農(nóng)牧交錯(cuò)帶農(nóng)牧復(fù)合系統(tǒng)的可持續(xù)機(jī)制

宋乃平,卞瑩瑩,王 磊,陳 林,楊新國,王 昫,王 興,曲文杰

1 寧夏大學(xué)西北退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)與重建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 銀川 750021 2 寧夏大學(xué) 農(nóng)學(xué)院, 銀川 750021

農(nóng)牧交錯(cuò)帶的畜牧業(yè)具有將天然和人工牧草、農(nóng)作物秸稈和籽粒、喬灌木枝葉綜合轉(zhuǎn)換為高價(jià)值的肉、皮、毛、奶、蛋等畜產(chǎn)品、實(shí)現(xiàn)農(nóng)牧復(fù)合的天然優(yōu)勢(shì)[1]。然而長(zhǎng)期以來,農(nóng)牧交錯(cuò)帶不僅沒有發(fā)揮它處于農(nóng)、牧兩種系統(tǒng)界面所應(yīng)該具有的雙重優(yōu)勢(shì),反而集中了農(nóng)區(qū)重種輕養(yǎng)和牧區(qū)只放不養(yǎng)、草地和耕地在生態(tài)功能上的割裂以及生態(tài)環(huán)境效應(yīng)不良等雙劣態(tài)勢(shì)[2]。近30年隨著生態(tài)恢復(fù)、農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)條件改善和土地使用權(quán)全面落實(shí),農(nóng)牧交錯(cuò)帶的農(nóng)牧復(fù)合經(jīng)營全面興起[2- 5],在改善農(nóng)民生計(jì)、生態(tài)環(huán)境等方面發(fā)揮了巨大作用,甚至被認(rèn)為是這些地區(qū)農(nóng)業(yè)和農(nóng)村發(fā)展的唯一選擇[6- 7]。與此類似的,以小農(nóng)為單元的混合種養(yǎng)業(yè)或種養(yǎng)一體化在亞洲和非洲撒哈拉等地區(qū)大范圍流行[8- 10]。但是近些年在鄂爾多斯農(nóng)牧交錯(cuò)帶所出現(xiàn)的牲畜數(shù)量空前增長(zhǎng)、草原封育禁牧導(dǎo)致的牧草資源浪費(fèi)、過度發(fā)展灌溉農(nóng)業(yè)等,嚴(yán)重威脅農(nóng)牧復(fù)合系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。眾多研究關(guān)注農(nóng)牧復(fù)合系統(tǒng)的耦合機(jī)理和成效[11- 14]。近年來,出現(xiàn)了對(duì)農(nóng)牧復(fù)合系統(tǒng)可持續(xù)性的關(guān)注。王之明[15]研究了位于農(nóng)牧交錯(cuò)帶西端的寧夏南部地區(qū)農(nóng)牧復(fù)合系統(tǒng)中的諸多影響可持續(xù)發(fā)展的問題。Erenstein和Thorpe[16]在印度河-恒河平原的研究發(fā)現(xiàn),隨著農(nóng)與牧之間相互作用性質(zhì)的階段性變化,它既可以促進(jìn)也可以阻礙農(nóng)牧系統(tǒng)的可持續(xù)性。Sneesens等[17]的研究認(rèn)為,混合農(nóng)牧業(yè)如果想具有更高的可持續(xù)性是有條件的。我國北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶的農(nóng)牧復(fù)合系統(tǒng)是在半干旱氣候、環(huán)境變異較大、農(nóng)戶經(jīng)營為主體的背景下發(fā)展的,具有脆弱生態(tài)系統(tǒng)特點(diǎn),如何建立可持續(xù)的農(nóng)牧復(fù)合系統(tǒng)機(jī)制,是迫切需要研究的。為此,本文選擇鄂爾多斯西南緣的寧夏鹽池縣皖記溝村,在村域和農(nóng)戶尺度上,從農(nóng)牧復(fù)合的資源基礎(chǔ)、農(nóng)牧復(fù)合系統(tǒng)物質(zhì)流等方面開展農(nóng)牧復(fù)合系統(tǒng)可持續(xù)性的分析和評(píng)價(jià),力圖為構(gòu)建可持續(xù)農(nóng)牧復(fù)合系統(tǒng)機(jī)制提供參考。

