中国网/中国发展门户网讯  我国农牧交错区是在赵松乔首次提出“农牧过渡地区”后发展起来的概念，又称农牧交错带，划分的主要指标为年降水量约为400 mm，草地畜牧业与种植农业并存。其特点是草地和农田交叉分布，农民和牧民相互融合，农业和畜牧业各自独立又相互耦合。农牧交错带作为2种主要生产方式的分界线，是人类经济活动与自然界互动发展的结果，是我国东西部之间的过渡区、生态脆弱区、能源矿产基地区、农-牧-林系统最佳耦合区及经济发展的第2条黄金区，也是遏制荒漠化、沙化东移和南下的生态屏障。因此，农牧交错带在农业生产、生态环境维持和农牧民生活中有着举足轻重的地位。最新报道我国北方农牧交错带总面积确定为83.5×10⁴ km²。

由于受地理格局和气候条件制约，农牧交错区农牧业生产力低而不稳、生态环境脆弱、农牧民生活水平低下，因此成为生态环境脆弱区、贫困区，致使这里的生态环境、社会、经济等问题十分复杂。由于不合理的开发利用和全球气候变化等，过去40年这类区域生态环境恶化发生了质的变化，为了改善环境，国家投入了大量的财力物力人力，实施了一系列重大工程，尽管取得了一定成效，但并未从根本上解决环境恶化问题和农牧民生活水平提高的问题。特别是进入2000年，北方沙尘暴肆虐，严重威胁京津冀地区生态安全。中国科学院紧急启动知识创新工程重大项目“浑善达克沙地与京北农牧交错区生态环境综合治理试验示范研究”，随后科学技术部也启动了国家重点基础研究发展规划项目“北方草地与农牧交错带生态系统维持与适应性管理的科学基础”等项目。这些项目的实施地点都在内蒙古多伦县，为了保障项目的实施和科技成果的示范推广，2001年中国科学院植物研究所和多伦县人民政府在多伦共建了“中国科学院植物研究所多伦恢复生态学试验示范研究站”（以下简称“多伦站”），并取得了重要科研进展。自2003年起多伦站建立了多个野外大型试验观测平台，吸引了来自北京大学、北京师范大学、中国农业大学、中国科学院地理与资源研究所、中国科学院沈阳应用生态研究所、河南大学、河北大学、内蒙古大学、内蒙古农业大学等多家大学和科研机构的研究人员到站开展研究工作。同时也培养了大量的优秀的年轻的科技人才。

建设农牧交错带草地生态系统模拟观测试验平台，支撑全球变化响应机制研究

在重大项目支持下，围绕京北农牧交错带生态环境综合治理、生态系统维持与适应性管理等问题，多伦站先后建立了长期综合观测场、全球变化多因子试验平台、模拟降水转移试验平台、长期围封试验平台、长期割草试验平台、长期氮添加试验平台、长期氮磷养分添加试验平台、长期水氮添加试验平台、长期水磷添加试验平台等。

率先建立了全球变化多因子控制试验平台。自工业革命以来，全球气候变暖及其伴随产生的降水格局改变、冰川和冻土消融、海平面上升等气候与环境变化对陆地生态系统的结构与功能产生了深远的影响。多伦站在国内率先开展了一项包括增温、浇水、施肥和割草4种因子的全球变化多因子控制试验，相应设立了4级实验处理，占地约5.3 hm²，以研究气候变化和人类活动对于我国典型农牧交错区草地生态系统的潜在影响。该实验是我国最早开展规模最大、手段最先进的以农牧交错带典型草地生态系统为对象，探讨其各个生物层次对全球变化响应的综合性试验研究。特别是增温处理，采用红外加热的方式，将一根165 cm×15 cm辐射器安置于地面以上2.5 m高处。这是国内首次采用红外辐射的方式进行模拟全球温度升高的试验，该试验的实施，在一定程度上揭示了全球变化条件下我国农牧交错带草地生态系统的变化趋势及其适应机制，并对未来情景作出预测与判断，提出了合理可行的草地生态系统管理及可持续利用对策。同时产出了一系列有关全球变化对草地生态系统影响的高水平科研成果，促进了我国全球变化生态学研究的发展，提高了我国在该领域的国际影响力。

