草地畜牧业可持续发展策略研究.docVIP

2013年全国大学生数学建模竞赛校内选拔赛暨西北民族大学第五届数学建模竞赛论文题 号： B 论文题目： 参赛队编号： 参赛队员姓名： 喻慧 刘新 付聪 日 期： 2013年 6 月 10 日注：(1) 本封面内容均电脑填写完后打印；(2) 题号从A，B中选择一项填写；(3) 参赛队编号为第1-52队中的对应编号；评审编号（由组委会评审前进行编号）： 2013年全国大学生数学建模竞赛校内选拔赛暨西北民族大学第五届数学建模竞赛论文评审编号专用页评审编号（由组委会评审前进行编号）： 评阅人评分总分目录一.摘要4二.问题的提出4三.问题的分析5四.问题的假设6五.符号说明7六.模型建立.7七.模型解答8八.模型评价14九.参考文献14 B题：草地畜牧业可持续发展策略研究迭部县草地畜牧业可持续发展的研究一、摘要 迭部县位于甘南藏族自治州南部甘川交界处，白龙江上游的高山峡谷地带。在长期传统游牧畜牧业经营方式下，对草地缺乏有效的保护和科学的管理，片面追求牲畜存栏数，超载过牧现象普遍存在，导致草地退化问题严重，生态环境破坏，自然灾害频繁，畜牧业经济效益低下。在这样的基础上实施草地畜牧业可持续发展战略，需要执行科技兴牧，教育先行；强化畜牧业生产基础，经济效益和生态效益并重；大力促进畜牧业产业化，走商品化生产发展道路的方针。推行高效集约化经营的畜牧业生产模式，发展具有高 原特色，具有市场竞争力的特色畜产品生产，在实现畜牧业向高效益产业转变的基础上顺利地实施生态环境治理和草地资源保护，从而达到畜牧业可持续发展的目的。二、问题提出超载过牧是迭部县草地退化的主要原因之一，牧户只知道增加牲畜数量，不知道养护建设草场，加剧了草畜之间的矛盾，对草地的无限掠夺利用已超过了其再生能力，导致草地生态环境日益恶化。因此，有多少草，养多少畜，严格以草定畜，控制载畜量，无疑是草地生态保护的一项重要措施，牲畜超载部分要限期出栏，加快周转，提高出栏率，减轻草地承载负荷；加强抗灾保畜基地建设，彻底改变靠天养畜的被动局面，缓解草畜矛盾。改变养殖方式，发展舍饲养畜，做到草畜同步发展，畜种比例合理科学，切实保护草地生态环境。草地资源不仅是农牧民赖以生存的物质基础和畜牧业赖以发展的重要自然资源，更是保护生态平衡不可替代的生态屏障。所以如何在提高当前草地畜牧业经济效益的同时,又能兼顾草地资源的长期利用而不危及子孙后代的利益,保证牧区经济和社会的繁荣与持续发展,维持区域生态平衡,已成为一项重要的战略任务。现已通过遥感技术和地理信息系统，获得一定分辨率的甘南迭部区域的草地覆盖度。为了迭部地区草地畜牧业发展策略的制定，要求我们研究如下问题：（1） 根据历年草地的覆盖度，结合迭部地区的地理特征，分析草地盖度与环境因素之间的关系，并模拟草地覆盖度的时空变化图（2） 考察迭部地区牲畜种类及生理特征，在草地生态平衡的基础上建立草地畜牧模型（3） 通过模型求出未来几年的畜牧最大数量，并预测相应的草地覆盖度，最后制定迭部地区草地畜牧业可持续发展策略 2 问题的分析一、问题的总分析 迭部县是半农半牧县，地处青藏高原与黄土高原的结合处，海洋性与大陆性气候的过渡带上，海拔在16004900m，全县土地面积48.3万公顷，其中草地面积15.7公顷，占草地面积的32.2%，草地分为亚高山草甸草地、灌丛草地、山地三类。年平均气温在311；年降水量在450800mm。 2002年末迭部县牲畜存栏为46万个羊单位，人均存收入1108元，其中畜牧业收入占38.8%。