高寒區(qū)草地-家畜優(yōu)化配置研究
——以青海省瑪沁縣1牧戶為例

孫金金， 焦 婷， 李亞娟， 王 芳， 汪鵬斌， 魚小軍

(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院， 草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 中-美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中心，甘肅省草業(yè)工程實(shí)驗(yàn)室， 甘肅 蘭州 730070)

草地畜牧業(yè)在我國占有重要地位，是草原地區(qū)的支柱型產(chǎn)業(yè)。近年來，很多地區(qū)的草原實(shí)際載畜量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于理論載畜能力，這在很大程度上造成草原的破壞或退化。目前，我國草原地區(qū)存在夏秋季節(jié)飼草豐裕、冬春季節(jié)嚴(yán)重匱乏或夏秋季節(jié)飼草匱乏而冬春季節(jié)豐裕的現(xiàn)象。由于草畜季節(jié)不平衡造成的草地不合理利用是草地退化的主要原因[1]。如不考慮季節(jié)變化,單純以飼草總產(chǎn)量為基礎(chǔ)來確定載畜量,則不能有效解決我國草原地區(qū)普遍存在的季節(jié)性草地超載過渡放牧問題[2]。

牧草返青期是草地系統(tǒng)生態(tài)最脆弱的時(shí)期。在牧草返青期間，剛剛萌發(fā)返青的幼苗被采食后光合面積迅速減少，嚴(yán)重影響其后期的生長和發(fā)育，且剛剛返青的牧草不能滿足放牧家畜的需求，造成放牧家畜的“春乏”現(xiàn)象[3]。有研究表明，通過建設(shè)人工草地補(bǔ)飼可增加優(yōu)質(zhì)飼草料供給，使天然草地通過禁牧或休牧降低放牧強(qiáng)度；或通過草畜的合理配置，減少牲畜對天然草地的過度采食和踐踏，依靠大自然的自我修復(fù)能力，可實(shí)現(xiàn)草地增產(chǎn)和生態(tài)保護(hù)[4-5]。

近年來，國內(nèi)外專家和學(xué)者在研究“草畜平衡”問題上有大量報(bào)道，Masae[6]研究表明條帶式分配的放牧方式是一種節(jié)約高產(chǎn)的適用于周期較短的家畜育肥的方式。Hofstede[7]研究得出結(jié)論放牧馴養(yǎng)家畜會使草地初級生產(chǎn)力降低。斯日古楞[8]通過研究認(rèn)為應(yīng)以改變家庭牧場的生產(chǎn)管理模式，通過對各種生產(chǎn)要素的優(yōu)化配置，最終實(shí)現(xiàn)草畜平衡，提高畜牧業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。閆志堅(jiān)[9]通過對綿羊舍飼育肥的研究發(fā)現(xiàn)舍飼可以提高家畜的出欄率，減輕草地放牧承載壓力，減少對草場的破壞，實(shí)現(xiàn)草畜平衡。韓國棟[10]提出以有效保護(hù)草地生態(tài)基本功能和高效利用草地生產(chǎn)資源為核心的草地優(yōu)化研究理論。閆宏[11]研究表明人工飼養(yǎng)條件下母畜及羔羊的營養(yǎng)狀況得到了改善。王啟基[12]研究得出在生產(chǎn)結(jié)構(gòu)被優(yōu)化后，家庭牧場可以通過建設(shè)暖棚、人工草場等方式，改善農(nóng)牧民的家畜飼養(yǎng)情況和生活，并提高生態(tài)效益。大量研究表明優(yōu)化草地-家畜結(jié)構(gòu)可有效改善草地利用狀況，提高經(jīng)濟(jì)、生態(tài)效益。而現(xiàn)有研究中結(jié)合氣候約束條件，將“草地-家畜-生態(tài)效益-經(jīng)濟(jì)效益”統(tǒng)一考慮的研究甚少。草地載畜量常使用數(shù)量載畜量與營養(yǎng)載畜量中的可消化粗蛋白(digestible crude protein，DCP)和總可消化養(yǎng)分(total digestible nutrients，TDN)載畜量相結(jié)合的方法進(jìn)行評價(jià)[13-15]。但是TDN載畜量反映草地能量載畜量尚不精確，而體外產(chǎn)氣估測牧草代謝能(metabolic energy，ME)技術(shù)的成熟[16-17]，使ME載畜量的計(jì)算成為可能。因此，為了協(xié)調(diào)家庭牧場草地生產(chǎn)的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)功能，以青海省瑪沁縣一牧戶為例，根據(jù)家庭牧場的不同草地類型，對其草地進(jìn)行返青期休牧，對家畜-草地系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化、合理配置，進(jìn)一步增加對草畜生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)的有效輸入，減輕天然草原的承載量，充分利用人工草地高生產(chǎn)力的優(yōu)勢，讓天然牧草不僅能全面發(fā)揮草原生態(tài)的積極作用，還能為推動(dòng)畜牧業(yè)的發(fā)展提供必要的支持；進(jìn)而有效緩解或徹底解決當(dāng)?shù)胤拍良倚笕辈莸木置?，促進(jìn)草地生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)利用和良性循環(huán)，使畜牧業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營由傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)性決策，進(jìn)入科學(xué)決策，做到生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會效益俱佳。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)自然概況

