鼠害對草地生物量的危害損失分析

張永生，歐陽芳，戈峰，袁哲明*

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護學(xué)院，湖南 長沙 410128；2.中國科學(xué)院動物研究所，北京 100101；3.農(nóng)業(yè)蟲害鼠害綜合治理研究國家重點實驗室，北京 100101)

鼠害對草地生物量的危害損失分析

張永生1，歐陽芳2,3，戈峰2,3，袁哲明1*

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護學(xué)院，湖南 長沙 410128；2.中國科學(xué)院動物研究所，北京 100101；3.農(nóng)業(yè)蟲害鼠害綜合治理研究國家重點實驗室，北京 100101)

利用中國畜牧業(yè)統(tǒng)計資料，結(jié)合全國草地覆蓋遙感數(shù)據(jù)，采用生態(tài)能學(xué)方法，分析了2000—2010年中國草地鼠害發(fā)生的空間分布特征與變化趨勢，評估了鼠害對草地生態(tài)系統(tǒng)生物量的危害損失。結(jié)果表明：2000—2010年，中國草地鼠害的發(fā)生面積、發(fā)生程度和造成的損失總體呈上升趨勢；11年間全國由于鼠害造成草地生物量的損失年均約1.181 54×107t，年份間鼠害差異大，2006年草地生物量損失最大，為2.537 23×107t；區(qū)域草地鼠害損失大小排序為西南、西北、華北、東北，西藏自治區(qū)鼠害最嚴(yán)重，年均草地生物量損失占全國總量的38.09%。

鼠害；草地生物量；生態(tài)效率

草地生態(tài)系統(tǒng)是面積最大的生態(tài)系統(tǒng)類型，2010年中國草地生態(tài)系統(tǒng)面積約為2.84×106km2，占全國總面積的30%，其次為森林與農(nóng)田，分別約占20 %與19%。草地生態(tài)系統(tǒng)對維持自然生態(tài)系統(tǒng)的格局、功能與過程具有特殊的生態(tài)意義，其生態(tài)服務(wù)功能的不可替代性越來越受到關(guān)注[1–2]。

在草地生態(tài)系統(tǒng)的消費者亞系統(tǒng)中，鼠類占有重要地位。長期以來，過度放牧、亂墾、亂采等人類活動加劇了草地鼠害的發(fā)生，加之近年來全球性氣候變暖、干旱加劇、火災(zāi)頻繁等自然因素的作用，導(dǎo)致草地鼠害頻繁暴發(fā)，成為引發(fā)草原退化、沙化和水土流失的重要因素，嚴(yán)重威脅草原生態(tài)環(huán)境以及草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展[3–4]。評估與分析鼠害對草地資源造成的損失，對于制定合理的區(qū)域草地生態(tài)系統(tǒng)保護政策和經(jīng)濟開發(fā)決策，以及維護人類健康安全都具有重要意義。目前有關(guān)有害生物對生態(tài)系統(tǒng)的危害損失的評估研究，主要是基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的價值評估[1–2,5–9]，鮮有針對草地害鼠對草地生態(tài)系統(tǒng)所造成危害損失的系統(tǒng)分析和估算。草地分布范圍廣、分布不均衡，害鼠種類多、危害特點多樣，鼠害分布具有明顯的地域性，加大了鼠害對草地危害損失量的評估難度。草地鼠害損失評估主要是基于鼠害發(fā)生面積、發(fā)生次數(shù)和發(fā)生等級等方面的測報，多數(shù)只是定性而非定量，并且提供的信息量也相對較少，因此，需要建立新的草地?fù)p失量的估算方法。

害鼠作為草地生態(tài)系統(tǒng)中占有重要地位的一類消費者，其啃食草地后同化效率平均為70%～90%，因此可使用生態(tài)效率能流的計算方法，通過害鼠的個體生物量推算其對草地造成的生物量損失。筆者從生態(tài)系統(tǒng)能量流動的角度出發(fā)，擬從生態(tài)效率和生物量來估算害鼠對草地生態(tài)系統(tǒng)造成的損失量。利用2000—2010年全國畜牧業(yè)統(tǒng)計資料和遙感數(shù)據(jù)，分析草地主要害鼠的空間分布特征和變化趨勢，估算鼠害對草地造成的生物量損失，以期為評估鼠害對草地生態(tài)系統(tǒng)的影響提供新思路和方法借鑒。

