寧南半干旱黃土丘陵區(qū)農(nóng)、草、畜結(jié)構(gòu)優(yōu)化

季 波，李生寶，蔡進軍，許 浩，董立國，張源潤，王月玲，李 娜

(1.寧夏農(nóng)林科學院荒漠化治理研究所，寧夏 銀川 750002；2.寧夏農(nóng)林科學院，寧夏 銀川 750002)

寧南半干旱黃土丘陵區(qū)一直以來都是我國農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和生態(tài)環(huán)境建設(shè)的重點區(qū)域之一，為了促進該區(qū)農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟持續(xù)、快速、協(xié)調(diào)發(fā)展，生態(tài)環(huán)境得到一定改善，積極進行農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，特別是建立合理的農(nóng)、草、畜結(jié)構(gòu)，是該區(qū)經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)恢復的必然選擇。目前，針對該區(qū)的自然資源條件，以退耕還林(草)工程為契機，大力發(fā)展以苜蓿(Medicagosativa)為主導的栽培草地，通過草產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶動畜牧業(yè)的發(fā)展，是今后該區(qū)生態(tài)經(jīng)濟發(fā)展的必由之路。但綜合考慮當?shù)剞r(nóng)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀，以糧食作物為主的種植業(yè)仍是該區(qū)農(nóng)民農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要方式之一。因此，在發(fā)展草畜產(chǎn)業(yè)的同時，為防止冬春牲畜缺草等草畜發(fā)展不平衡現(xiàn)象發(fā)生，達到種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)并舉，農(nóng)業(yè)和草畜產(chǎn)業(yè)協(xié)調(diào)統(tǒng)一發(fā)展[1-3]，同時，又要獲取較高經(jīng)濟和生態(tài)效益，使草畜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展推廣更加具體化，更具推廣價值，對該區(qū)農(nóng)、草、畜的合理結(jié)構(gòu)進行進一步的研究，建立一個合理的種植、養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)，對加速該區(qū)農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境改善，促進社會的協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展，均具有積極的作用。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1研究區(qū)概況 研究區(qū)位于寧夏回族自治區(qū)東南部彭陽縣中莊村試驗示范區(qū)，地處105°09′～106°58′ E，34°14′～37°04′ N。區(qū)內(nèi)干燥少雨，蒸發(fā)強烈，冬寒長，春暖遲，夏熱短，秋涼早，日照充足，無霜期短。土地資源豐富，總土地面積16.5 km2，其中耕地面積672.7 hm2，人均耕地0.37 hm2;林地面積642.9 hm2;草地面積322 hm2。區(qū)內(nèi)常年除種植冬小麥 (Triticumaestivum)、蕎麥(Fagopyrunesculentum)、玉米(Zeamays)、馬鈴薯(Solanumtuberosum)等農(nóng)作物產(chǎn)品外，還有蘋果(Maluspumila)、山杏(Prunusarmeniacavar.ansu)、花椒(Zanthoxylumbungeanum)、山桃(P.davidiana)等經(jīng)濟樹種20多種,紫花苜蓿、沙打旺(Astragalusadsurgens)等優(yōu)良牧草和飼用植物50多種,以畜禽為主的動物數(shù)十種[4-6]，農(nóng)業(yè)資源優(yōu)勢較為突出。

1.2研究方法 農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量采用樣方取樣的方法進行測定。麥秸稈、糜草等及苜蓿草產(chǎn)量的測定，選取1 m2樣方，重復3次，自然風干后，稱其質(zhì)量，由干鮮比換算干草產(chǎn)量。玉米秸稈的測定，取不含邊行的6行延長5 m的樣方，刈割測鮮秸稈產(chǎn)量；刈割時取有代表性的3個樣株稱鮮質(zhì)量后，用烘箱烘干或待其自然風干后稱干質(zhì)量，同樣由干鮮比折算干秸稈產(chǎn)量。作物籽粒及馬鈴薯產(chǎn)量采取走訪調(diào)查農(nóng)戶家庭實際產(chǎn)量的方法，并取平均值計算獲得。

