我国中低产田土地资源和草牧业发展潜力
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我国农业过去一直以粮食作物生产为主，尽管畜牧业发展有所提升，但传统作物生产仍占绝对主导地位，畜牧业在农业中的比例不到 30%。因此，草食家畜产品的需求增加导致国内供给不足问题凸显。近几年，我国牛羊肉、液态奶和奶粉等畜产品的进口量逐年攀升，居高不下；与此同时，苜蓿、燕麦、大豆等饲草料进口量也在不断增加。中美经贸摩擦及其带来的世界性贸易争端极大地增加了我国从国际市场寻求进口饲草料和乳肉产品的不确定性。自 2015 年中央一号文件提出“加快发展草牧业”以来，中央及多个部委陆续出台了系列政策和措施。例如：原农业部、财政部印发《关于做好粮改饲试点工作的通知》（农财金函〔2015〕39 号）；原农业部出台《关于“镰刀弯”地区玉米结构调整的指导意见》（农农发〔2015〕4 号），要重点发展青贮玉米、大豆、优质饲草和生态功能型植物等；原农业部印发《关于促进草牧业发展的指导意见》（农办牧〔2016〕22 号），并在河北等 12 个省份的 37 个县（团、场）组织开展草牧业发展试验试点。各项政策的制定和出台，表明我国农业结构调整中越来越重视“草”的作用，草牧业发展迎来新机遇。
我国牛羊产品需求量不断增长
改革开放以来，随着社会经济的发展，我国居民对营养健康的要求不断提高。由于牛羊肉蛋白质含量高、脂肪和胆固醇含量低，且富含许多人体所必需的氨基酸及其他重要的矿物质，牛羊肉在居民膳食结构中的比例不断增加。1980—2018 年，我国肉类总产量从 1205 万吨/年增加至 8517 万吨/年，增加了 7.1 倍；牛羊肉的总产量从 71.4 万吨/年增加至 1 119 万吨/年，增加了15.7 倍，增速远高于肉类总产量的增速。同时，牛奶的产量也迅速增加，2018 年牛奶产量是 1980 年的 28 倍（图 1）。肉类总产量中，猪肉产量的占比从 94% 下降至 63.4%，牛羊肉产量的占比从 6% 增加至 13%。尽管如此，牛羊肉的产量仍然无法满足居民消费需求的增长。近 10 年，我国进口牛羊肉和液态奶的数量持续增加（图 2）：2018 年进口牛羊肉 135.8 万吨，是 2009 年进口量的 17 倍；进口液态奶 70 万吨，是 2009 年的 58 倍。
参照亚洲其他国家和地区的牛羊肉消费发展规律，我国牛羊肉未来消费需求潜力巨大。预计到 2030 年，我国牛羊肉的消费量将达到 1987 万吨。按照当前国内的牛羊养殖生产水平，未来牛羊肉自我供给的缺口将进一步加大。据测算，当前我国种植业与草牧业的产值比约为 2∶1；预计到 2030 年，我国以粮棉油生产为主的种植业和以畜产品生产为主的草牧业的产值比将达到 1∶1；到 2050 年，草牧业的产值将超过种植业的产值。由此可见，草牧业未来的发展潜力巨大。
牛、羊等畜产品产量的增加势必带动牛羊养殖数量的快速增加。截至 2018 年，我国牛、羊年底存栏数总计为 7.5 亿羊单位。牛、羊都是以吃草为主的草食家畜，按照每个羊单位每天需要消耗 1.8 kg 干草计算，相当于我国每年需要干草 5 亿吨；而我国天然草地每年的干草产量约为 3 亿吨，饲草缺口巨大。随着牛、羊等草食家畜产品的需求持续增加，我国的饲草料缺口势必进一步加剧。因此，如何通过农业种植结构调整，加大人工种草面积以弥补养殖饲草料缺口，是我国草牧业发展面临的一个重大问题。
我国中低产田土地资源和草牧业发展潜力