1 數(shù)據(jù)來源

2000—2010年，中國草地鼠害發(fā)生面積數(shù)據(jù)主要來源于全國畜牧業(yè)統(tǒng)計資料；草地分布與面積來源于分辨率為30 m×30 m的遙感數(shù)據(jù)；畜牧業(yè)統(tǒng)計資料與遙感數(shù)據(jù)均來自環(huán)境保護部和中國科學(xué)院主持的“全國生態(tài)環(huán)境十年變化遙感調(diào)查與評估專項”項目組。

根據(jù)王麗煥等[10]提出的中國草地害鼠常見的優(yōu)勢種，結(jié)合農(nóng)業(yè)部文件，確定布氏田鼠、長爪沙鼠、達(dá)烏爾黃鼠、高原鼠兔、鼢鼠為具有代表性的優(yōu)勢害鼠種。

2 鼠害對草地生物量損失的估算方法

根據(jù)草地生物量損失與害鼠攝入量的關(guān)系、害鼠攝入量與害鼠生產(chǎn)量的關(guān)系，利用害鼠的發(fā)生數(shù)據(jù)與生態(tài)效率數(shù)據(jù)，先算得草地主要害鼠的攝入量后，再估算草地鼠害造成的損害量，即草地生物量損失。依據(jù)文獻(xiàn)[11]，草地生物量的損失量為L。

L=C·I。

式中：C為損害系數(shù)；I為種群攝入量。

式中：Ae為同化效率；Ne為凈生態(tài)效率；P為種群生產(chǎn)量。

P=B·D·O。

式中：B為個體生物量；D為種群密度；O為發(fā)生面積。

有害生物為害的部位與方式不同，損害系數(shù)C也會不同，如為害葉片的，其攝入量就估算為損害量，即C為1；為害根部、莖稈或花果等的，除攝入量造成損失外，還會對其他器官或部位造成損害，C會大于1。為了估算簡便，對鼠害取C為1進行計算。同化效率Ae是同化量與攝入量的比值，凈生態(tài)效率Ne是生產(chǎn)量與同化量的比值，這2個參數(shù)直接從相關(guān)文獻(xiàn)中(表1)獲得，不需再進行計算。個體生物量 B用害鼠的鮮重來表示(表 1)。由于全國范圍不同區(qū)域的真實害鼠種群密度 D很難完整獲得，在此情況下，使用防治指標(biāo)代替，評估害鼠達(dá)到防治密度閾值時所造成的損失，反映的是最低損失量。害鼠的防治指標(biāo)來自相關(guān)文獻(xiàn)(表1)，其中長爪沙鼠的防治指標(biāo)參照農(nóng)業(yè)部辦公廳農(nóng)辦牧[2003]13號文件《關(guān)于印發(fā)<休牧禁牧技術(shù)規(guī)程(試行)>等九個技術(shù)規(guī)程的通知》規(guī)程；達(dá)烏爾黃鼠未見明確的防治指標(biāo)相關(guān)報道，因此比對了其與平均體重相近的鼢鼠的生物學(xué)特性，估算得到達(dá)烏爾黃鼠和鼢鼠的體重與防治指標(biāo)的比值，估算了達(dá)烏爾黃鼠的防治指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)與特喜鐵等[12]調(diào)查得到達(dá)烏爾黃鼠在海拉爾東山的平均密度相近，因此運用了此密度進行估算。鼠害發(fā)生面積O是鼠害種群密度達(dá)到或大于防治指標(biāo)的草地面積，來自畜牧業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

利用ArcGIS 10.2軟件計算草地面積，分析草地鼠害發(fā)生的空間分布和鼠害造成草地生物量損失的空間分布。

表1 5種害鼠的相關(guān)參數(shù)Table 1 Parameter values of the 5 main rodent pests

3 結(jié)果與分析

3.1 草地鼠害的發(fā)生分布與面積

根據(jù)遙感調(diào)查數(shù)據(jù)，結(jié)合中國畜牧業(yè)資料中的鼠害發(fā)生數(shù)據(jù)，確定草地鼠害的發(fā)生分布范圍，并計算發(fā)生面積。2010年中國草地鼠害的空間分布見圖1。

圖1 2010年中國草地鼠害的空間分布Fig.1 Spatial distribution of rodent pest in grassland of China in 2010

