【毕业学位论文】（Word原稿）家庭牧场草地模拟与生产管理决策研究草地生态学硕士论文

密级： 论文编号： 中国农业科学院 硕士学位论文 家庭牧场草地模拟与生产管理决策研究 - I - - I - 摘 要 草地资源是内蒙古草地畜牧业的基础。目前约 90%的草地不同程度上处于退化的状态，草地不能像过去一样承载大量的牲畜。如何改善草地生产和草畜系统的健康发展是草地畜牧业的重要问题。 本研究收集了 9种动物参数， 5种植物参数、 16种饲 料参数以及内蒙古草原生态系统定位研究站的土壤和气象数据。校正了 了使 模型中添加了禁牧模块。对模型的有效性进行了验证，对生产力，群落结构的模拟结果与地面长期监测数据进行了拟合，取得了很好的拟合效果。利用校正后的 型模拟了不同放牧强度和不同管理方式对草地、家畜、效益的影响，例如休牧，轮牧，冬季 /休牧期补饲等放牧管理方式，结果表明：季节性休牧可以使优势种羊草和大针茅的比例显著提高，糙隐子草的比例下降。当放牧强度增大时，休 牧对草地群落结构的影响变得更加显著。轮牧对增加春季生长高峰时的生物量，但总体对地上生物量的影响效果很小。全年连续放牧时，高质量补饲提高了六月初的母羊平均重量，有利于保持牲畜的身体状况和旺盛的生长力。利用放牧实验的结果，对模型放牧模块进行验证，检验不同放牧强度对草场的影响。结果表明，模拟值与实测值拟合程度较高。进行了家庭牧场的优化管理决策，对目前的经营管理方式进行了模拟，分析了目前经营方式的利弊。同时还模拟了目前存在的其它放牧管理选项（如休牧期、轮牧期、补饲质量的高低等）的组合模拟。结果表明： /4 月 5 日 25 日或 4 月 15 日 5日休牧，中等补饲质量（ 61 于该家庭牧场是经济可行的，放牧草场的环境也是可持续的。 关键词 策支持系统，家庭牧场，放牧管理，典型草原 - is of 0% as as we of is of In up as an of 005 to A of of of of in .7 5 or 5 5 is - 目 录 摘 要 . I . 一章 绪 论 . 1 . 1 . 1 畜系统模拟模型研究进展 . 2 畜管理模型研究 . 2 畜管理研究 . 4 第二章 研究区域及研究方法 . 6 . 6 . 7 . 7 . 8 实验及数据收集 . 9 期定位观测数据收集 . 9 位观测实验 . 9 牧实验 . 10 . 11 . 11 . 11 第三章 锡林郭勒典型草原系统模拟研究 . 13 . 13 . 13 . 14 种模型校正结果 . 17 理过程修正休牧模块（ 添加 . 20 型草 原长时期动态分析 . 20 . 21 型草原初级生产力的年度变化 . 21 型草原生物产量动态与降水量波动的相关分析 . 23 型草原群落中植物种群生物量的波动 . 24 牧状态下草地模拟与结果验证 . 24 . 24 . 25 牧率对草地生产力和结构的影响模拟 . 26 . 27 - 家畜系统的影响 . 27 牧对草地 . 31 饲对草地 . 34 物管理模拟结论 . 37 第四章 放牧试验及其模拟研究 . 39 验羊群的选择 . 39 牧管理设计 . 39 果与分析 . 40 . 40 牧实验模拟与验证 . 41 . 42 第五章 家庭牧场放牧管理优化决策 . 43 范牧场选择 . 43 . 44 宜放牧强度的评价 . 45 . 46 . 47 第六章 小结 . 49 . 49 . 49 参考文献 . 51 致 谢 . 55 附录 . 56 作者简历 . 72 - V - 英文缩略表 英文缩写 英文全称 中文名称 物质 消化性干物质 牧率 ME 代谢能 蛋白 体状况分数 反刍动物可降解 蛋白含量 可降解食物蛋白 MJ 焦耳 第一性生产力 牧 o 休牧 物活重 牧 中国农业科学院硕士学位论文 第一章绪论 - 1 - 第一章 绪 论 言 中国草地面积广阔，仅北方草地面积就达 108109亩）（据 1980 年草地调查报告）。草地是北方草地畜牧业的基础。自古以来，北方游牧民族逐水而居，保持了人与大自然的和谐发展。但近代以来，牧民定居生产，形成了以单个家庭或多个家庭为单位的家庭牧场的经营模式。