在中国北方农牧交错带，实施禁牧政策后对水-耕地-草地-畜牧业平衡的评估

《Agricultural Systems》：Assessment of water-cropland-grassland-livestock balance in the agro-pastoral ecotone in northern China under the grazing exclusion policy

中国北方农牧交错带草畜平衡及水资源承载力研究。通过构建水-耕地-草地-牲畜（WCGL）平衡评估框架，结合改进的CASA模型和水足迹法，分析禁牧政策下资源供需矛盾。研究发现：19个城市普遍存在草畜和水双重超载，解除禁牧强度可部分缓解压力，但多数城市仍面临资源短缺。空间异质性显著，东北部水资源压力较小，而中部和西南部更为严峻。研究为优化资源利用和制定可持续畜牧业政策提供科学依据。

　　

张聪|李俊豪|王芳毅|周丽华

中国科学院科学与发展研究所，北京100190，中国

摘要

背景

中国的北方农牧交错带是发展草食性畜牧业的重要区域，但面临着草地退化、农牧系统整合不足、水资源短缺以及禁牧措施影响等挑战。

目的

因此，本研究构建了一个水-耕地-草地-畜牧业（WCGL）平衡评估框架，以评估水资源、耕地和草地资源是否能够可持续地支持草食性畜牧业的生产。

方法

本研究采用了改进的CASA模型以及多种分析方法，如水足迹法。

结果与结论

主要发现包括：（1）在实施禁牧政策的情况下，耕地成为主要的饲料来源。整个研究区域仍然存在严重的超负荷问题，但饲料供应的显著增加缓解了这一问题。除忻州和吕梁外，19个城市中的大多数城市的饲料短缺超负荷情况有所改善。（2）草食性畜牧业的用水主要来自耕地饲料。整个研究区域的基于水的超负荷问题仍然严重，且没有明显的时间趋势，但存在空间差异：东北地区的状况比中部和西南地区更为轻微。（3）总体而言，大多数城市长期面临饲料和水资源的双重短缺超负荷问题。（4）降低禁牧强度不仅可以增加天然草料的供应，还可以通过减少对耕地饲料的依赖来缓解水资源压力。尽管部分城市可能通过这种措施完全解决饲料或水资源的短缺问题，但大多数城市即使在完全解除禁牧后仍存在超负荷现象。

意义

本研究为优化资源利用和支持可持续的草食性畜牧业管理提供了实际依据。

引言

过去五十年中，全球对动物源性食品的需求不断增加，推动了畜牧生产的显著扩张，给自然资源带来了巨大压力（Sekaran等人，2021年）。草地是畜牧业饲料的重要来源，但它们正面临退化、荒漠化和生产力下降等严重挑战（Li等人，2024年）。平衡草食性畜牧业生产和生态保护是一个重要的全球性问题（Liu等人，2025年）。草地-畜牧业平衡管理是应对上述挑战的关键方法之一。其策略在于调节牲畜数量以防止过度放牧，从而确保饲料供应与草食性畜牧业需求之间的动态平衡（Cao等人，2019年；Huang等人，2025年）。在传统的牧区，这种平衡通常仅涉及天然草地和牲畜（Piipponen等人，2022年；Xin等人，2019年；Yan等人，2023年）。一些研究还纳入了补充饲料率参数，以大致量化来自天然草地以外的饲料（Huang等人，2021年；Hu等人，2024年）。然而，在农牧交错带，草地和耕地紧密交织，共同在饲料供应中发挥着重要作用。因此，这类地区的研究必须同时考虑耕地的承载能力。例如，对南非和西非混合农牧系统的研究量化了牧草、作物残余物和灌木对总饲料供应的贡献（Lamega等人，2024年；Rahimi等人，2021年）。此外，在半干旱气候条件下，水资源是农牧交错带草食性畜牧业发展的关键限制因素。肯尼亚和蒙古的研究强调了降水变化和用水条件对饲料可用性的影响（Mganga等人，2024年；Wang等人，2024b）。综合模型（如为内蒙古开发的模型）进一步表明需要共同优化草地、耕地、水资源和牲畜的分配（Lu等人，2020年）。

