中国粮食主产区农田生态健康问题与技术对策探讨

第２９卷第１期

农业现代化研究

Ｖ０１．２９Ｎｏ．１

２００８年１月

ＲＥＳＥＡＲＣＨ

ＯＦＡＧＲＩＣＵＬＴＵＲＡＬ

ＭＯＤＥＲＮＩＺＡＴＩＯＮ

Ｊａｎ．２００８

中国粮食主产区农田生态健康问题与技术对策探讨

高旺盛，陈源泉，段留生，李建民

（中国农业大学农学与生物技术学院。北京

１０００９４）

摘

要：粮食问题是关系我国国民经济发展和全面建设小康社会的重大战略ｆ．ｑ题，我国人多地少的国情决定了必须走持续提高粮

食单产的道路，但是高产再高产过程带来了农田生态系统的压力不断增加，农田生态系统结构破坏、功能退化甚至破坏的态势日益严峻，严重制约了作物生产力的持续提高。如何构建健康型高产农田生产系统是我国粮食安全战略实施急需解决的重大保障技术。本文在对分析中国农业生态健康研究动态及进展的基础上，针对我国农田生态健康存在的问题，从作物一土壤一环境的系统角度出发，构建我国健康型农田生态系统的技术支撑体系，并提出了技术对策与研究重点。关键词：粮食主产区；高产农田；生态健康

中图分类号：Ｓ１８１

文献标识码：Ａ文章编号：１０００—０２７５（２００８】Ｏｌ一００８９—１３４

ＩｓｓｕｅｓａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃＣｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｓｆｏｒＥｃｏｌｏｇｉｃａｌＨｅａｌｔｈ

ｏｆ

ＣｒｏｐｐｉｎｇＳｙｓｔｅｍｉｎ

Ｍａｉｎ

ＦｏｏｄＰｒｏｄｕｃｔｉｏｎＡｒｅａｓｏｆＣｈｉｎａ

ＧＡＯＷａｎｇ—ｓｈｅｎｇ，ＣＨＥＮＹｕａｎ—ｑｕａｎ，ＤＵＡＮＬｉｕ－ｓｈｅｎｇ，ＬＩＪｉａｎ－ｍｉｎ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＡｇｒｏｎｏｍｙａｎｄＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｉｎａ，ＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ，１０００９４Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔｓ：Ｆｏｏｄｓｅｃｕｒｉｔｙｉｓａ

ｋｅｙｓｔｒａｔａｇｅｍ

ｄｅｍａｎｄｆｏｒＣｈｉｎａ’Ｓｎａｔｉｏｎａｌｅｃｏｎｏｍｉｃｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄｗｅｌｌ—ｏｆｆｓｏｃｉｅｔｙ

ｂｕｉｌｄｉｎｇ．

Ａｎｄｂｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅ

ｍａｊｏｒｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓｏｆｉｎａｄｅｑｕａｔｅｗａｔｅｒａｎｄｌａｎｄ

ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，

ａｓ

ｗｅｌｌａｓｔｈｅｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆ

ｍｏｒｅｐｅｏｐｌｅｉｎＣｈｉｎａ，ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｔｈｅｐｅｒｕｎｉｔａｒｅａ

ｙｉｅｌｄｉｓ

ａ

ｋｅｙｗａｙ

ｔｏｅｎｓｕｒｅ

ｔｈｅｆｏｏｄ

ｓａｆｅｔｙ．Ｂｕｔｗｉｔｈｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓ

ｏｆｓｅｅｋｉｎｇｈｉｇｈ

ａｎｄ

ｈｉｇｈｙｉｅｌｄ，ａｇｒｅａｔｐｒｅｓｓｗａｓｐｕｔ

ｏｎ

ｃｒｏｐｌａｎｄｅｃｏｓｙｓｔｅｍｉｎＣｈｉｎａｍａｉｎｆｏｏｄｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ

ａｒｅａｓ，

ｗｈｉｃｈｒｅｓｕｌｔｉｎｓｏｉｌ

ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ

ｄｅｓｔｒｏｙｉｎｇ，ａｎｄｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｆｕｎｃｔｉｏｎｓｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｉｎｃｒｏｐｐｉｎｇｅｃｏｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄｔｈｅｃｒｏｐ

ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅｉｎｃｒｅａｓｅｄｗａｓｒｅｓｔｒｉｃｔｅｄ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｈｏｗ

ｔｏ

ｂｕｉｌｄ

ａ

ｈｅａｌｔｈｙｈｉｇｈ—ｙｉｅｌｄｃｒｏｐｐｉｎｇ

ｅｃｏｓｙｓｔｅｍｉｓ

ａ

ｖｉｔａｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｔａｃｔｉｃｆｏｒｆｏｏｄ

ｓａｆｅｔｙ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｂａｓｅｄ

ｏｎ

ｔｈｅｌｉｔｅｒａｔｕｒｅａｎａｌｙｓｉｓｏｎ

ｔｈｅｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈ

ａｒｅａｓ

ｒｅｌａｔｉｎｇａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌｅｃｏｓｙｓｔｅｍｈｅａｌｔｈ，

ａｎｄａｉｍｅｄ

ａｔ

ａｄｄｒｅｓｓ

ｔｈｅｕｎｈｅａｌｔｈｙｉｓｓｕｅｓｅｘｉｓｔｉｎｇ

ｉｎ

ｔｈｅｃｒｏｐｐｉｎｇ

ｅｃｏｓｙｓｔｅｍｉｎＣｈｉｎａｍａｉｎｆｏｏｄｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎａｒｅａｓ，ｗｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｎｇａ

ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

ｆｒａｍｅｗｏｒｋ

ｔｏｂｕｉｌｄ

ａ

ｈｅａｌｔｈｙｈｉｇｈ—ｙｉｅｌｄ

ｃｒｏｐｐｉｎｇｓｙｓｔｅｍ

ｉｎｔｈｅａｎｇｌｅｏｆ

ｃｒｏｐ—ｓｏｉｌ－ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｋｅｙｓｔｏｎｅｓａｎｄｔｈｅｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓ

ｗｅｒｅｐｕｔｆｏｒｗａｒｄｉｎｔｈｉｓｆｒａｍｅｗｏｒｋ．Ｋｅｙ

ｗｏｒｄｓ：ｍａｉｎｆｏｏｄｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎａｒｅａｓ；ｃｒｏｐｌａｎｄｏｆｈｉｇｈｙｉｅｌｄ；ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｈｅａｌｔｈ

１中国农田生态系统健康研究动态

系统运转功能，具有抵抗各种自然灾害和社会经济风险的能

力，提供有效的系统服务功能，满足所有受益者的合理目标要２０世纪９０年代后。随着人类生存环境问题的日益尖求，同时对邻近生态系统不产生负面压力”（４１。从农田尺度，有

锐，生态系统健康研究逐渐成为国际上一个新的研究领。我国学者认为健康的农田生态系统农田有着合理的作物组分、有在农田生态健康的研究尚处于初步阶段，目前的研究探讨主要效的农作方式，能够高效持续地为人类提供健康有益的生活、是从农业生态系统健康的角度开展的。从其概念内涵的界定生产来源，并和谐地融为自然生态系统的一部分围。

上，有学者认为农业生态系统健康指具有良好的生态环境、健对系统健康的评价，有学者提出了一套基本可以定量化

康的农业生物、合理的时空结构、清洁的生产方式、以及具有适

的农业生态系统健康指标体系，即生物学指标（生物生产力、度的生物多样性和持续农业生产力的一种系统状态或动态过

生物多样性指数、病虫害指数及生物入侵风险指数等），环境

程，其包括：农业生物健康、土壤健康、农业水环境健康、大气环学指标（土壤肥力水平、生物多样性水平、环境综合污染指数、境健康、结构和谐、生产力持续及生产安全等Ⅲ；使农业生态系无害化和资源化利用程度等），生态经济学指标（自然资源综