研究點(diǎn)位于青海省瑪沁縣，地理位置為98°48′～100°55′ E，33°43′～35°16′ N。該地區(qū)屬高原寒冷氣候，主要植被類型有高山草甸、高山灌叢和沼澤化草甸。土壤為高山草甸土、高山灌叢草甸土和沼澤土。地勢平坦，海拔3 760 m。年均溫-3.9℃，≥5℃積溫850.3℃，最冷月1月的平均氣溫為-12.6℃，最熱月7月的平均氣溫為9.7℃。牧草生長季為156 d，無絕對無霜期。年均降水513.2 mm，年蒸發(fā)量2 471.6 mm[18]。該地區(qū)普遍存在家畜超載過牧，牧戶草地-家畜系統(tǒng)主要存在夏秋季節(jié)飼草豐裕、而冬春季節(jié)嚴(yán)重匱乏，或夏秋季節(jié)飼草匱乏而冬春季節(jié)豐裕兩種現(xiàn)象。本研究以夏季牧場飼草嚴(yán)重匱乏、秋季牧場可滿足家畜數(shù)量和營養(yǎng)采食，冬春牧場飼草豐裕但營養(yǎng)不足，存在夏季牧場家畜超載、冬春季牧場營養(yǎng)超載的牧戶(表1)為例，進(jìn)行草地家畜優(yōu)化配置。牧戶草地基本情況見表2。

表1 牧戶草地-家畜現(xiàn)狀Table 1 The status of herdsmen grassland and livestock

表2 牧戶草地-家畜基本情況Table 2 Herdsmen basic conditions of grassland - livestock

注：S(f):草地面積、B(f):單位面積可食牧草產(chǎn)量、P(f):單位面積草地可消化蛋白輸出量、M(f):單位面積草地代謝能輸出量、L(f):草地可利用率、D(f)：放牧天數(shù)、Ed:單個(gè)羊單位日需干物質(zhì)量、Pd:單個(gè)羊單位日需可消化蛋白量、Md:單個(gè)羊單位日需代謝能量。Q(f):數(shù)量載畜量、DCP(f):可消化蛋白載畜量、ME(f) :代謝能載畜量。數(shù)據(jù)來源：網(wǎng)絡(luò)資料和入戶調(diào)查以及草地實(shí)測

Note:S(f):grassland area,B(f):edible grass yield per unit area,P(f):output of grassland digestible crude protein per unit area,M(f):output of grassland metabolic energy per unit area,L(f):grassland availability,D(f):number of grazing days,Ed:dry matter of a sheep units daily,Pd: digestible crude protein content of a sheep unit daily,Md:metabolic energy of a sheep unit daily.Q(f):Amount carrying capacity,DCP(f) :DCP carrying capacity,ME(f):ME carrying capacity. Sources of data:network data and household surveys,and measurement of grassland

