基于灰色-马尔科夫残差预测模型的甘南草地载畜量预测

为了预测草地实际载畜量与理论载畜量,为草地畜牧业的可持续发展提供理论依据和决策支持基础,通过对甘南州4个县市1998-2009年的草地实际载畜量和理论载畜量数据分析,以灰色GM(1,1)模型和马尔科夫预测模型为基础,建立了优化改进的灰色等维—马尔科夫残差预测模型,以甘南州合作市实际载畜量为实例进行验证,预测结果显著(p<0.01),预测误差低于7.06%,表明该预测模型精度较高,适用于对草地载畜量的预测研究。最后,利用该模型对2010-2014年甘南州4县市草地实际载畜量和理论载畜量进行预测分析,基本符合草地载畜量实际变化过程,为相关部门合理确定草地载畜量和进行科学草地管理提供参考。     

基于遥感的中国草地生产力初步计算

草地生产力研究对于评估草地生态系统食物供给具有重要意义.在基于MODIS的2001年l km中国陆地生态系统土地覆盖类型产品和植被净初级生产力(NPP)产品,运用各种草地生产力计算模型,初步计算了当年中国各草地生产力指标.计算得到:2001年,中国草地生态系统产干草1.44亿t,理论载畜量为1.08亿个羊单位,潜在食物供给为羊肉308.92万t.结果表明,基于遥感的草地生产力计算方法机理性较强,现势性好,可在较短时间内获取大范围年度草地生产力指标,其计算结果较为符合中国草地生产力的实际分布情况.     

内蒙古四子王旗草地资源承载力目标规划模型

解决“水草畜”平衡问题是促进干旱牧区经济和生态环境协调发展的关键.通过目标规划模型应用,计算了内蒙古四子王旗牧区草地资源承载力水平,明确了在人工种植冷季补饲型阶段和暖季放牧冷季舍饲型阶段的水资源开发利用率、可持续载畜量及所需灌溉饲草料基地发展规模.从研究区水量平衡、畜牧业产业结构及技术经济指标方面分析论证了水利化畜牧业在退化草地修复方面的可行性及其综合效益.     

安塞县纸坊沟小流域草地资源的利用及改良途径

本文通过调查和试验资料，论述了安塞县水土流失严重的纸坊沟小流域天然草地(牧荒坡)类型、分布特点、质量评价、利用现状、现实和潜在生产力，以及草地在水土保持型生态农业中的作用和目前草地管理、建设中的问题;提出了该地区天然草地改良和人工草地建设上，切实可行的途径和措施，以及适宜种植的草、灌植物种及其合理配置，为该类型区草业和水土保持型生态农业建设提供了可靠的依据。     

柳枝稷的生长发育与土壤水分特征

1992-1998年中国科学院安塞水土保持综合试验站在山地、川地引种10份原产美国的柳枝稷（Panicum virgatum）材料，经过7a测定，数据表明柳枝稷在3～5a生长高峰期对土壤水分需求最大，产量最高。从土壤水分含量的变化来看，柳枝稷草地在80-200cm土层已经形成土壤干层，而且在经过生长季节降雨和休闲期的雨雪水分补充不能够补偿，这主要是维持较大的生产力造成。柳枝稷在半干旱黄土丘陵区有较强的适应性，这对当地人工草地建造、天然草地改良具有重要意义。通过对柳枝稷驯化栽培的人工草地在黄土丘陵半干旱地区立地条件下生产力与土壤水分特征的比较，以揭示柳枝稷的生态适应性对其地上生物量形成规律的影响，为该地区合理利用牧草资源、提高草地的生产能力提供依据与参考。     

基于3S技术的中国西部草地资源信息系统

中国西部草地资源信息系统是以GIS为核心，综合应用RS、地面监测数据与统计数据的草地信息系统。该文介绍了系统设计与实现，系统的决策分析模型——草地分类地理数学模型与中国西部草地载畜量专题分析。     

