基于OMMLP模擬研究不同載畜率水平家庭牧場的經濟效益

關鍵詞：家庭牧場;載畜率;模型;生產經營

家庭牧場是一種新型的養殖模式，以家庭為基本單位，以家庭成員為主要勞動力，構成了一個小規模的復合生態系統，包含土地、草地、畜禽和人四個元素[1]。家庭牧場主要經營方式和收入來源是畜牧業，其收入占到總收入的80%以上，一些家庭牧場還有新型的畜牧業經營方式，如出售干草、奶制品、出租草地等。此外，家庭牧場還從事其他多種非畜牧業經營，如生態旅游和民族工藝品銷售等[2-5]。Thornton等[6]在東非利用模型來追蹤農牧家庭的現金流，量化土地碎片化后對牲畜數量和牧草安全的影響，模型輸出表明，土地碎片化導致牲畜數量大幅減少，部分家庭不得不出售牲畜來補貼收入。Lieth等[7]采用了年平均氣溫和降水量為變量的Mialni模型預測草原牧草的總量，從而開展對于草畜平衡的研究。Jones等[8]研究表明在相同的載畜率下，劃區輪牧可以有效提高牧草的產量，使家畜體重穩定增長，所以劃區輪牧是一種有效的放牧方式。針對特定的草地生態系統優化家畜品種對于家庭牧場經濟產出至關重要，家畜品種與牧草資源的特征之間存在著相關性，這種互利關系強調了慎重配對家畜品種與草地類型的必要性。Vallentine[9]提出限制養殖家畜的數量，科學核定載畜率，養殖適合當地的家畜品種以及科學適度的使用草地。Kemp等[10]提出政府要加大對草地管理的政策支持，政策的支持將會極大的提升草地的生產效率，這也能夠很好的維持草地與家畜養殖的可持續發展。Papanastasis[11]同樣也指出合理的放牧管理制度應該是根據草場可承載能力來調整載畜率，并且改良家畜的品種。

運用模型找到生態與民生的閾值并指導生產已經在國際上引起關注，但我國相關研究開始較晚[17-18]，草畜平衡以及家畜生產優化管理模型（Optimizedmanagementmodelsforhouseholdpasturelivestockfarmproduction，OMMLP）是專門針對中國家庭牧場經營而設計開發的模型軟件系統，在我國北方牧區使用并得到驗證[19]。載畜率水平是判斷草地健康的重要指標之一，合理的載畜率水平可以保持草地的健康和可持續性，并使牧戶具有長期保障性收入[8，20]。近些年，由于牧民缺乏相關科學理論指導，盲目增加家畜數量來提高收入，使草地超載放牧現象愈演愈烈，傳統的草地畜牧業生產已經很難滿足生態保護和經濟增收的雙重要求，因此，結合不同的生態和草地類型，積極研究不同類型的家庭牧場生產方式，是達成生態建設與提高生產效益的有效途徑[12-16]。通過在四子王旗調研發現，科學合理地管理和經營家庭牧場，能夠極大的提高草原保護的效益，并增加牧民的收入。本研究收集整合四子王旗家庭牧場相關數據，綜合考慮當地生態和牧民生產經營等因素，對草地載畜率與經濟收入兩方面進行研究，旨在探究不同載畜率水平家庭牧場生產經營效率，進一步分析牧場草畜平衡、載畜率水平與收入的關系，對牧場載畜率水平有更為清楚的認知，為制定家庭牧場合理載畜率水平和生產效率提供參考。

1 材料與方法

1.1 數據來源

本研究區域位于內蒙古烏蘭察布市四子王旗（110°20'～113°00'E，41°10'～43°22' N，海拔1150～1800m），屬于中溫帶大陸性季風氣候區，冬季寒冷，夏季涼爽;年均溫度是1～6℃，年均降水量在110～350mm 之間;土壤主要為淡栗鈣土和棕鈣土，該地區植物群落的優勢物種主要有冷蒿（Artemisiafrigida）、無芒隱子草（Cleistogenessongorica）。本研究于2021年夏季對內蒙古四子王旗地區家庭牧場進行大范圍隨機入戶調研，共調研95戶家庭牧場（由于部分問卷信息不全，故有效問卷為89戶），分布在四子王旗的6個蘇木18個嘎查（表1），為了能夠更好地對家庭牧場生產經營進行模擬研究，采用半結構式問卷的形式進行實地問卷調研，問卷設計的家庭牧場的家畜、草地、經濟、氣象等信息均為模型基礎參數，生產節律、家畜信息、家畜生產情況、草場面積及利用方式、畜牧業經濟收入、生產支出等信息均為生產經營基本數據（表2）。