1.2 方法

1.2.1 技術(shù)思路 草地-家畜配置的總體目標(biāo)，是合理利用天然草地的前提下使經(jīng)濟(jì)與生態(tài)效益達(dá)到最優(yōu)。依據(jù)草地資源的承載能力，結(jié)合區(qū)域特性、氣候等約束條件，按照牧業(yè)生產(chǎn)方式和牧民生存需求合理調(diào)整種植結(jié)構(gòu)，以天然草地與人工草地的可食飼草料產(chǎn)量、可消化蛋白輸出量和代謝能輸出量合理控制牲畜飼養(yǎng)規(guī)模，達(dá)到草地-家畜動(dòng)態(tài)平衡，使大面積的天然草地得以休養(yǎng)生息，恢復(fù)和保護(hù)草原生態(tài)，實(shí)現(xiàn)草地可持續(xù)利用、生態(tài)環(huán)境良性發(fā)展和社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展[4]。

1.2.2 決策變量的確定 決策變量包括草地資源配置量和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的發(fā)展量，具體分為草地面積S(f)、單位面積可食牧草產(chǎn)量B(f)、單位面積草地可消化蛋白輸出量P(f)、單位面積草地代謝能輸出量M(f)、草地可利用率L(f)和放牧天數(shù)D(f)、單個(gè)羊單位日需干物質(zhì)量Ed、單個(gè)羊單位日需可消化蛋白量Pd、單個(gè)羊單位日需代謝能量Md；參數(shù)的選擇為5年或5年以上測定的平均值。以及生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益。每個(gè)羊單位日需干物質(zhì)量Ed是1.8 kg，單個(gè)羊單位日需可消化蛋白量Pd是0.0539 kg，單個(gè)羊單位日需代謝能量Md是8.38 MJ，粗蛋白消化率為62.25%。依據(jù)為中華人民共和國農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)-天然草地合理載畜量的計(jì)算[19](NY/T635-2015)。

1.2.3 目標(biāo)函數(shù) 確定目標(biāo)函數(shù)，包括數(shù)量載畜量Q(f)=S(f)×B(f)×L(f)/(D(f)×Ed)，可消化蛋白載畜量DCP(f)=S(f)×P(f)×L(f)/(D(f)×Pd)，以及代謝能載畜量ME(f)=S(f)×M(f)×L(f)/(D(f)×Md)。

1.2.4 約束條件 牧草返青期是草地系統(tǒng)生態(tài)最脆弱的時(shí)期，是草地放牧的忌牧期，同時(shí)也是放牧牲畜的“跑青”期[1]。為避開牧草禁牧期，在牧草返青期應(yīng)該舍飼。受氣候影響，牧草生長期較短。因此，在草地-家畜優(yōu)化配置方案中，應(yīng)將返青期休牧和氣候因素作為約束條件，返青期休牧(舍飼)時(shí)間為草地返青的40～60 d，放牧和轉(zhuǎn)場時(shí)間應(yīng)該考慮當(dāng)?shù)貧夂虼_定。

1.2.5 方案集 優(yōu)化配置方案集是根據(jù)李比希(Liebig)最小因子定律[20-22]和載畜量最小的季節(jié)放牧場-關(guān)鍵場[17,23]，在不同季節(jié)選擇關(guān)鍵場的草地最大理論載畜量為理論載畜量，以不同季節(jié)草地最小理論載畜量作為限制因子，優(yōu)化配置不同放牧季節(jié)所缺少的部分。根據(jù)實(shí)際放牧的家畜數(shù)量和不同季節(jié)草地利用情況增減牧戶家畜，由純放牧到放牧與舍飼(返青期休牧)相結(jié)合的草畜平衡設(shè)置多組參數(shù)值，每組參數(shù)值結(jié)合目標(biāo)函數(shù)和約束條件構(gòu)成一個(gè)方案，多個(gè)方案組成方案集。

