内蒙古草地干旱损失评估方法研究

李兴华，陈素华

(内蒙古生态与农业气象中心,内蒙古 呼和浩特 010051)

旱灾是影响内蒙古草地畜牧业生产的主要气象灾害之一，主要表现在牧草和畜产品减产；草地退化和沙漠化加剧；人畜饮水困难，生命受到威胁。旱灾具有发生缓慢、持续时间长、影响范围广、发生频率高、损害消除慢等特点[1]。随着气候变暖加剧，内蒙古草地旱灾发生频率越来越高，影响区域越来越广，对畜牧业生产和草原生态环境影响所造成的经济损失也越来越大。草地干旱等级划分、干旱指标和干旱评估一直是干旱研究热点，刘玲等[2]开展了北方草地干旱指标研究，并将土壤相对湿度和相对蒸降差作为评价干旱的主要指标；侯英雨等[3]利用卫星遥感开展了干旱指数研究，并通过对传统的干旱监测指数如帕尔默干旱指数、作物湿度指数、标准降水指数、地表水分供应指数的优缺点进行评述，建立了遥感干旱监测指数；全国气象干旱评估中主要使用综合干旱CI指数[4]；刘静等[5]利用旱灾累积指数在宁夏开展了干旱监测和损失评估研究。关于干旱指数的研究成果很多，并且也形成了干旱监测评估国家和地方标准。干旱损失评估方面，关于农业生产和单一作物的损失评估成果比较多，而关于草地干旱损失评估方面较少。陈素华等[6]开展的干旱对内蒙古草原牧草生物量损失的评估方法研究，而该方法也仅对内蒙古巴雅尔吐胡硕草原的牧草生物量进行了评估，缺乏对内蒙古草甸草原、典型草原和荒漠化草原的综合损失评估研究，另外干旱不仅对牧草地上生物量有影响，同时干旱对牲畜生长发育的危害更大。因此，本研究从干旱对草地地上生物量和畜产品的影响进行草地干旱损失评估。

1 数据来源及研究方法

1.1数据资料来源 牧草产量数据来自内蒙古草甸草原(12个)、典型草原(20个)和荒漠草原(11个)生态气象站的试验观测数据，包括2004-2011年5-8月的牧草产量和可食牧草比率。各生态气象站的观测区选择在能够代表当地主要草地类型和牧草平均生长状况且比较平坦的放牧场上，用网围栏围建试验场，面积为50 m×50 m，在观测场内随机选取1 m×1 m的测产样方4个，利用样方框隔开方框两侧的整株草，将框内全部牧草沿地表用剪刀剪取，装入布袋用天平称取鲜质量，风干后称干质量，测定时间为每月月末。

气象资料为内蒙古43个气象台站2004-2011年5-8月降水量和降水距平百分率观测资料。

干旱损失数据来自内蒙古43个气象站的干旱调查统计资料。

1.2草地干旱等级的划分 采用《气象干旱等级国家标准》中降水量距平百分率指标划分干旱等级[4]，由于内蒙古生态与农业气象中心参与了《气象干旱等级国家标准》的制定工作，实践证明此标准适合内蒙古草地干旱等级划分。但由于不同草地牧草的需水特性和抗旱能力不同，因此根据不同草地类型的特点，确定不同的干旱等级划分标准(表1)，降水距平百分率公式如下：

表1 牧业干旱等级划分[7-9]

(1)

1.3研究方法 研究方法利用相关分析和线性回归分析的方法，并利用SPSS软件[10]进行线性模型、S形拟合曲线模型、Logistic曲线模型、Growth拟合等比级数曲线模型和Power拟合乘幂曲线模型等模拟建立损失评估模型，评估计算干旱所造成的牧草直接损失。

2 结果与分析

草地干旱造成的损失有直接经济损失和间接经济损失。直接经济损失主要表现在牧草和畜产品减产以及抗旱投入的人力和经费；间接经济损失主要表现在草地退化和沙漠化加剧、人畜饮水困难、生命受到威胁、草地生态系统受到影响。由于资料和技术有限，本研究重点对草地干旱造成的直接经济损失进行评估。

2.1干旱对牧草生长发育的影响 水是牧草生长发育的重要条件之一，草本植物的含水量一般为70%～85%，植物群体在积累干物质的光合作用过程中，必须消耗一定量的水。已有研究[11]表明，多年生牧草每生成1 g 干物质需350～700 g的水；一年生牧草每生成1 g干物质需350～450 g的水。干旱不但使牧草返青期推迟，而且还是造成天然草地产草量减产的主要因素。有关研究[7]表明，湿润年份降水量分布均衡，天然草地产草量高，干旱年份降水量分布不均衡，天然草地产量低，林缘草甸草地丰歉年产草量相差0.5倍；森林草原草地丰歉年产草量相差1倍；干草原草地丰歉年产草量相差2倍；半荒漠草原草地丰歉年产草量相差4倍。通过对内蒙古43个草原监测站近8年5-8月平均降水量与各月平均干草产量的相关分析(表2)，得出干草产量与5-8月份降水量相关密切，其相关方程式利用SPSS软件，通过模拟对比，得出线性模型和Power拟合乘幂曲线模型为草地牧草单产最优估测模型(表2)。

