抓住機(jī)遇，促進(jìn)草原放牧系統(tǒng)的智能化轉(zhuǎn)型升級(jí)

盧欣石

以草原生態(tài)平衡原則出發(fā)，從遙感監(jiān)測(cè)草地生產(chǎn)力，到設(shè)立電子虛擬圍欄，到羊群的放牧監(jiān)控管理，到舍飼管理和全混合日糧（TMR）配方補(bǔ)飼，再到最佳出欄時(shí)間調(diào)控，全程實(shí)現(xiàn)智能化管理，就可改造我國(guó)傳統(tǒng)落后的放牧管理，實(shí)現(xiàn)放牧管理制度的轉(zhuǎn)型升級(jí)。

一、放牧在草原生態(tài)系統(tǒng)中的角色

當(dāng)160萬(wàn)年前人類(lèi)先祖走出森林，走向草原，隨水而遷，逐草而居，草原便成為人類(lèi)賴(lài)以生存、進(jìn)化和發(fā)展的重要場(chǎng)所。人類(lèi)祖先將狩獵獲取的野生獵物馴養(yǎng)放牧在草原上，并由自由覓食活動(dòng)逐步發(fā)展到有專(zhuān)人看管，開(kāi)始向游走放牧過(guò)渡，這是我國(guó)草原最早的放牧形式。隨著社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展，草原地區(qū)人口進(jìn)一步增加，家畜數(shù)量逐漸增多，牧民游牧方式又開(kāi)始由“逐水草而行”逐步演變?yōu)橄募灸翀?chǎng)、冬季牧場(chǎng)。甚至四季牧場(chǎng)。為了合理有效利用草場(chǎng)，牧民依據(jù)放牧地的地形、植被、水源等自然條件和四季變換，將草場(chǎng)劃分為季節(jié)性營(yíng)地，一年四季游走輪牧，營(yíng)地扎寨，游牧制度向四季輪牧甚至半定居放牧和定居放牧演進(jìn)。無(wú)論是游牧還是定居、半定居放牧，其放牧系統(tǒng)的維系都依賴(lài)于水草的豐足。在當(dāng)時(shí)社會(huì)人口比較稀少、草原承載力比較充裕的情況下，草原放牧在提高生產(chǎn)力、增強(qiáng)人類(lèi)對(duì)草原的影響力方面，表現(xiàn)出巨大的優(yōu)越性，它以極少的投入換取了人們所需的各種畜產(chǎn)品，而且能夠?qū)崿F(xiàn)草原的天然更新與持續(xù)利用。

草原是一個(gè)龐大的生態(tài)系統(tǒng)，按照生態(tài)學(xué)原理，草原生態(tài)系統(tǒng)由生產(chǎn)者、消費(fèi)者和分解者組成。草原生生不息的能量來(lái)源于三者之間的物質(zhì)交換、流動(dòng)和循環(huán)。據(jù)任繼周（1995年）草原氮循環(huán)數(shù)據(jù)，草原“生產(chǎn)者”牧草的氮素，通過(guò)“消費(fèi)者”家畜放牧，被采食66%，通過(guò)消化可吸收其中的53%，此外還有35%轉(zhuǎn)化為家畜糞尿進(jìn)入草原土壤，通過(guò)“分解者”微生物轉(zhuǎn)化，可再被牧草吸收利用其中的97%。在這個(gè)循環(huán)系統(tǒng)中，家畜放牧是草原生態(tài)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)力，牧草是草原的第一性生產(chǎn)，當(dāng)牧草與家畜采食達(dá)到平衡時(shí)，這個(gè)放牧系統(tǒng)就會(huì)促進(jìn)草原的不斷更新與持續(xù)利用。試驗(yàn)證明，草原合理放牧還具有以下幾方面的功效：（1）放牧可有效控制草原鼠害的破壞。例如我國(guó)高寒草原鼠兔危害嚴(yán)重，每公頃草地鼠兔數(shù)量達(dá)444只，但通過(guò)牦牛合理放牧可有效控制至319只，通過(guò)牦牛和藏羊的混合放牧可以降低到233只。通過(guò)家畜放牧，鼠兔控制效果可以提高90.6%。（2）放牧可促進(jìn)草原植被生產(chǎn)力和穩(wěn)定性以及土壤微生物的多樣性。東北師范大學(xué)王德利（2014年）在松嫩草原試驗(yàn)證明，合理放牧與不放牧相比，地上生物量增加了52.9%，植物豐富度增加91.7%，種系多樣性增加了10%。（3）放牧可加速草原氮沉降和碳-氮營(yíng)養(yǎng)循環(huán)，從而提高草原新陳代謝和物質(zhì)交換。

