第13卷第1期 2005年1月中国生态农业学报Chinese Journal of Eco 2Agriculture Vol. 13 No. 1Jan. , 2005
农业生态学研究的主要应用方向进展
骆世明
(华南农业大学 广州 510642)
摘 要 阐述了进入21世纪以来农业生态学的应用研究进展, 包括农业生物多样性利用, 农业生产中化学生态学
的应用, 传统和新型营养资源的开发应用, 农业生态系统和农田生态系统模式构建, 节水、覆盖和免耕技术生态效
应研究, 生态农业、有机农业等替代农业的研究等。并提出未来农业生态学的研究重点。
关键词 农业生态学 生物多样性 化学生态学 生态农业 可持续发展
The major progress of agroecology research on the application direction. LUO Shi 2Ming (S Agricultural Un 2
iversity , Guangzhou 510642) , CJ EA , 2005, 13(1) :1～6
Abstract The major research progress in the application direction in of the 21st century is
summarized , including the utilization of agricultural and ecology in agricultural
production ; the exploitation and utilization of ; the model construction of agroecosystem
and field ecosystem ; the ecological , covering technique and no 2tillage technique ; and
profound research on , ecoagriculture , organic agriculture. Future research focuses of agroe 2
cology are also K ey w ords Agroecology , Biodiversity , Chemical ecology , Eco 2agriculture , Sustainable development
进入21世纪以来, 农业生态学研究所推动的新型农业形态、结构和功能关系及技术体系日益明晰。这种未来的新型农业以智能投入和资源效率为特征, 并将逐步替代石油农业和传统的粗放农业方法, 综合推动生态目标、经济目标和社会目标等多重目标的实现。
1 农业生物多样性利用
工业化农业阶段的重要特征之一是少数作物品种取代丰富的生物多样性, 在增加产量和效率的同时引致物种消失或有害生物的暴发, 也引起土壤部分营养亏缺, 而农药和化肥成为必须用品。
通过复合农业植被的研究与构建, 减少了病虫害, 提高作物群体对病虫害的抵御能力, 降低了农药使用量, 成效显著。朱有勇等[54]研究结果表明抗病和感病水稻品种间作使稻瘟病比单一栽培减少94%, 产量增加89%。广东省东莞市种植荔枝2牧草复合系统与单一系统比较结果表明, 节肢动物数量、物种丰富度、均匀性和多样性均有所提高, 且用物种数/个体数、天敌数/植食性昆虫数、多样性变异系数等指标描述系统稳定性时均以荔枝2牧草复合系统表现最佳[1]。韩宝瑜等[2]对单行条植茶园与3行条植茶园、梨2茶间作和栗2茶间作对比研究结论类似。云南省种植巴西橡胶和云南大叶茶多层次立体结构群落存在大量蜘蛛,40年来茶小绿叶蝉数量一直保持在经济防治指标内, 而未使用任何农药防治[3]。李海潮等[4]研究不同基因型玉米间作复合群体生态生理效应结果表明, 抗病性差与抗病性好的品种间作群体对叶斑病和叶锈病抵抗能力明显提高, 且抗倒伏能力提高。蔡燕飞等[5]研究施用不同用量生态有机肥后番茄青枯病发病率由100%降至39%～50%。利用土壤微生物的脂肪酸甲脂(FMAEs ) 分析技术研究结果表明, 土壤微生物结构发生明显变化, 革兰氏阴性细菌、真菌和AM 菌根菌的标记性脂肪酸甲脂增加。
蚯蚓利用与研究近年仍很活跃, 蚯蚓可改善被机械压实的土壤, 改善土壤特性, 抑制土传病害和促进作物生长等[55]。Shuster W. D. 等[56]研究添加深生性蚯蚓L um bricus terrest ris L. 使0～
10cm 表层土壤有机碳由16. 1g/kg 增至17. 9g/kg ,10～20cm 土层土壤有机碳由12. 4g/kg 增至14. 7g/kg 。胡艳霞等[6]研究结果表明蚯蚓粪能抑制苹果斑釉病、小麦丝核菌根腐烂病和黄瓜网斑病等多种土传病害的发生, 其原因是蚯蚓
收稿日期:2003212231 改回日期:2004202216
2中国生态农业学报第13
卷粪病原微生物的拮抗微生物存在、微生物的营养竞争和微生物的抗生素作用等生物因素作用所致。Materechera S. A. [57]在南非研究以蚯蚓粪作玉米生长基质结果表明, 蚯蚓粪对玉米株高、产量和生物量均有显著促进作用。
菌根可提高宿主的抗逆性如抗旱、抗涝、抗盐碱、抗极端温度和抗重金属等, 且其抗逆性的提高与P 营养改善有关, 而P 营养的改善又与根系寿命延长、吸收面积和空间扩大、释放磷酸酶和改善根际微环境、增加对P 的亲和力等有关。菌根共生过程中产生多种生长刺激物如生长素、细胞分裂素、赤霉素和脱落酸等, 有105种外生菌根可对病原菌有一定抑制作用, 如对立枯丝核菌引起的猝倒病、杨树溃疡病和桉树青枯病等, 其抑制作用机理包括直接拮抗、形成保护层、机械屏障和根系分泌物变化等[7]。Bagayoko M. 等[58]研究西非洲尼日尔消毒酸性沙壤土种植珍珠粟、高粱、豇豆地方品种接种VAM 和施P 肥结果表明, 珍珠粟地下部增加18倍而地上部增加24倍, 高粱与豇豆的P 、K 、Ca 、Mg 、Zn 吸收量分别增加2. 5倍和6倍。近年菌根应用于沙棘、棉花和玉米等作物生长均表现出良好效果[8～10]。
直接利用微生物可改善生态系统微生物群体功能, 提高系统植物营养供应能力和对逆境的抗性。吴洪生等[11]研究施用含K 细菌(B acill us m ucilagi nosus ) 制剂使小麦成熟期植株体内32. 3%, 拔节孕穗期土壤速效钾含量比对照高128. 6%。胡江春等[12]对连作重茬大豆根际定植后土传病害有抑制作用, 紫青霉素生长繁殖减少80%, 5015. 2%。2 农业生产中化学生态学的应用
、害虫与天敌三重关系间的应用。, 该方面研究正在取得重大进展。
2. 1 ,Caamal Maldonado J. A. [59]研究结果表明, 豆科作物有肥田、减少水土流失及减少杂草的作用。绒毛豆[M ucuna deeri ngiana (Bort ) Merr.]、刀豆[Canavalia
银合欢J unbiebean [L eucaena leucocephala (Lam. ) de Wit ]和野生Tamarind [L ysilom a ensif orm is (L. ) DC.]、
latisiliqi um (L. ) Benth. ]的水提液对植物均有强烈抑制作用, 田间实验结果表明它们与玉米间作均有减少杂草的效果, 其中绒毛豆使杂草减少68%。绒毛豆和银合欢水提液还有抑制线虫作用, 绒毛豆作覆盖物时使土壤线虫数量减少50%以上。韩丽梅等[13]研究大豆地上部水浸液化感作用结果表明, 正茬、重茬和迎茬大豆水浸液对沙培大豆生长有显著化感抑制作用, 并鉴定了丁二酸和苯甲酸等多种主要化感物质。阮维斌等[14]研究分析连作对大豆养分吸收和固N 作用的影响结果表明, 化感作用、病菌作用和线虫作用分别对连作大豆生长有一定抑制作用。Mattner S. W. 等[60]研究发现有锈病的大麦导致其附近苜蓿生物量减少56%。温室研究结果表明有锈病大麦土壤比健康大麦土壤可使苜蓿生物量降低36%, 且其土壤淋出物也使苜蓿生物量降低27%。研究还表明锈病可能强化大麦的化感作用。曾任森等[61,62]研究结果表明日本曲霉产生的黑麦酮酸F 对高等植物有化感作用, 其作用方式包括降低超氧化物歧化酶活性, 增加丙二醛含量, 降低叶绿素a 和叶绿素b 含量, 使光合作用下降, 其呼吸、膜透性和脱落酸上升, 电子显微镜观察表明处理后线粒体膜不完整, 叶绿体膨大且层间结构被破坏。对胜红蓟研究结果表明, 胜红蓟挥发油对真菌、昆虫和植物均有一定生物活性[15]。在低温、干旱的秋冬季节胜红蓟的化感物质含量高, 而高温、多雨的春夏季其含量下降[16]。同等化感物质浓度下受体植物在低温和遮荫等逆境受抑作用增强。这表明逆境能刺激植物化感物质产生, 且逆境和化感物质协同作用可形成针对资源竞争对手的强烈抑制作用。
2. 2 水稻化感作用研究
