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第一产业与环境保护
农业生态系统与农业环境保护
一、农业生态系统概念
1、农业生态系统
农业生态系统，是指在一定地域内，人类利用农业生物与环境之间以及生物种群之间相互作用建立的，并按照人类的社会经济需求进行物质生产的有机整体。它介于自然生态系统与人工生态系统之间，是一种被人驯化了的半人工生态系统。人类是农业生态系统的重要组成部分，又是系统的调控者。农业生态系统中的生物除了人之外，主要是经过人工驯化的农用作物、林果木、畜禽、鱼类和农用微生物等，还有与这些农用生物有密切关系的杂草、害虫和病原菌。各种不同的农业生物群体与一定的地理气候、土壤环境相联系，在社会经济技术条件下，形成各种不同组合形式，不同发展阶段农业生态系统类型。
2、农业生态系统的基本组分
（1）生物组分：农业生态系统的生物与自然生态系统一样，可以分成以绿色植物为主的生产者，以动物为主要的大型消费者和以微生物为主的还原者（分解者）。然而在农业生态系统中占据主要地位的生物是经过人工驯化的农用生物，如农作物、家畜、家禽、家鱼、家蚕等，以及与这些农用生物种类和数量密切的生物类型，最重要的大型消费者是人类。
（2）环境组分： 农业生态系统的环境组分包括自然环境和人工环境组分。自然环境组分是从自然生态系统继承下来的，但已受到人类不同程度的调控和影响；人工环境组分包括各种生产、加工、贮存设备和生活设施等，它通常以间接的方式对农业生物发生影响。
3、农业生态系统的基本结构
（1）环境和物种结构：在不同区域，农业生态系统由比例不同的各种地貌类型构成，山水、田地面积差异很大，相应的生物种类及其数量关系也不同。人们不但可以通过修水库、挖鱼塘、筑坝围田等方式改变系统的环境结构，还可以通过引种和选育方式调整农业的物种结构。
（2）空间结构：空间结构包括水平结构和垂直结构两个方面。
农业生态系统的水平结构，是指农业生物种群在空间的水平变化。这是因为环境组分可因地理位置原因形成纬向或经向的水平渐变结构，也可因社会原因形成同心圆式的水平结构，农业生物组分也随之形成相应的条带状或同心圆式的水平分布。其他非地带性因子的作用会使生物形成种类镶嵌分布。生物个体间会形成均匀分布、团块分布和随机分布的各种水平结构格局。
垂直结构又称立体结构，是指生物在空间的垂直分布上所发生的变化，即生物的成层分布现象。环境因子可因山地高度、土层和水层深度变化形成垂直渐变结构，不同的垂直环境中有不同的生物类型或数量。如果环境条件好，生物种类复杂，则系统的垂直结构也复杂，反之，环境条件恶劣，生物种类简单，垂直结构也简单。
在生物群落中，不同物种可配置不同形式的立体结构。正是由于农业生态系统垂直结构，才保证了农业生物更充分地利用空间和环境资源，并取得了显著的生态效益和环境效益。
（3）时间结构：环境因子随着地球自转和分转而产生时间变化，形成光、热、水、湿等因子的年节律和日节律，生物组分也形成了与之相适应的节律，表现出不同的时相。所以在安排农业生物品种的种养季节时，必须充分考虑到这些时间节律。同时这些时间上的差异，也是适时实施农艺措施的重要依据。
（4）营养结构：不同生物间以营养关系为纽带，把生物组分和环境组分相互紧密地、错综复杂地联结起来的结构，称为营养结构。每一个农业生态系统都有其特殊的、复杂的营养结构关系，能量流动和物质循环都必须在营养结构的基础上进行。一般农业生态系统中的多种生物按营养关系顺序从植物到草食动物再到肉食动物排列。人类可根据农业生物的遗传、生理、解剖和生态特性，通过营养关系，将农业生物成员联结成多种链状和网状营养结构。
二、农业生态系统的经济特征
农业生态系统是人工生态系统，与自然生态系统一样，不仅具有地域范围、生物群落与自然环境相统一，生物环境组分之间的能量及物质交换等自然特征。同时，农业生态系统还具有经济特征。
1、农业生态系统是人类投入各种农业资源进行农业生产的产物
