中國網/中國發展門戶網訊  我國農牧交錯區是在趙松喬首次提出“農牧過渡地區”后發展起來的概念，又稱農牧交錯帶，劃分的主要指標為年降水量約為400 mm，草地畜牧業與種植農業并存。其特點是草地和農田交叉分布，農民和牧民相互融合，農業和畜牧業各自獨立又相互耦合。農牧交錯帶作為2種主要生產方式的分界線，是人類經濟活動與自然界互動發展的結果，是我國東西部之間的過渡區、生態脆弱區、能源礦產基地區、農-牧-林系統最佳耦合區及經濟發展的第2條黃金區，也是遏制荒漠化、沙化東移和南下的生態屏障。因此，農牧交錯帶在農業生產、生態環境維持和農牧民生活中有著舉足輕重的地位。最新報道我國北方農牧交錯帶總面積確定為83.5×10⁴ km²。

由于受地理格局和氣候條件制約，農牧交錯區農牧業生產力低而不穩、生態環境脆弱、農牧民生活水平低下，因此成為生態環境脆弱區、貧困區，致使這里的生態環境、社會、經濟等問題十分復雜。由于不合理的開發利用和全球氣候變化等，過去40年這類區域生態環境惡化發生了質的變化，為了改善環境，國家投入了大量的財力物力人力，實施了一系列重大工程，盡管取得了一定成效，但并未從根本上解決環境惡化問題和農牧民生活水平提高的問題。特別是進入2000年，北方沙塵暴肆虐，嚴重威脅京津冀地區生態安全。中國科學院緊急啟動知識創新工程重大項目“渾善達克沙地與京北農牧交錯區生態環境綜合治理試驗示范研究”，隨后科學技術部也啟動了國家重點基礎研究發展規劃項目“北方草地與農牧交錯帶生態系統維持與適應性管理的科學基礎”等項目。這些項目的實施地點都在內蒙古多倫縣，為了保障項目的實施和科技成果的示范推廣，2001年中國科學院植物研究所和多倫縣人民政府在多倫共建了“中國科學院植物研究所多倫恢復生態學試驗示范研究站”（以下簡稱“多倫站”），并取得了重要科研進展。自2003年起多倫站建立了多個野外大型試驗觀測平臺，吸引了來自北京大學、北京師范大學、中國農業大學、中國科學院地理與資源研究所、中國科學院沈陽應用生態研究所、河南大學、河北大學、內蒙古大學、內蒙古農業大學等多家大學和科研機構的研究人員到站開展研究工作。同時也培養了大量的優秀的年輕的科技人才。

建設農牧交錯帶草地生態系統模擬觀測試驗平臺，支撐全球變化響應機制研究

在重大項目支持下，圍繞京北農牧交錯帶生態環境綜合治理、生態系統維持與適應性管理等問題，多倫站先后建立了長期綜合觀測場、全球變化多因子試驗平臺、模擬降水轉移試驗平臺、長期圍封試驗平臺、長期割草試驗平臺、長期氮添加試驗平臺、長期氮磷養分添加試驗平臺、長期水氮添加試驗平臺、長期水磷添加試驗平臺等。

率先建立了全球變化多因子控制試驗平臺。自工業革命以來，全球氣候變暖及其伴隨產生的降水格局改變、冰川和凍土消融、海平面上升等氣候與環境變化對陸地生態系統的結構與功能產生了深遠的影響。多倫站在國內率先開展了一項包括增溫、澆水、施肥和割草4種因子的全球變化多因子控制試驗，相應設立了4級實驗處理，占地約5.3 hm²，以研究氣候變化和人類活動對于我國典型農牧交錯區草地生態系統的潛在影響。該實驗是我國最早開展規模最大、手段最先進的以農牧交錯帶典型草地生態系統為對象，探討其各個生物層次對全球變化響應的綜合性試驗研究。特別是增溫處理，采用紅外加熱的方式，將一根165 cm×15 cm輻射器安置于地面以上2.5 m高處。這是國內首次采用紅外輻射的方式進行模擬全球溫度升高的試驗，該試驗的實施，在一定程度上揭示了全球變化條件下我國農牧交錯帶草地生態系統的變化趨勢及其適應機制，并對未來情景作出預測與判斷，提出了合理可行的草地生態系統管理及可持續利用對策。同時產出了一系列有關全球變化對草地生態系統影響的高水平科研成果，促進了我國全球變化生態學研究的發展，提高了我國在該領域的國際影響力。

