農(nóng)業(yè)生態(tài)學近年研究領域與研究方法綜述

1、農(nóng)業(yè)生態(tài)學近年研究領域與研究方法綜述,駱世明華南農(nóng)業(yè)大學熱帶亞熱帶生態(tài)研究所廣州510642,農(nóng)業(yè)生態(tài)學概要,定義：農(nóng)業(yè)生態(tài)學是運用生態(tài)學和系統(tǒng)論的原理和方法，把農(nóng)業(yè)生物與其自然和社會環(huán)境作為一個整體，研究其中的相互聯(lián)系、協(xié)同演變、調節(jié)控制和持續(xù)發(fā)展規(guī)律的學科。農(nóng)業(yè)生態(tài)學是生態(tài)學在農(nóng)業(yè)領域的分支。對象：廣義農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng),農(nóng)業(yè)生態(tài)學概要（學科位置）,土壤學、氣象學：農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境部分作物學、畜牧學、微生物學、林學：農(nóng)業(yè)生態(tài)

2、系統(tǒng)的生物部分農(nóng)業(yè)環(huán)境學：關注環(huán)境污染問題，少關注生產(chǎn)力問題農(nóng)業(yè)經(jīng)濟學：農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、流通的經(jīng)濟問題耕作學：對象是農(nóng)田的耕作制度農(nóng)業(yè)區(qū)劃：平面布局和劃區(qū),農(nóng)業(yè)生態(tài)學概要（發(fā)展歷史）,1929 G. Azzi 在意大利開設農(nóng)業(yè)生態(tài)學課程，1956年出版《農(nóng)業(yè)生態(tài)學》1972年，小田桂三郎，《農(nóng)田生態(tài)學》1979年，G.W.Cox等，《農(nóng)業(yè)生態(tài)學—世界糧食生產(chǎn)系統(tǒng)的分析》1983，Miguel A. Altieri, 《農(nóng)業(yè)生

3、態(tài)學—替代農(nóng)業(yè)的科學基礎》,農(nóng)業(yè)生態(tài)學概要（應用）,個體生態(tài)學：農(nóng)業(yè)生物最適生長環(huán)境的安排和創(chuàng)造種群生態(tài)學：有害生物的綜合治理群落生態(tài)學：惡劣條件下裸地的生態(tài)恢復生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)：投入產(chǎn)出量的平衡，系統(tǒng)的循環(huán)結構，系統(tǒng)食物鏈模式景觀生態(tài)：流域模式，生態(tài)區(qū)劃等農(nóng)業(yè)生態(tài)學與生態(tài)農(nóng)業(yè)建設,農(nóng)業(yè)生態(tài)學概要（信息流）,信息流：由信源、信道、信宿間的信息流通構成環(huán)境信息與植物：日長、重力場、光波長環(huán)境信息與動物：候鳥與地球磁場，恒星位置

4、植物之間：寄主信號促進發(fā)芽（獨腳金，列當）動植物之間：花的色香味對傳粉昆蟲動物之間：昆蟲外性激素，蜜蜂語言自然界信息流沒有專用信息通道，效率和可靠性變化大，速度差異大,農(nóng)業(yè)生態(tài)學概要（資金流）,,,農(nóng)業(yè)生態(tài)學概要（調節(jié)控制）,,,,,,,,,,,,,自然調控,人工直接調控,社會經(jīng)濟間接調控,農(nóng)業(yè)生態(tài)學概要（資源）,資源經(jīng)濟第一定律（自有資源定律）：資源擁有者在資源價格上升幅度大于銀行利潤率時，傾向保留資源；在資源價格上升幅度小于銀

5、行利潤率時，傾向盡快開發(fā)利用資源資源經(jīng)濟第二定律（公共資源定律）：在一定經(jīng)濟條件下，公共生物資源會達到一個平衡的種群水平，這時開發(fā)利用該資源的成本等于其收益。,,農(nóng)業(yè)生態(tài)學概要（效益）,基本效益：社會效益：食物供應≥溫飽需求經(jīng)濟效益：收益≥成本生態(tài)效益：再生速度≥消耗速度相互關系：矛盾統(tǒng)一,,,,生態(tài)效益,經(jīng)濟效益,社會效益,農(nóng)業(yè)生態(tài)學近年發(fā)展的背景,美國生態(tài)學會主席Judy Meyer在美國生態(tài)學會1996年會上提出生