若尔盖县沙化草地服务功能及其价值损失

根据野外试验和室内分析资料,对若尔盖县未沙化和沙化草地的生物生产力、吸存CO2和释O2、水源涵养、保存土壤养分、保存土壤有机碳和草地载畜量等部分服务功能及其价值进行研究。结果表明:轻度、中度、重度和极重度沙化草地100cm深土层内的自然含水量分别比未沙化草地少348.22t/hm2,573.60t/hm2,1 199.13t/hm2和1 836.25t/hm2,其毛管持水能力也分别只有未沙化草地的79.33%,71.86%,53.20%和35.02%;轻度、中度、重度和极重度沙化草地100cm深土层内土壤有机碳储量分别比未沙化草地少21.92%,30.89%,54.07%和76.28%;沙化草地20cm深土层已损失养分(N、P、K)为62.789×103 t;沙化草地每1年损失载畜量114 212.24只羊单位,少吸存大气中CO212.594 6×104 t,少释放O210.148 5×104 t;每1年损失的吸存大气CO2和释放O2及载畜量价值共计12 100.595 7×104元;轻度、中度、重度和极重度沙化草地已经损失土壤储存有机碳,保留养分和储蓄水量的功能价值分别为758×108,144×108,149×108,275×108元,共计损失1 328×108元,若尔盖草原因沙化造成的服务功能价值的损失是巨大的。     

基于改进关键场的干旱风沙草原牧区草畜平衡评价

牧区合理载畜量的确定是进行草畜平衡评价的核心工作之一,对指导牧区经济、社会和生态环境的可持续发展具有重要意义。中国西北干旱风沙草原受不合理放牧的影响,草地退化、沙化、盐碱化问题突出,为保护草原生态系统而实施的季节性间歇放牧制度使得牧区草畜供需关系进一步复杂化,牧区合理载畜量的确定缺乏有效的计算方法,草畜平衡评价的指导意义不强。该研究选取鄂托克旗牧区作为典型研究区,引入载畜量年内波动系数和草地生产力丰平枯系数2个动态参数,构建了一种基于改进关键场的牧区合理载畜量计算方法,并结合草畜平衡指数(Balance of Grassland and LivestockIndex,BGLI)对鄂托克旗牧区的草畜平衡状况进行了分析。结果表明,干旱风沙草原牧区草畜供需过程非一致性显著,牧业年度内形成了包含5个子过程的动态周期;改进关键场方法充分考虑了这一供需节律匹配关系,对传统和关键场方法进行了改进和完善,其在干旱风沙草原牧区合理载畜量计算中更具适用性,合理载畜量计算结果表明牧区各分区的冷季草场占比过高,现状年桌子山及山前平原分区、都斯图流域分区以及内流河分区的全年合理载畜量分别为8.60、53.49和27.66万羊单位;基于改进关键场方法对鄂托克旗牧区进行草畜平衡评价可知,现状年内流河分区超载最为严重,牧区各草场及全年的BGLI值均在105%左右,桌子山及山前平原分区次之,均在40%以上,而都斯图流域分区草畜平衡状况相对良好。     

青藏高原三江源区不同恢复期高寒草甸土壤线虫群落演变

青藏高原三江源地区的高寒草甸面临着严峻的退化问题，人工建植是三江源地区退化草地的重要修复方式。为探究地下生物对草地人工恢复措施的响应，本研究比较了三江源地区高寒草甸不同恢复期人工草地(建植1、5和10 a)的土壤线虫群落变化。结果显示：与原生植被样地相比，所有恢复期样地的植物地下生物量降低，土壤容重、pH、全磷、全钾和硝态氮含量升高，表明人工草地系统的初级生产力和土壤特性尚未恢复到原生草地状态。不同恢复期样地中土壤线虫的均匀度和多样性指数均显著高于原生植被样地。此外，不同恢复期样地的线虫多度、代谢足迹以及成熟度指数均随恢复年限的增加而增加。相关性分析结果表明，土壤线虫多度与植物地下生物量、土壤有机质、全氮、全磷、矿质氮和速效氮含量显著正相关(P<0.05)，与土壤pH、全钾和容重显著负相关(P<0.05)。尽管三江源区退化草地的人工恢复措施尚未完全恢复牧草生产力至原生植被状态，但土壤生物结构及功能具有改善的趋势，显示该地区退化草地生态系统具有较强的恢复潜力。     

黄花草木樨改良盐碱土的试验研究

在调查陕北地区不同地域作物(谷子)、人工草灌(苜蓿与柠条)和天然草地(退耕地)的生产力,土壤水分及耕层养分的基础上,对比研究了不同类型植物生产力的差异,并分析了引起差异的原因及限制生产力提高的因素。结果表明,作物地(谷子)生产力占据明显优势,但稳定性较差;人工草灌(苜蓿与柠条)及天然草地的生产力较谷子低;天然草地群落的生产力、稳定性、物种丰度指数和土壤养分含量均较优越。指出除水分不足是限制不同植物生产力发挥的主要因素外,土壤养分含量低和缺乏管理也是限制植物生产力提高的重要因素。同时指出,为达到正确评价不同类型植物的生产力和长期适应性,为该地区大范围植被建设提供依据和参考,应设立定位或半定位研究点进行长期测定与研究。     