农业生态系统是人类为一定生产目的而进行经济活动的产物。人类为了维持生活，在一定环境条件下，投入各种资源进行植物栽培和禽畜饲养，以取得必须的食物，这样就形成农业生态系统。它是人类为着一定的经济目的而创造的。这种经济目的以需要和可能为基础，有了经济目的，就根据当地的具体资源条件，按照自然规律和经济规律进行资源组合，决定采用最有利的农业技术和经济措施，建立合理的模式，并按计划执行，经过一定时期，最终将建成一个按人类设计而实现的农业生态系统。
农业生态系统在人类投入各种农业自然资源而形成后，并非一劳永逸，而必需不断努力，不断进行调控和管理，并投入资源才能继续存在。农业生态系统的一个突出特点是生物的自然再生产与人类有目的的经济再生产交织在一起。
在农业生态系统内，必定有一种或几种植物或动物是主要劳动对象，这些动植物生长、发育、乃至成熟达到可供人类消费之时，便完成经济生产过程。在这一过程中，人类投入各种农业资源。如果人类要取得第二次收获，就必须再投入各种资源，才能进行经济再生产。从生态学的观点来看，就是人类必须对农业生态系统继续进行控制，系统的能量转化和物质循环才能保持下去。
2、农业生态系统的功能由人类经济活动所决定
农业生态系统的功能，是指能量转化和物质循环的效率。投入农业资源越少，产出的产品数量越多、质量越好，则其转化效率越高，农业生态系统的功能就越好。因此，农业生态系统功能的好坏，是人类干预和调控的结果。这种对系统的干预、调控和管理，实际上是投入农业资源的经济活动。各种资源投入的数量、时间和方式的合理程度，直接影响到农业生态系统的功能。农业生态系统是由环境、植物、动物和微生物四个基本要素构成，人类对系统的控制及改善功能的活动也是针对这四方面进行。
（1）对环境的干预：自然环境诸要素中，人类对光和热的性质和强度尚不能加以改造。为了增加能量转化的效率，只有设法改良品种以提高农作物的光合作用性能，或提高作物的耐寒或耐热能力，以适应这一地区的光热条件。人类对环境的干预主要表现在：合理利用光热条件，控制利用水资源，营造防护林带（防风、防沙），植树造林（改良小气候）。
（2）对植物的干预：在生态系统中，植物是生产者。但在同一系统中的不同植物种类，对人类有不同的经济价值，因而对农业生态系统的功能产生不同的影响。例如各种农作物、杂草和野生植物在生态系统中都能进行光合作用，起着生产者的功能。但是农作物可以给人类提供各种植物性农产品，而杂草和野生植物则是人类进行作物栽培的障碍。人类除保护农作物和促进其生长发育外，还通过选育种改良其经济性状，使其更符合人类的要求，产生更大的经济价值。人类对植物的干预主要表现在：改良作物品种，改善耕作制度，合理安排作物布局，防治病虫害，根外施肥。
（3）对动物的干预：动物在生态系统中是消费者。同植物一样，在系统中的不同动物种类对人类有不同的经济价值，因而对农业生态系统的功能有不同的影响。各种家禽家畜、害虫、有害的细菌、寄生虫及有害兽类在生态系统中都是一级、二级或三级消费者，但是家禽家畜可以给人类提供畜禽产品，而其他有害动物则是作物和家禽家畜的危害者。所以人类把家禽家畜作为劳动对象，采取各种措施使其正常生长发育，并改良家禽家畜的经济性状，为增加产蛋、产奶，提高屠宰率，提高饲料消化率等等，以创造更大的经济效用。而对有害的动物，则设法加以控制和消灭。人类对动物的干预主要表现在：改良禽畜品种，改善饲养环境，合理饲料配方，控制配种时间，防疫治病等。
（4）对微生物的干预：微生物在生态系统中是分解者。土壤中的细菌和真菌使植物残体、动物排泄物和尸体分解，其分解物重新回到物质循环系统，这是再循环运动的物质基础，也是进行经济再生产的重要条件。人类对微生物的干预是通过改善环境的透气性、调节土壤温度和增加有机质等措施，使其有利于微生物的活动和繁殖，促进分解作用，以提供植物所必需的养分。人类对微生物的干预主要表现在：合理耕作，合理施肥，秸杆回田，水土保持，合理排灌等。
农业生态系统基本成分的物质循环关系模型