6、態(tài)學應從消極的提出警告與預見危機，走向積極的建設性方向。她提出生態(tài)學前沿領域是生態(tài)工程學、生態(tài)經(jīng)濟學、生態(tài)設計、產(chǎn)業(yè)生態(tài)學和環(huán)境生態(tài)學。 她說：“今天，我們運用生態(tài)學知識對未來農(nóng)業(yè)的展望已大不相同。今天的展望包括免耕、減少化學農(nóng)藥用量、間作和模擬自然的農(nóng)業(yè)，生態(tài)學的運用正激勵著新的生產(chǎn)糧食和纖維的生產(chǎn)方式?！?農(nóng)業(yè)生態(tài)學近年發(fā)展的背景,農(nóng)業(yè)生態(tài)學作為應用生態(tài)學的一個分支，其突出特點是自然生態(tài)系統(tǒng)被人類的活動所干擾、調節(jié)、控制和馴

7、化，并列入為人類當前和長遠利益眼務的范疇。因此，農(nóng)業(yè)生態(tài)學是干擾生態(tài)學、恢復生態(tài)學、生態(tài)經(jīng)濟學、生態(tài)工程和生態(tài)管理在理論與學科發(fā)展方面檢驗假設、發(fā)現(xiàn)規(guī)律、實現(xiàn)調控常涉及的領域。,農(nóng)業(yè)生態(tài)學近年發(fā)展的背景,生態(tài)學研究范式(Paradigm)的變化Paradigm ——An overall concept accepted by most people in an intellectual community, as a science

8、, because of its effectiveness in explaining a complex process, idea or set of idea. __Webster’s New World Dictionary,農(nóng)業(yè)生態(tài)學近年發(fā)展的背景,過去生態(tài)學研究的主流范式： 以自然平衡觀為基礎，發(fā)展到以多平衡態(tài)、耗散結構理論和非線性數(shù)學為代表的非平衡范式。自然平衡觀與非平衡范式

9、結合開展對于種群及生態(tài)系統(tǒng)的研究未來主要的生態(tài)學研究范式： 生態(tài)系統(tǒng)的斑塊鑲嵌和等級層次特別重要，這種概念將影響到時間尺度、動態(tài)過程、小尺度非平衡過程和大系統(tǒng)復合穩(wěn)定等。因此有人認為等級綴塊動態(tài)范式(Hierarchical patch dynamic paradigm）將成為未來主要的生態(tài)學研究范式,農(nóng)業(yè)生態(tài)學近年發(fā)展的背景,中國在社會發(fā)展與農(nóng)業(yè)發(fā)展過程特別需要農(nóng)業(yè)生態(tài)學，也促進了我國農(nóng)業(yè)生態(tài)學的發(fā)展長

10、江洪水 黃河斷流南海赤潮 北京風沙西北退耕 生態(tài)農(nóng)業(yè)安全食品 加入WTO節(jié)水農(nóng)業(yè) GMO安全人多地少 生活質量,農(nóng)業(yè)生態(tài)學發(fā)展的背景,生態(tài)學正從系統(tǒng)描述到對系統(tǒng)自組織的理解，從對生態(tài)危機的預測到主動開展生態(tài)系統(tǒng)調節(jié)和系統(tǒng)控制 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)最顯著的特點是在自然調控之上疊加了人工調控，加上生產(chǎn)和社會發(fā)展的需要，這將使它成為未來生態(tài)學研

