基于劃區(qū)輪牧理論的祁連山北麓牧區(qū)動(dòng)態(tài)草畜平衡研究

覃 琳，宋孝玉，馮湘華

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基于劃區(qū)輪牧理論的祁連山北麓牧區(qū)動(dòng)態(tài)草畜平衡研究

覃 琳，宋孝玉※，馮湘華

（省部共建西北旱區(qū)生態(tài)水利國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（西安理工大學(xué)），西安 710048）

為了恢復(fù)和保護(hù)祁連山北麓草地生態(tài)系統(tǒng)，建設(shè)生態(tài)畜牧業(yè)，該文以肅南縣祁連山北麓牧區(qū)為研究對象，基于劃區(qū)輪牧理論模擬不同降水情景下輪牧區(qū)理論載畜量并分析現(xiàn)狀牧區(qū)草畜平衡狀況，分析理論載畜量下輪牧牧區(qū)產(chǎn)草需草過程，進(jìn)行牧區(qū)動(dòng)態(tài)草畜平衡分析，并與傳統(tǒng)方法和基于關(guān)鍵場理論方法進(jìn)行對比。結(jié)果表明：肅南縣祁連山北麓牧區(qū)降水量極大地影響著牧區(qū)理論載畜量，宜將平水年理論載畜量100.9萬標(biāo)準(zhǔn)羊單位作為今后牧區(qū)畜牧業(yè)管理的主要參考指標(biāo)；2015年牧區(qū)同時(shí)存在牲畜超載和欠載并且冷暖草場理論載畜量差異較大，應(yīng)在后期發(fā)展中注重調(diào)整當(dāng)前的畜牧業(yè)發(fā)展結(jié)構(gòu)和合理配置冷暖草地資源。通過3種方法的草畜平衡動(dòng)態(tài)對比分析，基于劃區(qū)輪牧理論方法不僅能保證不同輪牧區(qū)的草畜動(dòng)態(tài)平衡，且能保持飼草的高效利用，在輪牧區(qū)草畜平衡分析計(jì)算中具有一定的優(yōu)越性。

生態(tài)；草畜平衡；劃區(qū)輪牧理輪；祁連山北麓；動(dòng)態(tài)平衡分析；肅南縣

0 引 言

祁連山作為河西走廊重要的生態(tài)屏障和水源涵養(yǎng)地，是整個(gè)河西走廊經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)，是國家一帶一路規(guī)劃順利實(shí)施的重要保障。多年來由于各種人為或者自然原因，祁連山局部出現(xiàn)嚴(yán)重的生態(tài)破壞問題[1-2]，導(dǎo)致祁連山生態(tài)環(huán)境萎縮，生態(tài)服務(wù)功能下降，祁連山生態(tài)修復(fù)和保護(hù)工作已經(jīng)成為當(dāng)前甘肅省政府工作的重中之重。眾多研究表明，超載過牧是造成祁連山草地生態(tài)退化的主要原因之一[1,3-4]，因此研究該地區(qū)草畜平衡，確定合理的載畜規(guī)模，緩解人草畜矛盾，不僅有利于當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)畜牧業(yè)向現(xiàn)代生態(tài)畜牧業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，實(shí)現(xiàn)畜牧業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[5-6]，而且對于祁連山草地生態(tài)的修復(fù)和保護(hù)亦有積極作用[7-9]。

草畜平衡是中國當(dāng)前草原管理的主要措施，旨在通過調(diào)整牲畜數(shù)量和增加飼草料供應(yīng)量，實(shí)現(xiàn)牧區(qū)可利用飼草量與牲畜所需的飼草量之間的動(dòng)態(tài)平衡[10-11]。然而，當(dāng)前牧區(qū)草畜平衡管理工作還停留在牧區(qū)草地牲畜之間的草量平衡，因而實(shí)際牧區(qū)草畜平衡工作變成了牧區(qū)載畜量與草地面積的平衡分析[12-13]，這種平衡分析大幅度簡化牧區(qū)草資源系統(tǒng)和牲畜系統(tǒng)之間的聯(lián)系，僅適用于對牧區(qū)載畜量的粗略估計(jì)[14-15]，不能滿足牧區(qū)現(xiàn)代畜牧業(yè)發(fā)展和生態(tài)草原建設(shè)的需要。

對此，國內(nèi)專家學(xué)者針對草畜平衡做了一系列的研究，陳全功[16]針對西部牧區(qū)季節(jié)放牧的現(xiàn)狀，提出了放牧系統(tǒng)關(guān)鍵場理論，并應(yīng)用于阿勒泰地區(qū)平衡載畜量研究。楊博等[17]利用代謝能模擬了家畜放牧過程的能量需求，進(jìn)行牧區(qū)草畜代謝能平衡分析，用于指導(dǎo)牧區(qū)草地管理和家畜生產(chǎn)。趙有益等[18]針對以往草畜平衡理論指導(dǎo)的滯后性，構(gòu)建高精度的灰色-馬爾科夫殘差預(yù)測模型用于牧區(qū)平衡載畜量的短期預(yù)測，為牧區(qū)草畜平衡管理提供決策依據(jù)。李夢嬌等[19]考慮牧草生產(chǎn)的時(shí)空異質(zhì)性，利用遙感數(shù)據(jù)反演牧區(qū)牧草資源量，分析區(qū)域草畜平衡，并基于牧草生產(chǎn)的主要驅(qū)動(dòng)因素，提出相應(yīng)的調(diào)控方式。劃區(qū)輪牧是目前公認(rèn)的集約化的草地放牧管理方式[20-22]，它根據(jù)牧區(qū)不同草地類型的生長狀況和牲畜需草量的特點(diǎn)將牧區(qū)草地區(qū)塊化[23]，按照制定的放牧順序和放牧?xí)r間進(jìn)行交替放牧，實(shí)現(xiàn)草地的間歇性休牧，維持草原生態(tài)的多樣性[24-25]。經(jīng)過多年的技術(shù)研究和推廣，當(dāng)前，劃區(qū)輪牧已經(jīng)普遍應(yīng)用于中國西部牧區(qū)[26-27]，但關(guān)于牧區(qū)牧草利用和牲畜放牧管理的過程平衡研究成果較少。因此，本文以肅南縣祁連山北麓輪牧牧區(qū)為研究對象，模擬基于劃區(qū)輪牧理論不同降水情景下輪牧牧區(qū)可利用飼草量及牲畜的需草過程，進(jìn)行輪牧區(qū)動(dòng)態(tài)草畜平衡分析，為祁連山草原生態(tài)畜牧業(yè)的發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

