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    內(nèi)蒙古草地干旱損失評估方法研究

    2012-03-12 08:47:14李興華陳素華
    草業(yè)科學(xué) 2012年7期
    關(guān)鍵詞:牲畜抗旱牧草

    李興華,陳素華

    (內(nèi)蒙古生態(tài)與農(nóng)業(yè)氣象中心,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051)

    旱災(zāi)是影響內(nèi)蒙古草地畜牧業(yè)生產(chǎn)的主要?dú)庀鬄?zāi)害之一,主要表現(xiàn)在牧草和畜產(chǎn)品減產(chǎn);草地退化和沙漠化加劇;人畜飲水困難,生命受到威脅。旱災(zāi)具有發(fā)生緩慢、持續(xù)時(shí)間長、影響范圍廣、發(fā)生頻率高、損害消除慢等特點(diǎn)[1]。隨著氣候變暖加劇,內(nèi)蒙古草地旱災(zāi)發(fā)生頻率越來越高,影響區(qū)域越來越廣,對畜牧業(yè)生產(chǎn)和草原生態(tài)環(huán)境影響所造成的經(jīng)濟(jì)損失也越來越大。草地干旱等級劃分、干旱指標(biāo)和干旱評估一直是干旱研究熱點(diǎn),劉玲等[2]開展了北方草地干旱指標(biāo)研究,并將土壤相對濕度和相對蒸降差作為評價(jià)干旱的主要指標(biāo);侯英雨等[3]利用衛(wèi)星遙感開展了干旱指數(shù)研究,并通過對傳統(tǒng)的干旱監(jiān)測指數(shù)如帕爾默干旱指數(shù)、作物濕度指數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)降水指數(shù)、地表水分供應(yīng)指數(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行評述,建立了遙感干旱監(jiān)測指數(shù);全國氣象干旱評估中主要使用綜合干旱CI指數(shù)[4];劉靜等[5]利用旱災(zāi)累積指數(shù)在寧夏開展了干旱監(jiān)測和損失評估研究。關(guān)于干旱指數(shù)的研究成果很多,并且也形成了干旱監(jiān)測評估國家和地方標(biāo)準(zhǔn)。干旱損失評估方面,關(guān)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和單一作物的損失評估成果比較多,而關(guān)于草地干旱損失評估方面較少。陳素華等[6]開展的干旱對內(nèi)蒙古草原牧草生物量損失的評估方法研究,而該方法也僅對內(nèi)蒙古巴雅爾吐胡碩草原的牧草生物量進(jìn)行了評估,缺乏對內(nèi)蒙古草甸草原、典型草原和荒漠化草原的綜合損失評估研究,另外干旱不僅對牧草地上生物量有影響,同時(shí)干旱對牲畜生長發(fā)育的危害更大。因此,本研究從干旱對草地地上生物量和畜產(chǎn)品的影響進(jìn)行草地干旱損失評估。

    1 數(shù)據(jù)來源及研究方法

    1.1數(shù)據(jù)資料來源 牧草產(chǎn)量數(shù)據(jù)來自內(nèi)蒙古草甸草原(12個(gè))、典型草原(20個(gè))和荒漠草原(11個(gè))生態(tài)氣象站的試驗(yàn)觀測數(shù)據(jù),包括2004-2011年5-8月的牧草產(chǎn)量和可食牧草比率。各生態(tài)氣象站的觀測區(qū)選擇在能夠代表當(dāng)?shù)刂饕莸仡愋秃湍敛萜骄L狀況且比較平坦的放牧場上,用網(wǎng)圍欄圍建試驗(yàn)場,面積為50 m×50 m,在觀測場內(nèi)隨機(jī)選取1 m×1 m的測產(chǎn)樣方4個(gè),利用樣方框隔開方框兩側(cè)的整株草,將框內(nèi)全部牧草沿地表用剪刀剪取,裝入布袋用天平稱取鮮質(zhì)量,風(fēng)干后稱干質(zhì)量,測定時(shí)間為每月月末。

