农业生态系统内在持续性机制及其调控，本文主要内容关键词为：持续性论文,生态系统论文,机制论文,农业论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
农业可持续发展以及如何进行可持续发展已成为生态学者、农业科技工作者等密切关注的论题。大量关于宏观的、区域的“可持续农业”或“农业可持续发展”的讨论出现在农业、生态、经济、社会、地理、工程等不同学科的文献中，这些讨论主要是从人类发展和资源合理开发和永续利用意义上展开，大多都将可持续性作为农业、生态、经济以及社会管理的目标，而对农业可持续发展的内在机理研究不够。笔者认为，农业生态系统是在人为调控下对自然生态系统有意识地干预、调节而成的生态系统。在对自然生态系统的改造过程中，自然生态系统内在的可持续性机制发生了明显的改变，农业生态系统的持续发展需要靠人类进行调控。因此，从农业生态系统内部去探讨具持续性问题，具有重要的生态学意义。
1 农业生态系统资源利用的可持续性
农业生产所依赖的自然资源有不可更新性资源和可更新性资源之分，两者的区别与其持续性有着明显的关系。
1.1 不可更新性资源
煤、石油、铁矿等不可更新性资源，本质上是可用尽的，因而对它们的利用不可能是无限期持续的。在这类资源利用上，既要考虑当前的需要，又要考虑未来发展的需要，不以牺牲后代人的利益为代价来满足当代人的利益。但是，我们很难确定在目前和将来对这类资源消耗的最佳平衡是什么？也就是说我们现在究竟应该用多少，给子孙们留多少？因为尽管我们可以相当准确地估计出50年甚至100 年后人口的增长量和人类对食物的需求量，但我们无法估计出将来的技术革新能减轻对不可更新性资源压力的程度。从这一点看，为了尽可能延长不可更新性资源的利用时间，保证农业可持续发展，从现在开始就需要节约这类资源，提高其利用效率。
虽然不可更新性资源是不可无限期持续利用的，但是如果能使当前开发不可更新性资源的效益得以持续的话，也能相对地增加该类资源的持续性。这一点应该是可以做到的，把开发不可更新性资源获得的利润作为投资，进一步开发具有持续性的工业技术，人类技能和农业设施，就可以获得可持续的、长期的利润。在农业生产上，不断地把开发不可更新性资源获得的利润投资在灌溉设施的恢复上，农田地力的培养上，农业技术的改进上，就能产生一种内在的可持续性。另外，还可开发替代物来替代不可更新性资源，延长其利用时间。
1.2 可更新性资源
太阳辐射是不可耗尽的，除太阳辐射外，农业所依赖的大多数自然资源是潜在地可更新的，这些资源包括土壤及其养分，直接或间接来源于降雨的水分，各种生物资源，包括具有环境控制或同化废物能力在内的许多生态过程。这类资源具有内在的、连续不断或周期性的补充和更新能力，所以可以持续存在和被持续利用。但这些资源利用不当也有可能被耗尽。例如，森林被砍伐后用来发展农业生产，或农用地用做城市和工业发展用地等，可更新资源一旦其内在的可更新能力受到损害或抑制，也会逐渐枯竭，失去其持续存在或被持续利用的可能。所以在利用该类资源时应注意，对可更新性资源的利用不应超过其更新和再生能力；对已经过度利用的某些特定可更新性资源，要采取保护和补偿措施，使其尽快恢复其可更新和再生能力；对有灭绝危险的特殊的再生资源，例如珍贵的野生动植物应遵守自然规律，使它们恢复正常的再生能力。
此外，从农业生态系统的内部资源和外部资源看，内部资源包括降水、生物固氮、来自土壤的养分，以固有的自然天敌为基础的害虫生物控制等，具有内在的可更新性，因此，具有作为农业可持续发展基础的潜力。相反，农业的外部资源，包括来自远距离水源的灌溉用水，人造的氮素肥料、磷肥、化学杀虫剂，以及其它农业生产资料，由于其自身的不可持续性，以及获得这类资源的波动性，直接影响到农业的可持续发展。从这方面看，首先要保护好农业生态系统内部资源的可更新和再生能力，增强其持续存在和被持续利用的潜力，其次要保证农业生态系统外部资源投入的持续性和增长的稳定性，以补充农业持续发展资源上的不足。