根據(jù)決策變量和目標(biāo)函數(shù)，計(jì)算不同季節(jié)的數(shù)量載畜量，可消化蛋白載畜量以及代謝能載畜量，即Q(f)、DCP(f)和ME(f)，綜合3種載畜量，確定關(guān)鍵場，以關(guān)鍵場的最大載畜量為合理載畜量。不同季節(jié)最小理論載畜量為限制因子，出現(xiàn)3種載畜量為限制因子的情況，根據(jù)不同情況，按照差值優(yōu)化配置草地。

(1)當(dāng)Q(f)為f季節(jié)牧場最小理論載畜量時(shí)，出現(xiàn)2種情況，分別為DCP(f)為關(guān)鍵場最大理論載畜量，差值X(f)=DCP(f)-Q(f)=Sf×Bf×L(f)/(Df×Ed),為了滿足X(f)=DCP(f)-Q(f)，則對Sf、Bf、Df作相應(yīng)的調(diào)整，分別是優(yōu)化后的f季節(jié)放牧草地面積、單位面積可食牧草產(chǎn)量和放牧天數(shù)；或當(dāng)ME(f)為關(guān)鍵場最大載畜量，差值X(f)=ME(f)-Q(f)=Sf×Bf×L(f)/(Df×Ed),為了滿足X(f)=ME(f)-Q(f)，則對Sf、Bf、Df作相應(yīng)的調(diào)整，即為調(diào)整后的f季節(jié)放牧草地面積、單位面積可食牧草產(chǎn)量和放牧天數(shù)。

調(diào)整方案為增加f季節(jié)草地放牧面積，或增加可食牧草產(chǎn)量，或調(diào)整放牧?xí)r間。增加f季節(jié)草地放牧面積可通過將其他季節(jié)放牧草地面積劃分為f季節(jié)放牧，劃分方式為冬春牧場部分劃分到夏季牧場或秋季牧場，冬春牧場缺少部分用人工草地代替；增加可食牧草產(chǎn)量的途徑有禿斑地補(bǔ)播，改良原來牧場；調(diào)整放牧?xí)r間的途徑有增加或縮短f季節(jié)放牧?xí)r間或調(diào)整舍飼時(shí)間。

(2)當(dāng)ME(f)為f季節(jié)牧場最小載畜量時(shí),出現(xiàn)2種情況，分別為DCP(f)為關(guān)鍵場最大載畜量，差值X(f)=DCP(f)-ME(f)=Sf×Mf×L(f)/(Df×Ed),為了滿足X(f)=DCP(f)-ME(f)，則對Sf、Mf、Df作相應(yīng)的調(diào)整，分別是為調(diào)整后的f季節(jié)放牧草地面積、單位面積草地代謝能輸出量和放牧天數(shù)；或當(dāng)Q(f)為關(guān)鍵場最大載畜量，差值X(f)=Q(f)-ME(f)=Sf×Mf×L(f)/(Df×Md),為了滿足X(f)=Q(f)-ME(f)，則對Sf、Mf、Df作相應(yīng)的調(diào)整，即為調(diào)整后的f季節(jié)放牧草地面積、單位面積草地代謝能輸出量和放牧天數(shù)。

調(diào)整方案為增加f季節(jié)草地放牧面積；或增加草地代謝能輸出量；或調(diào)整放牧?xí)r間；增加f季節(jié)草地放牧面積可通過將其他季節(jié)放牧草地面積劃分為f季節(jié)放牧，劃分方式為冬春牧場部分劃分為夏季牧場或秋季牧場，冬春牧場缺少部分用人工草地代替；增加草地代謝能輸出量的途徑有補(bǔ)播優(yōu)良草種改良天然草地，購買飼草料；調(diào)整放牧?xí)r間的途徑有適當(dāng)增加或縮短f季節(jié)放牧?xí)r間或調(diào)整舍飼時(shí)間。

