農業生態系統

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農業生態系統(Agricultural Ecosystem)

　　農業生態系統是指在人類的積极參与下，利用農業生物種群和非生物環境之間以及農業生物種群之問的相互關係，通過合理的生態結構和高效的生態機能，進行能量轉化和物質迴圈，並按人類社會需要進行物質生產的綜合體。

　　農業生態系統是被人類馴化了的自然生態系統，因此，它既保留了自然生態系統的一般特點，又具備很多人類改造、控制、調節、干擾甚至破壞所帶來的新特點。農業生態系統是在人類控制下發展起來的。由於其受人類社會活動的影響，它與自然生態系統相比有明顯不同。

　　(1)系統的生物構成特點。農業生態系統中最重要的生物品種是經人工馴化培育的農用生物，以及與之有關聯的生物。人類常是農業生態系統中一個重要的消費成員。

　　(2)系統的環境特點。農業生態系統具有明顯的地區性。農業生態系統的環境更多地受到了人類的調控、改造。人類一方面通過工程措旋改造環境，如建水庫；另一方面通過生物措施和化學措施改變環境，如建防護林、施化肥等。

　　(3)系統的穩定性機制。農業生態系統中的自然調節穩定機制被削弱，代之以更多的人類調節控制，系統自身的穩定性差。

　　(4)系統的開放程度。農業生態系統是在人類強烈干預下的開放系統。農業生態系統的結構比自然生態系統簡單，便於人類管理，簡化了的能量和物質流通途徑使得系統趨向更加開放。有意識的輸入和輸出增加，如化肥農藥輸入，農產品輸出等；無意的輸入和輸出也會增加，如農藥施用帶來的環境污染，開墾坡地造成的水土流失等。

　　(5)系統的生產力特點。農業生態系統的生產力常比同一區域內的自然生態系統高。農業生態系統中的農業生物具有較高的凈生產力，較高的經濟價值和較低的抗逆性。例如，熱帶雨林的初級生產力約7．5t／hm²，而一年兩季的水稻穀物產量可達15t／hm²，乾物生產可達30t／hm²。提高的原因包括品種改良，環境改善和較低的呼吸消耗等。

　　(6)系統服從的規律。農業生態系統由於受到人類活動的影響，不僅服從自然規律，而且還服從社會經濟規律。

　　(7)系統的運行“目標”。生態系統演變的最終狀態若稱為系統運行“目標”的話，自然生態系統運行的“目標”是自然資源的最大限度生物利用，並使生物現存量達到最大。而農業生態系統的“目標”是使農業生產在有限自然與社會條件制約下，最大限度滿足人類的生存、致富和持續發展的需要。

　　農業生態系統與自然生態系統交錯存在，互相影響，依賴自然生態系統維持其更好的穩定性，森林中鳥獸昆蟲多數對農田病蟲害起到控製作用。

　　農業生態系統分為農田生態系統、森林生態系統、草原生態系統和內陸淡水生態系統。

　　(1)農田生態系統。農田生態系統由作物與其生長髮育有關的光、熱、水、氣、肥、土及作物伴生生物(土壤微生物、作物病蟲和農田雜革)等環境組成，並通過與環境的作用完成產品的生產過程。

　　(2)森林生態系統。森林生態系統由以木本植物為主體的生物與其生長髮育所需的光、熱、水、氣、肥、土及伴生生物等環境組成的，並完成特定的林產品生產和農業水土保持功能的農業生態系統。其是多功能的生態系統，素有“農業水庫”、“都市肺臟”和“天然洗塵器”等美稱。

　　(3)草原生態系統。草原生態系統指以天然牧草、人工牧草及草食性農業動物為主體的生物種群與其生長髮育所需的環境條件構成的，並完成肉、奶、皮、毛等動物性農產品生產的農業生態系統。

　　(4)內陸淡水生態系統。內陸淡水生態系統指人們為發展農業生產，特別是為發展漁業經濟而加以利用和改造的濕地、溪流、江河、湖泊、水庫池塘等水域系統的總稱。內陸淡水生態系統的功能主要表現在各種水生生物產品的生產和為農田作物提供灌溉水源兩大方面。

