農(nóng)業(yè)生物種間互惠的生態(tài)系統(tǒng)功能.pdf

1、生物種間的正相互作用（即種間互惠）是生物多樣性生態(tài)系統(tǒng)功能即“生物多樣性與系統(tǒng)生產(chǎn)力呈正相關(guān)”的重要機(jī)理。與自然生態(tài)系統(tǒng)不同，農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性簡(jiǎn)化，生物之間的相互作用被忽略，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)高的生產(chǎn)力常常需要高投入來(lái)維持。能否和如何通過利用生物多樣性以增強(qiáng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的穩(wěn)定性，并降低對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響？是農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)需要回答的問題。
　　傳統(tǒng)的稻田養(yǎng)魚是農(nóng)業(yè)利用生物多樣性的成功案例之一。近年來(lái)，世界各國(guó)在傳統(tǒng)的稻魚系統(tǒng)的基礎(chǔ)上逐步發(fā)展成

2、為規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化的多種水產(chǎn)動(dòng)物和水稻共生模式（本論文稱為“稻漁模式”，此處“漁”指代任何一種水產(chǎn)動(dòng)物，下同），為農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中生物多樣性的功能提供了很好的范例。本研究以我國(guó)近20年來(lái)發(fā)展的規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化的稻漁模式為例，通過全國(guó)范圍的大尺度、多模式的田間調(diào)查和農(nóng)戶調(diào)查，定位田間實(shí)驗(yàn)和中宇宙(mesocoms)生態(tài)系統(tǒng)模擬的研究方法，研究稻漁模式中不同農(nóng)業(yè)生物種間互惠的生態(tài)系統(tǒng)功能，回答以下問題:(1)稻漁模式系統(tǒng)是否使系統(tǒng)的生產(chǎn)力提升并且

3、減少了農(nóng)藥化肥的投入;(2)水稻和不同水產(chǎn)生物之間的正相互作用機(jī)理和對(duì)稻田資源互補(bǔ)利用的特征;(3)稻漁模式能否在提升生產(chǎn)力的同時(shí)減少對(duì)環(huán)境的負(fù)效應(yīng)。研究取得了以下主要結(jié)果。
　　1稻漁模式的生產(chǎn)力和農(nóng)藥化肥投入
　　對(duì)分布于全國(guó)水稻主要種植區(qū)域的5個(gè)重要稻漁模式（稻-魚、稻-鰍、稻-蝦、稻-蟹和稻-鱉）的研究表明，稻漁模式的水稻平均產(chǎn)量為8.34 ton ha-1，平均比水稻單作的產(chǎn)量增加2.98％。不同模式中水稻的增產(chǎn)效

4、應(yīng)不同，稻-魚和稻-蟹模式的水稻產(chǎn)量增加最為顯著，分別增加4.44％和6.27％，而稻-鰍和稻-鱉模式的水稻產(chǎn)量和水稻單作差異不顯著。稻漁模式和水稻單作水稻產(chǎn)量空間穩(wěn)定性差異不顯著，但是稻漁模式的肥料和農(nóng)藥使用量分別降低26.52％和61.08％。
　　2水產(chǎn)動(dòng)物在稻田中的活動(dòng)特征
　　攝像記錄統(tǒng)計(jì)法定量分析顯示，在魚單養(yǎng)處理下，魚的活動(dòng)主要集中于進(jìn)靠近進(jìn)水口的區(qū)域。與不種植水稻相比，稻-魚共作處理下魚的活動(dòng)范圍擴(kuò)大，分布多

5、樣性和均勻度分別是魚單養(yǎng)處理下的2.85倍和2.11倍。水稻使魚在調(diào)查樣方內(nèi)的停留時(shí)間（與攝食時(shí)間成正相關(guān)）平均增加41.84％。
　　陷阱捕獲統(tǒng)計(jì)法定量分析顯示，稻-蟹系統(tǒng)中，水稻能夠吸引扣蟹進(jìn)入其種植區(qū)域。和不種稻相比，稻-蟹共作處理種植區(qū)域內(nèi)扣蟹活動(dòng)強(qiáng)度增加37.95％，其中在非蛻殼期的夜間活動(dòng)強(qiáng)度增加66.98％，而白天和蛻殼期增加不明顯。
　　3水產(chǎn)動(dòng)物與水稻對(duì)資源的互補(bǔ)利用
　　基于13C和15N雙同位素食

6、譜重建結(jié)果表明，水產(chǎn)動(dòng)物能夠不同程度的利用稻田自然資源，在人工投喂的情況下，稻田自然資源仍然為魚、鱉和蟹分別提供了50.17％、3.00％和34.83％的食物來(lái)源。15N同位素示蹤結(jié)果顯示，在中宇宙生態(tài)系統(tǒng)模型中，飼料中的N素，被魚、鱉和蟹利用的部分分別占18.33％、13.02％和35.13％，水稻的吸收利用使系統(tǒng)對(duì)飼料N利用率分別增加了9.71％（稻-魚），42.00％（稻-鱉）和7.57％（稻-蟹）。流失到環(huán)境（水、土、大氣等）的

7、部分分別占總飼料-N的44.99％～71.96％。土壤N濃度與實(shí)驗(yàn)起始時(shí)相比增加5.06％～11.77％。
　　4稻漁模式系統(tǒng)有機(jī)質(zhì)分解
　　水稻能夠加速土壤有機(jī)質(zhì)的分解。15N同位素示蹤結(jié)果顯示，與水產(chǎn)動(dòng)物單養(yǎng)處理相比，3種稻漁共作處理的土壤有機(jī)N分解速率在測(cè)定時(shí)間為40天時(shí)，分別增加5.63％（稻-魚），15.84％（稻-鱉）和16.99％（稻-蟹）;測(cè)定時(shí)間為80天時(shí)，分別增加3.71％（稻-魚），3.46％（稻-鱉）

8、和7.51％（稻-蟹）。
　　5稻漁模式的環(huán)境效應(yīng)
　　在水產(chǎn)動(dòng)物高密度養(yǎng)殖下，稻漁模式表現(xiàn)出高生產(chǎn)力的特征。小區(qū)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，3個(gè)稻-漁共作處理下的水產(chǎn)動(dòng)物的產(chǎn)量均與水產(chǎn)動(dòng)物單養(yǎng)處理無(wú)顯著差異，而與水稻單作處理相比，稻-魚和稻-蟹共作處理的水稻產(chǎn)量分別增加19.64％和8.52％。其中，稻-魚共作處理每穴的有效穗數(shù)增加4.90％，稻-蟹共作處理每穴的有效穗數(shù)增加21.97％，每個(gè)有效穗的實(shí)粒數(shù)增加14.12％。