動物生產層在草業系統的涵義

侯扶江,徐 磊

（草地農業教育部工程研究中心甘肅省西部草業工程技術研究中心農業部草地農業生態系統學重點開放實驗室甘肅省草原生態研究所 蘭州大學草地農業科技學院,甘肅 蘭州 730020）

草業系統包括前植物生產層（主要是景觀）、植物生產層、動物生產層和后生物生產層（主要是動、植物產品的加工、流通等）。其中,動物生產層是草業系統物流與能流的中轉站[1],系統中的動物種類包括傳統家畜,如牛、馬、驢、豬、羊等；禽類,如雞、鴨、鵝、鴕鳥、鵪鶉等；以及魚類等水生動物、昆蟲、兩棲類等。動物生產層使用飼養的動物濃縮和提純草業系統植物生產層的植物物質與能量,生產人類需要的動物產品和精神產品,同時維持自身與草業系統其他組分、乃至整個草地農業系統的健康[2]。動物生產與人類同時誕生、協同進化,是地球上最古老的生產活動之一[3-4]。它的發展和完善既是人類活動的結果,又加速了人類的進步。明確草業體系中動物生產層的科學內涵和產業地位,可以為草地農業系統設計和草業科學發展提供依據。

1 動物生產層的草業科學涵義

1.1 草業系統的傳統構件傳統草原學的研究對象從植物生產向前溯推至前植物生產層,從動物生產向后延伸至外生物生產層,形成了現代草業科學及其所對應的草地農業系統[4]。動物生產層和植物生產層一樣,都是草業系統的傳統構件。

1.2 草業系統的標志性組分草業、草業科學、草業系統[5]并不拘圄于草,動物生產層的客觀存在是根本原因。

1.3 現代化農業的標準現階段,農業現代化的標志之一就是動物生產在大農業中占主導地位[6]。新西蘭畜牧業GDP占農業的80%,英國和加拿大占65%,美國和澳大利亞占60%左右,法國和德國分別占57%和54%[7-9],俄羅斯、捷克也在50%以上,保加利亞和羅馬尼亞為45%左右[10]。總體上,農業現代化國家的動物生產比例為50%～60%,甚至更高,現代化農業就是“有畜”農業[11]。

1.4 草業系統核心生產力的表達途徑盡管草業系統通過景觀生產、植物生產、動物生產和動植物產品的加工、貯運為人類創造財富,但是對人類生存和發展具有根本作用的草業系統產品主要來自動物生產。畜產品是草業系統核心生產力的表現[11]。

1.5 多組分的耦合系統至少是植物生產與家畜生產相耦合的系統,較其他生產系統擁有更高的農業多樣性[12-13]。動物生產層使整個草業系統具備更多的“耦合鍵”和開放的鍵位,豐富了系統結構和管理手段。

1.6 多途徑的耦合系統植物與家畜互作耦合途徑多樣,在空間上分為2類:植物生產與家畜生產同時發生在同一個農場系統中,農場內耦合,即綜合生產系統；或在一定空間范圍不同區域內分別開展植物生產和家畜生產,然后協作,即農場外耦合[14],典型代表為內陸干旱區的山地—綠洲—荒漠耦合系統[15]。

1.7 多功能系統至少具有生產和生態2種功能。動物生產以前的生產系統把90%左右的能量和物質用于自身的運轉,動物生產層把其中10%的精華提煉與濃縮出來,固定在畜產品中；在此基礎上,后生物生產層較少損失能量與物質,多是效益放大。如果動物生產層疏于管理,不僅生產力低下,而且會威脅食品安全,造成嚴重的環境污染,直接威脅人類健康[16-17]。

1.8 可控的資源循環系統動物生產所涉及的植物和動物2個基本組分構成系統的營養級,形成完整的物質循環與能量流動通路,一個組分的產出常常是另一個組分的輸入,作物秸稈、家畜糞便等廢棄物得以循環利用,資源利用水平可以人為調控[18-19]。這種物質環路是生態農業、尤其是有機農業的精髓[20]。

1.9 可持續的生態農業系統在草業系統中,動物生產層更容易與植物生產層或其他生產系統發生系統耦合,從而克服系統相悖、提升生態生產力。在生產系統應對各種干擾而發生波動時動物生產往往比植物生產具有較小的震蕩幅度,成為農業系統的“安全閥”[11,21],增強草業系統的穩定性。集約化的作物—家畜綜合生產系統是當前世界生產水平最高和生態效益最好的動物生產系統之一[19],成為各國農業結構調整的趨向。