肅南裕固族自治縣（簡稱肅南縣，97°20′－102°12′E，37°28′－39°04′N，見圖1。）隸屬于甘肅省張掖市，地處祁連山北麓、河西走廊中段，總面積2.38萬km2。全縣海拔在1 500～5 500 m之間，多年平均降水量267.1 mm，年蒸發(fā)量在800～1 400 mm之間，屬于典型的高寒山地半干旱氣候。肅南縣是祁連山國家級自然保護(hù)區(qū)最大的資源主體，占祁連山北麓總面積的75%，縣域面積的58.4%在祁連山國家級自然保護(hù)區(qū)。作為祁連山山區(qū)典型的畜牧業(yè)縣，肅南縣祁連山北麓牧區(qū)共分為皇城、馬蹄、康樂、大河和祁豐五個(gè)牧區(qū)，共有天然草原面積175萬hm2，其中實(shí)際利用天然草原面積118.5萬hm2。

圖1 肅南縣祁連山北麓牧區(qū)地理位置示意圖

1.1.1 牧草生長及利用過程

肅南縣共存在9種不同的草原類型，其中以溫性類和高寒類草原為主，牧草以針茅為優(yōu)勢種，因此以針茅作為肅南縣代表牧草，分析肅南縣天然牧草的生長特性（表1）。肅南縣針茅的物候期從4月中旬開始返青，到10月初開始枯黃，整個(gè)生長期近148 d。

表1 肅南縣針茅牧草的生長過程

通過草原圍欄，當(dāng)前肅南縣共分為冷季牧場和暖季牧場，實(shí)行冷、暖2季輪牧，其中暖季牧場從6月下旬開始放牧，輪牧140d。到10月下旬牲畜轉(zhuǎn)場進(jìn)入冷季牧場，直到第二年的6月下旬，輪牧225 d。

冷、暖兩季牧場的草地生產(chǎn)力數(shù)據(jù)采用趙忠等[28]關(guān)于肅南縣草原資源調(diào)查中肅南縣不同草地類型干草產(chǎn)量的研究成果，結(jié)合肅南縣祁連山北麓牧區(qū)各類型草地面積，計(jì)算得出相應(yīng)各牧區(qū)冷暖草場的生產(chǎn)力（表2）。冷、暖輪場對應(yīng)的牧場合理利用率參考肅南縣草原工作站的數(shù)據(jù)，分別取冷季草場利用率為0.65，暖季草場利用率為0.68。

除此之外，牧區(qū)還擁有人工草地973 hm2，人工草地產(chǎn)草量主要用于冷季補(bǔ)飼。按當(dāng)?shù)厝斯げ莸貙?shí)際，人工草地生產(chǎn)力為9 000 kg/hm2，人工草地牧草的利用率為0.9。

表2 肅南縣祁連山北麓牧區(qū)現(xiàn)狀

1.1.2 牲畜的需草過程

肅南縣的需草過程主要體現(xiàn)在牲畜數(shù)的變化導(dǎo)致的牲畜需草量的變化，而牧區(qū)牲畜數(shù)的變化主要體現(xiàn)在牧區(qū)牧民牲畜生產(chǎn)的節(jié)律。根據(jù)2015年肅南縣畜牧業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營情況年度報(bào)表，肅南縣草場牲畜飼養(yǎng)主要以高山細(xì)毛羊?yàn)橹?，因此參考楊博等[17]關(guān)于肅南縣康樂鄉(xiāng)牧戶高山細(xì)毛羊的生產(chǎn)節(jié)律調(diào)查，可知對牧區(qū)牲畜數(shù)影響最大的產(chǎn)羔和牲畜出欄分別發(fā)生在3－4月和9－11月。據(jù)此可以將全年牲畜數(shù)分為2個(gè)階段，第一階段為5－11月，由于4月母羊生產(chǎn)完畢，因此牲畜數(shù)量出現(xiàn)激增，此階段牲畜數(shù)表示為年中牲畜統(tǒng)計(jì)量。第二個(gè)階段為12－4月，隨著牲畜的出欄，牧戶牲畜的數(shù)量再一次調(diào)整，牲畜數(shù)量減少，此階段牲畜數(shù)表示為年末牲畜存欄量。

肅南縣牲畜統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來源于2015年肅南縣畜牧業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營情況年度報(bào)表，標(biāo)準(zhǔn)羊單位的轉(zhuǎn)化采用天然草地合理載畜量的計(jì)算（NY/T 635-2015）[29]中的推薦指標(biāo)，牲畜的出欄率按照近5年肅南縣牲畜的出欄情況取0.45。

1.2 研究方法

通過分析牧區(qū)理論載畜量和牧區(qū)實(shí)際載畜量之間的差值來衡量牧區(qū)草畜的平衡狀況是目前國內(nèi)草畜平衡研究的主要思路。本次研究將同時(shí)結(jié)合草畜平衡研究中較具有代表性的傳統(tǒng)草畜平衡分析方法和基于關(guān)鍵場理論的牧區(qū)草畜平衡計(jì)算方法進(jìn)行對比研究。

