第七章 牧业生态工程.doc

第七章 牧业生态工程第一节 生态农业的产生与发展一、生态农业产生的背景世界农业从本世纪40年代就步入了“石油农业”阶段。其主要标志是机械化；主要特征是以无机能量（机械、燃料、电力、化肥、农药、杀虫剂等）的高投入。“石油农业”带来的问题：1生态环境的污染（农药）农药的共同特征是毒性强，降解慢，进入环境后造成土壤、空气、水的污染，并且沿着食物链传递，富集，使家畜和人类受到毒害。有1000多种农药对动物是致癌的，有200种对人类有致癌作用。2地力下降（化肥）化肥的大量使用使土壤中的有机质降低，土壤的理化特性被破坏，出现板结，最终使农作物产量受到限制。3能源危机（化石燃料）Pimeetel指出，如果全世界都采用美国的生产技术、生活方式和水平，目前已探明的世界石油贮量只够用13年。二、生态农业的产生和发展 生态农业是由是美国密苏里大学土壤学教授威廉姆艾布瑞克特(William AAlbrecht）提出的。80年代初，生态农业的思想传入我国，立即得到我国政府和广大人民群众的关注。1984年，周务院就在关于环境保护工作的决定中明确指出：要积极推广生态农业，防止农业环境的污染和破坏。后来在许多文件中都强调要推广和发展生态农业。随后，在全国建立起许多生态农业试点（200多个县），并取得了显著效果。各有关科研单位和群众团体多次召开学术会议，就生态农业的理论和实践进行探讨。指出生态农业应成为“中国式”农业现代化发展的方向。三、畜牧业在生态农业中的作用1家畜可把农、林产品中人类不能直接利用的部分转化为畜产品。粮田产品的65可以饲喂家畜；林地产品的20可以饲喂家畜。草地产品的75可通过家畜进行转化。（经济效益）2生态农业可促进能量流动和物质循环，为农业，林业的持续发展创造了条件。（生态效益）3为安置劳动力开辟了途径。（社会效益）第二节 牧业生态工程实践一、概述1概念（1）生态工程：模拟生态系统原理而建成的生产工艺体系。（2）牧业生态工程：模拟生态系统原理组建的畜牧业生产工艺体系。 二、畜牧业面临的形势机遇和挑战并存。机遇：市场需求不断扩大。挑战：生态要求和食品安全要求。（一）解决农业化学物质(农药，化肥，除草剂，添加剂)对环境及畜产品的污染，生产绿色产品。（二）在畜产品增产的同时，要解决畜牧业生产过程中所生产的粪尿以及畜产品加工厂的废水污染。（三）实现现代畜牧业发展的新目标。（高质高产高效、商品化、规模化和集约化等）三、几种牧业生态系统分析在人类控制下的牧业生态系统，生物种类少，食物链的结构简单。因而，生物的脆弱性就容易表现出来。要保持牧业生态系统处于相对稳定状态，必须依靠人力来协调、保护和控制。(一)农田农牧生态系统工程 1农田农牧生态系统工程的特点就是以农养牧，以牧促农，种植业与畜牧业互相促进的农牧生态系统工程。即农田种植的粮食作物，经济作物为畜禽提供了饲料来源；畜禽利用饲料特别是人类不能直接利用的秸秆，糠麸等转化为优质的肉、乳、蛋、皮、毛等畜产品；畜禽的粪尿又为种植业提供了优质的有机肥料，从而促进了生态系统的物质循环和能量流动。 作物的秸秆和糠一般占生物量的50左右。如果把秸秆当饲料，畜禽对饲料的吸收率为60，总计利用约为30。如再利用微生物将纤维素、木质素转化成单细胞蛋白喂牛，牛粪则用来生产蠕虫喂鸡，鸡粪作鱼的饵料(或作沼气)，最后塘泥(或沼气渣)还田，这样作物秸秆中的纤维素经四级综合利用，可使利用效率达98以上。如果把秸秆当燃料，只能利用其中10左右的热能，只剩下占总量约10的灰分，有机质和氮素则全部被破坏。