究(編號(hào)：41171417)》，分析人工改建后黑土灘二次發(fā)生問(wèn)題。其研究結(jié)果證實(shí)了改建人工草地迅速退化會(huì)確實(shí)引起黑土灘二次發(fā)生[184]；但在管理水平較高的情況下能夠引導(dǎo)人工草地逐漸演替到較穩(wěn)定的多年生植被階段，促進(jìn)其自我恢復(fù)，但這種管理投入較大，技術(shù)要求也較高[15,108,182,185-186]。

針對(duì)黑土灘人工草地改建技術(shù)存在的問(wèn)題，馬玉壽課題組開(kāi)展了種質(zhì)資源選育、馴化，以及管理技術(shù)等一系列研究，最終獲得了較理想的根莖型禾草作為黑土灘人工草地建植的較適宜牧草植物-青海草地早熟禾(Poapratensis‘Qinghai’)、青海冷地早熟禾(Poacrymophila‘Qinghai’)，并進(jìn)行了大范圍推廣[187-189]。黑土灘治理不能一刀切，在這種指導(dǎo)思想下，馬玉壽等2008年提出分級(jí)、分類治理思想，并且在三江源區(qū)黑土灘本地調(diào)查結(jié)果支持下，其團(tuán)隊(duì)成員制定了一系列詳細(xì)的技術(shù)規(guī)程，有力的支撐三江源區(qū)草地恢復(fù)工程的實(shí)施[19,64,111,183,190-194]。

董全民等在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)黑土灘人工草地3～5年期間暫穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象對(duì)于人工草地以后穩(wěn)定性具有重要作用，提出了采用人工干擾維持其暫穩(wěn)態(tài)的理論，提出混播黑土灘人工草地冬季利用率在40～60%，并采用施肥、毒雜草防除和鼠害防除方法能夠維持人工草地穩(wěn)定性[183]。很多關(guān)于黑土灘人工草地穩(wěn)定性的研究都基于在青海省瑪沁縣大武灘試驗(yàn)地的工作基礎(chǔ)[195-198]。該示范地已經(jīng)進(jìn)行了近20年的研究工作，在較好的管理下已經(jīng)演替到很好的階段，并且已經(jīng)形成致密的草皮層，在試驗(yàn)地的很多區(qū)域原生植被已經(jīng)逐漸恢復(fù)[199-200]。李以康等調(diào)查發(fā)現(xiàn)黑土灘人工草地在11年后經(jīng)歷雜草侵入，嵩草草甸斑塊化發(fā)展，逐漸向頂級(jí)群落-禾草矮嵩草群落恢復(fù)演替[121]。王彥龍根據(jù)青海省瑪沁縣大武灘試驗(yàn)地的人工草地植物營(yíng)養(yǎng)型分析結(jié)果，認(rèn)為黑土灘人工草地夏季屬于碳氮營(yíng)養(yǎng)型，冬季草地屬于碳營(yíng)養(yǎng)型[200]。很多不同年限黑土灘人工草地土壤養(yǎng)分變化趨勢(shì)都顯示出’V’形，這說(shuō)明隨著人工草地年限增加，能夠使土壤得到一定恢復(fù)，盡管在短期內(nèi)出現(xiàn)下降趨勢(shì)，也表明人工草地短期內(nèi)高生產(chǎn)力是以消耗地力為代價(jià)的，但合理的管理能逐漸促進(jìn)草地恢復(fù)[196,201-204]。

