农业生态系统

　　农业生态系统 农业生态系统(Agricultural Ecosystem)什么是农业生态 系统 农业生态系统是指在人类的积极参与下，利用农业 生物种群和非生物环境之间以及农业生物种群之问的相互 关系，通过合理的生态结构和高效的生态机能，进行能量转 化和物质循环，并按人类社会需要进行物质生产的综合体。 农业生态系统的特点 农业生态系统是被人类驯化了的 自然生态系统， 因此， 它既保留了自然生态系统的一般特点， 又具备很多人类改造、控制、调节、干扰甚至破坏所带来的 新特点。农业生态系统是在人类控制下发展起来的。由于其 受人类社会活动的影响，它与自然生态系统相比有明显不同。 (1)系统的生物构成特点。 农业生态系统中最重要的生物品种 是经人工驯化培育的农用生物，以及与之有关联的生物。人 类常是农业生态系统中一个重要的消费成员。 (2)系统的 环境特点。农业生态系统具有明显的地区性。农业生态系统 的环境更多地受到了人类的调控、改造。人类一方面通过工 程措旋改造环境，如建水库；另一方面通过生物措施和化学 措施改变环境，如建防护林、施化肥等。 (3)系统的稳定 性机制。农业生态系统中的自然调节稳定机制被削弱，代之 以更多的人类调节控制，系统自身的稳定性差。 (4)系统 的开放程度。农业生态系统是在人类强烈干预下的开放系统。 农业生态系统的结构比自然生态系统简单，便于人类管理， 简化了的能量和物质流通途径使得系统趋向更加开放。有意 识的输入和输出增加，如化肥农药输入，农产品输出等；无 意的输入和输出也会增加，如农药施用带来的环境污染，开 垦坡地造成的水土流失等。 (5)系统的生产力特点。农业 生态系统的生产力常比同一区域内的自然生态系统高。农业 生态系统中的农业生物具有较高的净生产力，较高的经济价 值和较低的抗逆性。例如，热带雨林的初级生产力约 7．5t ／hm2，而一年两季的水稻谷物产量可达 15t／hm2，干物 生产可达 30t／hm2。提高的原因包括品种改良，环境改善 和较低的呼吸消耗等。 (6)系统服从的规律。农业生态系 统由于受到人类活动的影响，不仅服从自然规律，而且还服 从社会经济规律。 (7)系统的运行“目标”。生态系统演变 的最终状态若称为系统运行“目标”的话，自然生态系统运行 的“目标”是自然资源的最大限度生物利用，并使生物现存量 达到最大。而农业生态系统的“目标”是使农业生产在有限自 然与社会条件制约下，最大限度满足人类的生存、致富和持 续发展的需要。 农业生态系统与自然生态系统交错存在， 互相影响，依赖自然生态系统维持其更好的稳定性，森林中 鸟兽昆虫多数对农田病虫害起到控制作用。农业生态系统的 分类 农业生态系统分为农田生态系统、森林生态系统、 (1)农田生态系统。 草原生态系统和内陆淡水生态系统。 农田生态系统由作物与其生长发育有关的光、热、水、气、 肥、土及作物伴生生物(土壤微生物、作物病虫和农田杂革) 等环境组成，并通过与环境的作用完成产品的生产过程。 (2)森林生态系统。 森林生态系统由以木本植物为主体的生物 与其生长发育所需的光、热、水、气、肥、土及伴生生物等 环境组成的，并完成特定的林产品生产和农业水土保持功能 的农业生态系统。 其是多功能的生态系统， 素有“农业水库”、 “都市肺脏”和“天然洗尘器”等美称。 (3)草原生态系统。 草原生态系统指以天然牧草、人工牧草及草食性农业动物为 主体的生物种群与其生长发育所需的环境条件构成的，并完 成肉、 奶、 皮、 毛等动物性农产品生产的农业生态系统。 (4) 内陆淡水生态系统。内陆淡水生态系统指人们为发展农业生 产， 特别是为发展渔业经济而加以利用和改造的湿地、 溪流、 江河、湖泊、水库池塘等水域系统的总称。