建立多倫農牧交錯帶草地天然降水轉移控制試驗平臺。隨著氣候變化加劇，降水季節變化已成為全球范圍內普遍存在的現象。陸地植物的生長具有內在的時間動態性，而這種動態與降水的季節波動密切相關。因此，降水季節分布的變化對生態系統的結構和功能可能產生深遠的影響。盡管許多研究已探討了降水總量變化對生態系統的影響，但關于季節性降水分布變化如何調節植物生長和碳循環的研究仍然較為匱乏。為此，建設了多倫農牧交錯帶草地天然降水轉移控制試驗平臺，依托多倫站在內蒙古半干旱典型草地建立的長期降水季節變化實驗平臺，探討了降水季節分布變化對溫帶半干旱草地生產力和碳匯的影響。研究發現，推遲的降水峰值抑制了植物生長，導致中生長季的水分脅迫加劇，從而降低了生態系統的總生態系統生產力、生態系統呼吸和凈生態系統生產力。然而，早生長季降水增加可以促進植物發育，增強耐旱的非禾本科雜類草的優勢度，從而抵消中生長季水分脅迫對碳循環的不利影響，最終使草原碳匯保持不變。這一研究結果表明，春季降水增加和植物發育的提前可能是維持植物生長和穩定草地碳匯的關鍵機制。揭示了農牧交錯帶典型草地碳匯對降水季節變化的響應機制，進一步強調了將降水季節性變化納入地球系統模型的必要性，提高未來氣候變化情景下對陸地碳循環和碳固存的預測精度。

建立多倫農牧交錯帶草地春秋季模擬霜凍試驗平臺。霜凍事件作為寒溫帶地區頻發的極端氣候事件之一，其發生可能會抵消全球變暖下生長季延長所帶來的碳固定。然而，霜凍的生態學研究目前主要集中在個體尺度，主要關注個體健康狀況、物候、抗逆性等。霜凍事件究竟如何影響草地生態系統碳收支，因缺少野外霜凍控制裝置，相關研究非常有限。為解決這一關鍵科學問題，2017年在多倫站建立了長期霜凍控制試驗平臺。通過長期霜凍試驗發現，盡管霜凍事件持續時間短（通常幾天左右），但是春、秋季霜凍對溫帶草地整個生長季的生態系統凈初級生產力會產生相反且疊加的影響，從而對草地生態系統碳收支沒有顯著影響。在整個生長季中，春季霜凍能促進草地生態系統碳固定，而秋季霜凍則促使草地生態系統碳排放，兩者同時出現時，整個生長季的碳收支基本相互抵消，近乎為零。該研究首次闡明了霜凍事件的持久性影響及季節性差異，量化了霜凍對生態系統尺度碳收支方面的影響機制，為預測未來氣候情景下的霜凍引發的碳排放提供了重要依據。

長序列監測觀測數據積累，為農牧交錯帶草地生態學研究打下重要基礎

建站25年來，多倫站對農牧交錯帶退化草地生態系統進行持續觀測與試驗，獲取了長時間序列的數據，支撐農牧交錯帶退化草地生態系統結構和功能對全球環境變化及人類活動干擾的響應規律和調控機理、退化草地恢復技術和高產人工草地建植技術的系統研究，為京北農牧交錯帶退化草地治理、受損生態系統恢復和重建，以及牧草資源收集與利用等提供了重要的理論基礎和技術支撐，為農牧交錯帶地區可持續發展作出了重要貢獻。

解析了農牧交錯帶草地植物根系性狀及其對降水變化的響應機制。利用多年降水控制實驗平臺，結合自然降水梯度樣帶實驗，揭示了內蒙古典型草地植物根系性狀種間和種內變異規律及其對降水變化的響應機制。研究發現，典型草地植物根系性狀為多維的種間變異模式，且這種多維的變異模式與系統發育密切相關。親緣關系較近的物種有相似的根系性狀，而來自不同系統發育分支的物種，通過不同的根系性狀組合來更有效的獲取資源。這種資源獲取策略的多樣性是群落物種共存的重要機制之一。進一步分析發現，草地植物的根系性狀可以適應一定范圍的降水變化，只有當降水變化量超過一定閾值時，植物的根系性狀才會發生適應性調整。這表明草地植物根系性狀對降水變化響應的敏感性較低，這種較低的響應敏感性可以確保草地植物在年降水量波動較大的環境中得以生存，這是草地植物對干旱半干旱地區降水特征的一種適應性表現。更重要的是，根系直徑和皮層厚度較小且維管柱比例較大的物種（雜類草和禾草），有較高的蒸騰速率和氣孔導度，而水分利用效率較低。增加降水顯著提高了百合科植物的蒸騰速率、氣孔導度和光合作用速率，而只顯著提高了雜類草的蒸騰速率，禾草類植物對增加降水無顯著響應。此外，研究揭示百合科植物葉片生理過程對降水較敏感的響應與其較大的根系直徑和皮層厚度密切相關。這些研究結果表明，不同類群植物根系解剖結構的差異，導致了其葉片生理過程的差異及其對降水變化的差異性響應。這些研究從植物功能性狀的角度揭示了草地植物多樣的資源利用策略及其對降水變化的響應和適應機制（圖1），為理解和預測草地植物對未來氣候變化的響應提供了重要的理論依據。