1.2.1 傳統(tǒng)草畜平衡計(jì)算方法

傳統(tǒng)的牧區(qū)草畜平衡計(jì)算方法多采用天然草地合理載畜量的計(jì)算中推薦的方法。先計(jì)算出各輪牧牧區(qū)草地的理論載畜量，再將各成年家畜根據(jù)相應(yīng)的折算系數(shù)折算成標(biāo)準(zhǔn)羊單位得到牧區(qū)實(shí)際載畜量，最后進(jìn)行牧區(qū)草畜平衡分析。牧區(qū)草地理論載畜量的計(jì)算公式為

式中表示牧區(qū)理論載畜量，標(biāo)準(zhǔn)羊單位；A表示暖季牧場合理載畜量，標(biāo)準(zhǔn)羊單位；D表示暖季牧場的利用天數(shù)，d；A表示冷季牧場合理載畜量，標(biāo)準(zhǔn)羊單位；D表示冷季牧場的利用天數(shù)，d。

不同季節(jié)輪牧牧場的合理載畜量計(jì)算公式

式中A表示季節(jié)輪牧牧場理論載畜量，標(biāo)準(zhǔn)羊單位；Y表示季節(jié)輪牧牧場草地生產(chǎn)力（干草），kg/hm2；U表示季節(jié)輪牧牧場草地的牧草利用率；S表示季節(jié)輪牧牧場草地的面積，hm2；表示標(biāo)準(zhǔn)羊單位的日食草量（干草），kg/d；D表示季節(jié)輪牧牧場放牧利用的天數(shù)，d。

牧區(qū)實(shí)際載畜量的計(jì)算以當(dāng)?shù)厣蟮哪曛薪y(tǒng)計(jì)量和年末統(tǒng)計(jì)量為依據(jù)，按照對應(yīng)的折算系數(shù)統(tǒng)一折算成標(biāo)準(zhǔn)羊單位。將牲畜的年中統(tǒng)計(jì)量當(dāng)作暖季牧場的實(shí)際載畜量，年末統(tǒng)計(jì)量當(dāng)成冷季牧場的實(shí)際載畜量，牧區(qū)全年的實(shí)際載畜量按照冷暖牧場的載畜量與其對應(yīng)的放牧?xí)r間比例之和。具體公式如下

式中，表示牧區(qū)實(shí)際載畜量，標(biāo)準(zhǔn)羊單位；L表示暖季牧場實(shí)際載畜量，標(biāo)準(zhǔn)羊單位；L表示冷季牧場實(shí)際載畜量，標(biāo)準(zhǔn)羊單位。

將計(jì)算得到的牧區(qū)理論載畜量和當(dāng)年牧區(qū)實(shí)際載畜量進(jìn)行草畜平衡分析，進(jìn)而得到牧區(qū)當(dāng)年草畜平衡等級（表3），即

式中，表示牧區(qū)牲畜的超載率。

表3 牧區(qū)草畜平衡等級劃分

注：表示牧區(qū)牲畜的超載率。

Note:represents overload rate of livestock in pastoral area.

1.2.2 基于關(guān)鍵場理論的牧區(qū)草畜平衡計(jì)算方法

關(guān)鍵場理論認(rèn)為對于季節(jié)輪牧牧場的草地畜牧業(yè)放牧系統(tǒng)，傳統(tǒng)方法計(jì)算的理論載畜量進(jìn)行冷暖兩季牧場的理論載畜量的綜合取值實(shí)際忽略了冷暖兩季牧場牧草隔離的事實(shí)，導(dǎo)致整個(gè)牧區(qū)理論載畜量偏大，從而造成冷季牧場超載[16]。關(guān)鍵場理論認(rèn)為整個(gè)系統(tǒng)更符合系統(tǒng)學(xué)中的木桶理論，決定牧區(qū)理論載畜量的是牧區(qū)載畜量最小的季節(jié)輪牧牧場，該季節(jié)輪牧牧場即為牧區(qū)的關(guān)鍵場。

因此基于關(guān)鍵場理論的牧區(qū)草畜平衡計(jì)算方法計(jì)算的各季節(jié)草場的理論載畜量A采用式（2）進(jìn)行計(jì)算，而整個(gè)牧區(qū)草場的理論載畜量則由牧區(qū)關(guān)鍵場的理論載畜量決定。計(jì)算公式表達(dá)為

牧區(qū)實(shí)際載畜量的計(jì)算則采用當(dāng)?shù)厣蟮哪曛薪y(tǒng)計(jì)量，按照對應(yīng)的折算系數(shù)統(tǒng)一折算成標(biāo)準(zhǔn)羊單位，利用式（4）進(jìn)行草畜平衡分析。

1.2.3 基于劃區(qū)輪牧理論的牧區(qū)草畜平衡計(jì)算方法

傳統(tǒng)的草畜平衡計(jì)算方法多為牧區(qū)草畜資源量的一種靜態(tài)平衡，而沒有考慮牧區(qū)產(chǎn)草利用與牲畜需草的過程關(guān)系，因此計(jì)算的理論載畜量在某些季節(jié)牧場出現(xiàn)草畜不平衡的情況。而關(guān)鍵場理論對于草畜過程平衡分析的程度較低，僅描述了牲畜需草過程的結(jié)果，因此導(dǎo)致計(jì)算出來的理論載畜量遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)方法計(jì)算的結(jié)果?；趧潊^(qū)輪牧理論的牧區(qū)草畜平衡計(jì)算方法根據(jù)牧區(qū)劃區(qū)輪牧的現(xiàn)狀，從牧區(qū)草地的產(chǎn)草過程和牲畜的需草過程著手，分析牧區(qū)的草畜平衡情況。

1）不同降水情景草地產(chǎn)草過程模擬

劃區(qū)輪牧通常將牧區(qū)天然草地劃分成個(gè)獨(dú)立的輪牧草地單元，各草地單元輪牧?xí)r間為D?？紤]中國西部干旱、半干旱牧區(qū)生態(tài)系統(tǒng)主要受降水驅(qū)動(dòng)的特征[30-31]，根據(jù)牧區(qū)降水情況，設(shè)置豐、平、枯3個(gè)降水情景，分別對應(yīng)降水頻率為25%、50%和75%。同時(shí)引入對應(yīng)的降水情景的牧區(qū)產(chǎn)草量豐枯系數(shù)，模擬牧區(qū)不同降水情景下輪牧草地的可利用產(chǎn)草量，計(jì)算方法如下