统免受发生“失调综合症”、处理胁迫的状态和满足持续生产农合利用率、农业产投比和农产品质量水平）来评价农业生态系

产品的能力１２１。健康的农业生态系统主要是指那种能够满足人

统健康”］。针对具体生态系统类型，目前研究有探索了黄土高类需要而又不破坏甚至能够改善自然资源的农业生态系统，其

原流域农业生态经济系统健康诊断方法，并建立了评价指标

目标是高产出、低投入、合理的耕作方式，有效的作物组合，农体系问；从系统结构（资源可供性、资源可取性、结构完整性、结

业与社会的相互适应、良好的环境保护与丰富的物种多样性等构多样性）、生产功能（生产力、生产效率、生产效果、公平性与［３】。也有学者从区域尺度上认为，农业生态系统健康表现为“根公正性）、抗逆性（自生产力、稳定性、恢复力、响应力、）三个方据区域资源状况特点，形成合理的农业生产结构，保持良好的

面对山东禹城市农业生态系统进行健康评价川；从活力、组织

基金项目：“十一五”国家科技支撑计划课题《粮食主产区农田生态健康管理关键技术研究与示范》（编号：２００６ＢＡＤ０２Ａ１５）。作者简介：高ＲＥ盛（１９６３—１，男，甘肃天水人，教授，博士，主要研究方向为宏观农业及区域农业。

收稿日期：２００７—０１—１８；修回日期：２００７—０９—２９

万　

方数据

９０

农业现代化研究

第２９卷

结构和恢复力３方面选择单位面积农业净产值、农民人均纯收入、土地人口承载度、人口密度、植被覆盖度、农业支出比例等１７个指标，在区域尺度上对西部地区农业生态系统进行健康评价【８】。针对农田生态系统尺度的研究较少，有学者利用层次分析法，从结构指标、环境指标、生产力指标、持续力指标和

管理指标初步建立起农田生态系统健康评价指标体系，并给出了评价指标标准１９ｌ，也有以关键指标评价法，以武川县为例，选择水分、生物量、幅宽等代表性指标，分析了不同作物覆盖

下农田生态健康指数，对北方农牧交错带农田生态系统健康

评价【…。

从农田生态健康技术研究方面，我国虽然没有人开展系

统的研究，但有学者研究了施用生物有机肥（ＢＯＦ）对连作土壤番茄青枯病发生率和土壤微生物群落的影响，证明施用ＢＯＦ能使土壤防病能力和健康水平提高…１；通过研究蚯蚓对土壤中杀虫剂的回避行为，建立了一种用于土壤健康质量快速诊断的装置和方法【１２１；对甘肃清水县小泉乡麦田土壤线虫种群进行

了探索性调查分析，结果表明多年连续种植小麦会引起的严

重土壤健康问题。另有大量的研究表明，采取少免耕方法能够提高农田生物多样性，从而减少农药施用量，提高农产品的安全性【１３】。此外间套、复作，立体种养，水肥耦合，病虫草害综合防治等等，也有益于农田生态系统的健康【ｌ“８１。