李希來(lái)基于大規(guī)模的樣地調(diào)查采用數(shù)量模型方法研究了黑土灘退化草地恢復(fù)問(wèn)題[97]。在其一系列研究報(bào)告中，李希來(lái)指出黑土灘退化草地也能夠恢復(fù)，但是對(duì)于不同退化程度的黑土灘恢復(fù)要求差異較大，通過(guò)模型模擬認(rèn)為黑土灘退化草地在高強(qiáng)度放牧情況下21年后就能形成，而恢復(fù)需要在50年以上，而在一般放牧條件下，黑土灘的恢復(fù)則需要在115～500年之間，因此他建議盡量降低干擾以提高黑土灘恢復(fù)速度[100-101,34]。尚占環(huán)2007年提出辯證的看待黑土灘次生雜草群落，認(rèn)為黑土灘也可能是高寒草甸正向演替的起始[116]，是高寒生態(tài)系統(tǒng)的循環(huán)過(guò)程，這種觀點(diǎn)在野外實(shí)地觀察中有一定的證據(jù)，例如實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)很多禿斑塊能逐漸恢復(fù)成逐漸嵩草草甸。因此，我們可能嚴(yán)重低估了嵩草群落和草氈層在黑土灘自我恢復(fù)過(guò)程中的恢復(fù)力，這方面需要更加詳細(xì)研究論證。

5.2 生態(tài)恢復(fù)的種質(zhì)資源

從上個(gè)世紀(jì)80年代開(kāi)始，黑土灘治理的研究人員不斷探索能夠適用于黑土灘生態(tài)恢復(fù)的植物種質(zhì)資源，這期間開(kāi)展了大量實(shí)驗(yàn)工作，其中莎草、禾草，甚至豆科植物都被廣泛應(yīng)用于科研和實(shí)踐中[13,205-207]。但是最后逐漸放棄了莎草科、豆科植物，原因在于他們很難應(yīng)用到黑土灘恢復(fù)中，豆科優(yōu)良牧草難以在海拔3700 m以上高寒區(qū)域很好的生長(zhǎng)繁殖，而莎草科植物在黑土灘條件下難以定植，種質(zhì)材料難以獲得。后來(lái)黑土灘人工草地的植物種質(zhì)研究和開(kāi)發(fā)的工作都集中于禾草植物。早期研究認(rèn)為，禾草能夠作為黑土灘恢復(fù)成嵩草植被的先鋒植物[207]。近10年來(lái)，在經(jīng)過(guò)大量草種馴化，篩選之后，一系列適用于黑土灘的優(yōu)良種質(zhì)資源及其利用技術(shù)被大量的研究出來(lái)。生態(tài)功能應(yīng)該作為黑土灘生態(tài)恢復(fù)種質(zhì)資源篩選的重要指標(biāo)，例如植物根系結(jié)構(gòu)(根生物量、須根條數(shù)、根長(zhǎng)等)與形成的土草混合體抗侵蝕性、穩(wěn)定性關(guān)系十分緊密[208]。

最具代表性的新種質(zhì)資源是青海冷地早熟禾、青海草地早熟禾，應(yīng)用時(shí)間長(zhǎng)、最廣泛的植物是垂穗披堿草[187,188,209-212]。圍繞著這些牧草的適應(yīng)性、實(shí)用技術(shù)研究被廣泛開(kāi)展。青海畜牧獸醫(yī)科學(xué)院在黑土灘治理種質(zhì)資源馴化與適應(yīng)性評(píng)價(jià)方面做了大量工作，先后對(duì)50多種本地植物及引進(jìn)植物行了評(píng)估和應(yīng)用示范[185,213]。近幾年更集中于生態(tài)型牧草植物馴化和應(yīng)用，如梭羅草(Roegneriathoroldiana)、疏花針茅(Stipapenicillata)、麥薲草(Elymustangutorum)、異針茅(Stipaaliena)、洽草(Koeleriacristata)、發(fā)草(Deschampsiacaespitosa)、堿茅(Puccinelliadistans)[191,212-219]。馬玉壽團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)多年攻關(guān)研究，最終成功馴化成黑土灘治理優(yōu)良生態(tài)型牧草-青海草地早熟禾[220,212]。青海草地早熟禾、青海冷地早熟禾的馴化試驗(yàn)和示范的成功為黑土灘生態(tài)恢復(fù)工程提供了充足、有效的種質(zhì)資源[185,187-188,211-212]。