式中，F表示輪牧草地單元可利用產(chǎn)草量，kg；表示不同降水情景對應(yīng)的產(chǎn)草量豐枯系數(shù)，參考廖梓龍等[13]關(guān)于不同降水年青儲(chǔ)玉米的試驗(yàn)結(jié)果，取豐、平、枯3個(gè)降水情景的產(chǎn)草量的豐枯系數(shù)分別為1.30、1.00和0.64；Y表示輪牧草地單元種草地類型的天然草地生產(chǎn)力，kg/hm2；S表示輪牧草地單元種草地類型的面積，hm2；0表示輪牧前輪牧草地單元牧草的生長時(shí)間，d。

人工草地由于人為活動(dòng)的干擾，其可利用產(chǎn)草量受天然降水的影響較小，而主要受人工灌溉的影響，因此通常作為獨(dú)立的牧草來源對牲畜進(jìn)行補(bǔ)飼和舍飼，這種利用特點(diǎn)決定了不同輪牧?xí)r段人工草地的可利用產(chǎn)草量與人工草地規(guī)劃種植面積、灌溉水量以及牧區(qū)人工牧草的利用方式息息相關(guān)。人工草地可利用產(chǎn)草量

式中，F表示用于輪牧草地單元的人工草地可利用產(chǎn)草量，kg；U表示人工草地的飼草利用率；Y表示人工草地生產(chǎn)力，kg/hm2；S表示用于輪牧草地單元人工草地種植面積，hm2；表示人工草地的灌溉系數(shù)，目前肅南縣人工草地基本按照人工草地定額進(jìn)行灌溉，因此取1。由于目前肅南縣人工草地的利用為冷季補(bǔ)飼，因此本次計(jì)算將人工草地可利用產(chǎn)草量累加到冷季牧場的產(chǎn)草量中。

2）牲畜需草過程模擬

牲畜需草量的計(jì)算面臨的最大問題就是牧區(qū)牲畜數(shù)量的確定，根據(jù)牧區(qū)牲畜的年中和年末統(tǒng)計(jì)，這兩者不同時(shí)期牲畜統(tǒng)計(jì)量實(shí)則差異很大，導(dǎo)致牲畜對各輪牧草地的需求發(fā)生變化。因此，根據(jù)牧區(qū)牲畜的產(chǎn)羔、出欄、死亡等因素，引入牲畜數(shù)量的浮動(dòng)系數(shù)，得到輪牧草地單元牲畜的需草量

式中，E表示輪牧草地單元牲畜的需草量，kg；max表示牧區(qū)飼養(yǎng)的最大的牲畜數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)羊單位；nk表示輪牧草地不同牲畜數(shù)放牧利用的天數(shù)，d；表示輪牧期間牲畜數(shù)量的浮動(dòng)次數(shù)，根據(jù)前面的肅南縣牲畜的需草過程分析，肅南縣牲畜數(shù)浮動(dòng)次數(shù)為2，分別表現(xiàn)為牲畜的產(chǎn)羔和出欄。因?yàn)楸敬斡?jì)算采用的牲畜數(shù)為年中牲畜統(tǒng)計(jì)數(shù)，為計(jì)算牲畜產(chǎn)羔后的最大值，因此產(chǎn)羔對應(yīng)的浮動(dòng)系數(shù)即為1。而出欄對應(yīng)的浮動(dòng)系數(shù)即為肅南縣牲畜的出欄率。

3）草畜平衡分析

根據(jù)產(chǎn)草過程和牲畜的需草過程，進(jìn)行輪牧草地單元草畜平衡分析，在輪牧?xí)r間D內(nèi)，當(dāng)其草地的可利用草量與牲畜的需草量相等，即可實(shí)現(xiàn)輪牧單元草畜平衡，此時(shí)有max等于輪牧單元理論載畜量A。

對于整個(gè)牧區(qū)，只有當(dāng)各草地單元均實(shí)現(xiàn)草畜平衡，才能實(shí)現(xiàn)整個(gè)牧區(qū)的草畜平衡，此時(shí)牧區(qū)的理論載畜量等于各草地單元載畜量的最小值，按照公式（5），得到整個(gè)牧區(qū)理論載畜量。將得到的牧區(qū)理論載畜量和當(dāng)年牧區(qū)牲畜的年中統(tǒng)計(jì)量A進(jìn)行比較，根據(jù)公式（4）計(jì)算得到當(dāng)年牧區(qū)草畜平衡現(xiàn)狀。

根據(jù)李青豐[32]等的研究，牧區(qū)天然牧草產(chǎn)量的月動(dòng)態(tài)是相對穩(wěn)定的，因此引入牧區(qū)天然草地產(chǎn)草量月動(dòng)態(tài)系數(shù)，根據(jù)牧區(qū)理論載畜量，計(jì)算輪牧草地的月余缺草量，進(jìn)行各輪牧區(qū)動(dòng)態(tài)草畜平衡分析，余缺草量計(jì)算公式如下

式中，DF表示輪牧草地單元月份牧區(qū)草地的余缺草量，萬kg；DF-1表示輪牧草地單元月份月初牧區(qū)草地的剩余草量，當(dāng)1月輪牧草地小于等于0，則在計(jì)算公式（10）時(shí)取0值，萬kg；表示各月天然草地產(chǎn)草量動(dòng)態(tài)系數(shù)，參考楊博[33]關(guān)于肅南縣康樂草原不同草地牧草生長期約生長量的成果進(jìn)行取值（表4）；F表示月份計(jì)劃用于補(bǔ)飼的人工產(chǎn)草量，萬kg；E表示月份牲畜的需草量，萬kg。