总体来说，我国关于农田生态系统健康的研究主要集中于对系统健康程度的评价与诊断上，对关键技术的重视不够，需要针对不同区域农田生态系统类型开展关键技术攻关与集成。

２中国高产农田生态健康问题

在我国粮食生产的区位分布中，位于东北平原、华北平原、长江中流域平原（上游成都平原和中下游平原）的吉林、黑

龙江、辽宁、河南、山东、河北、湖南、江苏、湖北、江西、四川等

省一直是我国粮食生产的主产区，合计耕地面积占全国５５％，粮食播种面积均占全国的５８％，粮食产量占全国的５３％，粮食

商品量占全国的９５％以上，为国家提供了大量的商品粮。

确保粮食安全是我国农业可持续发展永恒的主题，人多地少的国情决定了必须走持续提高粮食单产的道路，但高产再高产过程对农田生态系统的压力不断增加，系统结构破坏、

功能退化甚至破坏的态势Ｅｔ益严峻，严重制约了作物生产力的持续提高。主要体现在：

２．１

土壤生态障碍因子明显

近几十年来，三大作物主产区生产条件改善、化肥农药广

泛使用和农业新技术投入，极大地提高了粮食产量。但是在高

度集约化的三大作物高产区，制约生产力持续提高的土壤生

态障碍因素依然存在，而且有加剧的趋势。普遍突出表现在：土壤结构恶化、功能退化、养分失衡等。长江流域平原水稻集

中高产区，农田土壤潜育化、通透性差等问题突出；华北平原小麦玉米两熟高产区土壤耕层变浅、养分不均衡、农田土壤结

构不良；东北平原玉米高产区土壤有机质加速下降、耕层变

薄、土壤功能退化等问题普遍。这些生态障碍因素导致三大作物粮食面临超高产突破难且重现性差、资源消耗大且效率低、技术和经济产投比低等一系列共性难题。

２．２农田污染问题日渐凸现

万　

方数据在三大作物高产区，农田生态环境问题突出，威胁到农业持续发展、食物安全性和人民健康。主要表现在：①长期大量和不合理使用化肥，造成农田土壤退化严重，生产力减低，品质下降。高产再高产过程对施肥的依赖度不断提高，导致农田养分产投效益递减，更重要的是过量的化肥投入导致农田生态压力不断增加，尤其是全国主要粮食主产区污染问题日渐

突出。有研究表明，东北三省农田化肥用量随时间的增加而增大，与８０年代相比，２００２年由东北三省农田土壤总氮平衡和总磷平衡进入水体环境的氮、磷负荷均有所增加。华北平原高产农田土壤中硝态氮含量从小麦冬灌后至玉米收获后持续降低，地下水中硝态氮含量持续增加，表现出农田Ｎ肥对地下水

的直接污染。全国集约化农区近年农田氮磷流失达到农业面源污染的２０％～４０％Ｅ”。②农田农药和重金属等污染有加重趋

势，影响作物生态环境安全和粮食品质。目前，我国主要农田

中有机农药残留率高达５０％～６０％，塑料残余物的年残留量高

达４０ｋｇ／ｈｍ２左右，平均残留率２０％左右㈣。

２．３

农田生物多样性减少

农用化学品使用、单一物种、长年连作等使农田生态系

统中生物多样性失调，造成病、虫、草害猖獗，有益生物减少，

高产农田生态功能受到严重威胁。集约化农业土地利用的重要结果之一是使农田生物多样性降低。有研究通过对我国５

个典型农业类型区农田生态系统多样性现状的调查结果表明，

我国主要类型农业地区的最大丰富度相差不大且普遍偏低，其中粮食高产集中的平原地区普遍低于丘陵区，平原地区自南向北递减【２１】。尤其是过度依赖化肥投入造成了农田土壤微生

物多样性的下降，有研究表明，单施化肥不但不能增加土壤的

微生物生物量，相反还表现出一种抑制作用，对土壤生物活性负面影响较为显著。

２．４作物生长健康问题突出

主要体现在作物易倒伏、徒长、早衰等不健康生长发育；单作或连作减产“综合症”、病虫草害加重；作物抗逆境能力差

等。例如在长江流域平原水稻集中高产区，水稻倒伏、结实率

低、易染病害等问题突出；华北平原小麦玉米两熟高产区作物

易倒伏和易受干旱、干热风危害等问题明显；东北平原玉米高产区玉米易倒伏、后期易受低温危害等问题普遍。这些障碍因

素是制约高产农田再高产的关键，靠常规作物生产管理技术

的改善难以有效解决。

综上所述，针对我国三大作物主产区的生态障碍因素和

环境生态问题，以高产和可持续为目标，急需从技术上重点解决高产与资源高效利用、地力持续稳定、效益持续增加等目标的协调，创建高产农田生态健康管理技术体系，以关键技术突

