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说明分析农业景观中生物关系重建研究

2020-04-10 117 上传者：管理员

摘要：生物关系重建是生态农业景观中作为生态层面和群落层面的关键点，但当前农业景观设计中被忽略、被简化。以景观生态学中物能流动、食物链食物网理论为依据，对生物关系重建做了分析。以作物为核心的生物关系重建为例，和土壤动物、大型动物、作物、木本植物乔灌草、微生物等建立良好的生物关系，使作物的养分和控制作物的病虫害情况得以改善，使物质流和能量流的代谢效率及流通通道数量得以提升，从而推动生态农业景观的生态效益的最优化。

关键词：
农业景观
物能流动
生态农业
生物关系
生物关系重建
食物链
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1、物能流动与生物关系

生物群落间的植物、动物、微生物、水、营养成分等的流动是生态农业景观功能的基础。换句话说，景观生态过程和功能的具体体现就是在生物关系间各种形式的物流、能流、信息流。通过研究生物种群、群落之间物质流、能量流流动的各种形式、动力、影响因素等，来指导生物关系重建。

1.1 景观结构对物能流动的影响

如图给出了一些生境组合来说明，图中每一块图案分别代不同生境的类型。图（a）比图（b）的生境完整。图（a）面积大的斑块有利于生物多样性的繁衍，（b）的结构复杂，生物关系多样、生物间的物质、能量流动路径和方式较多，可以形成复杂的食物网；图（b）和图（c）相比，前者的边界更加分散，图（c）更有利于物能流与外界交流；图（d）和图（e）生境分散程度相同，但图（d）中浅灰色与白色接触边长比图（e）的边长要短，深灰色斑块与白色斑块不存在接触边界；图（d）与图（f）相比，图（f）的斑块相对分撒，但竖条生境与空白生境的接触边长要更长一些，物能流的路径更加丰富。浅灰斑块与深灰斑块间的边长相等。其中，把三类生境相连接的点称为交汇点，如图（d）和（f）各有一个交汇点，这些部位对于生物关系建立具有重要的意义，是物能流最丰富的地方，为生物提供多样化的资源，而且可以提高生物种群的稳定性。图中（b）和（c）的生态交错带最长，生境中的交错带可以成为物质流、能量流的通道、筛子、屏障、源与汇的功能。（f）的景观结构最为复杂，物能流的路径较多，生产力较高。（c）的生境形状最不规则，但有许多与周围斑块导流作用的触角和触须，更有利于物能流的流动，在景观生态学中，圆形斑块最不利于物能流动但最有利于物种的稳定。

1.2 食物链和食物网

是生态系统的纽带，同时也是物质流、能量流、信息流的通道。生态系统的结构分为两种：营养结构和形态结构。形态结构由上文提到的景观结构、物种的种类及数量、时间过程所决定的；营养结构是在生态系统中由物种及环境间的食物链和食物网组成的，是生物间、生物与环境间联系的纽带，也决定生态系统的生态作用。食物链是高级生物以次级生物为食，形成一环套一环的食物锁链关系。在自然界中一种生物并非仅以一种生物为食，而是以多种生物生存，一种生物可以占多个营养层级，因此相互交错的食物链形成了复杂的食物网。

2、生物关系重建

在农业中各生物之间的相互作用主要表现在以营养物质流为基础的捕食与被捕食的关系。各个生物之间关系复杂在相互制约、互利共生的情况下协同进化。通过运用景观生态学中物能流动原理，对农业景观中生物关系进行重新建立。分别运用两种手段：一是提出调整农业景观结构，二是延长或者缩短食物链以及优化食物网络。

2.1 作物与动物

2.1.1 作物与土壤动物。土壤动物种类多、生物量大、密度高，土壤生物是土壤物质循环、土壤形成和发育的主要驱动者之一，土壤动物各功能群间、土壤动物与微生物及植物根系间通过物质与能量关系形成营养网络，它们相互依赖、相互牵连组成一个稳定的生态系统。作物在生长期不但从土壤中汲取养分，也分泌一些糖类、酶类的有机物，用来调节根系周围微生物的活动为其生长创造良好的环境。植被类型是影响土壤动物群落结构和多样性的主要生态因子，且不同植被下出现不同植被的特有物种。根据研究表明玉米根系使土壤生物的种类和活性高于大豆，因为玉米的根系量多于大豆的30%。因此在农业景观中，要选择根系发达的作物栽种，有利于土壤发育健全，土壤生物多样性；张庆宇（2008）研究表明，秸秆还田也会大量提高土壤动物的数量，可以改善土壤理化性质，增加土壤动物数量及丰富度，进而提高作物产量在农业生产中。