單位面積各作物種植及畜禽養(yǎng)殖成本及效益核算，采用以調(diào)查表的形式，選取研究區(qū)30戶示范戶進行入戶走訪調(diào)查，在摸清其家庭種植、養(yǎng)殖投入、產(chǎn)出的情況下，取其平均值，根據(jù)當年各作物及畜禽的市場價格進行核算。

畜禽飼料的可消化能和蛋白質(zhì)核算，利用中國家禽業(yè)信息網(wǎng)《常用飼料成分及營養(yǎng)價值表(近似值)》[10]和黃大器編寫的《飼料手冊》(下冊)[8]等資料中查詢的數(shù)值換算得出。

2 結(jié)果與分析

2.1農(nóng)作物、飼草種植及畜禽養(yǎng)殖的成本及效益核算 農(nóng)作物和飼草的生產(chǎn)投入主要包括勞力、畜力、種子、肥料及農(nóng)機具等。根據(jù)各種作物和飼草的產(chǎn)量、價格和生產(chǎn)成本等，可計算出各種作物的毛收益及單位面積上的純效益。畜禽養(yǎng)殖的毛收益和純效益可根據(jù)各種畜禽的成本投入，結(jié)合產(chǎn)品價格計算得出，其中，牛、羊的投入按照當?shù)剞r(nóng)戶的飼養(yǎng)習慣，取不同用途的牛、羊一年的飼養(yǎng)投入的平均值，豬按照從仔豬到育成出欄的時間計算；雞按照年初從仔雞到年終成雞出售一年的飼養(yǎng)時間計算。研究區(qū)主要種植作物，純效益最高的為玉米，達7 816.61元/hm2；最低的為蕎麥，僅為66.01元/hm2。養(yǎng)殖業(yè)純效益最高為牛的養(yǎng)殖(表1)。

表1 作物種植及畜禽養(yǎng)殖成本及效益核算

2.2各種產(chǎn)品的社會最低需要量 研究區(qū)現(xiàn)有耕地人口承載量為 2.68人/hm2，把承載人口的年農(nóng)畜產(chǎn)品消費量作為社會最低需求量，其計算結(jié)果顯示,研究區(qū)農(nóng)田單位面積的糧食(小麥、玉米、馬鈴薯、蕎麥及三角豆)社會最低需求量為1 666.03 kg/hm2，油料為28.7 kg/hm2，各種肉類12.915 kg/hm2，蛋類2.87 kg/hm2(表2)。

2.3畜禽營養(yǎng)需要量 畜禽的營養(yǎng)需要主要是能量和蛋白質(zhì)兩項指標，飼料中能量與蛋白質(zhì)應(yīng)保持一定比例，比例不當就會影響畜禽的生長發(fā)育和飼料的利用率。同時，不同畜禽對飼料的數(shù)量和性質(zhì)有不同的要求。牛和羊是反芻動物，飼料范圍較廣，可以消化吸收含纖維較高的秸稈類粗飼料[7]。

在研究區(qū)，適宜于牛和羊的飼料有小麥秸、小麥麩皮、玉米秸、玉米粉、馬鈴薯、胡麻餅、蕎麥秸、燕麥草、糜草和苜蓿干草；而豬和雞則要求較多的精飼料，在研究區(qū)適宜于豬的飼料主要有小麥麩皮、玉米粉、馬鈴薯、胡麻餅和苜蓿干草；雞的體溫高，代謝旺盛，活動力強，維持消耗所占的比重大，日糧中，碳水化合物及脂肪是能量的主要來源，在研究區(qū)適宜于雞的飼料主要有小麥麩皮、玉米粉、苜蓿干草。根據(jù)各種畜禽對飼料營養(yǎng)成分的要求，可計算出種植單位面積作物可提供給畜禽的飼料數(shù)量(表3)。