　　生態系統的結構包括生物組分的物種結構(多物種配置)、空間結構(多層次配置)、時間結構(時序排列)、食物鏈結構(物質多級迴圈)，以及這些生物組分與環境組分構成的格局。換言之，農業生態系統結構指農業生態系統的構成要素以及這些要素在時間上、空間上的配置和能量、物質在各要素間的轉移、迴圈途徑。可見農業生態系統的結構包括三個方面，即系統的組成成分，組分在系統空間和時間上的配置，以及組分間的聯繫特點和方式。

　　農業生態系統的結構，直接影響系統的穩定性和系統的功能，轉化效率與系統生產力。一般地說，生物種群結構複雜、營養層次多，食物鏈長並聯繫成網的農業生態系統，穩定性較強。反之，結構單一的農業生態系統，即使有較高的生產力，但穩定性差。

　　農業生態系統的基本結構概括起來可以分成以下四個方面。

　　(1)農業生物種群結構。農業生物種群結構指農業生物(植物、動物、微生物)種群的組成結構。生物物種是生態系統物質生產的主體。不同生物種類的組成與數量關係的格局構成生態系統的物種結構。

　　(2)農業生態系統的空間結構。空間結構是指生物群落在空間上的垂直和水平格局變化，構成空間三維結構格局，包括了生物的配置與環境組分相互安排與搭配，因而形成了平面結構和垂直結構。農作物、人工林、果園、牧場、水面是農業生態系統平面結構的第一層次，然後是在此基礎上各業內部的平面結構，如農作物中的糧、棉、油、麻、糖等作物。農業生態系統的垂直結構是指在一個農業生態系統區域內，農業生物種群在立面上的組合狀況，即將生物與環境組分合理地搭配利用，從而最大限度地利用光、熱、水等自然資源，以提高生產力。

　　(3)農業生態系統的時間結構。時間結構是指在生態區域與特定的環境條件下，各種生物種群生長髮育及生物量的積累與當地自然資源協調吻合狀況從而形成在時間分配上的格局，時間結構是自然界中生物進化同環境因素協調一致的結果。所以在安排農業生產及品種的種養季節時，必須考慮如何使生物需要符合自然資源變化的規律，充分利用資源、發揮生物的優勢，提高其生產力。使外界投入物質和能量與作物的生長髮育緊密協調。這都是在時間結構調整與安排中要給予重視的。

　　(4)農業生態系統的營養結構。營養結構是指農業生態系統中的多種農業生物營養關係所聯結成的多種鏈狀和網狀結構，主要是指食物鏈結構和食物網結構。生態系統中生物間構成的食物鏈與食物網結構，是生物之間藉助能量、物質流動通過營養關係而聯結起來的結構。食物網是生態系統中物質迴圈、能量流動和信息傳遞的主要途徑。

　　食物鏈結構是農業生態系統中最主要營養結構之一，建立合理有效的食物鏈結構，可以減少營養物質的耗損，提高能量，物質的轉化利用率，從而提高系統的生產力和經濟效率。

　　農業生態系統的基本組分和自然生態系統類似，分為生物和環境兩個組分。但組分的構成卻有很大的差異。

　　(1)農業生態系統的生物組分。農業生態系統的生物組分可按功能區分為經過人工馴化的農業生物如農作物、家畜、家禽、家魚、家蠶等，以及與這些農業生物關係密切的生物類群，如作物病蟲、家畜寄生蟲、豆科植物的根瘤菌等。農業生態系統還增加了一個重要的大型消費者即人，其他生物種類和數量一般少於同一區域的自然生態系統。

　　(2)農業生態系統的環境組分。農業生態系統除了具有從自然生態系統繼承下來的自然環境組分之外，還有人工環境組分。無論是水體、土體、氣體，甚至輻射，在農業生態系統中都或多或少受到人類不同程度的調節和影響。例如，作物群體內的溫度、濕度受種植密度灌溉狀況的影響。魚塘中水體的透光狀況受魚塘飼料用量和養魚量、養魚品種的影響，因這些措施影響到水中的浮游生物數量，從而影響水的透光率。

