农业生态系统

点击次数:   更新时间:2021-01-16 03:14     来源:百老汇游戏

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  农业生态系统是指农业生物种群与农业生态环境构成的生态整体。农业生物包括农业植物、农业动物和农业微生物; 农业生态环境包括有机与无机环境。由于农业生态环境是以人类为主体的环境,其环境成分还包括人工建造的客体,如村庄、建筑物等。从宏观上看,农业生态系统是由农田生态系统、草原放牧生态系统、从事捕捞的水域生态系统、森林生态系统、居民点及饲养业生态系统等构成的复杂的多层次、多功能的生态系统,在各业系统之间行使着物质循环和能量交换职能。

  农业生态系统是在一定时间和地区内,人类从事农业生产,利用农业生物与非生物环境之间以及与生物种群之间的关系,在人工调节和控制下,建立起来的各种形式和不同发展水平的农业生产体系。与自然生态系统一样,农业生态系统也是由农业环境因素、绿色植物、各种动物和各种微生物四大基本要素构成的物质循环和能量转化系统,具备生产力、稳定性和持续性三大特性。

  农业环境因素一般包括光能、水分、空气、土壤、营养元素和生物种群,以及人和人的生产活动等。生产者指自养型生物,主要是绿色植物,包括各种农作物和人工林木等。它们通过光合作用制成有机物质,除供应本身的生长繁育外,还作为其他异养生物的食物和能量来源。生产者又称为初级生产者。

  消费者包括草食动物、肉食动物、杂食动物、寄生动物和腐生动物等,均为异养型生物。其中草食动物如牛、羊、马兔等直接靠摄食植物生存,为初级消费者。因它们具有把植物食料转化为肉、蛋、奶、皮、毛和骨等产品的功能,又称为次级生产者。肉食动物则被称为次级消费者。杂食动物兼具草食和肉食两重食性。

  寄生于动植物体内外的寄生动物和以动物尸体、植物残体等为食的腐生动物仍属次级消费者。它们也都是次级生产者。分解者主要指依靠动植物残体生存、发育、繁殖的各种微生物,包括真菌、细菌和放线菌等。它们能把生物的残体、尸体等复杂有机物质最终分解成能量、二氧化碳、水和其他无机养分。在农业生产中,食用真菌如蘑菇、香菇、木耳等已被广泛开发利用。绿色植物的光合产物,通过消费者和分解者的转化途径,最后分解为无机物质和热能返回到农业环境,其中一部分再供绿色植物吸收利用。由此构成一个连续不断的物质循环和能量转化系统。其中,除太阳辐射能是一切生态系统能量的基本来源外,在农业生态系统中,常常还由人类以栽培管理、选育良种、施用化肥和农药以及进行农业机械作业等形式,投入一定的辅助能源,因而增加了可转化为生产力的能量。农作物的高生产力,在很大程度上是由人类投入的各种形式的辅助能源来维持的。如采集经济时代每年每公顷作物的干物质产量为 0.4~20千克;不补充化肥、农药、机械等辅助能量的农业为50~2000千克;而补充投入这些辅助能量的禾谷类农业,其产量可达2000~20000千克。据计算,大体上作物产量每增加1倍,约需增加投入农用物资10倍。

  系统生产力是指一定期间内从农业生态系统所能获得的生物产量。它是农业生态系统能量转化和物质循环功能的最终表现。系统生产力的高低,不是仅以系统内某个生物种群或某个亚系统(如种植业)的生产力为衡量标准,而是以农业生态系统的总体生产力来评价,它包括初级生产力次级生产力以及腐屑食物链的生产力。在农田条件下,每年每平方米初级生产的生物产量约为0.1~4千克,平均为0.65千克。次级生产力及腐屑食物链的生产力,则视不同生物种群而异。如1头牛每天消耗饲料(干草)7.5千克,增重0.9千克;1只兔每天消耗饲料(干草)0.1千克,增重0.012千克;人工栽培的食用菌,每天每平方米能生产 0.035千克干蛋白质等。因此,农业生态系统中种植业的初级生产和动物饲养业以至腐屑食物链生物的次级生产都应受到重视。