表2 各種產(chǎn)品的社會最低需要量

2.4優(yōu)化結(jié)構(gòu)模型的建立

2.4.1變量設(shè)置 以研究區(qū)現(xiàn)有的作物種類和家畜的飼養(yǎng)種類，設(shè)置13個決策變量(表4)。

2.4.2目標函數(shù)建立 根據(jù)各種作物單位面積或畜禽單位養(yǎng)殖量的純利潤，以農(nóng)業(yè)種植(C)、牧草生產(chǎn)及畜禽養(yǎng)殖(x)取得最佳配合，總體獲得最大效益(maxp)為目標，可以建立如下目標函數(shù)：

表3 作物提供給畜禽的飼料量及營養(yǎng)[8-10]

表4 各種決策變量

2.4.3約束條件

(1)面積及數(shù)量約束

x1+x5+x8<1

x2+x3+x4+x6<1

x7+x9<1

5x10+x11+0.5x12+0.002 8x13<23.66

x10+x11>8

(2)勞力約束

20.4x1+30.45x2+18.0x3+26.7x4+22.95x5+16.95x6+12.45x7+19.05x8+22.5x9+60x10+30x11+40x12+13x13<489.45

(3)畜力約束

30x1+30x2+30x3+22.5x4+22.5x5+22.5x6+22.5x7+22.5x8+30x9<180x10

(4)牧草產(chǎn)量約束

4 505.25x7+5 833.65x9>5 800

(5)社會需求約束(指社會對糧油肉蛋的需求量)

①糧食

1 200x1<330.50

5 000x2>428.70

5 500x3>881.00

500x5>14.35

750x6>11.48

②油料

750x4≥28.7

(6)牛羊飼料約束

①能量約束

13.21x1+126.93x2+52.05x3+4.96x4+6.23x5+19.59x7+19.35x8+54.89x9>138.73

②蛋白質(zhì)約束

32.44x1+2 381.5x2+210x3+174x4+10x5+48x7+25x8+215.8x9>191.81

③牛羊飼料局部約束(秸稈約束)

9.56x1+46.59x2+6.23x5+19.35x8>38.73

(7)豬飼料約束

①能量約束

2.81x1+62.28x2+52.05x3+3.72x4+35.64x9>6.14

②蛋白質(zhì)約束

3.60x1+93x2+210x3+4.69x4+215.85x9>0

(8)雞的飼料約束

①能量約束

2.05x1+50.70x2+21.23x9>0.51

②蛋白質(zhì)約束

48.90x1+582.0x2+215.85x9>6.79

(9)非負約束

x>0

2.4.4優(yōu)化結(jié)果 根據(jù)以上分析的各項參數(shù)和約束條件，按照綜合經(jīng)濟純效益最高的目標進行規(guī)劃，其結(jié)果列于表5。

通過優(yōu)化，使單位面積耕地的農(nóng)業(yè)種植、飼草種植及畜禽養(yǎng)殖純收益達到16 116.84元/hm2，比優(yōu)化前的10 437.96 元/hm2提高了54.41%。從優(yōu)化的整體結(jié)構(gòu)來看，農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)中，單位面積耕地糧食作物小麥的種植比例占28%，蕎麥和糜子的種植比例分別為3%和70%；經(jīng)濟類作物玉米、馬鈴薯、胡麻、三角豆的種植比例分別為79%、16%、4%和2%。說明從效益最大化的角度考慮，農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)得到了較大的調(diào)整，總體上效益高的經(jīng)濟類作物的發(fā)展比例得到一定的提高，尤其是地膜玉米的種植比例，提高幅度較大，這對發(fā)展養(yǎng)殖業(yè)來說，不僅可以提供更多的秸稈類飼料，而且還是蛋白質(zhì)飼料的主要來源；同時，種植結(jié)構(gòu)中也保證了一定面積的糧食作物種植，確保了該區(qū)糧食的自給。飼草的種植結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，其種植結(jié)構(gòu)主要以多年生優(yōu)質(zhì)紫花苜蓿的種植為主，為發(fā)展草畜產(chǎn)業(yè)奠定了一定的飼草資源基礎(chǔ)。畜禽業(yè)養(yǎng)殖的結(jié)構(gòu)，以草食家畜的養(yǎng)殖為主，單位面積耕地上可飼養(yǎng)的草食家畜占到了總飼養(yǎng)家畜的82.39%，且從飼養(yǎng)量上，耕地上家畜的飼養(yǎng)比重也較目前有了較大的提高，說明在研究區(qū)，與目前飼養(yǎng)水平比較，單位面積耕地飼養(yǎng)的家畜數(shù)量還有很大的擴展空間。