披堿草屬3種主要牧草[(垂穗披堿草，多葉老芒麥(Elymussibiricus‘Duoye’)，短芒老芒麥(Elymussibiricus‘Duanmang’)]人工種植的生長(zhǎng)高峰期都在第2～4年，每平方米地上干物質(zhì)都能達(dá)到1000 g左右，返青季節(jié)基本都在4月下旬[215]。在瑪沁縣黑土灘中種植的10種早熟禾品種中[波伐早熟禾(Poaalbertiisubsp.poophagorum)，青海扁莖早熟禾(Poapratensis‘Qinghai’)，冷地早熟禾(Poacrymophila)，草地早熟禾(Poapratensis)，高山早熟禾(Poaalpina)，高寒肯塔基早熟禾(Poapratensis‘Kentucky’)，草地早熟禾巴林(Poapratensis‘Balin’)，康尼(Poapratensis‘Conni’)，肯塔基，超優(yōu)異(Poapratensis‘Merit’)]，有6種從加拿大引入的不能越冬(高山早熟禾，高寒肯塔基早熟禾，草地早熟禾巴林，康尼，肯塔基，超優(yōu)異)，其他4種本地馴化的早熟禾都能很好的在黑土灘生長(zhǎng)[214]。評(píng)估的8種羊茅屬牧草[(中華羊茅(Festucasinensis)，西北羊茅(Festucakryloviana)(原文拉丁文有誤，且根據(jù)拉丁文應(yīng)該為‘寒生羊茅’)，毛稃羊茅(Festucakirilovii)，紫羊茅(同德)(Festucarubra)，卡斯?fàn)柕嫌惭蛎?Festucaovrina‘Carsrd’)，羊茅(Festucaovrina)(根據(jù)原文拉丁文應(yīng)該為‘羊茅’非‘寒生羊茅’)，蠱羊茅(Festucafascinata)]中，后4種不能越冬，中華羊茅表現(xiàn)最好，適合作為黑土灘人工草地種植[216]。經(jīng)4年監(jiān)測(cè)研究發(fā)現(xiàn)，星星草(Puccinelliatenuiflora)，洽草，發(fā)草等也能和羊茅、早熟禾等一樣作為黑土灘改建人工草地的理想植物[219]。異針茅也能作為黑土灘人工草地種植植物，適合作為生態(tài)草恢復(fù)黑土灘[217]。在玉樹(shù)地區(qū)黑土灘人工草地研究中，引入15種高寒地區(qū)的牧草都能正常生長(zhǎng)，并能完成越冬和完整生育期，其中同德老芒麥和同德短芒披堿草表現(xiàn)最好[222]。

不同牧草植物混合作為黑土灘人工草地建植材料應(yīng)用較多，混播一般比單播穩(wěn)定[221]。在2～6種牧草混合播種中，4種混合效果較好[223]，但是這個(gè)研究基于1年生長(zhǎng)觀測(cè)[223]。馬玉壽等[179]報(bào)道了3年年限的黑土灘人工草地混播群落穩(wěn)定性，發(fā)現(xiàn)較多物種組合建植的人工草地越來(lái)越表現(xiàn)出穩(wěn)定性，5～6種組合穩(wěn)定性十分明顯，推薦“垂穗披堿草+冷地早熟禾+中華羊茅+波伐早熟禾+西北羊茅+短芒老芒麥”作為黑土灘人工草地混播組合，同時(shí)4年的觀測(cè)實(shí)驗(yàn)也證實(shí)了這一點(diǎn)[197]。施建軍等[185]推薦6種牧草混播用來(lái)建植黑土灘人工草地(垂穗披堿草+青海草地早熟禾+青海中華羊茅+青海冷地早熟禾+堿茅+西北羊茅)。黑土灘恢復(fù)技術(shù)中，單播牧草植物應(yīng)該在工程實(shí)施中被禁止，至少應(yīng)該有兩種牧草以上的混播。