11、究的重點領域之一,農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)模式研究,蘇丹：防沙林網(wǎng)研究秘魯：山地水平植物帶模式波多黎各：多樹種混合模式越南：高畦深溝模式（酸性硫酸鹽土）中國：小流域綜合利用、刀耕火種模式、坡地利用模式、庭院模式、農(nóng)牧結合模式、農(nóng)林結合模式、南方果沼豬模式、北方大棚菜豬沼模式等,作物生態(tài)學,作物品種及農(nóng)田雜草的生態(tài)適應性研究：紫外輻射變化對作物的影響惡性雜草入侵后的蔓延預測等作物祖先在野生狀態(tài)下為了生存而在競爭中產(chǎn)生的性狀冗余分子生態(tài)

12、學以遺傳性狀的基因基礎與生態(tài)環(huán)境的關系為研究核心，揭示了物種生態(tài)型、種群結構、物種進化的規(guī)律等植物適應土壤缺磷，、偏酸等產(chǎn)生的土壤營養(yǎng)生態(tài)型及其遺傳基礎的研究也日益受到重視,農(nóng)業(yè)的化學生態(tài)學,昆蟲體外激素植物化感作用理解群落結構和群落演替設計復合植被和間套作模式篩選抗草基因和抗草生物農(nóng)藥美國測定的近l萬個水稻品種中347個品種有化感作用，12個品種的化感作用半徑達0.18-0.2m，在該范圍內(nèi)80％～90％的雜草被抑制國際

13、水稻研究所鑒定的數(shù)百個水稻品種中60個品種有化感作用農(nóng)業(yè)植物與昆蟲及真菌的化學相互關系,農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境管理研究,健康食品生產(chǎn)近年有關方面研究了有機種植方式對作物品質如胡蘿卜和維生素的影響、消費者對實施無公害食物的成本承受力以及無公害茶園實施方法等。畜禽糞便處理Ecological Engineering雜志為畜禽糞便處理及污水處理有關的天然濕地和人工濕地系統(tǒng)的應用與設計出了專輯。美國農(nóng)業(yè)部還制定了人工濕地的設計規(guī)范和指導原則病

14、蟲害綜合防治有關新的以菌治蟲法、以鳥治蟲法、新型害蟲誘捕劑、植物或微生物農(nóng)藥,土壤和植物系統(tǒng)物質平衡研究,養(yǎng)分平衡：施用作物秸稈、城市淮肥、污泥、腐殖酸、覆蓋作物等對土壤肥力、作物產(chǎn)量、重金屬累積及養(yǎng)分流失的影響等，研究中特別注重土壤呼吸、土壤有機質平衡和農(nóng)田N、P、K平衡的測定水分平衡：半干旱地區(qū)如撒哈拉、黃土高原近年開展了農(nóng)田水分平衡與合理利用的研究；我國的節(jié)水灌溉研究取得了重要成果；菌根在土壤植物系統(tǒng)中的作用研究,農(nóng)業(yè)與可持

15、續(xù)發(fā)展研究,國外多集中于生態(tài)脆弱帶，如撒哈拉以南的農(nóng)業(yè)灌溉、尼日利亞坡地的農(nóng)業(yè)可持續(xù)、巴西亞馬遜河毀林養(yǎng)牛的起因以及西非幾內(nèi)亞稀樹草原的農(nóng)業(yè)可持續(xù)問題的研究等我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究多集中于解決發(fā)展與環(huán)境的關系，特別是生態(tài)農(nóng)業(yè)建設方面，如長江三峽與江漢平原的農(nóng)業(yè)發(fā)展以及廣東省潮安縣生態(tài)農(nóng)業(yè)研究等,農(nóng)業(yè)與全球變化,大氣中CO2濃度升高、酸雨增加、O3增加、紫外線加強等對作物，如大豆、三葉草、小麥的影響農(nóng)田和反芻動物的CH4、N2O、SO

16、2等溫室氣體的排放規(guī)律,農(nóng)業(yè)與生物多樣性,國外特別是歐洲主要研究生物多樣性在 自然景觀與農(nóng)業(yè)交錯區(qū)及純農(nóng)區(qū)的變化研究自然景觀被農(nóng)田分散，區(qū)域中冬油菜等作物面積變化對昆蟲、蝎類、鳥類、草本植物品種數(shù)量的影響規(guī)律等,系統(tǒng)分析方法在農(nóng)業(yè)生態(tài)學研究中的應用,微分方程為核心的系統(tǒng)動力學模型偏微分方程為核心的流動與擴散模擬矩陣為基礎的種群模型用主元分析進行的聚類和因子分析用線性規(guī)劃研究生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)的優(yōu)化配置和可持續(xù)發(fā)展建立專家