    氣象資料為內(nèi)蒙古43個(gè)氣象臺站2004-2011年5-8月降水量和降水距平百分率觀測資料。

    干旱損失數(shù)據(jù)來自內(nèi)蒙古43個(gè)氣象站的干旱調(diào)查統(tǒng)計(jì)資料。

    1.2草地干旱等級的劃分 采用《氣象干旱等級國家標(biāo)準(zhǔn)》中降水量距平百分率指標(biāo)劃分干旱等級[4],由于內(nèi)蒙古生態(tài)與農(nóng)業(yè)氣象中心參與了《氣象干旱等級國家標(biāo)準(zhǔn)》的制定工作,實(shí)踐證明此標(biāo)準(zhǔn)適合內(nèi)蒙古草地干旱等級劃分。但由于不同草地牧草的需水特性和抗旱能力不同,因此根據(jù)不同草地類型的特點(diǎn),確定不同的干旱等級劃分標(biāo)準(zhǔn)(表1),降水距平百分率公式如下:

    表1 牧業(yè)干旱等級劃分[7-9]

    (1)

    1.3研究方法 研究方法利用相關(guān)分析和線性回歸分析的方法,并利用SPSS軟件[10]進(jìn)行線性模型、S形擬合曲線模型、Logistic曲線模型、Growth擬合等比級數(shù)曲線模型和Power擬合乘冪曲線模型等模擬建立損失評估模型,評估計(jì)算干旱所造成的牧草直接損失。

    2 結(jié)果與分析

    草地干旱造成的損失有直接經(jīng)濟(jì)損失和間接經(jīng)濟(jì)損失。直接經(jīng)濟(jì)損失主要表現(xiàn)在牧草和畜產(chǎn)品減產(chǎn)以及抗旱投入的人力和經(jīng)費(fèi);間接經(jīng)濟(jì)損失主要表現(xiàn)在草地退化和沙漠化加劇、人畜飲水困難、生命受到威脅、草地生態(tài)系統(tǒng)受到影響。由于資料和技術(shù)有限,本研究重點(diǎn)對草地干旱造成的直接經(jīng)濟(jì)損失進(jìn)行評估。

    2.1干旱對牧草生長發(fā)育的影響 水是牧草生長發(fā)育的重要條件之一,草本植物的含水量一般為70%~85%,植物群體在積累干物質(zhì)的光合作用過程中,必須消耗一定量的水。已有研究[11]表明,多年生牧草每生成1 g 干物質(zhì)需350~700 g的水;一年生牧草每生成1 g干物質(zhì)需350~450 g的水。干旱不但使牧草返青期推遲,而且還是造成天然草地產(chǎn)草量減產(chǎn)的主要因素。有關(guān)研究[7]表明,濕潤年份降水量分布均衡,天然草地產(chǎn)草量高,干旱年份降水量分布不均衡,天然草地產(chǎn)量低,林緣草甸草地豐歉年產(chǎn)草量相差0.5倍;森林草原草地豐歉年產(chǎn)草量相差1倍;干草原草地豐歉年產(chǎn)草量相差2倍;半荒漠草原草地豐歉年產(chǎn)草量相差4倍。通過對內(nèi)蒙古43個(gè)草原監(jiān)測站近8年5-8月平均降水量與各月平均干草產(chǎn)量的相關(guān)分析(表2),得出干草產(chǎn)量與5-8月份降水量相關(guān)密切,其相關(guān)方程式利用SPSS軟件,通過模擬對比,得出線性模型和Power擬合乘冪曲線模型為草地牧草單產(chǎn)最優(yōu)估測模型(表2)。