中国的北方农牧交错带作为农业区和牧区之间的过渡带（Yang等人，2019年），具有典型的半干旱气候特征。该地区包括主要的粮食生产区、广阔的天然草地和大规模的人工饲料种植区。该地区的畜牧业生产得益于天然草地和人工饲料、作物残余物以及粮食的综合作用，在中国的粮食生产系统中发挥着重要作用。然而，历史上的严重草地退化导致21世纪初全国范围内实施了禁牧措施（Wang和Lo，2022年）。北方农牧交错带一些最早实施禁牧的草地已经禁牧超过二十年。自禁牧政策实施以来，草地生态得到了显著恢复，但与此同时，畜牧业的发展也面临巨大挑战。这引发了许多牧民的强烈不满，他们认为禁牧措施破坏了他们的生计，同时未能改善草地生态（Liu等人，2024a；Liu等人，2024b；Liu等人，2023a；Liu等人，2023b；Liu等人，2023c）。这不仅仅是牧民的主观感受或个人经历。虽然一些研究报道了禁牧的积极效果，如地上生物量的增加和土壤有机碳的提高（Shu等人，2024年；Wang等人，2018年），但最新研究表明这些好处可能不会永久持续。包括社区密度、土壤湿度和微生物多样性在内的指标通常会在一段时间后达到峰值然后逐渐下降（Li等人，2018年；Wang等人，2023年；Wang等人，2024c；Zhao等人，2025年）。因此，禁牧政策的未来方向成为一个备受关注的问题。

总之，大多数现有的区域牲畜承载能力评估基于天然草地的理论承载能力，这种方法通常更适合牧区。虽然一些研究考虑了耕地中的饲料，但它们的估算方法往往过于简化或仅限于有限的来源范围。此外，禁牧政策对草地实际可用性的影响既直接又显著，但在当前研究中仍大多未被量化。最后，水资源不仅直接影响牲畜的饮用水需求，还通过影响作物产量间接影响畜牧业。我们开发了一个水-耕地-草地-畜牧业（WCGL）分析框架。该框架通过纳入禁牧的影响、考虑来自耕地的饲料供应，并引入水资源限制，扩展了传统的草地-畜牧业分析。基于这一框架，我们设计了基于草地生产力恢复的禁牧调整方案，探讨不同禁牧强度如何通过跨资源反馈改变饲料和水资源压力。我们的目标是系统评估中国北方农牧交错带草食性畜牧业生产的饲料和水资源供需平衡，以及禁牧政策对这种平衡的影响。本研究为在资源受限条件下进行长期区域畜牧业规划提供了可操作的见解。它还为在气候变化导致的水资源和饲料资源不确定性增加的情况下调整禁牧政策提供了科学依据和定量工具。

研究区域

研究区域

中国的北方农牧交错带是从东北平原、华北平原和黄土高原到内蒙古高原和青藏高原的过渡带。本研究采用了农业部2017年《关于北方农牧交错带农业结构调整的指导意见》中确定的146个重点县（市），并选择了包含这些重点县的19个地级市（不包括那些重点县占比不足的城市）。

CGL平衡的时空动态分析

本节首先估算了禁牧条件下天然草地的可利用草产量，然后计算了来自耕地的饲料供应，随后计算了CGL平衡指数，并进行了时间和空间分析。

资源与草食性畜牧业发展之间的空间不匹配

研究结果表明，北方农牧交错带的饲料和水资源存在显著的空间差异，这些差异不仅受自然环境因素的影响，还受到政策措施的影响。草食性畜牧业分布与可用资源之间存在空间不匹配。例如，尽管东北部的抚新地区饲料和水资源相对有限，但该地区一直在大力推广畜牧业。

结论

本研究主要关注中国北方农牧交错带草食性畜牧业系统的发展以及饲料和水资源的环境限制，特别是在禁牧政策带来的长期挑战下。本研究的核心目标是评估当前畜牧业生产模式与区域资源禀赋之间的兼容性。为此，我们构建了一个全面的WCGL平衡模型评估框架。

CRediT作者贡献声明

张聪：撰写——原始草稿、软件开发、方法论设计、调查实施、数据分析、概念化。李俊豪：数据验证、数据管理。王芳毅：数据可视化、监督指导。周丽华：撰写——审稿与编辑、监督指导、资金争取。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了中国科学院“建立生态畜牧业技术体系”战略优先研究计划“牧区畜牧业资源调查与评估”子项目（XDA26010301）的支持。