1 研究區(qū)域與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于寧夏鹽池縣皖記溝村(37°04′—38°10′N,106°30′—107°41′E),地處鄂爾多斯高原西南和北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶西段的北緣(圖1),北與毛烏素沙地相連,南接黃土高原。屬典型的中溫帶大陸性氣候,1954—2017年平均氣溫8.1℃,無霜期150 d,年平均降水量285.8 mm,集中在7—9月,占全年降水量的60%以上,年際變率為28.82%,年平均蒸發(fā)量2710 mm。土壤類型以灰鈣土和風(fēng)沙土為主。植被類型主要有人工檸條林和以黑沙蒿、苦豆子、豬毛蒿、短花針茅等為優(yōu)勢(shì)種或建群種的草原植物群系[18]。主要土地利用類型耕地、草地、灌木林地、沙地面積分別為577.12 hm2、3397.41 hm2、1767.56 hm2、997.04 hm2[19]。灌木林幾乎全部為檸條林,適合于放牧。2012年全村在冊(cè)人口共1245人,長(zhǎng)期居住人口不到50%。2012年之前種植業(yè)完全依靠自然降水,之后一些農(nóng)戶自打機(jī)井發(fā)展灌溉種植業(yè),主要種植玉米、馬鈴薯、蕎麥等。該村主要生計(jì)方式主要為灘羊養(yǎng)殖、作物種植和勞務(wù)收入。全村羊只數(shù)量9263只,85.71%的農(nóng)戶養(yǎng)羊數(shù)量在20—200只。自2002年實(shí)施禁牧政策以來,該村灘羊養(yǎng)殖主要為半舍飼半放牧方式。種植業(yè)、畜牧業(yè)、務(wù)工和政策補(bǔ)助分別占家庭總收入17.29%、49.57%、26.67%和6.47%。

圖1 研究區(qū)在北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶的位置及土地利用結(jié)構(gòu)Fig.1 The location of study area in the agro-pastoral ecotone and its land use structure

1.2 資料來源與研究方法

(1)農(nóng)戶調(diào)查。本研究采用半結(jié)構(gòu)訪談問卷調(diào)查,對(duì)皖記溝行政村5個(gè)自然村的119戶農(nóng)戶調(diào)查,采用典型調(diào)查和偶遇調(diào)查相結(jié)合的方式,內(nèi)容包括農(nóng)戶的基本生活和農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)兩部分,涵蓋農(nóng)戶基本情況、生計(jì)方式、各類土地面積和利用情況、種植作物情況、飼養(yǎng)牲畜情況以及政府補(bǔ)貼等。為克服年度間的變異,調(diào)查了每個(gè)農(nóng)戶2012—2013年2年的情況。

(2)土地養(yǎng)分測(cè)定和測(cè)產(chǎn)。在整理以上數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,在楊寨子自然村選擇土地面積和養(yǎng)羊數(shù)量不同的9個(gè)農(nóng)戶,從2013年3月起到2014年10月進(jìn)行農(nóng)林牧復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)主要要素監(jiān)測(cè),連續(xù)監(jiān)測(cè)以上農(nóng)戶生態(tài)系統(tǒng)的耕地、草地、林地的土壤養(yǎng)分、作物產(chǎn)量或生物量,畜牧業(yè)狀況,投入產(chǎn)出的物質(zhì)和貨幣量進(jìn)行記錄和取樣。土壤養(yǎng)分采用地塊五點(diǎn)法取0—10 cm、10—20 cm、20—40 cm土樣,帶回實(shí)驗(yàn)室做有機(jī)質(zhì)測(cè)定。農(nóng)作物和草地測(cè)產(chǎn)以地塊或農(nóng)戶為單元采用對(duì)角線五點(diǎn)取樣法,對(duì)玉米等大植株采用密度結(jié)合單株分解測(cè)產(chǎn)(包括根系重量),對(duì)于其他作物和牧草,采用樣方刈割法測(cè)產(chǎn)(包括根系重量)[20]。檸條測(cè)產(chǎn)是在地塊中隨機(jī)選擇5個(gè)30 m×30 m樣方,數(shù)檸條叢數(shù),隨機(jī)選取樣方內(nèi)的5叢檸條測(cè)量株高、冠幅、分枝數(shù),用模型估算產(chǎn)量[21]。