我国拥有耕地 18 亿亩，粮食总产量连年增加，2018 年粮食总产量达到 6.5 亿吨。然而，随着居民膳食结构的改变，口粮消费占粮食总产量的比例逐渐减少，而饲料粮消耗占比则逐年增加。据统计，我国生产饲料用原粮已达到了粮食总产量的 50%，也就是 3 亿多吨/年。可以说，我国粮食安全已经变成了饲料粮安全。然而，由于作物籽粒不到作物地上生物量的 1/2[5]，用粮食作为饲料，等于浪费了至少 1/2 的作物地上生物量，相当于浪费了生产秸秆部分所消耗的水土资源、化肥和农药等；而且，部分无法利用的秸秆只能焚烧，进而带来二次环境污染。种植牧草则是以收获茎叶等营养体为目的，可以实现全株生物量的利用。
我国农区有着悠久的畜牧养殖历史，但与草原牧区以放牧养殖草食家畜为主不同，农区在小农经济条件下注重耕畜、猪和家禽的养殖。因此，历史上我国农区牛羊饲养一直是副业，从未真正形成产业以提供优质的动物性蛋白食物。传统的养殖缺乏科学指导，多以粗放型养殖模式为主，牛羊饲养大多利用营养比较低的农作物秸秆。例如，2008 年“三聚氰胺”事件的发生，其重要原因就是奶牛饲料中蛋白含量不足，导致产出的牛奶蛋白质含量不达标。如何通过农业种植结构调整，以保障农区优质饲草料的充足供应，发展草牧业“种养加”一体化的产业模式是我国农业供给侧结构性改革的重要抓手。
据原农业部《关于全国耕地质量等级情况的公报》统计，我国超七成耕地质量属于中低产田，面积达 13.28 亿亩，占我国耕地总面积的 72.7%（表 1）。由于传统农业作物种植以收获籽粒为目的，农作物必须完成整个生育期，籽粒产量会在气候上受到地域、季节等因素的较大制约。因此，中低产田发展农作物普遍面临产量低且不稳、生产效益较差的问题。总体来说，中低产田每年的粮食单产仅为高产田的 40%—60%。牧草种植则是以收获茎叶等营养体为目的，对生长期内气候和土地资源的时间匹配性要求相对不严，能更充分地利用气候、土地和生物资源，使单位面积的生物量大幅度提高。
自 2015 年中央一号文件提出“加快发展草牧业”以来，我国加大了人工种草的面积。2017 年全国年末保留人工种草面积为 1.8 亿亩；种植面积前 10 位的牧草包括紫花苜蓿、青贮玉米、多年生黑麦草、批碱草、燕麦等，合计 1.42 亿亩，占我国人工种草面积的 78.7%。其中，紫花苜蓿、青贮玉米、多年生黑麦草和柠条的种植面积都在 1 000 万亩以上（图 3）。由于我国北方和南方气候、地形、土壤等条件不同，我国人工牧草种植在北方农区以紫花苜蓿、青贮玉米、燕麦等为主，南方地区以种植多年生黑麦草和多花黑麦草为主。
我国中低产田中，7.46 亿亩分布在东北、内蒙古、黄淮海、黄土高原等北方地区，5.82 亿亩分布在长江中下游、西南区、华南区等南方地区。假设采取草-田轮作制度，并设置 3 种轮作梯度，包括 6 年轮作制（即种植 5 年作物轮作 1 年牧草）、5 年轮作制（即种植 4 年作物轮作 1 年牧草）和 4 年轮作制（即种植 3 年作物轮作 1 年牧草），即分别相当于每年 17%、20% 和 25% 的中低产田用于发展人工牧草。按照我国中低产田种植粮食平均产量为 250 kg/亩计算，则相当于每年减少粮食产量约 0.55 亿—0.83 亿吨。根据我国北方农区主要种植牧草的种类和种植面积的比例，北方地区按照紫花苜蓿∶青贮玉米∶燕麦=5∶4∶1的种植面积进行计算，南方按照种植多花黑麦草进行计算，牧草单产参考全国的平均产量；根据 3 种轮作制度的预测，每年可生产牧草干物质分别是 2.25 亿吨、2.7 亿吨和 3.37 亿吨（表 2）；按照 3 kg 牧草替代 1 kg 饲料粮计算，并扣除轮作减少的粮食产量，每年净增加牧草干物质为 0.59 亿—0.88 亿吨。