全县草地退化面积达13.3万公顷，占草地总面积的85%，轻度、中度、重度退化面积分别占24%、28%、33%。迭部县天然草地现状是我国草地植物被类型中有一定的代表性，过量的放牧，使当地生态系统会很明显地失去稳态，通常都会导致土地荒漠化。少量的放牧，使当地经济得不到充分发展。因而需要分析其原因，提出相应的治理对策，制定一份科学的，可持续发展的放牧计划可为相关部门提供科学的决策依据。二、对具体问题的分析 建立一种模型，使草地畜牧业可持续发展，强化畜牧业生产基础，经济效益和生态效益并重。1对问题一的分析 首先需要建立草地生长速率与迭部地理特征之间的关系。由于迭部县位于海洋性与大陆性气候的过渡带上，故温度和降雨量对于草原草的生长影响因素较小，但是海拔高度在16004900,故研究方向为海拔高度与草原覆盖度之间的影响。其次，利用所学过的人口模型建立研究问题中的草地生长速率与地理特征之间的关系，利用附表中的数据求解出地理特征对草地生长速率的影响，并利用MATLAB模拟草地覆盖时空变化图。2对问题二的分析 不同年龄、不同种类的动物对草量需求的大小，利用问题一中求解出来的地理特征对草地生长速率的影响来在草地生态平衡的基础上建立草地畜牧模型。3对问题二的分析 不同年龄、不同种类的动物的食量的大小，根据问题一中建立的草地覆盖时空变化图，利用线性回归的方法求解出草地生长速率的趋势，制定可持续发展的策略。 综上建立经济效益最大化并可持续发展的可行性方案。 3、 问题的假设甘南迭部区域放牧形式主要是以游牧方式，不考虑牲畜只在固定地方吃草，所以忽略牲畜对草地整体生长速率的影响。由于问题一研究的方向是草原覆盖度与自然环境因素的关系，忽略甘南迭部区域可能发生重大的自然灾害和人为原因，甘南迭部区域草地不会出现大面积的死亡和人为开垦减少草地的影响。 草地覆盖率可以反映草生长速率，草生长速率也可反映草地覆盖率，所以假设草地覆盖率和草生长速率相等。 整体问题研究的方向是草原的覆盖率，故忽略草地组分变坏和鼠虫危害的影响。 甘南迭部地区主要放牧牲畜为牛，故不考虑其它牲畜。4、 符号说明符号表示形式具体含义草地覆盖度k草地的整体变化率 年份该年的草地覆盖度n年份的平均值Y该年的草地覆盖度平均值b草地覆盖度年纪变化趋势S草地覆盖面积D迭部地区草年产量Q放牧牛最大数量6、 模型建立 草生长速率和海拔高度的模型，大致类似人口模型，因此，可以用人口模型的一些知识进行求解，对于草生长速率与海拔高度的关系，可根据附加表中的数据进行拟合。 记第Ni年草地覆盖率为,当通过遥感技术和地理信息系统获取草地覆盖率时，草地覆盖度和时空关系为 年际线性变化趋势采用MicaelC.Runnstron的方法，在每个像元的基础上，对进行线性拟合，趋势斜率用最小二乘法来计算，公式如下： 得出年纪线性变化趋势后利用最小二乘法方法 求牛的数量其中牛吃草问题又称为消长问题或牛顿牧场，是17世纪英国伟大的科学家牛顿提出来的。典型牛吃草问题的条件是假设草的生长速度固定不变，不同头数的牛吃光同一片草地所需的天数各不相同，求若干头牛吃这片草地可以吃多少天。由于吃的天数不同，草又是天天在生长的，所以草的存量随牛吃的天数不断地变化。解决牛吃草问题常用到四个基本公式，分别是1) 设定一头牛一天吃草量为“1” 草的生长速度（对应的牛头数吃的较多天数相应的牛头数吃的较少天数）（吃的较多天数吃的较少天数）；2）原有草量牛头数吃的天数草的生长速度吃的天数；3）吃的天数原有草量（牛头数草的生长速度）；4）牛头数原有草量吃的天数草的生长速度。