(3)羊只稱重監(jiān)測(cè)。在各典型農(nóng)戶的羊群中分別選擇畜種相同、身高、體重相似的2—11個(gè)月羔羊、1—2歲、2—3歲、3歲以上的生產(chǎn)羊各6只,打耳標(biāo)并記錄編號(hào),連續(xù)12個(gè)月稱量每只羊的體重,并記錄每只生產(chǎn)羊的產(chǎn)羔情況、當(dāng)月飼草料結(jié)構(gòu)和用量以及放牧?xí)r間。

(4)本研究還利用邊界矢量數(shù)據(jù)通過剪裁獲取了皖記溝村2000—2015年的MODIS NDVI數(shù)據(jù)。另有一些難以測(cè)定的數(shù)據(jù),如每只羊的糞尿量等,從農(nóng)牧業(yè)手冊(cè)或文獻(xiàn)中獲取。

(5)分室模型。該模型是根據(jù)系統(tǒng)原理,把生態(tài)系統(tǒng)的若干組分或亞系統(tǒng)看作若干小分室,通過研究分室與分室、分室與環(huán)境間的“流”的交換關(guān)系建立的模型。本文應(yīng)用分室模型分析農(nóng)牧復(fù)合系統(tǒng)的物質(zhì)流結(jié)構(gòu)。假定農(nóng)牧系統(tǒng)是線性系統(tǒng),物質(zhì)流完全由給予者分室控制,物質(zhì)流動(dòng)在研究時(shí)間內(nèi)是即時(shí)的、無時(shí)滯的[22]。對(duì)于給定的農(nóng)牧生態(tài)系統(tǒng),為了揭示農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的物流特征,需要對(duì)系統(tǒng)邊界和分室做出符合需要并且盡可能簡(jiǎn)化設(shè)置。一般涉及第一性生產(chǎn)的若干分室、畜牧分室、人口分室、土壤分室和環(huán)境等部分[23- 24]。

模型形式如下式：

(1)

(2)

B=diag(b1,b2,…bn)

(3)

X為某分室的庫存量,U為從生態(tài)系統(tǒng)外部輸入的物質(zhì),A為系數(shù)矩陣,B為放大的倍數(shù),n為本生態(tài)系統(tǒng)中的分室個(gè)數(shù)。模型結(jié)構(gòu)確定之后,對(duì)各分室的現(xiàn)存量Xi,各分室間的流量Fij及分室與環(huán)境間的流量Zi0進(jìn)行測(cè)定或推算。再通過計(jì)算確定各系數(shù)矩陣,并檢驗(yàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2 結(jié)果

2.1 農(nóng)牧復(fù)合系統(tǒng)的資源基礎(chǔ)

研究區(qū)土地利用以草地、灌木林地、沙地和耕地為主,分別占總土地面積的47.73%、24.83%、14.01%和8.11%。其植物生產(chǎn)力主要受氣候主導(dǎo),呈現(xiàn)為年內(nèi)冬春季低與夏秋季高的不平衡,以及年際間受降水變率大而表現(xiàn)出的豐歉差異。圖2是皖記溝村干旱年份(2008年)和降水豐沛年份(2012年)的MODIS NDVI數(shù)據(jù),反映了植被生產(chǎn)力動(dòng)態(tài)[25]。每年的11月到次年的4月是植被生產(chǎn)力最低的時(shí)期,因處于非生長(zhǎng)期所以無論年內(nèi)還是年季差異都很小。5—10月是植被生長(zhǎng)季,生產(chǎn)力有一個(gè)上升到下降的過程,8月到達(dá)峰值。這個(gè)時(shí)期也是生產(chǎn)力年內(nèi)和年季差異最明顯的時(shí)期,不但年際間峰值差異大,而且每年返青和枯黃的早晚不同。牧草生產(chǎn)的年內(nèi)和年季波動(dòng)性與牲畜對(duì)飼草料需求的平穩(wěn)性之間的矛盾,特別是冬春季和旱年飼草料短缺,是限制畜牧業(yè)發(fā)展的重大問題。傳統(tǒng)畜牧業(yè)的牲畜冬春季和干旱年掉膘甚至死亡成為普遍現(xiàn)象。據(jù)調(diào)查,皖記溝在20世紀(jì)90年代之前,灘羊冬春季的平均掉膘量為上個(gè)秋季的1/3的體重。若冬季不補(bǔ)飼再加上死亡羊只,冷季綿羊掉膘量會(huì)更高達(dá)50%以上[26]。近些年即使在冬季補(bǔ)飼0.5—1.5 kg只羊-1d-1玉米籽粒的情況下,這種趨勢(shì)仍未改變,只是體重下降的幅度控制在了10%以內(nèi)(圖3)。

