一种草地畜牧业的优化调控方法及相关产品

摘要

本发明属于生态平衡技术领域，提供了一种草地畜牧业的优化调控方法及相关产品，所述方法包括利用预先构建的基于气候变化和人类活动的草地畜牧业系统动力学模型对草地畜牧业系统进行动态仿真模拟；然后利用预先构建的评价指标体系对模拟的结果进行评价；最后根据评价的结果对草地畜牧业系统作出不同情景下的畜牧业优化调控方案，有利于促进畜牧业可持续发展。

说明书

技术领域

本发明涉及生态平衡技术领域，尤其涉及一种草地畜牧业的优化调控方法及相关产品。

背景技术

随着气候变化及资源利用强度加大，草原生态退化加剧。畜牧业发展面临着放牧强度大、城镇化等人类活动强，草畜矛盾尖锐的挑战。草畜平衡是草场管理的重要目标和手段。草畜平衡是指在一定时空通过草原和其他途径提供的饲草料量与牲畜所需量达到平衡的状态。草畜平衡核算指标包括牧草产量、可利用率、牲畜采食量和载畜量等4个方面，草畜平衡强调饲草料-动物之间的生物反馈机制，主要管理手段有保育草场承载能力、控制载畜量、牧民生计多元化等。

但目前，还没有一种从草地畜牧业系统的角度，综合考虑草地产草量、载畜量、牧民及三者的影响与反馈机制的系统优化调控技术方法，不利于统筹协调草地生态保护和畜牧业发展。

发明内容

针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种草地畜牧业的优化调控方法及相关产品，综合考虑草地产草量、载畜量、牧民及三者的影响与反馈机制，对草地畜牧业系统进行动力学仿真模拟，再通过畜牧业可持续性评价指标体系进行评价，从而确定未来畜牧业优化调控策略，有利于促进畜牧业可持续发展。

具体的，主要通过以下技术方案来实现：

一种基于气候变化和人类活动的草地畜牧业优化调控方法，包括以下步骤：

利用预先构建的基于气候变化和人类活动的草地畜牧业系统动力学模型对草地畜牧业系统进行动态仿真模拟；

利用预先构建的评价指标体系对所述模拟的结果进行评价；

根据评价的结果对草地畜牧业系统作出不同情景下的畜牧业优化调控方案。

优选地，还包括采用多源数据对草地畜牧业系统动力学模型进行初始化。

优选地，所述多源数据包括：草地面积、产草量、水体面积、牲畜存栏量、牲畜出栏量、畜牧业产值、牧场载畜率、牧民数量、牧户生计及收入。

优选地，所述多源数据的获取方式包括：样方调查、遥感影像和统计。

优选地，所述对草地畜牧业系统进行动态仿真模拟，具体包括：

所述草地畜牧业系统动力学模型包括草地系统模块、牲畜系统模块和牧民系统模块；

草地系统模块基于草地利用、生产力数据模拟未来草地面积及产草量；

牲畜系统模块基于产草量及补饲数据模拟载畜量；

牧民系统模块基于牧民人口变化、生计及消费水平数据模拟牧民数量。

优选地，对所述模拟的结果进行评价包括：畜牧业可持续性评价。

优选地，所述畜牧业可持续性通过下式评价：

其中，v

一种基于气候变化和人类活动的草地畜牧业优化调控装置，包括仿真模拟模块、指标评价模块和优化调控模块：

仿真模拟模块利用预先构建的基于气候变化和人类活动的草地畜牧业系统动力学模型对草地畜牧业系统进行动态仿真模拟，并将模拟的结果发送给指标评价模块；指标评价模块利用预先构建的评价指标体系对所述模拟的结果进行评价；优化调控模块根据指标评价模块的评价结果对草地畜牧业系统作出不同情景下的畜牧业优化调控方案。

一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一种基于气候变化和人类活动的草地畜牧业优化调控方法的部分或全部步骤。