表4 不同月份輪牧草地產(chǎn)草量的動(dòng)態(tài)系數(shù)

2 結(jié)果與分析

2.1 不同降水情景下可利用產(chǎn)草量

根據(jù)肅南縣祁連山北麓牧區(qū)草地面積、草地生產(chǎn)力、草地可利用率和草地的豐枯系數(shù)等相關(guān)參數(shù)，利用不同降水情景草地產(chǎn)草過程模擬的計(jì)算公式，模擬不同降水頻率下輪牧區(qū)的可利用產(chǎn)草量，結(jié)果見表5。

表5 不同降水頻率下肅南縣各牧區(qū)可利用產(chǎn)草量

從表5中的計(jì)算結(jié)果可以看出，肅南縣祁連山北麓牧區(qū)平水年（降水頻率50%）可利用產(chǎn)草量共71 904.1萬kg，其中冷季牧場可利用產(chǎn)草量27 722.8萬kg，暖季牧場可利用產(chǎn)草量43 392.8萬kg，人工草地可利用產(chǎn)草量788.4萬kg?？梢娒C南縣祁連山北麓牧區(qū)草地利用以天然草地為主，人工草地為輔。雖然人工草地可利用產(chǎn)草量有限，但是由于人工灌溉，其可利用產(chǎn)草量相對穩(wěn)定可控。而天然輪牧草地可利用產(chǎn)草量易受當(dāng)?shù)亟邓畻l件的影響，當(dāng)牧區(qū)出現(xiàn)雨水較多的豐水年（降水頻率25%），整個(gè)牧區(qū)可利用產(chǎn)草量會(huì)增加到93 266.3萬kg；當(dāng)牧區(qū)出現(xiàn)枯水年（降水頻率75%），牧區(qū)可利用產(chǎn)草量銳減為45 993.7萬kg，不同降水頻率下可利用產(chǎn)草量相差幅度大，不利于牧區(qū)對畜群數(shù)量的控制。

2.2 草畜平衡分析

2.2.1 不同水平年理論載畜量計(jì)算

分別利用3種計(jì)算方法計(jì)算不同降水情景肅南縣祁連山牧區(qū)理論載畜量，并將3種方法計(jì)算的理論載畜量進(jìn)行對比。由于傳統(tǒng)草畜平衡計(jì)算方法計(jì)算草畜平衡時(shí)使用的牧區(qū)實(shí)際載畜量并非牲畜年中統(tǒng)計(jì)量，因此其計(jì)算的理論載畜量與其他2種方法對比不存在可比性，因此利用出欄率對公式（1）計(jì)算出的理論載畜量進(jìn)行轉(zhuǎn)化，使其平衡對應(yīng)的牧區(qū)實(shí)際載畜量為年中統(tǒng)計(jì)量。3種方法的計(jì)算結(jié)果對比見表6。

表6 3種方法計(jì)算的肅南縣各牧場理論載畜量

基于劃區(qū)輪牧理論計(jì)算的肅南縣祁連山北麓牧區(qū)在平水年（50%降水頻率）理論載畜量為100.9萬標(biāo)準(zhǔn)羊單位，豐水年（25%降水平率）和枯水年（75%降水頻率）理論載畜量分別為130.3萬標(biāo)準(zhǔn)羊單位和65.1萬標(biāo)準(zhǔn)羊單位?？梢娊邓疇顩r是影響牧區(qū)載畜量的關(guān)鍵因素，豐水年與枯水年理論載畜量之間相差近1倍，因此在有條件的天然草地進(jìn)行適度的人工灌溉，增加枯水年天然牧草的生產(chǎn)能力，能夠有效地提高枯水年牧區(qū)的載畜能力。

此外，冷季牧場是肅南縣祁連山北麓牧區(qū)載畜量最小輪牧場，它決定了整個(gè)劃區(qū)輪牧系統(tǒng)的理論載畜量，是肅南縣祁連山北麓牧區(qū)載畜量的關(guān)鍵場。和暖季牧場相比，冷季牧場理論載畜明顯小于暖季牧場理論載畜量，其中康樂、大河和祁豐3牧場冷暖牧場理論載畜量相差0.8倍以上，表明當(dāng)前肅南縣祁連山北麓牧區(qū)冷暖牧場面積劃分不合理，導(dǎo)致牧區(qū)暖季牧草資源的浪費(fèi)。因此可以適當(dāng)減少暖季牧場面積而增加牧區(qū)冷季牧場面積，合理配置輪牧區(qū)草地資源，從而可以增加整個(gè)系統(tǒng)的載畜量。

分析3種方法計(jì)算的平水年理論載畜量，基于關(guān)鍵場理論計(jì)算的理論載畜量為70.4萬標(biāo)準(zhǔn)羊單位，比基于劃區(qū)輪牧理論計(jì)算的少30.5萬標(biāo)準(zhǔn)羊單位。而傳統(tǒng)方法計(jì)算的結(jié)果為109.4萬標(biāo)準(zhǔn)羊單位，比基于劃區(qū)輪牧理論計(jì)算的多8.5萬標(biāo)準(zhǔn)羊單位。從5個(gè)牧場總體來看，傳統(tǒng)方法計(jì)算的理論載畜量最高，其次是基于劃區(qū)輪牧理論計(jì)算的載畜量，而基于關(guān)鍵場理論計(jì)算的理論載畜量最低。這與前面提到的傳統(tǒng)的草畜平衡計(jì)算方法沒有考慮牧區(qū)產(chǎn)草利用與牲畜需草的過程關(guān)系有關(guān)，因此計(jì)算結(jié)果比基于劃區(qū)輪牧理論的計(jì)算結(jié)果偏大；而基于關(guān)鍵場理論的僅描述牲畜需草過程的結(jié)果，保證整個(gè)牲畜需草連續(xù)，而沒有考慮牲畜需草過程的牲畜數(shù)的動(dòng)態(tài)變化，因此計(jì)算的結(jié)果小于基于劃區(qū)輪牧理論的計(jì)算結(jié)果，說明基于劃區(qū)輪牧理論計(jì)算的草畜平衡結(jié)果是合理的。

