喀斯特石漠化地区草地承载力研究进展与展望

郭 涛， 熊康宁 ， 刘肇军， 池永宽， 宋淑珍

（1.贵州师范大学喀斯特研究院/国家喀斯特石漠化防治工程技术研究中心，贵州贵阳550001；2.遵义师范学院，贵州遵义563006）

20 世纪初，帕克和伯吉斯在人类生态学杂志中提出了承载力的概念， 即某一特定环境条件下（主要指生存空间、营养物质、阳光等生态因子的组合）某种个体存在数量的最高极限（郭秀锐等，2000）。承载力理论最初应用于草地畜牧业是在北美、南美等一些草原地区，是指准确反映草地生态系统容纳牲畜压力的最大能力（萨仁高娃，2015）。由于草地开垦利用、过度放牧等原因，草地退化迅速而严重， 为有效管理草原和取得最大的经济效益， 将承载力理论引入草原管理当中 （邓波等，2003）。 国内外研究学者研究了草地承载力，他们认为自然生态系统的承载力应以载畜量来衡量（Benshahar，1993；Lockwood 等，1993）。 本文针对草地承载力在喀斯特地区的研究现状， 阐述草地承载力对草地畜牧业的发展作用， 以期推动石漠化地区草地畜牧业的发展， 为石漠化治理研究提供参考与借鉴。

1 喀斯特草地承载力研究进展及展望

1.1 文献的获取与论证 以中国知网全文数据库、外刊资源服务系统、CALIS 文献检索系统、Spinger Link、EBSCO 学术资源检索平台为基础进行文献检索。首先用中国知网数据库以“篇名”及“关键词”为检索项，分别输入“草地承载力”进行初次检索，在此结果中以检索项“全文”用“喀斯特地区”、“石漠化地区”进行二次检索；检索时间截止到2018 年12 月；文献范围为全部期刊、硕士学位论文、博士学位论文、中国会议、国际会议、报纸和专利7 项等。 其次，再以Spinger Link 为主的4 个外文检索网站中分别以检索词 “carrying capacity of grassland”、“karst”等进行检索。 最后按照“草地承载力对喀斯特地区的影响” 的研究目的进行人工甄别和筛选。 通过以上检索和筛选共获取文献225 篇，其中，中文期刊文献124 篇，会议类文献5篇， 硕士与博士学位论文分别为15 篇和8 篇，报纸1 篇，专利1 篇，国外期刊文献71 篇（图1）。

1.2 文献年度分布 通过检索得出我国对于草地承载力的研究开始于1996 年的福建、内蒙古等研究区，在上世纪60 年代，德国就以非洲肯尼亚为研究区域开始研究草地承载力的分析， 国外对草地承载力的研究较中国发展早了近三十年。1966—2018 年，国内外对草地承载力的研究大致可分为三个阶段（图2）。 第一阶段为1966—1998年， 关于草地承载力在喀斯特地区的研究处于萌芽阶段，研究数量少；第二阶段为1998—2008 年，相关研究处于缓慢发展阶段；第三阶段为2008 年至今，处于快速发展阶段。

1.3 文献类型分布 将225 篇文献根据研究类型分为理论研究、技术方法、技术示范、监测评价、其他类型五类 （图3）。 其中， 理论研究类文献占53.34%，技术方法类文献占19.69%，技术示范类文献占13.06%，监测评价类文献占9.31%，其他类型文献占4.60%。随着科研学者对草地承载力研究的不断加深，监测技术的日渐成熟，草地承载力的提高是喀斯特地区防治石漠化问题的先导条件，也是石漠化地区发展生态畜牧业的重要途径。 随着社会对生态文明重视程度的加深， 草地承载力的作用愈加重要， 但我国对于草地承载力方面的研究还处于摸索前进阶段，大多以理论研究为主。

