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发布日期:2021年10月25日

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谈谈生态农业的基本原理
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长期以来,生态农业被一些人斥为“会饿死人的”,仿佛注定是小部分特权人士的专享,其实这是一个严重误区。现在人们一直是围绕种子做文章,甚至通过转基因来改变种子特性,而忽视了生态学原理的应用,农业专家穷其一生不能增产就不可避免了。生态农业不仅需要建构人与自然共生、循环关系,而且需要创造人与人的合作关系。经历100多年的发展,生态学日益成熟,在我国已经成为与数理化并列的一级学科,一些基本原理应用到农业越来越发挥重要的作用。下面就简要谈谈生态农业的基本原理。

 

一、水热耦合原理

 

农田生态系统由气候、土壤、生物等因子的共同作用所形成。其中, 大气温度和降水量占主导地位,对其它因子产生重大影响。农田是在改造自然生态系统而来的,不同植被地理背景下农田的生产力或产量受水热组合影响最大。自然界最高生产力是热带雨林,约45t/ha/a,是在不施肥不打药基础上实现的,就是因为热带雨林的水热条件最好,元素循环快。在农田中,光照、CO2都不是限制因子,而水热条件,尤其水热组合,最能反应农田生态状况。我国即使有些农田面临季节性干旱胁迫,依然比真正的地中海荒漠区域的农田具有十分有利条件。中国草原是雨热同期,而地中海附近、非洲的部分草原,雨热出现的最佳时期是冬夏季分离的。

 

水利是农业的命脉,在不同气候带上水热组合决定了生态系统生产力,生态农田尽量利用天然降水,适度利用客水或地下水,做到“旱能浇、涝能排”。热即热量,地球上的一切热量来自太阳,热对植物生长发育乃至群落分布有重要的作用。在阳光不缺少的地方,热量尤其与水的耦合对农业增产的作用大于化学肥料。生态农田利用自然界的热量,不搞反季节种植,充分利用我国水热同期优势,因地制宜发展适合的作物。高温的夏季杂草生长也很繁茂,如将杂草作为资源利用起来改良土壤,也是在生态农田利用热量资源的有效途径之一。

 

二、土壤碳氮库增长原理

 

碳表现在土壤中即有机质。目前我国耕地有机质普遍很低,平均1%左右。通过有机肥养地,大大幅度提高土壤含碳量。这里的有机肥,指自然界中的所有光合产物及其衍生物,不仅仅是传统理解的人粪尿和动物排泄物。高效生态农业中的有机肥将以植物源肥料如绿肥、秸秆肥、杂草肥为主。在暖温带湿润地区,当生态农田有机质提高到5%时,在这样的土壤肥力下,即使空白对照(不施肥)的作物产量,也能超过了吨粮(小麦玉米周年产量)。

氮这是生物光合生长必须的元素。自然界可以利用的氮都来自空气,空气中氮气含量78%。生物固氮、雷电固氮、干湿沉降都可以提供氮源。在种植过程中,用以上培育碳库的办法,培育土壤氮库,通过微生物活动固定空气中的氮,并活化土壤中的氮。氮与碳之间的比例约为1:10,当土壤含碳量增加到5%时,意味着每亩20厘米耕作层中有1.75吨纯氮,这些氮不会像化肥那样流失。因此,人类离开化肥厂,也能够满足作物需要的氮。由于土壤磷和钾基本不缺少,解决了氮的矛盾,鳞钾和其他大量元素与微量元素的问题迎刃而解。解决这个问题的基本思路是:每年将籽粒带走的氮双倍还回土壤,使土壤可利用氮不断增加。土壤中,碳与氮之间的比例变化在10:1至12:1之间,合理的碳氮比,对生态农田异常重要。

增加土壤碳氮库的办法有很多,除每年添加有机肥外,秸秆还田、种植或施加绿肥、利用杂草肥都是很好的办法。生态农田必须每年添加碳和氮,不能依靠化肥替代。我国农区使用了四五千的农田没有退化,就是有机肥养地的结果。只不过过去动力不足,有机肥来源少,农田产量低。如今,这些问题都已基本解决,通过培育土壤碳氮库增产技术已非常成熟。

 

三、生物多样性原理

 