二、放牧系統(tǒng)出現(xiàn)的問(wèn)題

放牧對(duì)草原生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)交換和能量流動(dòng)產(chǎn)生正向效應(yīng)，但是不合理的過(guò)度放牧必將打破草原生態(tài)系統(tǒng)平衡，對(duì)草原造成破壞。2000年春天，北京沙塵暴引起了人們的深思，追根問(wèn)源，原因之一就是過(guò)度放牧引起草原退化，形成大面積的流動(dòng)沙地和鹽漬化裸地，成為京津地區(qū)重要的沙塵源之一。造成草原過(guò)度放牧的一個(gè)重要社會(huì)原因就是人口數(shù)量不斷增加，家畜飼養(yǎng)數(shù)量也不斷增加，而草原面積卻日益縮減，草原負(fù)荷日趨增重，草原生態(tài)系統(tǒng)平衡打破，草原承載力極度下降。

調(diào)查數(shù)據(jù)表明，21世紀(jì)初與20世紀(jì)50年代相比，我國(guó)增加了4億人口，其中五大牧區(qū)人口增加了6000萬(wàn)，放牧家畜數(shù)量增加了1.7倍，但是草原放牧面積減少了3000）5公頃。按照國(guó)際公認(rèn)的干旱草原區(qū)生態(tài)容量為5人/k²的標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)干旱草原區(qū)人口密度達(dá)到了11.2人/km²，超過(guò)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)2 24倍。在人口和家畜數(shù)量雙重壓力下，草原平均超載36%，和20世紀(jì)80年代相比超載程度增加了18%。新疆的數(shù)據(jù)表明，從20世紀(jì)50年代到80年代的30年問(wèn)，全疆不同類(lèi)型草場(chǎng)優(yōu)質(zhì)牧草產(chǎn)量減少了30%～70%，載畜能力平均下降26.3%，春秋草場(chǎng)甚至下降到38.3%。草原長(zhǎng)期得不到休養(yǎng)生息，導(dǎo)致生產(chǎn)力不斷下降。此外，開(kāi)墾草原是增加草原放牧壓力的另一個(gè)重要原因。自20世紀(jì)50年代以來(lái)，為了滿足糧食生產(chǎn)的需求，我國(guó)累計(jì)開(kāi)墾草原約2000多萬(wàn)公頃，此外還有部分草原被工礦開(kāi)采、道路修建、城鎮(zhèn)建設(shè)等占用，迫使草原超載過(guò)牧問(wèn)題更加突出。草原地區(qū)的開(kāi)墾多是廣種薄收、粗放經(jīng)營(yíng)，加之開(kāi)墾區(qū)大都降雨量偏低，利用年限短，一經(jīng)開(kāi)墾，草原表土破壞，兩三年內(nèi)就不得不棄耕撂荒，從而加快了土地沙化過(guò)程。此外，長(zhǎng)期在草原上采挖藥材、樵灌伐草，同樣嚴(yán)重破壞草原植被和土壤表層結(jié)構(gòu)，也加劇了草原的退化進(jìn)程。據(jù)《內(nèi)蒙古草業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究》（劉永志等，2006）報(bào)道，在鄂爾多斯草原，每采挖l公斤甘草要破壞0.22～0.33公頃的草原。由于采挖甘草和發(fā)菜破壞的草原面積達(dá)到1333萬(wàn)公頃。

上述原因?qū)е虏菰拍料到y(tǒng)出現(xiàn)了巨大的問(wèn)題，家畜一牧草一環(huán)境之間的循環(huán)和平衡遭到破壞，造成草原大面積退化。據(jù)《中國(guó)草業(yè)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略》研究結(jié)果，20世紀(jì)70年代中期，全國(guó)退化草原面積約占15%：到21世紀(jì)初，已經(jīng)增加到90%以上，嚴(yán)重退化草原達(dá)1.8億公頃，并且以每年200萬(wàn)公頃的速度繼續(xù)擴(kuò)張，天然草原面積每年減少約65～70萬(wàn)公頃。草原放牧系統(tǒng)的惡變導(dǎo)致整體生態(tài)狀況惡化，草原生產(chǎn)潛力喪失，草原多功能性削弱，最終影響到區(qū)域經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。

三、受損放牧生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)