假设牧草干物质对羊肉的转化率是 10∶1，对牛肉的转化率是 15∶1，按照当前我国牛、羊肉产量的比例约为 6∶4 计算，在上述 3 种轮作制度下，在中低产田发展人工牧草种植，产出的牧草相当于每年可生产牛羊肉 1 798 万吨（6 年轮作制）、2 158 万吨（5 年轮作制）、2 698 万吨（4 年轮作制），分别是 2018 年牛羊肉总产量的 1.6 倍、1.9 倍和 2.4 倍。因此，在中低产田实施草-田轮作制度，通过发展草牧业，可以显著提高我国牛羊肉的自我供给能力。
我国中低产田发展牧草种植的生态作用
我国中低产田在全国耕地中占比超七成，因此对中低产田进行改良和修复是我国农业生产中一项重大的战略任务。中低产田改良一般采用工程措施和生物措施，其中种植牧草改良中低产田是有效的生物措施之一。牧草具有很强的固土、涵养水分、培肥地力的功能，中低产田开展草-田轮作，特别是发展豆科牧草（如紫花苜蓿），对维护生态系统健康、提升生态系统服务功能具有重要作用。
改良盐碱地。种植牧草后，土壤总盐含量比传统种植作物的耕地显著降低。例如，种植苜蓿2年后，0—20 cm 耕层内含盐量由 0.22%—0.24% 下降到 0.05%—0.06%；种植 6 年苜蓿的盐碱地，在 0—60 cm 的耕层中，苜蓿地的全盐含量比对照下降了 29.8%；种植田菁、苏丹草、苜蓿、碱蓬半年后，0—80 cm 土层的土壤脱盐率达到 26%—35%。
提高土壤肥力。种植 6 年苜蓿的盐碱地，在 0—60 cm 的耕作层中，土壤有机质含量比对照提高了 4.5%，土壤速效氮比对照增加 10.7%；种植 4 年的苜蓿地，0—10 cm 土层中有机质、全氮、全磷、全钾均比传统耕地高，有机质、全氮、全磷分别提高 47.7%、20.9%、23.7%。
提高土地生产力。种植苜蓿 5 年后轮作小麦，平均亩产比对照提高 67% 到 1 倍以上；此外，苜蓿后茬轮作棉花可增产 62%，轮作谷子增产87%，轮作玉米增产 7.4%。种植紫云英或黑麦草后轮作水稻，比水稻连作增产 6.8%—9.2%。
改良土壤物理性质。4 年未翻耕的苜蓿地，0—60 cm 土壤容重下降 7.5%—7.9%，低于传统耕地，而土壤孔隙度提高 8.8%—9.3%，高于传统耕地；种植鲁梅克斯草 3—4 年后，耕作层土壤容重降低0.14—0.21 g/cm3，总孔隙度增加 1.89%—7.93%。土壤水分的渗透性和通气状况得到了改善，提高了土壤保肥蓄水的能力。
减少病虫害。耕地连作易导致土壤病虫害，而草-田轮作则能使寄主植物种类单一及迁移能力差的病虫大量死亡，有效控制传染性作物疾病，减少农药的使用。例如，在我国西藏农区，采用作物和箭筈豌豆轮作后，蛴螬和地老虎比麦类连作田分别下降 12.6% 和 18%，麦蚜和甘蓝夜蛾比同类作物连作田分别减少 79.1% 和 73.6%。
通过开展草-田轮作，一方面可以提高单位耕地面积的生产力，另一方面也可以起到改良中低产田的作用，实现了生产和生态效益的双提升。以中低产田种植苜蓿为例，河北黄骅盐碱地、河南郑州黄河滩地、甘肃定西等地均有不少成功案例；在四川洪雅、山西朔州、云南寻甸，通过中低产田种草养畜，显著提高了单位面积的经济效益。
黄河三角洲发展草牧业的潜力分析
盐碱土是我国最主要的中低产土壤类型之一，其生产力水平与其质量状况有非常密切的关系。盐碱地的改良利用，尤其是利用生物措施，通过草-田轮作、种植耐盐碱的牧草等，在国外已有成功的经验，并取得了显著的经济效益。例如：美国种植狗牙根、草木樨、三叶草等混播草地；阿根廷种植羊茅、高冰草等；澳大利亚利用地肤属、水牛草等改良盐碱土等。国内利用种植人工牧草改良盐碱土在山东、宁夏、新疆等地也均有许多实践案例。我国是世界上盐碱土较多的国家之一，特别是沿海地区，土地盐碱化、盐渍化形势十分严峻。其中，黄河三角洲地区有盐碱地 600 多万亩，且该区地下水位高，土壤比较贫瘠，种植粮食作物的产量低。
