沿淮洼地農(nóng)業(yè)結構優(yōu)化評價與量化指標研究

沿淮洼地農(nóng)業(yè)結構優(yōu)化評價與量化指標研究

淮河市位于安徽省淮河上游。屬溫帶半濕潤季風氣候，年總太陽輻射總量為525kj/cm2，年平均氣溫14.5.15.0，年無霜期210215天，年平均日照時間22002300小時，年總生長期4404400，是全省最具光能資源的地區(qū)。年平均相對濕度73%,年降水量700~1000mm,地下水蘊藏量豐富,水位較淺,補給方便。因此水、光、熱資源充足,單位耕地可獲得高生物量產(chǎn)出。其適宜多種動植物生長,陸生、水生動植物品種多樣,境內(nèi)野生豆類與禾本科牧草等陸生植物和蓮藕(Lotus)、芡實(Euryaleferox)、菱角(Trapabispinosa)、蘆葦(Phragmitescommunis)等水生植物資源豐富。河道、湖泊、溝渠等水域中,魚類、蝦類、貝類等水生動物種類繁多。洼地包括行洪區(qū)、蓄洪區(qū)、采礦塌陷區(qū)、沿湖及沿河流消落區(qū)中一定高程上的承包地,在每年的6-9月份,澇旱頻繁是該區(qū)域的顯著農(nóng)業(yè)生態(tài)特征。有鑒于此,近年來探討洼地農(nóng)業(yè)結構調(diào)整以減少自然災害所帶來的損失,已引起地方政府與部分學者的高度重視。張長青等分析了沿淮低洼地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展的優(yōu)勢和劣勢,闡述了農(nóng)業(yè)結構調(diào)整的重點,提出了農(nóng)業(yè)結構調(diào)整的對策建議。郁家成等分析了沿淮低洼區(qū)水熱氣候資源、種植結構現(xiàn)狀和避洪生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展模式,探索了沿淮低洼區(qū)農(nóng)業(yè)結構適應性調(diào)整及農(nóng)業(yè)避洪減災的對策和措施。吳永生通過分析沿淮洼地存在問題與治理規(guī)劃及要求,認為必須針對這個區(qū)域常受洪澇災害的自然特點,積極進行農(nóng)業(yè)結構調(diào)整,建立“宜農(nóng)則農(nóng),宜林則林,宜水則養(yǎng)”的農(nóng)業(yè)結構體系,變對抗性生產(chǎn)為適應性生產(chǎn),提高應對災害的能力,實現(xiàn)沿淮洼地的可持續(xù)發(fā)展。過去談農(nóng)業(yè)結構調(diào)整,盡管是以市場需求為指導,以經(jīng)濟效益為目標,以糧食安全為準則,但在實際操作時,往往缺乏立體的、宏觀的與量化的比較。存在只注重籽實農(nóng)產(chǎn)品,即耕地上收獲的谷物、豆類及蔬菜瓜果等的食用價值與市場需求,而忽視其大量副產(chǎn)物如可利用秸稈、藤蔓、皮殼等潛在營養(yǎng)價值利用;注重糧食作物作為人類直接食品的價值,而忽視其部分必須作為動物飼料后間接轉(zhuǎn)化為肉蛋奶等的營養(yǎng)效價(即轉(zhuǎn)化率);注重種植傳統(tǒng)的糧食作物而忽視飼用作物(如飼用玉米、大麥等)以及人工牧草的種植,而實際上飼用作物與牧草單位耕地所產(chǎn)出的畜禽可利用養(yǎng)分往往較糧食作物更高,有較大轉(zhuǎn)化畜產(chǎn)品的營養(yǎng)潛力。為克服上述認識誤區(qū),本研究針對沿淮洼地種養(yǎng)業(yè)鏈接現(xiàn)狀,應用單位耕地年產(chǎn)可消化生物量(DBYHY)新概念,探討該區(qū)域不同生態(tài)條件下可實施并具有代表性的一些DBYHY生產(chǎn)模型,并通過總消化養(yǎng)分校對公式(TDNc)測算含有秸稈與牧草在內(nèi)的各模型的TDNc數(shù)值,以說明秸稈與牧草在該區(qū)域農(nóng)業(yè)結構調(diào)整中的替糧增值作用以及對糧食安全的影響。