圖2 皖記溝村典型降水豐枯年份的植被指數(shù)Fig.2 Vegetation index of wet year (2012) and dry year (2008) in Wanjigou village

圖3 皖記溝村9個(gè)監(jiān)測(cè)農(nóng)戶灘羊體重變化Fig.3 Weight changing of sheep in a whole year from nine sampling households in Wanjigou village

面對(duì)傳統(tǒng)放牧業(yè)受天然草原生產(chǎn)力年內(nèi)、年際較大波動(dòng)造成的低效率,農(nóng)民試圖從土地生產(chǎn)力和牧業(yè)生產(chǎn)力兩方面改變。1980年代到本世紀(jì)前10年農(nóng)民自發(fā)種植,使得皖記溝村的人工檸條林面積從1970年的無擴(kuò)大到2013年的1767.56 hm2。2012年到2013年皖記溝村共打深井63眼,119個(gè)調(diào)查農(nóng)戶發(fā)展水澆地123.53 hm2,2012年這些水澆地的84.39%用于種植玉米。調(diào)查戶2012—2013年水澆地和旱耕地玉米籽粒平均產(chǎn)量分別為7062.70 kg/hm2和2303.40 kg/hm2。玉米籽粒和秸稈用于冬春季飼喂灘羊。形成了草地、灌木林地、耕地共同支持牧業(yè)的農(nóng)牧復(fù)合系統(tǒng)。圖4是利用多年的草地林地樣方調(diào)查、農(nóng)作物測(cè)產(chǎn)、生物量估算數(shù)據(jù)與同期NDVI數(shù)據(jù)的平均值經(jīng)過整合而恢復(fù)的天然草地、檸條林地、耕地的地上生物量年內(nèi)動(dòng)態(tài)。人工林的現(xiàn)存地上生物量和耕地地上生物量分別是天然草地地上生物量的4倍和11倍；檸條林地全年有活生物量,每年生物量增長(zhǎng)期維持的時(shí)間最長(zhǎng),峰谷差異小,年內(nèi)和年際間的均衡性好。以玉米為主的農(nóng)作物的生物量季節(jié)性峰谷差異最大,生物量維持的時(shí)間最短,單季生物量遠(yuǎn)高于灌木林地和草地,最適宜于刈割貯藏和冬春季補(bǔ)飼。天然草地牧草從返青到枯落,其持續(xù)時(shí)間介于檸條林地與耕地之間,生物量最低。但因其面積廣大,牧草的植物多樣性、耐踐踏、宜放牧等特性,是牧業(yè)的主要承載體。總體來說,草地、灌木林地、耕地生產(chǎn)力提升和功能互補(bǔ),特別是其中種植玉米的水澆地和檸條林地面積的增加,使飼草料供應(yīng)尤其是冬春季飼草料供給得到緩解,大大改變了牲畜數(shù)量隨草地產(chǎn)草量大幅波動(dòng)的狀況。

圖4 耕地、林地、草地的地上生物量動(dòng)態(tài)Fig.4 The above ground productivities of cropland, shrub and grassland