牧草产量的遥感估算与载畜能力研究

为了切实保护草地生态环境,实现草畜平衡,以畜牧业大省青海省为例,利用经过GPS定位的青海省牧草地面观测资料,分析牧草产量与NOAA/AVHRR植被指数NDVI之间的关系,分类建立青海省牧草产量估算线形模型与指数模型.模型的拟合结果良好,相关系数平方(R2)超过0.67.大部分时次的地面实测值与遥感估算值所处的产量等级基本一致,模型精度可以应用于大范围的牧草产量预测.根据牧草遥感估测结果,计算分析青海天然草场的载畜能力.结果表明,青海省县级天然草地年最高载畜量基本呈南高北低的态势.南部大部分县以及北部的祁连县在100～200万只绵羊单位之间,海西州和海东大部分县在50万只绵羊单位以下.     

干旱区灌溉饲草料地载畜量计算方法

水分是制约干旱区荒漠草原草畜平衡管理的最关键因子,解决这一问题的关键在于如何合理实现"以水定草,以草定畜,实现水草畜平衡"的思路。鉴于传统理论载畜量计算方法在产草量估测和牲畜采食量计算中存在较大误差,该文从水量平衡角度出发,提出了基于水草畜平衡的理论载畜量计算方法,以内蒙古中部达尔罕茂明安联合旗为研究区域,根据不同降水量和灌溉水量条件下的水分生产率曲线,对1 a生优质牧草青贮玉米进行估产,在分析不同体质量下绵羊采食和饮水规律的基础上,分别计算出草量载畜量和水量载畜量,以此确定理论载畜量。计算结果表明,在丰水年情景,该文方法比传统方法多6只羊/万m2,有利于提高畜牧业的经济效益;在枯水年情景,该文方法比传统方法少7只羊/万m2,有利于保护草原生态,避免草原退化。该文提出的载畜量计算方法适用于达茂旗荒漠草原,对牧区畜牧业的可持续发展和草原生态环境保护具有重要的指导作用。     

考虑饲草料质量的家庭牧场水土草畜平衡计算方法与应用

家庭牧场作为牧区的基本生产单元，开展家庭牧场水土草畜平衡计算合理确定灌溉人工草地和牲畜饲养规模，对促进水资源可持续利用和维护草地生态安全具有实际管理意义。该研究针对牧区具体管理单元水土草畜平衡调控方法缺乏的问题，同时考虑了不同种类饲草料质量的差别，提出了考虑饲草料质量的家庭牧场水土草畜平衡计算方法，以内蒙古自治区鄂托克前旗典型家庭牧场为例，计算结果表明家庭牧场现状灌溉人工草地和牲畜均处于轻度超载状态，水资源超载率为6.05%，考虑饲草料质量前后牲畜超载率分别为12.98%和5.38%。针对现状平衡状况提出了调整种植结构和灌溉形式组合的8套优化调控方案，经不同方案可供水量变化以及可承载的灌溉人工草地和牲畜饲养规模对比分析，表明种植质量更高的饲草料、采用更节水的灌溉形式可明显提升水资源对灌溉人工草地和饲草资源对牲畜的承载能力，为给家庭牧场水资源和天然草地更多的修养生息空间，建议家庭牧场保持现有人工草地面积不增加，将紫花苜蓿灌溉形式调整为地下滴灌。将燕麦灌溉形式调整为滴灌时，核减牲畜至464羊单位维持家庭牧场水土草畜平衡；将固定式喷灌燕麦调整为滴灌玉米或地下滴灌紫花苜蓿，虽计算的适宜牲畜高于现状牲畜饲养量，但仍保持现有牲畜饲养规模。提出的计算方法可为牧区水土草畜平衡计算与管理提供一种新的思路。     

