毛乌素沙地生态承载力研究

赵晨光，李青丰

(阿拉善盟林业治沙研究所，内蒙古阿拉善左旗 750306；内蒙古农业大学草原与资源环境学院，内蒙古呼和浩特 010019)

毛乌素沙地生态承载力研究

赵晨光1，李青丰2

(阿拉善盟林业治沙研究所，内蒙古阿拉善左旗 750306；内蒙古农业大学草原与资源环境学院，内蒙古呼和浩特 010019)

本研究基于乌审旗卫星遥感判读草地类型，将毛乌素沙地草原分为荒漠草原，典型草原，低湿地草甸草原3大草地类型。利用卫星遥感与实地测算相结合的方法测定2011-2015年乌审旗草地生产力，引入家畜调整因子与饲草调整因子计算乌审旗2015年全年以及季节性草畜平衡状态。旨在评价毛乌素沙地草原的畜牧业生产潜力，为毛乌素沙地草原的利用方式、程度提供科学合理的建议。结果显示，乌审旗草原2011-2015年草地初级生产力为419.7kg/hm2、389.3kg/hm2、398.3kg/hm2、388.2kg/hm2、447.3kg/hm2。通过2014年和2015年7月底乌审旗野外生物量调查结果可知乌审旗2014年、2015年实测草地初级生产力为344kg/hm2，388.2kg/hm2。2011-2015年乌审旗草地面积为68-71万hm2。家畜数量为100-130万SU。2015年乌审旗可利用草地的草地初级生产力为447.3kg/hm2，全年可产牧草18万T，理论家畜承载力为25万SU。乌审旗全年实际家畜数量117.4万SU，家畜数量超载近82万SU。家畜饲草需求缺口为61.5万T。乌审旗全年草畜处于不平衡状态。一年中，1-6月草畜不平衡，在1-4月为严重缺饲草期，7-12月，乌审旗草原提供牧草产量可完全满足家畜饲草需求量。

毛乌素沙地；草地初级生产力；生态承载力；草畜平衡

毛乌素沙地位于鄂尔多斯高原的南部和黄土高原的北部区域,自然区划属于温带干旱和半干旱区，面积大约4×104km2〔1〕。乌审旗位于毛乌素沙地中心区域。上世纪80年代后，乌审旗草原出现过渡放牧，草地不合理利用等众多生态问题，引起乌审旗草原不同程度的退化〔2〕。近年来，随着封育保护，科学规划草地利用模式等措施，乌审旗草原的生态环境渐渐恢复。但是如何合理的利用草原，科学合理的发展畜牧业是保护当地生态环境，保持经济可持续增长的关键。

本研究以毛乌素沙地境内的中心区域-乌审旗为主要研究区。基于不同的自然地形，选择有代表性的草地研究毛乌素沙地草原的生态承载力。以乌审旗草原作为主要草畜平衡研究对象，研究乌审旗草原家畜承载力，乌审旗全年、季节性草畜平衡状况，以及不同植被盖度下的土壤侵蚀特征。旨在评价乌审旗草原生态承载力，寻求合理利用乌审旗草原的可持续管理策略，为毛乌素沙地草原的科学合理畜牧生产提供一定的理论参考依据。

1 研究方法

本研究以内蒙古西南部毛乌素沙地-沙化草地作为主要研究区域。以毛乌素沙地中心区域，内蒙古鄂尔多斯市乌审旗作为调查测定区和社会经济数据采集的独立行政单元(图1)。

图1 研究区地理位置

1.1 乌审旗土地覆被类型

利用ARCGIS软件对内蒙古草原勘察规划院的乌审旗卫星遥感图片判读土地类型。将乌审旗植被覆盖图进行斑块整理，合并相同植被类型斑块。

1.2 植被调查

在对乌审旗遥感卫星图片判读土地类型及前期野外景观踏查的基础上，对乌审旗内主要土地类型进行植被调查。调查时间分别为2014-2015年5月，8月，10月。重点调查区位于乌审旗5个不同地区(图2)所调查土地类型包括流动沙丘、半固定沙地、典型草地和低湿滩地共4大类型样地，37个样点。测定了物种构成、植被盖度、生物量等指标。调查样方大小为：草本植物样方1m×1m，灌木植被为5m×5m。每个样点设5-8个重复。植被调查时，记录每个样方的植物组成以及株高。地上生物量用称重法测定鲜重与干重。植被盖度用估测法(5人对现场样方或者样方对比照片进行判读，取判读平均值)测定。计算植被密度、相对密度、相对盖度、相对频度和重要值〔3〕。对各群落的植物进行重要值的计算排序来反映群落的特征，采用如下公式：