为了追求经济利益的最大化，不断增加牲畜数量，使得草地处于超载过牧状态，导致了草地的退化、沙化和盐碱化等一系列环境问题。近年来，我国北方发生大范围的浮沙、扬沙和沙尘暴等恶劣天气就是例证。由于饲草料不足和冬季寒冷等原因，导致了 大量牲畜死亡，使牧民的经济收入大幅下降。环境和经济都面临着巨大的挑战。 如何改善目前草地退化的局面，提高放牧管理水平，促进草地畜牧业的可持续发展，是牧区面临的主要问题。目前采取的主要措施有建植人工草地、舍饲圈养、休牧和轮牧等。通过大量的试验和调查研究，这些措施都取得了一定成效。但是如何从整个放牧系统上来研究问题，统筹兼顾草 境与经济各方面的因素的研究还比较困难。 牧生态学研究进展 放牧生态学是研究放牧生态系统中牧草和动物以及草 究的重点和热点通常有两个：放牧条件下的牧草 补偿性生长和草畜的相互关系。另外，关于放牧系统是一个平衡态还是非平衡态的争论也非常热烈（熊小刚等， 2005）。 补偿性生长是植物对放牧的一种反应，对于最优放牧的优化具有重要意义（韩国栋， 2000）。目前，家畜采食后的植物补偿性生长的认识有三种观点：（ 1）一定水平的失叶或动物采食有利于被采食的植物，植物表现为超补偿性生长（ ;(2)植物常常受害于失叶，表现为欠补偿性生长（ ;(3)动物采食对植物影响较少，表现为等 补偿性生长（ 关于放牧利于植物生长方面，很早就有人开始研究了。李永宏等（ 1998）研究了草原植物的补偿性生长与草原放牧系统持续管理，认为植物生产力与放牧强度间具非线性关系 , 存在补偿性生长，且短时高强度放牧优于长时低强度放牧。 放牧系统中，草地与牲畜之间的相互关系是放牧生态学的重点（李永宏，陈佐忠等 1993；皮南林， 1990；马琦，李永宏等， 1992）。我国对放牧生态系统的草畜关系研究较晚，利用放牧试验对放牧生态系统的草畜关系进行研究是目前主要的研究方法 。放牧实验设计的目的是探索不同放牧管理对牧草和牲畜的影响，从而选出最佳的放牧管理方式，为生产提供参考。 60年代，我国才开始了草原植物初级生产力的研究（章祖同， 962）。 80 年代，由于草畜矛盾日益突出和草地日益退化，国内对草畜之间关系的报道逐渐多起来，但大多数研究集中于放牧对牧草的再生能力，禾草的分蘖能力等方面（夏景新， 1998；李建龙， 1991）。不同载畜率条件下，放牧系统草畜关系的研究则刚刚起步。韩国栋（ 1998）以短花针茅荒漠草原放牧系统为研究对象，中国农业科学院硕士学位论文 第一章绪论 - 2 - 证实了放牧系统中补偿生长的存在，并指出 植物的补偿性生长与载畜率、降水量、土壤水分有密切关系。汪诗平（ 1998）研究了内蒙古冷蒿草原净生长量与载畜率的关系，这些研究获得了放牧生态系统有价值的研究成果。同时，许多学者对放牧家畜的牧食行为进行了研究。上世纪五、六十年代，我国就开始了放牧家畜牧食行为的研究（任继周， 1954）。赵钢等（ 2001）对自由放牧条件下放牧与沙地草地的蒙古牛、蒙古羊的选择性采食进行了观察研究。汪诗平（ 2000）对内蒙古典型草原放牧绵羊体重与放牧率之间的关系进行了研究。汪诗平等（ 1997）在不同载畜率条件下，对绵羊行为参数与草地状 况的关系进行了深入细致的观察研究。韩国栋等（ 2000）通过放牧试验对绵羊生产过程中物质和能量转化效率进行了研究。 随着放牧草场的日益退化，草地畜牧业的生产模式的优化成为近来的研究热点。国内的研究主要包括放牧率研究、轮牧研究、春季休牧研究、冬季补饲、放牧草场和割草场的研究等。 陈佐忠，汪诗平等（ 1997）对典型草原草地畜牧业优化生产模式进行了系统研究。陈敏等（ 1997）开展了退化改良草地和人工草地的研究。李青丰等（ 2002）对春季休牧与自由放牧进行了对比研究。结果表明 ,春季休牧对草地植被的群落特征具有十分显著 的影响 ;在休牧区 ,植被产草量、盖度、高度和密度等与自由放牧区之间差异显著 (。 A 放牧率相对最大，但产量并不最小，原因一方面是这块放牧场的生长状况良好，是当地最好的草场。由各小区牧草生产动态图可以看出，在生长旺盛期，牧草常量最高达到近 1900kg/草。目前处于退化状态的草场牧草产量低于 1000 kg/草，通常在 700 kg/右（刘钟龄， 2005）。