1沿淮平湖農(nóng)業(yè)結構現(xiàn)狀分析1.1豬虎肉豬蝦主要栽培品種受長期的以糧為綱及近年的糧食安全政策導向影響,再加上特定的自然生態(tài)條件與種植傳統(tǒng),目前區(qū)域內(nèi)主要種植結構仍是麥-稻、油-稻,少量的玉米、大豆、花生、山芋(Solanumtuberosum)、芝麻、棉花等旱雜糧。主要作物種植面積所占的比例分別是:稻谷33.94%,小麥38.62%,玉米6.28%,大豆5.55%,花生3.40%,油菜8.57%,芝麻1.07%,棉花2.55%與青飼料0.01%(表1)。沿淮洼地是傳統(tǒng)的牲畜、家禽、草食動物與水生動物的主產(chǎn)區(qū),其中生豬、白鵝與特色水產(chǎn)養(yǎng)殖在安徽省占有較高位次。在畜牧業(yè)內(nèi)部,耗糧型的豬禽與節(jié)糧型的牛羊兔的肉類產(chǎn)量占肉類總產(chǎn)量分別為86.18%和13.82%(表1),節(jié)糧型畜牧業(yè)份額依然偏低。近年來隨著農(nóng)村人口向城市轉(zhuǎn)移和飼料價格等因素的影響,家庭式的小農(nóng)養(yǎng)殖在萎縮,以致畜產(chǎn)品供給平衡被打破,特別是千家萬戶的牲豬生產(chǎn)下滑嚴重,規(guī)模養(yǎng)殖在畜牧業(yè)中的比重顯著提高,已近半壁江山。1.2農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率下降牲畜與家禽生產(chǎn)由于向規(guī)?；B(yǎng)殖方向發(fā)展,以及勞動力外移,農(nóng)戶不但減少了過去對一些非常規(guī)飼料原料如花生秧、山芋藤及野雜草等的利用,更強化了耗糧的玉米-豆粕型日糧應用。但洼地區(qū)域玉米與豆粕的產(chǎn)量目前有限,不能自給,仍需從外地大量調(diào)運,這無形松散了當?shù)剞r(nóng)牧業(yè)間的鏈接,增加了能源消耗,降低了大農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總效率;其次,草食動物牛羊兔的生產(chǎn)比重仍然過低(表1),勞動力向城市轉(zhuǎn)移使家庭式的牛羊等放牧養(yǎng)殖比重也在縮小,以致利用田間地頭、荒坡灘涂等閑荒地上生長的雜草來放牧在減少;再者,由于糧食種植分散,不易于機械化作業(yè),并且收種緊迫,以致大量的作物秸稈、藤蔓在短期內(nèi)集中收集、儲運與加工困難,其充分合理利用也顯著不足。規(guī)?；呐Ｑ蝻曫B(yǎng)場等養(yǎng)殖方式的出現(xiàn),因飼用作物與牧草種植及其加工未能跟進,目前青飼料種植僅占0.01%(表1),還有與上游作物種植結構配套不夠緊密,優(yōu)質(zhì)秸稈(花生秸、青玉米秸等)資源比重較小,劣質(zhì)秸稈(油菜秸、麥秸等)利用困難,從而必須消耗大量的育肥精料(如玉米、餅粕等),這在當?shù)馗觿×伺c單胃畜禽的爭糧,糧食安全因飼料糧的激增而受到進一步挑戰(zhàn)。由此,目前沿淮洼地的農(nóng)牧業(yè)鏈接仍比較松散,急待建立新的高效的農(nóng)牧鏈接模式。