重要值(IV)=相对密度(RD)+相对盖度(RC)+相对频度(RF)〔4〕

其中相对密度=某种植物的个体数目/全部植物的个体数目×100，相对盖度=某个种的盖度/所有种的盖度之和×100，相对频度=某个种的频度/全部种的频度之和×100。

图2 植被调查区位置

1.3 草地生产力测定及草原承载力评价

1.3.1 草地生产力测定

基于遥感卫星图片判读土地类型和前期植被调查。选取有代表性草原区利用样方法测定草地生物量。调查样方大小为：草本植被样方1m×1m，灌木植被为5m×5m。每个样点设5-10个重复。测产时，草本植物的剪割标准为齐地面剪割，灌木植物的剪割标准为剪去家畜可利用部分。对植物鲜重进行分种称鲜重并进行记录，利用面积换算得到乌审旗草原初级生产力数据。取300-500g植物，放入烘干箱烘干，称其干重。

1.3.2 草原承载力

根据草场生产力的测定，来计算草场的牧草总产量，计算公式为：

牧草总产量=草场初级生产力×草地面积

根据中国家畜饲草量需求最新标准〔5〕，每羊单位每天需饲草量为1.8kg，一年以365d(days)计算，每月天数按当月实际天数计算。每月草场可提供的牧草总产量计算公式为：

每月牧草产量=乌审旗草场初级生产力×饲草因子×草地面积

在冬季，考虑到牧草的损失量，此时，可利用饲草量为牧草总产量的1/4〔6-10〕，其余季节可利用饲草量为牧草产量的1/2。家畜理论承载力计算为：

家畜理论承载力=可利用牧草产量/每家畜全年需草量

家畜全年需草量为1.8×365kg。

根据不同月份的家畜调整因子计算每月份的家畜数量，计算公式为：

每月份调整家畜数量=家畜数量×家畜调整因子

家畜每月所需饲草总量计算为

饲草需求量=每月调整家畜数量×1.8×每月天数

当月的草畜平衡状况为每月可利用饲草量减去家畜饲草需求量，即

草畜平衡=可利用饲草量-家畜饲草需求量

每月草场承载力是超载或者仍有潜力的计算公式为：

超载/潜力=草畜平衡/(1.8×家畜数量)

1.3.3 草地监测数据与家畜监测数据

本研究参考内蒙古草原勘察规划院2011-2015年利用遥感卫星图片对乌审旗草原多年监测数据以及内蒙古鄂尔多斯市乌审旗农牧业局对家畜多年监测数据。乌审旗草原初级生产力实测数据为2014、2015年测产数据。

2 结果与分析

2.1 乌审旗土地利用类型及草原类型

2.1.1 乌审旗土地类型

2015年乌审旗土地面积116.5万hm2。草地总面积所占比例最大，达到76.51万hm2，其中可利用草地面达到70.71万hm2。荒漠主要分布于乌审旗西北方向，面积约为7万hm2。乌审旗境内大的水域较少。乌审旗土地利用类型分类见图3。

图3 乌审旗植被覆盖图

2.1.2 乌审旗草原分类

乌审旗主要草地类型为：荒漠草原、典型草原、草甸草原。其草地亚类分别为沙地荒漠草原，平原、丘陵荒漠草原，沙地草原，平原、丘陵草原，低湿地草原，盐化低地草原(图4)。荒漠草原主要以油蒿(Artemisiaordosica)为建群种的沙生半灌木丛最为发达，常伴生有中间锦鸡儿(Caraganaintermedia)、沙珍棘豆(Oxytropisgracilima)以及一年生杂草，分布在半固定沙地、固定沙地上。典型草原分布着以短花针茅(Stipabreviflora)、大籽蒿(Artemisiasieversiana)等旱生为主的典型草原植被群落。草甸植被主要分布于滩地和低湿地。中生和湿生的草甸植物发育繁茂，形成大面积的寸草草甸、碱茅草甸、芨芨草草甸。

图4 乌审旗草地亚类图

乌审旗天然草地分属温性荒漠草原、温性典型草原和低地草甸等三个草地类型。其中以荒漠草原面积最大，约占可利用草原面积的67%。从草地的主要类型分析，乌审旗的草原属自然条件恶劣的草原。其大部分植物属于草原向荒漠区系的过渡类型。表1为乌审旗草地亚类的面积。乌审旗草地类型包括荒漠草原，典型草原和草甸草原。沙地荒漠草原是乌审旗可利用草地中占面积比例最高的，达到近60%。平原、丘陵草原和低湿地草甸所占比例较小。