上述无生命成分（无机环境）、生产者（绿色植物）、消费者（动物）和分解者（微生物）四个营养单元，也即四种成分，在能量获得方式和在物质环境中各以独特的作用，相互影响、相互依存，并通过复杂的营养关系紧密结合为一个整体，成为自然界的基本功能单元。它们之间的关系可用图4－3 的模式表示。
可见，农业只有通过一定的系统结构，结合当地资源的特点，研究最适当的结构体系和转化控制技术系统，才能求得最佳的转化效率。
3、农业生态系统的价值流
能量转化与物质循环是农业生态系统最重要的特征，是研究农业生态系统的核心问题。
能量和物质在生态系统中的运动叫做流，称为能量流与物质流。在能量流和物质流的运动过程中，植物通过光合作用合成有机物，并固定和贮存起来，使植物得以生长、发育和繁殖。植物这种固定和贮存的运动环节，在生态学中称为植物库。同样，动物以植物为食料，把植物的能量和物质吸收、固定并贮存在动物体中，称为动物库。植物和动物残体和排泄物回到土壤接受微生物的分解，成为植物可吸收的养分，称为土壤库。植物库、动物库和土壤库与能量流及物质流是互相依存的，在运动中相互联系，构成生态系统的特征。
人类利用农业生态系统中流和库的循环运动，生产各种植物和动物性农产品，这是从事农业生产的目的。从经济的观点来看，这些农产品都是物质财富，都是有使用价值的。所以在农业生态系统中伴随着能量流与物质流的运动还有价值流。
价值流是以价值形式体现能量转化和物质循环的生态系统运动，它是农业生态系统中的重要经济特征。农业生态系统的能量转化和物质循环的经济成果是创造使用价值，这正是农业生产投入各种农业资源取得植物性和动物性产品的过程。价值流与能量流及物质流是互相交织、同步进行的。价值流就是能量转化和物质循环过程中以潜在使用价值与实在使用价值的形式交替转化而成的。所谓潜在使用价值，就是农业生态系统中尚未能供人类直接消费的各种组成成分，包括生物部分的种苗、种子和微生物，以及非生物部分的光、热、水、气和土壤养分等。在未经植物光合作用合成有机物之前，人类是不能利用这些成分来满足生活需要的（某些种苗、种子在性质上可供人类消费，但在经济上不可取）。但没有这些成分，绿色植物也无从合成有机物。所以，农业生态系统这些组成成分具有潜在使用价值的性质。随着植物的光合作用不断吸收、转化、固定、贮存和积累环境中的能量和物质，潜在使用价值也不断同步增长和变化。及至植物发展到“可供人类使用的形态”，也就是成为可供人类食用的植物性农产品，潜在使用价值就变成可满足人类需要的实在使用价值。至于动物性农产品，则是在农业生态系统中，家禽家畜利用植物性的潜在使用价值（人类不能直接消费的秸杆、杂草等）和使用价值（人类可以食用的谷物等）作饲料，从一种已形成的潜在使用价值及使用价值，转化为另一种形式的使用价值。人类消费这些植物性或动物性的使用价值之后，其残渣及排泄物又成为潜在使用价值。这就是价值流的全部过程，也是能量和物质转换的过程。
同能量和物质可以固定和贮存于植物和动物体内而成为植物库和动物库一样，潜在使用价值和使用价值也贮存于植物库和动物库之中，也就是说可供人类消费的农产品，只能从植物库和动物库中取出来。因此，要获得高产，就要使植物库和动物库贮存尽可能多的使用价值。而要达到此目的，又必须提高农业生态系统的能量转化和物质循环的效率。
4、农业生态系统的能量与物质的输出和输入是商品交换所造成的
由于各地的资源条件不同，经济、社会和政治情况各异，随着社会发展，造成生产上的地区分工。各地都根据各自的条件，生产成本最低，产量最高，质量最好的产品，这是任何市场经济必须遵循的经济规律。既有生产上的分工，就必须有商品交换。现代农业生产的产品有相当一部分不是在当地使用，即不是在生产这些产品的农场或生产单位消费，而是作为商品运销到其它地方。经济越发展的国家和地区，农产品的商品率就越高。在经济发达国家的农场，其产品几乎全部都商品化，而且销售市场不限于本国，国际农产品贸易额与日俱增。