(3)當(dāng)DCP(f)為f季節(jié)牧場最小載畜量時(shí),出現(xiàn)2種情況，分別為Q(f)為關(guān)鍵場最大載畜量，差值X(f)=Q(f)-DCP(f)=Sf×Pf×L(f)/(Df×Pd),為了滿足X(f)=Q(f)-DCP(f)，則對Sf、Pf、Df作相應(yīng)的調(diào)整，分別是調(diào)整后的f季節(jié)放牧草地面積、單位面積草地粗蛋白輸出量和放牧天數(shù)；或當(dāng)ME(f)為關(guān)鍵場最大載畜量，差值X(f)=ME(f)-DCP(f)=Sf×Pf×L(f)/(Df×Pd),為了滿足X(f)=ME(f)-DCP(f)，則對Sf、Pf、Df作相應(yīng)的調(diào)整，即為調(diào)整后的f季節(jié)放牧草地面積、單位面積草地粗蛋白輸出量和放牧天數(shù)。

調(diào)整方案為增加f季節(jié)草地放牧面積；或增加草地粗蛋白輸出量；或延長放牧?xí)r間；增加f季節(jié)草地放牧面積可通過將其他季節(jié)放牧草地面積劃分為f季節(jié)放牧，劃分方式為冬春牧場部分劃分為夏季牧場或秋季牧場，冬春牧場缺少部分用人工草地代替；增加草地粗蛋白輸出量的途徑有草地補(bǔ)播優(yōu)良草種，購買飼草料，補(bǔ)充高蛋白精料；調(diào)整放牧?xí)r間的途徑有增加或縮短f季節(jié)放牧?xí)r間。

1.2.6 各方案效益的計(jì)算 方案的效益根據(jù)以下公式確定：

Fc(f)=Max(Em(f)+Eg(f))

式中Fc(f)、Em(f)、Eg(f)分別為f季節(jié)的綜合效益、經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益的增量；

經(jīng)濟(jì)效益增量Em(f)通過以下公式確定：

式中R(i),Y(i)分別為方案調(diào)整前i類產(chǎn)品的產(chǎn)量和單價(jià)，C(j)為方案調(diào)整前j類產(chǎn)品發(fā)生的費(fèi)用；Ra(i),Ya(i)分別為方案調(diào)整后i類產(chǎn)品的產(chǎn)量和單價(jià)，Ca(j)為方案調(diào)整后j類產(chǎn)品發(fā)生的費(fèi)用；

i表示家畜、肉、奶、皮毛、酥油；所述j可表示為購買飼草的費(fèi)用、種子費(fèi)、運(yùn)輸費(fèi)、防疫費(fèi)、人工草地收割費(fèi)；

生態(tài)效益增量Eg(f)通過以下公式確定：

Eg(f)=∑(A1+A2+A3+A4)

式中A1,A2,A3,A4分別為f季節(jié)草地利用變化率，可食牧草利用變化率，草地載畜量變化率和害情發(fā)生變化率；

A1,A2,A3,A4通過以下公式確定：

式中Gb，Ga分別為調(diào)整后草地可利用面積和調(diào)整前草地可利用面積；

式中Fb，F(xiàn)a分別為調(diào)整后單位面積可食牧草的產(chǎn)量和調(diào)整前單位面積可食牧草的產(chǎn)量；

式中Sb，Sa分別為調(diào)整后草地載畜量和調(diào)整前草地載畜量；

式中Rb，Ra分別為調(diào)整后草地害情發(fā)生面積和調(diào)整前草地害情發(fā)生面積。

根據(jù)不同優(yōu)化配置方案計(jì)算各方案的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益，綜合兩者，選擇綜合效益最大的方案作為不同季節(jié)配置的最佳方案。