本发明相较于现有技术具有以下有益效果：

综合考虑了气候变化和人类活动的影响，对草地畜牧业系统进行动力学仿真模拟，再通过畜牧业可持续性评价指标体系进行评价，从而确定未来畜牧业优化调控策略，缓解畜牧业发展面临的草地退化、草畜矛盾加剧、放牧及城镇化等人类活动增强的问题。

附图说明

1、图1为本发明实施例蒙古国典型放牧地畜牧业系统动力学模型示意图；

2、图2为本发明实施例无人机畜群放牧及定居点监测的示意图；

3、图3(a)为本发明实施例羌塘高原畜牧业生态经济系统动力学模型示意图，3(b)为牲畜存栏、新增牲畜和牲畜出栏随时间的变化曲线图；

4、图4为本发明实施例一种基于气候变化和人类活动的草地畜牧业优化调控装置的结构示意图；

5、图5为本发明实施例一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更清楚的理解本发明的核心思想，下面将结合附图对其进行详细的说明。

实施例一

本发明实施例提供了一种基于气候变化和人类活动的草地畜牧业优化调控方法，下面以蒙古国畜牧业优化调控为例进行说明。

在蒙古国的森林草原、典型草原及荒漠草原等典型放牧地布设案例区，集成多源数据，基于Vensim DSS环境构建蒙古国典型草地畜牧业系统动力学模型。模型包括草地系统模块、牲畜系统模块和牧民系统模块，绘制模块变量相互作用及因果关系流图(图1所示)，采用多源数据对上述草地畜牧业系统动力学模型进行初始化，拟合变量间的统计规律以确定各水平变量的变化率，建立变量之间的定量表达方程，启动上述草地畜牧业系统动力学模型对蒙古国典型畜牧业系统进行动态仿真模拟。

其中，所述多源数据的获取方式包括：样方调查、遥感影像和统计，具体的，在典型放牧地，择地设置3-5个处理及3个重复，建立植被生态、土壤质量调查样方，生长季进行草地植被土壤样方调查，调查地上生物量、盖度、多样性及优势种。在对应样方测定土壤pH值、容重、含水量、质地，采集根际土壤样品，测定有机质、全氮、全磷、全钾。分析不同利用强度草地对植被和土壤的影响。

如图2所示，畜群放牧行为监测包括采用动物佩戴式传感器，结合DJ无人机航拍，对畜群数目及家畜放牧行为进行实时监测，实现动物-环境的集成分析。

机构访谈和入户问卷调查：草地管理、畜群数量及结构，牧民生计。

模型模拟与集成分析：采用SD(system dynamics，系统动力学理论)构建畜牧业系统动力学模型，采用FLUS(Future Land Use Simulation)模拟未来土地利用。

上述草地畜牧业系统动力学模型包括水平变量：草地面积、牲畜存栏量和牧民人口，辅助变量：新增牲畜量、牲畜出栏量、牧民收入、补饲成本、产草量以及牲畜采食量等，调控变量：气候情景、市场价格、人口规模及城镇化、消费水平等。

具体的，草地系统模块基于草地利用、生产力数据模拟未来草地面积及产草量；

牲畜系统模块基于产草量及补饲数据模拟载畜量；

牧民系统模块基于牧民人口变化、生计及消费水平数据模拟牧民数量。

利用预先构建的评价指标体系对上述模拟的结果进行评价，分析蒙古国草地畜牧业发展现状、存在问题及草畜平衡态势，筛选草地面积、产草量、水体与水源地、牲畜存栏量、出栏量、销售量、畜群结构、牧民数量、牧户生计及收入等畜牧业发展的主要指标，构建蒙古国畜牧业可持续性评价指标体系，包括草畜可持续性综合指标的评价。