农业生态系统是在一定地域范围内建立起来的。即使它的范围很大，也不能避免农产品作为商品流出系统之外。所以在现实商品交换的社会里，农产品广泛和频繁地在各地进行交换。而农产品是在农业生态系统内由能量转化和物质循环而生产出来的，农产品本身贮存有一定数量的能量和物质，农产品作为商品流出本农业生态系统外，也就是将一定数量的能量和物质输出系统之外。农产品外流越多，能量与物质输出就越多。在进行经济再生产时，如果不从系统外输入相应数量的能量和物质，农业生态系统就会失去平衡，能量转化和物质循环的功能就受到影响。这种情况在自然生态系统中是不会发生的，但在以商品生产为主的农业生态系统中则是必然的现象。所以输入适当数量的能量和物质，以保持农业生态系统的平衡，是人类对系统的控制和管理的重要措施。
输入能量和物质最常用的方法是：对土壤施用各种有机和无机肥料，使土壤库中的养分保持收支平衡；对植物施用农药，以防治病虫害，使农作物正常生长发育；对田地施用除莠剂，以抑制和消灭杂草，保证农作物的生长不受妨碍；输入各种饲料，以保证家禽家畜有足够食料，特别是以禽畜饲养、养鱼或饲养其他动物为主的生产单位，输入商品饲料是不可避免的；对动物使用各种预防或治疗疾病药物；尽量满足生产过程中运输、抽水、喷药及农田基本建设等工作所必需的石化能源或电力；在整个生产过程各项工作都进行活劳动投入。
至于输入能量与物质的数量、种类、时间、方法等如何才能合理，即既不能浪费，又不能影响农业生态系统的功能，则必须借助农业科学技术和农业技术经济知识，按具体情况作出决定。
（三）应用农业生态系统理论合理利用农业资源
1、应用生物与环境相统一的原理，处理农业资源改造与适应的关系
人类建立农业生态系统和继续维持它的存在，都需要投入各种农业资源，有些农业资源可以不需要改造便可投入农业生产，阳光、降水、土壤等。有些自然条件如太阳辐射、温度、风速等人类仍未能加以大范围改造，但有些农业资源如土地资源、水资源、生物资源等人类可在某种程度上加以改造，使其对农业生产发挥更大的作用。这种改造自然资源的活动，就是对生态系统的调控和干预，使生态系统中的环境与生物群落更为协调，以提高整个系统的功能。但是，人类对生态环境的改造要考虑技术上的可行性，经济上的可能性，生态上的合理性，所以能改造就改造，不能改造就千方百计地适应，这是一条生态经济原则，这一原则的主导方面是改造。
2、应用能量转化与物质循环理论，处理农业资源利用与保护的关系
农业资源可以更新，但是利用不当即遭破坏。利用资源是为了生产，使农业生态系统得以正常运转；保护资源是为了继续更好地利用，使农业生态系统的功能越来越高。从生态学的观点来看，资源利用与保护结合是关系到农业生态系统的存在与发展的问题。从经济学的观点来看，则是当前利益与长远利益相结合的问题。
怎样应用能量与物质转换原理将资源利用与保护相结合呢？①利用农业资源只是利用这潜在的生产能力，这种潜在生产能力就是资源所蕴藏的能量或物质；②利用资源必须考虑保持其更新能力，使其在农业生态系统中可以继续不断地起作用；③资源利用与保护必须全面考虑，不能顾此失彼。
3、应用流和库的理论，处理农业资源利用与农业生产的关系
①农业生态系统中的流和库是伴随着能量转换与物质循环而产生的；②尽可能增加植物库的积累；③尽可能增加动物库的积累；④尽可能提高农作物和家禽家畜的经济性状。
4、应用生态食物链理论，处理农业资源与耕作制度的关系
能量和物质被绿色植物吸收利用转化为有机物，便成为草食动物的食料，而草食性动物又是其他肉食性动物的食料，形成生态食物链的关系。
农业生态系统食物链的每一个环节，都贮存着能量和物质，亦即具有满足人类需要的使用价值，食物链每增加一个环节，就增加一种使用价值。因此，在组织生产过程中，尽可能增加农业生态系统的食物链环节，便可多次增值，创造更多的使用价值。但是，增加食物链的环节，人类不能随心所欲，而应根据资源条件和农业生态系统的具体情况及人类需要来进行
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