2 草業科學中動物生產層涵義的發展

動物生產層的草業科學涵義和特征并非一成不變,它始終隨著草業學科自身的發展、動物生產的進步和社會需求而不斷充實和完善[11]。因為動物生產力是科技、資本、畜牧文明等綜合國力的體現,所以動物生產層涵義的發生與發展較為完整地展現于發展中國家和發達國家對于動物生產層理解的分異和趨同。

2.1 功能多樣性增加兩層含義:一是指動物生產層的功能普遍增加；二是指某一類動物生產系統的功能多樣化。

動物生產層的功能表現主要分為3個類型:生產功能,以生產畜產品（包括醫藥保健等功能食品）為唯一目的；生產與生態環境保護的雙功能型,重視動物生產在物種保護、生態系統管理中的作用；生產、生態與精神文化多功能型,動物生產的功能已經拓展,由單一的食物生產向食物生產、物種保護、生態系統管理、狩獵運動、觀光休閑、醫藥保健等綜合功能拓展[4]；后兩者也是傳統的草業系統的前植物生產。一般隨著社會發展水平的提高,對動物生產層的功能需求將趨向多樣化（圖1）,但是現階段生產功能是其他所有功能的基礎。發達國家對于草業系統中動植物生產的比例有較為明確的數量要求,在此基礎上,注重系統的多功能性,尤其是生態功能[22]。發展中國家更加關注物質生產力,甚至以犧牲環境為代價,滿足對食物數量的需求。發展中國家與發達國家對于動物生產功能的分歧,原因在于所處歷史階段和面臨的社會、經濟、生態問題不同,包括動物生產在內的草業系統變革就是要解決這些問題。發達國家的草業生產水平業已解決溫飽,所以多強調環境的可持續性。發展中國家首先要解決吃飯問題,其次才是可持續性。然而,從單一的食物生產功能向食物生產、生態系統管理等綜合功能拓展,是草業科學動物生產層不可逆轉的發展方向。

圖1 動物生產層的功能模式圖

2.2集約性增加動物生產方式更加集約化。許多發展中國家,現階段的集約化動物生產等同于專門化,貶抑放牧,哄揚舍飼[19,23]。而在發達國家,專門化的動物生產系統趨于衰落或向發展中國家轉移,集約化的綜合系統正在崛起,從舍飼回歸放牧是重要特征[24-26]。動物生產層的總體發展趨勢,發展中國家由粗放指向集約化,而且一些中等偏上的發展中國家正在由勞動力密集型向資本（含土地）密集型、技術密集型轉變；發達國家動物生產的集約性已經拋棄了勞動力密集型,并且正在由資本和技術密集型向單一的技術密集型轉變（圖2）,在這個過程中,管理的作用日益重要,一定程度上也可認作是管理密集型。雖然集約化的綜合農業系統是全球農業系統發展的最新階段,也是世界各國動物生產系統的演變方向[19],但是在發展中國家,現階段由于人口壓力巨大、技術短缺和資金不足,尚需因地制宜,既搞專門化生產,也搞綜合農業系統,實現跨越式發展[4,20]。

圖2 動物生產層集約化模式圖

2.3 耦合強度增加動物生產層與草業系統內部其他生產層之間的縱向耦合,尤其與植物生產層,以及與其他生產系統的橫向耦合強度均增強,表現為系統之間的物流與能流通量增大[27],主要因為動物生產層的系統開放性擴大、規模化程度提高和畜產品生產周期縮短。動物生產與植物生產的耦合增強趨勢同時存在于發展中國家和發達國家,但耦合機制有本質區別。發達國家在人口與環境雙重壓力之下,通過放牧,甚至加強天然草地的放牧管理,植物生產與家畜生產的耦合不斷增強[4,28],以解決專門化動物生產系統造成能源浪費和污染嚴重等問題[29]。美國甚至成立了專門的科研機構,搭建專門的學術交流平臺以支持耦合系統的發展,如威斯康星國立大學1989年成立了作物—家畜綜合農業系統中心,美國作物學會（CSSA）、農學會（ASA）與土壤學會（SSSA）的聯合年會連續設有作物—家畜綜合農業系統專題,Agronomy Journal辟有綜合農業系統專欄。發展中國家主要依賴栽培草地發展舍飼,天然草地放牧日漸式微[30]。

