內蒙古草地干旱損失評估方法研究

李興華，陳素華

(內蒙古生態與農業氣象中心,內蒙古 呼和浩特 010051)

旱災是影響內蒙古草地畜牧業生產的主要氣象災害之一，主要表現在牧草和畜產品減產；草地退化和沙漠化加?。蝗诵箫嬎щy，生命受到威脅。旱災具有發生緩慢、持續時間長、影響范圍廣、發生頻率高、損害消除慢等特點[1]。隨著氣候變暖加劇，內蒙古草地旱災發生頻率越來越高，影響區域越來越廣，對畜牧業生產和草原生態環境影響所造成的經濟損失也越來越大。草地干旱等級劃分、干旱指標和干旱評估一直是干旱研究熱點，劉玲等[2]開展了北方草地干旱指標研究，并將土壤相對濕度和相對蒸降差作為評價干旱的主要指標；侯英雨等[3]利用衛星遙感開展了干旱指數研究，并通過對傳統的干旱監測指數如帕爾默干旱指數、作物濕度指數、標準降水指數、地表水分供應指數的優缺點進行評述，建立了遙感干旱監測指數；全國氣象干旱評估中主要使用綜合干旱CI指數[4]；劉靜等[5]利用旱災累積指數在寧夏開展了干旱監測和損失評估研究。關于干旱指數的研究成果很多，并且也形成了干旱監測評估國家和地方標準。干旱損失評估方面，關于農業生產和單一作物的損失評估成果比較多，而關于草地干旱損失評估方面較少。陳素華等[6]開展的干旱對內蒙古草原牧草生物量損失的評估方法研究，而該方法也僅對內蒙古巴雅爾吐胡碩草原的牧草生物量進行了評估，缺乏對內蒙古草甸草原、典型草原和荒漠化草原的綜合損失評估研究，另外干旱不僅對牧草地上生物量有影響，同時干旱對牲畜生長發育的危害更大。因此，本研究從干旱對草地地上生物量和畜產品的影響進行草地干旱損失評估。

1 數據來源及研究方法

1.1數據資料來源 牧草產量數據來自內蒙古草甸草原(12個)、典型草原(20個)和荒漠草原(11個)生態氣象站的試驗觀測數據，包括2004-2011年5-8月的牧草產量和可食牧草比率。各生態氣象站的觀測區選擇在能夠代表當地主要草地類型和牧草平均生長狀況且比較平坦的放牧場上，用網圍欄圍建試驗場，面積為50 m×50 m，在觀測場內隨機選取1 m×1 m的測產樣方4個，利用樣方框隔開方框兩側的整株草，將框內全部牧草沿地表用剪刀剪取，裝入布袋用天平稱取鮮質量，風干后稱干質量，測定時間為每月月末。

氣象資料為內蒙古43個氣象臺站2004-2011年5-8月降水量和降水距平百分率觀測資料。

干旱損失數據來自內蒙古43個氣象站的干旱調查統計資料。

1.2草地干旱等級的劃分 采用《氣象干旱等級國家標準》中降水量距平百分率指標劃分干旱等級[4]，由于內蒙古生態與農業氣象中心參與了《氣象干旱等級國家標準》的制定工作，實踐證明此標準適合內蒙古草地干旱等級劃分。但由于不同草地牧草的需水特性和抗旱能力不同，因此根據不同草地類型的特點，確定不同的干旱等級劃分標準(表1)，降水距平百分率公式如下：

表1 牧業干旱等級劃分[7-9]

(1)

1.3研究方法 研究方法利用相關分析和線性回歸分析的方法，并利用SPSS軟件[10]進行線性模型、S形擬合曲線模型、Logistic曲線模型、Growth擬合等比級數曲線模型和Power擬合乘冪曲線模型等模擬建立損失評估模型，評估計算干旱所造成的牧草直接損失。

2 結果與分析

草地干旱造成的損失有直接經濟損失和間接經濟損失。直接經濟損失主要表現在牧草和畜產品減產以及抗旱投入的人力和經費；間接經濟損失主要表現在草地退化和沙漠化加劇、人畜飲水困難、生命受到威脅、草地生態系統受到影響。由于資料和技術有限，本研究重點對草地干旱造成的直接經濟損失進行評估。