    荒漠化草原8月牧草產(chǎn)量與5-8月降水量的相關(guān)系數(shù)最高,典型草原6月牧草產(chǎn)量與5-6月降水量的相關(guān)系數(shù)最低(表2)。這與不同草原區(qū)牧草生長在不同時(shí)段的影響因子有關(guān)。6月牧草產(chǎn)量與5-6月降水量的相關(guān)系數(shù)都較低,這是由于牧草在返青后快速生長初期,產(chǎn)量的形成不但受降水量的影響,同時(shí)溫度也是限制光合速率的主要因子,春末夏初盡管降水偏多,往往伴隨溫度偏低,雨熱不同期牧草生長和干物質(zhì)積累相對緩慢。8月不同草地類型牧草產(chǎn)量與5-8月降水量的相關(guān)系數(shù)都較高,其中荒漠化草原最高,是由于荒漠化草原區(qū)在8月雨熱依然同期,降水仍然能夠促進(jìn)牧草生長;草甸草原相對較低,是由于草甸草原位于緯度較高地區(qū),牧草在7月中、下旬開花后進(jìn)入繁殖生長階段,干物質(zhì)積累開始變緩,同時(shí)8月中旬以后草甸草原氣溫開始逐漸下降,牧草的光合速率也變慢,因此牧草產(chǎn)量與降水的相關(guān)系數(shù)偏低。7月內(nèi)蒙古各草原區(qū)雨熱同期,各地牧草生長受降水量影響較大,使7月牧草產(chǎn)量與5-7月降水量的相關(guān)系數(shù)都比較高,尤其典型草原的牧草生長與降水的相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.701。

    對內(nèi)蒙古43個(gè)草原監(jiān)測站5-7月降水量與7月牧草產(chǎn)量的模擬回代檢驗(yàn),由于牧草產(chǎn)量受區(qū)域差異的影響,不同地區(qū)牧草產(chǎn)量的變幅較大,有些模擬值偏差較大(圖1),這主要是由于不同草原類型牧草的需水特性和耐旱能力不同,使牧草的生長速率不同,因此造成模擬誤差增大。總體看,牧草實(shí)測值能夠均勻地分布在模擬曲線兩側(cè),說明產(chǎn)量模型的模擬效果較好。

    表2 內(nèi)蒙古43個(gè)草原監(jiān)測站5-8月平均降水量與各月平均干草產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)和最優(yōu)估測模型

    圖1 內(nèi)蒙古43個(gè)草原監(jiān)測站5-7月降水量與7月牧草產(chǎn)量的模擬值與實(shí)測值對比

    2.2干旱對牧草產(chǎn)量的損失評估 根據(jù)牧草產(chǎn)量與生長期內(nèi)降水量的相關(guān)性,建立了不同草地類型不同月份牧草產(chǎn)量與降水量的線性模擬方程。由于資料選擇的是近8年43個(gè)測站的均值,因此模擬得到的結(jié)論接近各地牧草產(chǎn)量的正常年份;當(dāng)降水減少時(shí),牧草逐漸受干旱脅迫,牧草產(chǎn)量下降。為了使干旱等級與牧草損失量建立更加密切的關(guān)系,利用表1降水量距平百分率指標(biāo)劃分干旱等級;在一定的評估區(qū)間內(nèi),當(dāng)降水減少時(shí),利用表2中的線性模型計(jì)算牧草減產(chǎn)量,評估干旱對牧草產(chǎn)量的損失影響。干旱對牧草減產(chǎn)造成的直接經(jīng)濟(jì)損失計(jì)算公式為:

    MZS=∑Yi×Si×K。

    (2)

    式中,MZS為牧草減產(chǎn)造成的直接經(jīng)濟(jì)損失;i代表草甸草原、典型草原和荒漠化草原3種草原類型;Yi為不同草原類型單位面積牧草減產(chǎn)量;Si為不同草原類型可利用草地面積,以國家公布的最新土地利用類型面積為準(zhǔn);K為每千克干草當(dāng)年的平均銷售價(jià)格,以2010年底羊草價(jià)格為1.0~1.5元·kg-1計(jì)。牧草減產(chǎn)計(jì)算公式建議在表2中的線性模型中帶入降水偏少量得出,分草原類型相關(guān)系數(shù)低于全站相關(guān)系數(shù)的,可以采用全站的線性模型。