1.2 試驗設計

本研究于2021年對內蒙古四子王旗地區的牧戶進行大范圍隨機入戶調研。對于調研所得的家庭牧場的基本信息進行校準分析;然后采用聚類分析的統計方法，將89戶家庭牧場的數據進行聚類分析，分成不同載畜率水平家庭牧場類群，并以此為基礎分別建立典型家庭牧場。第一類牧場有37戶（n=37），載畜率為0.91SE·hm-2;第二類牧場有31戶（n=31），載畜率為0.61SE·hm-2;第三類牧場有21戶（n=21），載畜率為1.34SE·hm-2。這三類家庭牧場分別按照載畜率的高低命名（高載畜率牧場、中載畜率牧場、低載畜率牧場），以下都按照此命名定義牧場。利用家畜生產優化管理模型，對四子王旗不同類型典型家庭牧場的草地利用狀況、經濟收支狀況進行對比分析。

1.3 試驗方法

本研究使用的OMMLP模型是在家庭牧場家畜-草地優化管理模型基礎上經過參數修正和算法改進后得到的，是由內蒙古農業大學和中國農業科學院草原研究所等單位共同開發，專門針對中國家庭牧場經營而設計開發的模型軟件系統，分析構建好的典型家庭牧場的草地利用現狀、草畜平衡現狀以及經濟收支現狀。通過聚類分析的統計方法，將調研的所有家庭牧場進行分類和命名，將不同類型典型牧場的草畜和經濟基本信息進行對比分析，通過家庭牧場優化生產模型，分別分析各類典型家庭牧場模擬的經濟收支和草畜平衡情況。

1.4 數據統計與分析

用Excel在對數據進行基本的處理之后，將數據整體的進行聚類分析，把調研家庭牧場分類。利用SYSTAT13進行變量聚類分析-R型聚類分析，將聚類后的變量運用SPSS進行差異性分析。主要的變量有：草地面積、載畜率、羊單位數、羔羊數量、單位家畜補飼能量、單位家畜凈收益、單位草地凈收入等。最后的聚類結果是把調研家庭牧場信息分成三類牧場，這是逐步聚類的結果，見表3和圖1。根據聚類結果，處理調研數據，將數據按需要放入草畜平衡模型（Feedbalanceanalyzer，FBA）和優化生產模型（Linearprogrramoprtimizer，LPO）。當地家庭牧場最低載畜率和最高載畜率都處于0SE·hm-2至2SE·hm-2 之間，因此，在模型中設置公差為0.475的等差數列進行排列，使五個載畜率水平分別為0.100SE·hm-2，0.575SE·hm-2，1.05 SE · hm-2，1.525 SE · hm-2，2.000SE·hm-2。該模擬牧場的數據以計算各類牧場中各項指標的平均值用作各模擬牧場數據。本試驗涉及的數據分析主要通過Excel2019進行整理分析，聚類分析通過SYSTAT 13完成，差異性分析通過SPSS26完成，圖表通過Sigmaplot14.0進行繪制完成。

