第四章__畜牧生态系统管理

第五章 畜牧生态系统管理,主要内容 第一节 畜牧生态系统的类型、结构与功能 第二节 畜牧生态系统构建的原理与方法 第三节 可持续畜牧生态系统 第四节 畜牧生态系统管理措施,第一节 畜牧生态系统的类型、结构与功能,主要内容 一、畜牧生态系统的类型 二、畜牧生态系统的结构与特征 三、畜牧生态系统的功能与特征,一、畜牧生态系统的类型,三种类型：复合畜牧生态系统、草地畜牧生态系统、集约化畜牧生态系统 （一）复合畜牧生态系统以动物生产为主体，动物生产与植物生产相互结合、相互独立的开放式的生产经营性人工生态系统。系统边界可大可小，如养殖农户、农牧场、养殖专业村、农区、国家等。如在我们广大农区，以农户为单元的复合畜牧生态系统大量存在。目前，发达国家利用生态平衡理念，建立高效、优质、有机、安全的农畜产品生产系统受到重视。复合畜牧生态系统和有机复合生态系统的异同。,复合畜牧生态系统优点： 1.植物生产和动物生产两利，综合效益高，风险低。 2.协调发展畜牧业与养殖业，满足对农副产品的多样化需求。 3.通过系统资源整合，系统结构优化，系统能力提升，获得额外利润。,（二）草地畜牧生态系统世界草地占陆地面积25.3%。草地包括：天然草地、人工草地、半人工草地。概念：草地生态系统是以草食动物生产为主体，动物生产和植物生产紧密结合的生产经营性半人工的生态系统。分布于湿润的森林区与干旱的荒漠区之间，其子系统较多，生物多样性复杂，系统边界的空间尺度大（呼伦贝尔草原）小（农田人工草地）不一。类型：游牧系统亚型、定居放牧系统亚型、草地农牧系统亚型,草原生态系统,1.游牧系统亚型逐水草而居、靠天养牧。按年或季节在不同草地上放牧。“季节性迁移放牧”。 2.定居放牧系统亚型公共草场四季放牧，有时在作物茬地或休耕区放牧。在我国，3-6口家庭，可养80-300头绵羊、山羊，数头牛或数头马或骆驼。 3.草地农牧系统亚型以农场式生产经营管理方式，进行有计划的家畜定点放牧饲养的草地生态系统。草地资源和放牧家畜隶属关系明确，形同能量、物质及信息的投入与管理具营利性特点。在世界各国，已具不同程度的规模、集约化和专业化特点。,在气候潮湿区域，多为人工草地（管理草地），依据管理程度可分为： （1）一般管理草地畜牧生产（肉蛋奶），也可用于保护野生动物和自然景观。 （2）禾本科与豆科牧草混播的改良草地大农场中用于牛羊肉生产，没有或少量化肥投入。 （3）集约管理的人工草地奶牛生产。种植单一牧草，使用氮磷钾化肥，还要制作青贮饲料。 4. 林地和草地共存的系统亚型复合草地生态系统，林草结合，如森林草原、疏林草地，乔、灌、草立体草地。,青海草原,青海草原,内蒙草原,张家口草原-草原天路,丰宁坝上草原-孤石牧场,北京延庆大海陀山-高山草甸,草地生态系统中保持适当比例的草地和适宜数量的家畜，使系统生产具有弹性，具有稳定性。草地生态系统存在问题： （1）牧区仍处于靠天养畜状态。 （2）草场超载，草地退化。如在草原畜牧业发达国家，0.086 hm2草场可养一只良种羊，而我国牧区1.333 hm2采养一只普通羊，6.667 hm2草原的畜产品产量只为新西兰的1/82、美国的1/27、澳大利亚的1/100。,过度放牧。由于牲畜过多，草原产草量供应不足， 使很多优质草种长不到结种或种子成熟就吃掉了。,退化草原,过度放牧。占牲畜总数一半以上的山羊，行动很快，善于剥食沙生灌木茎皮，刨食草根，再加上践踏，使草原产草量越来越少，形成沙化土地，造成恶性循环。,（三）集约化畜牧生态系统概念：以人工调控的动物生产为主体，动物与植物生产分离、半开放式、家畜密集经营的人工生态系统。特点：采用先进技术和设施设备，以程序化方式，按照固定生产周期，均衡、批量的规格化或标准化生产，饲料利用率、家畜生产效率和劳动力效率均高。系统边界小，如一个牛场（猪场）。