5.3 人工輔助技術(shù)

在“黑土灘”恢復(fù)技術(shù)分類、分級(jí)為指導(dǎo)下，一共發(fā)展了3類技術(shù)，第1類是圍欄封育，去除干擾依靠其自然恢復(fù)，適用于輕度退化草地；第2類是人工補(bǔ)播，除雜草，滅除鼠害，適用于中度退化草地；第3類是難以恢復(fù)極度退化黑土灘，采用人工改建成人工草地，并輔助圍欄封育[6,19,111,180]。事實(shí)上，這3類技術(shù)都需要人工幫助草地恢復(fù)，以促進(jìn)其恢復(fù)演替。因此黑土灘生態(tài)恢復(fù)工程必須投入人力因素，才能達(dá)到目的[64]。近10年中，人工恢復(fù)技術(shù)在前人的基礎(chǔ)上越來(lái)越成熟，并且更加走向標(biāo)準(zhǔn)化，在大量研發(fā)項(xiàng)目支持下，與黑土灘治理有關(guān)的一系列專利、標(biāo)準(zhǔn)被發(fā)展起來(lái)，成為黑土灘治理技術(shù)體系的重要組成部分。

肥料一般在黑土灘人工草地建植和管理中廣泛使用，為了滿足人工草地短期積累大量生物量和根系對(duì)養(yǎng)分需求，也必須提供足夠的肥料[108]。黑土灘人工草地一般3年后土壤硝態(tài)氮下降50%，應(yīng)重視更有效的施肥技術(shù)，比如目前使用的N肥，很大比例并沒(méi)有被植物吸收[65-66]。腐熟羊糞作為底肥在黑土灘人工草地中效果好，一般使用量為每公頃2 000 kg[194]。施建軍等[224]推薦在黑土灘人工草地最佳施用化肥(N、P)時(shí)間在分蘗至7月上旬。

基于農(nóng)藝耕作措施在改建和補(bǔ)播恢復(fù)黑土灘過(guò)程中，存在草地土表層高強(qiáng)度的人為干擾問(wèn)題。馬玉壽研究團(tuán)隊(duì)提出了采用免耕措施改建或補(bǔ)播恢復(fù)黑土灘，在黑河上游黑土灘治理中，免耕技術(shù)雖然在恢復(fù)植被方面效果差一些，但對(duì)于土壤的保護(hù)效果較好[18-19]。黑土灘恢復(fù)技術(shù)體系中，免耕技術(shù)應(yīng)該進(jìn)一步深入研究，特別是關(guān)于較長(zhǎng)年限的免耕技術(shù)效果研究。

恢復(fù)黑土灘的牧草植物種子丸粒化技術(shù)近幾年被應(yīng)用，主要由青海大學(xué)李希來(lái)團(tuán)隊(duì)實(shí)施[225]。研究結(jié)果表明采用保水劑的青海冷地早熟禾、青海中華羊茅的丸粒種子在幼苗生長(zhǎng)能力方面比裸種子效果好[225]。采用羊糞和粘土(比例為35%∶65%效果最好)作為種子丸?；牧显谝欢ǔ潭壬咸岣吒吆貐^(qū)人工種植的牧草種子萌發(fā)率[226-227]和生長(zhǎng)狀況，例如植株葉片數(shù)、株高和根長(zhǎng)都有提高[228-229]。高寒草地土壤也可以作為種子的包衣劑[230]。種子微藻包衣可以提高幼苗植物根際土壤微生物活性和植物生長(zhǎng)，改善植物生長(zhǎng)環(huán)境[231-232]。

