基于农业系统的高原生态系统

分类：农业工程论文发表 时间：2015-01-24 14:14 关注：(1)

　　研究显示，多年的耕作农田通常缺少重要养分，由于有机肥施用量大幅度减少，土壤肥力显著下降，土地用养矛盾日益突出。美国研究者称充分利用一种名为多年生农业系统可以实现在不必开垦更多土地种植更多作物的条件下增加产量川。云南省虽然有丰富的自然资源，可由于农村人口比重大，农业生产方式落后，导致农业生态环境破坏严重，很多边远山区土壤都比较贫痔，可持续发展的生态农业前景并不乐观。因此，必须有可以改善土壤、提高产量的粮食生产系统，应建立并发展多年生农业系统，与高原特色生态农业发展相结合，探索出一条既能促进农业增长、农民增收，又能保护和治理生态环境的人与自然良胜互动、特色鲜明、和谐发展的现代农业道路。

　　《农业工程》杂志是经新闻出版总署批准，由中国农业机械化科学研究院主管、北京卓众出版有限公司主办的农业工程类综合性学术期刊。创刊于2011年，双月刊，国内统一连续出版物号CN11-6025/S，国际标准连续出版物号ISSN2095-1795。报道范围：农业工程学科领域的应用技术基础研究、农业机械化、农田水利和水土保持、土地利用工程、农村建筑和农业生物环境工程、农副产品加工工程、农村能源工程、农业电气化工程，计算机技术、固体力学、流体力学、热力学、人机工程学等学科在农业工程领域的应用，以及与农业工程领域相关的农学与生物技术工程、食品科学与工程、农业经济管理等学科领域的学术论文、综述、实用技术研究、新产品推广以及生产实践运用成果报告。

　　1多年生农业系统的定义

　　多年生作物是指生活周期年复一年，能多年生长，或地上部分在冬季枯萎，来年继续生长和开花结实的作物，主要有3个科:禾本科、豆科和菊科，特别是葵花族中的某些种[2」。多年生植物有4个特性区别于一年生植物:有更好的可利用资源和较长的生长季节;营养索的使用更有效;生物产量普遍较高;边缘土地合理利用率高。这使得它们成为特殊的遗传资源，通过人工筛选可以将其整合到粮食作物中去。口前研究表明，多年生作物根系发达，具有很强的固氮作用，抗逆性强、兼抗多种病虫害等特点，可作为粮食作物种质创新的供体材料，在不必开垦更多土地种植更多作物的条件下增加农作物产量。同时，多年生作物可减少化肥、农药和除草剂等化学制品的使用，保护土壤环境，防止水土流失，在保护和促进农业生态系统平衡方面具有广阔的利用空间。面对日益恶化的农业生态环境和巨大的粮食需求，如何进一步挖掘多年生作物的遗传资源，具有重要的理论意义和生产价值[3」。

　　多年生农业系统的元索包括多年生农作物种植、多年生-一年生混合种植、养殖业一多年生农作物结合。该农业系统将粮食等禾本作物与树木等多年生植物结合起来，例如树木和玉米、小米和高粱种在一起。好的多年生栽培应该是多样化的，间作、混合种植、多层次种植都可以更好地提高土壤肥力和保护生物多样性，一日_种植之后，长期都可以提供健康农产品，最大限度地减少农药、化肥等的使用，减少对环境的污染。

　　多年生农业系统不仅仅是培育、种植多年生作物，所强调的“农业系统”是一个有机整体，一个生命网络。整个自然界是由无数相互关联、互相影响的生命网络构成的大生态系统，其自身的稳定性是系统获得持续发展的生物学基础条件。当其中某个网络破裂或大系统被割裂时，整个系统将遭到破坏，失去平衡的系统其特性和作用也会随之消失或变化。因而农业生产方式不能因为眼前利益只考虑局部，发展单一种植模式，而是要从“系统”角度出发，维持生态网络的平衡，最大限度地保护完整生态系统。只有高效、持续、稳定的农业生态系统才能增加物质、能量的输出，提高各个子系统的效益，也才是真正的“可持续农业”、“有机农业”、“生态农业”。