集约化畜牧生态系统包含饲料、动物、畜产品和粪尿等组分。这些组分在体积、产品经济价值和运输难以程度方面有很大区别。,分类：集约化养猪生态系统亚型、集约化奶牛生态系统亚型、集约化家禽生态系统亚型。 1.集约化养猪生态系统亚型专门化的杂交繁育体系，消弱本地传统的繁育体系，有地方猪种灭绝或生物多样性减少的危险。 2.集约化奶牛生态系统生产小区和奶牛场。粪尿排放和农田消纳的矛盾。 3.集约化家禽生态系统亚型舍内环境人工控制，每只蛋鸡每年可产250-310 枚蛋。粪尿废弃物处理不当的问题。,二、畜牧生态系统的结构和特征,畜牧生态系统的结构指系统各组分的时空配置格局及组分间的能流、物流以及信息流顺序关系。管阔物种结构、空间结构、时间结构和营养结构，以及生物祖组分与环境因子之间的关系。 （一）物种结构与特征由不同动物、植物种类的组成与数量关系的格局构成。主体是动物，基础是植物。畜种配置可以单一（如北方农户养鸡），也可多元化，如南方水网区的鸭、鹅、鱼混养。游牧的多元化以及集约化的单一性。植物资源,（二）空间结构与特征空间结构是动物种群也植物群落在一定大小的三位空间中的垂直与水平格局及其变化。宏观上，动物种群和植物群落所占面积不同，分布形式多样，层次结构清楚。如郊区养殖“陕北羊，关中牛，陕南猪”的水平格局珠江三角洲低洼处抬高的基面上种桑、蔗、蕉、果、菜、花，水中鱼虾，水上鹅鸭的立体养殖格局。微观上，一个牧场，一个养殖户（万头猪场的规划布局）,（三）时间结构与特征空间结构是在一定生态区域内，动物种群及植物种群生活周期在时间分配上形成的格局。 时序性植物有生活周期，如小麦、玉米、苜蓿等。动物有与季节相适应的生理周期。如羊和猪。,（四）营养结构与特征营养结构（食物链结构）是系统内动植物间形成的食物链与食物网，是物质循环、能量循环和信息传递的主要路径。复合畜牧生态系统和草地畜牧生态系统营养结构明确而复杂。核心链“饲料牧草-家畜-畜粪-植物”，将家畜、土壤环境、植物和微生物紧密联系。可引入新环节如蚯蚓，延长和完善食物链。,三、畜牧生态系统的功能和特征,能量流动和物质循环是生态系统的基本过程，使各营养级之间以及各种成分（生物和非生物）之间组成一个完整的功能单位。功能特点：能流单向性、不可逆性，在系统自我调节与人工控制下，人为安排系统组分，构建适宜的食物链或事物网，提高各营养级的能量转化效率，增加畜产品产量和质量。属于开放系统。系统投入-输出。不仅发生在动物-植物-微生物，还与发生人类社会互作效应。,（一）能量转化与流动特征 初级生产的能量转化与流动特征初级生产是系统能量流动的基础。初级生产效率的高低决定了初级生产力的大小，进而调控次级生产者的生产和效率。初级生产是指植物等自养型生物固定太阳能或制造有机物质的过程，又称第一性生产。次级生产是指动物和其他异样生物的生产，又称第二性生产。畜牧生态系统的初级生产包括农田和草地生产。据估，我国农业生产中，粮食作物占78%，经济作物（含蔬菜）占17%，饲料作物与绿肥作物占5%。农田初级生产中的生物量中，26.4%直接被人消费，30.2%用于次级生产，其他用于工业原料、燃料等。提高初级生产力的措施：既要改善草种配置、提高植物群落结构，又要重视种养结构的合理性，也要注意社会、经济、科技水平等因素的作用。,次级生产的能量转化与流动特征畜牧生态系统的初级生产者包括动物和微生物，是系统能量的消费者。合理的次级生产对初级生产起促进作用，反之为负效应，如过度放牧。次级生产的能量效率影响因素：生物种质特性、能量物质来源、生产方式、养殖环境等。一般，畜禽可将采食能的16%-19%同化为体内有机物的化学能，33%用于呼吸消耗，31%-39%随粪尿排出。,（二）物质的转化与循环特征与自然生态系统比较，畜牧生态系统中的物质循环特点：（1）系统养分输出率与输入率较高；（2）系统内养分库存量较低，但流量大，周转快；（3）系统养分保持能力若，易流失；（4）易受认为养殖、种植等活动的影响，系统养分供求易产生不同步。