　　農業生態系統中的禽舍、溫室、倉庫、廠房、住房等生產、加工、儲存和生活設施都會成為系統內生物環境一個組成部分。設施中的環境與自然環境相比，溫、濕、光、養分等條件都受到較大的改變，而且有獨特的特點。

　　(3)農業生態系統組分的內部聯繫方式和對外聯繫方式。生態系統中生物間通過營養關係聯結起來的聯繫方式稱營養結構。農業生態系統的結構受到人類的控制，如牲畜、魚蝦的配合飼料成分和來源都不是動物在自然狀態下可以獲得的。農業生態系統不但具有與自然生態系統類同的輸入、輸出途徑，如通過降雨、固氮的輸入，通過地表徑流和下滲的輸出，而且有人類有意識增加的輸入，如灌溉水、化學氮肥，也有人類強化了的輸出，如各類農林牧漁產品的輸出。

　　(1)農業生態系統的空間結構。農業生態系統的空間結構分為水平結構與垂直結構。

　　在水平方向上，常因地理原因而形成環境因數的緯向梯度或經向梯度，如溫度的緯向梯度，濕度的經向梯度。農業生物會因為自然和社會條件在水平方向的差異而形成帶狀分佈、同心圓式分佈或塊狀鑲嵌分佈。生物會由於繁殖方式與行為方式的差異而形成規則的、隨機的或成叢的各類水平格局。農作物群體水平格局還受栽培方面的人工控制。社會經濟條件對農業生態系統水平結構的影響表現在：人口密度梯度，人口密度對農業生態系統結構的影響是綜合的。人口密度增加使人均資源量減少，勞動力資源增加，對基本農產品的需求上升。這樣，必然使農業向勞動密集型轉化。城鄉經濟梯度，農業生態系統受城鎮的影響，即離城鎮的遠近。

　　(2)農業生態系統的時間結構。農業生態系統的環境因數受到地球自轉和公轉影響而形成了年節律、日節律。月球與地球的關係也促成了像潮汐這樣的月節律。生物適應這種條件而出現相應的節律。生態系統也存在著隨時間而產生的環境與生物的相關變化，這種變化有一定的方向和規律。

　　(1)合理的農業生態系統結構應能充分發揮和利用自然資源和社會資源的優勢，消除不利影響。

　　(2)合理的農業生態系統結構必須能維持生態平衡，這體現在輸入與輸出的平衡，農林牧比例合理適當，保持生態系統結構的平衡，農業生態系統中的生物種群比例合理、配置得當。

　　(3)合理的多樣性和穩定性，一般地如農業生態系統組成成分多，作物種群結構複雜，能量轉化，物質迴圈途徑多的農業生態系統結構，抵禦自然災害的能力強、也較穩定。

　　(4)合理的生態系統結構應能保證獲得最高的系統產量和優質多樣的產品，以滿足人類的需要。

　　農業生態系統通過由生物與環境構成的有序結構，可以把環境中的能量、物質、信息和價值資源，轉變成人類需要的產品。農業生態系統具有能量轉換功能、物質轉換功能、信息轉換功能和價值轉換功能，在這種轉換之中形成相應的能量流、物質流、信息流和價值流。

　　(1)能量流(energy flow)

　　農業生態系統不但像自然生態系統那樣利用太陽能，通過植物、食草動物和肉食動物在生物之間傳遞，形成能量流，而且為提高生物的生產力還利用大量的輔助能量流。

　　生態系統接收的除太陽輻射能之外的其他形式的能量統稱為輔助能(auxiliary energy)，包括自然輔助能和人工輔助能。自然輔助能的形式有風力作用、沿海和河口的潮汐作用、水體的流動作用、降水和蒸發作用。人工輔助能包括生物輔助能和工業輔助能兩類。前者是指來自於生物有機物的能量，如勞力、畜力、種子、有機肥、飼料等，也成為有機能；後者是指來源於工業的能量投入，包括以石油、煤、天然氣、電等含能物質直接投入到農業生態系統的直接工業輔助能，以及以化肥、農藥、機具、農膜、生長調節劑和農用設施等本身不含能量，但在製造過程中消耗了大量能量的物質形式投入的問接工業輔助能。