内陆淡水生态系 统的功能主要表现在各种水生生物产品的生产和为农田作 物提供灌溉水源两大方面。农业生态系统的结构 生态系 统的结构包括生物组分的物种结构(多物种配置)、空间结构 (多层次配置)、时间结构(时序排列)、食物链结构(物质多级 循环)，以及这些生物组分与环境组分构成的格局。换言之， 农业生态系统结构指农业生态系统的构成要素以及这些要 素在时间上、 空间上的配置和能量、 物质在各要素间的转移、 循环途径。可见农业生态系统的结构包括三个方面，即系统 的组成成分，组分在系统空间和时间上的配置，以及组分间 的联系特点和方式。农业生态系统的基本结构 农业生态 系统的结构，直接影响系统的稳定性和系统的功能，转化效 率与系统生产力。一般地说，生物种群结构复杂、营养层次 多，食物链长并联系成网的农业生态系统，稳定性较强。反 之，结构单一的农业生态系统，即使有较高的生产力，但稳 定性差。 农业生态系统的基本结构概括起来可以分成以 (1)农业生物种群结构。农业生物种群结构 下四个方面。 指农业生物(植物、动物、微生物)种群的组成结构。生物物 种是生态系统物质生产的主体。不同生物种类的组成与数量 关系的格局构成生态系统的物种结构。 (2)农业生态系统 的空间结构。空间结构是指生物群落在空间上的垂直和水平 格局变化，构成空间三维结构格局，包括了生物的配置与环 境组分相互安排与搭配，因而形成了平面结构和垂直结构。 农作物、人工林、果园、牧场、水面是农业生态系统平面结 构的第一层次，然后是在此基础上各业内部的平面结构，如 农作物中的粮、棉、油、麻、糖等作物。农业生态系统的垂 直结构是指在一个农业生态系统区域内，农业生物种群在立 面上的组合状况，即将生物与环境组分合理地搭配利用，从 而最大限度地利用光、热、水等自然资源，以提高生产力。 (3)农业生态系统的时间结构。 时间结构是指在生态区域与特 定的环境条件下，各种生物种群生长发育及生物量的积累与 当地自然资源协调吻合状况从而形成在时间分配上的格局， 时间结构是自然界中生物进化同环境因素协调一致的结果。 所以在安排农业生产及品种的种养季节时，必须考虑如何使 生物需要符合自然资源变化的规律，充分利用资源、发挥生 物的优势，提高其生产力。使外界投入物质和能量与作物的 生长发育紧密协调。这都是在时间结构调整与安排中要给予 重视的。 (4)农业生态系统的营养结构。营养结构是指农 业生态系统中的多种农业生物营养关系所联结成的多种链 状和网状结构，主要是指食物链结构和食物网结构。生态系 统中生物间构成的食物链与食物网结构，是生物之间借助能 量、物质流动通过营养关系而联结起来的结构。食物网是生 态系统中物质循环、能量流动和信息传递的主要途径。 食物链结构是农业生态系统中最主要营养结构之一，建立合 理有效的食物链结构， 可以减少营养物质的耗损， 提高能量， 物质的转化利用率，从而提高系统的生产力和经济效率。农 业生态系统的基本组分 农业生态系统的基本组分和自 然生态系统类似，分为生物和环境两个组分。但组分的构成 却有很大的差异。 (1)农业生态系统的生物组分。农业生 态系统的生物组分可按功能区分为经过人工驯化的农业生 物如农作物、家畜、家禽、家鱼、家蚕等，以及与这些农业 生物关系密切的生物类群，如作物病虫、家畜寄生虫、豆科 植物的根瘤菌等。农业生态系统还增加了一个重要的大型消 费者即人，其他生物种类和数量一般少于同一区域的自然生 态系统。 (2)农业生态系统的环境组分。农业生态系统除 了具有从自然生态系统继承下来的自然环境组分之外，还有 人工环境组分。无论是水体、土体、气体，甚至辐射，在农 业生态系统中都或多或少受到人类不同程度的调节和影响。 例如， 作物群体内的温度、 湿度受种植密度灌溉状况的影响。 