2.1干旱對牧草生長發育的影響 水是牧草生長發育的重要條件之一，草本植物的含水量一般為70%～85%，植物群體在積累干物質的光合作用過程中，必須消耗一定量的水。已有研究[11]表明，多年生牧草每生成1 g 干物質需350～700 g的水；一年生牧草每生成1 g干物質需350～450 g的水。干旱不但使牧草返青期推遲，而且還是造成天然草地產草量減產的主要因素。有關研究[7]表明，濕潤年份降水量分布均衡，天然草地產草量高，干旱年份降水量分布不均衡，天然草地產量低，林緣草甸草地豐歉年產草量相差0.5倍；森林草原草地豐歉年產草量相差1倍；干草原草地豐歉年產草量相差2倍；半荒漠草原草地豐歉年產草量相差4倍。通過對內蒙古43個草原監測站近8年5-8月平均降水量與各月平均干草產量的相關分析(表2)，得出干草產量與5-8月份降水量相關密切，其相關方程式利用SPSS軟件，通過模擬對比，得出線性模型和Power擬合乘冪曲線模型為草地牧草單產最優估測模型(表2)。

荒漠化草原8月牧草產量與5-8月降水量的相關系數最高，典型草原6月牧草產量與5-6月降水量的相關系數最低(表2)。這與不同草原區牧草生長在不同時段的影響因子有關。6月牧草產量與5-6月降水量的相關系數都較低，這是由于牧草在返青后快速生長初期，產量的形成不但受降水量的影響，同時溫度也是限制光合速率的主要因子，春末夏初盡管降水偏多，往往伴隨溫度偏低，雨熱不同期牧草生長和干物質積累相對緩慢。8月不同草地類型牧草產量與5-8月降水量的相關系數都較高，其中荒漠化草原最高，是由于荒漠化草原區在8月雨熱依然同期，降水仍然能夠促進牧草生長；草甸草原相對較低，是由于草甸草原位于緯度較高地區，牧草在7月中、下旬開花后進入繁殖生長階段，干物質積累開始變緩，同時8月中旬以后草甸草原氣溫開始逐漸下降，牧草的光合速率也變慢，因此牧草產量與降水的相關系數偏低。7月內蒙古各草原區雨熱同期，各地牧草生長受降水量影響較大，使7月牧草產量與5-7月降水量的相關系數都比較高，尤其典型草原的牧草生長與降水的相關系數達到0.701。

對內蒙古43個草原監測站5-7月降水量與7月牧草產量的模擬回代檢驗，由于牧草產量受區域差異的影響，不同地區牧草產量的變幅較大，有些模擬值偏差較大(圖1)，這主要是由于不同草原類型牧草的需水特性和耐旱能力不同，使牧草的生長速率不同，因此造成模擬誤差增大?？傮w看，牧草實測值能夠均勻地分布在模擬曲線兩側，說明產量模型的模擬效果較好。

表2 內蒙古43個草原監測站5-8月平均降水量與各月平均干草產量的相關系數和最優估測模型

圖1 內蒙古43個草原監測站5-7月降水量與7月牧草產量的模擬值與實測值對比

2.2干旱對牧草產量的損失評估 根據牧草產量與生長期內降水量的相關性，建立了不同草地類型不同月份牧草產量與降水量的線性模擬方程。由于資料選擇的是近8年43個測站的均值，因此模擬得到的結論接近各地牧草產量的正常年份；當降水減少時，牧草逐漸受干旱脅迫，牧草產量下降。為了使干旱等級與牧草損失量建立更加密切的關系，利用表1降水量距平百分率指標劃分干旱等級；在一定的評估區間內，當降水減少時，利用表2中的線性模型計算牧草減產量，評估干旱對牧草產量的損失影響。干旱對牧草減產造成的直接經濟損失計算公式為：

MZS=∑Yi×Si×K。

(2)

式中，MZS為牧草減產造成的直接經濟損失；i代表草甸草原、典型草原和荒漠化草原3種草原類型；Yi為不同草原類型單位面積牧草減產量；Si為不同草原類型可利用草地面積，以國家公布的最新土地利用類型面積為準；K為每千克干草當年的平均銷售價格，以2010年底羊草價格為1.0～1.5元·kg-1計。牧草減產計算公式建議在表2中的線性模型中帶入降水偏少量得出，分草原類型相關系數低于全站相關系數的，可以采用全站的線性模型。