1.4 文献的区域分布 综合所有的研究文献，关于草地承载力的研究大多集中在热带、 亚热带以及温带等地区，涉及范围广，外文文献大多集中于北美洲、欧洲和亚洲等区域，非洲、南美洲等地研究数量较少（图4）。 其中中国发表文献数量最多，达到20 篇，占总数的28.17%，德国位于第二位，发文量达到10 篇，占总数的14.08%，其次是：美国、英国、法国、澳大利亚、意大利、荷兰、印度、巴西、阿根廷、伊朗、日本、肯尼亚等。 在124 篇国内文献中， 北京市关于草地承载力的研究最多，达21 篇，第二、三位的分别是甘肃和内蒙古，数量分别为18 篇、15 篇，然后是贵州、四川、云南、广西、福建、江苏、广州、重庆、浙江、青海、湖南、陕西、安徽、山东、天津、湖北、河北、辽宁、河南（图5）。

1.5 文献单位分布 所有文献中由于研究单位众多，仅统计发表2 篇以上文献的单位，共27 个单位（图6）。 排名前五的分别是兰州大学、中国科学院地理科学与资源研究所、西北农林科技大学、甘肃农业大学和西北师范大学， 五所高校分别发表文献数量为8 篇、5 篇、4 篇、4 篇和3 篇。 在这些国外研究单位中，德国哥廷根大学位居第一。综合来看， 高校和专门从事草地承载力研究的单位发表的论文数量较多。

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1.6 研究阶段划分 通过所得文献进行总结发现，我国率先应用草地承载力的是内蒙古、福建等地，而早在1966 年，德国研究了非洲肯尼亚不同农业发展方式， 对农牧业发展研究提供了理论基础。从1966 年至今，草地承载力的研究不断深化发展，根据研究的主要特征和发展背景，可将该领域分为萌芽阶段、缓慢发展阶段和快速发展阶段（表1）。

2 国内外主要研究进展与标志性成果

2.1 理论研究

2.1.1 承载力的理论研究日益完善， 为载畜量的研究奠定了基础 Hadwen 和Palmer 最先将 “承载力”一词引入草原管理学（Hadwen 等，1992）。在不同的发展阶段与资源条件下， 孕育了不同的承载力概念和理论。 高吉喜（1999）定义了生态承载力的概念， 即生态系统的自我维持、 自我调节能力， 资源与环境的供容能力及其可维育的社会经济活动强度和具有一定生活水平的人口数量。 在粮食危机、人地矛盾日益加剧的情况下，科学家提出了土地承载力的概念。在环境污染蔓延全球、资源短缺和生态环境不断恶化的情况下， 科学家相继提出了资源承载力、环境承载力、生态承载力等概念（邓波等，2003）。 随着承载力理论的发展，进而衍生了载畜量的科学含义，1903 年建立的圣丽塔实验场（SRER）（Martin 等，1973），推动了草地载畜量的研究发展。 承载力与载畜量的区分日益严谨。

表1 草地承载力对喀斯特地区影响的阶段划分

2.1.2 草地承载力的模拟模型、 技术方法等日趋多样化， 使计算承载力的指标更加全面 随着社会的发展，草地承载力的模拟模型、技术方法也更为多样。 目前较为准确的计算草地承载力方法是侯扶江（2003）的草地健康评价指标，他将草地承载力定义为草地在某一利用方式下， 通过CVOR健康评价， 处于健康阈的草地的利用程度及其对应的生产水平。 1965 年构建的生态系统等级模型，是后续研究草地承载力生态模型的基础（赵国梁等，2014）。 随后，出现了以放牧率为水平变量，家畜数量和放牧密度作为响应变量的牧草－家畜供需模型（林慧龙等，2008）。1987 年，草地生产利用仿真模型，最初被用作研究和开发的工具（董丹等，2011）。GRASP 模型用以模拟大范围天然草地和栽培草地产量年际动态， 并用于模拟特定草地降水与草地产量关系， 进而可以计算草地载畜量（McKeon 等，2000）。 依据贝尔曼最优化原则，把不确定性引入动态方程建立的随机化动态规划模型，考虑了时间和风险的共同作用（Bernardo 等，1989）。 草地利用方式的不同，其承载能力也大相径庭， 单纯以牧草产量作为草地承载力指标做出的规划不够全面，可能造成不可估计的后果。