2.2.2 現(xiàn)狀草畜平衡分析

以2015年作為現(xiàn)狀年進(jìn)行肅南縣祁連山北麓牧區(qū)現(xiàn)狀草畜平衡分析（表7），根據(jù)肅南縣周邊酒泉、高臺(tái)、張掖等氣象站1961－2016年的降雨資料做泰森多邊形分析，2015年肅南縣降雨量為293mm，屬于豐水年，因此肅南縣祁連山北麓牧區(qū)理論載畜量按照豐水年計(jì)算。

表7 牧區(qū)現(xiàn)狀草畜平衡分析結(jié)果

由表7可知，2015年肅南縣祁連山北麓皇城牧區(qū)和康樂牧區(qū)實(shí)際載畜量遠(yuǎn)大于理論載畜量，屬于牲畜嚴(yán)重超載；馬蹄牧區(qū)和大河牧區(qū)屬于載畜平衡；而祁豐牧區(qū)表現(xiàn)為現(xiàn)狀載畜不足，欠載牲畜31.4萬標(biāo)準(zhǔn)羊單位。造成這種原因主要表現(xiàn)在：1）當(dāng)前肅南縣畜牧業(yè)產(chǎn)業(yè)布局不平衡。高山細(xì)毛羊作為肅南縣畜牧業(yè)的主導(dǎo)品牌，目前已經(jīng)建成70萬只高山細(xì)毛羊生產(chǎn)基地，而高山細(xì)毛羊分布以皇城牧區(qū)和康樂牧區(qū)為主[34]，從而造成了2牧區(qū)牲畜嚴(yán)重超載的現(xiàn)狀。2）輪牧面積劃分的不合理。不少研究表明，相比于理論載畜量，牧民會(huì)主動(dòng)根據(jù)放牧狀況對畜群的數(shù)量進(jìn)行調(diào)整[35]，而當(dāng)前暖季輪牧草場飼草量偏多給牧民錯(cuò)誤載畜信息，造成牧區(qū)實(shí)際放牧量往往靠近于暖季牧場載畜量。

因此針對肅南縣祁連山北麓牧區(qū)草畜平衡現(xiàn)狀，控制皇城牧區(qū)和康樂牧區(qū)放牧牲畜數(shù)、發(fā)展祁豐牧區(qū)畜牧業(yè)和合理配置牧區(qū)輪牧草地資源將是今后肅南縣祁連山北麓牧區(qū)生態(tài)畜牧業(yè)建設(shè)的主要手段。此外考慮由于牧區(qū)降水隨機(jī)性帶來的理論載畜量的變化和牲畜管理的需求，宜將平水年牧區(qū)的理論載畜量作為今后牧區(qū)畜牧業(yè)管理的主要參考指標(biāo)，將豐水年的多余產(chǎn)草作為草原的生態(tài)補(bǔ)償，同時(shí)在適當(dāng)?shù)牡胤竭M(jìn)行天然草地灌溉，解決枯水年牧草產(chǎn)量的不足。其次，加快皇城牧區(qū)和康樂牧區(qū)人工草地的建設(shè)也是適當(dāng)緩解皇城牧區(qū)和康樂牧區(qū)人草畜矛盾的重要措施。

2.2.3 平水年草畜年內(nèi)動(dòng)態(tài)平衡分析

分析肅南縣祁連山北麓牧區(qū)平水年產(chǎn)草過程和基于理論載畜量的牲畜需草動(dòng)態(tài)（圖2）。牧區(qū)牧草的生長集中在5－10月，并為全年的牲畜提供飼草，各月牲畜需草量隨著牲畜數(shù)量和放牧天數(shù)的變化而波動(dòng)變化。整體牲畜需草量分為2個(gè)階段：在5－11月，隨著4月牧區(qū)母畜產(chǎn)羔結(jié)束，牧區(qū)牲畜數(shù)量出現(xiàn)激增，表現(xiàn)為牲畜需草量的跳躍上升；在12－4月，隨著11月份牲畜出欄的結(jié)束，牧區(qū)牲畜的數(shù)量再一次調(diào)整，牲畜數(shù)量減少，表現(xiàn)為牲畜需草量的跳躍式下降。

注：a表示牲畜動(dòng)態(tài)需草過程；b、c分別表示牧區(qū)冷季、暖季牧場產(chǎn)草過程。

Note: a represents dynamic forage requirement process of livestock；b and c represent grass production process in cold season meadow and warm season meadow, respectively.

圖2 肅南縣牲畜動(dòng)態(tài)需草過程、牧區(qū)冷季牧場和暖季牧場產(chǎn)草過程

Fig.2 Dynamic forage requirement process of livestock and grass production process in cold season meadow and warm season meadow

根據(jù)牧區(qū)產(chǎn)草過程和牲畜需草動(dòng)態(tài)進(jìn)行輪牧區(qū)動(dòng)態(tài)草畜平衡分析（圖3）。牲畜6月初進(jìn)入暖季牧場放牧，此時(shí)正處于牧草的生長季，當(dāng)牧草生長量大于牲畜需草量時(shí)（7－8月），月末余草量上升。當(dāng)牧草生長量小于牲畜需草量時(shí)（9－10月），月末余草量逐漸下降。10月下旬牲畜轉(zhuǎn)場冷季牧場，由于牧草不再生長，牧場可利用飼草量隨著牲畜的采食而降低，直至翌年6月或飼草消耗殆盡。

注：Ⅰ，傳統(tǒng)方法；Ⅱ，基于劃區(qū)輪牧理論方法；Ⅲ，基于關(guān)鍵場理論方法。

Note:Ⅰrepresents traditional method; Ⅱrepresents rotational grazing theory method; Ⅲ represents key pasture theory method.