    以2011年新巴爾虎右旗春夏干旱為例,根據(jù)新巴爾虎右旗氣象局災(zāi)害調(diào)查上報(bào)數(shù)據(jù),新巴爾虎右旗有草原面積229.6萬hm2,其中可利用草原面積181.1萬hm2,2011年5-6月降水量僅為13.5 mm,比多年均值偏少74%,出現(xiàn)了嚴(yán)重干旱,受干旱影響,部分地區(qū)牧草未返青,返青的牧草停止生長或枯萎,境內(nèi)克魯倫河歷史上首次斷流,人畜飲水困難。根據(jù)干旱實(shí)地調(diào)查資料顯示,截至6月22日,全旗2個(gè)蘇木、3個(gè)鎮(zhèn)遭受不同程度的干旱,水源井水位下降2~6 m,日缺水量4.32萬m3,出水井不足或干枯的飲水井521眼,全旗人畜飲水困難,全旗草原旱災(zāi)面積126.7萬hm2(其中嚴(yán)重旱災(zāi)面積106.7萬hm2),占全旗可利用草地面積的70%,受災(zāi)牲畜105萬頭(只),占全旗牧業(yè)年度牲畜總頭數(shù)的60%,受災(zāi)牧戶2 690戶,受災(zāi)人口9 415人,占全旗牧業(yè)戶和牧業(yè)人口的65%。根據(jù)以上評估模型計(jì)算6月末牧草受嚴(yán)重干旱減產(chǎn)約221 kg·hm-2,嚴(yán)重旱災(zāi)面積牧草總計(jì)減產(chǎn)約2.358 07億kg,牧草經(jīng)濟(jì)損失約23 580.7萬元。

    2.3干旱對牲畜影響的損失評估 水是牲畜賴以生存的基本要素之一,牲畜每消耗1 kg飼料干物質(zhì)約需3 kg的水,大畜日平均飲水定額40~60 kg;小畜日平均飲水定額5 kg。當(dāng)牲畜長期處在缺水條件下時(shí),由于供水不足,新陳代謝受阻,生理機(jī)能失調(diào),造成掉膘體弱,免疫力下降,母畜流產(chǎn)或出生幼畜羸弱,嚴(yán)重時(shí)疫病流行,導(dǎo)致大批牲畜死亡[10]。尤其夏季干旱不但使牧草減產(chǎn),而且使牧草中的粗蛋白、粗脂肪、鈣、磷和維生素等營養(yǎng)成分下降,牲畜采食后因營養(yǎng)不良而嚴(yán)重影響牲畜繁殖力,主要表現(xiàn)在牛不發(fā)情、卵泡不發(fā)育、受胎率低;母羊瘦弱、產(chǎn)后沒奶,羔羊弱胎、羔羊成活率低,成年羊死亡率高等[11]。

    受干旱影響,牲畜即使沒有死亡,但牲畜由于食不果腹,成年牲畜出現(xiàn)掉膘或抓膘不足,幼畜瘦弱生長緩慢,最終導(dǎo)致秋季牲畜出欄時(shí)體質(zhì)量不足,畜群的整體經(jīng)濟(jì)效益下降。因此在干旱對牲畜影響的損失評估中,通過估算牧草減產(chǎn)的數(shù)量,從干旱發(fā)生日到10月底牲畜出欄計(jì)算牲畜受影響天數(shù),將減產(chǎn)牧草折算為標(biāo)準(zhǔn)羊單位(1只體質(zhì)量50 kg并哺半歲以內(nèi)羊羔,日消耗1.8 kg標(biāo)準(zhǔn)干草的成年母綿羊?yàn)?標(biāo)準(zhǔn)羊單位)[12]。干旱對牲畜影響造成的直接經(jīng)濟(jì)損失計(jì)算公式為:

    SCS=[(∑Yi×Si)×f/(1.8×D)]×G。

    (3)

    式中,SCS為干旱對牲畜影響造成的直接經(jīng)濟(jì)損失;i、Yi和Si代表內(nèi)容和計(jì)算方法與公式2相同,D為從干旱發(fā)生日到10月底牲畜出欄計(jì)算牲畜受影響天數(shù);G為每標(biāo)準(zhǔn)羊單位當(dāng)年的平均銷售價(jià)格,以2010年底每標(biāo)準(zhǔn)羊單位價(jià)格為1 500元·只-1計(jì);f 是可食牧草比率。以2011年新巴爾虎右旗春夏干旱為例,牲畜受干旱影響損失約42 718.7萬元。

    牧草的可食牧草比率利用2005-2009年各牧草地面監(jiān)測站觀測的優(yōu)良牧草比率計(jì)算,在沒有觀測站的地區(qū)采用歷史上的調(diào)查數(shù)據(jù)[13](表3)。

    公式(3)適合夏季干旱對牧草生長和牲畜影響的損失評估,并且干旱發(fā)生的越早,對牲畜的影響則相對較小,這是由于后期的降水更有利于牧草的恢復(fù)性生長;干旱發(fā)生的越晚,牧草植株的再生能力降低,熱量條件對牧草后期生長的限制也越來越大,即使后期降水充足,干旱解除,牧草恢復(fù)性生長能力有限,也很難挽回干旱損失。

    表3 不同草地類型和盟(市)牧草的可食牧草比率

    2.4抗旱投入的人力和經(jīng)費(fèi)損失 研究表明,在游牧?xí)r代,當(dāng)草地缺水時(shí),大部牲畜都向湖沼和河流周圍聚集,有水草地超載過牧,加劇了畜草矛盾,干旱對牲畜飲水的影響最終還是表現(xiàn)在草畜矛盾上[13]。隨著牧民的定居和游牧?xí)r代的結(jié)束,各牧民定居點(diǎn)都配有飲水井,在一般干旱季節(jié),人和牲畜飲水問題并不突出,草畜矛盾在合理輪牧的管理方式下得到緩解,牧區(qū)的抗旱能力明顯增強(qiáng);但遇到重旱以上的旱情,由于干旱持續(xù)時(shí)間長,季節(jié)性或小型湖沼干枯,河流斷流,地下水的補(bǔ)給量減少,地下含水層趨于枯竭,飲水井干涸,造成人畜飲水困難,因此這時(shí)草原抗旱的首要任務(wù)就是解決人和牲畜飲水問題。在水源缺少的廣袤草原上,解決人畜飲水的唯一辦法是到較遠(yuǎn)的水源地用水車?yán)R虼?抗旱投入的人力和經(jīng)費(fèi)損失計(jì)算公式為:

    E=A1+A2+A3+A4。

    (4)

    式中,E為抗旱投入的人力和經(jīng)費(fèi)損失;A1為水費(fèi);A2為每戶拉水設(shè)備費(fèi)用,包括儲水罐、水管、水桶和水槽等;A3為燃油消耗費(fèi)用;A4為拉水人工成本。另外,由于牧民都是利用自己的機(jī)動車或畜力車?yán)?,因此車輛使用費(fèi)不計(jì)成本。

    A1=3.75×d1×(B×10+C×5)/1 000。

    式中,d1為重旱和特旱發(fā)生天數(shù)或?qū)嶋H缺水天數(shù);B為受災(zāi)人口數(shù),以每人每天生活用水10 kg計(jì)算;C為受災(zāi)存欄牲畜折算為羊單位數(shù)量,以每羊單位每天需水5 kg計(jì)算;水價(jià)按2.0元·t-1計(jì)算。