目前国内外已研究探讨了水稻化感作用的品种差异, 并发展了快速测定方法, 研究了水稻遗传规律及其数量形状的基因定位。化感水稻可抑制单子叶和双子叶植物[63]。水稻品种“PI312777”对莴苣有强烈化感作用[64]。Chung I. M. 等[65]研究结果表明水稻品种“G in shun ”、“Kasarwala mundara ”、“Philippine 2”和“J uma 10”化感表现颇佳。Ahn J. K. 等[66]研究结果表明“Janganbyeo ”水稻品种谷壳温水抽提液对稗草苗的抑制率达75%, 干物质抑制率达96%。Jensen L. B. 等[67]用粳型旱稻品种“IAC165”和籼型水稻品种“CO39”杂交后代142个自交系研究化感基因的Q TL 定位结果表明“, IAC165”对稗草有强烈化感作用, 而“CO39”则表现很弱, 说明化感与根系形态遗传无关,4个主效应Q TL 分布于3条染色体上, 可综合解释35%的酚类
(籼稻) 和(粳稻) 杂交DH 群体123个DH 株系幼苗含量差异。曾大力等[17]研究了“窄叶青8号”“京系17”
第1期骆世明:
农业生态学研究的主要应用方向进展3叶片水提液对莴苣根系生长的抑制作用, 并通过Q TL 分析检测到4个与水稻化感作用相关位点分别在第3、9、10和12条染色体上。何华勤等[18]研究水稻7叶龄对莴苣化感作用受加性效应的影响结果表明,3～6叶期由显形效应控制,5叶、8叶期加性和显性效应均有作用且以显形为主, 呈现间断表达的遗传特点, 水稻化感作用受基因型和环境相互效应的影响较大。孔垂华等[19]报道糖甙间烃基苯可作为快速测定标记评价水稻品种及单株化感潜力的次生化合物。
2. 3 作物病虫抗性的化学生态学研究
植物对微生物入侵的化学抗性物质可被诱导产生。真菌结构中不饱和脂肪酸如花生四烯酸、亚麻酸亚油酸、油酸和细菌hrp 基因产物均可成为生物诱导剂。水杨酸、二氯异烟酸、二氯异烟酸酰胺、苯并噻重氮(B TH ) 也可诱导小麦、NaCl 、草酸、马粪浸液、聚氨水稻和烟草等对多种病原产生抗性。噻菌灵、HCl 、SiO 2、
基葡聚糖和诱导素均可作为非生物诱导剂, 诱导作物对不同真菌、细菌和病毒病害的抗性[20]。何水林等[21]研究结果表明0. 5～4mmol/L 浓度外源水杨酸处理辣椒叶片, 可诱导对倍半萜环化酶基因的转录并表达出酶活性(但其酶活性较低且于处理后36h 表达) 。茉莉酮酸可诱导利马豆产生水杨酸甲酯和E 24,82二甲基21,3,72壬三烯, 且对螨的天敌———捕食螨有吸引作用[22]。刘勇等[23]蚜对天敌燕麦蚜茧蜂的吸引作用低于它们和寄主植物的复合体, 学作用而不是靠视觉, 2222酮、62甲基252己烯222醇、顺232己酰2醋酸酯以及水杨酸甲酯, 。张茂新等[24]、倍半萜及其醇和酮的衍生物, 对小菜蛾、。
3 、动物粪便、缓释控释肥和稀土微肥的利用研究进一步深化, 有关沸石、草炭、风化煤和污水厂污泥等新肥料资源开发利用陆续见诸报道。在维持土壤肥力和植物营养方面既增产, 又减少生态环境成本的方法体系正逐步形成。蔡燕飞等[25]研究表明利用自制化学熟化剂和生物熟化剂联合处理稻草比单使其中任一方法均好, 红外光谱分析结果表明二者联用后稻草酚羟基、醇羟基和甲基含量降低, 取代芳香环增加, 氧化缩合作用增强。张秋英等[26]试验研究盆栽大豆结果表明, 施用正常施肥量1/2的缓释控释肥料可增产21. 9%。宋轩等[27]试验研究盐碱土盆栽水稻结果表明, 加入2%～4%草炭或风化煤后可提高水稻根系活力, 改善土壤养分供应, 增加水稻产量。李华兴等[28]试验研究花岗岩发育赤红壤中混合沸石0. 7～1. 3g/kg 土盆栽玉米结果表明, 沸石可提高玉米吸收N 、P 和K 量, 促进植株生长, 用15N 示踪技术测定结果表明N 利用率可提高28. 8%～60. 0%。张雪英等[29]研究利用污水处理厂厌氧消化脱水的污泥与甘蔗渣以1∶3体积混合通风堆肥的熟化过程。蔡燕飞等[30]研究发现田间小区连作种植番茄其感青枯病率达100%, 而施用由工业废弃物资源改性和发酵加工成的有机肥料0. 5～1kg/m 2后, 可调节土壤微生物群落, 使青枯病发病率降至39%～50%。
4 农业生态系统与农田生态系统模式构建
近年来我国与其他发展中国家有关农业生态系统和农田生态系统模式的研究较活跃, 包括各种农业地貌如湿地、水田、旱地、平原和丘陵坡地、山地等, 涉及了模式结构和功能且有一些较长期的研究结果, 不少模式已引起政府的重视和农民的欢迎。朱鹤健等[31]研究了我国闽东南特色生态农业模式, 包括山地果2草2牧、农田粮2经2饲和庭院畜2沼2菌等模式。黄道友等[32]研究了湖南省岩溶山区雨养旱作农业模式, 包括山地林果药粮立体开发模式、丘岗区粮猪沼果综合开发模式、湿地粮经牧渔综合开发模式、城郊区城市服务型模式和工矿区环境治理集约经营模式。方创琳等[33]研究了我国长江上游三峡库区不同类型地区高效生态农业发展模式, 包括沿江河谷区(海拔高度175～300m ) 果2粮2菜2猪2沼2鱼水陆循环模式、浅山丘陵区(海拔高度300～500m ) 柑橘2粮2经2畜2桑2沼共生互惠模式、低山区(海拔高度500～800m ) 林2粮2油2薯2草2畜水土保持型模式、中高山区(海拔高度800m ) 干果2药2茶2烟2菜2草名优土特模式和庭院果2花2禽2沼小循环模式等。Merada I. 等[68]研究了墨西哥传统高畦深沟系统近年因利用污水灌溉导致其盐碱化过程, 土壤类脂成分呈垂直分布特点, 且与水分关系密切。朱洪光等[34]研究了江苏省盐城海滩涂草基鱼塘模式, 即堤边和塘内种植芦苇, 冬季排水后种植牧草, 可改良海滩涂盐土并产生良好的经济效益,1999年利润率达22. 86%。黄毅斌等[35]系统研究我国南方稻2萍2鱼体系,8年试验表明稻2萍2鱼体系鱼产量达4000～9800kg/hm 2, 稻田减少
4中国生态农业学报第13
卷化肥用量50%～60%, 减少农药用量30%～50%, 比常规稻略增产, 土壤N 、P 、K 含量增加15. 5%～38. 5%, 水稻病虫草害减少40. 8%～99. 5%, 土壤CH 4排放量减少34. 6%。曹志强等[36]研究我国北方稻田养鱼, 对照水稻纹枯病发病率为8. 5%, 稻田养鱼处理发病率为4. 7%。黄璜等[37]研究湿地稻2鸭复合系统CH 4排放规律结果表明, 稻田养鸭早稻生育期间CH 4排放总量为5. 517g/m 2, 传统栽培则为9. 89g/m 2, 养鸭后土壤氧化还原电位增加15. 3mV , 还原物质总量下降0. 365cmol/kg 。华北太行山前平原引种苜蓿或配施玉米秸秆是重要的生产模式[38]。华北平原农林间作系统的林木遮蔽效果显著[39]。王静等[40]研究了年降雨量仅250～550mm 西北半干旱地区实施由集水工程、沼气池与新型日光室组成的联体模式, 可实现富集雨水、节约用水、提高夜温、降低空气湿度、减少病虫害和供给CO 2并最终提高作物产量。大棚日光温室种植2设施畜牧养殖2沼气发酵2厕所构成的“四位一体”模式[41]、关中地区小麦2棉花2辣椒2玉米立体组合模式[42]的研究均受到有关学者和科研人员的关注。尼泊尔从1993～1994年开始实施坡地Agroforestry 计划, 1998年采样分析表明该坡地模式土壤肥力未显著提高, 但提高了经济收益[69]。肯尼亚西部坡地实施猪屎豆+印度田菁、木豆+西非灰白豆模式可相互利用不同层次土壤N 素[70]。研究结果表明玉米2银合欢模式系统较少受到玉米螟袭击, 条状种植银合欢的玉米坡地虽少种25%玉米, [71]。冯耀宗[43]归纳总结云南省1层1个物种(橡胶或茶叶) 、2层2个物种(橡胶茶叶, 23层3个物种(橡胶2萝芙木2千年健) 和5层100多个物种(人工雨林) , 系统生物量和生产力提高, 小气候稳定性增加, 。孙辉等[44]研究四川省宁南山区15°～38°(, 植物篱之间距离4～6m ) 5年后, 该土壤有机质和N 、P 、K 含量提高, 5 节水、Brye K. R. 等[72]Plano 沙壤土利用张力水分平衡测定仪测定分析比较恢复草地、免耕和深耕玉米结果表明, 免耕和深耕相比产量相似, 但免耕土壤水分含量提高, 排水减少, 更符合农业可持续发展的需要。李华兴等[45]研究我国南方双季稻少耕和免耕效应结果表明, 少耕综合效果较好。兰州大学国家干旱农业生态实验室对年降水量415mm 半干旱黄锦土大田地膜覆盖种植春小麦研究结果表明, 全生育期覆盖薄膜对产量和N 效率提高无实际意义[46]。甘肃省定西唐家堡试验研究结果表明, 最佳地膜覆盖时间为种植始40～60d , 过长时间覆盖地膜可抑制作物根系发育, 作物蒸散量和水分利用效率下降, 并影响产量[47]。杜尧东等[48]研究辽宁省春小麦喷灌效果结果表明, 春小麦冠层截留水量达25%～30%, 冠层下方水均匀度提高10. 1%～12. 7%, 喷灌水分飘移蒸发损失占总水量的20%～25%。王克勤等[49]研究金矮生苹果水分利用效率结果表明, 土壤含水量为田间持水量的50%时, 其水分利用效率最大。
6 生态农业与有机农业