表1 乌审旗草地亚类面积(hm2)Table1 The area of Wushenqi grassland subclasses

2.2 乌审旗草场初级生产力及生态承载力

2.2.1 乌审旗不同草地类型初级生产力

草地初级生产力受气候因素等影响强烈，年度间变化较大。因此，本文选取内蒙古草原勘察规划院对乌审旗草原(2011-2015)年的草地初级生产力监测数据。表2示出乌审旗2011-2015年各草地类型的草地初级生产力，其中2012年平均初级生产力最低，仅为389.3kg/hm2。2011年的初级生产力为419.7kg/hm2,2013年初级生产力为429.1kg/hm2，2014年初级生产力为398.3kg/hm2。2015年乌审旗草原的平均初级生产力最高，达到447.3kg/hm2。

表3为2014-2015年野外实测乌审旗草原5个实验区的草地初级生产力数据。2015年乌审旗草原实验区测得初级生产力为344.2kg/hm2。2013年为388.2kg/hm2。

根据乌审旗各类草地亚类初级生产力数据，乌审旗草原的初级生产力的潜力大小顺序为：平原、丘陵荒漠草原>低湿地草甸>沙地荒漠草原>盐化低地草甸>平原、丘陵草原>沙地草原。

表2 2011-2015年乌审旗草场不同草地亚类初级生产力(kg/hm2)Table2 2011-2015 Wushenqi NPP of different grassland

表3 2014-2015年乌审旗草原实测不同草地初级生产力(kg/hm2)Table3 2014-2015 Based on experiment to measure NPP of Wu Shenqi grassland

2.2.2 乌审旗草场牧草产量

基于利用卫星遥感图片判读所得乌审旗2011-2015年草地初级生产力数据和乌审旗草原面积计算乌审旗2011-2015年牧草总产量和可利用饲草产量。计算结果如表4所示。

表5为基于2014-2015乌审旗5个实验区的草地初级生产力测定数据，计算乌审旗牧草及饲草产量。

表4 2011-2015年乌审旗牧草及可利用饲草产量Table4 2011-2015 Wu Shenqi grass and forage production

表5 2014-2015年乌审旗牧草及可利用草量Table5 2014-2015 Wu Shenqi grass and forage production

2.2.3 2015年乌审旗草原生态承载力

2.2.3.1 乌审旗草原生态承载力

利用前文所述载畜量计算公式计算乌审旗草原理论载畜量。结果如表6所示。乌审旗草原2011-2015年家畜数量全部处于超载状态。超载量80-95万SU(Sheep Unit)。利用乌审旗2014-2015年实测草地初级生产力数据计算乌审旗草原承载力，结果如表7所示。2014年乌审旗理论承载力为18.5万SU，实际家畜数量为117.5万SU，超载99万SU。2015年乌审旗理论载畜量为20.9万SU(2015年实际家畜统计尚未完全)。

表6 2011-2015乌审旗草原承载力Table6 2011-2015 Wu shenqi Grassland Carrying Capacity

表7 2014-2015乌审旗草原承载力Table7 2014-2015 Wu shenqi Grassland Carrying Capacity

2.2.3.2 乌审旗草畜平衡计算

2.2.3.2.1 基于遥感图片判读乌审旗初级生产力计算草畜平衡

根据李青丰关于草畜平衡的算法〔10〕，引入饲草调整因子和家畜调整因子计算乌审旗草原各月份以及全年草畜平衡状况。饲草调整因子和家畜调整因子详见表8。

表8 乌审旗草场各月份家畜调整因子与饲草调整因子Table8 Wu shenqi each month livestock pasture and forage adjustment factor

家畜调整因子Livestockadjustmentfactors饲草调整因子Forageadjustmentfactors四月April0.800五月May0.920.11六月June1.000.45七月July1.080.68八月August1.131.00九月September1.081.03十月October0.950.91十一月November0.760.85十二月December0.570.79

表9示出乌审旗草原2015年各月份的草畜平衡状况。统计羊单位数来自内蒙古鄂尔多斯市乌审旗农牧业局对2015年全年的家畜数量统计数据。调整羊单位数是利用统计羊单位数×家畜调整因子所得。草地生产力是用乌审旗草地初级生产力×饲草调整因子所得。如结果所示，乌审旗草原在1-5月处于草畜不平衡状况，家畜数量超载。7-12月乌审旗草原可利用饲草有剩余，其仍有饲养更多家畜数量的潜力。