用于改建黑土灘的人工草地采用一定灌溉措施能夠降低雜草發(fā)生，同時(shí)能夠提高優(yōu)良牧草生物量[233-236]。封育措施不論在哪種退化等級(jí)草地，都必不可少，在恢復(fù)過(guò)程中更需要一定的封育保護(hù)措施，免遭過(guò)度干擾[237-239]。黑土灘人工草地可以采用一定程度上的放牧管理，提高物種多樣性，促進(jìn)植被更好發(fā)育[186,193,198,240-244]。董全民等[245]推薦在垂穗披堿草/星星草混播黑土灘人工草地上放牧強(qiáng)度為9.97頭·ha-1牦牛，對(duì)草地植被穩(wěn)定和家畜生產(chǎn)都適宜。適當(dāng)?shù)呢赘畈粌H能加速草地物質(zhì)循環(huán)，還能減弱因繁殖生長(zhǎng)帶來(lái)的植株老化問(wèn)題，提高黑土灘人工草地群落活力，并獲得一定的飼草生產(chǎn)[246-247]。

一般以黑土灘人工草地穩(wěn)定性為目的的草地管理技術(shù)，包括毒雜草防除，鼠害防除，肥料使用，這些是最基本的農(nóng)藝學(xué)調(diào)控措施[185,248-250]。和其他技術(shù)相比，鼠害防控技術(shù)應(yīng)該很好研發(fā)，以獲得可持續(xù)的鼠害防控效果[251-252]。雜草防除方面一直推薦的是化學(xué)防除，對(duì)于草地牧草而言化學(xué)藥物選擇性較差[253]。對(duì)比黑土灘人工草地生產(chǎn)與生態(tài)功能效益，投入一定人工調(diào)控是雙贏的投入，以9年的管理投入為例，隨著年限延長(zhǎng)投入產(chǎn)出比也增加，這是因?yàn)殡S著黑土灘人工草地逐漸穩(wěn)定，投入逐漸降低，但對(duì)管理人員技術(shù)水平要求較高[254-256]。

5.4 近自然恢復(fù)與適應(yīng)性調(diào)控

近自然恢復(fù)在三江源區(qū)生態(tài)恢復(fù)工作中已經(jīng)被納入國(guó)家十三五項(xiàng)目中[257]，并將作為重點(diǎn)發(fā)展技術(shù)體系，支持黑土灘退化草地的恢復(fù)和治理。近自然恢復(fù)強(qiáng)調(diào)遵循自然規(guī)律前提，人工促進(jìn)創(chuàng)造環(huán)境恢復(fù)到原生狀態(tài)，并在恢復(fù)過(guò)程中強(qiáng)調(diào)與周邊環(huán)境的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，消除過(guò)多的人工痕跡[258-259]。已有的研究結(jié)果表明，黑土灘退化草地使用圍欄封育自然恢復(fù)方法難以達(dá)到恢復(fù)目標(biāo)，且最終形成了越來(lái)越穩(wěn)定的毒雜草群落[1]，李希來(lái)的研究表明，極度退化黑土灘自然恢復(fù)可能要近500年時(shí)間[97]。因此，人工干預(yù)的近自然恢復(fù)技術(shù)是解決黑土灘生態(tài)恢復(fù)問(wèn)題重要途徑之一，那么黑土灘生態(tài)恢復(fù)中近自然恢復(fù)技術(shù)體系應(yīng)至少包括以下幾個(gè)方面:(1)高豐富度的當(dāng)?shù)夭莸刂参锓N子混合混播材料；(2)采用當(dāng)?shù)卦系耐寥鲤B(yǎng)分添加材料；(3)使用當(dāng)?shù)卦系牡乇砀采w、保持水土和種子材料；(4)可以采用移植當(dāng)?shù)夭莸乇硗梁屯敛輰臃椒ㄟM(jìn)行恢復(fù)。對(duì)于黑土灘而言，土壤種子庫(kù)捐贈(zèng)技術(shù)(donor seedbanks)是其近自然恢復(fù)的重要方式，土壤種子庫(kù)捐贈(zèng)技術(shù)實(shí)際上涵蓋了近自然恢復(fù)原則和技術(shù)途徑[178,260-262]。