  为了提高系统的总体生产力,还需要建立系统内各个生物种群之间相互配合、相辅相成、协调发展的高效能转化系统。一个生物种群常常只利用整个农业资源的一部分,而不同生物种群的合理组合,则能使系统内物质和能量在其循环、转化过程中得到多层次、多途径的利用,通过彼此间的相互调剂、相互补偿和相互促进,产生整合作用,其综合效果往往大于生物种群各个分项效果的总和。这种合理的生态结构,在中国农业生产中随处可见。如在鱼塘中放养草鱼鲢鳙鲮、和鲤等多种食性不同的鱼种,构成一个多层次的营养结构,由此产生的综合生态效果,远远超过单养某个鱼种(见池塘养鱼)。高秆和矮秆作物间、套种,可以提高单位面积农田的总光能利用率;禾谷类作物与豆科作物间、套种,可以兼收培养地力和充分利用光能的效果。在稻作-养猪-养鱼相结合的生态结构下,用粮饲猪、猪粪喂鱼,鱼塘泥作稻田肥料,其农、牧、渔业相互促进的综合生态效果,可超过种稻、养猪、养鱼单项生态效益和经济效益的总和。

  系统总体生产力的提高还在很大程度上取决于人类以化学肥料、杀虫剂、除草剂杀菌剂和石油燃料等形式投入系统的物质和能量。投入量增加可使农业增产。但并非在任何条件下投入越多,系统总体生产力就越大。不适当地使用化肥会破坏土壤结构;单纯使用某一种杀虫剂或杀菌剂会由于害虫、病菌产生抗药性而失去药效;此外,投入物中还常含有镉、汞、铅、镍等重金属,一旦被作物吸收之后,通过食物链的陆续传递和生物浓缩,其浓度可成百倍、成千倍地增加。由此造成的有害物质的富集,不但会严重影响动植物的生长发育,使系统的总体生产力降低,而且有害人体健康。

  农业生态系统作为一种人工生态系统,同人类的社会经济领域密切不可分割。大量的农产品离开农业系统,源源不断地进入社会经济领域;而大量的农用物资包括化肥、农药、农业机械等又作为辅助能量,源源不断地从社会经济领域投入农业系统。这种物质、能量的投入和产出的数量因不同的物质技术水平和农业经营方式而异,归根到底受不同的社会经济条件的制约。由此决定了农业生态系统的社会性,它不仅受自然规律,而且受社会经济规律的支配。

  农业生态系统是在人类的干预下发展的。而人类干预的目的是为了从系统取得尽可能多的产物,以满足自身的需要。因而,同自然生态系统下生物种群的自然演化不同,一些符合人类需要的生物种群可以提供远远高于自然条件下的产量。如自然条件下绿色植物对太阳光能的利用率全球平均约仅0.1%,而在农田条件下,光能利用率平均约为0.4%,每公顷4500~6000千克的稻田或麦田光能利用率可达0.7~0.8%。至于干物质产量,自然草地为5~15吨/(公顷·年),而人工草地(如禾本科牧草)为10~20吨/(公顷·年),麦类-水稻多熟制为18吨/(公顷·年),麦类-甘薯多熟制可达20.1吨/(公顷·年)。可见农业生态系统比自然生态系统具有较大的高产性能。这种特性也决定了系统需要有物质和能量的不断补充投入,以保持投入与产出的基本平衡。

  农业生态系统的生物种群构成,是人类选择的结果。通常只有符合人类经济要求的生物学性状诸如高产性、优质性等被保留和发展,并只能在特定的环境条件和管理措施下才能得到表现。一旦环境条件发生剧烈变化,或管理措施不能及时得到满足,它们的生长发育就会由于失去了原有的适应性和抗逆性而受到影响,导致产量和品质下降。人类的选择还使生物种类减少,食物链简化,系统通过不同生物之间的相互制约和相互促进而进行自我调节能力削弱。所有这些都会导致农业生态系统的不稳定性或波动性。这也说明了必须采取各种技术措施,对系统进行调节、控制,以减少这种波动性。