建立多伦农牧交错带草地天然降水转移控制试验平台。随着气候变化加剧，降水季节变化已成为全球范围内普遍存在的现象。陆地植物的生长具有内在的时间动态性，而这种动态与降水的季节波动密切相关。因此，降水季节分布的变化对生态系统的结构和功能可能产生深远的影响。尽管许多研究已探讨了降水总量变化对生态系统的影响，但关于季节性降水分布变化如何调节植物生长和碳循环的研究仍然较为匮乏。为此，建设了多伦农牧交错带草地天然降水转移控制试验平台，依托多伦站在内蒙古半干旱典型草地建立的长期降水季节变化实验平台，探讨了降水季节分布变化对温带半干旱草地生产力和碳汇的影响。研究发现，推迟的降水峰值抑制了植物生长，导致中生长季的水分胁迫加剧，从而降低了生态系统的总生态系统生产力、生态系统呼吸和净生态系统生产力。然而，早生长季降水增加可以促进植物发育，增强耐旱的非禾本科杂类草的优势度，从而抵消中生长季水分胁迫对碳循环的不利影响，最终使草原碳汇保持不变。这一研究结果表明，春季降水增加和植物发育的提前可能是维持植物生长和稳定草地碳汇的关键机制。揭示了农牧交错带典型草地碳汇对降水季节变化的响应机制，进一步强调了将降水季节性变化纳入地球系统模型的必要性，提高未来气候变化情景下对陆地碳循环和碳固存的预测精度。

建立多伦农牧交错带草地春秋季模拟霜冻试验平台。霜冻事件作为寒温带地区频发的极端气候事件之一，其发生可能会抵消全球变暖下生长季延长所带来的碳固定。然而，霜冻的生态学研究目前主要集中在个体尺度，主要关注个体健康状况、物候、抗逆性等。霜冻事件究竟如何影响草地生态系统碳收支，因缺少野外霜冻控制装置，相关研究非常有限。为解决这一关键科学问题，2017年在多伦站建立了长期霜冻控制试验平台。通过长期霜冻试验发现，尽管霜冻事件持续时间短（通常几天左右），但是春、秋季霜冻对温带草地整个生长季的生态系统净初级生产力会产生相反且叠加的影响，从而对草地生态系统碳收支没有显著影响。在整个生长季中，春季霜冻能促进草地生态系统碳固定，而秋季霜冻则促使草地生态系统碳排放，两者同时出现时，整个生长季的碳收支基本相互抵消，近乎为零。该研究首次阐明了霜冻事件的持久性影响及季节性差异，量化了霜冻对生态系统尺度碳收支方面的影响机制，为预测未来气候情景下的霜冻引发的碳排放提供了重要依据。

长序列监测观测数据积累，为农牧交错带草地生态学研究打下重要基础

建站25年来，多伦站对农牧交错带退化草地生态系统进行持续观测与试验，获取了长时间序列的数据，支撑农牧交错带退化草地生态系统结构和功能对全球环境变化及人类活动干扰的响应规律和调控机理、退化草地恢复技术和高产人工草地建植技术的系统研究，为京北农牧交错带退化草地治理、受损生态系统恢复和重建，以及牧草资源收集与利用等提供了重要的理论基础和技术支撑，为农牧交错带地区可持续发展作出了重要贡献。

解析了农牧交错带草地植物根系性状及其对降水变化的响应机制。利用多年降水控制实验平台，结合自然降水梯度样带实验，揭示了内蒙古典型草地植物根系性状种间和种内变异规律及其对降水变化的响应机制。研究发现，典型草地植物根系性状为多维的种间变异模式，且这种多维的变异模式与系统发育密切相关。亲缘关系较近的物种有相似的根系性状，而来自不同系统发育分支的物种，通过不同的根系性状组合来更有效的获取资源。这种资源获取策略的多样性是群落物种共存的重要机制之一。进一步分析发现，草地植物的根系性状可以适应一定范围的降水变化，只有当降水变化量超过一定阈值时，植物的根系性状才会发生适应性调整。这表明草地植物根系性状对降水变化响应的敏感性较低，这种较低的响应敏感性可以确保草地植物在年降水量波动较大的环境中得以生存，这是草地植物对干旱半干旱地区降水特征的一种适应性表现。更重要的是，根系直径和皮层厚度较小且维管柱比例较大的物种（杂类草和禾草），有较高的蒸腾速率和气孔导度，而水分利用效率较低。增加降水显著提高了百合科植物的蒸腾速率、气孔导度和光合作用速率，而只显著提高了杂类草的蒸腾速率，禾草类植物对增加降水无显著响应。此外，研究揭示百合科植物叶片生理过程对降水较敏感的响应与其较大的根系直径和皮层厚度密切相关。这些研究结果表明，不同类群植物根系解剖结构的差异，导致了其叶片生理过程的差异及其对降水变化的差异性响应。这些研究从植物功能性状的角度揭示了草地植物多样的资源利用策略及其对降水变化的响应和适应机制（图1），为理解和预测草地植物对未来气候变化的响应提供了重要的理论依据。