2農(nóng)業(yè)結構優(yōu)化理論的探討2.1經(jīng)濟效益分析針對松散的農(nóng)牧鏈接現(xiàn)狀,在當今糧食安全的戰(zhàn)略背景下,為了促進草地畜牧業(yè)與秸稈循環(huán)飼用的生態(tài)農(nóng)業(yè)健康發(fā)展,在此筆者提出一個新概念——單位耕地年產(chǎn)可消化生物量(digestiblebiomassyieldperhectareperyear,DBYHY,單位:每年每公頃產(chǎn)生物量公噸,t/hm2·a),它是指從每hm2耕地上年種植的植物體所獲得的能被人類直接與間接消化的養(yǎng)分總和。所謂的植物體應包括其籽實、根莖與秸稈等全部有機物;間接消化吸收養(yǎng)分是指人類不能或不愿直接采食,但可通過草食畜禽或魚類等的采食來轉(zhuǎn)化成為人類所需的肉、蛋、奶的養(yǎng)分。2.2關于tdn的營養(yǎng)評價可消化生物量如何測算是推行DBYHY概念體系所必需解決的技術問題,同時也是實行DBYHY概念體系指導農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的依著點與意義所在。筆者認為應測算提供的各主要營養(yǎng)成分產(chǎn)量乘以各養(yǎng)分的營養(yǎng)權數(shù)與市場價值權數(shù)后所得的數(shù)值之和,這樣它既體現(xiàn)了營養(yǎng)產(chǎn)量及其重要性的生物學價值,同時也包含了市場供需層面的經(jīng)濟學成分,這與草業(yè)上所描述的生物量概念及估測方法有顯著區(qū)別。在此不妨引用動物營養(yǎng)學上的一個經(jīng)典術語——總消化養(yǎng)分(totaldigestiblenutrients,TDN),Morrison(1910)曾給出其計算公式:TDN=DCP+DEE×2.25+DNFE+DCF。式中,DCP為可消化粗蛋白,DEE為可消化粗脂肪,DNFE為可消化無氮浸出物,DCF為可消化粗纖維。但經(jīng)典的TDN計算公式是當時基于主要常規(guī)養(yǎng)分消化能值的當量關系而誕生的,盡管其包括了可消化粗蛋白等4項重要可消化養(yǎng)分,并可合并為1個單一數(shù)值,簡化了對各生物樣品能值的定量評測。但其既非能值也非樣品完全營養(yǎng)的描述,以至被后來的代謝能(ME)體系所替代。又因為它未突出最重要的營養(yǎng)成分——蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值,也未包含其他微量營養(yǎng)素(如維生素、礦物質(zhì))對樣品綜合營養(yǎng)價值的貢獻值,這在當今蛋白質(zhì)危機、人類膳食結構日趨精糧化以及畜禽集約化飼養(yǎng)所導致的微量養(yǎng)分缺乏的時代,以其作為評價一生物樣品的綜合營養(yǎng)價值是不足的。但是由于使用方便與習慣,它作為飼料樣品單一消化能能值評價指標一直在被沿用。為此,為了兼顧營養(yǎng)供給與市場需求,本研究在原概念基礎上,探討建立一個考慮到蛋白質(zhì)、能量、脂肪、維生素及微量元素綜合營養(yǎng)及其各營養(yǎng)重要性(通過加權系數(shù)表述)的校正公式:TDNc(correctTDN)=(1+0.06R)×(5.50DCP+2.25DEE+DNFE+DCF)式中,校正系數(shù)0.06是基于每kg玉米所含維生素與鈣、磷及微量元素的近3年國內(nèi)市場均價總和,與其DCP、DEE、DNFE及DCF四項總養(yǎng)分市場均價和的比值;校正系數(shù)R旨在反映不同植物體的維生素及微量元素綜合營養(yǎng)指數(shù)(加權系數(shù)),為簡化計算,禾本科谷物或根莖類取1.0,豆科籽實取1.2,青綠營養(yǎng)體(包括優(yōu)質(zhì)干草)取1.5,一般秸稈取0.5,少數(shù)木質(zhì)素高的秸稈如油菜秸稈等取0.0;系數(shù)5.50是基于蛋白質(zhì)原料代表豆粕,與能量原料代表玉米之DCP差值除以豆粕與玉米近3年國內(nèi)市場均價[21,22,23,24,25,26]差值的商。