如果把秸秆直接用作肥料，其中所含时能量几乎全部浪费，其他物质的损失也达4050以上。2发展农田农牧生态系统工程的主要措施（1）调整耕作制度，增加饲料作物的种植面积；（2）饲养高产优质的畜禽品种；（3）合理搭配畜禽种类和数量。(二)草地农牧生态系统工程 1草地农牧生态系统工程的特点草地农牧生态系统以草地为主，把草、粮、林、牧有机组合，进行农、林、牧产品的物质生产的农牧生态系统工程。在草地农牧生态系统中，一般草地面积不少于总面积25，典型的为4050。草地产品人们无法直接利用，但75可作为家畜饲料。如果通过家畜转化为畜产品，不仅大幅度提高了农业生产效率和经济效率，同时促进了畜牧业的发展。2发展草地农牧生态系统工程的措施（1）保持适量的的草地和家畜（整个系统的生产具有弹性，增加抗御自然灾害的能力）。（2）组配多种畜禽混合放牧。（3）实行划区轮牧（在草场上设置围栏，在小区内轮流放养畜群，使草层能恢复生长，以提高草地利用率，增加载畜量和畜产品产量）。（4）对林地进行适当适时放牧。(三)工业化畜牧生态系统工程 1工业化农牧生态系统工程的特点工业化畜牧业是在20世纪60年代后兴起的。就是采用现代化技术和装备，以流水作业形式，按照固定周期，稳定地、有节奏地、连续均衡地进行规范化生产，使畜禽生长速度，饲料利用率和劳动生产率都达到高效率的牧业生态系统。其生产必须从外界输入大量能量，并应用技术处理以维持生产的稳定。其弊端：（1）高密度舍饲时，空气被微生物污染的机会加大（轻者饲料消耗量升高，体重增长减慢，重者死亡率增加）。（2）大量畜禽粪便、废物的堆放严重污染周围环境。2发展工业化畜牧生态系统工程的措施（1）优化生态因素；（2）节约能源消耗；（3）对畜禽粪尿进行处理或在农田或牧场生态系统内进行再循环。（4）组建包括饲料种植畜禽饲养废弃物和粪便处理生物气制取、贮存、运输和再加工等环节的大型生物联合企业，以提高效益，改善生产和生活环境。四、生态畜牧业的卫生问题1畜禽粪便的潜在危险畜禽粪便中的寄生虫卵、较强的细菌活性、抗代谢衍生物、非营养排泄物、常量元素、微量元素、重金属元素、抗生素、添加剂、杀虫剂、防腐剂、真菌素、激素、病原体等）。2畜禽粪便作为饲料的可行性TSChang等人从美国各地搜集了19个笼养蛋鸡的干粪样品进行分离，没有发现沙门氏菌和毒菌。Keugen用干燥蛋鸡粪(占日粮干物质30)喂肉牛180天，进行毒理学研究，结果发现，血清指示酶、死后肝脏内微粒体混合功能氧化酶活性等生理指标均属正常。Aranjo和Perez Bured(1976)还报道，用干燥蛋鸡粪喂肉牛，屠宰率显著提高，胴体及其质量指标均没有明显差异。Smith(1977)和Thomas等(1972)用干燥禽粪喂乳牛，发现对产乳量和牛乳质量无影响。联合国开发计划署在新加坡用占日粮35的肉用仔鸡垫料粪喂后备母猪，证明鸡粪日粮对猪的适口性比商品日粮还好，效果可与怀孕母猪商品粮相媲美。Putuan(1971)用处理过的肉牛粪喂猪，喂量高达日粮之85，也很成功。东南亚一些农民采用鸡猪鱼系统，在猪圈上方1.5m处设置鸡笼，既节省了鸡舍建筑费用，又可使蛋鸡粪直接落入猪圈中被猪在几秒钟内就吃光，节省了饲料费用，通常37只鸡可“供养”一头猪。经过大量试验和现场观测所得资料证实，畜禽粪便只要经过适当加工处理，并保持畜粪日粮营养的平衡，再循环利用对人的健康不会产生任何危害。第三节 提高牧业生态系统效率生态畜牧业是一个开放系统，人的决策和行为是决定系统的主要因素。因此，人们要应用各种先进技术措施来提高生态系统的能量转化和物质循环效率。