表9 乌审旗草畜平衡状况Table9 Wushenqi balance between grassland and livestock

如图5所示，乌审旗草原1-4月初牧草产量几乎为0，1-2月家畜数量有所降低。整个春季甚至到夏季初乌审旗家畜牧草需求量远远高于草地牧草产量，草畜处于严重不平衡状态。乌审旗草原牧草产量在5-8月大幅度增长，到9月达到牧草产量的最大值。6月初乌审旗草原牧草产量与家属饲草需求量近似相等，草畜达到平衡状态。7-12月，乌审旗草原牧草产量均高于家畜饲草需求量，乌审旗草原具有更多家畜数量的承载潜力。进入冬季(10月底-12月)牧草产量迅速降低。此时，乌审旗草原的初级生产力为零，牧草保存率近50%。

图5 家畜需草量与可利用草量(单位：kg)

2.2.3.2 基于实测乌审旗草原初级生产力计算草畜平衡

同上，用饲草调整因子和家畜调整因子计算乌审旗草原草畜平衡状况。结果如表10所示。实测2015年乌审旗草原初级生产力为344kg/hm2。如结果所示，乌审旗草原在1-6月处于草畜不平衡状况，家畜数量超载。7-12月乌审旗生态敏感区草原可利用饲草有剩余，其仍有饲养更多家畜数量的潜力。乌审旗草原全年的饲草产量并不能满足现有的家畜对饲草的需求量，家畜处于超载状态。

表10 基于实测初级生产力评价乌审旗草畜平衡状况Table10 Based on measured NPP to evaluate Wu Shenqi balance between grassland and livestock

图6示出乌审旗家畜需草量与可利用牧草量的曲线关系。乌审旗草原在1-4月牧草产量几乎为0,4-9月牧草产量持续增加，在9月达到牧草产量最大值。6月中旬家畜需草量与可利用草量相等，达到草畜平衡状态。10-11月牧草产量快速下降。11-12月可利用牧草下降减缓，减少量为牧草损失量。

图6 家畜需草量与可利用草量

3 讨论与结论

3.1 讨论

乌审旗位于毛乌素沙地境内，毛乌素沙地草原以荒漠草原为主，土壤易发生沙化现象，降雨集中在夏季(7-9月)，草原生产力偏低，仅为300-700kg/hm2。可利用草场面积约为71万hm2。可利用牧草量约14-18万T。乌审旗可利用草原理论家畜承载力为18-30万SU。

如前文所述，2015年，利用卫星遥感判读乌审旗草原草地初级生产力为447.3kg/hm2，而乌审旗草原实测草地初级生产力仅为344.5kg/hm2。究其原因是利用遥感技术判读草地初级生产力所包含的草原类型为荒漠草原、典型草原、草甸草原，而野外实测草地初级生产力时，随机选取样地的草地类型以荒漠草原为主，典型草原、草甸草原囊括较少，所测初级生产力数据偏低。相比遥感判读，野外实测草地初级生产力时间为7月末，为一次测算，并没有考虑牧草的再生利用。此外，利用遥感判读草地初级生产力数据由于图片分辨率，天气等原因会造成一定的判读误差。而野外实验测定草地初级生产力时，一些人为因素会造成测定数据的误差。所以两者对乌审旗草原初级生产力的测定会存在一定差距。

根据乌审旗农牧业局近年的家畜数量监测数据，2011-2015年乌审旗家畜数量都在100万头以上。与乌审旗可利用草原理论载畜量相比，乌审旗家畜处于超载状况，超载近85-95万SU。乌审旗全旗2015年人工草地面积为1.41万hm2，青贮草地3.4万hm2，饲料玉米地为3.1万hm2〔12〕。2015年乌审旗人工草地与青贮草地牧草总产量为35.8万T,可以解决约54.5万SU的牧草需求。乌审旗可利用草原加之人工草地等所提供牧草可解决近85万SU的饲草问题，还有约40万SU的饲草料不能依靠乌审旗自供。

2014年乌审旗草原承载力为20.9万SU，人工草地等可承载近60万SU。其实际家畜数量预计稳定在125万SU上下。如此计算乌审旗2015年仍有近45万SU超载，饲草缺口约为29.6万T。未来几年乌审旗解决草畜不平衡状态应注重人工草地及青贮草地的发展，以加大人工草地的承载能力，降低天然草场的放牧压力。同时，减缓家畜增长速度，加快家畜循环速度，使家畜数量保持在“健康”范围内。

