抓住机遇，促进草原放牧系统的智能化转型升级

卢欣石

以草原生态平衡原则出发，从遥感监测草地生产力，到设立电子虚拟围栏，到羊群的放牧监控管理，到舍饲管理和全混合日粮（TMR）配方补饲，再到最佳出栏时间调控，全程实现智能化管理，就可改造我国传统落后的放牧管理，实现放牧管理制度的转型升级。

一、放牧在草原生态系统中的角色

当160万年前人类先祖走出森林，走向草原，随水而迁，逐草而居，草原便成为人类赖以生存、进化和发展的重要场所。人类祖先将狩猎获取的野生猎物驯养放牧在草原上，并由自由觅食活动逐步发展到有专人看管，开始向游走放牧过渡，这是我国草原最早的放牧形式。随着社会的进步和发展，草原地区人口进一步增加，家畜数量逐渐增多，牧民游牧方式又开始由“逐水草而行”逐步演变为夏季牧场、冬季牧场。甚至四季牧场。为了合理有效利用草场，牧民依据放牧地的地形、植被、水源等自然条件和四季变换，将草场划分为季节性营地，一年四季游走轮牧，营地扎寨，游牧制度向四季轮牧甚至半定居放牧和定居放牧演进。无论是游牧还是定居、半定居放牧，其放牧系统的维系都依赖于水草的丰足。在当时社会人口比较稀少、草原承载力比较充裕的情况下，草原放牧在提高生产力、增强人类对草原的影响力方面，表现出巨大的优越性，它以极少的投入换取了人们所需的各种畜产品，而且能够实现草原的天然更新与持续利用。

草原是一个庞大的生态系统，按照生态学原理，草原生态系统由生产者、消费者和分解者组成。草原生生不息的能量来源于三者之间的物质交换、流动和循环。据任继周（1995年）草原氮循环数据，草原“生产者”牧草的氮素，通过“消费者”家畜放牧，被采食66%，通过消化可吸收其中的53%，此外还有35%转化为家畜粪尿进入草原土壤，通过“分解者”微生物转化，可再被牧草吸收利用其中的97%。在这个循环系统中，家畜放牧是草原生态系统的驱动力，牧草是草原的第一性生产，当牧草与家畜采食达到平衡时，这个放牧系统就会促进草原的不断更新与持续利用。试验证明，草原合理放牧还具有以下几方面的功效：（1）放牧可有效控制草原鼠害的破坏。例如我国高寒草原鼠兔危害严重，每公顷草地鼠兔数量达444只，但通过牦牛合理放牧可有效控制至319只，通过牦牛和藏羊的混合放牧可以降低到233只。通过家畜放牧，鼠兔控制效果可以提高90.6%。（2）放牧可促进草原植被生产力和稳定性以及土壤微生物的多样性。东北师范大学王德利（2014年）在松嫩草原试验证明，合理放牧与不放牧相比，地上生物量增加了52.9%，植物丰富度增加91.7%，种系多样性增加了10%。（3）放牧可加速草原氮沉降和碳-氮营养循环，从而提高草原新陈代谢和物质交换。

二、放牧系统出现的问题

放牧对草原生态系统的物质交换和能量流动产生正向效应，但是不合理的过度放牧必将打破草原生态系统平衡，对草原造成破坏。2000年春天，北京沙尘暴引起了人们的深思，追根问源，原因之一就是过度放牧引起草原退化，形成大面积的流动沙地和盐渍化裸地，成为京津地区重要的沙尘源之一。造成草原过度放牧的一个重要社会原因就是人口数量不断增加，家畜饲养数量也不断增加，而草原面积却日益缩减，草原负荷日趋增重，草原生态系统平衡打破，草原承载力极度下降。

调查数据表明，21世纪初与20世纪50年代相比，我国增加了4亿人口，其中五大牧区人口增加了6000万，放牧家畜数量增加了1.7倍，但是草原放牧面积减少了3000）5公顷。按照国际公认的干旱草原区生态容量为5人/k²的标准，我国干旱草原区人口密度达到了11.2人/km²，超过国际标准2 24倍。在人口和家畜数量双重压力下，草原平均超载36%，和20世纪80年代相比超载程度增加了18%。新疆的数据表明，从20世纪50年代到80年代的30年问，全疆不同类型草场优质牧草产量减少了30%～70%，载畜能力平均下降26.3%，春秋草场甚至下降到38.3%。草原长期得不到休养生息，导致生产力不断下降。此外，开垦草原是增加草原放牧压力的另一个重要原因。自20世纪50年代以来，为了满足粮食生產的需求，我国累计开垦草原约2000多万公顷，此外还有部分草原被工矿开采、道路修建、城镇建设等占用，迫使草原超载过牧问题更加突出。草原地区的开垦多是广种薄收、粗放经营，加之开垦区大都降雨量偏低，利用年限短，一经开垦，草原表土破坏，两三年内就不得不弃耕撂荒，从而加快了土地沙化过程。此外，长期在草原上采挖药材、樵灌伐草，同样严重破坏草原植被和土壤表层结构，也加剧了草原的退化进程。据《内蒙古草业可持续发展研究》（刘永志等，2006）报道，在鄂尔多斯草原，每采挖l公斤甘草要破坏0.22～0.33公顷的草原。由于采挖甘草和发菜破坏的草原面积达到1333万公顷。

