前言

草原是我国北方最重要的天然生态屏障,在发展畜牧业、保护生物多样性、保护水土资源和维护生态平衡方面具有重要的战略地位。由于草原生态环境脆弱,土壤质地疏松,抗蚀能力低,加之一些地区过度放牧及大面积的开发建设,使地表裸露,遇到强度大的降雨或大风时,极易造成水土流失,导致草地生态环境逐渐恶化,威胁国家生态安全。据统计,全国牧区由于水蚀引起的水土流失面积为33.7万km2,占全国水土流失面积的24%,风蚀引起的草场沙退化面积为120万km2,占全国草地面积的30%。

内蒙古草原总面积近86.7万km2,居我国五大草原之首,占全国草原面积的22%,占内蒙古自治区土地总面积的76.5%,是欧亚大陆草原的重要组成部分。内蒙古草原不仅是我国最大的天然牧场和畜牧业生产基地,也是我国重要的天然生态屏障。其中锡林郭勒草原既是世界四大天然草原之一,也是我国唯一被列入联合国人与生物圈保护网络的国家级草原自然保护区,更是华北乃至全国的重要生态屏障之一。近年来锡林郭勒草原退化、沙化和盐碱化面积已达到可利用草原面积的64%,草原生态环境恶化已十分严重。

目前,草原生态环境正面临着由“结构性破坏”到“功能性紊乱”的演变态势,草地生产力和植被盖度大幅度下降,涵养水源功能减弱,水土流失加剧,形势十分严峻。同时随着经济社会的不断发展,人们对水土资源的需求和生态环境的要求也越来越高,更加剧了水土资源的需求矛盾。因此,如何从水利、生态、经济、社会等多视角,系统地研究退化草地水土保持与生态恢复重建,如何科学利用和合理保护好区域水土资源,实现经济和社会、生态环境的可持续发展已成为一个十分紧迫和必要的问题。

近几十年以来,国家相继实施了京津风沙源治理、退耕还林、退牧还草、天然林保护、草原建设与保护、水土保持等一批重点生态建设工程。在北方草原生态恢复重建过程中采取了一系列措施,如围栏封育、划区轮牧、草地补播、草原防护林、飞播、家庭草库仑建设、饲草料地建设等,均取得了一定成果。但目前治理过程中的治理模式,缺少以水为中心的技术,而且退化草地水土流失治理方面的新技术新方法较为缺乏,因此,本书选择退化草地为研究对象,把退化草地生态恢复中已有的单项技术进行组装集成,研发以“水土”为中心的核心技术,配套现有科技成果,进行水土保持与生态恢复重建技术的研究,控制退化草地水土流失,更加科学合理地治理退化草地,解决北方草原退化草地水土保持生态恢复重建技术中的难点和关键技术问题,实现地区经济和社会、生态环境的协调及畜牧业可持续发展。开展退化草地恢复重建水土保持技术研究,对于完善退化草地水土保持生态恢复重建技术体系,提高草地生态环境恢复、草地水土保持技术水平等具有重要的科学意义,对提高我国草地水土流失治理中的科技含量与技术水平,促进我国均衡发展,构筑和谐社会,确保国家生态安全和区域生态、经济可持续发展具有重要战略意义。