面對(duì)草原植被恢復(fù)和生態(tài)修復(fù)問(wèn)題，是放牧還是禁牧成為問(wèn)題的焦點(diǎn)。2000年以來(lái)，國(guó)家先后啟動(dòng)了天然草原植被恢復(fù)、草原圍欄封育、退牧還草和草原禁牧、休牧、輪牧以及“放牧+舍飼”等多項(xiàng)工程項(xiàng)目和政策，取得了一定的效果。多項(xiàng)禁牧休牧實(shí)驗(yàn)證明：退化草地如果滿足休養(yǎng)生息的條件，是可以逐漸恢復(fù)的。呼倫貝爾草原工作站從20世紀(jì)80年代中期開(kāi)始進(jìn)行的草原封育改良實(shí)驗(yàn)表明：經(jīng)過(guò)10年封育的羊草草原，群落總生物量由1988年的126.8g/m²增加到237.8g/m²，并且恢復(fù)形成以大針茅、羊草、冰草為優(yōu)勢(shì)種的穩(wěn)定群落。但是，草場(chǎng)封育lO年之后是否需要解禁放牧，草原的放牧屬性如何實(shí)現(xiàn)管理，是亟需我們重視的問(wèn)題。

據(jù)《中國(guó)草業(yè)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略》（杜青林，2006）報(bào)道，禁牧、休牧試點(diǎn)工作開(kāi)展以來(lái)，內(nèi)蒙古、陜西、寧夏、河北、吉林、云南、甘肅等省區(qū)禁牧、休牧面積已達(dá)2933.33）5公頃，其中完全禁牧面積已達(dá)733133萬(wàn)公頃，休牧1200萬(wàn)公頃。有的省區(qū)如寧夏、陜西已經(jīng)實(shí)行全省區(qū)禁牧。牧民飼養(yǎng)家畜是其生產(chǎn)資料和生活依靠，長(zhǎng)期禁牧和舍飼，減少了牧民家庭畜牧業(yè)的收入，增加了舍飼勞力和購(gòu)買(mǎi)飼草的成本。寧夏可利用草原面積約65萬(wàn)公頃，放牧家畜存欄1932萬(wàn)個(gè)羊單位，畜牧業(yè)產(chǎn)值5913億元。如果全部禁牧，并且維持原畜牧業(yè)產(chǎn)值，按照每只羊單位消耗飼草700kg/年，每只羊每年舍飼成本約500元，全部放牧家畜需要提供人工種植飼草料1300萬(wàn)噸，飼養(yǎng)成本約消費(fèi)10億元。這是禁牧需要付出的巨大代價(jià)。

被動(dòng)的防御就是進(jìn)攻的突破口。牧民為了放養(yǎng)家畜，許多地區(qū)白天禁牧，夜間偷牧，占用、偷用和強(qiáng)用草原的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。2016年違反禁牧休牧規(guī)定案件發(fā)案數(shù)量11828起，違反草畜平衡規(guī)定案件發(fā)案數(shù)量1029起，這也成為草原監(jiān)理執(zhí)法的高發(fā)案件（《全國(guó)草原監(jiān)測(cè)報(bào)告2016》）。所以在我國(guó)草原放牧過(guò)程中，一禁就死、一放就亂的問(wèn)題始終存在，簡(jiǎn)單、粗放的放牧管理制度長(zhǎng)期影響著我國(guó)草原的合理利用和科學(xué)管理。

四、像管理共享單車(chē)一樣管理放牧家畜

2016年開(kāi)始，我國(guó)的共享單車(chē)管理模式進(jìn)入人們的視野。這是基于我國(guó)互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)平臺(tái)，對(duì)每輛單車(chē)實(shí)行云端平臺(tái)的中控管理，并通過(guò)車(chē)控終端，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛鎖控、GPS定位和數(shù)據(jù)傳輸及調(diào)度布局功能。到2017年7月，共有1600萬(wàn)輛共享單車(chē)投放到我國(guó)主要城市。如果每只放牧羊相當(dāng)一輛共享單車(chē)，按照共享單車(chē)的管理模式，實(shí)行放牧制度的云端中控，從草原生態(tài)平衡原則出發(fā)，從遙感監(jiān)測(cè)草地生產(chǎn)力，到設(shè)立電子虛擬圍欄，到羊群的放牧監(jiān)控管理，到舍飼管理和全混合日糧（TMR）配方補(bǔ)飼，再到最佳出欄時(shí)間調(diào)控，全程實(shí)現(xiàn)智能化管理，就可改造我國(guó)傳統(tǒng)落后的放牧管理，實(shí)現(xiàn)放牧管理制度的轉(zhuǎn)型升級(jí)。

