第四章 不同放牧模式对美国大平原肉牛生产的影响 ...................... 52
4.1 模型校准、验证与扩展 ................................ 52
4.2 结果分析 ................................ 52
第五章 不同放牧模式下牧草生长和肉牛生产对土壤、降水和温度变化的响应 ........ 64
5.1 土壤、降水和温度变化情景设置 ...................... 64
5.2 结果分析 .............................. 65
第七章 不同采食选择性对 APEX 模型模拟牧草生长和肉牛生产的影响
7.1 APEX-IFSM 耦合模型
IFSM模型主要用于评估农业系统的环境和经济可持续性。该模型可用于对不同天气条件下肉牛或奶牛养殖场中，牧草生长、动物生产、饲料使用以及排泄物还田进行模拟（Rotz et al. 2005; Snow et al. 2014）。目前，该模型主要用于模拟整个农场的温室气体排放（Rotz et al. 2016），土壤中氮淋失、农场边界的侵蚀和径流等，并结合碳或氮足迹的方法对牛奶或牛肉生产系统进行评估。与APEX模型类似，IFSM模型的动物生产过程同样参考了基于美国国家研究理事会公布的肉牛营养需要。其中，牧草作为农场中一种可用的饲料，与其他购买和生产的饲料一起计算，以满足组成畜群的动物群体的能量和营养需求（Corson et al. 2007）。各类饲料的消耗量通过解以下线性规划问题得到：
式中，xi表示i类饲料的消耗量，Pi表示购买i类饲料的价格，FUi为i类饲料中细颗粒占比，FIC为纤维采食能力，RUi为i类饲料中粗颗粒占比，EF为纤维需求，NEMi为动物代谢所需能量，NEMD为动物已获得饲料的净能量含量，EP为过量蛋白质消耗量，CPi为i类饲料中粗蛋白质含量，DEGRi为i类饲料中粗蛋白质在瘤胃中的降解率，MCP为微生物粗蛋白产量，UPi为i类饲料中无效蛋白质含量，MPR为动物代谢所需蛋白质量。
为了减少主观因素对模型模拟结果的干扰，提高APEX模型模拟动物放牧过程的客观性。本研究中使用IFSM模型的放牧过程对APEX模型的原过程进行替换，具体过程为：由APEX模型提供当日放牧开始前动物体重、牧草生物量、牧草养分含量等，经IFSM模型计算后，将放牧后动物体重、牧草消耗量传递给APEX并输出，然后APEX根据牧草消耗量对当天牧草生物量进行更新。
第八章 结论与展望
8.1 主要结论
本文利用野外试验与模型模拟相结合的方法，评价APEX模型在美国大平原中部模拟适应性轮牧模式和传统连续放牧模式下牧草生长和动物生产的适用性，并分析不同放牧模式、不同草原环境条件以及长时间序列下草畜生长状况，为适应性轮牧模式在美国大平原地区的推广以及利用APEX模型为参考构建高效、稳定、可持续的草原放牧管理体系提供理论依据。得到结论主要包括以下几个方面：
（1）校准后的APEX模型准确地模拟了适应性轮牧和传统连续放牧模式下地上部生物量的相对差异。模型还能够准确模拟年降水量、土壤质地和调整放牧管理方案对牧草总地上部生物量和各功能类型牧草生长的影响。但由于高估了暖季多年生牧草在生长季的干旱胁迫，APEX模型低估了2015年和2017年的牧草产量。同时，通过对放牧率、轮牧间隔时间和轮牧制度的模拟表明，与传统连续放牧模式相比较，适应性轮牧模式对整个草原的各类牧草生物量没有显著影响，但在砂质黏壤土和砂壤土上灌木的占比减少了7%。此外，当放牧率±50%对适应性轮牧模式的总地上部生物量没有影响（变化小于10%）。与适应性轮牧模式相比较，固定7天或14天间隔轮牧处理的总地上部生物量分别降低了9%-21%和3%-11%。这些结果表明APEX模型能够评估牧草生产过程中不同放牧管理决策的影响，并改善对半干旱环境（如美国西部大平原地区）适应性轮牧模式的决策支持。另外，模型关于水分胁迫的部分仍需要进一步改进，以更好地模拟高年内降水变化对牧草生产的影响。
（2）改进后的APEX模型能够准确模拟传统连续放牧和适应性轮牧模式下肉牛的日均增重量。与观测结果一致，模拟的肉牛日均增重量在适应性轮牧模式下低于传统连续放牧模式。模拟结果表明，与传统连续放牧模式相比较，适应性轮牧模式的肉牛日均增重量和干物质采食量分别减少了8.7%-22.3%和6.4%-17.4%，适应性轮牧模式肉牛体重低于传统连续放牧模式主要是受相对较低的干物质采食量的影响，并且适应性轮牧模式肉牛的饮食成分的变异性较高。通过对放牧率、轮牧间隔时间和轮牧制度的模拟表明，日均增重量的不确定性随着放牧率的增加而增加，这说明过度放牧会导致肉牛的生产能力的不确定性，而放牧率较低时肉牛产能更稳定，通过模型模拟的结果也更可靠。在干旱的2018年，通过将当地牧民的经验、天气、土壤和植被等因素结合，适应性轮牧模式的肉牛日均增重量比最大生物量轮牧处理高0.07 kg hd-1 day-1。
参考文献（略）