本书在分析锡林郭勒草原退化成因以及草原退化对水土流失影响分析基础上,采用野外大量风蚀、水蚀试验数据,从退化草地风速廓线、地表粗糙度、风沙流结构特征以及风蚀强度空间差异以及不同退化程度草地水土流失量等几个方面分析锡林河流域草地水土流失特征。通过对锡林河流域地面调查、地面风蚀水蚀试验,运用“3S”技术[遥感技术(Remote Sensing,RS)、地理信息系统(Geography Information Systems,GIS)和全球定位系统(Global Positioning Systems,GPS)]对高分辨率的ZY3卫星数据处理,建立了锡林河流域生态基础数据库,构建了锡林河流域风蚀、水蚀预测模型,并进行了验证与修订。通过植物措施和保水剂相结合的方式开展了水土流失阻控技术研究,分析了不同植被配置施用保水剂后对植被特征的影响、不同植被配置施用保水剂后对降雨产流产沙的影响、同一保水剂施用量对植被产流产沙的影响等试验研究。根据草地小流域降雨、径流、产沙模数以及工程措施配置不应大面积扰动坡面原生土壤及植被的特点,并考虑畜牧业生产中的打草搂草机械的使用,结合当地实际情况,对不同坡度条件下截水沟的适宜间距进行优化设计,并进行了实际应用;通过野外边坡植被建植灌溉试验,采用室内外相结合的试验研究方法,揭示了不同植被的需水特性及人工再塑地貌边坡土壤水分运移规律。分析了不同植被边坡土壤含水量对边坡稳定性的影响,提出边坡稳定性的土壤含水量阈值;评价不同植被建植的适宜灌水方式;提出适宜边坡建植灌水时间、灌水量、灌水周期及灌水年轮的灌水调控技术;在分析排土场边坡不同治理措施水土保持效益基础上,提出再塑地貌边坡工程植物措施相结合的快速建植模式。在分析不同剂量微生物菌肥对矿区土壤和植被生长的影响基础上,提出退化草地恢复植被快速建植技术复合措施。通过对紫花苜蓿、披碱草、蒙古冰草和无芒雀麦不同种植方式(组合)生长速度、地上生物量、冠层结构、净光合速率、生长年限的动态变化研究分析,利用相对产量总值(Relative Yield Total,RYT)法估测不同混播组合牧草种间相容性与种间竞争力,提出灌溉条件下,退化草地人工建植稳定性栽植技术及滴灌最优灌溉制度。通过对露天矿建设项目对周边区域草地生态影响的主要因子(土壤水分、植被盖度、生物量、大气降尘以及地下水位变化情况)进行动态监测,分析确定了由于煤矿开采而影响的矿区周边区域生态环境的范围。根据生态补偿理论,提出影响区水土保持生态补偿主体及置换技术。通过分析评价国内外现有草地植被恢复、水土保持措施,结合现有工程及本项研究试验观测结果,根据研究区地貌类型、侵蚀特点,分别提出了由人工草地建设、草地封育改良、防风固沙林建植等构成的以恢复草地植被提高生产力的水土保持生态修复模式;由林草措施、封禁措施、坡面截水沟+柠条带、谷坊+防冲林等措施构成的丘陵草原区小流域水土保持综合治理模式;由栽植灌木+种草、生态袋+种草、微生物菌肥改良土壤、灌溉措施等构成的退化草地工程侵蚀区快速建植水土保持综合防治模式。

本书得到水利部公益性行业科研专项经费项目——退化草地恢复重建水土保持关键技术研究(201301049)的资助,在此表示感谢。本书汇集了作者近几年对退化草地水土保持方面的相关研究成果,并参考引用了一些相关专家和学者的研究成果以及文献资料,同时在撰写过程中得到了各位专家、学者的参与和帮助,在此一并表示感谢。本书第1章由何京丽、邢恩德、珊丹负责完成;第2章由邢恩德、何京丽、田秀民负责完成;第3章由刘艳萍、郭建英、刘铁军负责完成;第4章由李锦荣、何京丽、刘静负责完成;第5章由崔向新、王颖、葛楠负责完成;第6章由梁占岐、郭建英、张欣负责完成;第7章由珊丹、郭建英、吴永胜负责完成;第8章由何京丽、田秀民、李艳茹负责完成;第9章由邢恩德、何京丽、张铁钢负责完成;第10章由荣浩、何京丽、尹瑞平、杨志勇负责完成;第11章由何京丽负责完成。全书由邢恩德、何京丽负责文字和格式编排以及统稿,审定终稿。本研究得到了内蒙古大唐国际锡林浩特矿业有限公司工作人员的大力支持和热情帮助,在此表示感谢。感谢中国水利水电出版社王梅编辑为本书的编辑和出版付出的辛勤劳动。

由于时间短促,限于作者水平,书中的错误和不足之处在所难免,恳请读者惠予批评指正。　

作者

2016年5月