2 結(jié)果與分析

2.1 牧戶草地-家畜優(yōu)化配置方案集

根據(jù)調(diào)查與實(shí)測數(shù)據(jù)，輸入決策變量，季節(jié)草場的草地面積S(f)、單位面積可食牧草產(chǎn)量B(f)、單位面積草地蛋白輸出量P(f)、單位面積草地代謝能輸出量M(f)、草地可利用率L(f)和放牧天數(shù)D(f)、單個(gè)羊單位日需干物質(zhì)量Ed、單個(gè)羊單位日需可消化蛋白量Pd、單個(gè)羊單位日需代謝能量Md；根據(jù)輸入的變量計(jì)算不同季節(jié)的3種載畜量。確定約束條件，為返青期休牧，根據(jù)地域、氣候、水熱條件等確定該牧戶家畜補(bǔ)飼時(shí)間為5月20日至6月底(40 d)。

根據(jù)載畜量最小的季節(jié)放牧場確定關(guān)鍵場，該牧戶的關(guān)鍵場是夏季牧場，關(guān)鍵場的草地最大理論載畜量是可消化蛋白載畜量DCP(f)，根據(jù)李比希(Liebig)最小因子定律，確定夏季牧場草地最小理論載畜量是數(shù)量載畜量Q(f)，秋季牧場草地最小理論載畜量是代謝能載畜量M(f)，冬春季牧場草地最小理論載畜量是可消化蛋白載畜量DCP(f)。按照差值優(yōu)化配置草地，形成8個(gè)可選方案(表3)。根據(jù)不同方案集，結(jié)合收益與成本計(jì)算各個(gè)方案的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益并求得綜合效益(表3)。

2.2 配置結(jié)果

根據(jù)關(guān)鍵場最大載畜量確定該牧戶理論載畜量為418個(gè)羊單位，按照方案1，2，3對夏季牧場草地進(jìn)行配置，方案1為草地單位面積增產(chǎn)1 136 kg·hm-2。根據(jù)氣候因素確定約束條件為返青期休牧40 d，則需要8.1 hm2的人工草地，該牧戶原來有6.7 hm2的人工草地，由于該牧戶的冬春草地為沼澤草甸，夏季牧場為高寒草甸，因此，方案2為劃分原有夏季牧場草地1.4 hm2用來種植人工草地，再劃分5.4 hm2的冬春牧場為夏季放牧所用，方案3為延長夏季放牧?xí)r間為97 d。根據(jù)不同方案對綜合效益進(jìn)行計(jì)算，得到方案1，2，3的經(jīng)濟(jì)效益分別提高了-84.4%，6.7%和-24.7%，生態(tài)效益分別提高了31.7%，5.1%和-16.5%，結(jié)合兩者得到綜合效益分別提高了-52.7%，11.8%和-41.2%。

按照方案4、5、6對秋季牧場草地進(jìn)行配置，分別為減畜到418個(gè)羊單位，草地部分不做調(diào)整；在方案3的基礎(chǔ)上調(diào)整放牧?xí)r間為10月6日-11月26日；根據(jù)載畜量計(jì)算延長放牧?xí)r間為55 d。根據(jù)不同方案對綜合效益進(jìn)行計(jì)算，得到方案4、5、6的經(jīng)濟(jì)效益分別提高了18.3%，-4.1%和16.7%，生態(tài)效益分別提高了9.5%，-11.4%和8.6%，結(jié)合兩者得到綜合效益分別提高了27.8%，-15.5%和25.3%。

按照方案7、8對冬春季牧場草地進(jìn)行配置，方案7，8是基于方案4和6做了調(diào)整，方案7為放牧?xí)r間縮短到212 d，需購精料補(bǔ)充蛋白；方案8調(diào)整是放牧?xí)r間縮短到209 d，需購精料補(bǔ)充蛋白。根據(jù)不同方案對綜合效益進(jìn)行計(jì)算，得到方案7，8的經(jīng)濟(jì)效益分別提高了5.0%和5.1%，生態(tài)效益分別提高了22.3%和22.7%，結(jié)合兩者得到綜合效益分別提高了27.3%和27.8%。