2 結果與分析

2.1 不同放牧強度下家庭牧場基本信息對比

將三類不同家庭牧場的基本信息匯總進行對比，見表4。從對比結果可知，三種類型牧場的草場總面積、自有草場面積和租用草場面積整體呈現出低載畜率牧場gt;中載畜率牧場gt;高載畜率牧場。其中低載畜率牧場總草場面積顯著大于中載畜率牧場和高載畜率牧場（Plt;0.05），低載畜率、中載畜率、高載畜率的草場總面積分別為648.22hm2，455.87hm2，404.78hm2，三種類型牧場的自有草場面積無顯著差異，低載畜率牧場的租用草場面積顯著大于高載畜率牧場（Plt;0.05）。在成年母羊數量上，高載畜率牧場gt;中載畜率牧場gt;低載畜率牧場，其中高載畜率牧場顯著大于低載畜率牧場（Plt;0.05），兩類牧場的成年母羊數量相差100只左右。在羔羊數量和出售羔羊數量中，呈現出高載畜率牧場gt;低載畜率牧場gt;中載畜率牧場，且高載畜率牧場顯著大于中載畜率和低載畜率牧場（Plt;0.05），高載畜率牧場出售的羔羊數量要比其他兩類牧場多100只左右。在家畜羊單位和新品種羔羊比例上表現出高載畜率牧場gt;低載畜率牧場gt;中載畜率牧場，且三種類型牧場無顯著差異。其中高載畜率牧場新品種羔羊比例高達80%。單位家畜補飼能量表現出低載畜率牧場gt;高載畜率牧場gt;中載畜率牧場，中載畜率牧場和低載畜率牧場差異顯著（Plt;0.05）。總的載畜率和夏季的載畜率均表現為高載畜率牧場gt;中載畜率牧場gt;低載畜率牧場，冬季的載畜率表現為中載畜率牧場gt;高載畜率牧場gt;低載畜率牧場。其中，三種類型牧場的總載畜率均有顯著差異（Plt;0.05），低載畜率牧場為0.61SE·hm-2，中載畜率牧場為0.91SE·hm-2，高載畜率牧場為1.34SE·hm-2。夏季載畜率中，高載畜率牧場與中等和低載畜率牧場有顯著差異（Plt;0.05），冬季載畜率在三種類型家庭牧場無顯著差異。

在草場面積方面，低載畜率家庭牧場草場總面積顯著高于其他兩類牧場，自有面積在三者之間沒有顯著差異，但在租用草場面積上低載畜率家庭牧場明顯大于中高載畜率家庭牧場，說明低載畜率家庭牧場愿意在額外草場面積上投入更多的經濟;在家畜數量和銷售方面，高載畜率家庭牧場在成年母羊數量、羔羊數量以及出售羔羊數量上都顯著大于其他兩類牧場，故高載畜家庭牧場因出售獲得的收益高于其他兩類牧場;在新品種羔羊養殖方面，高載畜率家庭牧場養殖比例明顯優于其他兩類牧場，表明高載畜率家庭牧場牧民更注重品種改良和提高養殖效益。

將三類不同家庭牧場調研的經濟效益數據計算后匯總進行對比，見表5。由對比結果可知，三種類型牧場的總收入、出售家畜的收入中，高載畜率牧場gt;低載畜率牧場gt;中載畜率牧場，且低載畜率牧場和高載畜率牧場之間無顯著差異，低載畜率牧場和高載畜率牧場均與中載畜率牧場差異顯著（Plt;0.05），低載畜率、中載畜率、高載畜率牧場的總收入分別為39.64萬元、23.81萬元、42.56萬元。單位家畜總收入中，低載畜率牧場gt;高載畜率牧場gt;中載畜率牧場，且低載畜率牧場和高載畜率牧場與中載畜率牧場均差異顯著（Plt;0.05），其中低載畜率牧場比中載畜率多一倍的收入。三種類型牧場的總支出、飼草料支出、精飼料支出、粗飼料支出、其他支出和單位家畜總支出均無顯著差異，低載畜率、中載畜率、高載畜率牧場的總支出分別為13.66萬元、13.50萬元、12.83萬元。單位家畜補飼支出中，中載畜率牧場gt;低載畜率牧場gt;高載畜率牧場，且中載畜率牧場和高載畜率牧場有顯著差異（Plt;0.05）。三種類型牧場的總凈收益、高載畜率牧場gt;低載畜率牧場gt;中載畜率牧場，低載畜率、中載畜率、高載畜率牧場的總凈收益分別為25.98萬元、10.31萬元、29.73萬元，其中低載畜率牧場和中載畜率牧場、高載畜率牧場和中載畜率牧場均有顯著差異（Plt;0.05）。單位家畜凈收益中，低載畜率牧場gt;高載畜率牧場gt;中載畜率牧場，其中低載畜率牧場和中載畜率牧場差異顯著（Plt;0.05），高載畜率牧場和中載畜率牧場差異顯著（Plt;0.05）。單位草地凈收益中，三種類型牧場差異顯著（Plt;0.05），高載畜率牧場gt;低載畜率牧場gt;中載畜率牧場。