所述畜牧业可持续性通过下式评价：

其中，v

例如，根据各指标由劣到优，分别赋予各指标取值1、2、3、4、5的分值，如表1所示，当g

表1

表1中g

最后根据上述评价的结果对草地畜牧业系统作出不同情景下的畜牧业优化调控方案。

可持续畜牧业系统应是一个负反馈的、以草定畜的动态自适应系统。一旦存栏量超过承载能力，就需通过加大出栏量等手段使之趋向平衡状态。

以气候情景数据驱动产草量，以人口迁移模拟城镇化，以畜产品与饲草价格模拟市场波动，以牧民生计及消费水平模拟人类活动影响，以生态补偿等模拟政策影响。通过改变调控变量，比较不同调控情景下畜牧业系统动态变化，提出畜牧业优化调控策略。

具体的，基于第五阶段全球气候同化国际耦合模式比较计划CMIP 5(CoupledModel Intercomparison Project Phase 5)，获取代表浓度路径RCP 4.5(Representative Concentration Pathway)情景下蒙古国2020-2050年的气温、降水数据，结合土地利用、交通及产业与环境政策因素，采用未来土地利用变化情景模拟模型GeoSOS-FLUS(Geographical Simulation and Optimization System，Future Land UseSimulation)，模拟蒙古国未来土地利用尤其是草地情景。CMIP 5提供了2006-2100年逐月全球气候模式同化数据，选取CMCC-CM模式RCP4.5浓度情景下2020-2050年月均气温、降水数据，基于1990-2020年草地利用数据，采用GeoSOS-FLUS对未来草地面积进行模拟，模型数据输入：起至年份土地，模型输出：预测年份土地分类栅格数据。

以第一性与第二性生产力平衡为优化目标，以气候变化、人口管控、畜群数量控制、政府干预等外生变量为调控变量，模拟不同调控情景下，草地面积、产草量、牲畜存栏量、牧民收入等内生变量的动态变化过程，通过评价畜牧业系统可持续性，进行畜牧业调控方案的比选和优化，最后从承载力管控、空间布局优化以及土地多功能协调等方面提出畜牧业优化调控策略。

例如，如图3所示，考虑草地-牲畜-人口系统，基于牧户调研、样方调查、遥感数据，构建羌塘高原牧户尺度SD模型，模拟2011-2030年系统演变动态，羌塘高原藏羚羊生境涵盖了81％的牧草地，藏羚羊与家畜争食、争空间冲突较大。提出缓解自然保护与畜牧业发展冲突的建议：退牧还野、居民点集中优化、产业转型与特色发展、加强草、畜、兽、人系统研究。

实施例二

一种基于气候变化和人类活动的草地畜牧业优化调控装置，如图4所示，包括仿真模拟模块、指标评价模块和优化调控模块：

仿真模拟模块利用预先构建的基于气候变化和人类活动的草地畜牧业系统动力学模型对草地畜牧业系统进行动态仿真模拟，并将模拟的结果发送给指标评价模块；指标评价模块利用预先构建的评价指标体系对所述模拟的结果进行评价；优化调控模块根据指标评价模块的评价结果对草地畜牧业系统作出不同情景下的畜牧业优化调控方案。

优选的，还包括初始化模块，采用多源数据对草地畜牧业系统动力学模型进行初始化。

优选的，仿真模拟模块包括预先构建的基于气候变化和人类活动的草地畜牧业系统动力学模型，所述草地畜牧业系统动力学模型包括草地系统模块、牲畜系统模块和牧民系统模块；草地系统模块基于草地利用、生产力数据模拟未来草地面积及产草量；牲畜系统模块基于产草量及补饲数据模拟载畜量；牧民系统模块基于牧民人口变化、生计及消费水平数据模拟牧民数量。

优选的，指标评价模块具体用于畜牧业可持续性评价，并具体通过下式评价：

其中，v

本发明实施例的一种基于气候变化和人类活动的草地畜牧业优化调控装置与上述实施例的一种基于气候变化和人类活动的草地畜牧业优化调控方法相对应，实现相应的功能，具体的实施方式可参照上述实施例，此处不再赘述。

实施例三

一种电子设备，如图5所示，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述任一种基于气候变化和人类活动的草地畜牧业优化调控方法的部分或全部步骤。

以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。