表3 牧戶草地-家畜調(diào)控方案及效益Table 3 Herdsmen grassland-livestock control program and benefit

3 討論

實(shí)現(xiàn)草畜平衡制度受到很多因素的制約，雖然合理的草地載畜量嚴(yán)格地受到國家政策的規(guī)定，但是牧民為了提高經(jīng)濟(jì)收入，會根據(jù)自己的勞動(dòng)力狀況和經(jīng)濟(jì)條件不斷擴(kuò)大放牧家畜的規(guī)模和數(shù)量，而忽略了草地的生態(tài)狀況。或是牧民為了避免超載的懲罰而利用增加科技、資金投入等方式提高天然草原的產(chǎn)草量，更多地將天然草地生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)樵耘嗖莸厣鷳B(tài)系統(tǒng)，威脅到草地生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的彈性[24]，造成不超載情況下的過牧，影響草地生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展[24-25]。一味地“減畜”和開墾對草地生態(tài)系統(tǒng)和牧民的經(jīng)濟(jì)利益都會造成很大的威脅，李艷波等[26]也提出，僅靠控制牲畜數(shù)量不能實(shí)現(xiàn)草畜平衡。

針對草地-家畜資源開發(fā)利用特點(diǎn)，本研究構(gòu)建了適宜的草畜平衡優(yōu)化配置模型。根據(jù)李比希(Liebig)最小因子定律和關(guān)鍵場[17-22]，結(jié)合返青期休牧、人工草地舍飼喂養(yǎng)，以一牧戶為例，對其草地-家畜配置進(jìn)行了合理優(yōu)化。根據(jù)輸入?yún)?shù)和目標(biāo)函數(shù)以及約束條件對不同季節(jié)牧場進(jìn)行優(yōu)化配置，計(jì)算可得該牧戶的關(guān)鍵場為夏季牧場，最大載畜量為可消化蛋白載畜量，為418個(gè)羊單位?？紤]到草地承載力，家畜單位應(yīng)從現(xiàn)有的520個(gè)羊單位減到418個(gè)羊單位。本研究中，在夏季放牧地的營養(yǎng)載畜量(包括DCP和ME載畜量)均高于數(shù)量載畜量，并且DCP載畜量高于ME載畜量，這與郝力壯等[27]暖季(7-8月牧草)在瑪多縣的研究結(jié)果一致。

根據(jù)載畜量設(shè)置優(yōu)化配置方案，夏季牧場配置方案分別為1，2，3方案，根據(jù)配置方案計(jì)算生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益，綜合可得綜合效益，三種方案中方案2的綜合效益最大，是11.8%，雖然方案1的生態(tài)效益最大，但改良草地發(fā)生的費(fèi)用較大，經(jīng)濟(jì)效益為負(fù)增長。延長放牧?xí)r間對草地的利用時(shí)間太長，由于草地本身產(chǎn)草量低及當(dāng)?shù)貧夂蛳拗?，牧草的生長季較短，不能滿足家畜采食，對經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益均起下降作用，因此，方案3的綜合效益仍為負(fù)增長。另外，該牧戶秋季牧場最小載畜量為455，滿足關(guān)鍵場載畜量要求，結(jié)合草地資源，秋季牧場可滿足418個(gè)羊單位放牧55 d，所以方案6將放牧?xí)r間延長為55 d，方案4除了減畜外不做其他調(diào)整，方案5是根據(jù)夏季牧場方案3作調(diào)整，將放牧?xí)r期調(diào)整為10月6日-11月26日。根據(jù)配置方案得到綜合效益增量分別為27.8%，-15.5%和25.3%，結(jié)合地域和氣候，延后秋季放牧?xí)r間對草地生態(tài)和牧民經(jīng)濟(jì)效益沒有增加反而下降，這與賽希雅拉對內(nèi)蒙古天然草原草畜平衡管理政策實(shí)證研究結(jié)果一致，在氣候變化劇烈的系統(tǒng)，采用固定的或保守的載畜量不僅不合適，而且對于牧民來說成本也很高[28]。