一、提高初级生产的转化效率初级生产是牧业生态系统的重要组成部分，是畜禽赖以生长，发育，繁殖的物质基础。牧业生态系统的初级生产，应根据畜禽种类，生产要求和自然条件来制订相应的种植计划和耕作制度。二、建立合理的畜群结构要按照系统中主要生物群体的组成特点和时间、空间分布，综合利用各畜种的特性，使畜种间相互协调与配合，充分发挥它们的效益（如牛和山羊混牧时，牧场利用率高达80）。同时应组成合理的畜禽结构，提高适龄母畜的比例，减少老、弱等非生产性畜禽的比例，使整个畜群保持最佳状态。三、培育和选择饲料转化率高的畜禽品种选择和培育适应性好，生产性能高的品种，来提高能量转化效率。例如美国，1938年新汉县鸡的能量转化率仅为10.8，蛋白质转化率为14.2，而到1978年白莱航杂交种的能量转化率为25.4，蛋白质转化率提高到33.5；奶牛平均年产奶量由1950年的4000kg提高到1977年的10156kg。猪的饲料转化率由50年代的5：1提高到80年代的2.5：1。）四、配合和使用全价饲料按照家畜的营养需要，饲喂全价日粮，促进家畜生长，缩短饲养期，对减少能量消耗，缩短能流过程，提高能量的转化率有重要作用。饲料配方软件的发展，为营养学家配置低成本，高营养价值的畜禽饲料提供了极大的方便，对全价配合饲料的生产和使用起到了促进作用。（美国用1969年的饲养标准饲喂的家畜，与1929年饲养标准的效果相比，猪的能量效率提高11，日增重提高25，肉用仔鸡8周龄的能量转化率提高50。）五、充分利用饲料资源广泛开展有机废物的多级循环利用，是提高生物能利用率的重要措施。以农业有机废物多级循环利用的流程为例：秸秆先用来培养食用菌，菌渣作为畜禽的饲料，菌渣(即菌糠饲料)还可养蚯蚓，蚯蚓作鸡的饲料，畜禽粪便养苍蝇，以蛆喂鸡，养完蛆的粪便用来制取沼气作能源，沼气渣用来培养灵芝，最后的废料再去作肥料施于农田，实现多级循环利用。六、对家畜进行合理管理措施饲养制度、管理方法和卫生防疫措施等。七、控制和创造适宜的环境条件在高度集约化的生产系统中，环境因素中的气温、风、湿度、热辐射、降雨、噪声、光照等条件均直接或间接地影响着饲料转化率，应予以充分重视。第四节 农牧业生态工程的设计与分析方法一、农牧业生态工程的设计农牧业生态工程的设计，是一种创造性劳动。主要包括农牧业生态系统的结构设计和工艺设计。(一)结构设计首先要确定研究对象和系统的边界、范围。研究对象可以是单一的畜牧业系统（种植业系统，林业系统、渔业系统），也可以是复合农牧业生态系统。系统边界的大小（省、地、县、乡、场、户），由研究的需要而确定。其次是全面系统地进行调查研究，分析问题的因果关系。合理布局农、林、牧、副、渔各业的比例，充分发挥自然资源生产潜力，使结构网络多样化，加速物质的循环与再生，促使生态平衡和稳定。结构设计包括下述内容：1平面结构设计 是指在一定的生态区域内，各生物种群或生态类型所占面积的比例与分布特征。要根据各生物种群特点，合理安置最适地点，相应的面积和密度，并通过饲养和栽培手段控制密度的发展，以求达到最佳的平面结构布局。2垂直结构设计(又称立体结构设计) 是指在单位面积上，各生物种群在立面上组合分布情况。目的是把居于不同生态位的动物或植物组合在一起，最大限度地利用土地和自然资源，发挥和利用种间功能，使系统稳定、协调、高效发展。3时间结构设计 根据各生物种群的生长、发育、繁殖及生物量的积累呈周期性更迭规律，可对不同时段进行具体设计，以充分利用自然条件和社会条件，使生态系统获得较大的生产力；此外，时间结构设计还使外界物质、能量的投入与生物种群的需求相协调。