7、 模型解答问题一：由查到的数据可知，迭部县地势西北高，东南低，海拔在1600米至4920米之间，再根据Matlab模拟出的草地覆盖率图，程序见附录1， 可以看出草地覆盖度整体西北高，东南低。根据查到的资料和用Matlab模拟出的图像得出了海拔越高，草地覆盖度越大，高海拔地区风特别大，为了防止被风吹倒，植物的茎也会向缩短的趋势发展。由于地形高、气候寒冷干燥但太阳辐射丰富，所以牧草矮而密。 为了能准确的描述草地覆盖度和时空关系为用Matlab计算草地覆盖率和时间的关系图，程序为：x=2000,2002,2004,2006,2008;y=0.15473982 0.15515375 0.15170449 0.15366885 0.14257645;plot(x,y);title(Grass Coverage Trend Diagram of DieBu);问题二： 查资料可知：迭部县主要牲畜为牛和羊。每头牛每天吃草量相当于4只羊一天的吃草量，所有将牛放在牧草生长覆盖率较高的地方放牧，将羊放在草生长覆盖率较低的地方放牧。 根据第一问Matlab模拟出的图像可知草地覆盖率整体在下降，由于西北部草地覆盖程度高，生长速率相对较快，所以应将牛放在西北部喂养，将羊放在东南部喂养。问题三：每个像元的基础上，对进行线性拟合，草地覆盖度趋势斜率用最小二乘法来计算，公式如下： 根据附表中的数据，利用Matlab模拟出草地覆盖度的变化规律，得出b=-0.00466089则 即 Matlab模拟程序：x=2000:2:2008y=-0.00466089*(x-2008)+0.14257645;plot(x,y);由 资料显示迭部地区面积为5108.3=5 108 300 000则可知草地覆盖面积为资料显示迭部地区草年产量为120Kg/667平方米，一头牛一年吃16500Kg草。则迭部地区草年产量120Kg/667平方米=D/S平方米，求得 求得未来几年的畜牧最大数量为D/16500 头。即得未来几年的畜牧最大数量为-259.607182+529232.596头，利用Matlab模拟程序：8、 模型评价 优点：根据对大量数据平均值得计算，能比较清楚的了解草地覆盖率的整体未来发展趋势； 根据对大量数据的线性拟合处理，可以得出每一点的线性变化趋势； 利用Malab软件对数据进行处理并作出各种图表，简便，直观，快捷，准确； 本文建立的模型与实际联系紧密，充分考虑迭部地区的海拔不同情况，从而使模型更加具有说服力。 缺点：忽略了自然情况和人为因素对草地覆盖率的影响，使最终得到的结论存在一定的误差； 忽略了放养畜牧的物种类别的多样性以及畜牧的生存环境的差异性； 9 模型的优化1本文研究的方向是草地覆盖度与海拔高度的关系，其中一部分数据是从网上采集来的，这将导致用matlab工具绘制出的图与实际存在一些误差。如果采用GMMS和SPOT VEGETATION两种数据集的NDVI数据与草地类型数据转成相同投影（A bers projection），提取出迭部草原的NDVI数据，以此作为本研究的分析基础，将会使最终得出的结论更加精确。2 迭部县天然草地植物群落变化特征是优良牧草逐渐减少，劣质草随之增加，仅毒害草比重就上升为52%，并且天然优质牧草高度也有一定的下降，所以估测出整体的草原覆盖度对于畜牧放养的数量存在一定的误差。如果能实际去迭部