山东省是我国的养殖大省，2018 年牛羊肉总产量为 113.2 万吨，占全国牛羊肉总产量的 10%，排在全国第二位，仅次于内蒙古自治区。而人工种草的面积，山东省为 228.4 万亩，仅占全国人工种草面积的 1%。山东省人工牧草种植面积和牛羊养殖规模的错位，势必导致养殖所需饲草料严重不足。因此，利用黄河三角洲地区的盐碱地发展人工种草，不仅可以改良盐碱地，也将为山东省牛羊养殖提供饲草保障。
目前，山东省人工种草的种类主要是青贮玉米和紫花苜蓿，合计占当地人工种草面积的 96.5%，其他零星种植的包括小黑麦、燕麦、青饲高粱和木本蛋白饲料等。参考目前青贮玉米和紫花苜蓿的种植面积，按照青贮玉米∶紫花苜蓿=9∶1的比例计算，盐碱地的牧草单产按照山东省平均单产的 80% 计算，也即青贮玉米单产为 850 kg/亩，紫花苜蓿单产为 334 kg/亩。假设将黄河三角洲盐碱地 50% 用于发展人工种草，每年可生产干草 240 万吨，折合成羊单位为 363 万个羊单位；假设将 30% 盐碱地用于发展人工牧草，则相当于每年可生产干草 144 万吨，折合 218 万个羊单位。黄河三角洲两大重点城市——东营市和滨州市 2018 年肉羊存栏数合计 121.9 万只。如果黄河三角洲 50% 盐碱地用于人工牧草种植，折合羊单位相当于现有东营市和滨州市肉羊存栏数的 3 倍；如果 30% 用于人工牧草种植，则相当于现有存栏数的 1.8 倍。
我国中低产田发展草牧业的建议
我国草牧业发展的基础薄弱，在我国中低产田尤其是盐碱地发展草牧业更是一项艰巨的任务。本文建议目前宜加强以下 3 个方面的工作。
加强耐盐碱的牧草品种选育。我国盐生植物资源丰富，其中可作为饲料用的盐生植物种类很多 [23]，但是开发利用不足。1978—2018 年，我国的国审牧草品种共 559 个，而其中适宜在盐碱地种植的牧草品种却不到 20 个。过去牧草品种选育多停留在基于经验、表型或生物检测技术的基础上，缺乏系统布局。目前，分子模块育种已经成功应用到水稻、玉米等农作物中。借鉴作物分子模块育种的方法，建立牧草高通量分子选育技术，可加快牧草选育进度，实现牧草跨代驯化选育。
探索建立科学的草-田轮作体系。在不同地区开展的实验证明，盐碱地种植牧草具有保持水土、涵养水分、培肥地力的功能，开展草-田轮作对维护生态系统健康具有重要作用。因此，建议在盐碱地开展系统的草-田轮作体系的科学试验，设计不同的牧草、作物品种组合及不同年限的轮作周期，从而探索出适宜当地种植的牧草品种和优化的草-田轮作模式，推动草-田轮作形成规范化和制度化。
构建科技支撑的盐碱地草牧业全产业链模式。根据不同地区的资源条件，通过科学合理的测算，统筹规划其牲畜养殖规模和牧草种植面积，对种养结构及其空间布局进行优化，集成优良的耐盐碱品种、合理的草-田轮作体系、适宜不同牧草加工的微生物菌剂、家畜全生命周期日粮配方等技术，建立“粮-草-畜”为一体的草牧业全产业链，推动盐碱地改良和生态环境改善，实现盐碱地质量和效益的双提升。
总之，在我国牛羊肉消费量快速增加，粮食产量的 50% 用作饲料粮的背景下，加快发展草牧业已成为我国农业供给侧结构性改革的重要抓手。通过调整盐碱地等中低产田的种植结构，加大人工牧草种植的面积，利用牧草代替部分饲料粮来发展畜牧养殖，将为我国包含动物蛋白食品在内的“大粮食安全”作出重要贡献。（作者：高树琴，中国科学院植物研究所高级工程师；王竑晟、段瑞，中国科学院科技促进发展局；景海春，中国科学院植物研究所生态草牧业工程实验室；方精云，中国科学院院士，发展中国家科学院院士。中国科学院植物研究所特聘研究员。《中国科学院院刊》供稿）