阐明了农牧交错带草地植物叶-根微生物组对长期割草的响应机理。长期割草可造成天然草地植物的矮化，导致草地生产力降低和草地生态系统功能退化。作为植物的“第二基因组”，植物微生物组在植物对抗扰动的过程中发挥着关键作用。基于多伦站长期割草试验平台，研究了叶片和根系细菌群落对连续17年割草的响应特征，并分析了长期割草、叶片-根系细菌群落、叶-根性状之间的关系。研究发现，叶片和根性状均呈现显著的种间变异，但只有叶片性状在长期割草后发生了种内变异。与之类似，叶片细菌群落相对于根系细菌群落而言对长期割草更加敏感，但受到宿主物种的影响较小；而根系细菌群落结构主要由宿主植物的物种决定，对长期割草的响应较弱。根性状对根系细菌的群落结构具有重要的指示作用，其中根组织密度是不同植物根系细菌群落结构差异的关键驱动因子。长期割草造成的叶片和根细菌群落组成变化主要由放线菌门的比例升高所导致，同时叶片细菌群落对长期刈割的高敏感性与叶片在割草影响下大量富集来自土壤中的放线菌密切相关。此外，通过研究9种优势多年生植物叶片和根系相关真菌的β多样性及群落构建过程，并将植物功能性状纳入分析框架，探究了其对植物真菌群落构建的影响（图2）。研究结果显示，在共存植物间，叶片和根系真菌β多样性的主要构成组分为物种周转，而嵌套效应的贡献相对有限。进一步分析表明，扩散限制而非异质性选择，是驱动共存植物间真菌群落结构差异的主导过程。尽管长期刈割显著抑制了植物的生长，但未改变物种周转和扩散限制在植物真菌组β多样性形成及群落构建中的绝对优势地位。值得注意的是，植物之间的功能性状变异主要通过扩散限制途径来塑造植物真菌组的群落结构。相比之下，植物性状变异对不同真菌物种生态位分化的影响在真菌群落组装中处于相对次要的地位。该研究结果表明，植物微生物群落对长期割草的响应程度与特定的植物分室及其功能性状有关，这使得对人类活动影响下复杂植物群落中叶片-根系微生物组与叶-根功能性状之间的关系有了更加深刻的理解。

阐明农牧交错带典型草原植物多样性、生产力和稳定性对长期水氮添加的响应机制。草地生态系统的植物多样性、生产力和稳定性是其维持关键生态功能与服务的重要驱动因素。目前已被广泛报道降水变化与氮沉降对草地生态系统多样性和生产力产生了深刻的影响。基于多伦站建立的内蒙古农牧交错带典型草地水分和氮素添加长期控制实验，发现在实验处理前6年（2005—2010年），降雨增加显著提高植物生产力。但是，在接下来的4年（2011—2014年），降雨增加不再提高植物生产力。然而在水氮同时添加的处理中，植物生产力持续增加，土壤可利用氮和叶片氮含量也持续增加（图3a）。该研究结果表明草地生态系统对长期降雨增加的响应格局受土壤氮可利用性的调节，长期降雨增加会导致半干旱地区从水氮共同限制转变为氮独立限制，也表明气候变化将诱导生态系统资源限制类型发生改变，过去的模型高估了降水对草地生态系统生产力和碳吸存的作用。另外，通过长期的野外水氮添加控制实验也发现，地上净初级生产力的时间稳定性随着降水的增加而提高，但随着氮素的增加而降低。相反，地下净初级生产力的时间稳定性随着降水的增加而降低，但随着氮富集而增加。地上净初级生产力的时间稳定性主要由土壤水分和无机氮调节的物种异步性决定，同时也受到优势物种稳定性的影响。地下净初级生产力的时间稳定性主要由土壤水分和无机氮调节的禾草的地上净初级生产力及土壤水分有效性直接驱动（图3b）。这些研究结果表明温带典型草地植物群落地上和地下生产力的时间稳定性对水氮增加具有相反响应，未来应同时考虑生态系统地上和地下组分对全球变化的响应，才能更全面地理解全球变化对草地生态系统功能的影响。