從全國7大地理區(qū)域分析草地鼠害發(fā)生的面積及變化趨勢來看，2000—2010年，全國草地鼠害發(fā)生面積較大的區(qū)域有西南、西北和華北地區(qū)，華東、華中和華南地區(qū)發(fā)生面積非常小。西南地區(qū)年際間變化大，2004年到2006年鼠害發(fā)生面積較大，2004年發(fā)生面積驟增，2007年又驟降；西北地區(qū)發(fā)生面積呈緩慢增長趨勢；華北地區(qū)呈波動變化；東北地區(qū)變化很小(表2)。

表2 2000—2010年中國各區(qū)域草地鼠害發(fā)生面積Table 2 Occurrence area of rodent pest in grassland in seven regions of China from 2000 to 2010

3.2 草地鼠害的發(fā)生程度

鼠害的發(fā)生程度為發(fā)生鼠害的草地面積占總草地面積的比例。2000—2010年，全國草地鼠害發(fā)生程度較高的區(qū)域有西北、西南、東北與華北地區(qū)，其中，西北地區(qū)鼠害發(fā)生程度最高，且呈緩慢增加趨勢；西南地區(qū)鼠害發(fā)生程度從 2001年到2006年顯著增加，至 2007年驟降，以后到2010年都比較平穩(wěn)，僅2004年到2006年這3年高于東北地區(qū)；東北地區(qū)鼠害發(fā)生程度呈波動變化；華北地區(qū)鼠害發(fā)生程度呈增加趨勢。華東、華中和華南地區(qū)鼠害的發(fā)生面積本身就非常小，因此發(fā)生程度也很低(表3)。

表3 2000—2010年中國各區(qū)域草地鼠害發(fā)生程度Table 3 Occurrence intensity of rodent pest in grassland in seven regions of China from 2000 to 2010

3.3 草地生物量損失

2000—2010年，全國因鼠害造成的年均草地生物量損失為1.181 54×107t。2000到2006年，草地生物量損失呈顯著上升趨勢，約增長了4倍多。2004到2006年是高峰期，其中2006年達(dá)到峰值，損失量為 2.537 23×107t。2007年驟降了 67.9%，2007到2010年又呈緩慢上升趨勢。

全國7大區(qū)域中，西南和西北地區(qū)草地生物量損失分別約占年均總損失量的42.67%和37.32%；華北和東北地區(qū)分別約占17.03%與2.91%；華東、華中、華南地區(qū)草地生物量損失所占比例很小，約共占0.07%。2000—2010年，7大區(qū)域的草地生物量損失整體呈上升趨勢。西南地區(qū)草地生物量損失波動幅度較大，與全國的變化趨勢相似，2004到2006年是高峰期，2006年達(dá)最高值，也是各區(qū)中的最高值，為1.754 41×107t。2007年驟降了91%，之后3年趨于平穩(wěn)。西北、華北和東北地區(qū)的草地生物量損失均呈平穩(wěn)上升趨勢(表4)。

表4 2000—2010年中國各區(qū)域鼠害造成的草地?fù)p失生物量Table 4 Grassland loss caused by rodent pest in four regions of China from 2000 to 2010

將鼠害所造成的草地生物量損失分為5級，全國各地區(qū)年均草地?fù)p失量的分級及空間分布見圖2。31個省、市、自治區(qū)中，西藏的年均草地生物量損失最大，占全國年均總損失量的38.09%；其次為青海、內(nèi)蒙古、甘肅、新疆、四川，這5個省、自治區(qū)的年均損失量占全國年均總損失量的54.64%；北京、天津、上海、浙江、江西、山東、貴州等省、直轄市幾乎無損失(圖3)。

圖2 2000—2010年中國年均草地?fù)p失量的空間分布Fig.2 Spatial distribution of annual grassland loss in China during 2000—2010

圖3 2000—2010年中國各省、市、自治區(qū)年均草地生物量損失Fig.3 Annual grassland loss of provinces in China during 2000—2010

