黄土丘陵沟壑区草地资源利用空间结构研究安塞纸坊沟流域草地资源利用空间结构及其畜牧业发展潜力

黄土丘陵沟壑区草地资源利用空间结构研究安塞纸坊沟流域草地资源利用空间结构及其畜牧业发展潜力

干旱地区和半干旱气候的黄土山区，植被是其重要的自然资源。但是,长期以来,不合理的土地利用方式导致区域草地严重退化,水土流失严重,给区域的生态环境和经济发展都带来了不良影响。探索植被恢复途径,遏制环境恶化趋势,寻求区域发展始终是研究的热点。随着国家退耕还林(草)政策的实施,给区域天然草地的恢复与重建,以及人工草地的发展与利用带来了新的契机。种草养畜以其环境亲和特点,以及稳定的生产和较高的产品商品率,在黄土丘陵沟壑区受到越来越多的重视。因此,在以往大量强调单一植被恢复与利用研究的基础上利用GIS空间分析功能,综合研究流域草地资源利用模式和规模,这对合理、有效地开发和利用区域草地资源具有重大的指导和实践意义。1不同坡向的草地安塞纸坊沟流域属于黄土高原典型的梁峁状丘陵区,处于暖温带森林草原过渡带,植被以灌草为主。本流域草地植被主要为暖温型干草原成分。阴坡(北向坡)、阳坡(南向坡)因水热条件的差异,草地类型和组成上存在明显不同。阳坡以旱生、中旱生植物为主,主要优势种为茭蒿、铁杆蒿、白羊草、长芒草和白刺花等;阴坡以旱中生、中生植物为主,如铁杆蒿、茭蒿和甘青针茅等;北坡封禁后有锦鸡儿、柔毛绣线菊、虎榛子和丁香等灌木生长。天然草地的主要优势种白羊草是一种优良牧草,适口性好,且有较高的蛋白质含量。其它常见优良牧草还有兴安胡枝子、糙隐子草、山野豌豆、二裂叶委陵菜、白刺花和柠条锦鸡儿等。但因超载过牧、草地退化严重,不仅产草量低,而且优质牧草比重下降,劣质草比重增加。流域人工草地主要包括豆科及禾本科灌草,如沙打旺、苜蓿、红豆草、柠条、无芒雀麦、白刺花、山野豌豆等。2社会经济状况调查,即建立“流域地形对流域1997年1∶3.5万航片进行目视解译,结合2001年实地调查结果,绘制出纸坊沟流域土地利用现状图。通过数字化,提取流域等高线,生成流域地形图。2001年3～4月份在该流域进行社会经济状况调查,包括农户家庭土地利用比例,经济收入及构成,以及劳动力年龄构成、受教育程度等方面,有效样本数为76,占研究对象的近70%。鉴于在该流域集中、定点的科学研究延续近30年,积累了大量丰富的信息,尤其是植被方面,作者主要通过收集近年有关该流域牧草研究方面的资料,结合土地利用图,来研究流域草地资源特点及现状。3分析与结果3.1发展畜牧业，丰富牧场资源，相对优越的社会经济条件3.1.1土地利用状况分析,主要有土地根据流域地形图(图1)可以看出,流域陡坡面积很大,>25°的面积占总面积的60%左右。在退耕还林中具有重要意义的15°～25°之间的土地面积也相对较多,占总面积的四分之一左右,而15°以下的面积只占到总面积的19%。原有种植在25°以上的坡耕地随着国家退耕还林政策的实施,也将逐渐被解放出来。因此,该流域大部分地段不适合发展集约化种植业。通过流域土地利用状况分析(见图2)发现,流域目前耕地面积只占到13.04%,其中梯田、川地面积占68.75%。整个流域草地面积较大,占整个流域面积的三分之一,加上分布在离村庄较远的退耕地和远山上的荒地,面积可占到51.4%,为畜牧业生产提供了丰富的土地资源。3.1.2牧草资源可再生资源丰富,生产力可显著提高根据李代琼等长期的试验研究结果表明,区域人工牧草的水分利用效率高,通常是天然草地的2.2～7.1倍,而且人工牧草的水分有效利用系数(MAX=0.84)远高于撂荒地的0.12。水分条件越好,利用效率越高。这对干旱、半干旱的黄土丘陵区来说十分重要。人工牧草的光合效率高。多年生草本,尤其是多年生豆科牧草在本区能比农作物创造更多的光合产物,如苜蓿,在本区光合效率可达粮食作物的三倍。