2 农业生态系统内在的生态持续机制
农业生态系统实质上是人类将自然生态系统改造而来生产食品和纤维的生态系统。在对自然生态系统的改造过程中，自然生态系统中多种多样的生物群被减少至仅局限在作物、害虫、杂草、畜、禽等的集合内，其能量流动、物质循环、生态平衡和种群调控机制都发生了很大变化。这些变化直接影响农业生态系统的持续性，从而影响农业可持续发展的生态基础。
2.1 能量流动
一个发展良好的自然生态系统是相对稳定的，能自我持续的，且能维持较高的系统生产力，能量流过系统是一系列复杂的营养互作的结果。随最大量的能量在系统中沿着食物链流动，一定数量的能量在食物链的不同营养级上散失。农业生态系统的能量流动受人类的干预发生很大改变，输入主要来自人类，并且通常不能自我维持。农业生态系统变成开放性系统，相当数量的能量在每次收获时直接流出系统，而不是贮存在生物质中在系统内积累。由此可见，自然生态系统的能量流动是一个自持续过程，由此生彼长，此长彼熟的绿色植物，自我启动，形成了多流交错，持续不断的能量流动过程；而农业生态系统每次作物收获或畜禽出栏就意味着能量流动的结束，新的能量流动过程或能流过程的延续，必须由人通过投入作物种子、种苗或畜禽幼仔而重新启动，这就造成了能量流动的间断，使一个农业生态系统可能会出现多次间断的能量流动过程，造成能量的浪费，影响农业生态系统生产力的提高。只有按照生态学原理，增加农业生态系统的生产者、消费者的种类和数量，形成继启性的相互交错复合的能量流动过程，农业生态系统的持续发展才能有一个稳定的能流基础。
2.2 物质循环
自然生态系统中，大多数微量的和大量的养分通常存在于有机质内，通过一系列相互交错的复杂的循环在系统内环流。农业生态系统中，由于保持在系统内的持久的生物量水平降低，循环的养分数量最小，而相当数量的养分，随着收获或淋溶或侵蚀而损失，在作物收获和播种季节，裸露土壤频繁的曝晒，也造成养分从系统中的泄漏。同时，农业生态系统中，由于生产者、消费者分离，大量的养分随产品输出到系统之外，所以靠农业生物自然维持系统养分平衡的能力很小，很难保证系统的自持续发展，必须进行人为调控，把生产者、消费者、分解者合理组装在一起，形成良性循环，使消费者的排泄物和其它废弃物能直接或间接地归还土壤，通过分解者分解后，重新为生产者利用。同时，还必须补充投入大量的物质，维持系统的养分平衡，为农业生态系统的可持续发展提供良好的物质基础。
2.3 种群调控机制
自然生态系统是由物质资源的有效性所确立的生物互作和限制的复杂结合，使不同生物种群水平得到控制，这种种群控制与生态系统的生产力关系非常密切。通过时间选择有助于在环境所确立的界限内建立生态上可行的最复杂的结构，允许建立种类不同的营养互作和小生境多样性。农业生态系统失去了生态位的多样性，营养互作减少，作物种群或动物种群很少能自我再生或自我调节，通常依靠大量能量补贴，以种子或控制因子形成的人工投入决定种群的大小。生物多样性减少，营养结构倾向于简单化，农业生态系统便产生许多“空白”生态位。尽管有人类的强烈干预，灾害性病、虫害暴发的危险仍很高。农业生产的可持续发展，要求作为农业生态系统的主宰者——人，要按生态学原理把适生而有经济价值的物种，有意识地引入农业生态系统中，以填充空白生态位，使系统处于近乎生态位“饱和”，发挥种群调节机制，不仅可以减少或抑制病虫草害和农药污染，而且也可增加新的生产门类及产品，提高经济效益，增加农业可持续发展的潜力。
2.4 动态平衡