国际上针对工业化农业的新型替代农业探索步伐一直未停顿。欧洲和澳洲对“生物动力学农业”和“有机农业”效应进行了长期探索[73]。Daglaard T. 等[74]研究了丹麦某流域分3个阶段实施传统养殖转换为有机养殖的过程。国外从工业化农业向有机农业生产转变以及对立法和消费者的影响研究值得我们重视与借鉴。国外学者还提出“自然系统农业”概念, 认为农业应当模仿自然草原, 以多年生植物为主构成稳定的自然进化系统不用翻耕, 具备多样性、丰富性和高产特性, 在驯化野生物种使其高产的同时, 应保持物种多年生的特点[75]。人们甚至提出培育多年生小麦替代1年生小麦的可行性[76]。中国生态农业如何适应规模化、企业化和市场化的大环境已成为有关专家学者关注的热点。伍世良等[50]认为中国生态农业建设有5个基本问题, 即面临经济规模、农民接受程度、市场、资金和可持续发展的挑战。徐保根[51]讨论了生态农业产业化经营问题, 提出生态农业实行区域化布局、专业化与规模化生产、贸工农和农工商一体化经营的构想, 产业化经营模式包括农村专业技术协会+农户、加工企业+基地农户、专业市场+农户、农场+农户、企业家+农户、合作经济组织+农户、公司+农户、股份制企业、股份合作制企业、现代农业企业集团、中介组织+农户、采购公司+农户等形式。山东省西单村依据景观生态学开展庭院生态工程、街道美化与沼气建设工程、河道治理工程和环村林建设工程等, 使资源利用效率、生态效益和经济效益均显著提高[52]。郑昭佩等[53]研究指出生态旅游农业应以农业生产为基础、以旅游经营为重点, 效益高而风险低。
7 我国未来农业生态学研究的重点
我国未来农业生态学的研究尚有许多挑战性的领域待开拓。我国生态农业研究与国际类似研究相比
第1期骆世明:农业生态学研究的主要应用方向进展5尚缺乏由旧农业模式向新农业模式转变的规律探讨, 且缺乏对不同农业模式长期对比研究以及对失败模式的调研。目前退耕还林、退田还湖及绿化恢复的长期效果值得进一步追踪研究。除开展农业景观水平有关结构变化研究外, 农业景观水平能流与物流的研究急需加强。我国农业生态系统的能流研究也亟待加强。化学生态学向农业的渗透研究领域, 将对揭示和利用生物间相互关系, 建立合理生物群体结构, 减少农业化学用品使用量产生更重要的作用。农业生物多样性规律的揭示和利用为重要研究方向, 应加强研究不同作物构成的多样性和品种生态型多样性, 注重利用菌根、K 细菌、放线菌等微生物与蚯蚓和青蛙等动物, 注重利用杂草、覆盖作物等植物的多样性。转基因作物的生态安全与检测问题将成为未来基础研究和实践需求的重点。健康食品生产也是社会关注的焦点, 依据生态学制定有机食品、绿色食品和无公害食品的生产标准研究亟待进一步加强。在农业污染的生态学研究中有害物质和过量元素富集植物已引起人们的关注, 但需加大研究培育低吸收的作物品种。我国农业生态学有关计算机系统分析和相应软件研究的自主创新性、系统集成度、稳定性和广适性尚待加强。农业生态学中自然科学与社会经济学科的交叉研究也须强化, 这是解决我国生态农业企业化、政府经济政策与相关立法和社会接受程度问题等的必要途径。
参 考 文 献
1 刘德广, 熊锦君等. 荔枝2牧草复合系统节肢动物群落多样性与稳定性. ,20012 韩宝瑜, 江昌俊等. 间作密植和单行茶园节肢动物群落组成差异. (4) 3 冯耀宗. 生物多样性与生态农业. 中国生态农业学报,2002(:57
4 李海潮, 苏新宏等. . ,2002,22(12) :2096～2103
5 蔡燕飞, 廖宗文等. . 应用生态学报,2003,14(3) :349～353
6 胡艳霞, 孙振钧等. . 应用生态学报,2003,14(2) :296～300
7 于富强, 刘培贵. . 生态学报,2002,22(12) :2217～2226
8 何兴元, 吴清风等. . 应用生态学报,2001,12(6) :876～878
9 冯 固, 张福锁. 丛枝菌根真菌对棉花耐盐性的影响研究. 中国生态农业学报,2003,11(2) :21～24
10 黄 艺, 陈有监等. 污染条件VAM 玉米元素累积分布与根际重金属形态变化的关系. 应用生态学报,2002,13(7) :859～862
11 吴洪生, 陈佳宏等. 钾细菌制剂对土壤钾素的影响探讨. 中国生态农业学报,2003,11(3) :92～9412 胡江春, 薛德林等. 大豆连作障碍研究Ⅲ. 海洋放线菌MB 297促进连作大豆增产机理. 应用生态学报,2002,13(9) :1095～1098
13 韩丽梅, 沈其荣等. 大豆地上部水浸液的化感作用及化感物质的鉴定. 生态学报,2002,22(9) :1425～1432
14 阮维斌, 王敬国等. 连作障碍因素对大豆养分吸收和固氮作用的影响. 生态学报,2003,23(1) :22～29
15 孔垂华, 黄寿山, 胡 飞. 胜红蓟化感作用研究Ⅴ. 挥发油对真菌、昆虫和植物的生物活性及其化学成分. 生态学报,2001,21(4) :58416 胡 飞, 孔垂华. 胜红蓟化感作用研究Ⅵ. 气象条件对胜红蓟化感作用的影响. 应用生态学报,2002,13(1) :76～80
17 曾大力, 钱 前等. 水稻化感作用的遗传分析. 科学通报,2003,48(1) :70～73
18 何华勤, 林文雄等. 水稻对受体植物化感作用的遗传生态学研究. 应用生态学报,2002,13(12) :1282～1286
19 孔垂华, 徐效华等. 以特征次生物质为标记评价水稻品种及单植株的化感潜力. 科学通报,2002,47(3) :203～206
20 王生荣, 朱克恭. 植物系统获得抗病性研究进展. 中国生态农业学报,2002,10(2) :32～35
21 何水林, 林文雄等. 外源水杨酸对辣椒倍半萜环化酶基因表达及抗氧化酶系统的作用. 应用生态学报,2002,13(5) :569～572
22 严善春, 张丹丹等. 植物挥发性物质对昆虫作用的研究进展. 应用生态学报,2003,14(2) :310～313
23 刘 勇, 胡 萃等. 不同营养层次挥发物对燕麦蚜茧蜂寄主搜寻行为的影响. 应用生态学报,2001,12(4) :581～584
24 张茂新, 凌 冰. 薇甘菊挥发油的化学成分及其对昆虫的生物活性. 应用生态学报,2003,14(1) :93～96
25 蔡燕飞, 廖宗文等. 化学2生物发酵联用技术对稻草腐熟的效果及红外光谱研究. 应用生态学报,2003,14(8) :1269～1272
26 张秋英, 刘晓冰, 金 剑等. 缓释、控释肥料对大豆植株养分吸收及产量的影响. 中国生态农业学报,2002,10(4) :48～50
27 宋 轩, 曾德慧等. 草炭和风化煤对水稻根系活力和养分吸收的影响. 应用生态学报,2001,12(6) :867～870
28 李华兴, 李长洪, 张新明等. 沸石对土壤养分生物有效性和土壤化学性质的影响研究. 应用生态学报,2001,12(5) :743～745
29 张雪英, 周立祥, 沈其荣等. 城市污泥强制通风堆肥过程中的生物学和化学变化特征. 应用生态学报,2002,13(4) :467～470
30 蔡燕飞, 廖宗文, 章家恩等. 生态有机肥对番茄青枯病及土壤微生物多样性的影响. 应用生态学报,2003,14(3) :349～353
31 朱鹤健, 程 炯. 闽东南特色农业生态模式研究. 自然资源学报,2002,17(3) :313～318
32 黄道友, 王克林等. 湖南省不同高效生态农业模式研究. 中国生态农业学报,2002,10(4) :121～124
33 方创琳, 冯仁国等. 三峡库区不同类型地区高效生态农业发展模式与效益分析. 自然资源学报,2003,18(2) :228～234
34 朱洪光, 钦 佩. 海涂的草基鱼塘模式研究. 生态学报,2002
,22(8) :1333～1338
35 黄毅斌, 翁伯奇等. 稻2萍2鱼体系对稻田土壤环境的影响. 中国生态农业学报,2001,9(1) :74～76
36 曹志强, 梁知洁等. 北方稻田养鱼的共生效应研究. 应用生态学报,2001,12(3) :405～408
37 黄 璜, 杨志辉等. 湿地稻2鸭复合系统的CH 4排放规律. 生态学报,2003,23(5) :929～934
38 王智平, 刘爱民. 太行山前平原农牧结构模式评价与配套技术体系. 自然资源学报,2001,16(2) :166～171
6中国生态农业学报
39 王 颖, 崔建州等. 农林间作系统林木遮荫及其对产量的影响. 中国生态农业学报,2003,11(2) :107～110
40 王 静, 李召祥等. 集水工程、沼气池与新型日光室联体构筑的研究. 应用生态学报,2001,12(1) :51～54
41 徐福利, 梁银丽. 黄土高原区“四位一体”高效设施农业模式研究. 中国生态农业学报,2003,11(3) :139～141
42 张淑莲, 陈志杰等. 麦2棉2辣2米立体组合模式及效益探讨. 中国生态农业学报,2003,11(3) :134～136
43 冯耀宗. 物种多样性与人工生态系统稳定性探讨. 应用生态学报,2003,14(6) :853～857
44 孙 辉, 唐 亚等. 等高固氮植物篱模式对坡耕地土壤养分的影响. 中国生态农业学报,2002,10(2) :79～82
45 李华兴, 卢维盛等. 不同耕作方法对水稻生长和土壤生态的影响. 应用生态学报,2001,12(4) :553～556
46 李世清, 李凤民等. 半干旱地区地膜覆盖对作物产量和氮效率的影响. 应用生态学报,2001,12(2) :205～209