上述原因导致草原放牧系统出现了巨大的问题，家畜一牧草一环境之间的循环和平衡遭到破坏，造成草原大面积退化。据《中国草业可持续发展战略》研究结果，20世纪70年代中期，全国退化草原面积约占15%：到21世纪初，已经增加到90%以上，严重退化草原达1.8亿公顷，并且以每年200万公顷的速度继续扩张，天然草原面积每年减少约65～70万公顷。草原放牧系统的恶变导致整体生态状况恶化，草原生产潜力丧失，草原多功能性削弱，最终影响到区域经济和社会可持续发展。

三、受损放牧生态系统的修复

面对草原植被恢复和生态修复问题，是放牧还是禁牧成为问题的焦点。2000年以来，国家先后启动了天然草原植被恢复、草原围栏封育、退牧还草和草原禁牧、休牧、轮牧以及“放牧+舍饲”等多项工程项目和政策，取得了一定的效果。多项禁牧休牧实验证明：退化草地如果满足休养生息的条件，是可以逐渐恢复的。呼伦贝尔草原工作站从20世纪80年代中期开始进行的草原封育改良实验表明：经过10年封育的羊草草原，群落总生物量由1988年的126.8g/m²增加到237.8g/m²，并且恢复形成以大针茅、羊草、冰草为优势种的稳定群落。但是，草场封育lO年之后是否需要解禁放牧，草原的放牧属性如何实现管理，是亟需我们重视的问题。

据《中国草业可持续发展战略》（杜青林，2006）报道，禁牧、休牧试点工作开展以来，内蒙古、陕西、宁夏、河北、吉林、云南、甘肃等省区禁牧、休牧面积已达2933.33）5公顷，其中完全禁牧面积已达733133万公顷，休牧1200万公顷。有的省区如宁夏、陕西已经实行全省区禁牧。牧民饲养家畜是其生产资料和生活依靠，长期禁牧和舍饲，减少了牧民家庭畜牧业的收入，增加了舍饲劳力和购买饲草的成本。宁夏可利用草原面积约65万公顷，放牧家畜存栏1932万个羊单位，畜牧业产值5913亿元。如果全部禁牧，并且维持原畜牧业产值，按照每只羊单位消耗饲草700kg/年，每只羊每年舍饲成本约500元，全部放牧家畜需要提供人工种植饲草料1300万吨，饲养成本约消费10亿元。这是禁牧需要付出的巨大代价。

被动的防御就是进攻的突破口。牧民为了放养家畜，许多地区白天禁牧，夜间偷牧，占用、偷用和强用草原的现象时有发生。2016年违反禁牧休牧规定案件发案数量11828起，违反草畜平衡规定案件发案数量1029起，这也成为草原监理执法的高发案件（《全国草原监测报告2016》）。所以在我国草原放牧过程中，一禁就死、一放就乱的问题始终存在，简单、粗放的放牧管理制度长期影响着我国草原的合理利用和科学管理。

四、像管理共享单车一样管理放牧家畜

2016年开始，我国的共享单车管理模式进入人们的视野。这是基于我国互联网和大数据平台，对每辆单车实行云端平台的中控管理，并通过车控终端，实现车辆锁控、GPS定位和数据传输及调度布局功能。到2017年7月，共有1600万辆共享单车投放到我国主要城市。如果每只放牧羊相当一辆共享单车，按照共享单车的管理模式，实行放牧制度的云端中控，从草原生态平衡原则出发，从遥感监测草地生产力，到设立电子虚拟围栏，到羊群的放牧监控管理，到舍饲管理和全混合日粮（TMR）配方补饲，再到最佳出栏时间调控，全程实现智能化管理，就可改造我国传统落后的放牧管理，实现放牧管理制度的转型升级。

根据我国现有的技术手段和成果积累，草原高效放牧系统的智能化管理是完全可以做到的。我們分析，在这个智能化放牧体系中，目前国内可以达到如下技术水平：

已建立数字草原的生产力数据库标准

从20世纪80年代开始，历经30余年，我国已经利用遥感技术（RS）、全球定位系统技术（GPS）和地理信息系统（GIS）建立了成熟的数字草原数据库，对草原要素信息、过程信息和管理信息中的对象、现象、过程的相关数据进行记录和结果表述，包括野外调查数据的植被结构和生产力监测数据、草原牧草生长发育模拟数据、不同尺度下草地面积、长势、病虫害、沙化退化等草原动态监测数据以及草原不同类型草地边界、行政管辖边界、地形与地貌、气候土壤、草地类型、草地利用状况。可以采集的数据包括中分辨率成像光谱仪（MODIS）数据、Landsat TM/ETM数据，并且数字化精度对于图形定位控制点方根误差小于0.075m，对于工作地图的扫描点位误差不大于0.1mm。