4食物链结构设计 可增加或改变原来的食物链，限制系统内有害链节的不良影响，把原来人类不能直接利用的产品经过“加环”转化为新产品，使系统更加稳定、协调、高效。在总体结构设计的此基础上，再进行生态可行性、技术可行性、经济可行性和社会可行性的综合分析研究，使全部设计在理论上更可靠，在实践上更可行。 (二)工艺设计 模拟生态系统结构与功能相互协调以及物质循环再生和物种共生等原理，设计、规划、调整和改造生产结构和生产工艺，使一种生产的“废物”成为另一种生产的原料，使资源多层次，多级充分利用，使物质循环再生。二、结构分析方法1划分结构单元 通常按生产单元来划分，但必须把所研究的那个组织的层次当作一个整体。2将各个结构单元的联结形式确定下来 为了表达各结构单元的联结，常采用生产流程框图。在框图中把复杂的联结网络表明得合理，有序，清晰，便于理解，分析。原则有：（1）农牧业生态系统的各个结构单元用双线框表示，各框图中的排列，要按生产能路的流向，由下而上顺序排列，整个复合农牧系统用单线的大方框来表示。（2）与各结构单元输入有联系的外部系统，用单线框表示，各框要排在单线的大方框的左面或上方。（3）各结构单元的输出，统一排在单线框右面和下侧。各项输出物质均用括号表示。3对各结构单元状态进行定量分析（1）定量分析的内容A 各结构单元的物质基础定量化（如牧场应绘出生产周期开始的生产畜群头数和畜群结构）。B 输入量。各条能路输入到各结构单元的物质量（如各项饲料、有机肥料的能量）。C 输出量。各生产单元输出的生物产品（如牧场出售的鲜奶、乳牛和犊牛、牛粪等）以上各结构单元的数据，可从生产管理记录，财务明细科目及统计资料等方面获得。如不能直接获得上述数据，则要进行专项调查或分解推算。为了对总体结构的功能效应作出全面正确的综合评价，常用以下两项综合指标：（1）定量分析的指标 生产优势度A 结构单元的生产优势度 反映各结构单元为整个复合生态系统所作的贡献，从而判定它们的主次地位。A = niN = Pi注：A结构单元的生产优势度；ni复合生态系统内部各个结构单元的生产量； Ni整个系统所有结构单元生产量的和的比值。B 复合系统优势度 反映结构总体的生产单元均衡性，可用来和其它的复合系统相比较。计算公式：C=（ni/N）2 复合系统的稳定指数计算公式：S=PilogePi 或者 S=一(niN)loge(niN) 其中，S稳定性； ni各结构单元产出(生物量)或各条有效能路的产出(能量)， N一复合生态系统的总产出（生物量或能量）。上述指标，在农牧业生产上就是平衡和稳定两个基本特征在产业结构上的综合反映。三、能流的估算方法农牧业生态系统的能流有二类，一类来自生态系统内的生物能，一类来自生态系统外的辅助能(工业能)。因此需在确定研究对象和系统边界基础上，确定各亚系统的输入和输出成分。各畜牧业系统，畜禽是主体，其输入部分包括饲料、饲草、畜牧机械、管理人工，畜舍及棚舍建筑物能。其输出部分，分别为仔畜、肉，乳，蛋，皮毛等畜产品以及畜力和粪便。同时要利用能流图清楚地表明各亚系统之间的关系，目前人们常用Odum所建立的能流图。(一)编制能流综合表将各亚系统(结构单元)在一个生产周期中(以一年计)的能量、物质、货币的投入产出数据汇总成表。(二)确定物质中所含的能量主要根据：1各种生物物质其本身所含的能量或热值 可用氧弹式测热器测定。在实际工作中，一般均可从国内外食物和饲料手册中查到。又如化肥、农药、配合饲料等还要加上辅助能量。2劳动力投入的能量 劳动力每天消耗的能量）（劳动天数）3人民币与能量的换算 在农业生态系统