利用遥感和GIS技术估算果洛藏族自治州草地生产力和载畜量

Remote sensing data from the Terra Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) and geospatial data were used to estimate grass yield and livestock carrying capacity in the Tibetan Autonomous Prefecture of Golog, Qing-hai, China. The MODIS-derived normalized difference vegetation index (MODIS-NDVI) data were correlated with the aboveground green biomass (AGGB) data from the aboveground harvest method. Regional regression model between the MODIS-NDVI and the common logarithm (LOG10) of the AGGB was significant (r² = 0.51, P < 0.001), it was, therefore, used to calculate the maximum carrying capacity in sheep-unit year per hectare. The maximum livestock carrying capacity was then adjusted to the theoretical livestock carrying capacity by the reduction factors (slope, distance to water, and soil erosion). Results indicated that the grassland conditions became worse, with lower aboveground palatable grass yield, plant height, and cover compared with the results obtained in 1981. At the same time, although the actual livestock numbers decreased, they still exceeded the proper theoretical livestock carrying capacity, and overgrazing rates ranged from 27.27% in Darlag County to 293.99% in Baima County. Integrating remote sensing and geographical information system technologies, the spatial and temporal conditions of the alpine grassland, trend, and projected stocking rates could be forecasted for decision making.     

基于划区轮牧理论的祁连山北麓牧区动态草畜平衡研究

为了恢复和保护祁连山北麓草地生态系统,建设生态畜牧业,该文以肃南县祁连山北麓牧区为研究对象,基于划区轮牧理论模拟不同降水情景下轮牧区理论载畜量并分析现状牧区草畜平衡状况,分析理论载畜量下轮牧牧区产草需草过程,进行牧区动态草畜平衡分析,并与传统方法和基于关键场理论方法进行对比。结果表明:肃南县祁连山北麓牧区降水量极大地影响着牧区理论载畜量,宜将平水年理论载畜量100.9万标准羊单位作为今后牧区畜牧业管理的主要参考指标;2015年牧区同时存在牲畜超载和欠载并且冷暖草场理论载畜量差异较大,应在后期发展中注重调整当前的畜牧业发展结构和合理配置冷暖草地资源。通过3种方法的草畜平衡动态对比分析,基于划区轮牧理论方法不仅能保证不同轮牧区的草畜动态平衡,且能保持饲草的高效利用,在轮牧区草畜平衡分析计算中具有一定的优越性。     

基于秸秆补饲的青藏高原草地载畜量平衡遥感监测

为了快速准确地掌握青藏高原草地生产力/产草量及草畜平衡情况,促进藏区草地资源可持续利用,实现青藏高原生态与生产协调发展,有必要对青藏高原不同行政区域天然草地及补饲后的载畜能力和草畜平衡问题开展研究。该研究首先结合MODIS(moderate-resolution imaging spectroradiometer)的归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)数据、青藏高原草地类型图、气象数据、土壤质地数据等数据,利用改进的CASA(carnegie-ames-stanford-approach)模型,对青藏高原草地产草量进行了估算,并分析了青藏高原草地天然产草量的空间分布情况。然后利用草谷比法估算了青藏高原饲用秸秆资源量及空间分布情况,计算得出各县市可利用的秸秆资源的载畜量情况。最后根据草地产草量、秸秆资源载畜量和实际载畜量,利用草畜平衡模型,模拟得出各县市的超载过牧情况。结果表明:2010年,青藏高原年产草量区域差异十分明显,西藏年产草量最大为2642.89万t,青海藏区次之,为2 307.60万t;云南藏区最低,为37.36万t。青藏高原天然草地总载畜量为8 363.04万只(羊单位,以下同),其中,青海省藏区为2 889.10万只,西藏为2 789.35万只,四川藏区为1 854.10万只,甘肃藏区为796.42万只,云南藏区为34.09万只。青藏高原饲用秸秆资源量为372.16万t,其中青海藏区和西藏的饲用秸秆资源总量占整个藏区的74.77%;其他3个省份的可饲用秸秆总量比例仅占25.23%。青藏高原饲用秸秆资源可饲养牲畜293.53万只,其中青海省藏区为172.48万只,西藏为46.80万只,四川藏区为31.94万只,甘肃藏区为19.69万只,云南藏区为22.65万只。青藏高原各县市超载过牧十分突出。在未补饲情况下,超载率超过5倍的县市占7.69%,2~5倍的占13.46%,1~2倍的占28.84%,超载率小于1倍的占38.82%,未超载的仅占11.19%。通过补饲秸秆资源,未超载过牧的县市比例未发生变化,但各县市的超载过牧情况有所改善。超载率超过5倍的县市比例下降了3.2个百分点,2~5倍的下降了4.49个百分点,1~2倍的增加了5.49个百分点,超载率小于1倍的增加了2.2个百分点。因此,今后青藏高原需根据草地资源及饲用秸秆资源的承载能力严格控制牛羊的养殖数量,实现生态环境和畜牧业的可持续发展。     