已建立较为完整有效的数字草原信息管理系统

该套信息系统包括草原管理信息系统、决策支持系统和草原专家系统，其功能可以进行草原空间数据以及属性数据的管理应用，包括草原资源分布、利用、草原经营状况、畜群信息、牧户区域、地点、草场位置、家畜数量等数据的双向查询、统计分析、数据添加、输入输出，能够完成草地质量评价、载畜量分析、草地放牧设计、家畜放牧归牧动态监测等，可以实现对放牧决策的分析、畜群结构的配置，并可提出最佳放牧方案和调控阈值。目前，国内能够达到如此草原信息管理水平的研究机构有3-5家。

实现“家畜移动身份证”的核心功能和产品设计

要实现像共享单车一样的个体化管理，就需要对放牧家畜进行“移动身份”管理。目前国内已有多家智能科技公司和研究院所设计完成了各种标识，可用作放牧家畜的“移动身份证”，其功能不同于电子耳标，也不同于共享单车的车控终端，它的功能是对放牧牛羊进行智能化识别、定位、跟踪、轨迹、报警、监控和管理，牛羊佩戴该类放牧终端设备，可对家畜从出生到出栏的整个生长过程及日常活动、草场信息、防疫信息及视频影像信息等进行记录，客户端每日可实时查看家畜的生长、活动状态。终端承载了定位模组和物联网通信模组，支持GPS，北斗定位，实时定位精度可达5米级。

可实现电子虚拟围栏的牧场设计和配置

在草原信息决策系统的支持下，可以按照草地生态系统的平衡参数，设计放牧范围和放牧时间。依靠放牧电子终端，根据专家决策系统确定草场承载力面积和牛羊群采食范围及实际营养需要，自定义设置圆形、四边形及不规则多边形的电子围栏，灵活适用于各种大小形状的草场。牛羊牧野过程中，一旦超出电子围栏所圈定范围，则发出实时报警，实施纠偏，便于精细化管理。也可根据棚圈实地位置，在APP端地图上设置棚圈位置，用以显示牛羊与棚圈的实时距离。

可支持视频监控系统的接入、信息追溯和科学监管

放牧终端系统可支持视频监控等系统的接入并有机结合，将视频监控设备安装的实际位置的经纬度坐标投射到APP和PC端地图上，并以图标展示出来，可在地图上定位牛羊位置、摄像设备图标，可调取观看实时的监控画面。在科学管理方面，可按区域（省、市、县、镇）多维度统计分析有关绑定时间、电子围栏、监控、圈棚位置、畜群类型、移动范围等多项参数。通过信息溯源，确定生产过程、获取绿色信任，促进产业长足稳定发展。也可依据各环节及整个产业链数据的统计分析，挖掘关联模型、数据特征，发现潜在规律和客观联系，形成专业性专题咨询报告，为企业产业链升级、企业战略决策，提供切实可信的数据分析依据。

已具备TMR日粮舍饲配套技术的成熟应用和示范

在智能化放牧管理中，依据草场利用程度和放牧压力，会及时将放牧家畜从放牧场撤离进入棚圈舍饲，以确保草场休养生息和草畜平衡。进入舍饲期后，可以利用TMR饲喂技术，满足家畜的营养需求。TM R是全混合日粮的英文简称，是指按照反刍动物不同生理阶段的营养需要，把切碎（揉搓）适当长度的粗饲料、精饲料和各种营养添加剂按照一定的配比进行充分搅拌混合而得到的一种营养相对均衡的日粮。目前我国已经完成TMR机械设备的设计和制造，也已完成各类家畜不同生长阶段的营养标准。TMR饲养技术在TMR机械的基础上能够保证家畜日粮的精粗比例稳定、营养浓度一致。目前，这种成熟的家畜饲喂技术在以色列、美国、意大利、加拿大等国已经普遍使用，我国在奶牛饲养上正在逐渐推广。

上述技术都是孤立的单项成果，如果将上述六个方面的智能化技术进行整合和串联，就可以完成从草原承载力测定——放牧强度设计——虚拟围栏设计——放牧周期管理——圈舍补饲——放牧评价——产业链追溯全过程的智能化管理。这样，我国的放牧系统管理不仅可以确保草原生态系统的可持续平衡，而且可以确保放牧畜牧业走在世界前列。

责任编辑：周立新 马莉莎