闡明了農牧交錯帶草地植物葉-根微生物組對長期割草的響應機理。長期割草可造成天然草地植物的矮化，導致草地生產力降低和草地生態系統功能退化。作為植物的“第二基因組”，植物微生物組在植物對抗擾動的過程中發揮著關鍵作用?；诙鄠愓鹃L期割草試驗平臺，研究了葉片和根系細菌群落對連續17年割草的響應特征，并分析了長期割草、葉片-根系細菌群落、葉-根性狀之間的關系。研究發現，葉片和根性狀均呈現顯著的種間變異，但只有葉片性狀在長期割草后發生了種內變異。與之類似，葉片細菌群落相對于根系細菌群落而言對長期割草更加敏感，但受到宿主物種的影響較??；而根系細菌群落結構主要由宿主植物的物種決定，對長期割草的響應較弱。根性狀對根系細菌的群落結構具有重要的指示作用，其中根組織密度是不同植物根系細菌群落結構差異的關鍵驅動因子。長期割草造成的葉片和根細菌群落組成變化主要由放線菌門的比例升高所導致，同時葉片細菌群落對長期刈割的高敏感性與葉片在割草影響下大量富集來自土壤中的放線菌密切相關。此外，通過研究9種優勢多年生植物葉片和根系相關真菌的β多樣性及群落構建過程，并將植物功能性狀納入分析框架，探究了其對植物真菌群落構建的影響（圖2）。研究結果顯示，在共存植物間，葉片和根系真菌β多樣性的主要構成組分為物種周轉，而嵌套效應的貢獻相對有限。進一步分析表明，擴散限制而非異質性選擇，是驅動共存植物間真菌群落結構差異的主導過程。盡管長期刈割顯著抑制了植物的生長，但未改變物種周轉和擴散限制在植物真菌組β多樣性形成及群落構建中的絕對優勢地位。值得注意的是，植物之間的功能性狀變異主要通過擴散限制途徑來塑造植物真菌組的群落結構。相比之下，植物性狀變異對不同真菌物種生態位分化的影響在真菌群落組裝中處于相對次要的地位。該研究結果表明，植物微生物群落對長期割草的響應程度與特定的植物分室及其功能性狀有關，這使得對人類活動影響下復雜植物群落中葉片-根系微生物組與葉-根功能性狀之間的關系有了更加深刻的理解。

闡明農牧交錯帶典型草原植物多樣性、生產力和穩定性對長期水氮添加的響應機制。草地生態系統的植物多樣性、生產力和穩定性是其維持關鍵生態功能與服務的重要驅動因素。目前已被廣泛報道降水變化與氮沉降對草地生態系統多樣性和生產力產生了深刻的影響?；诙鄠愓窘⒌膬让晒呸r牧交錯帶典型草地水分和氮素添加長期控制實驗，發現在實驗處理前6年（2005—2010年），降雨增加顯著提高植物生產力。但是，在接下來的4年（2011—2014年），降雨增加不再提高植物生產力。然而在水氮同時添加的處理中，植物生產力持續增加，土壤可利用氮和葉片氮含量也持續增加（圖3a）。該研究結果表明草地生態系統對長期降雨增加的響應格局受土壤氮可利用性的調節，長期降雨增加會導致半干旱地區從水氮共同限制轉變為氮獨立限制，也表明氣候變化將誘導生態系統資源限制類型發生改變，過去的模型高估了降水對草地生態系統生產力和碳吸存的作用。另外，通過長期的野外水氮添加控制實驗也發現，地上凈初級生產力的時間穩定性隨著降水的增加而提高，但隨著氮素的增加而降低。相反，地下凈初級生產力的時間穩定性隨著降水的增加而降低，但隨著氮富集而增加。地上凈初級生產力的時間穩定性主要由土壤水分和無機氮調節的物種異步性決定，同時也受到優勢物種穩定性的影響。地下凈初級生產力的時間穩定性主要由土壤水分和無機氮調節的禾草的地上凈初級生產力及土壤水分有效性直接驅動（圖3b）。這些研究結果表明溫帶典型草地植物群落地上和地下生產力的時間穩定性對水氮增加具有相反響應，未來應同時考慮生態系統地上和地下組分對全球變化的響應，才能更全面地理解全球變化對草地生態系統功能的影響。