47 王 俊, 李凤民等. 地膜覆盖对土壤水温和春小麦产量形成的影响. 应用生态学报,2003,14(2) :205～210
48 杜尧东, 王 建等. 春小麦田喷灌的水量分布及小气候效应. 应用生态学报,2001,12(3) :398～400
49 王克勤, 王斌瑞等. 金矮生苹果水分利用效率研究. 生态学报,2002,22(5) :723～728
50 伍世良, 邹桂昌, 林健枝. 论中国生态农业建设的五个基本问题. 自然资源学报,2001,16(4) :320～324
51 徐保根. 生态农业产业化经营浅析. 中国生态农业学报,2002,10(1) :110～112
52 卢兵友. 典型农村景观生态工程建设效益分析———以山东省西单村为例. 自然资源学报,2001,6(1) :54～58
53 郑昭佩, 刘作新. 生态旅游农业及其在我国的发展. 中国生态农业学报,2002,10(1) :127～129
54 Zhu Y ouyong , et al . G enetic diversity and disease control in rice. Nature ,2000,406(5797) :718～722第13
卷
55 Larink O. ,Werner D. , et al. Regeneration of compacted soil aggregates by ,2001,33(5) :395～40156 Shuster W. D. ,Subler S. ,McCoy E. L. Deep 2burrowing earthworm the of organic carbon in a chisel 2tilled soil. Soil Boil. Biochem. ,2001,33(7～8) :983～996
57 Materechera S. A. Nutrient availability and maize growth in casts from a Wouth African indigenous species. Bioresour. Technol. , 2002,84(2) :197～201
58 Bagayoko M. , G eorge E. , et and phosphorus on growth and nutrient uptake of millet , cowpea and sorghum on the West ,134(4) :399～407
59 Caamal Maldonado J. , J. J. , Torres Barragan A. , et al. The use of allelopathy legume cover and mulch species for weed control in cropping systems. Agron. J. ,2001,93(1) :27～36
60 Mattner S. W. ,Parbery D. G. Rust enhanced allelopathy of perennial ryegrass against white clover. Agron. J. ,2001,93(1) :54～5961 Zeng R. S. ,Luo S. M. , Shi Y. H. , et al. Physiological and biochemical mechanism of allelopathy of secalonic acid F on higher plant. Agron. J. ,2001,93(1) :72～29
62 Zeng R. S. ,Luo S. M. ,Shi M. B. , et al. Allelopathy of Aspergill us japonicus on crops. Agron. J. , 2001,93(1) :60～64
63 Olofsdotter M. Rice -a step toward use of allelopathy. Agron. J. ,2001,93(1) :3～8
64 Ebana K. , Y an W. , Dilday R. H. , et al. Variation in the allelopathic effect of rice with water soluble extracts. Agron. J. ,2000,93(1) :1265 Chung I. M. , Ahn J. K. , Yun S. J. Assessment of allelopathic potential of barnyard grass (Echinachloa crusgalli ) on rice (Oryza sativa L. ) cultivars. Crop Prot. ,2001,20(20) :921～928
66 Ahn J. K. ,Chung I. M. Allelopathic potential of rice hulls on germination and seedling growth of barnyard grass. Agron. J. ,2000,92(6) :1162～1167
67 Jensen L. B. ,Coutois B. ,Shen L. , et al. Locating genes controlling allelopathic effects against barnardgrass in upland rice. Agron. J. ,2001, 93(1) :21
68 Merada I. , G arcia Calderon N. , et al . Composition of soil lipids in two chinampas agroecosystems from X ochimilco and Tlahuac municipali 2ties , Mexico. Commun. Soil Sci. Plant Anal. , 2000,31(7～8) :1003～1016
69 Neupane R. P. , Thapa G. B. Impact of agroforestry interverntion on soil fertility and farm income under the subsistence farming system of the middle hills , Nepal. Agri. Ecosys. Enviran. , 2001,84(2) :157～167
70 G athumbi S. M. ,Ndufa J. K. , et al . Do species mixtures increase above and belowground resource capture in woody and herbaceous tropical legumes. Agron. J. ,2002,94(3) :518～526
71 Ogol C. K. P. O. , Spence J. R. , K eddie A. Maize stem borer colonization , establishment and crop damage levels in a maize 2leucaena agro 2forestry system in K enya. Agri. Ecosyst. Environ. ,1999,76(1) :1～15
72 Brye K. R. , Norman J. M. , et al . Nitrogen and carbam leaching in agroecosystems and their role in denitrification potential. J. Environ. Qual. , 2001,30(1) :58～70
73 Mader P. , et al . Soil fertility and biodiversity in organic farming. Science ,2002,296(5573) :1694～1697
74 Daglaard T. , et al . Potential N 2losses in three scenarios for conversion to organic farming in a local ara of Denmark. Eur. J. Agron. ,2002, 16(3) :207
75 Jackson W. Natural systems agriculture :atruly radical alternative. Agric. Ecosyst. Environ. ,2002,88(2) :111～117
76 Scheinost P. L. , et al. Perennial wheat :thedevelopment of a sustainable cropping system for the U. S. Pacific Northwest. Am. J. Altern. Agric. ,2001,16(4) :147～151