另一方面，我们只进行了一年的实验，放牧压力对草地的影响还没有显现出来。 量累积动态图02004006008001000120014001600612 710 731 823 912 1005 1029 1118日期产量kg/针茅S t i p a g r a n d i g r o p y r o n 糙隐子草C l e i s t o g e n e s 冷蒿A r t e m i s i a f r i g i d 量累积动态图020040060080010001200140016001800612 710 731 823 912 1005 1029 1118日期 Da kg/草L e y m u s C h i n e n s i s 大针茅S t i p a g r a n d i g r o p y r o n 糙隐子草C l e i s t o g e n e s s q u a r r o s r t e m i s i a f r i g i d 量累积动态图0200400600800100012001400612 710 731 823 912 1005 1029 1118日期产量kg/草L e y m u s c h i e n e s i s 大针茅S t i p a g r a n d i g r o p y r o n 糙隐子草C l e i s t o g e n e r t i m i s i 、 B、 D 区生物量累积动态图 of ,B&D 由上图，可见，大针茅占绝对优势，其次是隐子草、羊草，冰草、冷蒿占的比例都很少。占的比例少并不表明不重要。如：冷蒿是重要的育肥牧草，冷蒿质软，含水量大，易于咀嚼和消化，适口性好。优势种像大针茅反而适口性不是很好，只有在生长季初期，草质比较嫩的时候，这时其他草还没有开始生长，大针茅是可以吃的，等其他一年生草或者蒿属、藜科植物生长起来，牲畜就不在吃了。然后到了生长季末期，一年生草或者蒿属、藜科植物都很少了，牲畜才会再采食大针茅。 牧实验模拟与验证 在前面第三章讲了 校正和验证 放牧试验主要测定了植物的参数，目的是通过试验实证研究来验证 有效性。 模拟值与实测值有偏离，尤其是在生长期的末期，可能原因有两个，（ 1）生长后期，地上生物量有一部分逐渐成熟衰老死亡，成为立枯物，在取样时绿色物质中包含了这部分立枯物，所以生长末期的实测值偏大，而模拟值的趋势是正确的。（ 2） 7 月中上旬降水量偏大，所以模拟值提前出现高峰值。 中国农业科学院硕士学位论文 第四章 放牧试验及其模拟研究 - 42 - 18 710 731 823 912 1005 1029 1118时间产量观测值 模拟值校正后的图见下面图： 图 A、 B、 D 区生物量累积动态图 of ,B&D 根据原始记录，对模拟制进行了修正，在首次模拟值得基础上，成比例加上了立枯物的重量，从图 拟值和实测值的结果十分一致。生物量的最高值出现在 8月 23日。 结 放牧实验的模拟表明， 是已经应用模型模拟草地家畜系统的趋势，进行草地优化管理。 2放牧实验调整。目前的放牧率对于试验草场而言，放牧强度偏低，根据目前的是试验结果，在后续 试验中需要加大放牧强度。 18 710 731 823 912 1005 1029 1118日期产量观测值 模拟值18 710 731 823 912 1005 1029 1118日期产量观测值 模拟值中国农业科学院硕士学位论文 第五章 家庭牧场放牧管理优化决策 - 43 - 第五章 家庭牧场放牧管理优化决策 内蒙古自治区于上世纪八十年代初期就开展了草原“双权一制”（草原所有权、使用权和承包责任制）的落实工作。到目前为止，全区 95%的草地已承包到户。在这种背景下，牧民一家一户或联户组成的家庭牧场成为生产发生和环境保护的最基本单元。本论文在对 行参数校正、过程调整的基础上，在中国北方典型草原区锡林郭勒盟西乌旗选择一家牧业大户，应用畜和收入的影响，提出其生产 生态优化的草地管理模式， 为牧场生产者提供生产决策支持。使牧户在获得最大的经济效益，实现经济的可持续性的同时，实现牧场牧草生长的可持续性，即实现环境的可持续性。 范牧场选择 试验牧场位于西乌珠穆沁旗西南部的吉仁苏木海流图嘎查，牧户主人刘占祥。