開展高產人工草地建植技術模式和退化草地恢復技術體系示范推廣

發展人工草地是破解農牧交錯帶草畜矛盾和生態環境惡化的關鍵舉措。國內外的實踐證明，發展集約化高產優質人工草地，大幅提升優質飼草產量，可從根本上解決農牧交錯帶飼草料嚴重短缺問題；同時，使大面積天然草地得到恢復、保護與合理利用，最終實現生態建設產業化，產業發展生態化，從而保障農牧交錯帶的良性可持續發展。

高產優質牧草品種匱乏是制約人工草地發展的瓶頸。與傳統農作物相比，我國牧草品種的選育起步晚、投入低、育成品種少。目前，人工草地建設大量依靠進口草種，但適應性等問題經常導致不可預見的減產或大面積絕產，而且還面臨著大量外來草種入侵的風險。我國北方農牧交錯帶蘊含著豐富的優質牧草資源，高度適應當地的自然環境，具有耐寒、抗旱、耐土壤貧瘠等優異生物學特性，是建立高產、穩產人工草地的重要種質資源。據不完全統計，僅內蒙古草原就有1000多種飼用植物，可為牧草新品種選育提供優良的基因資源。

截至2025年10月，多倫站共收集野生優良牧草種質資源300余份，并提供馴化、選育、育成了多倫扁穗冰草、渾善達克羊草、長嶺羊草，以及中科1號紫花苜蓿、中科2號紫花苜蓿、中科1號花苜蓿、中科1號雜花苜蓿、中科1號黃花苜蓿牧草新品種8個。研發了苜蓿密植技術體系和燕麥雙收技術體系，在無霜期90天地區，苜蓿干草產量超過750 g/m²創造苜?！扒Ы锾铩奔o錄；燕麥超過1500 g/m²，創造了燕麥“噸草田”紀錄。草產量提高40%—55%以上，增加植被覆蓋時間17—45天，資源利用效率提高15%—30%，效益提高35%—45%。獲授權人工草地建植技術相關的《肥料促進劑、肥料組合物和燕麥施肥方法》《一種高緯度寒區苜蓿草光肥調控種植方法》《一種高緯度寒區燕麥草種植辦法》《一種高緯度寒區苜蓿高產光調控種植方法》《一種增加苜蓿產量和提高苜蓿品質的方法》《干牛糞腐熟誘導劑及改良草地的方法》《一種使赤芍種子胚芽萌發的方法》發明專利7項；制定了《苜蓿人工草地復壯技術規程》《苜蓿人工草地硒肥施用技術規程》《多品種苜蓿組合種植技術規程》《飼用燕麥雙播雙刈技術規程》《春播燕麥草-籽雙收栽培技術規程》《燕麥多品種組合雙刈栽培技術規程》《燕麥和油菜飼草復種雙收技術規程》《高緯度寒冷地區飼用油菜栽培技術規程》《多倫扁穗冰草種植技術規程》《TRCD草地改良劑恢復天然草地技術規程》內蒙古地方標準10項。同時，在退化草地恢復方面，提出了“圍欄封育+切根+融雪期與雨季施肥”恢復技術模式。針對內蒙古多倫農牧交錯帶草地超載過牧問題，提出了“季節畜牧業”“北繁南育”等畜牧業發展模式。

把農牧交錯帶打造成我國“第三糧倉”

農牧交錯帶退化草地得到有效恢復，高產人工草地使飼草得到有效保障，接下來就應該發展農牧交錯帶高效畜牧業。經過多倫站20多年在京北農牧交錯帶的探索和實踐，團隊提出把北方農牧交錯帶打造成我國的“第三糧倉”的設想。