2.1.3 草地承载力不仅仅关注草地本身， 还在于草畜配置等 喀斯特地区土壤贫瘠， 牧草的选择要适应喀斯特特殊的土壤环境，既要保证其产量，选择适应性强的牧草， 也要对草地资源起到保护作用，从而提高草地承载力，进而增加草地载畜量（高渐飞等，2011；林明月，2011；施建军等，2006）。保守放牧策略表示草地放牧率保持相对恒定且不超过干旱年份草地的载畜能力， 避免干旱年份过牧的家畜损失和植被退化（Sandford 等，1983）。 由此众多专家学者针对不同等级石漠化提出了具体的、具有符合区域社会经济发展的典型子模式，即混农林业复合经营模式、生态畜牧业模式、人造经济林模式、特种用途林模式、林草间作模式、人工种草模式、人工造林模式、封山育林育草模式（熊康宁等，2005）。可见，在喀斯特地区发展草地畜牧业需通过提高草地承载力达到草畜平衡等多方面的措施，最终达到治理石漠化的目的。

2.1.4 草地的监测评价、 管理技术的日益完善草地承载力的关键在于监测管理。在自然资源、社会经济状况、 畜牧业生产状况及草地和家畜饲养现状进行全面调查的前提下， 对当地的气象条件和草地植被、土壤及家畜三个方面进行动态监测，建立关于草地承载力数据库，并基于遥感、GIS 和模型技术的时空过程参数获取的方法体系， 建立和开发草地承载力与家畜承载力评估综合数据库（田莉华等，2016；萨仁高娃，2015）。随机化动态规划模型不但采用当前的植被状态， 也采用当年的实际降水量，建立了干旱、半干旱草地放牧优化管理的经验法则（董全民，2014）。单独使用模拟模型或和计算机决策支持系统联合使用， 在草地生态系统管理中发挥着越来越重要的作用（Hanson等，1999）。卫星影像、航空照片在确定承载力的广泛应用， 使得计算机模拟技术在草地管理中的作用不断增加（刘东霞等，2007）。随着对草地承载力的不断认知，多方面、多因素、多样化、全方位的草地监测与管理技术日益完备。

2.2 技术研发

2.2.1 通过加强草地的保护与建设， 提高草地生产力与可持续利用能力 由于自然条件的限制，加之人为因素的干扰， 使喀斯特地区石漠化问题日益严重， 因此对于提高草地生产力与可持续利用能力，考虑的因素日益全面。四川红原县开展了“草地共管”、“天然草地4+3 放牧管理系统”、“草地管理圆桌会议”等活动（张锦华等，2014）。 对川西北草地资源所在地的牧民社区、定居点、草场围栏、水源、草场划区等方面的生产要素进行系统规划和配套设计（张新跃等，2000）。魏克家等（2000）在四川进行轮牧试验发现冷季牧场实行轮牧比自由放牧可提高草产量、载畜量。 综上所述，综合考虑各种的自然与人文因素， 对草地资源的保护措施与建设才更加完善， 从而才能提高草地生产力与可持续利用能力。

2.2.2 通过优质牧草资源收集与引进， 提升草地资源评价利用的潜力 中国南方喀斯特地区面积广、生态环境极为复杂，生态畜牧业的发展却拥有悠久的历史， 对于我国优质牧草资源的收集也极为丰富。 我国有各种野生饲用植物6704 种，比俄罗斯多了近两千种（卫草源，2016）。我国拥有各类草种资源8900 余种，其中优等和良等牧草分别为295 种和870 种（表2）（蒋尤泉，1995）。20 世纪80年代开始， 我国对于引种和收集国外牧草资源数量激增，截止到2003 年，共从世界50 多个国家引进牧草、饲料作物等品种、品质或种质材料3897个， 隶属9 科84 属337 种 （表3）（师文贵等，2009）。 综上所述，我国牧草资源丰富，潜力巨大，引进国外优质牧草资源经过评价和开发大大提升了草地资源的利用潜力。