　　從農業生態系統的能量輸出來看，隨著人類從生態系統內取走大量的農畜產品，大量的能量與物質流向系統之外，形成了一股強大的輸出能流，這是農業生態系統區別於自然生態系統的一條能流路徑，也稱為第四條能流路徑。

　　(2)物質流(nutrient cycle)

　　農業生態系統物質流中的物質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，由於受人為過程影響，其集中和濃縮程度也與自然狀態有很大差異。農業生產中大量使用外源物質，如各種殺蟲劑、殺菌劑、除草劑、化肥等，使得大氣、水體和土壤遭受污染。污染物質進入農業生態系統被植物吸收後，會沿著食物鏈各個營養級與環節陸續傳遞，在傳遞過程中有害物質逐漸積累和被濃縮。

　　(3)信息流(information flow)

　　農業生態系統不但保留了自然生態系統的自然信息網，而且還利用了人類社會的信息網，利用電話、電視、廣播、報刊、雜誌、教育、推廣、郵電、電腦網路等方式高效地傳送信息。

　　(4)價值流(value flow)

　　價值可在農業生態系統中轉換成不同的形式，並且可以在不同的組分間轉移。以實物形態存在的農業生產資料的價值，在人類勞動的參與下，轉變成生產形態的價值，最後以增值了的產品價值形態出現。價格是價值的表現形式，以價格計算的資金流是價值流的外在表現。

　　農業生態系統來自自然生態系統，因而無論是生物組分還是環境組分都與自然生態系統有很多相似的特征。然而，農業生態系統又是人類對自然生態系統長期改造和調節控制的產物，因此又明顯區別於一般自然生態系統。

　　主要的區別表現為以下幾個方面：系統的生物構成不同；系統凈生產力不同；系統開放程度不同；系統穩定性機制不同；系統服從的規律不同；系統的“目的性”不同；生產效率不同；農業生態系統與自然生態系統是交錯存在，相互影響。

　　(1)開放度比較。自然生態系統是自我維持的封閉系統；而農業生態系統屬於人工、半人工生態系統，開放度比自然生態系統大，但小於城市生態系統；城市生態系統為人工高度開放生態系統，主體是人，而不是動、植物或微生物，非生態結構無限擴大，是不完全的生態系統。消費者大大超過生產者，營養物質及能量大量輸入，廢棄物大量排出。

　　(2)能量投入比較。自然生態系統以太陽能為主；農業生態系統除太陽能外，需工業能投入；城市生態系統則主要是大量的工業能投入及生物能投入。

　　(3)生產力比較。自然生態系統的生物量高，沒有或少有產出，凈生產力低；農業生態系統的凈生產力則高於自然生態系統，總生物量比不上自然生態系統；城市生態系統的生產力較高。

　　(4)系統穩定機制比較。自然生態系統，靠多樣化物種及食物鏈網路或系統內部的反饋機制形成；農業生態系統，結構單一，主要靠人工主動調控，也受自然生態系統的影響；城市生態系統由人工調控，不穩定，靠自身不可能持續發展。