第13卷第1期 2005年1月中国生态农业学报Chinese Journal of Eco 2Agriculture Vol. 13 No. 1Jan. , 2005
农业生态学研究的主要应用方向进展
骆世明
(华南农业大学 广州 510642)
摘 要 阐述了进入21世纪以来农业生态学的应用研究进展, 包括农业生物多样性利用, 农业生产中化学生态学
的应用, 传统和新型营养资源的开发应用, 农业生态系统和农田生态系统模式构建, 节水、覆盖和免耕技术生态效
应研究, 生态农业、有机农业等替代农业的研究等。并提出未来农业生态学的研究重点。
关键词 农业生态学 生物多样性 化学生态学 生态农业 可持续发展
The major progress of agroecology research on the application direction. LUO Shi 2Ming (S Agricultural Un 2
iversity , Guangzhou 510642) , CJ EA , 2005, 13(1) :1～6
Abstract The major research progress in the application direction in of the 21st century is
summarized , including the utilization of agricultural and ecology in agricultural
production ; the exploitation and utilization of ; the model construction of agroecosystem
and field ecosystem ; the ecological , covering technique and no 2tillage technique ; and
profound research on , ecoagriculture , organic agriculture. Future research focuses of agroe 2
cology are also K ey w ords Agroecology , Biodiversity , Chemical ecology , Eco 2agriculture , Sustainable development
进入21世纪以来, 农业生态学研究所推动的新型农业形态、结构和功能关系及技术体系日益明晰。这种未来的新型农业以智能投入和资源效率为特征, 并将逐步替代石油农业和传统的粗放农业方法, 综合推动生态目标、经济目标和社会目标等多重目标的实现。
1 农业生物多样性利用
工业化农业阶段的重要特征之一是少数作物品种取代丰富的生物多样性, 在增加产量和效率的同时引致物种消失或有害生物的暴发, 也引起土壤部分营养亏缺, 而农药和化肥成为必须用品。
通过复合农业植被的研究与构建, 减少了病虫害, 提高作物群体对病虫害的抵御能力, 降低了农药使用量, 成效显著。朱有勇等[54]研究结果表明抗病和感病水稻品种间作使稻瘟病比单一栽培减少94%, 产量增加89%。广东省东莞市种植荔枝2牧草复合系统与单一系统比较结果表明, 节肢动物数量、物种丰富度、均匀性和多样性均有所提高, 且用物种数/个体数、天敌数/植食性昆虫数、多样性变异系数等指标描述系统稳定性时均以荔枝2牧草复合系统表现最佳[1]。韩宝瑜等[2]对单行条植茶园与3行条植茶园、梨2茶间作和栗2茶间作对比研究结论类似。云南省种植巴西橡胶和云南大叶茶多层次立体结构群落存在大量蜘蛛,40年来茶小绿叶蝉数量一直保持在经济防治指标内, 而未使用任何农药防治[3]。李海潮等[4]研究不同基因型玉米间作复合群体生态生理效应结果表明, 抗病性差与抗病性好的品种间作群体对叶斑病和叶锈病抵抗能力明显提高, 且抗倒伏能力提高。蔡燕飞等[5]研究施用不同用量生态有机肥后番茄青枯病发病率由100%降至39%～50%。利用土壤微生物的脂肪酸甲脂(FMAEs ) 分析技术研究结果表明, 土壤微生物结构发生明显变化, 革兰氏阴性细菌、真菌和AM 菌根菌的标记性脂肪酸甲脂增加。
蚯蚓利用与研究近年仍很活跃, 蚯蚓可改善被机械压实的土壤, 改善土壤特性, 抑制土传病害和促进作物生长等[55]。Shuster W. D. 等[56]研究添加深生性蚯蚓L um bricus terrest ris L. 使0～
10cm 表层土壤有机碳由16. 1g/kg 增至17. 9g/kg ,10～20cm 土层土壤有机碳由12. 4g/kg 增至14. 7g/kg 。胡艳霞等[6]研究结果表明蚯蚓粪能抑制苹果斑釉病、小麦丝核菌根腐烂病和黄瓜网斑病等多种土传病害的发生, 其原因是蚯蚓
收稿日期:2003212231 改回日期:2004202216
2中国生态农业学报第13
卷粪病原微生物的拮抗微生物存在、微生物的营养竞争和微生物的抗生素作用等生物因素作用所致。Materechera S. A. [57]在南非研究以蚯蚓粪作玉米生长基质结果表明, 蚯蚓粪对玉米株高、产量和生物量均有显著促进作用。
菌根可提高宿主的抗逆性如抗旱、抗涝、抗盐碱、抗极端温度和抗重金属等, 且其抗逆性的提高与P 营养改善有关, 而P 营养的改善又与根系寿命延长、吸收面积和空间扩大、释放磷酸酶和改善根际微环境、增加对P 的亲和力等有关。菌根共生过程中产生多种生长刺激物如生长素、细胞分裂素、赤霉素和脱落酸等, 有105种外生菌根可对病原菌有一定抑制作用, 如对立枯丝核菌引起的猝倒病、杨树溃疡病和桉树青枯病等, 其抑制作用机理包括直接拮抗、形成保护层、机械屏障和根系分泌物变化等[7]。Bagayoko M. 等[58]研究西非洲尼日尔消毒酸性沙壤土种植珍珠粟、高粱、豇豆地方品种接种VAM 和施P 肥结果表明, 珍珠粟地下部增加18倍而地上部增加24倍, 高粱与豇豆的P 、K 、Ca 、Mg 、Zn 吸收量分别增加2. 5倍和6倍。近年菌根应用于沙棘、棉花和玉米等作物生长均表现出良好效果[8～10]。
直接利用微生物可改善生态系统微生物群体功能, 提高系统植物营养供应能力和对逆境的抗性。吴洪生等[11]研究施用含K 细菌(B acill us m ucilagi nosus ) 制剂使小麦成熟期植株体内32. 3%, 拔节孕穗期土壤速效钾含量比对照高128. 6%。胡江春等[12]对连作重茬大豆根际定植后土传病害有抑制作用, 紫青霉素生长繁殖减少80%, 5015. 2%。2 农业生产中化学生态学的应用
、害虫与天敌三重关系间的应用。, 该方面研究正在取得重大进展。
2. 1 ,Caamal Maldonado J. A. [59]研究结果表明, 豆科作物有肥田、减少水土流失及减少杂草的作用。绒毛豆[M ucuna deeri ngiana (Bort ) Merr.]、刀豆[Canavalia
银合欢J unbiebean [L eucaena leucocephala (Lam. ) de Wit ]和野生Tamarind [L ysilom a ensif orm is (L. ) DC.]、
latisiliqi um (L. ) Benth. ]的水提液对植物均有强烈抑制作用, 田间实验结果表明它们与玉米间作均有减少杂草的效果, 其中绒毛豆使杂草减少68%。绒毛豆和银合欢水提液还有抑制线虫作用, 绒毛豆作覆盖物时使土壤线虫数量减少50%以上。韩丽梅等[13]研究大豆地上部水浸液化感作用结果表明, 正茬、重茬和迎茬大豆水浸液对沙培大豆生长有显著化感抑制作用, 并鉴定了丁二酸和苯甲酸等多种主要化感物质。阮维斌等[14]研究分析连作对大豆养分吸收和固N 作用的影响结果表明, 化感作用、病菌作用和线虫作用分别对连作大豆生长有一定抑制作用。Mattner S. W. 等[60]研究发现有锈病的大麦导致其附近苜蓿生物量减少56%。温室研究结果表明有锈病大麦土壤比健康大麦土壤可使苜蓿生物量降低36%, 且其土壤淋出物也使苜蓿生物量降低27%。研究还表明锈病可能强化大麦的化感作用。曾任森等[61,62]研究结果表明日本曲霉产生的黑麦酮酸F 对高等植物有化感作用, 其作用方式包括降低超氧化物歧化酶活性, 增加丙二醛含量, 降低叶绿素a 和叶绿素b 含量, 使光合作用下降, 其呼吸、膜透性和脱落酸上升, 电子显微镜观察表明处理后线粒体膜不完整, 叶绿体膨大且层间结构被破坏。对胜红蓟研究结果表明, 胜红蓟挥发油对真菌、昆虫和植物均有一定生物活性[15]。在低温、干旱的秋冬季节胜红蓟的化感物质含量高, 而高温、多雨的春夏季其含量下降[16]。同等化感物质浓度下受体植物在低温和遮荫等逆境受抑作用增强。这表明逆境能刺激植物化感物质产生, 且逆境和化感物质协同作用可形成针对资源竞争对手的强烈抑制作用。
2. 2 水稻化感作用研究