四子王旗大部分家庭牧場養殖羊的品種是杜泊羊和薩福克羊，少量家庭牧場養殖蒙古羊，養殖牛的品種主要是西門塔爾和本地土種牛。經過調研發現，養殖杜泊羊、薩福克羊和西門塔爾牛的經濟效益明顯高于土種羊和土種牛，且牧民的主要收入來源是出售家畜。低載畜率家庭牧場養殖的羊基本是改良的品種羊，如杜泊雜交羊和薩福克雜交羊，改良品種的家畜個體體重高、肉質好，個體出售單價高，所以即使該類家庭牧場處于低載畜率，也有較高凈收益，凈收益在26萬元左右;中載畜率家庭牧場中較多為年齡大的牧民，家庭勞動力缺乏，而新品種羊個體大，需要精細化飼養，接羔等需要更多的勞動力，牧民認為養殖新品種牛羊需要增加成本，所以只養殖蒙古羊，畜群結構單一，經濟效益相對較低，凈收益在10.3萬元左右;高載畜率家庭牧場多養殖改良品種羊，同時養殖大型家畜牛和馬，受當年牛肉價格較高的影響，牛、馬養殖帶來更高的經濟收益，該類家庭牧場受養殖數量多和畜群結構多樣使收益大幅度提升，凈收益在29.7萬元左右。

2.2 不同放牧強度下草畜平衡模擬

如圖2所示，在三種類型典型家庭牧場中，低載畜率家庭牧場1 月份能量缺值可高達8.03MJ·SE-1·day-1，夏季能量富余量平均可達0.89MJ·SE-1·day-1。在11月至12月補飼的能量基本滿足了家畜維持需要的能量，平均富余量為0.44MJ·SE-1·day-1。中載畜率家庭牧場全年最大能量缺值可高達8.09 MJ·SE-1·day-1。夏季的能量富余量平均可達0.77MJ·SE-1·day-1。在11月至12月補飼的能量基本接近家畜維持需要的能量，最小缺值是0.15MJ·SE-1·day-1。高載畜率家庭牧場1月份能量缺值達到8.19MJ·SE-1·day-1，夏季能量富余量平均可達0.56MJ·SE-1·day-1。冬季補飼過少，能量缺口較中載畜率牧場略大。

利用草畜平衡模型FBA 分析家畜能量平衡狀態，10月開始，當地氣溫開始下降，地上的植物逐步開始枯落，到了寒冷冬季甚至死亡，生物量逐漸降至一年中最低，家畜需要大量的能量來抵御寒冬，畜群總體消耗的能量要大于草地所能供給的能量，導致能量供給出現缺口。家畜在1月進入妊娠期、產羔期和哺乳期，能量需求急速增加并出現跳躍式地增長，所以造成全年能量的最大虧空期。在能量出現缺口時，家畜體重損失嚴重，牧戶開始對家畜進行補飼來維持家畜所需能量;夏季是牧草生長期，草場能量有富余，草地能量供給大于家畜需求，家畜的體重增加。

2.3 不同放牧強度下家庭牧場經濟效益分析

由調研數據計算可得，低載畜率典型家庭牧場由實際數據計算得到的實際載畜率是0.61SE·hm-2，實際凈收入為25.8萬元左右。利用模型模擬分析，如圖3 所示，當載畜率調整至0.81SE·hm-2時，牧場的凈收益達到最大值26.9萬元。

中載畜率典型家庭牧場的實際載畜率是0.91SE·hm-2，實際凈收入為10.3萬元左右。利用模型模擬分析，如圖3 所示，當載畜率調整至0.68SE·hm-2時，牧場的凈收益可達到最大值12.3 萬元左右。

高載畜率典型家庭牧場由實際數據計算得到的實際載畜率是1.34SE·hm-2，實際凈收入為29.6萬元左右。利用模型模擬分析，如圖3所示，當載畜率調整至0.96SE·hm-2時，牧場凈收益達到最大值30.6萬元。

利用優化生產LPO 管理模型模擬三類典型家庭牧場在不同載畜率下的經濟效益變化，三類家庭牧場都呈現出隨著載畜率的升高，牧場經營的總支出和總收入不斷增加，凈收入呈先增加后減少的狀態，凈收益的最高點對應的載畜率就是模擬出的最佳載畜率。當載畜率過大時，總收入也開始呈現出下降趨勢，這是由于草地承受能力是固定的，而載畜率的增加，導致家畜無法攝入足夠能量，從而影響家畜體重下降，家畜在售賣時價格也必然下降。