4 討論

基于生態(tài)能學(xué)方法，筆者提出了一種鼠害造成草地生態(tài)系統(tǒng)生物量損失的計算方法，利用畜牧業(yè)和農(nóng)業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)、草地覆蓋遙感數(shù)據(jù)，可以準(zhǔn)確定量地評估草地鼠害發(fā)生的范圍、程度、趨勢和造成的草地?fù)p失量，為評估草地鼠害造成的危害損失提供了一種思路與方法。從2000年到2010年，中國草地鼠害的發(fā)生面積、發(fā)生程度和造成的損失總體呈上升趨勢。2005年后，由于受糧食補貼、退耕還林補貼系列國家政策以及市場價格因素影響，牧草種植、行業(yè)發(fā)展起伏波動大，這可能是西南地區(qū)2004—2006年出現(xiàn)草地?fù)p失的高峰期，尤其是2006年達(dá)到最高的原因。估算出 11年間鼠害造成的草地生物量年均損失1.181 54×107t，而目前中國進入流通領(lǐng)域的商品草約為4.0×106t，2013年進口的苜蓿和燕麥草分別為7.556×105t和4.28×104t[24]，可見草地鼠害造成的危害非常嚴(yán)重。草地不僅是一種可更新的農(nóng)業(yè)自然資源，而且也是一個巨大的碳庫，每公頃草坪每天吸收二氧化碳900 kg，釋放氧氣600 kg[25]，鼠害不僅可直接導(dǎo)致牧草產(chǎn)量減少，還可通過生態(tài)環(huán)境而間接造成經(jīng)濟損失，尤其是在當(dāng)前的低碳經(jīng)濟中草地發(fā)揮著重要作用。華北，西南和西北等地區(qū)因鼠害造成的損失占比大，主要集中在西藏、青海、內(nèi)蒙古、甘肅、新疆、四川等地區(qū)，應(yīng)重點針對以上地區(qū)制定防鼠治鼠措施。

在鼠害造成草地生態(tài)系統(tǒng)生物量損失的計算中，用防治指標(biāo)作為種群密度進行了估算，但草地鼠害造成損失時的種群密度通常是高于防治指標(biāo)的，筆者采用防治指標(biāo)估算的損失量低估了鼠害造成的實際損失。使用防治指標(biāo)估算反映的是最低損失量，有時會比實際損失量低很多，因此，在草地生物量損失評估中，特別是比較容易獲得種群密度的中小尺度研究，要使用實際調(diào)查的真實種群密度，這樣估算的損失量更接近真實損失。對于主要害鼠的其他各項參數(shù)，如鮮重、生態(tài)效率、損害系數(shù)等也仍需要更多的研究數(shù)據(jù)來準(zhǔn)確確定。使用 5種主要害鼠及其參數(shù)對草地生物量損失進行評估計算，由于中國草地分布范圍廣、分布不均衡，不同區(qū)域的主要害鼠種類可能有所差異，以及同種害鼠在不同區(qū)域其參數(shù)也有可能不同，因此，不同的區(qū)域應(yīng)該要使用不同區(qū)域的主要害鼠種類及其相應(yīng)的參數(shù)來計算，這樣估算的損失量會更準(zhǔn)確，更接近真實情況，這需要進一步深入研究。

參與文獻(xiàn)：

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責(zé)任編輯：羅慧敏

英文編輯：羅 維

Analysis of biomass loss from rodent pest in grassland

ZHANG Yongsheng1, OUYANG Fang2,3, GE Feng2,3, YUAN Zheming1*
(1.College of Plant Protection, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China; 2.Institute of Zoology, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China; 3.State Key Laboratory of Integrated Management of Pest Insects and Rodents, Beijing 100101, China)

Based on the statistical data of animal husbandry and remote sensing data of grassland coverage, we analyzed the spatial distribution and occurrence trend of rodent pest in grassland and estimated biomass loss in grassland ecosystem caused by rodent pest by the method of ecological energetics from 2000 to 2010 in China. Results showed that the occurrence areas and occurrence intensity of rodent pest and the biomass loss of grassland showed general upward trend, and the average annual loss of grassland caused by rodent pest was about 11.815 4 million tons from 2000 to 2010.The grassland loss between years varied widely and in 2006 there was the largest loss of 25.372 3 million tons. The grassland loss in descending order for regions was Southwest, Northwest, North and Northeast, and among the provinces,the most serious loss occurred in Tibet where the average annual loss accounted for 38.09 % of the national total.

rodent pest; grassland biomass; ecological efficiencies

S443

A

1007-1032(2017)04-0417-06

2017–02–22

2017–06–05

環(huán)境保護部專項(STSN–04–04)；國家自然科學(xué)基金項目(31300347)

張永生(1980—)，男，山西忻州人，博士研究生，主要從事害蟲預(yù)測預(yù)報研究，yshzhang@hunau.edu.cn；*通信作者，袁哲明，博士，教授，主要從事害蟲預(yù)測預(yù)報研究，zhmyuan@sina.com