2.2 農(nóng)戶農(nóng)牧復(fù)合系統(tǒng)的生產(chǎn)方式

在2000年以前,研究區(qū)農(nóng)戶主要采用全年放牧和對(duì)生育后期的母羊和羔羊補(bǔ)飼的畜牧業(yè)生產(chǎn)方式。放牧主要利用天然草原和檸條林地,補(bǔ)飼主要是玉米、蕎麥等籽粒和土豆塊莖等農(nóng)作物,少數(shù)農(nóng)戶種植苜蓿等人工牧草用于補(bǔ)飼。2001年5月至今實(shí)施草原封育和禁牧的強(qiáng)制性制度。禁牧初期的2001—2006年農(nóng)戶幾乎無法放牧,通過壓縮養(yǎng)殖規(guī)模、發(fā)展農(nóng)作物種植、購買秸稈等飼草料以及少量打貯青草保障養(yǎng)殖。2007年以后,逐步形成了現(xiàn)在的夏秋季夜間放牧與冬春季舍飼喂養(yǎng)相結(jié)合的生產(chǎn)方式。這個(gè)過程更加依賴種植業(yè)對(duì)牧業(yè)的支持,促進(jìn)了農(nóng)戶將耕地、檸條林地和天然草地及少量人工草地與購買部分飼草料結(jié)合起來,發(fā)展農(nóng)林草相結(jié)合的灘羊養(yǎng)殖。

農(nóng)戶是農(nóng)牧業(yè)資源組織和經(jīng)營的實(shí)體單元,資源分配和配比對(duì)于農(nóng)牧復(fù)合系統(tǒng)發(fā)展至為關(guān)鍵。119個(gè)調(diào)查戶中93.27%的農(nóng)戶有耕地,其中旱耕地面積為136.60 hm2,水澆地面積為123.52 hm2,戶均分別有1.15 hm2的旱耕地和1.04 hm2的水澆地,60%的農(nóng)戶耕地面積在1.33—4.67 hm2(表1)。36個(gè)農(nóng)戶無水澆地,44戶只有水澆地沒有旱耕地。發(fā)展水澆地取代旱耕地成為趨勢(shì)。旱耕地和水澆地分別有32.11%和84.39%的面積用于種植玉米,作為飼草料。戶均分別有36.32hm2的天然草地和20.87 hm2的檸條林地,89.91%農(nóng)戶的天然草地面積在13.33—73.33 hm2,80.67%農(nóng)戶的天然草地面積在20 hm2以上。其中天然草地上有檸條林的農(nóng)戶占總調(diào)查戶數(shù)的73.10%,62.18%的農(nóng)戶檸條林面積在13.33 hm2以上。57.45%的草原面積被發(fā)展成為檸條林。由此可見,農(nóng)戶將種植檸條林提高和穩(wěn)定草原生物量作為支持灘羊養(yǎng)殖的主要措施之一。

表1 調(diào)查農(nóng)戶的農(nóng)牧復(fù)合系統(tǒng)特征統(tǒng)計(jì)(n=119)

在上述資源支持下,皖記溝村灘羊規(guī)模由20世紀(jì)90年代后期的4031只增加到現(xiàn)在的9263只。調(diào)查農(nóng)戶平均養(yǎng)羊77.84只,人均17.69只,保證人均4000元以上的年收入。未養(yǎng)羊的農(nóng)戶僅占調(diào)查戶數(shù)的8.40%。大、中、小養(yǎng)羊戶戶數(shù)接近,他們之間的養(yǎng)殖規(guī)模差異較大。相對(duì)而言,三類農(nóng)戶之間天然草地面積差異不大,但是檸條林地和水澆地的面積差異大,特別是耕地產(chǎn)出的玉米秸稈和籽粒的產(chǎn)量差異很大。由此可見,養(yǎng)殖規(guī)模的限制因子是耕地面積,特別是水澆地及其產(chǎn)出的秸稈和籽粒的產(chǎn)量,檸條林面積的貢獻(xiàn)也較大。勞動(dòng)力數(shù)量和旱耕地對(duì)養(yǎng)殖規(guī)模的影響不明顯(表1)。