表2 我国野生被子植物牧草种质资源的种类组成及饲用价值等级

2.2.3 通过草地与家畜资源配置， 优化草地家畜营养平衡技术 我国对于草畜的资源配置问题大多将其独立开来研究。 单贵莲等（2012）利用灰色关联综合评价， 分析得出紫花苜蓿品质最高的刈割时期是现蕾期，其次是始花期。李海龙等（2007）根据牧草生长季节动态确定不同载畜率， 重点研究家畜采食行为、草地植被演替、土壤特性、家畜生产性能等，确定草地利用的适宜放牧制度。在明确草地营养供给的基础上，根据家畜营养需求，提出适宜载畜量， 建立不同区域草地草－畜优化配置模式（池永宽等，2014）。 结合当地地理条件，开展草畜资源配置的研究， 优化草地家畜营养平衡技术， 建立一套符合喀斯特石漠化地区生态畜牧业发展的草-畜综合生产系统。

表3 1971-2003 年从国外引种的牧草品种或种质统计

2.2.4 草地植被遥感监测方法多样化 Taylor 等（1985） 用NOAA-7 资料计算的归一化植被指数（NDVI）监测草地生产力动态变化。康万杰（2014）利用遥感数据监测生物量， 对草地资源退化问题进行分析。 李韬等（1993）研究了气象卫星监测西藏牧草长势的方法。 张慧等（2005）首先通过现有草地选择适合放牧的区域， 根据牧草种类监测其年产草量。陈爱军等（2012）通过运用MODIS 地表反照率，遥感监测青藏高原草地植被。随着科技的进步， 目前利用牧草种类的波普特性对草地承载力的遥感估测， 为草地承载力的监测与评价提供了快速便捷的方法，但该方法仍有一定的不足，需要进一步发展研究， 以期实现大范围草地承载力的动态检测。

2.3 技术示范

2.3.1 通过对载畜量的调控， 利用遥感技术建立监测模型进行示范 李博等（1995）建立了NOAA卫星比值植被指数与产草量的线性相关模型，并在锡林郭勒盟进行了草畜平衡动态监测试验；李建龙等（1996）在新疆阜康县运用NOAA 卫星估测了草地产草量、载畜量以及草畜平衡问题；杨正礼等（2000）利用Miami 模型计算了高寒草地的气候生产潜力、草地生产潜力和草地载畜量等；钱栓等（2007）利用2003—2004 年青藏高原天然草地产草量观测资料与NOAA/AVHRR 植被指数建立了天然草地产草量反演模型及不同区域尺度天然草地年最大产草量、载畜量估算模型，并建立了天然草地以及考虑补饲后的草畜平衡监测模型。 载畜量的调控从不同水平方向进行监测， 要利用遥感技术建立监测模型， 从而制定适宜的草地载畜量水平，才能进行示范。

2.3.2 通过不同强度的放牧方式， 对划区轮牧进行研究示范 20 世纪80 年代，Martin 等就指出轮牧可以提高牧草的品质与承载力水平 （林明月等，2011）。 Jones 等（1989）在热带草原做了6 年不同放牧制度下植被及家畜生产状况的比较，结果表明轮牧的草产量高于自由放牧。 徐任翔等（1982）对电围栏放牧进行了研究，最终得出电围栏放牧是合理利用草场、 提高草地承载力的重要途径。 章祖同等（1991）在短花针茅荒漠草地的研究表明， 无论草地植被还是家畜体重均显示轮牧优越。 王淑强（1993）对划区轮牧的设计方法及线性规划的研究发现， 线性规划放牧管理比一般放牧管理的草地承载力高近三倍；舒健虹等（2018）在贵州喀斯特地区的试验表明，在禁牧（对照）、中度放牧与重度放牧3 种条件下，禁牧不是治理石漠化最优的措施。 我国南方喀斯特地区通过不同强度放牧方式的研究，既要保证牧草的产量与品质，又要提高草地承载能力， 从而为石漠化地区草地畜牧业发展提供因地制宜的理论依据与技术支撑。

2.3.3 通过环境质量监测方法， 对区域生态环境质量进行监测示范 20 世纪90 年代开始， 我国对于环境质量研究取得了一些成果。 李晓芳等（1997）基于综合评价方法，从不同角度对北京山区、 五指山自然保护区及山西省等地的区域生态环境进行评价， 在应用中提出了山区生态环境质量评价体系。 李峰（1997）以宁夏回族自治区作为试点区域， 提出了荒漠化监测中生态环境与社会经济综合评价指标体系级评价标准， 从而建立了评价模型，并对评价指标体系和方法进行了验证。赵跃龙等（1998） 通过对脆弱生态环境的分析，选择了9 项评价指标对全国26 个省份生态环境脆弱度进行评价并进行了生态环境脆弱性分区。 赵红梅等（2013）在区域生态环境脆弱性分区的基础上， 提出了以AHP 方法为基础的综合评判模型，对喀斯特地区脆弱环境要素状况进行了评价。 总体来说，环境质量监测评价的研究发展，为草地环境质量监测评价提供了系统性、完整性、科学性的理论支撑， 为以后喀斯特地区草地环境质量监测评价示范提供了科学方法。