3 討論

3.1 勞動力與家畜品種對經濟效益的影響

我國草地超過90%都處于退化狀態，草地上過度放牧使草地退化速度加快，為盡早遏制住草地退化[17]，研究草地的可持續利用，實現牧戶心理載畜率模式轉向生態優化載畜率模式是解決問題的途徑之一[18]。研究發現[19-21]，增加勞動力數量有助于提高牧戶生產效率，四子王旗家庭牧場工業化水平較低，基本靠家庭勞動力完成生產環節，適當增加勞動力可緩解用工緊張。本研究在調查中發現，低載畜率和高載畜率家庭牧場的總收入與勞動力并無較強相關性;中載畜率家庭牧場因勞動力限制無法養殖更多家畜，進而影響總收入。同時，全旗牧民平均受教育水平較低，中載畜率水平家庭牧場存在僅養殖經濟效益較低的蒙古羊而不接受養殖新品種的觀念，總收入因此也受到影響。這與大木拉采復拉等[26，29]研究結果相同，大木拉采復拉等研究表明，杜泊雜交羊和薩福克雜交羊均表現出適應性強、耐粗飼、生長發育快、產肉性能和羊肉品質都有較大改善等雜種優勢，更符合當代人民的消費需求，一定程度上說明新品種羊確實能帶來更高的收入。

3.2 生產資源對經濟效益的影響

牧民擁有的草場面積一般都是固定的，除非收入有大幅增長后會選擇繼續擴大草場面積以維持收入的增長，想要在固定的草場面積里產生更多的收入，就需要對生產資源進行合理的規劃。本研究發現高載畜率家庭牧場雖然養殖家畜數量最多，但在飼草料支出方面卻沒有與其他兩類家庭牧場存在顯著差異，原因是高載畜率家庭牧場大部分都有少量種植的飼料地，節約了飼草料的花費，購買化肥、種子以及收割飼草料的花費高于另外兩類家庭牧場。王瑞珍[27]研究發現牧戶合理租入草場或者增加人工草地種植面積能緩解資源短缺對生產的限制，同時能夠減少冬季購買飼草料的部分成本，這與本研究結果大致相同。

而維持草畜能量平衡也是減少牧民支出的重要原因之一，如果草地本身供應能量就足以維持家畜日常需求，牧民就無需購買更多的飼草料，但陳瑤瑤等[28]在青海省瑪多縣研究發現，牧民受當地文化習俗影響，每年“惜售”造成牧場超載17.34%，牧草消耗增30.90%，到春秋季，遠距離轉場加劇牲畜能量消耗，導致飼草大量浪費。同樣四子王旗因為處于荒漠草原，過低的草地生產力，不足以維持家畜的能量循環，而牧民又為了增加收入盲目增加家畜數量造成超載放牧，進一步使草地生產力降低，減少提供給家畜的能量，牧民為了維持家畜的能量需求就要在飼料上花費更多。

3.3 載畜率水平對經濟效益的影響

出售家畜的收入是牧民經濟收益的主要來源，所以載畜率水平直接影響牧民的經濟效益。本研究發現，通過OMMLP模型模擬后，不同載畜率水平家庭牧場在調整到最適載畜率水平后，凈收入均有1～2萬元左右的增加。張睿洋等人[29]的研究表明在內蒙古草甸草原上降低放養率可以提高草原生產力水平和增加當地家庭的收入，Macleod等人[29]的研究也表明適度的載畜率可以產生最高的經濟回報，這與上述研究結果相似。鞠馨等[3]利用Tobit模型研究發現，荒漠草原牧戶整體綜合技術效率仍處于較低水平，表明該區域家庭牧場存在投入大于產出的現象，也提出牧戶應對家畜養殖規模進行調整，適當減少家畜數量以及養殖投入成本，實現規模化養殖。各項研究都表明目前草原上的家庭牧場存在著畜群結構不合理、家畜數量過高的問題，找到草場最佳載畜率水平并說服牧民接受建議還需后續進行更多的工作。

4 結論

四子王旗不同載畜率水平家庭牧場夏季草地能量均有富余，冬季均有虧損，高載畜率牧場在進入冬季后能量虧損較多。經模型模擬不同類型家庭牧場后，發現低載畜率牧場的載畜率提高至0.81SE·hm-2時，此類牧場可增加1萬元左右凈收益;中載畜率牧場降低至0.68SE·hm-2時，此類牧場可獲得最優凈收益12.3萬元;高載畜率牧場降低至0.96SE·hm-2時，此類牧場凈收益為30.6萬元。飼養優良品種家畜的牧戶收益明顯高于其他牧戶，應積極引導牧民改變觀念積極調整牧群結構;在條件允許時可以發展適當規模的人工草地或飼料地，有助于節約牧場飼草料支出。