,畜牧生态系统的物质循环可以看成是畜禽库、植物库、土壤库和人类库之间进行，且四库与外界保持多通道的物质输入输出流。,草地畜牧生态系统中，做到“草畜平衡”。 复合畜牧生态系统中，农作物生产和畜禽养殖生产有时相互依赖，是良性物质循环的基本单元，系统养分基于平衡。有时相互利用，但不相互依赖，需要外来养分输入的支持。,复合畜牧生态系统比单一生态系统对环境更友好。家畜-环境相互作用取决于家畜生产目的、饲料资源利用、家畜与农田比例、参与的物种因素等。集约化畜牧生态系统属于高投入、高产出的畜牧生态系统。系统外连续输入物质和能量，呈现养殖地、原料产地、畜产品消费三地分离。部分和生态系统原理。,第二节 畜牧生态系统构建的原理与方法,主要内容 一、畜牧生态系统构建的原理 二、畜牧生态系统构建的方法,一、畜牧生态系统构建的原理,（一）生物间相互利用原理互利共生指两个种群生活在一起相互从对方得到益处。如稻鱼共生的复合生态系统 豆科与禾本科作物混播 （二）生态位原理1.引入新的生态元，如苇-鱼-鸭结构；2.去除有害生态元，如稻田养鱼除草；3.替代低效生态元，如以高产优质品种替代劣质品种。合理利用生态位重叠。如草食家畜和猪的生态位有一定重叠性；猪和家禽生态位也有较高重叠。,（三）环境节律与生物机能节律配合原理环境节律是自然环境因素的周期性变化在不同区域、不同类型的生态系统中不同，这种周期性的波动称为环境节律。自然生态系统生物种群的机能节律与环境节律的配合合理且稳定；人工生态系统两种节律配合不尽合理，要提高生态系统功能，需利用两者配合的原理，生物对资源的需求与环境资源的供应吻合。如组织季节性养羊。,（四）物种多样性原理稳定而持续的生态系统的生物组分种类多而均衡，食物链纵横交织，食物网特征明显，保证系统较强的自我组织能力。 如 高效益生态养猪，以饲料、能源的所层次利用为纽带，以养猪为中心的多物种有机结合的生态系统。,（五）种群置换原理 畜牧生态系统应最大限度利用经济价值高、生态效益好的种群。如以豆科作物、高产牧草替代也生草本植物以人工培育的禽类替代野生鸟类 在生态系统引入新的物种时，避免“外来品种入侵的弊端”。如澳大利亚兔子泛滥成灾的例子：1859年，好事的移民从英国带来12只欧洲野兔，由于澳洲没有老鹰、狐狸这些天敌，兔子大量繁殖，到1907年，兔子遍布大洋洲大陆，与牛羊争夺牧草，结果澳洲畜牧业遭受巨大损失。再如 水葫芦被引入南方水域后，疯长成灾。,（六）景观多样性和连续性原理畜牧生态系统总体设计时考虑生产合理与高效性的同时，应体现景观多样性，发挥各组分的相互防护、相互隔离、边界效应等作用。如低山丘陵地区的畜牧生态系统，饲料作物生产区、饲料加工区、动物饲养区、废弃物处理区布局,二、畜牧生态系统构建的方法,从当地资源和社会经济出发，依据生态学原理，把系统各要素以最佳方式配备在一起，利用多种生态畜牧业技术，改善其功能，获得较好的经济和环境效益。 （一）畜牧生态系统的结构设计合理布局畜牧业与相关的农、林、渔等各业的比例，发挥自然资源潜力，结构网络多样化，促使生态平衡、稳定和可持续性。包括水平结构设计、垂直结构设计、时间结构设计、食物链结构设计以及总体设计。,1.水平（平面）结构设计概念：一定生态区域内的畜牧业布局的设计。侧重于生产基地的布局，良种化、区域化建设等。包括最适位置、相应面积及密度。 2. 垂直（立体）结构设计概念：单位面积上各生物种群在立面上的组合分布情况，即对动物、植物和微生物的立体组合的结构设计。目的：充分利用生态元，最大限度利用土地与自然资源，发挥种间互利共生功能和不同生态位需求特性，使系统稳定、协调、高效发展。,3.时间结构设计概念：各生物群落的生长、发育、繁殖及生物量的积累呈周期性，具明显的时间特征。设计：对不同时段具体设计；外界物质能量的投入与生物种群需求协调。 