2.4 监测评价

2.4.1 重点监测草地放牧的强度指标与分级 按照我国目前刚刚颁布的家庭牧场草地放牧强度的分级（国家质量监督检验检疫总局，2017），根据农业部发布的《天然草地合理载畜量的计算》标准，借鉴家庭牧场草地放牧强度， 结合喀斯特地区草地的放牧利用现状， 对喀斯特地区的草地放牧强度进行监测（表4）。

表4 家庭牧场草地放牧强度分级

2.4.2 草地划区轮牧效益评价 不同草地资源类型的划区轮牧对家畜牧食行为及体重会产生影响， 划区轮牧在植被群落和土壤理化性状上较自由放牧更有研究价值， 不同草地资源类型的划区轮牧所产生的效益与成本各有不同（表5），划区轮牧对于我国喀斯特地区草地也同样具有示范推动作用。

划区轮牧既能促进草地生态系统的良性循环， 又能起到保护草地资源与恢复生态环境的作用， 同时为促进草地畜牧业的集约化经营提供了良好示范作用。划区轮牧可增加牧民收入，使得当地草地畜牧业呈现可持续发展， 更对草地利用方式的改善产生促进作用。

表5 不同草地类型划区轮牧经济效益评价

2.4.3 环境质量评价监测方法 早在1969 年美国就将环境质量评价制度化。 我国从20 世纪80年代开始对环境质量评价检测进行研究， 重点是农业生态系统，其次是城市生态环境质量评价，进而涉及区域环境区划、山区生态环境、土地可持续利用和省级生态综合评价等方面（陈全，2014）。 目前国内对于生态环境评价体系并不完善，但方法很多，总结起来分为生态环境评价的单项评价法和综合评价法，单项评价法是生态环境综合评价法的前提和基础（刘桂香，2009；王密，2005）。 喀斯特脆弱的生态环境对于环境质量评价监测方法的选取，应需要注重全面、系统、科学。石漠化治理必须从区域生态、经济、社会及资源状况的实际出发，以自然资源可再生能力和环境承载力水平为限度，应用产业经济学、 现代高新技术和系统工程的理论与方法，实现区域生态平衡和自然资源永续利用（梅再美，2017）。 环境质量评价监测方法对我国草地生态系统现状做出更完备的科学评价，从而为草地畜牧业可持续发展战略实施提供依据。

3 研究展望

发展生态草地畜牧业是推动我国畜牧业转型、 解决人畜矛盾激化的关键。 然而随着草地畜牧业的发展，草地承载力的压力与日俱增，如何提高草地承载能力， 成为缓解畜牧业危机和确保畜产品安全的新途径。 但由于我国草地畜牧业发展起步较晚，草地承载力技术的复杂性，现阶段我国草地承载力研究仍存在亟待完善的地方。

3.1 针对草地资源管理问题，建立因地制宜的适应性管理机制，从而适应草地生态系统 喀斯特地区特殊的地貌， 为草地畜牧业的发展提供了先天优势， 草地畜牧业的发展离不开对草地资源的利用。 草地资源的管理对于草地畜牧业的发展至关重要，适应性管理机制自产生以来，受到了普遍的关注与重视，应用的领域日益宽广，由此在理论与实践中产生的问题不断涌现， 探索因地制宜的适应性管理机制尤为关键。 国内外对于草地适应性管理机制的研究都取得了丰硕的成果， 但对于这些成果的整合方式方法以及由此衍生的等级、尺度推演等问题还有待解决（任继周，2004）。适应性管理机制是一个长期、持续的计划，需要各方面的人力、智力、物力和财力的投入，同时做好多学科、多领域和多方位的结合，为喀斯特石漠化地区的草地畜牧业进一步发展打下基础， 最终才能够应对复杂的草地生态系统。