以2011年新巴爾虎右旗春夏干旱為例，根據新巴爾虎右旗氣象局災害調查上報數據，新巴爾虎右旗有草原面積229.6萬hm2，其中可利用草原面積181.1萬hm2，2011年5-6月降水量僅為13.5 mm，比多年均值偏少74%，出現了嚴重干旱，受干旱影響，部分地區牧草未返青，返青的牧草停止生長或枯萎，境內克魯倫河歷史上首次斷流，人畜飲水困難。根據干旱實地調查資料顯示，截至6月22日，全旗2個蘇木、3個鎮遭受不同程度的干旱，水源井水位下降2～6 m，日缺水量4.32萬m3，出水井不足或干枯的飲水井521眼，全旗人畜飲水困難，全旗草原旱災面積126.7萬hm2(其中嚴重旱災面積106.7萬hm2)，占全旗可利用草地面積的70%，受災牲畜105萬頭(只)，占全旗牧業年度牲畜總頭數的60%，受災牧戶2 690戶，受災人口9 415人，占全旗牧業戶和牧業人口的65%。根據以上評估模型計算6月末牧草受嚴重干旱減產約221 kg·hm-2，嚴重旱災面積牧草總計減產約2.358 07億kg，牧草經濟損失約23 580.7萬元。

2.3干旱對牲畜影響的損失評估 水是牲畜賴以生存的基本要素之一，牲畜每消耗1 kg飼料干物質約需3 kg的水，大畜日平均飲水定額40～60 kg；小畜日平均飲水定額5 kg。當牲畜長期處在缺水條件下時，由于供水不足，新陳代謝受阻，生理機能失調，造成掉膘體弱，免疫力下降，母畜流產或出生幼畜羸弱，嚴重時疫病流行，導致大批牲畜死亡[10]。尤其夏季干旱不但使牧草減產，而且使牧草中的粗蛋白、粗脂肪、鈣、磷和維生素等營養成分下降，牲畜采食后因營養不良而嚴重影響牲畜繁殖力，主要表現在牛不發情、卵泡不發育、受胎率低；母羊瘦弱、產后沒奶，羔羊弱胎、羔羊成活率低，成年羊死亡率高等[11]。

受干旱影響，牲畜即使沒有死亡，但牲畜由于食不果腹，成年牲畜出現掉膘或抓膘不足，幼畜瘦弱生長緩慢，最終導致秋季牲畜出欄時體質量不足，畜群的整體經濟效益下降。因此在干旱對牲畜影響的損失評估中，通過估算牧草減產的數量，從干旱發生日到10月底牲畜出欄計算牲畜受影響天數，將減產牧草折算為標準羊單位(1只體質量50 kg并哺半歲以內羊羔，日消耗1.8 kg標準干草的成年母綿羊為1標準羊單位)[12]。干旱對牲畜影響造成的直接經濟損失計算公式為：

SCS=[(∑Yi×Si)×f/(1.8×D)]×G。

(3)

式中，SCS為干旱對牲畜影響造成的直接經濟損失；i、Yi和Si代表內容和計算方法與公式2相同，D為從干旱發生日到10月底牲畜出欄計算牲畜受影響天數；G為每標準羊單位當年的平均銷售價格，以2010年底每標準羊單位價格為1 500元·只-1計；f 是可食牧草比率。以2011年新巴爾虎右旗春夏干旱為例，牲畜受干旱影響損失約42 718.7萬元。

牧草的可食牧草比率利用2005-2009年各牧草地面監測站觀測的優良牧草比率計算，在沒有觀測站的地區采用歷史上的調查數據[13](表3)。

公式(3)適合夏季干旱對牧草生長和牲畜影響的損失評估，并且干旱發生的越早，對牲畜的影響則相對較小，這是由于后期的降水更有利于牧草的恢復性生長；干旱發生的越晚，牧草植株的再生能力降低，熱量條件對牧草后期生長的限制也越來越大，即使后期降水充足，干旱解除，牧草恢復性生長能力有限，也很難挽回干旱損失。