开展高产人工草地建植技术模式和退化草地恢复技术体系示范推广

发展人工草地是破解农牧交错带草畜矛盾和生态环境恶化的关键举措。国内外的实践证明，发展集约化高产优质人工草地，大幅提升优质饲草产量，可从根本上解决农牧交错带饲草料严重短缺问题；同时，使大面积天然草地得到恢复、保护与合理利用，最终实现生态建设产业化，产业发展生态化，从而保障农牧交错带的良性可持续发展。

高产优质牧草品种匮乏是制约人工草地发展的瓶颈。与传统农作物相比，我国牧草品种的选育起步晚、投入低、育成品种少。目前，人工草地建设大量依靠进口草种，但适应性等问题经常导致不可预见的减产或大面积绝产，而且还面临着大量外来草种入侵的风险。我国北方农牧交错带蕴含着丰富的优质牧草资源，高度适应当地的自然环境，具有耐寒、抗旱、耐土壤贫瘠等优异生物学特性，是建立高产、稳产人工草地的重要种质资源。据不完全统计，仅内蒙古草原就有1000多种饲用植物，可为牧草新品种选育提供优良的基因资源。

截至2025年10月，多伦站共收集野生优良牧草种质资源300余份，并提供驯化、选育、育成了多伦扁穗冰草、浑善达克羊草、长岭羊草，以及中科1号紫花苜蓿、中科2号紫花苜蓿、中科1号花苜蓿、中科1号杂花苜蓿、中科1号黄花苜蓿牧草新品种8个。研发了苜蓿密植技术体系和燕麦双收技术体系，在无霜期90天地区，苜蓿干草产量超过750 g/m²创造苜蓿“千斤田”纪录；燕麦超过1500 g/m²，创造了燕麦“吨草田”纪录。草产量提高40%—55%以上，增加植被覆盖时间17—45天，资源利用效率提高15%—30%，效益提高35%—45%。获授权人工草地建植技术相关的《肥料促进剂、肥料组合物和燕麦施肥方法》《一种高纬度寒区苜蓿草光肥调控种植方法》《一种高纬度寒区燕麦草种植办法》《一种高纬度寒区苜蓿高产光调控种植方法》《一种增加苜蓿产量和提高苜蓿品质的方法》《干牛粪腐熟诱导剂及改良草地的方法》《一种使赤芍种子胚芽萌发的方法》发明专利7项；制定了《苜蓿人工草地复壮技术规程》《苜蓿人工草地硒肥施用技术规程》《多品种苜蓿组合种植技术规程》《饲用燕麦双播双刈技术规程》《春播燕麦草-籽双收栽培技术规程》《燕麦多品种组合双刈栽培技术规程》《燕麦和油菜饲草复种双收技术规程》《高纬度寒冷地区饲用油菜栽培技术规程》《多伦扁穗冰草种植技术规程》《TRCD草地改良剂恢复天然草地技术规程》内蒙古地方标准10项。同时，在退化草地恢复方面，提出了“围栏封育+切根+融雪期与雨季施肥”恢复技术模式。针对内蒙古多伦农牧交错带草地超载过牧问题，提出了“季节畜牧业”“北繁南育”等畜牧业发展模式。

把农牧交错带打造成我国“第三粮仓”

农牧交错带退化草地得到有效恢复，高产人工草地使饲草得到有效保障，接下来就应该发展农牧交错带高效畜牧业。经过多伦站20多年在京北农牧交错带的探索和实践，团队提出把北方农牧交错带打造成我国的“第三粮仓”的设想。