破和技术集成创新带动大面积可持续高产，是实施我国粮食安全技术战略的重大需求。

３中国粮食主产区农田生态健康管理技术体系构建与研究重点

农田生态系统是由农田作物与农田环境要素构成的人

工生态系统，具有第一性生产、物质能量转化、生态服务、产品

服务等功能，在全球生物圈中具有十分重要的地位。健康的农

田生态系统不仅要维持其自然的生态功能的可持续性，同时

第ｌ期高旺盛等：中国粮食主产区农田生态健康问题与技术对策探讨

９１

也要保障人类需求的可持续性。农田生态系统包括土壤生态子系统和作物子系统，土壤健康是作物健康生长的基础，而作物的健康生长又是作物优质高产的基础。农田生态系统健康

不仅需要土壤健康，也是作物生长继康，其中土壤子系统是农

田生态系统的关键和核心，其健康程度不仅直接影响到当季、当年作物的健康生长和高产优质，更是作物高产能否持续的重要基础。因此，构建健康型高产农田生态系统就是要着眼于系统的自然生态功能的保护，通过改变不合理的人为措施，依靠科学技术消除高强度的农业活动对其生态功能的负面影响。在此思路下，针对我国粮食作物高产过程中的农田土壤结构、土壤肥力、土壤理化环境以及作物健康生长控制等关键问题，我们认为，为了实现农田生态系

统健康，亟需构建科学的农田生态健康管理技术体系，要准下的土壤生态子系统和作物子系统，并实现两个子系统之间的功能互补和协调，最终创造稳定且可持续的农田系统生ＳｙｓｔｅｍＰｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ１（图１）。

健康型高产农田生态系统

戮Ｇ兹蒙翥⑨ｃ作物篡篓搿≤

诊断指标

理

清驱动因子ｌ土壤鍪嚣环境｜Ｐ镶葛鐾筹长势

非

健康

因

Ｉ土壤结构调控技术作物种群多样性构建技术

子

ｌ土壤生态恢复技术

作物生长凋控技术核心技术ｌ土壤养分均衡技术

作物生产力提升技术

Ｉ土壤微生物调节技术

图１健康型高产农田生态系统管理技术体系

然而，以往的研究过多的注重农田系统产出的效益，对生

建立农田生态系统健康程度的评价体系，对农田生态系高产农田土壤系统的健康主要面临着土壤耕层变浅、养

万　

方数据分缓冲能力与作物高产需求不相适应以及土壤有毒物质增加等问题。在传统的农业技术中，常采用深耕深松、增加施肥频次等方法解决土壤耕层变浅和土壤养分缓冲能力下降的问

题，这显然不利于保护农田生态环境和提高农业劳动生产率。

另一方面，农田土壤污染是工业发展的副产品，今后还将呈现不断增加的趋势，而传统农业技术中尚无简便有效的应对措施。因此，农田土壤系统的健康管理，亟待以控制农田退化和解决障碍土壤生产力等非健康关键因子为突破，重点研究土

壤结构对高产作物根系发育的影响及其调控，土壤对外源养

分的缓冲能力、影响因子及其调控，高产作物的养分需求特征，高产作物养分均衡供应的施肥调控等问题，攻克高产农田土壤障碍消除关键技术、土壤养分均衡调节技术等关键技术；针对高产农产重金属、农药、硝酸盐等严重影响土壤和作物健康生长生态健康的污染因素，重点研究高产健康农田土壤Ｃｄ、Ｐｂ、Ａｓ等重金属赋存形态与其生物有效性的关系，提出高产健康农田土壤Ｃｄ、Ｐｂ、Ａｓ等重金属原位化学钝化技术和生物钝化技术体系，为预防和治理高产区农田污染提供预警性技术。３．３作物健康生长的调控技术