系數(shù)0.06,5.50盡管隨玉米、豆粕等市場價格的變化而變化,但變化幅度較小,并以其為中值波動,一段時間內(nèi)相對固定。其詳細推導將有另文專論。2.3糧食和糧食:tdrc與feu、aleu的量表隨著營養(yǎng)學工作的開展,取得任一樣品各可消化養(yǎng)分的測試值并不困難,但要把各養(yǎng)分測試值綜合起來以1個數(shù)值來科學描述樣品整體營養(yǎng)價值卻是十分復雜的。因各養(yǎng)分的權重如何確定,它不僅要考慮營養(yǎng)價值重要性等生物學成分,同時要考慮到各養(yǎng)分生產(chǎn)成本,即市場價格的經(jīng)濟因素。由于分析檢測數(shù)據(jù)的暫時局限性與原料市價的變化,本TDNc計算公式所推薦的系數(shù)是動態(tài)的并需要不斷的完善。但其畢竟較經(jīng)典的TDN公式更全面反映了被測評原料蛋白質(zhì)營養(yǎng)重要性與微量養(yǎng)分的營養(yǎng)價值,更重要的是其還包含了經(jīng)濟元素,這是用其反映DBYHY模型數(shù)值較經(jīng)典TDN的創(chuàng)新所在。與可消化生物量概念體系相近的研究,僅見國內(nèi)學者任繼周等曾為了克服中國特有的狹隘食物觀,提出了食物當量的設想。即把生態(tài)系統(tǒng)中可以作為食物的產(chǎn)品,對它們的糧食使用價值用統(tǒng)一的食物當量來衡量,這樣可以為任何食物作出適當?shù)募Z食評價。提出的食物當量(foodequivalentunit,FEU)是以熱量與蛋白質(zhì)含量為基礎綜合而成。其分為2個部分,即植物性食物的食物當量與動物性食物的食物當量。前者是以南方盛產(chǎn)的粳稻為標準食物,以它的熱量值(H)和蛋白質(zhì)值(P)的校正系數(shù)之和作為單位植物食物當量;后者以分布較廣、食用面較大的草食動物羊肉為標準動物性食品。任繼周和林慧龍進而研究認為,單純以糧食為標志的耕地生產(chǎn)力評價有2種流弊:一是把不適宜糧食生產(chǎn)的土地強行開墾生產(chǎn)糧食,并以此為評價土地資源的標準,導致糧食生產(chǎn)與土地資源兩敗俱傷,從而低估了土地的生產(chǎn)潛勢;二是對既可生產(chǎn)糧食又可生產(chǎn)其他食物的土地資源潛力估計不足。例如把生產(chǎn)籽實類谷物產(chǎn)量很低的土地改為生產(chǎn)營養(yǎng)體(生產(chǎn)莖葉等非籽實產(chǎn)品)可能表現(xiàn)為更高的生產(chǎn)水平。為此又提出農(nóng)田當量(arablelandequivalentunit,ALEU)這一量綱。它是把單位面積一年一熟種植水稻的食物產(chǎn)出作為標尺,來衡量一切農(nóng)業(yè)用地單元(包括傳統(tǒng)農(nóng)田、草地或其他飼用植物用地)的相對食物生產(chǎn)潛勢的計量單位,其精確表達為:ALEU=F(T,m,∑ifi)/F0(T0,m0,f0),式中,T為核算尺度,m為運營模式,fi為品種i的產(chǎn)量,F為最終食物產(chǎn)出;m0為現(xiàn)階段標準水稻管理模式,T0核算尺度為1年,f0為一年一熟的標準水稻單產(chǎn),F0為單位面積一年一熟種植水稻的食物產(chǎn)出。將TDNc與FEU、ALEU進行比較(表2),發(fā)現(xiàn)其共同點是,均為克服狹隘食物觀,尋求一個統(tǒng)一的評價體系而創(chuàng)建成的新概念;均可用一個簡單的數(shù)值來定量描述,便于比較農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率優(yōu)劣。