荒漠化草原8月牧草产量与5-8月降水量的相关系数最高，典型草原6月牧草产量与5-6月降水量的相关系数最低(表2)。这与不同草原区牧草生长在不同时段的影响因子有关。6月牧草产量与5-6月降水量的相关系数都较低，这是由于牧草在返青后快速生长初期，产量的形成不但受降水量的影响，同时温度也是限制光合速率的主要因子，春末夏初尽管降水偏多，往往伴随温度偏低，雨热不同期牧草生长和干物质积累相对缓慢。8月不同草地类型牧草产量与5-8月降水量的相关系数都较高，其中荒漠化草原最高，是由于荒漠化草原区在8月雨热依然同期，降水仍然能够促进牧草生长；草甸草原相对较低，是由于草甸草原位于纬度较高地区，牧草在7月中、下旬开花后进入繁殖生长阶段，干物质积累开始变缓，同时8月中旬以后草甸草原气温开始逐渐下降，牧草的光合速率也变慢，因此牧草产量与降水的相关系数偏低。7月内蒙古各草原区雨热同期，各地牧草生长受降水量影响较大，使7月牧草产量与5-7月降水量的相关系数都比较高，尤其典型草原的牧草生长与降水的相关系数达到0.701。

对内蒙古43个草原监测站5-7月降水量与7月牧草产量的模拟回代检验，由于牧草产量受区域差异的影响，不同地区牧草产量的变幅较大，有些模拟值偏差较大(图1)，这主要是由于不同草原类型牧草的需水特性和耐旱能力不同，使牧草的生长速率不同，因此造成模拟误差增大。总体看，牧草实测值能够均匀地分布在模拟曲线两侧，说明产量模型的模拟效果较好。

表2 内蒙古43个草原监测站5-8月平均降水量与各月平均干草产量的相关系数和最优估测模型

图1 内蒙古43个草原监测站5-7月降水量与7月牧草产量的模拟值与实测值对比

2.2干旱对牧草产量的损失评估 根据牧草产量与生长期内降水量的相关性，建立了不同草地类型不同月份牧草产量与降水量的线性模拟方程。由于资料选择的是近8年43个测站的均值，因此模拟得到的结论接近各地牧草产量的正常年份；当降水减少时，牧草逐渐受干旱胁迫，牧草产量下降。为了使干旱等级与牧草损失量建立更加密切的关系，利用表1降水量距平百分率指标划分干旱等级；在一定的评估区间内，当降水减少时，利用表2中的线性模型计算牧草减产量，评估干旱对牧草产量的损失影响。干旱对牧草减产造成的直接经济损失计算公式为：

MZS=∑Yi×Si×K。

(2)

式中，MZS为牧草减产造成的直接经济损失；i代表草甸草原、典型草原和荒漠化草原3种草原类型；Yi为不同草原类型单位面积牧草减产量；Si为不同草原类型可利用草地面积，以国家公布的最新土地利用类型面积为准；K为每千克干草当年的平均销售价格，以2010年底羊草价格为1.0～1.5元·kg-1计。牧草减产计算公式建议在表2中的线性模型中带入降水偏少量得出，分草原类型相关系数低于全站相关系数的，可以采用全站的线性模型。

以2011年新巴尔虎右旗春夏干旱为例，根据新巴尔虎右旗气象局灾害调查上报数据，新巴尔虎右旗有草原面积229.6万hm2，其中可利用草原面积181.1万hm2，2011年5-6月降水量仅为13.5 mm，比多年均值偏少74%，出现了严重干旱，受干旱影响，部分地区牧草未返青，返青的牧草停止生长或枯萎，境内克鲁伦河历史上首次断流，人畜饮水困难。根据干旱实地调查资料显示，截至6月22日，全旗2个苏木、3个镇遭受不同程度的干旱，水源井水位下降2～6 m，日缺水量4.32万m3，出水井不足或干枯的饮水井521眼，全旗人畜饮水困难，全旗草原旱灾面积126.7万hm2(其中严重旱灾面积106.7万hm2)，占全旗可利用草地面积的70%，受灾牲畜105万头(只)，占全旗牧业年度牲畜总头数的60%，受灾牧户2 690户，受灾人口9 415人，占全旗牧业户和牧业人口的65%。根据以上评估模型计算6月末牧草受严重干旱减产约221 kg·hm-2，严重旱灾面积牧草总计减产约2.358 07亿kg，牧草经济损失约23 580.7万元。