適應(yīng)性調(diào)控是黑土灘人工草地獲得恢復(fù)性演替的重要途徑，也是啟動(dòng)和引導(dǎo)黑土灘自我恢復(fù)的重要措施，這也是近自然恢復(fù)生態(tài)學(xué)的重要方面[263]。從群落結(jié)構(gòu)和功能變化角度看，黑土灘人工草地是生態(tài)恢復(fù)技術(shù)使用后形成的雜合型群落[264]，雜合型群落屬于不穩(wěn)定的群落，勢(shì)必會(huì)不斷發(fā)生變化，其變化受多種因素、機(jī)制交叉作用，在不同演替階段主導(dǎo)機(jī)制不同[181,196,265-266]。長(zhǎng)期性觀測(cè)研究是黑土灘人工草地可持續(xù)管理的重要基礎(chǔ)，例如基于中長(zhǎng)期的一些黑土灘恢復(fù)研究結(jié)果表明，黑土灘不同恢復(fù)技術(shù)處理下地上群落有著趨同演變趨勢(shì)，且土壤系統(tǒng)也有恢復(fù)趨勢(shì)，盡管群落結(jié)構(gòu)有分層-分異現(xiàn)象[181,201-203,267]。因此，基于恢復(fù)生態(tài)學(xué)的長(zhǎng)期性研究才能獲得有實(shí)踐指導(dǎo)意義的有效技術(shù)[268-269]。

5.5 黑土灘恢復(fù)效果的評(píng)估

近10年來(lái)，由于三江源生態(tài)工程實(shí)施，退化草地恢復(fù)工作迅速、大范圍開(kāi)展，建立了不同地點(diǎn)、恢復(fù)技術(shù)、規(guī)模的試驗(yàn)、示范實(shí)地樣地，針對(duì)這些工作開(kāi)展了很多相應(yīng)的監(jiān)測(cè)與評(píng)估，也包括三江源區(qū)的整體評(píng)估[4,25,110,270-273]。具體評(píng)估內(nèi)容主要包括種質(zhì)資源適宜性，土壤、植被變化趨勢(shì)，土壤微生物，經(jīng)濟(jì)效益，生物多樣性，碳匯等方面[32,65-66,87,108,219,274-275]。這些評(píng)估對(duì)生態(tài)恢復(fù)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)程，技術(shù)體系的完善提供了強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)和信息支持。正是在這些評(píng)估基礎(chǔ)上，才形成了今天較為完善的黑土灘恢復(fù)理論和技術(shù)體系，支撐推動(dòng)著三江源區(qū)生態(tài)建設(shè)工程。根據(jù)現(xiàn)有的研究報(bào)告，就恢復(fù)技術(shù)而言，年限越長(zhǎng)研究的從生態(tài)功能、生產(chǎn)功能恢復(fù)效果的評(píng)價(jià)越可靠，對(duì)技術(shù)的改進(jìn)和完善越有參考價(jià)值[269]。因此，在黑土灘恢復(fù)中應(yīng)該特別注重長(zhǎng)期研究樣地的建立和持續(xù)性監(jiān)測(cè)研究。