西乌珠穆沁旗位于内蒙古自治区锡林郭勒盟东部，是以牧业为主的纯牧业旗。 西乌旗年均降水量 345温带大陆性气候，主要特点为冬季漫长严寒，春秋多风，夏季少雨干旱，蒸发量大，多年平均蒸发量为 2,500 土地面积 22, 其中：可利用草场面积 19,687 总 草场类型为草甸草原、干草原、典型草原、半荒漠草原和部分沙地植被。 试验牧户牧场面积大，畜群规模较大。是当地政府扶植的示范家庭牧场，饲料地建设、人工草地建植和牧场灌溉等示范工程都在该示范牧场进行过，因此该牧场具有很好的生产基础。试验牧场草场类型为典型草原，优势种大针茅，羊草、冰草、羽茅等。如图 4 图 5范家庭牧场平面图 of 国农业科学院硕士学位论文 第五章 家庭牧场放牧管理优化决策 - 44 - 图 51984西乌珠穆沁旗年降水量柱状图 图 51984西乌珠穆沁旗最高温与最低温变化图 验牧场现状评价 放牧草场 7 个区，面积 1433 草场 1 个区，面积 479.6 草地收获的干草用来作饲料或者出卖。放牧率（ 只按放牧面积算）约为 0.7 15换一次 放牧小区，因此在模拟的时候取个中间值， 18 天换一个小区。利用 1984 2004 年共 21 年的气象数据对目前的放牧状况进行模拟，对放牧经营状况进行评价，评价包括草场的可持续发展状况，畜群的牲畜生长状况和经济效益。 目前该牧户共有 630 只母绵羊， 15 只公绵羊； 160 头母牛， 2 头公牛，可以概算为共 1000只绵羊单位，另外有 20 只母山羊， 1 只公山羊 ,48 头马， 9 头驴， 2 头猪。 7 个区放牧， 1 个区割草，每年 6 月 11 月中旬在 4 个放牧地放牧。 1 个区种饲料玉米。打草时间是每年 8 月 25 日，4600 亩割草场的干草产量是 200,000 图 5前轮牧放牧管理方式第一个周期放牧始末小区牧场产量动态图 he of in in 色牧草的产量和总的牧草产量的年际变化也是同降水呈正相关的。主要的物种成分是羊草和隐子草。冰草、大针茅、和冷蒿的比例是非常少。这与测得的各牧草的比例成分是相一致的。降水量少的年份，羊草占的比例相对大一些，说明 了羊草在典型草原的适应性和优势地位。同时，牧草产量是比较稳定的，因此这样的管理方式是可持续的。 从图 见，两个小区牧草产量和生物量物积累总量有比较明显的差异，这是由草地的土壤基质决定的。左图的草场草产量和生物量物积累随时间变化没有趋势性变化，可以认为在现状放牧方式下可持续利用。但是右图的草场总干物质累积出现了下降趋势，呈现出退化的迹象，应该适当改善管理方式。 中国农业科学院硕士学位论文 第五章 家庭牧场放牧管理优化决策 - 45 - 图 5前轮牧放牧管理方式第一个周期放牧始末小区牧场成分动态图 of in in a） (b) 图 50 年模拟的牲畜动态图 （ a）牲畜数量变化图 (b) 牲畜重量变化图 in 0a)b)牲畜数量处于平稳的波动状态。成熟的羊、 1 2 龄的小羊和刚断奶的羊数量处于动态的波动和更替状态，但羊群总体处于健康的发展状态。基重、孕体和羊毛都没有大的波动。从牲畜的数量和体重动态上看，牲畜的身体状况和生长发育生殖处于健康的发展状态。没有因为母羊身体状况的恶化或者疾病等原因而造成生殖率下降，而使畜群牲畜数量变化的现象。 宜放牧强度的评价 检验了 5 种放牧率的效果，分别是 /利润（ 放牧率关系（图： 应了毛利润随放牧率增加的变化趋势，图中中间的盒表示有 50的毛利润值在箱的范围之内，从箱伸出的线到两头表示毛利润的变化范围，最大值和最小值。箱的中间的横线表示毛利润的平均值。圆圈表示毛利润为异常值。从该图可以看出，目前 /果继续增加放牧率，毛利润将会降低，经营风险将会增加。 中国农业科学院硕士学位论文 第五章 家庭牧场放牧管理优化决策 - 46 - 图 55 个放牧率的 20 年模拟产值毛利润箱图 ox 0 of 产风险的评价 对 4 月 1 日 31 日日休牧， 7 个小区放牧，每 18 天换一个小区的经营方式在 5 个放牧率上的生产经营风险进行分析和评价。方法是通过生成牲畜在 5个放牧率条件下的 累积密度函数图。 