不同點是TDNc是絕對值,而FEU、ALEU是相對值;TDNc包括了人類間接食物的營養(yǎng)評價,即動物可利用的人類非可食部分如秸稈、牧草等,而FEU僅對人類可食部分進行評價,ALEU也僅包含了非可食部分中的牧草。再者,TDNc是基于較完整的可消化養(yǎng)分,FEU則是僅基于能量與蛋白,暫未考慮維生素和其他微量營養(yǎng)元素等,同時,FEU與ALEU均是基于樣品的總粗略養(yǎng)分,未考慮不同樣品的養(yǎng)分消化率之差異。最后,TDNc通過設置不同經(jīng)驗系數(shù),考慮了不同養(yǎng)分的經(jīng)濟價值權重,FEU與ALEU暫未對營養(yǎng)成分的經(jīng)濟價值予以考慮。但較FEU、ALEU來說TDNc不足的是相對動態(tài)的,需繼續(xù)推敲R值定義的合理性,還有公式中系數(shù)0.06,5.50盡管相對固定,但較長時間后隨著市場原料價格變化也許會有一定波動。3采用生物多樣性生產(chǎn)模型對糧食安全和農(nóng)地結構優(yōu)化的影響3.1對糧食安全的現(xiàn)代內(nèi)涵的重新評估盧良恕認為“糧食安全”不同于“食物安全”,“糧食安全”主要的戰(zhàn)略目標是糧食主產(chǎn)區(qū)如何發(fā)展糧食產(chǎn)業(yè)、促進種糧農(nóng)民增加收入、保障糧食有效供給;“食物安全”則是在糧食安全的基礎上,充分發(fā)揮區(qū)域比較優(yōu)勢,宜糧則糧、宜牧則牧、宜林則林、宜漁則漁,注重原料轉(zhuǎn)化如飼料糧、飼料草轉(zhuǎn)化為肉、蛋、奶和水產(chǎn)品等。他把“糧食”與“食物”進行了嚴格劃分。任繼周等曾批評我國單一植物性農(nóng)業(yè)系統(tǒng)把糧食混同于谷物,又把谷物混同于食物,經(jīng)過這樣一番不經(jīng)意的概念偷換,于是演變?yōu)槭澄?谷物=糧食。一直比較默認的“糧食”概念,是指傳統(tǒng)種植業(yè)提供的小麥、水稻、玉米等,有時也包及油料作物大豆、油菜、花生等。然而從營養(yǎng)學角度看,應是“食物”而不是“糧食”才是最終滿足人類的生命活動之需,是提供能量、蛋白質(zhì)、脂肪與其他營養(yǎng)素的載體。并且隨著社會進步與人民生活水平的提高,滿足人們生命活動之需的能量、蛋白質(zhì)、脂肪與其他營養(yǎng)素的提供已不僅僅來自傳統(tǒng)意義上的“糧食”,肉、蛋、奶及水產(chǎn)品的消耗已顯著上升,它們是提供現(xiàn)代人類營養(yǎng)需要的重要組成,尤其是在像中國這樣的發(fā)展中國家,其所提供的營養(yǎng)量在逐年快速提高。因此,在新形勢下倡導糧食安全的“糧食”概念應該是廣義的,它除了過去狹義的內(nèi)涵,還應擴展到肉、蛋、奶及水產(chǎn)品,甚至到水果、蔬菜、堅果等一切可以提供生命活動所需營養(yǎng)素的人們喜愛的所有可食品,在此不妨稱之為“大糧食”或“食物”。在此背景下,政府抓糧食安全不能僅僅考慮以往狹義的“糧食”產(chǎn)量,而應全面考慮現(xiàn)代“大糧食”的生產(chǎn)總效率。值得一提的是過去以狹義的“糧食”如小麥、玉米、大豆等來配制牛羊等草食畜禽或水生動物飼料,然后再以其換取肉、蛋、奶及水產(chǎn)品,而忽視可能更加高效的混播牧草與飼用作物(如我國南方推廣的飼料稻)以及收獲糧食后產(chǎn)生的秸稈等副產(chǎn)物中可被草食動物利用的營養(yǎng)量在不同品種秸稈間的差異。所有這些在“大糧食”概念下均應重新評估。