3.2 针对草地与家畜资源配置的核心问题，完善草地饲料计划，达到草畜平衡 喀斯特地区交通闭塞，当地草地畜牧业发展长期处于缓慢状态，经营方式落后，人民生活贫困（熊康宁，2005）。草本植物众多是发展草地畜牧业的重要前提，贵州草地有众多野生禾本科植物，而当地居民的放牧活动未能考虑草地载畜量与环境问题，致使喀斯特地区草地承载力日益下降。国内外专家学者在草地与家畜资源配置问题上有了一系列的研究成果，在大尺度上的草畜平衡遥感监测被更多国家或者草地管理人员利用。牧场尺度上的草畜平衡才是草地合理利用的关键， 草地饲料计划是草畜平衡管理的中心内容（池永宽等，2015）。 为此必须将监测牧草生长与家畜生产能力相结合，才能核查实际水平与预测水平之间存在的差距，并及时加以调控。

3.3 针对牧草资源效益的问题，建立健全牧草管理技术体系，形成市场竞争力 牧草资源需要严格且完善的管理技术体系才能创造出更大的经济与生态效益，牧草的效益提高，才会在草地畜牧业的发展中占得先机，形成市场竞争力。牧草种植技术人员应该采用企业体制管理，形成激励机制，现代化加工和全球化销售系统面对全球一体化的大局，草业的加工销售须采用现代化设备，建立全球化销售网络（刘智敏等，2004；任继周等，1990）。草业的发展规模不宜过小，至少以县（乡）为单位，落实上述各项措施，全方位建成现代化草业（任继周等，2011）。 明确农牧户的目标、优化牧草种植-销售模式、强化牧草产业的科技与政策支撑，建立健全牧草管理技术体系，还有待进一步规划发展。

3.4 针对草地承载力的试验问题，加强草地科研示范基地建设，为应用推广提供场所 我国喀斯特地区石漠化严重，加之农户不合理的放牧活动，使草地承载能力不断退化， 要改变传统粗放型的放牧方式，开展禁牧、轮牧等措施，合理利用草地资源，提高草地承载能力。针对草地承载力的研究试验，从试验的准备、种植、耕作、收获、加工等都是在野外基地进行的， 而第一手数据需要连续性和准确性， 因此草地承载力的研究更加需要建设完备的野外基地。 野外基地为科学试验提供了野外试验场所， 为科研院校等提供了培养人才的平台，同时也为科研成果示范提供了展示场所。因此要加强基地硬件设施，提升基地软件建设，配备高素质管理人才，将项目型基地变为经营性基地。

3.5 针对草地环境质量问题，制定合理草地环境质量监测评价标准，为相关决策提供依据 喀斯特地区石漠化的加剧与当地生活水平的提高，使人们对草地环境质量的重视程度越来越高， 国内外对环境质量的研究大多集中于城市环境综合评价上，在研究内容上，大多以水污染和大气污染为主，对于草地环境质量缺乏足够的重视，对于草地环境质量监测大多以定性描述为主， 没有准确的数据分析。建立草地资源环境质量监测评价机制，建立国家-省市-地县三位一体的环境质量和草地灾害监测评价及预警平台， 要实时监测草地生态环境质量变化状况及其规律， 定期发布监测评价结果， 及时发现问题、 解决问题 （皇甫江云，2014）。 对于我国草地环境质量的评价首要任务就是要制定合理的草地环境质量监测评价体系与标准，使我国的草地环境质量监测评价规范化、系统化、标准化，为管理部门和生产部门的相关决策提供科学依据。

3.6 针对草地承载力降低、草地畜牧业产业链条不完整问题，研发高附加值畜产品 喀斯特地区发展草地畜牧业是兼顾修复生态与推动区域经济发展的重要举措， 但目前喀斯特地区的畜产品类型单一且附加值低，产业链条不完整，因此应延长产业链，发展畜产品的深加工，促进畜产品的多元化，提高产品的附加值，增强草地承载力对畜牧业的支撑力度，实现生态效益、经济效益与社会效益的协调发展。