长武试区耕地生产潜力和人口容量估算

以长武农业生态试验区为例,采用地块为计算单元,探讨黄土高原沟壑区小区域范围内土地生产力估算。通过对各地块光、热、水、肥等生态因子对小麦、玉米两个主要作物产量效应分析,计算了试验区耕地生产潜力。并且结合试验区人口及人口消费资料,估算出试验区人口容量。     

畜禽粪污土地承载力系统动力学模型及情景仿真

为实现畜禽粪污土地承载力系统评估、预判其发展态势及考察不同减排政策的实施效果,本文进行畜禽粪污土地承载力系统模型的设计、仿真与情景调控。在社会经济、畜禽养殖和种植业各子系统及其要素分析的基础上,以中国北方畜牧大市——石家庄市为例,建立畜禽粪污土地承载力系统动力学模型并进行有效性检验。系统运行结果显示,模型具有具有较好的稳定性,而且模拟值与实际值误差普遍小于10%,因此模型有效。在确定模型有效之后,应用系统动力学模拟仿真不同方案下的石家庄市2007—2025年畜禽养殖土地承载力变化情况。本文设置了4种与系统惯性发展相比较的方案——调整养殖业经济结构、调整环境保护治理投资、调整粪肥占施和协同发展模式,并针对上述5种情景进行仿真。仿真结果显示:1)惯性趋势发展条件下,畜禽养殖业和种植业的产出规模都有增长,但种植业产量增长不及畜禽养殖业的增长,致使种植业难以消纳畜禽养殖产生的氮磷排放,土地承载压力加大;2)调整养殖业经济结构情景下,氮、磷平衡承载均呈现出下降的趋势,但磷平衡承载仍存在压力;3)调整环境保护治理投资情景下,氮平衡承载处于可载状态,磷平衡承载压力下降明显,但只有后8个年度可载;4)调整粪肥占施情景下,氮平衡承载处于可载状态,磷平衡承载情况虽好于初始情景,但仍超载;5)协同发展模式下,氮、磷平衡承载压力均呈下降趋势,且氮、磷承载均处于可载的水平,通过比较分析发现,协同发展模式的效果最好。本研究一方面为开展畜禽养殖污染监测评估工作、建立畜禽养殖污染评估机制提供支撑,另一方面为畜牧大市(县)和其他资源环境超载区养殖业发展的调控提供科学依据。     

湖北省秸秆和畜禽粪污还田化肥替减潜力与环境承载力分析

湖北省畜禽业规模化养殖水平显著提高,秸秆资源量逐年提升,农业废弃物还田不仅可以减少农业面源污染,还可以减少化肥施用。该文将湖北省分为5个种植区域（即鄂东南低山丘陵区、鄂北低山丘岗区、鄂西北山地区、鄂中平原区以及鄂西南山地区）。基于2019年－2020年统计数据,收集不同区域主要畜禽（猪、肉牛、奶牛、羊、肉鸡、蛋鸡）的存栏量、出栏量以及饲养周期,主要农作物种植面积和经济产量,计算湖北省畜禽粪污的养分供给量,评估不同区域的畜禽养殖现状是否超过土地承载畜禽粪污的最大容许数量。根据不同农作物的草谷比以及秸秆养分含量,计算出湖北省农作物秸秆的养分资源量以及养分还田量。湖北省不同区域畜禽养殖量均未超出当地最大承载容纳量,其中鄂北地区的土地承载力指数最高,达到了0.35～0.78,鄂中地区的土地承载力指数仅在0.17～0.54,有较大的空间来发展畜禽养殖业。2019年湖北省畜禽粪污养分资源量分别为36.89万t N、14.03万t P2O5、52.06万t K2O。按照畜禽粪污肥料化还田率65%计算,畜禽粪肥的养分还田总量分别为23.98万t N、9.12万t P2O5、33.70万t K2O,理论可替减化肥比例分别为17.3%、11.9%、56.2%。湖北省主要农作物秸秆资源总量以鄂中地区秸秆资源量最高,鄂西北地区最低。当前湖北省秸秆养分资源为31.07万t N、9.98万t P2O5、68.30万t K2O,理论可替减化肥比例分别为22.5%、13.1%、114.0%。湖北省主要农业废弃物还田理论可基本满足主要农作物的钾素需求,实现氮肥消费量减少39.8%、磷肥消费量减少25.0%。该文通过计算湖北省主要农业废弃物（畜禽粪污、秸秆）的养分资源量,评估农业废弃物还田的化肥可替减潜力以及畜禽粪污土地承载力,为湖北省农业绿色发展提供理论依据和数据支撑。