2.3 農(nóng)牧復(fù)合系統(tǒng)的物質(zhì)流

為了進(jìn)一步定量研究耕地、天然草地和檸條林地對(duì)灘羊養(yǎng)殖的貢獻(xiàn)及其構(gòu)成的農(nóng)牧復(fù)合系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)合理性和耦合效果,本研究選取了9個(gè)農(nóng)牧復(fù)合經(jīng)營的農(nóng)戶作為監(jiān)測(cè)對(duì)象,并應(yīng)用分室模型法從農(nóng)戶尺度分析農(nóng)牧復(fù)合系統(tǒng)的物質(zhì)流結(jié)構(gòu)。根據(jù)對(duì)9個(gè)監(jiān)測(cè)農(nóng)戶的調(diào)查,將其農(nóng)牧復(fù)合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概括如圖5。其中檸條、牧草、作物籽粒、作物秸稈和作物根茬為5個(gè)生產(chǎn)分室,人口、牲畜、土壤有機(jī)質(zhì)、農(nóng)家肥為4個(gè)轉(zhuǎn)換分室,用X1至X9表示。各個(gè)分室之間的物質(zhì)流Fij,包括外界環(huán)境系統(tǒng)與農(nóng)牧復(fù)合系統(tǒng)之間的物質(zhì)流Zi0,共23個(gè)流路。

圖5 皖記溝村農(nóng)牧復(fù)合系統(tǒng)物質(zhì)流結(jié)構(gòu)圖Fig.5 Material flow diagram of agro-pastoral complex system in Wanjigou village

由圖5所示的物流框圖,取2012年整年為單位時(shí)間,將監(jiān)測(cè)的9個(gè)農(nóng)戶的各類物質(zhì)的產(chǎn)量、使用量、流通量、養(yǎng)分、購買量等和從相關(guān)手冊(cè)和文獻(xiàn)獲得的分室的庫、流數(shù)據(jù)統(tǒng)一換算為有機(jī)質(zhì)量,代入本文1.2中之(5)的分室模型中,可得以下方程組：每個(gè)方程中Xi的系數(shù)aij表達(dá)由分室i流向分室j的流量占分室i庫存量的額度,稱i至j的流通率。再利用Matlab軟件計(jì)算方程組系數(shù)矩陣的特征值。該農(nóng)牧復(fù)合系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型的所有特征值的實(shí)部均為負(fù)。由李雅普諾夫函數(shù)判別法,該農(nóng)牧復(fù)合系統(tǒng)趨向于漸近穩(wěn)定。

方程組中各分室(Xi)的系數(shù)總和是其物質(zhì)流通量,反映了物質(zhì)流動(dòng)性。各分室在不同方程的代數(shù)和是其流通率,反映了其流入流出的平衡性。從方程組的形式看,每個(gè)庫都有向外的輸出,因而自身的系數(shù)為負(fù)。秸稈(X4)全部輸出,也就是全年的秸稈沒有剩余。輸出份額高的還有作物籽粒(X3)和農(nóng)家肥(X9)。土壤有機(jī)質(zhì)(X8)的輸出最低,人口(X6)、牧草(X2)、牲畜(X7)的輸出量都不高,說明庫內(nèi)份額較高(屬于惰性庫)。土壤有機(jī)質(zhì)庫獲得根茬(X5)、牲畜、農(nóng)家肥的輸入份額都很高。牲畜庫獲得作物籽粒、秸稈和牧草的輸入,以及牧草庫獲得土壤有機(jī)質(zhì)的輸入份額也較高。從同一庫的流通率代數(shù)和來看,接近于0,也就是有機(jī)質(zhì)輸出和輸入基本平衡的有檸條(X1)、牧草、根茬、人口等庫。作物秸稈、籽粒和農(nóng)家肥等庫的輸出遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于輸入。而牲畜和土壤有機(jī)質(zhì)庫的輸入遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于輸出(表2),說明其周轉(zhuǎn)速率較慢,在系統(tǒng)內(nèi)的貯存較多。從流通量來看,在系統(tǒng)中比較活躍的是檸條、籽粒、秸稈、農(nóng)家肥,足見農(nóng)林子系統(tǒng)對(duì)于農(nóng)牧復(fù)合系統(tǒng)物質(zhì)補(bǔ)充的及時(shí)性。而牧草、人口、有機(jī)質(zhì)在系統(tǒng)中的流通量低,前者主要是禁牧造成的,說明系統(tǒng)的牧草還有進(jìn)一步利用的潛力。9個(gè)監(jiān)測(cè)農(nóng)戶的糧食和肉類消費(fèi)量占自家生產(chǎn)的份額都可以忽略不計(jì)。