鱼塘中水体的透光状况受鱼塘饲料用量和养鱼量、养鱼品种 的影响，因这些措施影响到水中的浮游生物数量，从而影响 水的透光率。 农业生态系统中的禽舍、温室、仓库、厂 房、住房等生产、加工、储存和生活设施都会成为系统内生 物环境一个组成部分。设施中的环境与自然环境相比，温、 湿、 光、 养分等条件都受到较大的改变， 而且有独特的特点。 (3)农业生态系统组分的内部联系方式和对外联系方式。 生态 系统中生物间通过营养关系联结起来的联系方式称营养结 构。农业生态系统的结构受到人类的控制，如牲畜、鱼虾的 配合饲料成分和来源都不是动物在自然状态下可以获得的。 农业生态系统不但具有与自然生态系统类同的输入、输出途 径， 如通过降雨、 固氮的输入， 通过地表径流和下渗的输出， 而且有人类有意识增加的输入，如灌溉水、化学氮肥，也有 人类强化了的输出，如各类农林牧渔产品的输出。农业生态 系统的时空结构 (1)农业生态系统的空间结构。 农业生态 在水平方向 系统的空间结构分为水平结构与垂直结构。 上，常因地理原因而形成环境因子的纬向梯度或经向梯度， 如温度的纬向梯度，湿度的经向梯度。农业生物会因为自然 和社会条件在水平方向的差异而形成带状分布、同心圆式分 布或块状镶嵌分布。生物会由于繁殖方式与行为方式的差异 而形成规则的、随机的或成丛的各类水平格局。农作物群体 水平格局还受栽培方面的人工控制。社会经济条件对农业生 态系统水平结构的影响表现在：人口密度梯度，人口密度对 农业生态系统结构的影响是综合的。人口密度增加使人均资 源量减少，劳动力资源增加，对基本农产品的需求上升。这 样，必然使农业向劳动密集型转化。城乡经济梯度，农业生 态系统受城镇的影响， 即离城镇的远近。 在垂直方向上， 环境因子因海拔，水的深度、土壤深度和生物群落高度而产 生相应的垂直梯度，如温度的高度梯度、光照的水深梯度。 农业生物也因适应环境的垂直变化而形成各类层带立体结 构(图 1)。 (2)农业生态系统的时间结构。农业生态系统 的环境因子受到地球自转和公转影响而形成了年节律、日节 律。月球与地球的关系也促成了像潮汐这样的月节律。生物 适应这种条件而出现相应的节律。生态系统也存在着随时间 而产生的环境与生物的相关变化，这种变化有一定的方向和 规律。建立合理的农业生态系统结构 态系统的主要标志(图 2)如下。 合理优化的农业生 (1)合理的农业生态系统 结构应能充分发挥和利用自然资源和社会资源的优势，消除 不利影响。 (2)合理的农业生态系统结构必须能维持生态 平衡，这体现在输入与输出的平衡，农林牧比例合理适当， 保持生态系统结构的平衡，农业生态系统中的生物种群比例 合理、配置得当。 (3)合理的多样性和稳定性，一般地如 农业生态系统组成成分多，作物种群结构复杂，能量转化， 物质循环途径多的农业生态系统结构，抵御自然灾害的能力 强、也较稳定。 (4)合理的生态系统结构应能保证获得最 高的系统产量和优质多样的产品，以满足人类的需要。农业 生态系统的基本功能 农业生态系统通过由生物与环境 构成的有序结构，可以把环境中的能量、物质、信息和价值 资源，转变成人类需要的产品。农业生态系统具有能量转换 功能、物质转换功能、信息转换功能和价值转换功能，在这 种转换之中形成相应的能量流、物质流、信息流和价值流。 (1)能量流(energy flow) 农业生态系统不但像自然生态 系统那样利用太阳能，通过植物、食草动物和肉食动物在生 物之间传递，形成能量流，而且为提高生物的生产力还利用 大量的辅助能量流。 生态系统接收的除太阳辐射能之外 的其他形式的能量统称为辅助能(auxiliary energy)，包括自 然辅助能和人工辅助能。自然辅助能的形式有风力作用、沿 海和河口的潮汐作用、水体的流动作用、降水和蒸发作用。 