目前国内外已研究探讨了水稻化感作用的品种差异, 并发展了快速测定方法, 研究了水稻遗传规律及其数量形状的基因定位。化感水稻可抑制单子叶和双子叶植物[63]。水稻品种“PI312777”对莴苣有强烈化感作用[64]。Chung I. M. 等[65]研究结果表明水稻品种“G in shun ”、“Kasarwala mundara ”、“Philippine 2”和“J uma 10”化感表现颇佳。Ahn J. K. 等[66]研究结果表明“Janganbyeo ”水稻品种谷壳温水抽提液对稗草苗的抑制率达75%, 干物质抑制率达96%。Jensen L. B. 等[67]用粳型旱稻品种“IAC165”和籼型水稻品种“CO39”杂交后代142个自交系研究化感基因的Q TL 定位结果表明“, IAC165”对稗草有强烈化感作用, 而“CO39”则表现很弱, 说明化感与根系形态遗传无关,4个主效应Q TL 分布于3条染色体上, 可综合解释35%的酚类
(籼稻) 和(粳稻) 杂交DH 群体123个DH 株系幼苗含量差异。曾大力等[17]研究了“窄叶青8号”“京系17”
第1期骆世明:
农业生态学研究的主要应用方向进展3叶片水提液对莴苣根系生长的抑制作用, 并通过Q TL 分析检测到4个与水稻化感作用相关位点分别在第3、9、10和12条染色体上。何华勤等[18]研究水稻7叶龄对莴苣化感作用受加性效应的影响结果表明,3～6叶期由显形效应控制,5叶、8叶期加性和显性效应均有作用且以显形为主, 呈现间断表达的遗传特点, 水稻化感作用受基因型和环境相互效应的影响较大。孔垂华等[19]报道糖甙间烃基苯可作为快速测定标记评价水稻品种及单株化感潜力的次生化合物。
2. 3 作物病虫抗性的化学生态学研究
植物对微生物入侵的化学抗性物质可被诱导产生。真菌结构中不饱和脂肪酸如花生四烯酸、亚麻酸亚油酸、油酸和细菌hrp 基因产物均可成为生物诱导剂。水杨酸、二氯异烟酸、二氯异烟酸酰胺、苯并噻重氮(B TH ) 也可诱导小麦、NaCl 、草酸、马粪浸液、聚氨水稻和烟草等对多种病原产生抗性。噻菌灵、HCl 、SiO 2、
基葡聚糖和诱导素均可作为非生物诱导剂, 诱导作物对不同真菌、细菌和病毒病害的抗性[20]。何水林等[21]研究结果表明0. 5～4mmol/L 浓度外源水杨酸处理辣椒叶片, 可诱导对倍半萜环化酶基因的转录并表达出酶活性(但其酶活性较低且于处理后36h 表达) 。茉莉酮酸可诱导利马豆产生水杨酸甲酯和E 24,82二甲基21,3,72壬三烯, 且对螨的天敌———捕食螨有吸引作用[22]。刘勇等[23]蚜对天敌燕麦蚜茧蜂的吸引作用低于它们和寄主植物的复合体, 学作用而不是靠视觉, 2222酮、62甲基252己烯222醇、顺232己酰2醋酸酯以及水杨酸甲酯, 。张茂新等[24]、倍半萜及其醇和酮的衍生物, 对小菜蛾、。
3 、动物粪便、缓释控释肥和稀土微肥的利用研究进一步深化, 有关沸石、草炭、风化煤和污水厂污泥等新肥料资源开发利用陆续见诸报道。在维持土壤肥力和植物营养方面既增产, 又减少生态环境成本的方法体系正逐步形成。蔡燕飞等[25]研究表明利用自制化学熟化剂和生物熟化剂联合处理稻草比单使其中任一方法均好, 红外光谱分析结果表明二者联用后稻草酚羟基、醇羟基和甲基含量降低, 取代芳香环增加, 氧化缩合作用增强。张秋英等[26]试验研究盆栽大豆结果表明, 施用正常施肥量1/2的缓释控释肥料可增产21. 9%。宋轩等[27]试验研究盐碱土盆栽水稻结果表明, 加入2%～4%草炭或风化煤后可提高水稻根系活力, 改善土壤养分供应, 增加水稻产量。李华兴等[28]试验研究花岗岩发育赤红壤中混合沸石0. 7～1. 3g/kg 土盆栽玉米结果表明, 沸石可提高玉米吸收N 、P 和K 量, 促进植株生长, 用15N 示踪技术测定结果表明N 利用率可提高28. 8%～60. 0%。张雪英等[29]研究利用污水处理厂厌氧消化脱水的污泥与甘蔗渣以1∶3体积混合通风堆肥的熟化过程。蔡燕飞等[30]研究发现田间小区连作种植番茄其感青枯病率达100%, 而施用由工业废弃物资源改性和发酵加工成的有机肥料0. 5～1kg/m 2后, 可调节土壤微生物群落, 使青枯病发病率降至39%～50%。
4 农业生态系统与农田生态系统模式构建
近年来我国与其他发展中国家有关农业生态系统和农田生态系统模式的研究较活跃, 包括各种农业地貌如湿地、水田、旱地、平原和丘陵坡地、山地等, 涉及了模式结构和功能且有一些较长期的研究结果, 不少模式已引起政府的重视和农民的欢迎。朱鹤健等[31]研究了我国闽东南特色生态农业模式, 包括山地果2草2牧、农田粮2经2饲和庭院畜2沼2菌等模式。黄道友等[32]研究了湖南省岩溶山区雨养旱作农业模式, 包括山地林果药粮立体开发模式、丘岗区粮猪沼果综合开发模式、湿地粮经牧渔综合开发模式、城郊区城市服务型模式和工矿区环境治理集约经营模式。方创琳等[33]研究了我国长江上游三峡库区不同类型地区高效生态农业发展模式, 包括沿江河谷区(海拔高度175～300m ) 果2粮2菜2猪2沼2鱼水陆循环模式、浅山丘陵区(海拔高度300～500m ) 柑橘2粮2经2畜2桑2沼共生互惠模式、低山区(海拔高度500～800m ) 林2粮2油2薯2草2畜水土保持型模式、中高山区(海拔高度800m ) 干果2药2茶2烟2菜2草名优土特模式和庭院果2花2禽2沼小循环模式等。Merada I. 等[68]研究了墨西哥传统高畦深沟系统近年因利用污水灌溉导致其盐碱化过程, 土壤类脂成分呈垂直分布特点, 且与水分关系密切。朱洪光等[34]研究了江苏省盐城海滩涂草基鱼塘模式, 即堤边和塘内种植芦苇, 冬季排水后种植牧草, 可改良海滩涂盐土并产生良好的经济效益,1999年利润率达22. 86%。黄毅斌等[35]系统研究我国南方稻2萍2鱼体系,8年试验表明稻2萍2鱼体系鱼产量达4000～9800kg/hm 2, 稻田减少
4中国生态农业学报第13
卷化肥用量50%～60%, 减少农药用量30%～50%, 比常规稻略增产, 土壤N 、P 、K 含量增加15. 5%～38. 5%, 水稻病虫草害减少40. 8%～99. 5%, 土壤CH 4排放量减少34. 6%。曹志强等[36]研究我国北方稻田养鱼, 对照水稻纹枯病发病率为8. 5%, 稻田养鱼处理发病率为4. 7%。黄璜等[37]研究湿地稻2鸭复合系统CH 4排放规律结果表明, 稻田养鸭早稻生育期间CH 4排放总量为5. 517g/m 2, 传统栽培则为9. 89g/m 2, 养鸭后土壤氧化还原电位增加15. 3mV , 还原物质总量下降0. 365cmol/kg 。华北太行山前平原引种苜蓿或配施玉米秸秆是重要的生产模式[38]。华北平原农林间作系统的林木遮蔽效果显著[39]。王静等[40]研究了年降雨量仅250～550mm 西北半干旱地区实施由集水工程、沼气池与新型日光室组成的联体模式, 可实现富集雨水、节约用水、提高夜温、降低空气湿度、减少病虫害和供给CO 2并最终提高作物产量。大棚日光温室种植2设施畜牧养殖2沼气发酵2厕所构成的“四位一体”模式[41]、关中地区小麦2棉花2辣椒2玉米立体组合模式[42]的研究均受到有关学者和科研人员的关注。尼泊尔从1993～1994年开始实施坡地Agroforestry 计划, 1998年采样分析表明该坡地模式土壤肥力未显著提高, 但提高了经济收益[69]。肯尼亚西部坡地实施猪屎豆+印度田菁、木豆+西非灰白豆模式可相互利用不同层次土壤N 素[70]。研究结果表明玉米2银合欢模式系统较少受到玉米螟袭击, 条状种植银合欢的玉米坡地虽少种25%玉米, [71]。冯耀宗[43]归纳总结云南省1层1个物种(橡胶或茶叶) 、2层2个物种(橡胶茶叶, 23层3个物种(橡胶2萝芙木2千年健) 和5层100多个物种(人工雨林) , 系统生物量和生产力提高, 小气候稳定性增加, 。孙辉等[44]研究四川省宁南山区15°～38°(, 植物篱之间距离4～6m ) 5年后, 该土壤有机质和N 、P 、K 含量提高, 5 节水、Brye K. R. 等[72]Plano 沙壤土利用张力水分平衡测定仪测定分析比较恢复草地、免耕和深耕玉米结果表明, 免耕和深耕相比产量相似, 但免耕土壤水分含量提高, 排水减少, 更符合农业可持续发展的需要。李华兴等[45]研究我国南方双季稻少耕和免耕效应结果表明, 少耕综合效果较好。兰州大学国家干旱农业生态实验室对年降水量415mm 半干旱黄锦土大田地膜覆盖种植春小麦研究结果表明, 全生育期覆盖薄膜对产量和N 效率提高无实际意义[46]。甘肃省定西唐家堡试验研究结果表明, 最佳地膜覆盖时间为种植始40～60d , 过长时间覆盖地膜可抑制作物根系发育, 作物蒸散量和水分利用效率下降, 并影响产量[47]。杜尧东等[48]研究辽宁省春小麦喷灌效果结果表明, 春小麦冠层截留水量达25%～30%, 冠层下方水均匀度提高10. 1%～12. 7%, 喷灌水分飘移蒸发损失占总水量的20%～25%。王克勤等[49]研究金矮生苹果水分利用效率结果表明, 土壤含水量为田间持水量的50%时, 其水分利用效率最大。
6 生态农业与有机农业