圖3 肅南縣牧區(qū)冷暖輪牧動(dòng)態(tài)草畜平衡分析

Fig.3 Analysis of dynamic forage-livestock balance in cold and warm rotational pastoral area

對比3種計(jì)算方法的動(dòng)態(tài)草畜平衡過程，3種方法在暖季牧場均能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)草畜平衡，但是轉(zhuǎn)場前暖季牧場余草量超過12 000萬kg?？梢娪捎诓輬鲚喣粒灸翀隹衫蔑暡莶荒鼙煌耆?，同時(shí)暴露出肅南縣祁連山北麓牧區(qū)暖季牧場面積分配過多。與其他2種方法相比，基于關(guān)鍵場理論的暖季牧場剩余草量明顯要高，可見基于關(guān)鍵場理論的計(jì)算方法沒有考慮輪牧牲畜數(shù)量變化從而造成更多的可利用飼草的浪費(fèi)；在冷季牧場，基于劃區(qū)輪牧理論和基于關(guān)鍵場理論計(jì)算方法均能實(shí)現(xiàn)冷季牧場的動(dòng)態(tài)草畜平衡，但是按傳統(tǒng)方法載畜放牧，在3月份就會(huì)耗光牧場的可利用飼草和補(bǔ)飼牧草，這是因?yàn)閭鹘y(tǒng)方法認(rèn)為所有的可利用產(chǎn)草量都會(huì)被牲畜采食，忽略了牧場輪牧過程中產(chǎn)生的草資源利用在時(shí)間和空間上的隔離（暖季牧場轉(zhuǎn)場前的剩余草量無法利用），從而導(dǎo)致冷季牧場無法實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)草畜平衡。

牧區(qū)草畜平衡分析作為現(xiàn)行草原生態(tài)獎(jiǎng)補(bǔ)政策中控制牧區(qū)牲畜飼養(yǎng)量的主要依據(jù)，現(xiàn)行的傳統(tǒng)草畜平衡計(jì)算方法在面對季節(jié)草場時(shí)不能保證各季節(jié)草場的草畜平衡。通過前面的分析，雖然肅南縣現(xiàn)狀實(shí)際放牧量137.1萬標(biāo)準(zhǔn)羊單位與傳統(tǒng)草畜平衡計(jì)算方法計(jì)算出的理論載畜量142.0萬標(biāo)準(zhǔn)羊單位兩者相差無幾，但是實(shí)際上肅南縣牲畜會(huì)在3月份就消耗完輪牧牧場的可利用產(chǎn)草，過牧也就由此產(chǎn)生，草原生態(tài)保護(hù)的目的就會(huì)大打折扣。而采用基于劃區(qū)輪牧理論的草畜平衡計(jì)算方法計(jì)算的牧區(qū)理論載畜量由于考慮牧區(qū)輪牧過程的草畜動(dòng)態(tài)平衡，能保證整個(gè)牧區(qū)草畜平衡，保證草原生態(tài)保護(hù)的目的落實(shí)。

從現(xiàn)行的草原生態(tài)獎(jiǎng)補(bǔ)政策實(shí)施效果來看，在草原生態(tài)得到了大范圍的改善的同時(shí)，現(xiàn)行牧區(qū)禁牧和減畜為主草原生態(tài)獎(jiǎng)補(bǔ)政策實(shí)則削弱了牧民生產(chǎn)的積極性，因此依然存在部分地區(qū)禁牧效果不理想，人草畜矛盾依然突出的問題[36-37]。以肅南縣為例，目前肅南縣牧區(qū)人草畜的主要矛盾主要集中在牧民增加收入的愿望和傳統(tǒng)的畜牧業(yè)生產(chǎn)方式。隨著牧區(qū)消費(fèi)水平的提高，牧民需要更多的收入才能維持現(xiàn)有的生活開銷。而放牧作為牧民收入的主要來源，傳統(tǒng)的畜牧業(yè)生產(chǎn)方式通過擴(kuò)大和維持放牧畜群的規(guī)模來增加產(chǎn)出，因此當(dāng)飼養(yǎng)牲畜數(shù)超過牧區(qū)可承載量，造成草原生態(tài)平衡破壞。所以政策不僅要從補(bǔ)貼著手，更應(yīng)該著重獎(jiǎng)勵(lì)先進(jìn)的畜牧業(yè)生產(chǎn)方式，激發(fā)牧民主動(dòng)接受新的生產(chǎn)方式的積極性。以出欄率為例，從基于劃區(qū)輪牧理論和基于關(guān)鍵場理論的草畜平衡分析的結(jié)果可以看出，牲畜出欄迅速減少了牧區(qū)放牧牲畜量，減輕冷季牧場的放牧壓力，在僅0.45出欄率的情況下，兩者平水年理論載畜量相差能達(dá)到30.5萬標(biāo)準(zhǔn)羊單位。但是，按照牧區(qū)傳統(tǒng)畜牧業(yè)的生產(chǎn)方式，高的出欄率會(huì)導(dǎo)致存欄數(shù)的不足，進(jìn)而影響翌年牲畜畜群數(shù)量，導(dǎo)致牲畜出欄率不能過高。因此草原生態(tài)獎(jiǎng)補(bǔ)政策可以通過獎(jiǎng)勵(lì)鼓勵(lì)牧民提高畜群的出欄率，扶持以地方集體為主的現(xiàn)代牲畜生殖技術(shù)支撐產(chǎn)業(yè)，為當(dāng)?shù)匦竽翗I(yè)提供仔畜。這樣不僅能夠提高牧場載畜能力，增加當(dāng)?shù)啬撩竦氖杖耄ぐl(fā)當(dāng)?shù)啬撩竦恼邊⑴c的積極性，同時(shí)也能真正實(shí)現(xiàn)牧區(qū)草原生態(tài)的保護(hù)。