表2 分室模型中各分室的流通量和流通率

禁牧使得畜牧業(yè)的物質(zhì)來源主要轉(zhuǎn)向依靠種植業(yè),而牧草和檸條的輸入量還有潛力。作物秸稈在全部輸出到牲畜之后,還不能滿足需要。秸稈在飼草料結(jié)構(gòu)中的比例過大,降低了飼草料結(jié)構(gòu)中的蛋白含量,這是目前農(nóng)戶飼養(yǎng)效率不高的主要原因。

3 討論

農(nóng)牧復(fù)合系統(tǒng)的可持續(xù)機(jī)制主要體現(xiàn)在水土環(huán)境、植物生產(chǎn)、家畜生產(chǎn)、人類需求之間的物流平衡、生態(tài)效率、協(xié)同關(guān)系[27,28]。分室模型分析顯示,促使研究區(qū)在禁牧條件下羊只數(shù)量翻番的主要資源是耕地特別是水澆地生產(chǎn)的大量作物籽實(shí)和秸稈,以及檸條林。水澆地和檸條林地不但具有比天然草地高4到11倍的生產(chǎn)力,而且產(chǎn)量較穩(wěn)定,檸條的粗蛋白含量高。但是在研究區(qū)維持水澆地和檸條林地生產(chǎn)的長(zhǎng)期機(jī)制是資源供給的可持續(xù)性,特別是水資源。寧夏地區(qū)玉米生長(zhǎng)期內(nèi)需水量為549 mm,按照研究區(qū)50%保障率降水即279 mm條件下,玉米生長(zhǎng)期多年平均灌溉需水量為6888 m3/hm2。研究區(qū)多年平均地下水最大利用量為112.15×104m3/a。可灌溉耕地162.82 hm2[29],現(xiàn)有的水澆地面積已經(jīng)接近可灌溉上限。而且這個(gè)推斷還有賴于地下水循環(huán)的研究結(jié)果。研究區(qū)連年抽取地下水會(huì)否引起土壤飽氣帶水分的趨勢(shì)性下降,進(jìn)而引發(fā)草原退化,需要進(jìn)一步監(jiān)測(cè)。世界其他干旱半干旱區(qū)土地集約利用導(dǎo)致土地退化的案例不勝列舉[14,17,30]。更為嚴(yán)峻的是,研究區(qū)檸條林在進(jìn)入老齡林之后面臨普遍的土壤干旱化[31]。禁牧政策使得農(nóng)戶將放牧壓力由天然草地轉(zhuǎn)向耕地和檸條林地。農(nóng)牧交錯(cuò)帶的水土資源密度小,土地生產(chǎn)力的本質(zhì)是面積效應(yīng)。如果不能正常發(fā)揮大面積天然草地的作用,讓耕地承擔(dān)更大規(guī)模的灘羊養(yǎng)殖,農(nóng)牧復(fù)合系統(tǒng)是難以持續(xù)的。