国际上针对工业化农业的新型替代农业探索步伐一直未停顿。欧洲和澳洲对“生物动力学农业”和“有机农业”效应进行了长期探索[73]。Daglaard T. 等[74]研究了丹麦某流域分3个阶段实施传统养殖转换为有机养殖的过程。国外从工业化农业向有机农业生产转变以及对立法和消费者的影响研究值得我们重视与借鉴。国外学者还提出“自然系统农业”概念, 认为农业应当模仿自然草原, 以多年生植物为主构成稳定的自然进化系统不用翻耕, 具备多样性、丰富性和高产特性, 在驯化野生物种使其高产的同时, 应保持物种多年生的特点[75]。人们甚至提出培育多年生小麦替代1年生小麦的可行性[76]。中国生态农业如何适应规模化、企业化和市场化的大环境已成为有关专家学者关注的热点。伍世良等[50]认为中国生态农业建设有5个基本问题, 即面临经济规模、农民接受程度、市场、资金和可持续发展的挑战。徐保根[51]讨论了生态农业产业化经营问题, 提出生态农业实行区域化布局、专业化与规模化生产、贸工农和农工商一体化经营的构想, 产业化经营模式包括农村专业技术协会+农户、加工企业+基地农户、专业市场+农户、农场+农户、企业家+农户、合作经济组织+农户、公司+农户、股份制企业、股份合作制企业、现代农业企业集团、中介组织+农户、采购公司+农户等形式。山东省西单村依据景观生态学开展庭院生态工程、街道美化与沼气建设工程、河道治理工程和环村林建设工程等, 使资源利用效率、生态效益和经济效益均显著提高[52]。郑昭佩等[53]研究指出生态旅游农业应以农业生产为基础、以旅游经营为重点, 效益高而风险低。
7 我国未来农业生态学研究的重点
我国未来农业生态学的研究尚有许多挑战性的领域待开拓。我国生态农业研究与国际类似研究相比
第1期骆世明:农业生态学研究的主要应用方向进展5尚缺乏由旧农业模式向新农业模式转变的规律探讨, 且缺乏对不同农业模式长期对比研究以及对失败模式的调研。目前退耕还林、退田还湖及绿化恢复的长期效果值得进一步追踪研究。除开展农业景观水平有关结构变化研究外, 农业景观水平能流与物流的研究急需加强。我国农业生态系统的能流研究也亟待加强。化学生态学向农业的渗透研究领域, 将对揭示和利用生物间相互关系, 建立合理生物群体结构, 减少农业化学用品使用量产生更重要的作用。农业生物多样性规律的揭示和利用为重要研究方向, 应加强研究不同作物构成的多样性和品种生态型多样性, 注重利用菌根、K 细菌、放线菌等微生物与蚯蚓和青蛙等动物, 注重利用杂草、覆盖作物等植物的多样性。转基因作物的生态安全与检测问题将成为未来基础研究和实践需求的重点。健康食品生产也是社会关注的焦点, 依据生态学制定有机食品、绿色食品和无公害食品的生产标准研究亟待进一步加强。在农业污染的生态学研究中有害物质和过量元素富集植物已引起人们的关注, 但需加大研究培育低吸收的作物品种。我国农业生态学有关计算机系统分析和相应软件研究的自主创新性、系统集成度、稳定性和广适性尚待加强。农业生态学中自然科学与社会经济学科的交叉研究也须强化, 这是解决我国生态农业企业化、政府经济政策与相关立法和社会接受程度问题等的必要途径。
参 考 文 献
1 刘德广, 熊锦君等. 荔枝2牧草复合系统节肢动物群落多样性与稳定性. ,20012 韩宝瑜, 江昌俊等. 间作密植和单行茶园节肢动物群落组成差异. (4) 3 冯耀宗. 生物多样性与生态农业. 中国生态农业学报,2002(:57
4 李海潮, 苏新宏等. . ,2002,22(12) :2096～2103
5 蔡燕飞, 廖宗文等. . 应用生态学报,2003,14(3) :349～353
6 胡艳霞, 孙振钧等. . 应用生态学报,2003,14(2) :296～300
7 于富强, 刘培贵. . 生态学报,2002,22(12) :2217～2226
8 何兴元, 吴清风等. . 应用生态学报,2001,12(6) :876～878
9 冯 固, 张福锁. 丛枝菌根真菌对棉花耐盐性的影响研究. 中国生态农业学报,2003,11(2) :21～24
10 黄 艺, 陈有监等. 污染条件VAM 玉米元素累积分布与根际重金属形态变化的关系. 应用生态学报,2002,13(7) :859～862
11 吴洪生, 陈佳宏等. 钾细菌制剂对土壤钾素的影响探讨. 中国生态农业学报,2003,11(3) :92～9412 胡江春, 薛德林等. 大豆连作障碍研究Ⅲ. 海洋放线菌MB 297促进连作大豆增产机理. 应用生态学报,2002,13(9) :1095～1098
13 韩丽梅, 沈其荣等. 大豆地上部水浸液的化感作用及化感物质的鉴定. 生态学报,2002,22(9) :1425～1432
14 阮维斌, 王敬国等. 连作障碍因素对大豆养分吸收和固氮作用的影响. 生态学报,2003,23(1) :22～29
15 孔垂华, 黄寿山, 胡 飞. 胜红蓟化感作用研究Ⅴ. 挥发油对真菌、昆虫和植物的生物活性及其化学成分. 生态学报,2001,21(4) :58416 胡 飞, 孔垂华. 胜红蓟化感作用研究Ⅵ. 气象条件对胜红蓟化感作用的影响. 应用生态学报,2002,13(1) :76～80
17 曾大力, 钱 前等. 水稻化感作用的遗传分析. 科学通报,2003,48(1) :70～73
18 何华勤, 林文雄等. 水稻对受体植物化感作用的遗传生态学研究. 应用生态学报,2002,13(12) :1282～1286
19 孔垂华, 徐效华等. 以特征次生物质为标记评价水稻品种及单植株的化感潜力. 科学通报,2002,47(3) :203～206
20 王生荣, 朱克恭. 植物系统获得抗病性研究进展. 中国生态农业学报,2002,10(2) :32～35
21 何水林, 林文雄等. 外源水杨酸对辣椒倍半萜环化酶基因表达及抗氧化酶系统的作用. 应用生态学报,2002,13(5) :569～572
22 严善春, 张丹丹等. 植物挥发性物质对昆虫作用的研究进展. 应用生态学报,2003,14(2) :310～313
23 刘 勇, 胡 萃等. 不同营养层次挥发物对燕麦蚜茧蜂寄主搜寻行为的影响. 应用生态学报,2001,12(4) :581～584
24 张茂新, 凌 冰. 薇甘菊挥发油的化学成分及其对昆虫的生物活性. 应用生态学报,2003,14(1) :93～96
25 蔡燕飞, 廖宗文等. 化学2生物发酵联用技术对稻草腐熟的效果及红外光谱研究. 应用生态学报,2003,14(8) :1269～1272
26 张秋英, 刘晓冰, 金 剑等. 缓释、控释肥料对大豆植株养分吸收及产量的影响. 中国生态农业学报,2002,10(4) :48～50
27 宋 轩, 曾德慧等. 草炭和风化煤对水稻根系活力和养分吸收的影响. 应用生态学报,2001,12(6) :867～870
28 李华兴, 李长洪, 张新明等. 沸石对土壤养分生物有效性和土壤化学性质的影响研究. 应用生态学报,2001,12(5) :743～745
29 张雪英, 周立祥, 沈其荣等. 城市污泥强制通风堆肥过程中的生物学和化学变化特征. 应用生态学报,2002,13(4) :467～470
30 蔡燕飞, 廖宗文, 章家恩等. 生态有机肥对番茄青枯病及土壤微生物多样性的影响. 应用生态学报,2003,14(3) :349～353
31 朱鹤健, 程 炯. 闽东南特色农业生态模式研究. 自然资源学报,2002,17(3) :313～318
32 黄道友, 王克林等. 湖南省不同高效生态农业模式研究. 中国生态农业学报,2002,10(4) :121～124
33 方创琳, 冯仁国等. 三峡库区不同类型地区高效生态农业发展模式与效益分析. 自然资源学报,2003,18(2) :228～234
34 朱洪光, 钦 佩. 海涂的草基鱼塘模式研究. 生态学报,2002
,22(8) :1333～1338
35 黄毅斌, 翁伯奇等. 稻2萍2鱼体系对稻田土壤环境的影响. 中国生态农业学报,2001,9(1) :74～76
36 曹志强, 梁知洁等. 北方稻田养鱼的共生效应研究. 应用生态学报,2001,12(3) :405～408
37 黄 璜, 杨志辉等. 湿地稻2鸭复合系统的CH 4排放规律. 生态学报,2003,23(5) :929～934
38 王智平, 刘爱民. 太行山前平原农牧结构模式评价与配套技术体系. 自然资源学报,2001,16(2) :166～171
6中国生态农业学报
39 王 颖, 崔建州等. 农林间作系统林木遮荫及其对产量的影响. 中国生态农业学报,2003,11(2) :107～110
40 王 静, 李召祥等. 集水工程、沼气池与新型日光室联体构筑的研究. 应用生态学报,2001,12(1) :51～54
41 徐福利, 梁银丽. 黄土高原区“四位一体”高效设施农业模式研究. 中国生态农业学报,2003,11(3) :139～141
42 张淑莲, 陈志杰等. 麦2棉2辣2米立体组合模式及效益探讨. 中国生态农业学报,2003,11(3) :134～136
43 冯耀宗. 物种多样性与人工生态系统稳定性探讨. 应用生态学报,2003,14(6) :853～857
44 孙 辉, 唐 亚等. 等高固氮植物篱模式对坡耕地土壤养分的影响. 中国生态农业学报,2002,10(2) :79～82
45 李华兴, 卢维盛等. 不同耕作方法对水稻生长和土壤生态的影响. 应用生态学报,2001,12(4) :553～556
46 李世清, 李凤民等. 半干旱地区地膜覆盖对作物产量和氮效率的影响. 应用生态学报,2001,12(2) :205～209
