关于农业生态介绍

[拼音]：nongye shengtai

[外文]：agricultural ecology

农业生物（作物、 果树、 蔬菜、栽培牧草和树木、家畜、家禽、养殖鱼类、食用菌等）之间以及它们与环境的相互关系。农业生产是人类利用生物吸收转化环境资源形成各种农畜产品的过程。在农业生产中必然要考虑农业生态问题，所以农业生产实际上是生态学的应用。

农耕地的分布

世界现有农耕地共约1424万平方公里，约占陆地面积的10％。从气候、土壤、地形、交通等方面看，农耕地占据的是最好的地方。地球陆地可以生产粮食的地方，从温度看有83％，从雨量看有43％，从地形看有64％，从土质看有46％。但农业生产需要的是多种条件因素的有效配合，将多种因素综合考虑则地球陆地适于农耕的面积就小了。

以面积百分率而言，欧洲和亚洲进一步扩大农耕地的潜力最小，中国的潜力也小，南美洲最大。世界总计可耕地最多可占陆地面积的23.8％（见表）。但这些耕地开垦时每亩所需投资比原有耕地开垦时要大。

农业生态系统负载量在洲际之间差异很大，以每100亩地计算：亚洲负载35.75人，中国负载53.1人；欧洲负载21.36人;北美洲7.91人；大洋洲2.96人。农业生态系统的负载量由气候资源、水资源、可耕地面积、耕地已垦率、耕地减少速度、新开垦能力、人口数等因素决定。这些都由长期历史所形成，不是在短期内可以迅速改变的。因此，负载量大的地区应注意克服环境阻力和提高生物潜力，使资源转化为产品（财富）的效率提高，即发挥农业生态潜力。

系统的组成

农业生态系统是一个复杂的大系统，包括许多亚系统。从生物种群划分，有农田生态系统、林木生态系统、 畜禽生态系统、 池塘渔业生态系统等；每个亚系统下又可再分若干子系统。

农业生态系统可以归结为环境系统、生物系统与人为调节控制系统的3个系统的网络结构（图1）。

环境系统包括气候、地貌、土壤和各种水资源等。生物系统的优势种群主要是经过人工选育、培植的作物，家畜，家禽，林木等；此外杂草、病、虫的存在和繁殖也与人类活动有关。人类既是农业生态系统的参与者，也是主宰者，又是享用者。人为调节控制系统是指人类从自身的利益出发，通过农业生态系统的信息反馈，利用其经济力量、技术力量和政策对环境系统和生物系统进行的调节、管理、加工和改造。在农业生态系统中，高产的品种代替了野生种，取得高产的同时却往往使抗逆性降低；为了更多地获得人所直接需要的生物种常使农业生态系统结构趋于简化，降低了系统的稳定性，需要更多的人为调节控制措施进行弥补。作物、家畜等亚系统在网络结构中不能离开其他亚系统而单独加速增长，即农业生产力是由组成农业生态系统的3个系统彼此协调共同作用的结果。

农业生态系统的3个系统网络结构是一个输入-输出系统，输入环境资源，输出各种农畜产品，中间通过各种生物群体进行物质能量转化，将光、热、水、气、养分等环境资源的潜在生产力变为现实产量（图2）。

希望有更多的产品输出就必须相应增加输入，为此，要合理利用资源。同时还应调节生物系统的组成结构以提高转化环境资源为产品的效率。

农业生态系统的网络结构又是一个生态－经济反馈系统。农业生态系统输出的农畜产品是社会经济系统的输入，缺少这种输入的支持，社会经济系统将会崩溃；农业生态系统又从社会经济系统获得劳动力、农机具、化肥、燃料和科学技术等的输入，缺少这种输入的支持，农业生态系统也将崩溃，可见农业生态系统与社会经济系统彼此依赖、相互支持、互为反馈（图3）。

当人类为了近期经济利益，只企图从农业生态系统获得更多的产品，超过了系统所能承受的持续产出，如森林采伐量大于更新和人工造林的木材增加量，对土地只用不养等，将最终导致农业生态系统的崩溃，进而使社会经济系统也失去支持。

系统的功能与生产力

农业生态系统的生产力不是单一指标，不同于一般的单位面积产量，而是一组指标体系。在门类上包括单位时间作物、蔬菜、果树、林木等植物生产的初级生产力和家畜、家禽、鱼类等动物生产的次级生产力，还应考虑土壤肥力的变化状况。从计量标准上包括生产产品数量、转化的效率与平衡状况。