　　2多年生农业系统的多重效益

　　口前的现代农业生态系统中，人类为了追求经济效益，大量使用高强度耕作系统，进行大规模单一品种连续耕种的工厂式规模化农业生产方式，并普遍使用农药、化肥、除虫剂、除草剂等化学品。这种生产方式虽然带来了短期高速的生产能力，但其竭泽而渔的生产方式对土地持续地榨取，造成土壤侵蚀、盐碱化和环境的巨大污染，破坏了原本平衡的自然生态系统，严重危害到人类的身心健康，整个农业经济、文化、社会都遭到破坏。马克思深刻指出资本主义生产:“破坏了土地持续生殖力的必要条件”，“毁灭了城镇劳动者的健康文化生活”，“资本主义农业的一切进步不仅是抢劫劳动者艺术的进步，而且是抢劫土地的艺术进步;一切在短期内提高土壤生殖力的进步都是走向毁灭那种生殖力的永久来源的进步”。这种以牺牲人和自然健康为代价的农业发展模式是有问题的，需要健康、永续的农业生产方式川。

　　随着商品经济的发展，许多经济价值高的作物扩大种植面积，有的开始大面积集约性经营，但随着一些问题不断暴露出来，往往成为限制发展的主要因索。例如，解放后根据国家建设需要，云南大量引种了热带、亚热带多年生经济作物进行试种和发展，高投入的3种是橡胶、咖啡、肉桂，只要面积扩大到联片时，病虫害等问题就成了发展的限制因索。多种作物种植的大量案例说明，在适生区域内，小规模分散经营，成本低、风险小、成功率和可持续性高。油桐、龙眼、油茶大面积集约性经营在短期内虽可获得较多的产品，但随着经营时间的延续，由于生物多样性不断减少，生态系统逐渐脆弱，抗灾能力降低，资源在累积贫困化，更多地使用石油化学制品，生态系统恶性循环，进而威胁到人类生存，最终是不可持续的。另一方面由于强烈的风蚀、水蚀和盐碱返聚作用未得到有效控制，制卜地荒漠化(沙化、粗化、贫痔化、石漠化和盐碱化)形势日渐严峻。由于有机肥施用量大幅度减少，土壤肥力显著下降，土地用养矛盾日益突出。因而，应避免单一化作物种植，建立多年生农业系统是解决土地用养矛盾的有效途径，不仅仅能够固碳，而且对很多问题都会起到显著的改善作用。

　　多年生作物可以比单一的一年生植物更好地固碳、固氮、保持水土、防风等，特别是对于山地农业、土壤贫痔地区或资源I乏地区有着更广阔的应用前景。它可以把部分养料返还到土壤中，所需的化肥量仅为一年生谷类作物的3%，同时，除草剂、杀虫剂的使用也较少，所需的农业耕作次数更少，这样的农业系统具有富有活力的生态系统和较强的抵御自然灾害能力[3」。多年生树木能够显著改善地下水的补给，改变当地的雨季一旱季循环，最大限度地保持和利用水，保持水土同时也减少流失到水体中的土壤养分，土壤便开始积累，进而改善水生生态系统环境。多样化的多层次种植不仅可以充分利用空间，提高农作物产量，而且各类动、植物形成适宜生长的小环境。例如香草、咖啡、姜、山葵等很多作物是喜阴的，需要有树冠的遮挡才可以长得好，而树木通过根部为土壤提供氮元索，落叶落到地面分解后也能提供氮元索，在炎热的季节树木保护农作物免受强光照射，并且树木能够防风固土、吸收污染物、改善空气质量，树下动物的粪便又转化为作物肥料。

　　多年生农业系统另一大优势是病虫害防治和利用遗传多样性选择出经济性状好的种籽，籽实将在结实、抗落粒以及良好的再生萌发率方面显出某种潜力，或在其他方面如很强的固氮作用、抗病虫害性、高产等方面具有潜力，最少在3年中保证有比较高的产量以便自身能适应3年或3年以上的重播周期。由于遵循各种生态原理，最大化地接近自然生态系统，因而这样的农业系统本身具有较强的病虫害防治能力。再加上作物本身抗病虫害的潜力，使得这样的农业系统不使用或基本不使用农药，除了减少化学污染、农作物农残外，还达到节约能源的口的。

　　多年生农业系统还将产生良好的社会效益。由于对水的高效利用及减少了机械、能源、化肥、农药、灌溉和种子等方面的高额投资，使得土地使用权问题、水资源灌溉工程问题、导致土壤盐碱化问题、淤积问题的水流变化等主要涉及政策的难题将变得容易解决。另一方面，在现有耕作制度下，由于严重侵蚀而闲置的土地和贫痔的土地又可投入生产，从而减轻耕地不断减少和土地价格持续上涨的压力，使人们不把农村、田地单纯作为食品工厂，从而增加了农民提高经济收入的机会。