47 王 俊, 李凤民等. 地膜覆盖对土壤水温和春小麦产量形成的影响. 应用生态学报,2003,14(2) :205～210
48 杜尧东, 王 建等. 春小麦田喷灌的水量分布及小气候效应. 应用生态学报,2001,12(3) :398～400
49 王克勤, 王斌瑞等. 金矮生苹果水分利用效率研究. 生态学报,2002,22(5) :723～728
50 伍世良, 邹桂昌, 林健枝. 论中国生态农业建设的五个基本问题. 自然资源学报,2001,16(4) :320～324
51 徐保根. 生态农业产业化经营浅析. 中国生态农业学报,2002,10(1) :110～112
52 卢兵友. 典型农村景观生态工程建设效益分析———以山东省西单村为例. 自然资源学报,2001,6(1) :54～58
53 郑昭佩, 刘作新. 生态旅游农业及其在我国的发展. 中国生态农业学报,2002,10(1) :127～129
54 Zhu Y ouyong , et al . G enetic diversity and disease control in rice. Nature ,2000,406(5797) :718～722第13
卷
55 Larink O. ,Werner D. , et al. Regeneration of compacted soil aggregates by ,2001,33(5) :395～40156 Shuster W. D. ,Subler S. ,McCoy E. L. Deep 2burrowing earthworm the of organic carbon in a chisel 2tilled soil. Soil Boil. Biochem. ,2001,33(7～8) :983～996
57 Materechera S. A. Nutrient availability and maize growth in casts from a Wouth African indigenous species. Bioresour. Technol. , 2002,84(2) :197～201
58 Bagayoko M. , G eorge E. , et and phosphorus on growth and nutrient uptake of millet , cowpea and sorghum on the West ,134(4) :399～407
59 Caamal Maldonado J. , J. J. , Torres Barragan A. , et al. The use of allelopathy legume cover and mulch species for weed control in cropping systems. Agron. J. ,2001,93(1) :27～36
60 Mattner S. W. ,Parbery D. G. Rust enhanced allelopathy of perennial ryegrass against white clover. Agron. J. ,2001,93(1) :54～5961 Zeng R. S. ,Luo S. M. , Shi Y. H. , et al. Physiological and biochemical mechanism of allelopathy of secalonic acid F on higher plant. Agron. J. ,2001,93(1) :72～29
62 Zeng R. S. ,Luo S. M. ,Shi M. B. , et al. Allelopathy of Aspergill us japonicus on crops. Agron. J. , 2001,93(1) :60～64
63 Olofsdotter M. Rice -a step toward use of allelopathy. Agron. J. ,2001,93(1) :3～8
64 Ebana K. , Y an W. , Dilday R. H. , et al. Variation in the allelopathic effect of rice with water soluble extracts. Agron. J. ,2000,93(1) :1265 Chung I. M. , Ahn J. K. , Yun S. J. Assessment of allelopathic potential of barnyard grass (Echinachloa crusgalli ) on rice (Oryza sativa L. ) cultivars. Crop Prot. ,2001,20(20) :921～928
66 Ahn J. K. ,Chung I. M. Allelopathic potential of rice hulls on germination and seedling growth of barnyard grass. Agron. J. ,2000,92(6) :1162～1167
67 Jensen L. B. ,Coutois B. ,Shen L. , et al. Locating genes controlling allelopathic effects against barnardgrass in upland rice. Agron. J. ,2001, 93(1) :21
68 Merada I. , G arcia Calderon N. , et al . Composition of soil lipids in two chinampas agroecosystems from X ochimilco and Tlahuac municipali 2ties , Mexico. Commun. Soil Sci. Plant Anal. , 2000,31(7～8) :1003～1016
69 Neupane R. P. , Thapa G. B. Impact of agroforestry interverntion on soil fertility and farm income under the subsistence farming system of the middle hills , Nepal. Agri. Ecosys. Enviran. , 2001,84(2) :157～167
70 G athumbi S. M. ,Ndufa J. K. , et al . Do species mixtures increase above and belowground resource capture in woody and herbaceous tropical legumes. Agron. J. ,2002,94(3) :518～526
71 Ogol C. K. P. O. , Spence J. R. , K eddie A. Maize stem borer colonization , establishment and crop damage levels in a maize 2leucaena agro 2forestry system in K enya. Agri. Ecosyst. Environ. ,1999,76(1) :1～15
72 Brye K. R. , Norman J. M. , et al . Nitrogen and carbam leaching in agroecosystems and their role in denitrification potential. J. Environ. Qual. , 2001,30(1) :58～70
73 Mader P. , et al . Soil fertility and biodiversity in organic farming. Science ,2002,296(5573) :1694～1697
74 Daglaard T. , et al . Potential N 2losses in three scenarios for conversion to organic farming in a local ara of Denmark. Eur. J. Agron. ,2002, 16(3) :207
75 Jackson W. Natural systems agriculture :atruly radical alternative. Agric. Ecosyst. Environ. ,2002,88(2) :111～117
76 Scheinost P. L. , et al. Perennial wheat :thedevelopment of a sustainable cropping system for the U. S. Pacific Northwest. Am. J. Altern. Agric. ,2001,16(4) :147～151