牧草返青期是草地系統(tǒng)生態(tài)最脆弱的時(shí)期，也因此被稱為高寒牧區(qū)天然草地的“忌牧期”[3]。研究表明春季休牧可以有效改善草地植被群落，抑制毒草生長，有效控制鼠害[29]，被證明是畜牧業(yè)發(fā)展和草地生態(tài)保護(hù)兼顧的一項(xiàng)有效措施[30-32]。因此，在優(yōu)化配置方案中我們考慮了返青期休牧，對冬春季牧場優(yōu)化配置方案為7和8，為返青期休牧40 d(補(bǔ)飼5月21日-6月底)舍飼喂養(yǎng)，所需人工草地除了原來的6.7 hm2外，劃分夏季牧場1.4 hm2用來種植人工草地，則原來的冬春季牧場草地面積調(diào)整為54.6 hm2，方案7和方案8的放牧?xí)r間分別為212 d和209 d。由于冬季牧草粗蛋白含量低，不能滿足家畜營養(yǎng)需求，因此，需購買精料補(bǔ)充蛋白所需。根據(jù)配置方案7和8，計(jì)算綜合效益增量分別27.3%和27.8%。

牧草的生長除了本身特性外還受地區(qū)氣候因素的影響[33-36]。本研究中試驗(yàn)地位于高寒牧區(qū)，返青期從5月中下旬開始，返青期牧草產(chǎn)量增長速度較快，隨著青草期雨季的到來，水熱條件的影響逐漸增大，牧草產(chǎn)量增長速度減慢，青草期牧草產(chǎn)量達(dá)到最大，進(jìn)入枯草期(9月份之后)，牧草枯黃，生物量積累呈現(xiàn)負(fù)值[37-38]。因此，在本次配置實(shí)例中，根據(jù)綜合效益及區(qū)域氣候因素，我們選擇的優(yōu)化配置方案為2，4和7。

本研究構(gòu)建了適于牧戶的草地-家畜優(yōu)化配置模型，為草地健康發(fā)展及牧民增收提供了參考依據(jù)。但牧場草畜平衡調(diào)控研究仍處于起步階段，其調(diào)控理論、方法應(yīng)結(jié)合牧場實(shí)際情況及當(dāng)?shù)貐^(qū)域氣候作進(jìn)一步的修正，優(yōu)化配置方案仍需要在實(shí)踐檢驗(yàn)中進(jìn)行逐步探索和完善。另外，高寒草地害鼠種群密度很高，下一步的草地-家畜配置應(yīng)考慮將害鼠控制到某一經(jīng)濟(jì)水平或生態(tài)閾值。

4 結(jié)論

本文通過對草地-家畜優(yōu)化配置的研究，構(gòu)建了適宜的草畜平衡優(yōu)化配置模型。根據(jù)李比希(Liebig)最小因子定律和關(guān)鍵場計(jì)算，得出瑪沁縣1牧戶的理論載畜量為418個(gè)羊單位，相比優(yōu)化配置前，載畜量減少了102個(gè)羊單位。結(jié)合經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益最大化，得出該牧戶3季牧場優(yōu)化配置的3種最佳方案，分別為劃分冬春季牧場5.4 hm2用于夏季放牧；秋季牧場在數(shù)量和營養(yǎng)上都滿足家畜的需求進(jìn)而不做調(diào)整；和冬春牧場放牧212 d，舍飼40 d(5月21日-6月底)，由于冬春季飼草豐裕但營養(yǎng)不足，則需購買精料補(bǔ)充家畜營養(yǎng)。3種方案下綜合效益可分別提高11.8%，27.8%和27.8%。在草地承載力范圍內(nèi)，返青期休牧40 d，經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益分別增加了5.0%和22.5%。