表3 不同草地類型和盟(市)牧草的可食牧草比率

2.4抗旱投入的人力和經費損失 研究表明，在游牧時代，當草地缺水時，大部牲畜都向湖沼和河流周圍聚集，有水草地超載過牧，加劇了畜草矛盾，干旱對牲畜飲水的影響最終還是表現在草畜矛盾上[13]。隨著牧民的定居和游牧時代的結束，各牧民定居點都配有飲水井，在一般干旱季節，人和牲畜飲水問題并不突出，草畜矛盾在合理輪牧的管理方式下得到緩解，牧區的抗旱能力明顯增強；但遇到重旱以上的旱情，由于干旱持續時間長，季節性或小型湖沼干枯，河流斷流，地下水的補給量減少，地下含水層趨于枯竭，飲水井干涸，造成人畜飲水困難，因此這時草原抗旱的首要任務就是解決人和牲畜飲水問題。在水源缺少的廣袤草原上，解決人畜飲水的唯一辦法是到較遠的水源地用水車拉水。因此,抗旱投入的人力和經費損失計算公式為：

E=A1+A2+A3+A4。

(4)

式中，E為抗旱投入的人力和經費損失；A1為水費；A2為每戶拉水設備費用，包括儲水罐、水管、水桶和水槽等；A3為燃油消耗費用；A4為拉水人工成本。另外，由于牧民都是利用自己的機動車或畜力車拉水，因此車輛使用費不計成本。

A1=3.75×d1×(B×10+C×5)/1 000。

式中，d1為重旱和特旱發生天數或實際缺水天數；B為受災人口數，以每人每天生活用水10 kg計算；C為受災存欄牲畜折算為羊單位數量，以每羊單位每天需水5 kg計算；水價按2.0元·t-1計算。

A2=1 000×H。

一次性投入1 000元左右，H為受災牧戶數。

A3=7.28×N×T×d1×12/100。

式中，N為拉水一次往返的里程數，一般需要20 km；T為每天每車拉水1 t的次數；燃油消耗按每百公里耗油12 L計算；柴油價格按市場7.28元·L-1。

A4=d1×N2。

式中，N2為拉水人員工資，按當年旱區夏季農村勞動力每人每天工資計算。

當然在抗旱的過程中由于水源地取水井干枯，政府出資打井的抗旱費用更多，但考慮水井能夠多年利用，因此本研究中沒有計算打井成本。

以2011年新巴爾虎右旗春夏干旱為例，根據新巴爾虎右旗氣象局災害調查顯示，全旗有105萬頭牲畜和9 415人受災，其中40%左右的牲畜、1 500戶牧民受干旱影響飲水困難，重旱持續時間40 d左右，計算抗旱投入人力和經費損失574.4萬元。

綜合評估計算表明，受干旱影響，新巴爾虎右旗畜2011年牧業總計損失66 873.8萬元。7月初，新巴爾虎右旗出現了25 mm以上的降水過程，有效解除了前期的旱情，未返青地區的牧草開始返青，并快速進入積極生長階段，到7月底牧草干草產量增加到1 435 kg·hm-2，是6月底的12倍多，牧草產量實現由歉年到豐年的突變，這也正反映了干旱發生的越早，對牧業年度生產的影響越小。

3 討論與結論

本研究表明，利用降水距平百分率劃分草地干旱等級，并利用5-8月降水量與牧草產量的關系評估干旱造成直接損失，評估模型符合草地牧草生長規律和畜牧業生產特征，實例評估符合畜牧業實際損失程度，因此能夠在干旱對草地畜牧業評估服務中推廣應用。另外，干旱對草地退化和沙化、野生動物生命受到威脅，草地生態系統造成的間接經濟損失遠遠超過直接經濟損失，但由于資料和技術有限，還有待進一步加強觀測和研究。

近年來，隨著內蒙古草原區氣候變暖的加劇，草原干旱呈連年頻發趨勢，影響區域越來越廣，因旱災而造成的經濟損失也越來越大，需要采取綜合措施，全社會共同應對。草原抗旱工作應該遵循政府主導、部門聯動、全社會參與的原則[14]，充分發揮政府在抗旱指揮、協調和管理職能，加強草原牧區水源地建設，解決人畜飲水問題；加強高產人工飼草基地建設[15]，加強飼草儲備，解決飼草料缺口，提高畜牧業抗干旱能力；加強優良畜種引進，改良畜群結構，提高飼草利用率，增強牲畜體質，提高牲畜抗旱能力；加強草原草畜平衡管理，減輕牧場壓力[16]，促進草地資源的合理開發利用，提高畜牧業綜合抗旱能力。

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