根據(jù)我國(guó)現(xiàn)有的技術(shù)手段和成果積累，草原高效放牧系統(tǒng)的智能化管理是完全可以做到的。我們分析，在這個(gè)智能化放牧體系中，目前國(guó)內(nèi)可以達(dá)到如下技術(shù)水平：

已建立數(shù)字草原的生產(chǎn)力數(shù)據(jù)庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)

從20世紀(jì)80年代開(kāi)始，歷經(jīng)30余年，我國(guó)已經(jīng)利用遙感技術(shù)（RS）、全球定位系統(tǒng)技術(shù)（GPS）和地理信息系統(tǒng)（GIS）建立了成熟的數(shù)字草原數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)草原要素信息、過(guò)程信息和管理信息中的對(duì)象、現(xiàn)象、過(guò)程的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和結(jié)果表述，包括野外調(diào)查數(shù)據(jù)的植被結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、草原牧草生長(zhǎng)發(fā)育模擬數(shù)據(jù)、不同尺度下草地面積、長(zhǎng)勢(shì)、病蟲(chóng)害、沙化退化等草原動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以及草原不同類(lèi)型草地邊界、行政管轄邊界、地形與地貌、氣候土壤、草地類(lèi)型、草地利用狀況。可以采集的數(shù)據(jù)包括中分辨率成像光譜儀（MODIS）數(shù)據(jù)、Landsat TM/ETM數(shù)據(jù)，并且數(shù)字化精度對(duì)于圖形定位控制點(diǎn)方根誤差小于0.075m，對(duì)于工作地圖的掃描點(diǎn)位誤差不大于0.1mm。

已建立較為完整有效的數(shù)字草原信息管理系統(tǒng)

該套信息系統(tǒng)包括草原管理信息系統(tǒng)、決策支持系統(tǒng)和草原專(zhuān)家系統(tǒng)，其功能可以進(jìn)行草原空間數(shù)據(jù)以及屬性數(shù)據(jù)的管理應(yīng)用，包括草原資源分布、利用、草原經(jīng)營(yíng)狀況、畜群信息、牧戶區(qū)域、地點(diǎn)、草場(chǎng)位置、家畜數(shù)量等數(shù)據(jù)的雙向查詢、統(tǒng)計(jì)分析、數(shù)據(jù)添加、輸入輸出，能夠完成草地質(zhì)量評(píng)價(jià)、載畜量分析、草地放牧設(shè)計(jì)、家畜放牧歸牧動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)等，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)放牧決策的分析、畜群結(jié)構(gòu)的配置，并可提出最佳放牧方案和調(diào)控閾值。目前，國(guó)內(nèi)能夠達(dá)到如此草原信息管理水平的研究機(jī)構(gòu)有3-5家。

實(shí)現(xiàn)“家畜移動(dòng)身份證”的核心功能和產(chǎn)品設(shè)計(jì)

要實(shí)現(xiàn)像共享單車(chē)一樣的個(gè)體化管理，就需要對(duì)放牧家畜進(jìn)行“移動(dòng)身份”管理。目前國(guó)內(nèi)已有多家智能科技公司和研究院所設(shè)計(jì)完成了各種標(biāo)識(shí)，可用作放牧家畜的“移動(dòng)身份證”，其功能不同于電子耳標(biāo)，也不同于共享單車(chē)的車(chē)控終端，它的功能是對(duì)放牧牛羊進(jìn)行智能化識(shí)別、定位、跟蹤、軌跡、報(bào)警、監(jiān)控和管理，牛羊佩戴該類(lèi)放牧終端設(shè)備，可對(duì)家畜從出生到出欄的整個(gè)生長(zhǎng)過(guò)程及日常活動(dòng)、草場(chǎng)信息、防疫信息及視頻影像信息等進(jìn)行記錄，客戶端每日可實(shí)時(shí)查看家畜的生長(zhǎng)、活動(dòng)狀態(tài)。終端承載了定位模組和物聯(lián)網(wǎng)通信模組，支持GPS，北斗定位，實(shí)時(shí)定位精度可達(dá)5米級(jí)。