從飼草料與牲畜協(xié)同的層次看,實(shí)行以草定畜,特別是冬春季、歉收年飼草料對(duì)牲畜數(shù)量和養(yǎng)殖效率的限制,以及目前飼料結(jié)構(gòu)反映的能量有余、蛋白短缺對(duì)養(yǎng)殖效率的影響。禁牧政策催生出來的冬季春舍飼喂養(yǎng),實(shí)質(zhì)上是將草地、耕地、林地的生物量進(jìn)行削峰填谷,或者錯(cuò)峰利用,達(dá)到飼草料在時(shí)間上的均衡,突破了長(zhǎng)期制約養(yǎng)殖規(guī)模擴(kuò)大的冬春季飼草料不足的瓶頸[27- 28]。研究區(qū)農(nóng)戶將生產(chǎn)目標(biāo)由原來的糧食、牲畜多元分散向?yàn)┭蝠B(yǎng)殖的特色草牧業(yè)集中,形成了耕地、草地、檸條林地生產(chǎn)與灘羊養(yǎng)殖之間的協(xié)同關(guān)系。突破了傳統(tǒng)畜牧業(yè)冬春季飼草料量少質(zhì)低對(duì)灘羊養(yǎng)殖的瓶頸。飼草料錯(cuò)峰利用面臨利用時(shí)間與飼草料營養(yǎng)高峰不一致而導(dǎo)致的營養(yǎng)流失問題,大大降低了飼草料利用效率和效益。如玉米秸稈乳熟期的粗蛋白含量可達(dá)7%,而農(nóng)戶黃貯的玉米秸稈到冬季其粗蛋白含量不足2%[32]。天然草地的牧草也有冬春季蛋白含量顯著下降的問題。檸條粗蛋白含量隨季節(jié)的變化相對(duì)較小。從需求方面來說,以目前農(nóng)戶的飼草料結(jié)構(gòu)計(jì)算,蛋白含量尚不到飼草料的8%,距離12%的基本標(biāo)準(zhǔn)還有較大差距。這也是冬春季補(bǔ)飼玉米籽粒較多,能量遠(yuǎn)超灘羊需求,而仍然掉膘的原因。面對(duì)飼草料錯(cuò)峰利用與營養(yǎng)高峰不一致的矛盾,要采取系統(tǒng)性措施。目前要大力推廣玉米青貯,保證有5%以上的粗蛋白含量。還要在冬春季增加外部蛋白飼料如豆粕等的輸入,提高飼草料的整體利用效率和效益。長(zhǎng)遠(yuǎn)措施是將土地利用結(jié)構(gòu)與作物和植物結(jié)構(gòu)相結(jié)合,將更多的人工草地轉(zhuǎn)向發(fā)展高蛋白飼草料,如二年生的草木樨。蘇丹草、高丹草等也要在蛋白含量較高的生長(zhǎng)期青刈。利用封育禁牧的機(jī)遇,開展天然草原改良。在硬質(zhì)土荒漠草原補(bǔ)播胡枝子等豆科植物,在覆沙地補(bǔ)播草木犀狀黃芪等,在沙地補(bǔ)播沙打旺、苦豆子等,提高牧草蛋白含量。由此可見,資源基礎(chǔ)和系統(tǒng)耦合生產(chǎn)方式是農(nóng)牧復(fù)合系統(tǒng)生產(chǎn)能力提高的真正原因。

4 結(jié)論

研究區(qū)通過種植檸條林充分利用土壤水、發(fā)展水澆地充分利用地下水,提高土地利用集約度,為灘羊養(yǎng)殖提供了大量飼草料,成為禁牧之后畜牧業(yè)的主要支撐。禁牧政策所誘發(fā)的草地、耕地、林地與灘羊養(yǎng)殖的系統(tǒng)耦合,減少了冬春季飼草料量少質(zhì)低對(duì)畜牧業(yè)的瓶頸,提高了養(yǎng)殖效率。資源基礎(chǔ)和系統(tǒng)耦合生產(chǎn)方式是農(nóng)牧復(fù)合系統(tǒng)生產(chǎn)能力提高的真正原因。

禁牧使得放牧壓力由草地轉(zhuǎn)向耕地和檸條林地,二者均存在水資源不可持續(xù)的風(fēng)險(xiǎn)。加強(qiáng)水土資源、飼草料生產(chǎn)和灘羊養(yǎng)殖之間的系統(tǒng)調(diào)控和整體協(xié)同,是農(nóng)牧交錯(cuò)帶農(nóng)牧復(fù)合系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。控制地下水開發(fā)強(qiáng)度,促進(jìn)水肥與作物耦合,降低檸條種植密度,控制灘羊養(yǎng)殖規(guī)模,適度開放草地,協(xié)調(diào)耕地、林地、草地之間的耦合利用,是農(nóng)牧復(fù)合系統(tǒng)長(zhǎng)期持續(xù)的關(guān)鍵措施。