我國的“第一糧倉”高產田，僅占全國耕地面積的約1/3，增糧空間有限；我國18億畝耕地中78.5%為中低產田（約14億畝），其中旱地占50%以上（9億多畝）。以中低產田改造為目標的“第二糧倉”計劃，便成為中國未來糧食安全的“希望工程”，這是中國土地產糧能力的儲備，聚焦在中低產田上提高糧食產量，但受氣候、土壤地力等因素的制約，糧食增產潛力十分有限。為此，團隊提出打造中國“第三糧倉”的設想，“種草養畜”，大力發展高產、優質、資源高效利用的人工草地、半人工草地和放牧型人工草地，用于生產牛羊肉等動物性食品。

“第三糧倉”勢在必行。我國廣闊的農牧交錯帶，是農業可持續發展的希望田野，是鄉村振興的“橋頭堡”，也是國家生態安全屏障建設的核心區。國人膳食結構發生改變。如今我國居民的生活質量發生了翻天覆地的變化，膳食種類繁多，居民的食品消費觀念也發生了顯著變化，由“吃得飽”“吃得好”向“吃得營養健康”轉變。隨著我國居民膳食結構的改變和對營養健康的要求不斷提高，直接原糧消費呈明顯下降趨勢，牛羊肉在居民膳食結構中的比例不斷增加。與此同時，居民對肉、蛋、奶等動物性食品的年消費量從人均18.1 kg增加至68.0 kg，翻了2.76倍。調整“糧食安全觀”為“食物安全觀”，提供優質、綠色有機、營養健康的多樣化的農產品，大力發展人工草地，開展人工種草養畜，實現飼草營養體全株生物量的利用，增加羊等草食家畜主要飼草飼料。農牧交錯帶草畜發展潛力巨大。農牧交錯帶生產糧食受氣候條件制約，但種植利用莖、葉等地上營養體為主的牧（飼）草，對氣候和土地資源的要求相對較弱，也可充分利用氣候、土地和生物資源，大幅度提高單位土地面積的生物量，避免資源浪費。2016年11月，農業部發布了《關于北方農牧交錯帶農業結構調整的指導意見》（農計發〔2016〕96號），指出“北方農牧交錯帶是草食畜牧業優勢區域”“堅持種養結合，草畜一體”“大力發展草食畜牧業，統籌安排青貯飼料作物和優質牧草種植，推動過腹還田，實現草畜平衡、循環利用、均衡發展”，為把農牧交錯帶打造成我國的“第三糧倉”提供了政策保障。

“第三糧倉”大有作為。我國北方農牧交錯帶耕地面積約占31.09%，草地面積約占55.71%，林地面積約占9.42%，其余用地面積約占3.78%。其中，草地面積為45.5359×10⁴ km²，中低產田面積為22.6296×10⁴ km²，因此，發展種草養畜的土地面積可達68.1655×10⁴ km²。過去20多年，團隊在內蒙古多倫農牧交錯帶的大田實驗證實，改良中低產田為優質的人工飼草地，生產力可以達到現有天然草地生產量的10倍以上。改造農牧交錯區的中低產田改造為優質的高產人工草地，可大幅度提高牛羊肉生產能力。通過測算，將該區域中低產田改造成高產人工草地，再加上天然草地生產的牛羊肉總產量每年可達2824×10⁴ t。2021年中央一號文件指出，保障糧食安全，關鍵在于落實“藏糧于地、藏糧于技”戰略。團隊提出將我國北方農牧交錯帶打造成我國“第三糧倉”的理念，實現“藏糧于草”“藏糧于畜”，在保障我國糧食安全的同時，改善區域生態環境，打造有中國特色的農牧業可持續發展新模式。

多倫站緊密圍繞京北農牧交錯帶復合生態系統的監測與研究，繼續拓展觀測場和衛星觀測場等科技基礎設施建設，提升觀測能力，逐步建成覆蓋京北農牧交錯帶林田草沙復合生態系統的完整的觀測體系，聚焦全球變化生態學，退化草地/沙地恢復重建應用基礎，飼草生物學理論、品種選育和高效人工草地建植技術3個重要方向研究，圍繞植物所草牧業“十五五”規劃和飼草種質高效設計與利用全國重點實驗室布局，開展示范服務，服務于我國北方農牧交錯帶的可持續發展，為“三北”工程、地方草牧業發展等重大工程提供科技支撐。

（作者：白文明、魏存爭、侯龍魚、李凌浩、韓興國、張文浩，中國科學院植物研究所飼草種質高效設計與利用全國重點實驗室 中國科學院植物研究所。《中國科學院院刊》供稿）