2.3干旱对牲畜影响的损失评估 水是牲畜赖以生存的基本要素之一，牲畜每消耗1 kg饲料干物质约需3 kg的水，大畜日平均饮水定额40～60 kg；小畜日平均饮水定额5 kg。当牲畜长期处在缺水条件下时，由于供水不足，新陈代谢受阻，生理机能失调，造成掉膘体弱，免疫力下降，母畜流产或出生幼畜羸弱，严重时疫病流行，导致大批牲畜死亡[10]。尤其夏季干旱不但使牧草减产，而且使牧草中的粗蛋白、粗脂肪、钙、磷和维生素等营养成分下降，牲畜采食后因营养不良而严重影响牲畜繁殖力，主要表现在牛不发情、卵泡不发育、受胎率低；母羊瘦弱、产后没奶，羔羊弱胎、羔羊成活率低，成年羊死亡率高等[11]。

受干旱影响，牲畜即使没有死亡，但牲畜由于食不果腹，成年牲畜出现掉膘或抓膘不足，幼畜瘦弱生长缓慢，最终导致秋季牲畜出栏时体质量不足，畜群的整体经济效益下降。因此在干旱对牲畜影响的损失评估中，通过估算牧草减产的数量，从干旱发生日到10月底牲畜出栏计算牲畜受影响天数，将减产牧草折算为标准羊单位(1只体质量50 kg并哺半岁以内羊羔，日消耗1.8 kg标准干草的成年母绵羊为1标准羊单位)[12]。干旱对牲畜影响造成的直接经济损失计算公式为：

SCS=[(∑Yi×Si)×f/(1.8×D)]×G。

(3)

式中，SCS为干旱对牲畜影响造成的直接经济损失；i、Yi和Si代表内容和计算方法与公式2相同，D为从干旱发生日到10月底牲畜出栏计算牲畜受影响天数；G为每标准羊单位当年的平均销售价格，以2010年底每标准羊单位价格为1 500元·只-1计；f 是可食牧草比率。以2011年新巴尔虎右旗春夏干旱为例，牲畜受干旱影响损失约42 718.7万元。

牧草的可食牧草比率利用2005-2009年各牧草地面监测站观测的优良牧草比率计算，在没有观测站的地区采用历史上的调查数据[13](表3)。

公式(3)适合夏季干旱对牧草生长和牲畜影响的损失评估，并且干旱发生的越早，对牲畜的影响则相对较小，这是由于后期的降水更有利于牧草的恢复性生长；干旱发生的越晚，牧草植株的再生能力降低，热量条件对牧草后期生长的限制也越来越大，即使后期降水充足，干旱解除，牧草恢复性生长能力有限，也很难挽回干旱损失。

表3 不同草地类型和盟(市)牧草的可食牧草比率

2.4抗旱投入的人力和经费损失 研究表明，在游牧时代，当草地缺水时，大部牲畜都向湖沼和河流周围聚集，有水草地超载过牧，加剧了畜草矛盾，干旱对牲畜饮水的影响最终还是表现在草畜矛盾上[13]。随着牧民的定居和游牧时代的结束，各牧民定居点都配有饮水井，在一般干旱季节，人和牲畜饮水问题并不突出，草畜矛盾在合理轮牧的管理方式下得到缓解，牧区的抗旱能力明显增强；但遇到重旱以上的旱情，由于干旱持续时间长，季节性或小型湖沼干枯，河流断流，地下水的补给量减少，地下含水层趋于枯竭，饮水井干涸，造成人畜饮水困难，因此这时草原抗旱的首要任务就是解决人和牲畜饮水问题。在水源缺少的广袤草原上，解决人畜饮水的唯一办法是到较远的水源地用水车拉水。因此,抗旱投入的人力和经费损失计算公式为：

E=A1+A2+A3+A4。

(4)

式中，E为抗旱投入的人力和经费损失；A1为水费；A2为每户拉水设备费用，包括储水罐、水管、水桶和水槽等；A3为燃油消耗费用；A4为拉水人工成本。另外，由于牧民都是利用自己的机动车或畜力车拉水，因此车辆使用费不计成本。

A1=3.75×d1×(B×10+C×5)/1 000。

式中，d1为重旱和特旱发生天数或实际缺水天数；B为受灾人口数，以每人每天生活用水10 kg计算；C为受灾存栏牲畜折算为羊单位数量，以每羊单位每天需水5 kg计算；水价按2.0元·t-1计算。