人工辅助能包括生物辅助能和工业辅助能两类。前者是指来 自于生物有机物的能量，如劳力、畜力、种子、有机肥、饲 料等，也成为有机能；后者是指来源于工业的能量投入，包 括以石油、煤、天然气、电等含能物质直接投入到农业生态 系统的直接工业辅助能，以及以化肥、农药、机具、农膜、 生长调节剂和农用设施等本身不含能量，但在制造过程中消 耗了大量能量的物质形式投入的问接工业辅助能。 从农 业生态系统的能量输出来看，随着人类从生态系统内取走大 量的农畜产品，大量的能量与物质流向系统之外，形成了一 股强大的输出能流，这是农业生态系统区别于自然生态系统 的一条能流路径，也称为第四条能流路径。 (nutrient cycle) (2)物质流 农业生态系统物质流中的物质不但有天 然元素和化合物，而且有大量人工合成的化合物。即使是天 然元素和天然化合物，由于受人为过程影响，其集中和浓缩 程度也与自然状态有很大差异。农业生产中大量使用外源物 质，如各种杀虫剂、杀菌剂、除草剂、化肥等，使得大气、 水体和土壤遭受污染。污染物质进入农业生态系统被植物吸 收后，会沿着食物链各个营养级与环节陆续传递，在传递过 程中有害物质逐渐积累和被浓缩。 (information flow) (3)信息流 农业生态系统不但保留了自然生态系 统的自然信息网，而且还利用了人类社会的信息网，利用电 话、电视、广播、报刊、杂志、教育、推广、邮电、计算机 网络等方式高效地传送信息。 (4)价值流(value flow) 价值可在农业生态系统中转换成不同的形式，并且可以在不 同的组分间转移。以实物形态存在的农业生产资料的价值， 在人类劳动的参与下，转变成生产形态的价值，最后以增值 了的产品价值形态出现。价格是价值的表现形式，以价格计 算的资金流是价值流的外在表现。自然生态系统、农业生态 系统与城市生态系统间比较 农业生态系统来自自然生 态系统，因而无论是生物组分还是环境组分都与自然生态系 统有很多相似的特征。然而，农业生态系统又是人类对自然 生态系统长期改造和调节控制的产物，因此又明显区别于一 般自然生态系统。 主要的区别表现为以下几个方面：系 统的生物构成不同； 系统净生产力不同； 系统开放程度不同； 系统稳定性机制不同； 系统服从的规律不同； 系统的“目的性” 不同；生产效率不同；农业生态系统与自然生态系统是交错 存在，相互影响。 (1)开放度比较。自然生态系统是自我 维持的封闭系统；而农业生态系统属于人工、半人工生态系 统，开放度比自然生态系统大，但小于城市生态系统；城市 生态系统为人工高度开放生态系统，主体是人，而不是动、 植物或微生物， 非生态结构无限扩大， 是不完全的生态系统。 消费者大大超过生产者，营养物质及能量大量输入，废弃物 大量排出。 (2)能量投入比较。自然生态系统以太阳能为 主；农业生态系统除太阳能外，需工业能投入；城市生态系 统则主要是大量的工业能投入及生物能投入。 (3)生产力 比较。自然生态系统的生物量高，没有或少有产出，净生产 力低；农业生态系统的净生产力则高于自然生态系统，总生 物量比不上自然生态系统；城市生态系统的生产力较高。 (4)系统稳定机制比较。自然生态系统，靠多样化物种及食物 链网络或系统内部的反馈机制形成；农业生态系统，结构单 一，主要靠人工主动调控，也受自然生态系统的影响；城市 生态系统由人工调控，不稳定，靠自身不可能持续发展。 (5)服从规律比较。自然生态系统服从自然规律；农业生态系 统服从自然规律、社会经济规律；城市生态系统服从社会经 济规律。 (6)目的性比较。自然生态系统的生物现存量最 大，维持结构功能的平衡与稳定；农业生态系统服从人类社 会经济、生态环境的需求；城市生态系统满足人类社会经济 发展需求。 (7)效率比较。