表5 農(nóng)草畜結(jié)合優(yōu)化結(jié)果

3 小結(jié)

研究區(qū)農(nóng)作物種植應(yīng)以地膜玉米等經(jīng)濟類作物種植為主，其中，玉米、馬鈴薯的種植比例可以達到79%和16%；其他以糧食類作物為主的應(yīng)適當減少種植面積，其中，小麥為主的糧食作物種植比例可減少至28%,以保證糧食自給，依據(jù)近年在研究區(qū)開展的節(jié)水保墑耕作措施及保護性耕作技術(shù)，逐步調(diào)整種植業(yè)結(jié)構(gòu)，提高作物的單產(chǎn)水平；養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展應(yīng)以草食家畜養(yǎng)殖為主，其中，以牛、羊為主的養(yǎng)殖比例，單位面積的飼養(yǎng)量可分別達到3.7頭和4.3只；生豬的養(yǎng)殖數(shù)量不宜提高，單位面積飼養(yǎng)量以1.7頭為宜，以減少精飼料的投入供給；同時，應(yīng)逐步改善當?shù)剞r(nóng)戶的養(yǎng)殖觀念，提高養(yǎng)殖水平及養(yǎng)殖效益。

寧南半干旱黃土丘陵區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱，經(jīng)濟基礎(chǔ)較差，按照優(yōu)化結(jié)果應(yīng)大力發(fā)展以苜蓿為主的栽培草地建設(shè)，同時，依托新一輪的西部大開發(fā)政策，“立草為業(yè)”,以科學的技術(shù)指導，提高牧草種植技術(shù)水平及飼草轉(zhuǎn)化利用率，實施草糧輪作、種草養(yǎng)畜的草地農(nóng)業(yè)發(fā)展措施，以草業(yè)發(fā)展帶動畜牧業(yè)發(fā)展，大力發(fā)展具有區(qū)域特色的草地畜牧業(yè),全面推行草畜平衡[11],走草畜產(chǎn)業(yè)一體化發(fā)展模式，以技術(shù)為核心，以市場為導向，向集約化、規(guī)?；I(yè)化、產(chǎn)業(yè)化的方向發(fā)展，最終構(gòu)建具有半干旱黃土丘陵區(qū)地方特色的草畜產(chǎn)業(yè)一體化區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展模式，使之成為推動社會經(jīng)濟發(fā)展的強勁動力。

運用農(nóng)業(yè)系統(tǒng)工程原理，人為用經(jīng)濟手段來充分發(fā)揮自然資源優(yōu)勢，解決生態(tài)系統(tǒng)的資源利用問題是可行的，但還應(yīng)充分的認識到，用數(shù)學方法建立的模型是一種靜態(tài)的模型，而現(xiàn)實的生態(tài)系統(tǒng)是一個動態(tài)的結(jié)構(gòu)，在實際生產(chǎn)中，還應(yīng)結(jié)合不斷變化的實際問題進行合理處理才能起到預(yù)期的效果[12]。

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