通過使用DBYHY生產(chǎn)模型調(diào)整農(nóng)業(yè)結構,就可以克服傳統(tǒng)的“以糧為綱”認識誤區(qū)。它不是僅測算單位耕地谷物(糧食)產(chǎn)量,而是同時對人、畜可利用營養(yǎng)總產(chǎn)量進行測算。它既考慮籽實也考慮收獲后秸稈的利用;對不適合籽實生產(chǎn)的耕地或季節(jié)將引導發(fā)展營養(yǎng)體農(nóng)業(yè)(如牧草)。因此,通過DBYHY生產(chǎn)模型可將沿淮洼地單位耕地的食物生產(chǎn)效率予以綜合評價,可比較出不同種植模式的物質(zhì)與能量轉(zhuǎn)化總效率,這對科學認識與促進糧食安全將起到顯著作用。3.2種植模式對效率的影響建立DBYHY生產(chǎn)模型,是利用單位耕地所產(chǎn)的總TDNc的數(shù)值大小來衡量模型的優(yōu)劣,而TDNc的數(shù)值測算包括了人與草食動物2個層面,對植物體分而食之,人類采食籽實或塊莖類,動物采食人類不能利用的秸稈、牧草等。因此,利用DBYHY生產(chǎn)模型來調(diào)整農(nóng)業(yè)結構,把秸稈、牧草等養(yǎng)分利用也納入了計算公式,這無疑對促進牛羊鵝兔生產(chǎn)與秸稈飼用化起到了顯著促進作用。根據(jù)DBYHY模型來指導農(nóng)業(yè)生產(chǎn)最大的優(yōu)勢是能直接地定量描述。在沿淮洼地的單位耕地上,一些作物籽實、秸稈與牧草產(chǎn)量,以及其可消化養(yǎng)分含量見表3。根據(jù)表3數(shù)值與上述的TDNc公式,就可計算出各種種植模式的TDNc數(shù)值,見表4。從傳統(tǒng)的稻-麥、稻-油、玉米-油種植結構所得到的TDNc數(shù)值分別為19.55,15.73,15.07(表4);而從紫花苜蓿單播、2/5黑麥草+3/5苜?；觳ニ玫降腡DNc數(shù)值分別為24.51和21.35。稻-黑麥草種植結構所得到的TDNc數(shù)值更高至26.24。除此,冬季改種小麥為多花黑麥草,后作水稻產(chǎn)量平均還可提高10%,這是由于牧草具有龐大的根系,牧草茬地能較好地改善土壤的理化性質(zhì),大幅度提高土壤有機質(zhì)含量;另外牧草根系生長旺盛會促進根系分泌大量有機物質(zhì),極大提高土壤酶活性,而酶活性與土壤肥力又具有高度的正相關。因此,揭示在沿淮洼地推廣稻-黑麥草種植模式可較傳統(tǒng)稻-麥模式顯著提高土地的生產(chǎn)效率。利用冬閑田建立“黑麥草-水稻”草田輪作系統(tǒng)[37,38,39,40,41,42]的研究表明,在不影響糧食生產(chǎn)的前提下,改變單純籽實體農(nóng)業(yè)為糧食-牧草(飼料)的籽實與營養(yǎng)體復合型農(nóng)業(yè),可使作物生產(chǎn)的時間搭配更趨合理,資源利用更充分,土壤生態(tài)環(huán)境更好。楊中藝等研究的“黑麥草-水稻”草田輪作系統(tǒng)在廣東省產(chǎn)生了顯著的效益,它改善了區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結構,促進了“三元結構農(nóng)業(yè)”和節(jié)糧型畜牧業(yè)的發(fā)展,提高了土地的利用率以及土地單位面積的產(chǎn)出。這與上述稻-黑麥草系統(tǒng)具有較高TDNc數(shù)值是一致的,這也從另一側(cè)面證明了推行DBYHY評價體系可行。結果顯示,種油菜就不如種花生高效(表4),因為后者的TDNc數(shù)值10.24遠大于前者的6.10,這主要是花生秸稈的營養(yǎng)價值遠大于油菜秸稈的原因所致。因此在洼地發(fā)展反芻動物生產(chǎn)的同時,應優(yōu)