  通过实施一定的农业政策、应用一定的农业经济手段和农业技术手段进行。目的在于维护生态系统的相对、动态平衡及物质、能量的良性循环,以便有效地利用农业自然资源,持久而稳定地获得高产和优质的农产品。通常包括直接调节和间接调节两种方式。

  直接调节如种植业、畜牧业、养殖业和林业等产业部门之间的结构调整和产业部门内部,如种植业中粮食作物与经济作物之间的结构调整,以及进行农田水利建设、土壤改良、营造防护林带、农业环境治理等。间接调节包括农产品运销农业投资、农业科研和农业教育等有关措施。

  原始农业生态系统的物质能量主要依靠太阳能以及天然有机物质和矿物质的再利用,除人的劳动外,几乎没有补充投入,因而系统生产力极低。传统农业由于使用畜力农具、人粪尿和实行农作物与绿肥轮栽等,农业生态系统得以从外界获得辅助能源,生产力大大高于原始农业;但人力操作和自然能源仍占主导地位,生产力的发展仍受很大限制。发展中国家和地区约有60%属于这种农业生产方式。现代农业的根本特点是各种物质装备和技术手段的密集投入。这样就使系统生产力水平由于获得了大量的辅助能源而达到空前的高度。现今农业发达国家基本实行这种生产方式。

  随着能源危机和环境污染等问题的暴露,现代集约农业的弊端也日益显现。在这种情况下,世界上许多学者根据生态学的基本原理,对未来农业的发展方向进行了广泛的探讨,提出了各种大同小异的设想。其中主要的有:①有机农业。是一种完全不用或基本不用人工合成的化肥、农药、生长调节剂和家畜饲料添加剂的生产体系。它尽量依靠作物轮栽、作物秸秆、家畜粪肥、豆科植物、绿肥等获得肥源,依靠生物方法防治病虫害,但仍实行机械耕作。②生物农业。是试图提供生态平衡的环境,从而维持土壤肥力和控制病虫害,同时仅用适度的能量和资源输入以维持最适生产力,能够进行持续生产和自我维持的农业。生物农业要求通过营养物质的循环,使土壤、植物、动物和人类健康直接联系起来;通过适宜的耕作措施,避免土壤养分不平衡和减少水土流失,使所有有机废物都返回到农田土壤中,保持土壤的层次性;种植业与畜牧业同时发展;作物的生长与当地资源相适应等等。③生态农业。由英国M.K.沃辛顿于1981年提出。他认为生态农业是生态上低输入、自我维持、经济上可行的小型农业系统,旨在对环境不致造成明显改变的情况下具有最大的生产力。其基本要求包括:作物营养和能量的自我维持;物种的多样性;净生产量高,能效率高,经营规模小,经济上有生命力等。中国有不少学者认为,生态农业是依据农业生态学原理建立的农林牧副渔诸业彼此结合而又各有侧重的多样性生产结构,目的在于使初级生产沿着营养级进行多层利用和多次利用,从而达到较高经济效益和生态效益。如现今中国农业生产实践中涌现的农牧型系统、农牧渔型系统、农渔型系统、农林型系统、林牧型系统等。

  农业生态系统一词最早出现于生态学的研究领域。自美国生态学家坦斯利(A. G. Tansley)1935年提出“生态系统”这一概念以来,它被广泛应用与生态学的各个领域,“农业生态系统”这一概念也应运而生。生态学界对农业生态系统比较共同的看法是:农业生态系统是人们在一定的时间和空间范围内,利用农业生物与非生物环境之间,以及生物种群之间的相互作用建立起来的,并在人为和自然共同支配下进行农副产品生产的综合体,是一个人类调控下的自然-社会-经济组合而成的复合生态系统(odum,1984;邹冬生和廖桂平,2002;王东阳,2006;刘文娜,2006),农业生态系统具备任何生态系统都具有三大基本的功能特征:能量流动、物质循环和信息传递,