如上所述，乌审旗家畜数量超载近80-95万SU，草畜处于不平衡状态，尤其是1-4月，乌审旗草畜不平衡状态加剧。解决乌审旗草畜不平衡问题主要方式包括以下几种措施：首先应按时间段大面积实施以“禁牧、休牧”为主的草原生态保护措施。对于整个乌审旗草原在1-4月实施全面、严格禁牧，全年对乌审旗草原生态较脆弱地区实施严格禁牧。在7-10月，对于乌审旗可利用草原实施长周期的轮牧措施，保证在不破坏草地生态环境的前提下利用乌审旗草地资源。其次“舍饲圈养”畜牧业生产方式可以有效地减轻家畜对草地的压力。尤其在冬季以及饲草料短缺季节，舍饲圈养不仅可以保证家畜的生存，同时可以保护乌审旗可利用草原。另外“为养而种”、“种养结合”等措施为主的农牧业互补方式则为“舍饲圈养”提供饲草保证。今后，乌审旗畜牧发展方向应注重结合开发林草资源，退耕还草，发展人工饲料草地种植走禁牧、舍饲和建设养畜的新型畜牧业发展之路。

3.2 结论

在乌审旗当前草地状况下，草地生产力不足以满足家畜饲草需求，家畜数量超载，草畜处于不平衡状态。乌审旗草原1-4月缺草严重，其草原承载量超载近95万SU。7-12月可利用牧草量有剩余，乌审旗草原具有20万SU左右的承载潜力。

〔1〕马蔼乃.遥感信息模型〔M〕.北京:北京大学出版社,1997.15-21.

〔2〕李志熙,廖允成,白岗栓.毛乌素沙地植被特征与建设〔J〕.水土保持报,2005,25(5):66-74

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〔6〕李青丰.草畜平衡管理系列研究(1)-现行草畜平衡管理制度刍议〔J〕.草业科学 2011.28(09).1774-1779.

〔7〕李青丰.草畜平衡管理系列研究(2)-对现行草地载畜量计算方法的剖析和评价〔J〕.草业科学 2011.28(11)1998-2001.

〔8〕李青丰.草畜平衡管理系列研究(3)-草畜平衡核算方法改革〔J〕.草业科学 2011.28(12).2190-2195.

〔9〕李青丰.草畜平衡管理系列研究(4)-草畜平衡计算软件开发〔J〕.草业科学 2011.29(01).117-121.

〔10〕李青丰.草畜平衡管理系列研究(5)-牧草产量月动态变化〔J〕.草业科学 2011.29(04).280-285.

The carrying capacity of Mu Us grassland

Zhao Chenguang,Li Qingfeng

(Sand of forestry research institute, Inner Mongolia Alxa left banner 750306;College of Grassland Resources and Environment，Inner Mongolia Agricultural University,Hohhot 010019,China)

According to the natural condition of the Mu Us Desert, the sandy land is divided into 3 types area: Desert grassland, Prairie Meadows, Typical grassland. Using the method of satellite remote sensing and field calculation to determine NPP in WUshenqi in 2011-2015.Using the adjustment factors of livestock and forage to Calculate the whole year and seasonal livestock balance in Wushenqi in 2015. The grassland of Wushenqi NPP in 2011-2015 were 369.7kg/hm2、309.3 kg/hm2、363.1 kg/hm2、339.3 kg/hm2、447.3 kg/hm2. The area of grassland was 710000hm2. The number of livestock was 110-130 ten thousand sheep unit.Using the“ Livestock adjustment factor ” and “ Forage adjustment factor ” to calculate the balance between the grassland and the livestock. In2015, the NPP of Wushenqi grassland was 447.3kg/hm2, the production of forage was 180000 ton, Theoretical livestock carrying capacity was 3730000 sheep unit. The actual number of Wushenqi livestock was 11740000 sheep unit. The number of livestock was overload 800000 sheep unit. The gap of forage was 526000 ton. From January to June, the production of forage was less than the forage demand. From July to December, the production of forage was more than the forage demand.

TheMuUsDesert,NPP,TheBalanceofGrasslandandLivestock,SoilErosion

S127；S812.5

A

2095—5952(2016)04—0007—11

2016-03-29

赵晨光(1986-)，男，内蒙古阿拉善盟人，主要从事草地生态学研究。