4. 食物链结构设计通过设计多层次的食物链，形成错综复杂的生物结构，可促进物质在系统内部循环利用。畜牧生态系统结构简单，其稳定性需人类定量的物质能量投入来调控。可以用部分人工食物链环节取代自然食物链化解。如草食动物、食用菌、蚯蚓等种群的加入。 5.总体设计对某一区域以畜牧业为中的生态、经济（）、社会整个生态系统的综合设计。,（二）畜牧生态系统的设计技术包括接口技术、加环技术和延链技术。 1.接口技术 将原来构不成循环关系又互不相关的两条或多条食物链通过适宜的配置连接起来，形成一个比和循环的食物链技术。接口就是能量、物质和信息交汇场所。 农牧业接口技术由饲料工程、肥料工程、加工工程组成。 运用生态接口技术，解决专业生产造成的生态循环阻断现象。,2.加环技术 通过增加某些食物链环节，使系统能充分利用资源，生产出相应的可利用产品的过程。 根据加环性质分为生产环、增益环、加工环等。（1）生产环所加入的环节可使非经济产出或生产过程中的副产品直接生产出人类可利用的经济产品。（2）增益环加入的环节虽不能直接生产出商品，但可提高生产环的效应。如果园内种植豆科牧草 果-草-牧（3）加工环是改变畜牧业生产过程中产出的初级产品和次级产品的形态、营养与经济价值的环节。,3.延链技术 通过增加或替换一个或几个环节，将原来已有的生产链进一步延伸，使之在产品种类和效益等方面均能得到提高的过程。如 “猪-沼-菜”结合的生态大棚,第三节 可持续畜牧生态系统,主要内容 一、畜牧业可持续发展应遵循的生态学原理 二、可持续性畜牧生态系统典型分析,畜牧业可持续发展与生态承载力的关系： 资源承载力：各种环境资源在数量方面对生态系统的支持和满足程度。 环境承载力：侧重于生态系统的环境质量，是环境对污染物的自我净化能力和一定的环境容量。 生态弹性力：反映了生态系统对外界压力的抗干扰能力，是生态系统自我组织、自我调节、维持系统稳定的能力。 生态阈值：系统在不破坏和不降低自动调节能力的前提下所忍受的最大外界压力称为生态阈值。,一、畜牧业可持续发展应遵循的生态学原理,（一）生态偏移原理指在生态系统中人类所进行的改造自然的许多活动都可能产生难以预测的后果。如 牛吃了以患瘙痒病的羊制成的肉骨粉而引发的疯牛病 （二）生态关联原理指自然界的每一件事都与其他食物相关联，生态系统中不同组分也相互联系，人类改造自然的活动也居于生态系统有关组分的联系之中。如动物营养技术应用 粪便量大、集中、毒害性大；动物营养调控运用 减排、粪便组分浓度降低等,（一）化学不干扰原理指人类活动所产生的任何化学物质不能干扰生物地球化学循环，否则地球上生物维持系统将不可避免的出现退化。如 饲料中重金属 甲烷 （二）承受限度原理指地球生命维持系统能够承受一定的压力，但其承受力是有限度的。,二、可持续畜牧生态系统典型分析,（一）农区畜牧生态系统的案例分析1.“猪-沼-鱼-果”复合型畜牧生态系统的设计与分析河南南阳（平原农区） 1991年仅0.47 hm2水面的鱼塘遵循加环延伸、立体组合和种养结合的生态学原理，进行复合种养结合的生态系统。 养猪场：种猪饲养，猪舍6栋，供市区内养殖户，1992年有成年公猪3头，成年母猪4头，后备母猪8头，仔猪44头，少量本地猪。 鱼塘：立体精养，1992年放养鲢、草、鲤1500尾。塘水冲圈。 果树：鱼塘周围果树（李子、苹果），进岸树下种聚合草、苜蓿等牧草，草作为猪和鱼的青饲料。 沼气池：2座。沼气供生产生活需要，沼液入塘和浇果树、牧草。,2.