可實(shí)現(xiàn)電子虛擬圍欄的牧場(chǎng)設(shè)計(jì)和配置

在草原信息決策系統(tǒng)的支持下，可以按照草地生態(tài)系統(tǒng)的平衡參數(shù)，設(shè)計(jì)放牧范圍和放牧?xí)r間。依靠放牧電子終端，根據(jù)專(zhuān)家決策系統(tǒng)確定草場(chǎng)承載力面積和牛羊群采食范圍及實(shí)際營(yíng)養(yǎng)需要，自定義設(shè)置圓形、四邊形及不規(guī)則多邊形的電子圍欄，靈活適用于各種大小形狀的草場(chǎng)。牛羊牧野過(guò)程中，一旦超出電子圍欄所圈定范圍，則發(fā)出實(shí)時(shí)報(bào)警，實(shí)施糾偏，便于精細(xì)化管理。也可根據(jù)棚圈實(shí)地位置，在APP端地圖上設(shè)置棚圈位置，用以顯示牛羊與棚圈的實(shí)時(shí)距離。

可支持視頻監(jiān)控系統(tǒng)的接入、信息追溯和科學(xué)監(jiān)管

放牧終端系統(tǒng)可支持視頻監(jiān)控等系統(tǒng)的接入并有機(jī)結(jié)合，將視頻監(jiān)控設(shè)備安裝的實(shí)際位置的經(jīng)緯度坐標(biāo)投射到APP和PC端地圖上，并以圖標(biāo)展示出來(lái)，可在地圖上定位牛羊位置、攝像設(shè)備圖標(biāo)，可調(diào)取觀看實(shí)時(shí)的監(jiān)控畫(huà)面。在科學(xué)管理方面，可按區(qū)域（省、市、縣、鎮(zhèn)）多維度統(tǒng)計(jì)分析有關(guān)綁定時(shí)間、電子圍欄、監(jiān)控、圈棚位置、畜群類(lèi)型、移動(dòng)范圍等多項(xiàng)參數(shù)。通過(guò)信息溯源，確定生產(chǎn)過(guò)程、獲取綠色信任，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)長(zhǎng)足穩(wěn)定發(fā)展。也可依據(jù)各環(huán)節(jié)及整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，挖掘關(guān)聯(lián)模型、數(shù)據(jù)特征，發(fā)現(xiàn)潛在規(guī)律和客觀聯(lián)系，形成專(zhuān)業(yè)性專(zhuān)題咨詢報(bào)告，為企業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈升級(jí)、企業(yè)戰(zhàn)略決策，提供切實(shí)可信的數(shù)據(jù)分析依據(jù)。

已具備TMR日糧舍飼配套技術(shù)的成熟應(yīng)用和示范

在智能化放牧管理中，依據(jù)草場(chǎng)利用程度和放牧壓力，會(huì)及時(shí)將放牧家畜從放牧場(chǎng)撤離進(jìn)入棚圈舍飼，以確保草場(chǎng)休養(yǎng)生息和草畜平衡。進(jìn)入舍飼期后，可以利用TMR飼喂技術(shù)，滿足家畜的營(yíng)養(yǎng)需求。TM R是全混合日糧的英文簡(jiǎn)稱(chēng)，是指按照反芻動(dòng)物不同生理階段的營(yíng)養(yǎng)需要，把切碎（揉搓）適當(dāng)長(zhǎng)度的粗飼料、精飼料和各種營(yíng)養(yǎng)添加劑按照一定的配比進(jìn)行充分?jǐn)嚢杌旌隙玫降囊环N營(yíng)養(yǎng)相對(duì)均衡的日糧。目前我國(guó)已經(jīng)完成TMR機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造，也已完成各類(lèi)家畜不同生長(zhǎng)階段的營(yíng)養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)。TMR飼養(yǎng)技術(shù)在TMR機(jī)械的基礎(chǔ)上能夠保證家畜日糧的精粗比例穩(wěn)定、營(yíng)養(yǎng)濃度一致。目前，這種成熟的家畜飼喂技術(shù)在以色列、美國(guó)、意大利、加拿大等國(guó)已經(jīng)普遍使用，我國(guó)在奶牛飼養(yǎng)上正在逐漸推廣。

上述技術(shù)都是孤立的單項(xiàng)成果，如果將上述六個(gè)方面的智能化技術(shù)進(jìn)行整合和串聯(lián)，就可以完成從草原承載力測(cè)定——放牧強(qiáng)度設(shè)計(jì)——虛擬圍欄設(shè)計(jì)——放牧周期管理——圈舍補(bǔ)飼——放牧評(píng)價(jià)——產(chǎn)業(yè)鏈追溯全過(guò)程的智能化管理。這樣，我國(guó)的放牧系統(tǒng)管理不僅可以確保草原生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)平衡，而且可以確保放牧畜牧業(yè)走在世界前列。

責(zé)任編輯：周立新 馬莉莎