經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估是黑土灘恢復(fù)治理的重要方面。事實(shí)上黑土灘治理重要一個(gè)方面是牧民生計(jì)問(wèn)題的解決，也涉及到國(guó)家生態(tài)工程的民生功能，但黑土灘經(jīng)濟(jì)效益相關(guān)評(píng)估目前較少[276]。陳敏等[277]認(rèn)為三江源區(qū)生態(tài)經(jīng)濟(jì)收益將隨著風(fēng)險(xiǎn)因子值增加而減少，決策者所持風(fēng)險(xiǎn)態(tài)度對(duì)生態(tài)恢復(fù)方案的制定起著決定性影響。尹曉英和秦嘉龍[268]提出黑土灘治理的生態(tài)補(bǔ)償投入，直接從“基建支出”轉(zhuǎn)入“待核銷基建支出”，并未將其作為資產(chǎn)反映，既不能歸集生態(tài)效益補(bǔ)償?shù)某杀荆膊荒荏w現(xiàn)政府履行受托責(zé)任情況。周毛措和鄭建宗[278]基于投入產(chǎn)出的經(jīng)濟(jì)核算方法研究認(rèn)為，在高寒地區(qū)重度～中度退化草地恢復(fù)中人工恢復(fù)比自然恢復(fù)效益高，而在中度～輕度退化草地恢復(fù)中自然恢復(fù)效益比人工恢復(fù)效益高。董全民等[256]對(duì)比了黑土灘人工草地(混播，單播)及退化草地在9年間的經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益，建議將人工草地生態(tài)系統(tǒng)的價(jià)值核算納入草地生態(tài)系統(tǒng)補(bǔ)償性保護(hù)和恢復(fù)的決策過(guò)程中。施建軍等[254]分析了6年的黑土灘人工草地投入產(chǎn)出，結(jié)果表明在持續(xù)一定投入維持下黑土灘人工草地能夠持續(xù)獲得較高產(chǎn)出，且產(chǎn)出效益逐漸增加，這種效益驅(qū)動(dòng)下，應(yīng)該加強(qiáng)黑土灘人工草地建設(shè)和管理，獲得生態(tài)、生產(chǎn)雙贏。從上述僅有幾個(gè)黑土灘恢復(fù)的經(jīng)濟(jì)效益分析案例可以看出，應(yīng)該加強(qiáng)生態(tài)恢復(fù)的經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估，特別是對(duì)不同技術(shù)、模式較長(zhǎng)期的效益跟蹤評(píng)估，才能更有效的支持國(guó)家在黑土灘治理上的正確投入[128,279-280]。

6 研究展望與總結(jié)

恢復(fù)生態(tài)學(xué)的主流理論基本都應(yīng)用到了黑土灘恢復(fù)治理工作中，并且已經(jīng)形成了較成熟的理論、技術(shù)體系。近自然的恢復(fù)理論目前逐漸成為主導(dǎo)生態(tài)恢復(fù)，特別是退化自然生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)工作的重要指導(dǎo)思想[268]，這對(duì)黑土灘人工干擾恢復(fù)提供了重要參考，在引導(dǎo)、協(xié)助黑土灘人工草地向恢復(fù)演替變化提供了明確目標(biāo)。深入認(rèn)識(shí)黑土灘在高寒草地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能維持中的作用，特別是其自我恢復(fù)力的認(rèn)識(shí)，促進(jìn)受損植被自我恢復(fù)力提高，是以后三江源區(qū)生態(tài)修復(fù)的重要發(fā)展方向。特別應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)退化草地恢復(fù)技術(shù)實(shí)施對(duì)土壤功能影響的研究[281-284]。在美國(guó)加利福尼亞大學(xué)伯克利分校一個(gè)有關(guān)未來(lái)生態(tài)環(huán)境保護(hù)的研討會(huì)上，來(lái)自全球40多個(gè)生態(tài)、生物學(xué)家形成共識(shí)，提出面對(duì)全球變化和人口增長(zhǎng)，環(huán)保主義者應(yīng)該利用新形成的生態(tài)系統(tǒng)，注重維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的多樣化，增進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)的適應(yīng)能力，而不應(yīng)總是試圖讓生態(tài)系統(tǒng)維持過(guò)去的狀態(tài)[285]。把生態(tài)系統(tǒng)功能整合到生態(tài)恢復(fù)中，不能簡(jiǎn)單的滿足于植被恢復(fù)[286]。因此把治理黑土灘工程放到三江源區(qū)高寒草地畜牧業(yè)的生態(tài)-生產(chǎn)系統(tǒng)中，作為調(diào)控天然-家畜體系生態(tài)平衡的角色，更有助于可持續(xù)性的黑土灘治理[13,279,287]。