圖3 植物生產與動物生產的耦合途徑

2.4 耦合途徑單一化以往,動物生產層與植物生產層的耦合途徑豐富多樣（圖3）:①天然草地放牧；②栽培草地放牧、割草或兩者兼有；③天然林地放牧（林牧復合系統）；④林地種植作物（含飼料作物）,放牧、割草舍飼家畜或作物收獲后茬地放牧（農林牧復合系統）；⑤糧食作物和經濟作物茬地放牧,作物因自然或市場災害而放棄收獲后放牧；⑥作物籽實、塊莖飼喂家畜,多用作補飼；⑦家畜廄肥返還作物地和農林牧復合系統；⑧家畜為作物生產提供畜力；⑨畜產品（作為食品或生產資料等）支撐作物生產或天然草地。這種復雜的耦合機制至少有以下優點:1）提高了動物生產層的多樣性,增加了冗余度和穩定性；2）通過家畜放牧,天然草地系統與作物生產系統耦合；3）物質在植物生產與動物生產之間雙向循環；4）管理方式多樣化；5）為動物生產層創造更多的與其他系統耦合的機會；6）產品的輸出較少受地域和時間限制。這種系統常常是歷史磨合的產物,主要缺點是管理復雜和系統對資金、管理、技術等各種投入延遲響應。當前,以舍飼為基礎的草畜耦合途徑趨于簡單,主要表現為家畜專門化系統的擴展,“以糧為綱”的農業系統更是把草畜相悖發展到了極至[11]。雖然簡化了管理程序,加快了生產節奏,滿足了規模化大生產的需要,但是也產生了一系列問題:1）物質和能量從植物生產向動物生產單向流動,增加環境風險；2）系統的生產力和穩定性高度依賴于管理、資金、物資和技術投入；3）作物生產與天然草地的聯系被切斷；4）環境災難與食品安全隱患。

2.5 重要性增加動物生產壯大體現了農戶了農戶、地區和國家的綜合實力,它對草業科學和社會的重要性增加,發展中國家尤其如此。一般,農牧民擁有的家畜數量與其收入有著較為直接的關系[31-32]（圖4）。根據統計資料[33],農村動物生產水平與農牧民收入極顯著正相關（P＜0.001）,人均動物產值增加1元,農民人均收入也相應提高1元（圖5）。對于我國 31個省（市、自治區）的分析表明,動物產值與GDP總量極顯著正相關（圖6）。全世界、美國和中國,GDP總量隨肉類產量呈指數增長（圖7）,抽樣全球16個國家,其中發展中國家與發達國家各半,通過分析1990-2007年GDP與肉類產量的關系,發達國家中美國、澳大利亞、新西蘭和所有發展中國家均表現出指數上升的趨勢,發展中國家里巴西、阿根廷等中等接近發達國家水平的國家相關系數呈下降趨勢。“二戰”前日本的畜牧業只占農業GDP的0.5%,日本經濟騰飛時期,畜牧業產值在大農業中的比重直線上升（圖8）。這些都說明,動物生產大發展是一個國家邁進富裕之門不可繞避的門檻。

圖4 甘肅省環縣大梁洼村家畜飼養與動物生產收入的關系

圖5 我國31個省（市、自治區）農村人均動物生產總值與農民人均收入的關系（2007年）

圖6 我國31個省（市、自治區）動物生產與GDP的關系（2007年）

圖7 世界、中國和美國肉類產量與GDP的關系

圖8 日本經濟騰飛時期畜牧業占農業GDP的比例

3 討論

草業系統的動物生產既是人類進步的動力,也是人類文明的成果。動物生產對于全球農業系統的穩定、進化的作用也愈來愈重要。現階段主要問題在于生產力提升與環境污染加重之間的矛盾。關鍵環境問題是家畜排泄物污染和溫室氣體排放[34]。解決問題的途徑就是加強草畜耦合,培育更優質的牧草與家畜品種,發展更有效的系統管理技術,建立更完善的草地農業系統[35]。它自然具有生態與生產兼備的功能,能夠把人類送入更高的文明境界。

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