生态农田具有丰富的生物多样性,尤其是土壤生物多样性。农田生物多样性包括种植物种与养殖物种多样性。在一个多样性的农业生态系统中,其稳定性也是高的,抗自然灾害能力加强,同时延长了农产品货架期,避免集中上市带来的农产品滞销。我们在10亩农田基础上发展的弘毅生态小院中,经济物种有73种之多,包括植物、动物与微生物三大类。在这个系统中,害虫与杂草都变成了资源利用起来。同时我们发现,由于土壤健康,农田生态系统健康,植物病害基本消失。

害虫与杂草本身就是普通的物种,它们的作用也是辩证的。害虫会吃作物,但也会给一些虫媒的作物授粉,害虫是益虫的食物,害虫死亡后其尸体可以参与构造土壤中的团粒结构;杂草会与庄稼争养料,但也会增加土壤碳氮等营养。杂草根系及其分泌物对于土壤中的生物多样性维持及其保持良好的土壤结构也起到很多的作用。当然,对于害虫和杂草比较进行管理,农民付出的辛勤工作是管理它们,不使其危害,并变害为宝。

 

四、生态位原理

 

农田生态系统中的不同物种都有自己的生态位,在时间空间上所占据的位置,这些物种大部分时间相安无事,只有到生态位重叠是才会发生激励的竞争或对抗。生态位是生态系统中每种生物生存所必需的生境最小阈值。两个拥有相似功能生态位、但分布于不同地理区域的生物,在一定程度上可称为生态等值生物。生态位是与资源利用谱概念等同的,生态位宽度是指被一个生物所利用的各种不同资源的总和。

在农田中,因种间竞争,一种生物不可能利用其全部原始生态位,所占据的只是现实生态位。作物的生态位是人为保护的,往往为了高产,人工除草或机械除草,去除竞争者。土壤表面上下一定高度和深度,这是土壤微生物、蚯蚓、线虫等动物的生态位,一些害虫的幼虫也分不再土壤中。利用生态位的空间差异,可以减少杂草控制成本,如果园下面生草,就是乔木与草本的生态位不同;种植高粱也可以控制杂草,因为高粱为高杆作物;利用生态位时间差异可以控制害虫,如诱虫灯捕杀的往往是夜行害虫,而益虫因为多在白天捕食较少受害。夏季的杂草很难在春季生长,因此可以利用夏季高温多雨生长杂草,混播豆科植物养地,然后种植越冬小麦,小麦产量可以提高,这也还是利用杂草的生态位。在北方农田,玉米夏季农田杂草以牛筋草等为主,小麦以播娘蒿为主。

 

五、生态系统原理

 

生态系统指在自然界的一定的空间内,生物与环境构成的统一整体,在这个统一整体中,生物与环境之间相互影响、相互制约,并在一定时期内处于相对稳定的动态平衡状态。生态系统是能够自我维持、自我更新且具有一定恢复能力的。掌握了农田生态因子变化特点、物种组成及其相关关系,人类就可以利用这些生态学知识进行农田生态系统设计,力求获得最大的产量、生物量或者最高的经济效益。间作套种、林田互作,林粮食互作,药粮互作等等,都是利用生态学原理进行的农田生态系统设计。在农田生态系统设计中,最重要的因素是种子。种子是农业的重要“芯片”,人类造不出种子来。除为动物生产饲料利用一部分杂交种外,基本使用老种子。鼓励农户自留种子,常年生态育种与自留种,产量有增加趋势。高效生态农业模式杜绝转基因种子。在农业生态系统中,农业再也不是现代化学污染源,不是温室气体排放源而是温室气体库,从源头解决了面源污染问题;农田生态环境大幅度改善;农田生物多样性将逐渐恢复;农产品不再含有人为添加的有害化学物质(目前围绕食物链合法使用的化学物质高达5万多种);农产品提供的优质健康能量,重大疾病发生率将大幅度下降;农业将成为附加值很高的产业,大学生二代、农二代等年轻人可以进入农业;优良种子资源可以长期保留下去;病虫草害发生率基本可控,土地越养越肥,耕地生产力将得到稳定提高。农艺有人传承农民的劳动力可以在家门口转变为钞票,不再进城打工出卖劳动力。

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