    A2=1 000×H。

    一次性投入1 000元左右,H為受災(zāi)牧戶數(shù)。

    A3=7.28×N×T×d1×12/100。

    式中,N為拉水一次往返的里程數(shù),一般需要20 km;T為每天每車?yán)? t的次數(shù);燃油消耗按每百公里耗油12 L計(jì)算;柴油價(jià)格按市場7.28元·L-1。

    A4=d1×N2。

    式中,N2為拉水人員工資,按當(dāng)年旱區(qū)夏季農(nóng)村勞動力每人每天工資計(jì)算。

    當(dāng)然在抗旱的過程中由于水源地取水井干枯,政府出資打井的抗旱費(fèi)用更多,但考慮水井能夠多年利用,因此本研究中沒有計(jì)算打井成本。

    以2011年新巴爾虎右旗春夏干旱為例,根據(jù)新巴爾虎右旗氣象局災(zāi)害調(diào)查顯示,全旗有105萬頭牲畜和9 415人受災(zāi),其中40%左右的牲畜、1 500戶牧民受干旱影響飲水困難,重旱持續(xù)時(shí)間40 d左右,計(jì)算抗旱投入人力和經(jīng)費(fèi)損失574.4萬元。

    綜合評估計(jì)算表明,受干旱影響,新巴爾虎右旗畜2011年牧業(yè)總計(jì)損失66 873.8萬元。7月初,新巴爾虎右旗出現(xiàn)了25 mm以上的降水過程,有效解除了前期的旱情,未返青地區(qū)的牧草開始返青,并快速進(jìn)入積極生長階段,到7月底牧草干草產(chǎn)量增加到1 435 kg·hm-2,是6月底的12倍多,牧草產(chǎn)量實(shí)現(xiàn)由歉年到豐年的突變,這也正反映了干旱發(fā)生的越早,對牧業(yè)年度生產(chǎn)的影響越小。

    3 討論與結(jié)論

    本研究表明,利用降水距平百分率劃分草地干旱等級,并利用5-8月降水量與牧草產(chǎn)量的關(guān)系評估干旱造成直接損失,評估模型符合草地牧草生長規(guī)律和畜牧業(yè)生產(chǎn)特征,實(shí)例評估符合畜牧業(yè)實(shí)際損失程度,因此能夠在干旱對草地畜牧業(yè)評估服務(wù)中推廣應(yīng)用。另外,干旱對草地退化和沙化、野生動物生命受到威脅,草地生態(tài)系統(tǒng)造成的間接經(jīng)濟(jì)損失遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過直接經(jīng)濟(jì)損失,但由于資料和技術(shù)有限,還有待進(jìn)一步加強(qiáng)觀測和研究。

    近年來,隨著內(nèi)蒙古草原區(qū)氣候變暖的加劇,草原干旱呈連年頻發(fā)趨勢,影響區(qū)域越來越廣,因旱災(zāi)而造成的經(jīng)濟(jì)損失也越來越大,需要采取綜合措施,全社會共同應(yīng)對。草原抗旱工作應(yīng)該遵循政府主導(dǎo)、部門聯(lián)動、全社會參與的原則[14],充分發(fā)揮政府在抗旱指揮、協(xié)調(diào)和管理職能,加強(qiáng)草原牧區(qū)水源地建設(shè),解決人畜飲水問題;加強(qiáng)高產(chǎn)人工飼草基地建設(shè)[15],加強(qiáng)飼草儲備,解決飼草料缺口,提高畜牧業(yè)抗干旱能力;加強(qiáng)優(yōu)良畜種引進(jìn),改良畜群結(jié)構(gòu),提高飼草利用率,增強(qiáng)牲畜體質(zhì),提高牲畜抗旱能力;加強(qiáng)草原草畜平衡管理,減輕牧場壓力[16],促進(jìn)草地資源的合理開發(fā)利用,提高畜牧業(yè)綜合抗旱能力。

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