　　3云南省发展多年生农业系统的优势

　　云南省地势高低悬殊，地形复杂，具有独特地理优势，拥有山地、丘陵、盆地、河谷等多种地貌，适合耕种的土地类型多、面积广，适合多种作物生长。云南属低纬高原季风气候，由于纬度区域宽，海拔差异大，有寒、温、热3个气候带和热带、亚热带、温带、高原气候区等7个气候类型，形成了多种多样的小环境，为多种生物的生长发育和进化提供了条件。许多农产品都适合生长在这片土地，而且可常年种植、多季生产。云南栽培植物500多种，占全国的80%，享有“植物王国”的美称，物种多样性十分丰富，是我国作物资源最丰富的省份之一，是亚洲栽培水稻、荞麦、茶、甘蔗等多种作物的起源地和多样性中心。有着丰富的粮食作物种质资源;油料、豆类和小宗作物种质资源;园艺作物种质资源、传统经济作物种质资源、中药材种质资源及云南特色的种质资源[6」。正是因为云南的独特区位，拥有复杂多样的生态环境、丰富多样的物种资源，非常有利于多年生作物的育种和种植，十分适合发展具有多年生的高原特色生态农业。云南省农业科学院和其他研究小组已在美国多个州、加拿大马尼托巴省、中国的个别地市开展多年生作物育种研究工作。

　　云南省利用多年生农业的方式发展农业已有一些成功的做法，例如红河流域就是一个自然条件与人类智慧相结合的农业生态系统。当地的自然与人文生态系统由森林、村寨、梯田3个有机部分组成，森林及哀牢山区的高寒山地是一座天然水库，长年有水不断从高山区流出，人们修筑了大量水沟来满足梯田农业的灌溉，将山泉引入梯田，梯田中又有放水口，一块梯田灌满水后又流入下一块梯田，最终进入山脚的河沟流入红河，这样常年都有水流过梯田，保证梯田不干涸，人们还在梯田中养鱼、鸭等。正是因为人们巧妙利用并保护着红河流域得天独厚的自然条件，维持这一系统的“平衡”，才使得这一生态系统从古至今依然生生不息。

　　普洱市江城县康平乡与整董镇中老两国交界地的“三国庄园”，内和西双版纳州勋腊乡相邻，外与老挝丰沙里省交界接壤，与越南的距离也不算远，因此得名“三国庄园”。庄园拥有巨大的资源开发优势和潜力，凭借园区内的腾枣、蓝果树等国家一级保护植物当之无愧的成为我国首家私人自然

　　保护区。园区内发展立体农业，在林地内大胆尝试，使用多年生农业系统方法，创新了多种种植方式，如部分珍稀树种与茶叶、咖啡、干果交错种植;原生林下种植中药;人工林下种植蔬菜;林下猪、鸡、牛、羊养殖等，遵循自然、保护生态、绿色循环，极大地丰富了庄园生物多样性、科考性，带动了周边农户的收入，是集边境文化、边境旅游，发展绿色生态经济的思茅松种子园、普洱茶基因库和高原特色生态农业示范点。

　　临沧是世界大叶茶种的原生地，昔归茶山位于临沧市临翔区澜沧江畔的邦东乡境内的昔归村忙麓山，得天时地利之美，茶叶品质历来优秀。忙麓山得名于该山上多植芒果树，自然景观十分迷人。土壤为澜沧江沿岸典型的赤红壤，森林植被为亚热带季雨林，林间常见红椿、香樟、大叶榕、牛肋巴、橄榄、野生芒果等植物，茶树在这天然的生态系统中生长得十分茂盛。昔归茶茶气足，香味浓，内质丰富，茶叶含生物碱、茶多酚、芳香类等物质较其他茶叶更丰富。

　　云南省少数民族众多，部分少数民族有着保护生物多样性和持续利用生物资源方面的传统生产方式。例如彝族先民形成了以树木为依据的自然观念，在其观念中天地万物来自“树”的变化，并接受着“树”的调控。农业生产离不开自然，树木对自然具有调控能力。彝族农业生产各个环节都要树木的调控参与，不同树木有不同的作用，有了各种树木的存在和护佑，农作生产才能顺利进行。在彝族人看来，作物种子来源于树，农作物所需水分也靠树来调节，树既是水也是肥，大树是农业生产肥源的保障。由于树木对农业生产的重要性，彝族传统农作中有着多种树木的利用。通过对不同林木的管理，根据树木生产规律进行砍伐利用，有意留存一些大树，将农业生产与树木生产相结合，维护了自然的多样性，长期保留着多年生农业的生产模式[7」。傣族人将保护菩提树和大青树与保护憎侣、佛寺放在同等重要位置，菩提树、大青树等榕树因此获得了良好生长环境，在热带雨林中可以给其他生物提供生态位的关键树种，给附生植物、攀缘植物、昆虫提供了生长繁殖的条件，也给鸟类和许多小动物提供了果实和栖息环境。傣族地区对生物多样性的保护是一种淳朴的人与自然和谐发展的生态观，对于现今倡导的维护生态平衡、发展多年生作物具有借鉴意义。