因而,牧草的干物质产量高,产投比高于其它生产方式。人工牧草不仅能有效地利用水资源,而且生长期长,生长期内光照时间长(见图3),能充分利用当地丰富的光照资源,从而土地生产力得以显著提高(见表1)。一般来讲,坡耕地作物平均单产600kg/hm2左右;天然草地因超载、过牧,一般鲜草产量为750～1800kg/hm2;而人工草地鲜草产量可达10t/hm2以上。大量研究证实,植被,尤其是草本植物的生长增加了土壤中氮和有机质含量,同时改善了土壤结构,土壤水稳性团粒结构、孔隙率、水分渗透速率和持水能力大增。目前流域天然草地主要分布于沟谷陡坡,条件最恶劣,农林生产难以利用的土地上。此外,沟间地亦有一些超过25°的陡坡地,由于被开垦为农地,土壤侵蚀模数往往可达到2万t/km2,一般每公顷粮食产量仅450～600kg。一旦退耕种草,土壤肥力和土地生产力便可以大幅度提高。在种过4～5年生沙打旺的土地上种谷、糜连续3年,产量为对照坡耕地的2.2～3.0倍。相同条件下,草灌地的减沙效益大于林灌地。3.1.3农林牧用地结构优化,提高了土地产出根据2001年社会经济调查结果,以及以往的统计资料显示,退耕以前,养殖业也曾是流域经济的重要组成部分。在调查的76位农户中,58户有过养殖经历,其中养羊在20只以上的有18户,最多达100多只。“七五”以来,为了保护果园和林草的发展,压缩了羊只的生产,导致牧业收入大大降低。大面积天然草地的存在,以及随着退耕还林草政策的实施,流域出现大面积退耕荒地,为人工草地的建立提供了丰富的土地资源;远离城市污染,加上天然的封闭地势能有效阻止疾病的传播,易于生产优质畜产品。此外,作为农户家庭收入来源的另一个重要组成部分——家庭果业,近年来由于果品市场日渐饱和,竞争十分激烈,收入低且不稳定。2001年,家庭果业收入近乎为零。同果品及农产品比较而言,畜产品销售灵活,市场相对稳定,不致给养殖户带来大的经济压力。徐学选(2001)等曾利用线性规划方法,对黄土丘陵区的农林牧用地结构进行优化设计,以最大收入为目标函数,在生态、社会效益需求曲约束下.优化后的用地结构中牧草地占到37%。因此,人工种草,积极发展畜牧业,不仅符合流域的生态利益,也有利于流域的生产发展。3.2生态生产区划分根据流域地形特点、土地利用现状以及流域生态生产特征,通过GIS空间分析,划分流域生态生产区:农林果高效农业生产区,人工灌草高效牧业生产区,天然乔灌草轮牧区,以及天然植被恢复区(见图4)。其分布特征及资源利用特点如下:3.2.1山地和丘陵主要是指环村中心地段,总面积约2.61km2。地形相对平缓,绝大部分地段坡度在25°以下,大于25°的土地占11%,沟谷地面积为0.36km2。除去大于25°以上的陡坡地和沟谷地,则实际可用于生产的面积为2.25km2。其中,川地、梯田和阶地占到总面积的40%,有1.02km2是建设基本农田、果园以及种植其它经济作物的中心地段。大面积平缓的阳坡、半阳坡为基本农田和果园。15°上的坡地实行农作物与灌草的轮间作,25°以上阴坡可人工种灌草,建立高效草地,发展畜牧业;对于坡度较大的沟谷地段,则人工植灌草,主要起防护作用,并生产薪材。3.2.2特殊立地条件人工与自然生长相结合的草地主要是指距村庄800～1100m之间的地段,总面积为3.8km2。大部分地段坡度在15～35°之间,15°以下占5%左右,35°以上占22%,不适合集约的农业生产。沟谷地以及大于35°以上的坡地面积为0.95km2,可用作人工灌草地的面积为2.85km2。坡地种植优良灌草,如柠条、沙打旺、草木樨、苜蓿、红豆草、无芒雀麦等,发展高效舍饲养殖业;沟谷地植乔种灌,起防护作用;大于35°以上的坡地则自然封育植被。