17、系統(tǒng)處理非結構化的農(nóng)村與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)問題,系統(tǒng)分析方法在農(nóng)業(yè)生態(tài)學研究中的應用,用馬爾科夫轉移矩陣研究群落發(fā)展用能流圖分析生態(tài)系統(tǒng)中鳥類種群的能量制約利用蒙特卡羅法設計取樣方法利用灰色系統(tǒng)模型預測系統(tǒng)的變化利用哈密頒函數(shù)求生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)（如牧場）的最優(yōu)處理等,系統(tǒng)分析方法在農(nóng)業(yè)生態(tài)學研究中的應用,新方法：人工智能、人工神經(jīng)網(wǎng)絡、基因算法、有限元分析方法等。建立人工智能或人工神經(jīng)網(wǎng)絡系統(tǒng)后，可從計算機輸入的實際樣本中總結出規(guī)律，并獲

18、得預警預報預測能力，這－方法已經(jīng)用于湖泊受多種因素影響下的藻類變動和黃土高原生態(tài)破壞程度的預報?；蛩惴ǔ醪接糜谠谝欢ōh(huán)境條件下的動物行為模式模型的純數(shù)學分析：對logistic模型、植物生長模型、種群競爭模型的分析,系統(tǒng)分析方法在農(nóng)業(yè)生態(tài)學研究中的應用,農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)研究領域的通用計算機軟件地理信息系統(tǒng)GIS用于土壤有機質平衡的SOMN用于植物生態(tài)適應性評價的CLIMEX用于生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)的CENTURY用于作物生產(chǎn)的C

19、ERES利用火進行森林管理的FIRETOOL等,系統(tǒng)分析方法在農(nóng)業(yè)生態(tài)學研究中的應用,評價指標：由于農(nóng)業(yè)發(fā)展的階段差異和各地自然環(huán)境及社會經(jīng)濟條件的多樣性，農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)通用評價指標正被評價原則及特定生態(tài)條件下的系統(tǒng)評價指標所替代生態(tài)學家對遠離平衡態(tài)的生態(tài)系統(tǒng)以耗散結構理論和熱力學理論為其基礎提出了一些通用指標，如多樣性、有序性、熵、EXERGY、EMERGY和熱力學活度指標EXERGY指標是以分子中的原子組織有序性為量度標準，系

20、統(tǒng)中物質平均分子量大、基因多，EXERGY值也大,用實驗系統(tǒng)開展生態(tài)系統(tǒng)的綜合研究,小型實驗系統(tǒng)（microcosm）尺度等級從平方厘米到平方米范圍在一水族箱中研究竟爭條件下2個水生種群的變化中型實驗系統(tǒng)（mesocosm）公頃為單位中型實驗系統(tǒng)在生物多樣件和相互作用方面更接近實際，有類似小島嶼的生態(tài)學條件，且其結構和功能可被設計1996年5月Ecological Engineering雜志專集介紹了 7個中到實驗系統(tǒng)

21、，最著名的是“生物圈2號”,生態(tài)學研究側重點的變化,Ecological Engineering 一篇文章認為：50～60年代于以種群動態(tài)學和生態(tài)系統(tǒng)功能為核心的研究；70年代多側重于生態(tài)位和多樣性種群群落結構規(guī)律的研究；80年代重視對于擾和恢復理論的研究，如砍伐、火、風對生態(tài)系統(tǒng)的干擾與恢復研究；90年代則側重于生態(tài)系統(tǒng)的規(guī)模與層次的研究；2000年后將關注于生態(tài)系統(tǒng)自組織問題的研究，而中型實驗系統(tǒng)將日益發(fā)揮其重要作用。,