自然生态系统的效率较低；农 (8) 业生态系统的效率较高；城市生态系统的效率最高。 环境问题比较。自然生态系统的环境问题较少；农业生态系 统的环境问题较多；城市生态系统的环境问题最多。 (9) 相互关系比较。自然生态系统为自我维持的封闭系统；农业 生态系统与自然生态系统交错存在，互相影响，依赖自然生 态系统维持其更好的稳定性，森林中鸟兽昆虫多数对农田病 虫害起到控制作用。城市生态系统，通过城乡交叉，“农业生 态系统”是“环”城市生态系统结构的主体， 城市生态系统与“环” 城市的农业生态系统之间发生可观的物质能量信息交换，依 靠农业生态系统的广阔空间和特有的自净能力缓解城市自 身承载能力所不能解决的生态问题。未来发展趋向是城乡一 体化。农产品循环物流与农业生态系统的关系 农业生态 系统具备任何生态系统都具有的三大基本的功能特征：能量 流动、物质循环和信息传递。物流是影响农业生产系统的重 要环节，农产品循环物流又是农业物流的重要组成部分，是 构建良好、持续型农业生态系统的重要载体。主要体现在以 下方面： 环过程 (一)农产品循环物流是一个完整的双向物质循 单向物流把资源使用看成一个单向流动的过程， 产品从供方到需方的流程效率和效益受到重视，但物品在需 求端终止效能后如何处置没有受到重视，导致废弃物品造成 的环境污染和由此造成社会利益的损失。物流并未被视作一 个整体的物质循环过程，没有体现物质循环的整体优化的功 能。农产品循环物流包括两种流向渠道：一种是物流通过“生 产—流通—消费”的途径，满足用户的需要，是正向物流；另 一种是合理处置物流衍生物所产生的物流流向渠道，如回收、 分拣、净化、提纯、维修退回、包装等再加工、再利用和农 产品废弃污染物处理等，是逆向物流。正向物流和逆向物流 构成了闭合的循环物流系统。两者相互联系、相互作用和相 互制约，形成一个完整的双向物质循环过程。农产品循环物 流在重视经济利益的同时，关注环境问题，做到微观利益建 立在社会可持续发展的基础上。 资源循环利用型农业的主要组成部分 (二)农产品循环物流是 资源循环利用型 农业，简称“循环农业”，是运用可持续发展思想和循环经济 理论与生态工程学的方法，在保护农业生态环境和充分利用 高新技术的基础上，调整和优化农业生态系统内部结构和产 业结构，提高农业系统物质能量的多级循环利用，严格控制 外部有害物质的投入和农业废弃物的产生，最大可能地减轻 环境污染，把农业生产经济活动真正纳入到农业生态系统循 环中，实现生态的良性循环与农业的可持续发展。农产品循 环物流将循环经济理论引入到物流领域来组织引导并协调 农业生产，通过对资源的再使用和再循环利用来促使污染或 废弃物减量化， 达到生产和环境保护相容的理想状态， (三)农产品循环物流是同 在重视正向物流的同 是循环农业的重要组成部分。 循环经济相适应的一种物流模式 时又强调逆向物流，并把二者统一起来形成资源反复利用， 物质循环通路闭合的绿色物流。资源的节约、重复利用、对 环境的保护和友好，在物质系统运动环路开放基础上的闭合 循环，尽可能地减少对自然环境的影响。循环物流不唯利是 图，重视环境保护，是追求社会效益和企业效益最佳平衡的 双赢和多赢物流机制和概念，因此是一种强调质量又强调效 益的物流。从当前社会经济发展趋势和环境形势来看，循环 物流代表着现代物流的一个方向。 由于农业生产资料和 农产品的特性，有必要从绿色环保的角度出发，建立农业生 产、农产品流通和消费的废弃物回收利用系统。发达国家在 长期的发展过程中，也曾经经历环境污染严重，先污染后治 理的过程，在资源和环境约束下，逐渐认识资源再利用和环 境保护的重要性。它们有很多发展循环经济和循环物流的成 功经验，为我国现代农业的发展提供了借鉴的思路和方向。