3.2.3适当放牧的效果总面积约1.7km2,由于距村庄较远,多陡坡,交通生产不便。但天然植被中有许多优良牧草,在不引起草地退化的强度下适当放牧,有助于减轻单位土地面积上的畜牧生产压力。本区植被生长多处于恢复状态,其盖度呈上升趋势,大大减弱土壤侵蚀的机会和强度。3.2.4自然植被恢复区面积约0.29km2。本区处于流域边缘地带,生产交通不便,且海拔高,土地生产潜力小,利用困难,可作为天然植被恢复区。3.3高效人工草地带类型内的高效人工草地带根据流域草地资源利用特点和规模,将其划分为3种类型:高效人工草地带;农草、林草间轮作草地带以及天然轮牧草地带(见图5),并分别计算其最大载畜量。3.3.1草地面积、密度分析纸坊沟流域多年种植人工草地66.7多hm2,但大部分草地分布在远山,缺乏有效的经营管理,生长不起来,难以利用,不能发挥种草地效益。根据土地利用空间结构分析,人工草地主要建立在距村庄800～1100m之间的地段。除去沟谷地以及大于35°的坡地,总面积为2.85km2。为保证水分供应,若采取隔带种植的方式,则实际草地面积可计算为1.43km2。人工草地以优良的豆科、禾本科灌草为主,如柠条、沙打旺、草木樨、苜蓿、红豆草、无芒雀麦等。根据梁一民等(1994)的研究结果计算,如以每公顷年产鲜草2.25万kg计,则一年可产鲜草320.62万kg,折合干草近107万kg,可养2357个羊单位。3.3.2间作草地的选择在黄土丘陵沟壑区,农草间轮作、林草间作是防止水土流失,改善土壤肥力的有效途径。金招寿等(1990)通过长期的研究和实践认为,在该类型区,15°以上的坡耕地,实行草粮宽带间轮作,能有效控制水土流失,提高土地生产力,同时促进农牧业的协同发展。在流域农林果高效农业生产区中,除去一部分的沟谷地、小于15°以下的坡耕地,以及1.02km2的川地、梯田和阶地,则还有1.19km2的土地可用于农草、或林草间轮作,其中还包括大于25°以上的陡坡地。为便于耕作和有效防止水土流失,农草间作带宽一般为10～20m,形成一个坡面上有数带草和数带农作物相间的种植模式;轮作年限一般为2～4年。因此,间轮作草地一年可产鲜草268万kg,折合干草近90万kg,可养1970个羊单位。此外,一部分作物秸杆以及果园枯落物、剩余物也可用作饲料,则农业生产区总计可供养2000左右个羊单位。3.3.3草地载养量为5.天然轮牧草地总面积约1.7km2,占流域面积的30%。由于距村庄较远,且多陡坡,交通生产不便,不宜做人工草地。天然草地由于长期的滥垦和过牧,草地质量极度退化,生产力很低,每公顷鲜草产量不超过3000kg。可以通过补播豆科、禾本科类灌草,如白刺花、柠条、沙打旺、山野豌豆等进行改良,提高草地质量和产量。改良后的天然草地年产鲜草可达4500kg/hm2,若以放牧强度为30%计,则流域天然轮牧草地的载畜量为335个羊单位。综上所述,流域草地载畜量可达4690个羊单位,其中,人工草地将起到主导作用,其羊只供养能力占到流域总数的50%,是高效舍饲畜牧业发展的前提和基础;农草、林草间轮作草地占43%,是对人工草地的有力补充,并在一定程度上加强其作用;天然轮作草地对于流域生产和环境都起到一定的缓冲作用,三者在流域畜牧业生产中的比重:高效人工草场5%;农草、林草间轮作草场43%;天然轮牧草场7%。4草地资源的开发利用4.1扩大草地面积,建立人工草地,发展舍饲养畜是纸坊沟流域未来草地资源利用的核心内容。其中,建设基本农田,提高农业整体生产水平是发展畜牧业的前提;建立人工草地是畜牧业持续、高效发展发展的基础;健全放牧制度,合理安排放牧时间,避免超载过牧,是保证畜牧业生产的有效措施。此外,在大力发展人工草地的同时,应加强牧畜品种的更新和改良,提高资源利用率和经济效率。4.2人工牧