　　相反，西双版纳大部分地区大面积单一的橡胶种植模式是没有正确利用多年生作物的反面案例。农民在所有能利用的坡地上都种满了橡胶树，用政府所说的“经济林木”代替了原有的自然森林。这种单一的橡胶种模式破坏了生态系统平衡，给环境带来了巨大的危害。自然林地的破坏已经导致了迅速的生物多样性流失，水源减少(橡胶树要吸取大量的水)，甚至带来了区域性的气候变化—西双版纳正在变得越来越干热，科学家们担心这种愈发干热的气候最终将限制西双版纳的橡胶产量。

　　4云南省发展多年生农业系统的建议

　　云南作为西南边疆少数民族省份，农村人口比重大，经济较为落后。落后的生产方式导致农业生态环境破坏严重，可持续发展的生态农业前景并不乐观。因此，应充分利用云南得天独厚的自然资源、复杂多样的生态环境和丰富多样的物种资源，充分发挥高原特色生态农业的优势，发展多年生农业系统，探索出一条既能促进农业增长、农民增收，又能保护和治理生态环境的人与自然良胜互动、特色鲜明、和谐发展的现代农业道路。

　　首先应彻底改变现今“逐利最大化”的农业生产方式，转变人们为了创造物质财富不惜代价破坏自然之美和乡村和谐的错误观念，唤醒人们的生态良知、生态情怀、生态责任以及对环境的忠诚，从思想深入尊重自然、尊重农业、尊重农民。只有整个社会的价值取向、人们的思想观念转变了，才能指导我们从事正确的，不违背自然的生产活动。

　　其次要因地制宜，根据生态学原理，利用现代科技手段，充分发展高原特色农业和生态农业。农业种植本着物种多样性和生态系统多样性的原则，在适合的区域选择最适宜生长的多年生作物，并对农作物进行合理的资源配置和种群构建，建立起具有生态合理性、功能良h}循环的农林复合经营系统[6」。改变单一种植模式，大力发展复合立体种植模式，采用复合农林业和生态农业技术，实现一年生作物与多年生作物的间作套种，增加农田的生物多样性，增强土壤肥力，减少水土流失，保护生态环境。非洲东南部国家马拉维的农民已经在通常种植玉米的田地里间作多年生木豆，木豆是温饱型农户急需的蛋白质来源，它增强了土壤的水分保持能力并使土壤的碳和氮的含量翻一番，同时又不会降低一块地上主要作物的产量，从而大大提高了玉米产量。

　　由于多年生植物大多是木本植物，对人类最重要的粮食作物如小麦、水稻和玉米都是一年生禾本科植物。口前现成的有利用价值的多年生禾本科作物还很少，现阶段多年生作物的研究还仅处在初步发展阶段，多年生品种选育还需得到多方支持，包括资金投入、科研保障等[2」。美国的LanIInsti-tute的科学家们已经在做试验，培育新的可供种植的多年生粮食作物品种。当今发达的生物科学技术让这一任务变得快捷，他们已经培育出能够磨制面粉的多年生作物新品种。我国和云南省应抓住这个机遇培育出可供种植、具有优良特性的本土多年生农作物，提高作物产量的同时促进绿色可持续农业的发展。

　　多年生农业系统的发展对于恢复种群、发展生物多样性有着重要意义。将特色农业和云南多民族文化相结合，恢复农村健康社区和乡村之美，创造自然和人文良胜互动发展的生态环境，促进乡村旅游、休闲农业、观光农业等多重农业功能的发挥。越来越多的城市人将会向往农村，使“空虚”的人们与自然进行亲密接触，回归心灵家园，有更丰富的精神追求。乡村将成为都市人的办公场所、旅游营地和教育基地，使农业能够创造出巨大的物质财富和精神财富。

　　从单一种植到多样化种植，从一年生到多年生，这样的农业生产方式转变是非常大。若要解决当前面临的诸多严峻问题，需要反思所谓“工业文明社会”的一个方面，包括现代农业，建立多年生农业系统就是解决方法之一。云南具有得天独厚的资源地理优势，很适合发展多年生农业系统，使之和高原特色生态农业相结合。为了推广多年生栽培和特色农业，还有很多研究工作，诸如特定区域最适合什么作物?怎样把多年生谷类、豆类、养殖和一年生作物相结合?采用什么样的种植方式最适合?这些都需要人们在摸索中寻找答案。