农业生产作为一个经济过程，既要追求高产，还必须强调效率，要计量产出产品数量与消耗资源数量，以及二者之间的产投比，包括农业生态系统输出产品的总量与输入资源总量之间的比值，也包括初级生产与次级生产的每一子系统的生产产品与其消费资源量之比，实质上是一系列的生态效率与功能问题。提高农业生态系统的生产力不能只追求提高某一部门的效率，也不是简单地同等地提高各部门的效率，而应在提高农业内部每一部门效率的基础上，求得各部门之间的科学衔接，密切配合，构成合理的运转体系，才能取得整个系统总体的最佳转化效率。

当把农业生产看作各种农业生物对太阳辐射能的吸收、固定、转化体系时，人为调节控制系统可以看作是人类通过自己的劳动，耕畜、农业机械、化肥、农药的使用，品种的改良以及燃料、电力的消耗等，来促进和调节太阳能的吸收、转化，以提高农畜产品的产量与品质。人劳动的消耗为每小时175千卡，役畜使役约每小时2400千卡，化肥纯氮生产约每千克17600～18400千卡，农药、农业机械、柴油、电力等也都可以用能量计算。这些能量是太阳能以外的补加能量。另一方面，各种农畜产品也可以用能量计算，如小麦为每千克3755千卡，大豆为每千克4942千卡，苹果为每千克620千卡，牛肉为每千克2070千卡，鲤鱼为每千克1150千卡，马尾松的木材为每千克4922千卡等。农业生态系统输出的各种农产品与输入的补加能量的能量值及其比值（能量的产投比）均可定量计算，均为评价农业生态系统生产力的重要指标。

农业发展战略是针对不同地区的特点，研究在化学化、水利化、机械化等方面如何分配使用有限的人力、物力（补加能量）才能取得更多的农产品和更高的转化效率。当不同地区环境系统的太阳辐射能量、人为调控系统的补加能量、生物系统生产出的农畜产品所含食物能量均为已知数值时，当不同地区农业生态系统的结构组合关系基本了解时，就可以对每一个系统、子系统的转化进行定量分析，揭示其能流的运转特点，进而探讨其改进的途径与潜力。可以调整结构比例，把农林牧渔的大农业作为一部“机器”加以检修、改造、安装，以求得产量与转化效率的最佳方案。

中国不同地区农业生态系统的能量结构差异很大。长城沿线风沙区和黄土高原等低产区每亩农田生产产品的食物能量为36.8～39.2万千卡，仅为长江流域和南亚热带等高产地区的18～20％。高产需要增加能量（尤其是商业能）的投入，低产地区补加能量中，化肥、农药、农机、燃料及电力等商业能投放量分别为高产区的20.6～21.7％。美国玉米、小麦、水稻、 马铃薯4种作物平均每亩投入商业能折合35.5千克标准煤，中国除个别县外，各地商业能投放量少则不足10千克，多者不足50千克。甘肃的定西、会宁和宁夏的固原等县补加商业能仅2.59～5.00千克标准煤。为了促进农业发展，生产出更多产品，必须相应地投放更多的能量。在强调增加能量投放同时，还应努力提高能量的转化效率。黄土高原区与长城沿线区的能量转化效率（产投比）分别为0.96和0.97，即每投入1卡能只回收食物能0.96～0.97卡，而东北、长江流域和华南等地区能量转化效率则高一倍左右，同一地区甚至相邻两个县也存在效率相差一倍的事例，这说明提高能量效率具有巨大的潜力。

中国的广大中、低产地区目前粮油作物转化太阳辐射能效率仅0.1～0.4％，养分供应不足和水分短缺是限制作物光能利用率的重要因素。作物光合作用吸收固定1000千克碳所需具备的叶片、 茎、根等器官约含33.5千克氮、5.5千克磷、21.5千克钾、4.5千克硫。北京附近粮油产量为每亩400千克时大约利用转化太阳辐射能0.68％，其光合作用大约固定能量每平方米5500～6000千卡，积累干物质为每平方米1300～1400克，吸收氮为每平方米18.2克，磷为每平方米2.9～3克。目前中国大多数地区农业生态系统的物质循环体系所能提供的氮素数量不多，通过对中国100多个县的研究说明产量与农业生态系统的氮素转化提供量密切相关。