A2=1 000×H。

一次性投入1 000元左右，H为受灾牧户数。

A3=7.28×N×T×d1×12/100。

式中，N为拉水一次往返的里程数，一般需要20 km；T为每天每车拉水1 t的次数；燃油消耗按每百公里耗油12 L计算；柴油价格按市场7.28元·L-1。

A4=d1×N2。

式中，N2为拉水人员工资，按当年旱区夏季农村劳动力每人每天工资计算。

当然在抗旱的过程中由于水源地取水井干枯，政府出资打井的抗旱费用更多，但考虑水井能够多年利用，因此本研究中没有计算打井成本。

以2011年新巴尔虎右旗春夏干旱为例，根据新巴尔虎右旗气象局灾害调查显示，全旗有105万头牲畜和9 415人受灾，其中40%左右的牲畜、1 500户牧民受干旱影响饮水困难，重旱持续时间40 d左右，计算抗旱投入人力和经费损失574.4万元。

综合评估计算表明，受干旱影响，新巴尔虎右旗畜2011年牧业总计损失66 873.8万元。7月初，新巴尔虎右旗出现了25 mm以上的降水过程，有效解除了前期的旱情，未返青地区的牧草开始返青，并快速进入积极生长阶段，到7月底牧草干草产量增加到1 435 kg·hm-2，是6月底的12倍多，牧草产量实现由歉年到丰年的突变，这也正反映了干旱发生的越早，对牧业年度生产的影响越小。

3 讨论与结论

本研究表明，利用降水距平百分率划分草地干旱等级，并利用5-8月降水量与牧草产量的关系评估干旱造成直接损失，评估模型符合草地牧草生长规律和畜牧业生产特征，实例评估符合畜牧业实际损失程度，因此能够在干旱对草地畜牧业评估服务中推广应用。另外，干旱对草地退化和沙化、野生动物生命受到威胁，草地生态系统造成的间接经济损失远远超过直接经济损失，但由于资料和技术有限，还有待进一步加强观测和研究。

近年来，随着内蒙古草原区气候变暖的加剧，草原干旱呈连年频发趋势，影响区域越来越广，因旱灾而造成的经济损失也越来越大，需要采取综合措施，全社会共同应对。草原抗旱工作应该遵循政府主导、部门联动、全社会参与的原则[14]，充分发挥政府在抗旱指挥、协调和管理职能，加强草原牧区水源地建设，解决人畜饮水问题；加强高产人工饲草基地建设[15]，加强饲草储备，解决饲草料缺口，提高畜牧业抗干旱能力；加强优良畜种引进，改良畜群结构，提高饲草利用率，增强牲畜体质，提高牲畜抗旱能力；加强草原草畜平衡管理，减轻牧场压力[16]，促进草地资源的合理开发利用，提高畜牧业综合抗旱能力。

[1] 赵俊芳,郭建平.内蒙古草原生长季干旱预测统计模型研究[J].草业科学，2009,26(5):14-19.

[2] 刘玲,高素华,侯琼,等.北方草地干旱指标[J].自然灾害学报，2006，15(6):270-275.

[3] 侯英雨,何延波,柳钦火,等.干旱监测指数研究[J].生态学杂志,2007,26(6):892-89.

[4] 张强,邹旭凯,肖风劲，等.GB/T 20481-2006.气象干旱等级国家标准[S].北京：中国标准出版社,2006.

[5] 刘静,武万里,孙银川,等.旱灾累积指数在宁夏干旱灾害监测及损失评估中的应用[A].新世纪气象科技创新与大气科学发展[C].北京:中国气象学会，2003：226-229.

[6] 陈素华,闫伟兄,乌兰巴特尔.干旱对内蒙古草原牧草生物量损失的评估方法研究[J].草业科学,2009，26(5):32-37.

[7] 乌兰,乌兰巴特尔,李云鹏,等.内蒙古自治区生态与农业气象服务体系研究[M].北京：气象出版社，2009：180-185.

[8] 国家防汛抗旱总指挥部.干旱评估标准(试行)[S].北京:国家防汛抗旱总指辉部,2006.

[9] 陈素华,张化,侯琼，等.内蒙古草原干旱指标的研究[J].草业科学,2007,24(12):82-86.

[10] 张文彤.SPSS 11统计分析教程[M].北京:希望电子出版社，2002：271-285.

[11] 栗东卿,刘海龙,达夫拉.气候干旱对草原畜牧业的影响[J].畜牧与饲料科学，2007(6)：90.

[12] 苏大学,孟有达,武保国.NY/T 635-2002.天然草地合理载畜量的计算[S].北京:中国标准出版社，2003.

[13] 姚景泰.草原畜牧业干旱灾害损失计算方法的探讨[J].中国防汛抗旱，1995(2):35-36.

[14] 中华人民共和国国务院.气象灾害防御条例[Z].2010-10-27.

[15] 张少华.陇东黄土高原干旱草地利用方向和途径的探讨[J].草业科学,1997,14(5):4-7.

[16] 温学飞,左忠,王峰.宁夏中部干旱带草地畜牧业发展措施的研究[J].草业科学,2003,20(11):44-46.