自然生态系统物种的多样性，允许系统对除具有严重破坏性以外的干扰，有一定的抵抗能力。在许多情况下，周期性的扰乱，保护了生态系统高度的生物多样性和甚至最高的生产力。系统的稳定性不是一个坚固不变的状态，而是处于一个动态和高度波动的状态，这种状态允许生态系统受到干扰后得到恢复。这就容许建立一个在持续资源利用基础上起作用的生态平衡。这种平衡状态系统能无限地维持，或在环境变化或改变时变换。由于结构和功能多样性的减少，农业生态系统失去了许多弹性，抵抗外界压力或冲击的能力大大减小，导致系统自身的稳定性降低。农业的可持续发展，要求农业生态系统维持一个相对稳定的动态平衡，即系统中生物组成、种群数量、食物链结构协调，能量和物质的输入与输出基本相同，物质贮存量恒定，信息传递畅通，生物与环境之间达到高度的相互适应和同步协调。只有在这种情况下，农业生产才能在受到外界压力或冲击时，把损失减少到最小，保证其持续发展。
3 农业生态系统内在持续性机制的调控
随着人口急剧增加和工业化所造成的环境污染和破坏，生态平衡被打破，在全球范围内出现了诸如：淡水资源危机，植被破坏、水土流失、土地沙化、物种灭绝、土壤肥力下降等一系列生态问题。这些生态问题直接影响到农业生态系统自然资源利用的持续性和农业生态系统内在的持续性机制，从而直接影响到农业的可持续发展。而这些问题的解决必须通过有效的调控措施来实现。除了农业生态系统自身的调控机制以外，人类对农业生态系统的调控措施主要包括以下几个方面：
3.1 生态环境调控
目的是改善农业生物的生态环境，包括对光、温、热量、水、土壤养分等因子的调节，通过调节使可更新性资源恢复和提高其更新或再生能力，非可更新性资源得以合理利用，提高其利用效率，延长其利用年限。具体调控内容和方法有：①调节土壤环境。通过物理、化学和生物学方法，改善土壤耕层构造，改善营养物质的循环平衡状况，改善土壤的理化特性，从而培肥地力。②调节气候环境。通过建立动物棚舍、塑料大棚、地膜覆盖等都可改善局部环境，有利于提高长流性资源如太阳能等的利用率，开展大规模的植树造林和农田林网建设，可改善区域性环境，有利于减轻自然灾害危害，增强农业生态系统的稳定性。③调节水分因子。修建大型水利工程如小浪底水利工程、长江三峡水利工程，改善农田灌溉设施，实施喷灌、滴灌等节水灌溉技术等都可以直接调节水分状况；通过土壤耕作，增施有机肥料，改善土壤结构，也可增强土壤的保水能力。
3.2 物质和能量的输入、输出调控
农业生态系统是一个输入输出开放性系统。输入的肥料、饲料、种子、机械、燃料、电力等，输出的各种农畜产品等都是可控的。输入输出调控就是使农业生态系统输入的各种物质、能量的种类、数量和投入结构比例适合农业持续发展的需要，同时控制各种污染物质和有害物质的输入，防止环境污染；使农业生态系统的输出更有计划，输出的产品形式更适应社会的需求，输出的产品能得到更充分的利用，并获得更高的经济价值，同时控制非目标性输出，防止因迳流、下渗造成的营养元素的流失。通过输入输出调控可以保持农业生态系统的输入和输出的平衡，使系统稳定持续发展。
3.3 农业生物调控
通过对生物种群遗传特性的改变和栽培技术的改良，增加生物种群对环境资源的适应性和转化效率，提高生产力。具体措施有：①培育和选用高产、优质、低耗、抗逆性强、适应性广的农、林、畜、禽、鱼等生物的优良品种及相应的配套技术，使生物更好地适应环境特点，更能满足系统输出的要求和人类的愿望。②建立合理的群体结构和相应的栽培管理技术，调节作物播植密度、牧畜放养密度、海洋捕捞强度，森林砍伐强度，控制生物种群的动态变化，保持生物种群的最大繁衍再生能力。③采用作物间作套种，动物混养、混交林营造、引进有益生物控制有害生物等技术，建立合理的群落垂直结构、水平结构和时序结构，实现对资源的最佳和持续利用。
3.4 农业生态系统的结构调控
协调农业内部各业生产间的关系，确定合理的农、林、牧、副、渔比例和配置，调整能流、物流的衔接关系，使农业生态系统各组成成分间的结构与机能更加协调，系统的能流、物流更趋合理，系统更趋稳定，在充分利用和积极保护资源，实现资源持续利用的基础上，获得最高系统生产力，发挥最大综合效益，满足社会经济持续发展的需要。
* 本文由国家教委世行贷款出国留学回国人员教学科研工作补助费资助。
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