黑土灘生態(tài)恢復(fù)技術(shù)已基本形成完善的體系，但在具體細(xì)節(jié)應(yīng)該再進(jìn)一步深入研究。例如，更多的種質(zhì)材料混合技術(shù)，目前很少有超過(guò)6種牧草植物種類種子混合的案例，應(yīng)該加強(qiáng)生態(tài)恢復(fù)種質(zhì)資源開(kāi)發(fā)和應(yīng)用技術(shù)研究[288]。一般超過(guò)20種的植物物種混合能夠建立更加穩(wěn)定的植被，并且對(duì)后續(xù)植被演替有著更加顯著的積極作用[289]。因此我們建議針對(duì)黑土灘人工草地建植開(kāi)發(fā)多種多樣的種質(zhì)配方材料。黑土灘在人工恢復(fù)過(guò)程中應(yīng)該注重分段調(diào)控技術(shù)的使用，在整個(gè)三江源區(qū)應(yīng)該在分區(qū)基礎(chǔ)上，建立分類、分級(jí)、分段的調(diào)控技術(shù)體系，完善 “分區(qū)-分類-分級(jí)-分段”技術(shù)模式。人工干擾引導(dǎo)植被逐漸恢復(fù)是較難的過(guò)程，人工組裝的群落很可能會(huì)出現(xiàn)意料之外的群落和演替方向，可控人工干擾是黑土灘生態(tài)恢復(fù)的研究重點(diǎn)[287]。加強(qiáng)生物源控制劑研發(fā)應(yīng)用，研究生態(tài)型控制毒雜草技術(shù)[290]。就恢復(fù)成本而言，黑土灘恢復(fù)的人工改建技術(shù)成本還是較高，因此急需發(fā)展低成本的技術(shù)體系及模式，如發(fā)揮當(dāng)?shù)剞r(nóng)牧民、企業(yè)的積極性是降低成本的重要機(jī)制[128,279]。在總結(jié)以前的技術(shù)基礎(chǔ)上，逐漸發(fā)展低成本的技術(shù)體系能夠更有效的促進(jìn)生態(tài)恢復(fù)工程實(shí)施[291]。

綜觀近10年來(lái)，在國(guó)家三江源區(qū)自然保護(hù)區(qū)、國(guó)家公園等生態(tài)建設(shè)國(guó)家戰(zhàn)略實(shí)施中，黑土灘恢復(fù)和治理作為三江源區(qū)生態(tài)建設(shè)重點(diǎn)工程，相關(guān)研究工作得到了極大發(fā)展，不論從理論、技術(shù)、模式，還是從科技產(chǎn)出，人才培養(yǎng)都取得了前所未有的成績(jī)。黑土灘作為全球草地退化行為在青藏高原的特殊表現(xiàn)形式，代表著自然植被生態(tài)退化的極端案例，因此其研究?jī)r(jià)值對(duì)生態(tài)學(xué)理論、生態(tài)恢復(fù)技術(shù)、生態(tài)系統(tǒng)持續(xù)管理等都有著極其重要的意義和參考價(jià)值。畢竟，目前三江源區(qū)7000多萬(wàn)畝黑土灘不可能都采用人工改建方式來(lái)進(jìn)行恢復(fù)(成本高、后續(xù)管理需求太大，以及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)也較高)，因此我們建議，將更多的科研平臺(tái)、資源納入到草地生態(tài)恢復(fù)行動(dòng)中，發(fā)展多技術(shù)，多模式的生態(tài)恢復(fù)途徑，有效推進(jìn)三江源區(qū)生態(tài)建設(shè)。