2.1.2 作物与大型动物。在生态系统中，各种动物对自然条件形成特有的适应性，并通过食物链的食物营养关系形成相互平衡和制约的稳定状态，前一种动物通过以后一种为食或为寄生的依托来得以生存发展，而后一种动物则因被捕食和寄生而死亡，生物间的相生相克关系在自然界中表现的十分激烈。在农业种植中利用动物在食物链中的相生相克来进行农作物的虫害治理，增加有害物种的天敌数量以控制有害生物，同时也能减少化学农药的使用。每一种害虫的天敌数量可达到几十种甚至几百种，例如昆虫的捕食性天敌包括鸟类、青蛙、家禽、螨类等；昆虫的寄生性天敌包括寄生蜂、小峰总科、尾蜂总科等。在稻田养鸭、养鱼可以控制杂草的生长；在田间可以利用猫头鹰、蛇控制鼠害、利用蚯蚓提高土壤养分和有利于秸秆和粪便在土壤中的转化有其特殊的作用。稻田养鸭、稻田养鱼、稻田养蛙被证实能够有效控制作物的害虫。昆虫植物陷阱的设置，例如在桑园周围种植枫杨树能够分别吸引石榴和桑树上的害虫。驱虫植物设置，例如在温室种植紫苏、田间种植葱和蒜有驱虫作用，释放寄生蜂、捕食螨、昆虫病原菌等能够有效控制害虫危害。

2.2 作物与作物

充分利用植物的多熟规律与景观结构的镶嵌原理，适当安排植物的轮作顺序，合理的组合作物种植的空间结构，避免常规的单一大面积种植，采用间作、套作、轮作模式，既可以丰富作物的种植种类又提高其观赏效果，采用观叶的植物如色彩斑斓的苋菜、紫色的羽衣甘蓝、黄色的油菜花和韭菜花等；观果的彩色花椒、丝瓜、樱桃番茄等。在农业生产中，为了改善作物的养分供应关系可以实行间套种的种植体系。例如李隆曾研究表明，禾木科和豆科作物间作，可以有效的提高豆科作物的固氮量，提高土壤中金属元素和磷元素的时效性。为了实现对病害的控制，采用同种作物不同品种的间作或者不同作物之间的间作。例如朱有勇等通过种植水稻不同品种的间种来对水稻的的瘟病进行控制。在传统农业种植中作物连作的现象非常常见，造成土地肥力下降、作物产量小、质量差、病虫害严重的不良现象。这是因为植物根系的分泌物质和土壤微生物区系的变化，通过分析物能流动原理中不同作物对能量（热能、风能、水分等）、物质（养分、抗虫、病、草）等方面的利用差异，对农田耕种模式进行适当的调整，可采取间作套种模式，由于高矮作物的合理搭配，可以形成许多通风走廊同时各类作物因对阳光和热能的利用率不同，又促进了空气的垂直流动，提高了田间CO2的体积，有利于作物光合作用提高，从而提高产量。例如种植大蒜与白菜间作不但提高了产量，丰富种群结构，同时对病虫害进行了有效的控制，提高了寄生虫天敌和辅食性昆虫的丰富度和多样性，降低植食性昆虫的数量。

2.3 作物与木本植物

景观内的异质性是保证景观生态稳定的重要因素，也为物质和能量的食物网提供了多种流通通道。树对农田具有一定的生态效益——防止水土流失，保护农田养分，改善农田小气候和风速等具有重要作用。树篱能提供生境给农田觅食者的天敌，由于这些天敌可以使农田免遭病虫害的侵蚀。例如在我国新建的阿克苏地区，在棉花种植田的周围种植苜蓿，寄生在苜蓿丛中的蚜类可供许多捕食者大量生存、繁殖。在农田遭遇到蚜灾爆发时，割去苜蓿，使原本生活在苜蓿丛中以蚜为食的瓢虫类、食蚜蝇类等迅速进入到棉花种植田中觅食，从而预防了农田病虫害的侵袭，得到了良好的生物防治效果。因此，在农业景观种植中才用农林结合、乔灌草结合的种植方式。从实际出发，宜林则林、宜农则农、因地制宜的原则，才可以提高景观的抗干扰能力和生物多样性的稳定。旱地作物的秸秆覆盖可以减少杂草。

2.4 作物与微生物

微生物与作物可能共生形成菌根或者菌瘤。微生物能够分解中的钾和磷等化学物质来改善养分。有益微生物的开发已经能够做到有效还剩养殖业水体质量，提高饲料品质，改善家畜饲养环境。食用菌能够有效转化秸秆、粪便等农副产品。甲烷细菌等相关微生物在沼气发酵过程中起到关键的作用。

2.5 作物与能源利用

通过改善景观结构来对有关作物的能源高效利用。作物的轮作、套作、间作的模式，减少农田地的空闲时间，以及热能、水能、光能的利用效率得到提高；通过立体种养结合，充分利用水体深浅层次中的各种资源，提高其生产效率；乔灌草多层次的植被种植相结合，提高土地的覆盖率和生物多样性的同时又可以减少水土流失和附近河流的水体富营养化；农林牧的适当结合也可以形成高效利用。

3、结语

生物关系重建是在种群、群落、个体的水平上，对生物在微观层面上展开的生态农业建设的内容，是利用动物、植物、微生物的相互依存关系进行生物关系重建，形成相对合理的土地利用格局和优化的食物链和食物网系统。在生态农业景观设计中的生态层面和生物群落层面达到事半功倍的效率。

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