  区别于自然生态系统最大的差别就在于它是具有控制意义的界定系统(闻大中,1990)。农业生态系统中的“农业”指包括农、林、牧、副、渔、菌、虫及微生物的大农业。

  1.农业生态系统是一个自然、生物与人类社会生产活动交织在一起的复杂的大系统,它是一个“自然”再生产与经济再生产相结合的生物物质生产过程。所谓“自然”再生产过程,是指种植业、养殖业与海洋渔业等,实质上都是生物体的自身再生产过程,不仅受自身固有的遗传规律支配,还受光、热、水、土、气候等多种因素的影响和制约,即受到自然规律的支配。经济再生产过程,是指农业生产是按照人类经济目的进行的,投入和产出,受到经济和技术等多种社会条件的影响和制约,即受社会经济规律的支配。人类从事农业生产,就是利用并促进绿色植物的光合作用,将太阳能转化为化学能,将无机物转化为有机物,再通过动物饲养,以提高营养价值,使农业生态系统为社会尽可能多地提供农产品。同时,人类运用经济杠杆和科学技术来提高和保护自然生产力,提高经济效益。

  2.发展农业,必须处理好人、生物和环境之间的关系。要按照生物与环境相统一的基本规律来指导和发展农业生产。种植业和林牧渔业生产都是生物体的再生产过程,各自与其环境之间建立了多种类型的“自然”的生态系统。只有生物与非生物环境之间相互协调、相互适应,农业生产才能获得最优化的效果。所谓顺天时,量地利,则用力少而成功多,反其道而行之,则劳而无获。农业生产是一个能量与物质流通过程,无论能量与物质提供者的环境条件或者是生产者的生物体,在一定时空条件下,它们的生产能力都是有一定限度的,超过其极限,就会造成生态平衡的破坏,使自然资源衰退,农业生产下降。由于捕捞强度过大,超过了渔业资源的再生能力,致使中国主要海洋经济鱼类的资源日趋枯竭。同样,在耕地利用上,忽视养用结合,以致土壤肥力严重衰退,引起土壤退化。在大量的物质和能量随着商品流出农业生态系统之后,就必须从外界投入足够的物质和能量,才能保持其平衡。因此,对农业资源不能只顾利用,不断索取,必须加以保护,使之休养生息,才能促进资源增殖,提高农业产量。

  3.建立一个合理、高效、稳定的人工生态系统,促进农业现代化建设。农业生产是一个以自然生态系统为基础的人工生态系统,它远比自然生态系统结构简单,生物种类少,食物链短,自我调节能力较弱,易受自然气候、病虫害、杂草生长的影响。农业生产的不稳定性,很大程度上受自然环境的约束,因而应创造良好的农业生态环境,才能取得较佳的经济效益。良好的农业生态环境有赖于森林、草原、水域等生态系统的支持、保护和调节。农业生态系统就其生产力来说应当比自然生态系统更高,因此除太阳辐射外,还必须加入辅助能,如农机、化肥、农药、排灌、收获、运输、加工等,通过人类的劳动和管理。只有不断地调整和优化生态系统的结构和功能,才能以较少的投入,得到最大的产出,取得良好的经济效益、社会效益和生态效益,建立一个合理、高效、稳定的农业生态系统。

  人类在合理利用太阳辐射能这一基本能量来源的同时,以施用化肥、农药以及机械作业等方式投入一定的辅助能源,增加系统内可转化为生产力的能量。通过栽培管理、选育良种和施用化肥、农药等技术,在提高农业系统生产力方面取得了巨大的成就,为满足日益增长的世界人口的吃穿需要和社会经济的持续发展奠定了坚实的基础。

  但是,在农业发展过程中,限于人口的压力和对自然规律的认识,人类对农业生态系统稳定性和持续性未能给予充分重视。造成当前农业环境质量恶化,农业生态平衡遭到破坏,已在全世界范围内不同程度地影响了农业生态生产力的发挥和农业的长期发展。

  是指农业生态系统中的非生物因素,即指农作物、林木、果树、畜禽和鱼类等农业生物赖以生存、发育、繁殖的自然环境。它包括农田土壤、农业用水、空气、日光和温度等。从当前农业生态环境情况上,土地退化、土壤荒漠化及盐碱化、水土流失现象十分严重,

  农业用水污染及由此导致的农田土壤污染、农药和化肥污染也时有发生。这一切均严重影响着农业的持续发展和粮食的安全。所以,农业环境保护已成为迫在眉睫的重要问题。

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