3 結(jié) 論

本研究以肅南縣祁連山北麓牧區(qū)為研究區(qū)，基于劃區(qū)輪牧理論模擬了不同降水情景下輪牧區(qū)可利用產(chǎn)草量和理論載畜量，分析了現(xiàn)狀牧區(qū)草畜平衡狀況，并且模擬了劃區(qū)輪牧牧區(qū)產(chǎn)草需草過程，進(jìn)行牧區(qū)動(dòng)態(tài)草畜平衡分析，主要結(jié)論如下：

1）降水是影響牧區(qū)載畜能力的主要因素。肅南縣祁連山北麓牧區(qū)豐水年可利用產(chǎn)草量共93 266.3萬kg，理論載畜130.3萬標(biāo)準(zhǔn)羊單位；平水年可利用產(chǎn)草量共71 904.1萬kg，理論載畜100.9萬標(biāo)準(zhǔn)羊單位；枯水年可利用產(chǎn)草量共45 993.7萬kg，理論載畜65.1萬標(biāo)準(zhǔn)羊單位。

2）冷季牧場是肅南縣祁連山北麓輪牧牧區(qū)的關(guān)鍵場，同時(shí)冷暖牧場理論載畜量差距大，草地資源配置不合理?，F(xiàn)狀年牧區(qū)草畜平衡問題主要出現(xiàn)在皇城、康樂和祁豐牧區(qū)，其中皇城牧區(qū)和康樂牧區(qū)牲畜嚴(yán)重超載，而祁豐牧區(qū)則為載畜不足。這與當(dāng)前肅南縣畜牧業(yè)產(chǎn)業(yè)布局及冷暖牧場配置不合理密不可分。

3）通過與基于關(guān)鍵場理論方法及傳統(tǒng)方法理論載畜量計(jì)算及動(dòng)態(tài)平衡分析的對比，基于劃區(qū)輪牧理論方法同時(shí)考慮輪牧過程草資源的時(shí)空隔離和牲畜的數(shù)量的動(dòng)態(tài)變化，輪牧草場資源分配合理的牧區(qū)不僅能保持較高的理論載畜量，同時(shí)能滿足各輪牧場的草畜動(dòng)態(tài)平衡，促進(jìn)飼草的高效利用，在輪牧牧區(qū)草畜平衡分析計(jì)算中具有一定的優(yōu)越性。

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Forage-livestock dynamic balance of pasturing area based on rotational grazing theory in northern slope of Qilian Mountains

Qin Lin, Song Xiaoyu※, Feng Xianghua

((),710048,)

Overgrazing is an important reason for grassland ecological destruction in Qilian Mountains. In order to resumes and protects grassland ecosystem and constructs ecological animal husbandry in the northern slope of Qilian Mountains. In this paper, we selected the northern slope of Qilian Mountains in Sunan County as the study area, simulated the proper stocking capacity for livestock from different precipitation scenarios in grassland and analyzed the present forage-livestock balance status based on rotational grazing theory, researched the process of pasture production and demand with the proper stocking capacity in rotational pasturing area, carried out the dynamic forage-livestock balance analysis, and compared the result with the key pasture theory method and traditional method. The result showed that the change of precipitation greatly influences the proper stocking capacity for livestock of pasturing area in the northern slope of Qilian Mountains in Sunan County, the proper stocking capacity for livestock was 1.303 million sheep unit, 1.009 million sheep unit, and 65.1 million sheep unit in high, normal, and low flow years, respectively. In analysis of the proper stocking capacity for livestock calculated by three methods in different precipitation, we found that the result calculated by the traditional grassland-livestock balance method was the largest, and the result calculated by the grassland and livestock balance method based on key pasture theory was the lowest. This is because the traditional grassland-livestock balance method does not consider the relationship between the process of grassland production and demand of livestock in pastoral areas, the traditional grassland-livestock balance method does not consider the dynamic change of livestock number in the process of grassland demand of livestock. Therefore, we proposed that the proper stocking capacity for livestock in the normal flow year was 1.009 million sheep unit as the main reference indexes of animal husbandry management in the future. There were both existence overgrazing and under load problem in pasturing area in 2015, and the proper stocking capacity for livestock in cold season meadow was obviously different in warm, it should be adjusted to the current development of animal husbandry structure and rational allocation of cold and warm season meadow in the future. The proper stocking capacity for livestock calculated by the traditional grassland-livestock balance method would deplete the available forage in cold season meadow in March, which would lead to overgrazing. The proper stocking capacity for livestock calculated by the grassland and livestock balance method based on key pasture theory can ensure the dynamic balance of the grassland resources and livestock in the whole pasture area, but it produced a lot of waste of forage in the whole pasture. By contrast the results with the other two methods, the rotational grazing theory method not only can ensure the dynamic forage-livestock balance in different rotational pastoral areas, but also can maintain the efficient utilization of forage, and it showed that the rotational grazing theory method had certain superiority in analysis of forage-livestock balance in the rotational pastoral area. The results can provide a scientific basis for the restoration and protection of grassland ecology in Qilian Mountains and the development of ecological animal husbandry in Sunan County.

ecology; forage-livestock balance; rotational grazing theory; northern slope of Qilian Mountains; dynamic balance analysis; Sunan County

2018-12-21

2019-05-10

國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2016YFC0400301）資助

覃 琳，博士生，主要從事水文學(xué)及水資源方向的研究。Email：1292601966@qq.com.

宋孝玉，博士，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事水文學(xué)及水資源方向的研究。Email：songxy@xaut.edu.cn.

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.11.030

S811.5

A

1002-6819(2019)-11-0256-09

覃 琳，宋孝玉，馮湘華. 基于劃區(qū)輪牧理論的祁連山北麓牧區(qū)動(dòng)態(tài)草畜平衡研究[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2019，35(11)：256－264. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.11.030 http://www.tcsae.org

Qin Lin, Song Xiaoyu, Feng Xianghua. Forage-livestock dynamic balance of pasturing area based on rotational grazing theory in northern slope of Qilian Mountains[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(11): 256－264. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.11.030 http://www.tcsae.org