在氮素运转上另外两个影响生产力的因素是氮素转化效率与平衡状况。目前多数地区每生产50千克粮油作物消耗氮素超过2000克，长城沿线风沙区高达2615克，许多地方具有提高氮素转化效率的潜力。当然，提高效率不应以破坏平衡为代价，目前东北中、北部不少地区存在输入氮素小于输出氮素（比值<1）。出现了氮素入不敷出的现象。

系统的结构与控制管理

农业生态系统的结构指系统的组成比例和各部分在空间、时间上的排列与相互结合方式。能流和物质循环的途径，以及彼此间的因果联系也都属于结构。从不同的研究角度对结构可有不同划分。如组合结构、层状结构、数量结构、运转结构和调控结构等。农业发展、国土整治、农业管理等目的都是通过调节结构以促进和发展农业的生产力。

长江流域商品粮基地和珠江三角洲等高产区，或环境系统原属优越，或经人为长期调节改造已臻完善，其生物系统比较复杂合理，如太湖平原的粮-菜-蚕-羊-猪系统(图4)，

成都平原的粮-油-豌胡豆-猪系统，广东的桑（稻、蔗）基鱼塘等，随着人为调控系统的改善产量迅速上升。长城沿线风沙区不少地方人为沙化尚未完全制止，环境系统恶化不解决，产量必然低而不稳，许多措施很难发挥应有作用。黄土高原区的因水土流失等情况造成的环境系统破坏已引起重视，梯田、造林、种草已开始减缓破坏的进程。当因经济实力不能全面解决环境问题时，通过选择适宜生物种去适应环境系统，是投资少、收效快的途径。黄淮海区和东北南部过去环境系统问题大，通过治理淮河、海河、辽河，环境系统有所改善，政策调整后使人为调控积极性增加，生产潜力得到了发挥。中、北亚热带丘陵山区由于地理、地貌的巨大分异，形成复杂多样的环境资源组合，随着对其环境-生物关系认识深化，农业和多种经营的潜力也将不断得到发挥。

一个国家内农业生态系统的最高层次通常是气候地理环境系统，它根据气候、地貌等环境特征划分，如中国农业的10个大区。它以能量、物质在特定空间内的交换、 流通、 贮存、平衡为基础，农业的旱、涝、碱、蚀、薄等灾害实质是取决于物质、能量在地区范围内运转的动力、方向、速率和后果。第二层次是农、林、牧、渔之间的物质能量转化系统。农、林、牧、渔的结构、比例与布局要因气候地理环境特点和人为调控能力安排。结构、比例的差异直接影响整个系统的物质能量运转，如农牧之间通过供求关系、连锁关系、限制关系和反馈关系对农业生态系统的输入－输出、转化效率、稳定性和生产力都有明显的影响，常是研究改进农业生态系统结构的重点。 第3层次是农业内部（或林业、牧业内部）的分布布局结构系统，如粮油、粮棉、粮肥等，农林牧各自内部布局对物质，能量运转和经济收益与平衡均有重要意义。第4层次是种群结构。第5层次是产量结构。

运转结构涉及一个地区农业内部物质能量运转的主要途径，是划分农业生态系统类型的主要依据。运转结构通常要根据气候地理环境系统特点，对农、林、牧、渔及其内部结构进行布局安排，以较少的消耗取得更多的产品和更大的经济效益与生态效益。中国农业长期以来在各地形成许多合理的运转结构，如广东水网地带的桑(稻、蔗)基鱼塘，太湖平原的粮-菜-蚕-羊-猪类型（图4），北方辽东半岛、胶东半岛的粮食-花生-甘薯-猪类型（图5）等。这些运转结构是由适应当地气候地理环境不同生态位的生物种，组合成具有多条能流和物质循环途径的网络系统，其资源利用率高，单位面积上生物量大，产品多。

农业生态系统的亚系统、子系统的数量变动对系统的影响是多方面的。在同样运转结构中，个别子系统数量改变可明显影响整个系统的面貌和生产力。每一生物要从系统内取得其生活所必需的物质和能量，某一种群的增长或缩小常会波及其他种群。如亚热带丘陵山区，稻草等作物秸杆会因牛群的增大而大量消耗，从而引起燃料短缺，燃料的短缺又加重破坏山林的压力。如在江西、湖南、广西等许多地方出现牛、猪数量结构变化影响燃料和生产力，并对附近山林及水土保持都产生了极为重要的影响。

参考文章

• 农业生态系统生态安全
• 什么是农业生态系统?生态安全