5 40 45 50 55 60动物基重 ba se 累积分布百分数co s w 积分布百分数a） （ b） we t（累积分布百分数5 40 45 50 55 60动物活重 to li ve 累积分布百分数c） （ d） 图 54 月 1 日 31 日休牧时，不同放牧率下动物各体重指标累积分布函数图 （ a）动物基 重的累积分布函数图（ b）孕体重的累积分布函数图 （ c）羊毛重的累积分布函数图 （ d）动物活重的累积分布函数图 of ay a) (b) c) (d)国农业科学院硕士学位论文 第五章 家庭牧场放牧管理优化决策 - 47 - 累积密度函数（ 达到某个指标值的的百分数，或或者某个事件发生的可能性。在评价生产的风险方面非常有用。在图 ，研究了 4 月 1 日 1 日休牧时， 18 天放牧间隔，不同放牧率下动物各体重指标累积分布函数。（ a）显示了要达到相同的动物基重，其可能性随着放牧率的增加而逐渐减小，（ b）显示了要达到相同的孕体重，其可能性随着放牧率的增加而逐渐减小，（ c）显示了要达到相同的羊毛重，其可能性 随着放牧率的增加而逐渐减小，（ d）显示了要达到相同的动物活重，其可能性随着放牧率的增加而逐渐减小。这为生产风险的评估提供了重要的参考。 庭牧场放牧管理优化决策 利用 示范牧场在休牧与不休牧、连续放牧与轮牧、高质量和低质量补饲的情况进行了组合评价，选择了优化管理方案。 由表 4庭牧场的最佳管理方案是休牧、连续放牧并配合补饲，草地状况可以保持得很好，效益与风险也是最佳的。在休牧的情况下，尽管轮牧给草地减轻少量压力，但是对于收益的影响较大。休牧并 不象大家想当然的一样，对效益的影响是负面的，只要在休牧时期家以足够的补饲，则不但能够通过减少掉膘提高效益，而且能够降低家童牧场的风险。 在不休牧的情况下，也可通过轮牧，以及枯草季节高质量的补饲（ 80%干草 +20%青贮），也可将效益增加到相当的水平，草地状况保持良好甚至。 表 5范牧场优化管理决策模拟结果 放牧方式 补饲质量 草地生物量 kg/ 优质牧草 比例 效益 / 效益波动 范围 险 休牧 续 H 1 20 牧 续 L 3 牧 牧 H 0 20 牧 牧 L 8 休牧 续 H 1 18 休牧 续 L 7 休牧 牧 H 0 17 休牧 牧 L 6 ： 牧 休牧 续放牧 H：高质量补饲 L：低质量补饲 中国农业科学院硕士学位论文 第五章 家庭牧场放牧管理优化决策 - 48 - 综上，可以认为： /4 月 5 日 25 日或者 4 月 15 日 25 日休牧，中等补饲质量（ 61 于 刘占祥的家庭牧场是经济可行的，放牧草场的环境也是可持续的。 其次，休牧和连续放牧时，低补饲时效益最高，风险相对较低。不休牧时，轮牧高补饲效益较高，风险较小。 分析只考虑了草、畜和补饲以及放牧管理的经营效益，效益方面并没有分析割草场及饲料地生产饲料的供给对效益的影响。要做出一个更加完善的评估，下一步要分析自身饲料的供给。 中国农业科学院硕士学位论文 第六章 小结 - 49 - 第六章 小结 论和讨论 立了植物和动物参数集，以及饲料参数集，并加进了中国独有的管理方式 禁牧管理模块。模型校正过程中先后进行了单种牧草种 群模拟校正、混合牧草种群的模拟校正，一方面使模型更加完善，另一方面方面是物种参数集更趋于合理。 植物参数校正后， 正后的模型对草地地上生物量的模拟与实际数据吻合度很高， 23 年模拟值与实际值残差分布斜率为 拟值与实际值回归 归关系在 水平上显著，模拟值与实际值偏离系数小于 拟结果表明： 23年来，模拟的围栏羊草样地中，糙隐子草在群落中的数量逐渐减少，羊草呈现逐渐增加的趋势，针茅的数量逐渐减少， 冰草和冷蒿在群落中的数量保持随机波动。 季节性休牧对草地的结构有明显的影响，在现状的放牧强度下，不休牧的情况下，草地群落中羊草和大针茅的比例占 56 %左右，进行季节性休牧可以将羊草和大针茅的比例提高到 60%以上，相应地，糙隐子草的比例下降 4%左右。当放牧强度增大时，休牧对草地群落结构的影响变得更加显著。 轮牧对地上生物量的影响效果很小。在最高放牧率（ /，春季不休牧的轮牧小区的最后一个地上生物量有轻微的增加（ 12g/当春季休牧时，高放牧率（ 轮牧降低了年 5g/管生物量在春季的高峰时增加了。 全年连续