我国的“第一粮仓”高产田，仅占全国耕地面积的约1/3，增粮空间有限；我国18亿亩耕地中78.5%为中低产田（约14亿亩），其中旱地占50%以上（9亿多亩）。以中低产田改造为目标的“第二粮仓”计划，便成为中国未来粮食安全的“希望工程”，这是中国土地产粮能力的储备，聚焦在中低产田上提高粮食产量，但受气候、土壤地力等因素的制约，粮食增产潜力十分有限。为此，团队提出打造中国“第三粮仓”的设想，“种草养畜”，大力发展高产、优质、资源高效利用的人工草地、半人工草地和放牧型人工草地，用于生产牛羊肉等动物性食品。

“第三粮仓”势在必行。我国广阔的农牧交错带，是农业可持续发展的希望田野，是乡村振兴的“桥头堡”，也是国家生态安全屏障建设的核心区。国人膳食结构发生改变。如今我国居民的生活质量发生了翻天覆地的变化，膳食种类繁多，居民的食品消费观念也发生了显著变化，由“吃得饱”“吃得好”向“吃得营养健康”转变。随着我国居民膳食结构的改变和对营养健康的要求不断提高，直接原粮消费呈明显下降趋势，牛羊肉在居民膳食结构中的比例不断增加。与此同时，居民对肉、蛋、奶等动物性食品的年消费量从人均18.1 kg增加至68.0 kg，翻了2.76倍。调整“粮食安全观”为“食物安全观”，提供优质、绿色有机、营养健康的多样化的农产品，大力发展人工草地，开展人工种草养畜，实现饲草营养体全株生物量的利用，增加羊等草食家畜主要饲草饲料。农牧交错带草畜发展潜力巨大。农牧交错带生产粮食受气候条件制约，但种植利用茎、叶等地上营养体为主的牧（饲）草，对气候和土地资源的要求相对较弱，也可充分利用气候、土地和生物资源，大幅度提高单位土地面积的生物量，避免资源浪费。2016年11月，农业部发布了《关于北方农牧交错带农业结构调整的指导意见》（农计发〔2016〕96号），指出“北方农牧交错带是草食畜牧业优势区域”“坚持种养结合，草畜一体”“大力发展草食畜牧业，统筹安排青贮饲料作物和优质牧草种植，推动过腹还田，实现草畜平衡、循环利用、均衡发展”，为把农牧交错带打造成我国的“第三粮仓”提供了政策保障。

“第三粮仓”大有作为。我国北方农牧交错带耕地面积约占31.09%，草地面积约占55.71%，林地面积约占9.42%，其余用地面积约占3.78%。其中，草地面积为45.5359×10⁴ km²，中低产田面积为22.6296×10⁴ km²，因此，发展种草养畜的土地面积可达68.1655×10⁴ km²。过去20多年，团队在内蒙古多伦农牧交错带的大田实验证实，改良中低产田为优质的人工饲草地，生产力可以达到现有天然草地生产量的10倍以上。改造农牧交错区的中低产田改造为优质的高产人工草地，可大幅度提高牛羊肉生产能力。通过测算，将该区域中低产田改造成高产人工草地，再加上天然草地生产的牛羊肉总产量每年可达2824×10⁴ t。2021年中央一号文件指出，保障粮食安全，关键在于落实“藏粮于地、藏粮于技”战略。团队提出将我国北方农牧交错带打造成我国“第三粮仓”的理念，实现“藏粮于草”“藏粮于畜”，在保障我国粮食安全的同时，改善区域生态环境，打造有中国特色的农牧业可持续发展新模式。

多伦站紧密围绕京北农牧交错带复合生态系统的监测与研究，继续拓展观测场和卫星观测场等科技基础设施建设，提升观测能力，逐步建成覆盖京北农牧交错带林田草沙复合生态系统的完整的观测体系，聚焦全球变化生态学，退化草地/沙地恢复重建应用基础，饲草生物学理论、品种选育和高效人工草地建植技术3个重要方向研究，围绕植物所草牧业“十五五”规划和饲草种质高效设计与利用全国重点实验室布局，开展示范服务，服务于我国北方农牧交错带的可持续发展，为“三北”工程、地方草牧业发展等重大工程提供科技支撑。

（作者：白文明、魏存争、侯龙鱼、李凌浩、韩兴国、张文浩，中国科学院植物研究所饲草种质高效设计与利用全国重点实验室 中国科学院植物研究所。《中国科学院院刊》供稿）