　　(5)服從規律比較。自然生態系統服從自然規律；農業生態系統服從自然規律、社會經濟規律；城市生態系統服從社會經濟規律。

　　(6)目的性比較。自然生態系統的生物現存量最大，維持結構功能的平衡與穩定；農業生態系統服從人類社會經濟、生態環境的需求；城市生態系統滿足人類社會經濟發展需求。

　　(7)效率比較。自然生態系統的效率較低；農業生態系統的效率較高；城市生態系統的效率最高。

　　(8)環境問題比較。自然生態系統的環境問題較少；農業生態系統的環境問題較多；城市生態系統的環境問題最多。

　　(9)相互關係比較。自然生態系統為自我維持的封閉系統；農業生態系統與自然生態系統交錯存在，互相影響，依賴自然生態系統維持其更好的穩定性，森林中鳥獸昆蟲多數對農田病蟲害起到控製作用。城市生態系統，通過城鄉交叉，“農業生態系統”是“環”城市生態系統結構的主體，城市生態系統與“環”城市的農業生態系統之間發生可觀的物質能量信息交換，依靠農業生態系統的廣闊空間和特有的自凈能力緩解城市自身承載能力所不能解決的生態問題。未來發展趨向是城鄉一體化。

　　農業生態系統具備任何生態系統都具有的三大基本的功能特征：能量流動、物質迴圈和信息傳遞。物流是影響農業生產系統的重要環節，農產品迴圈物流又是農業物流的重要組成部分，是構建良好、持續型農業生態系統的重要載體。主要體現在以下方面：

　　(一)農產品迴圈物流是一個完整的雙向物質迴圈過程

　　單向物流把資源使用看成一個單向流動的過程，產品從供方到需方的流程效率和效益受到重視，但物品在需求端終止效能後如何處置沒有受到重視，導致廢棄物品造成的環境污染和由此造成社會利益的損失。物流並未被視作一個整體的物質迴圈過程，沒有體現物質迴圈的整體優化的功能。農產品迴圈物流包括兩種流向渠道：一種是物流通過“生產—流通—消費”的途徑，滿足用戶的需要，是正向物流；另一種是合理處置物流衍生物所產生的物流流向渠道，如回收、分揀、凈化、提純、維修退回、包裝等再加工、再利用和農產品廢棄污染物處理等，是逆向物流。正向物流和逆向物流構成了閉合的迴圈物流系統。兩者相互聯繫、相互作用和相互制約，形成一個完整的雙向物質迴圈過程。農產品迴圈物流在重視經濟利益的同時，關註環境問題，做到微觀利益建立在社會可持續發展的基礎上。

　　(二)農產品迴圈物流是資源迴圈利用型農業的主要組成部分

　　資源迴圈利用型農業，簡稱“迴圈農業”，是運用可持續發展思想和迴圈經濟理論與生態工程學的方法，在保護農業生態環境和充分利用高新技術的基礎上，調整和優化農業生態系統內部結構和產業結構，提高農業系統物質能量的多級迴圈利用，嚴格控制外部有害物質的投入和農業廢棄物的產生，最大可能地減輕環境污染，把農業生產經濟活動真正納入到農業生態系統迴圈中，實現生態的良性迴圈與農業的可持續發展。農產品迴圈物流將迴圈經濟理論引入到物流領域來組織引導並協調農業生產，通過對資源的再使用和再迴圈利用來促使污染或廢棄物減量化，

　　達到生產和環境保護相容的理想狀態，是迴圈農業的重要組成部分。

　　(三)農產品迴圈物流是同迴圈經濟相適應的一種物流模式

　　在重視正向物流的同時又強調逆向物流，並把二者統一起來形成資源反覆利用，物質迴圈通路閉合的綠色物流。資源的節約、重覆利用、對環境的保護和友好，在物質系統運動環路開放基礎上的閉合迴圈，儘可能地減少對自然環境的影響。迴圈物流不唯利是圖，重視環境保護，是追求社會效益和企業效益最佳平衡的雙贏和多贏物流機制和概念，因此是一種強調質量又強調效益的物流。從當前社會經濟發展趨勢和環境形勢來看，迴圈物流代表著現代物流的一個方向。

　　由於農業生產資料和農產品的特性，有必要從綠色環保的角度出發，建立農業生產、農產品流通和消費的廢棄物回收利用系統。發達國家在長期的發展過程中，也曾經經歷環境污染嚴重，先污染後治理的過程，在資源和環境約束下，逐漸認識資源再利用和環境保護的重要性。它們有很多發展迴圈經濟和迴圈物流的成功經驗，為我國現代農業的發展提供了借鑒的思路和方向。