农户肉羊农牧生态系统的设计与分析铜川市耀州区金圣生态养羊示范基地 种养两个亚系统每个农户的农场视为独立的农牧生态系统 肉羊养殖模式设计 化分为：小型、中型和大型农户；设计思路：农户小麦种植面积由原来占耕地的45%-50%减为20%-30%，玉米则从22-30%增至30%-36%，苜蓿从不足10%扩到30%-60%,经济作物维持原来占耕地的10%-15%; 系统能量流动及生态效益分析三种规模养殖户（小、中、大）种植业亚系统能量产投比结构调整前提高了40%、40%和30%；输入到种植业的粪尿能水平是以前的1.6、1.8和2.1倍；整个系统的经济产出投入比达1.73、1.83和1.98，纯收益增加了1132、2393和3914元。,（一）热带亚热带地区可循环畜牧生态系统的综合实践拉丁美洲湿热带 综合利用当地资源的可持续发展典型包括几个子系统：植物生产、反刍动物生产、单胃动物生产、污水降解和燃料生产子系统。高密度种植甘蔗：也可油棕榈、可可、大蕉、香蕉、木薯。蔗液作为谷物替代品饲喂猪和鸭，补饲细绿萍和整粒大豆。蔗稍喂牛，采集的树叶作为蛋白补充来源。污水降解子系统：沼气发生器、水生植物（绿萍、浮萍、水葫芦、槐叶萍）、鱼池（多种鱼混养）和相应的作物。,在规模化生产下，生物量子系统分为4个组分：甘蔗、林下草地组分、草场和水生植物组分。农林子系统包括禾本科牧草与豆科牧草相互搭配。,第四节 畜牧生态系统管理措施,主要内容 一、农区生态系统管理措施 二、草地生态系统管理措施,一、农区生态系统管理措施要提高畜牧生态系统物质和能量的转化效率，需通过优化家畜结构组分、家畜品种组分、家畜营养组分和家畜管理组分。 （一）畜种与饲料资源合理配置结合 不同畜禽对不同饲料的利用能力不同。如对秸秆纤维消化率：牛48%，绵羊58%，马32%；对青草纤维消化率：牛59%，绵羊58%，猪55%。 不同畜禽对同种饲料利用效率不同。如单胃动物对精料代谢能的利用率高于反刍。不同饲料的代谢能用于育肥的效果，以肉鸡最高。,不同类型的饲料资源决定了不同的畜禽结构。如以青饲料为主的牧区，马牛羊多；以精饲料为主的地区，猪鸡多。未来20年，饲粮短缺的问题突出，需调整种植业结构，发展粗粮化、高产化和品种多样化的饲料作物，形成粮食作物：经济作物：饲料作物=59：20：21的较为合理的三元结构。,（二）选择高产的畜禽品种料重比：长白猪经过半个多世纪的选育，料重比从3.5：1降到3.0：1以下；肉仔鸡从4：1降至2：1；优良品种奶牛将饲料转化为牛奶的效率比兼用牛高。饲料能量转化为畜产品的效率：牛奶90%，鸡蛋45%，鸡肉33%，猪肉30%，牛肉10%，羊肉7%。饲料蛋白转化为畜产品的效率：牛奶40%，鸡蛋24%，鸡肉25%，猪肉22%，牛肉9%，羊肉4%。品种多样性要保持,（三）种群结构优化种群结构：指同一家畜品种的种群内部的性别和年龄组成的比例。合理的家畜种群结构，因畜种、品种和生产方向的不同，应为不同层次的年龄金字塔。种群结构中适龄母畜的适宜比例：绵羊群55%-65%，山羊群75%-80%，牦牛群50%-55%，马群50%-55%，肉牛群60%-65%，奶牛群65%-70%，骆驼群50%-55%,兔群90%-95%。 （四）配合全价饲料同一品种的肉鸡，每增重1kg所耗饲料由于配方不同而不同。1918年为3.59kg，1948年2kg，1968年1.7kg，1990年1.42kg。美国用1969年的饲养标准与1929年的进行饲喂比较，猪的能量转化率提高11%，ADG提高25%。,（五）扩大饲料资源饲养业总成本中，饲料费用约占70%。非粮食饲料资源：秸秆、饼粕类和食品加工副产品。废弃物循环利用：食用菌。通常每kg秸秆（小麦、玉米茎叶、玉米芯、稻草、谷糠等）可生产出金针菇、单孢菇、草菇0.5-1kg。菌渣（菌糠饲料）可作为肉牛和奶牛的粗饲料主要成分。 （六）良好的饲养管理措施 （七）依据牧业资源承载力优化畜牧业规模原料供应与家畜消耗量的平衡、排出物数量与环境消纳粪污能力的平衡。,（八）实行区域养分平衡管理工厂化养殖反思后，提倡复合畜牧生态系统。现代技术装备的畜牧业与作物生产结合，实行营养良性循环。 （九）健康畜牧生态系统的管理无公害、绿色、有机产品，且环境友好