作物生长的健康管理，涉及到农田土壤系统、作物生长

条件和人为管理措施等多方面的因素，历来是作物高产研究的重点和难点之一。传统的栽培技术，主要通过增加或限制作物养分、水分的利用来实现对作物的调控，很难改变作物体内的激素代谢方向和解决各类激素的平衡关系。针对高产条件下出现的不利于作物健康生长的因素，需要采取提高作物自身健康水平、发挥作物主动应对能力的策略，以化学信息调控技术为主要技术手段、配合传统农艺技术措施，通过调控作物体内的激素代谢及其由此定向诱导产生的各种生理生化过程，确保作物健康生长，实现三大作物持续高产、优质。重点研究三大作物高产条件下防止后期倒伏的调控技术、提高超高产杂交水稻结实率和充实度的调控技术、增强高产冬小麦越冬安全性、后期抗干热风能力的调控技术、高产玉米抗逆、减少秃尖、提高粒重、促早熟的调控技术、小麦一玉米周年化控健康高产技术等关键技术，确保作物的健康生长，增强作物对生态环境特别是逆境条件的适应能力，使作物朝着高产优质的方向发展。

３．４农田生物多样性构建技术

农田生物多样性不仅是衡量农田生态系统健康的重要技术指标，也是作物高产可持续的重要保障。随着农业集约化和产业化的发展，我国传统的农作制度正面临着严峻的挑战。怎样确保高产农田的生物多样性，是维护农田生态系统健康的技术难点之一。因此，在确保作物高产、生产高效的前提下，采用作物多样化种植技术，建设多样化的农田生态系统结构、改进当前农田生态系统多样性，是增加农田生物多样性、确保农田生态系统健康最直接和有效途径。我国传统农业以种植制度多样和精耕细作而闻名于世。在现代农业体制下，怎样在传统的间套作、轮连作等制度的基础上推陈出新，针对我国粮食主产区普遍存在农田生物结构单一，导致生物多样性下降的实际，研究发展作物高产高效、生物多样性丰富的高产农田种植制度，将极大地促进和保障农田生态系统的健康建设。

（下转第１１１页）

通过技术支撑，解决非健康因素的制约，创建达到特定健康标产力（Ｃｒｏｐｐｉｎｇ态功能退化及维护的研究针对性和系统性不强，因此，需要针对我国各大区域的农田的具体生态问题，有针对性的开展研究。逐步形成适合于我国粮食主产区的生态健康型科学技术体系。总体来说，我们认为这方面的研究重点主要包括以下几点：３．１农田生态健康诊断指标构建与评价技术

统健康和作物高产可持续发展都具有重要意义。怎样通过创新性研究、构建一个农田生态系统的健康评价体系是主要技术难点之一。农田生态系统是开放性强、集合度高的复杂系统。农田生态系统的健康与否，不仅与各子系统的健康程度直接有关，还受生态环境变化、人为措施干预等的影响。需要在参考历史资料、现有国内外研究成果和进行大面积田间调查基础上，进行大量的定位追踪研究和各种可控条件下的模拟研究，理清各项指标间关系及其与高产作物健康生长的关系，以阐明农田生态系统健康态势可控指标为突破口，重点研究作物持续高产过程中，不同类型种植制度下土壤一作物生态系统的土壤结构、土壤肥力、土壤生物等土壤健康指标以及作物群体结构、作物抗性等作物健康指标的诊断阈值及其评价技术方法，逐步形成农田生态系统健康评价模型，并通过实际检验进行不断完善和矫正。

３．２农田土壤系统的健康管理技术

箜１期邓学建等：洞庭湖杨树林及原生湿地生态环境中鸟类的群落结构

１１１

现，特别是一些剥形目鸟类、鸦鹃、松鸦、寿带鸟、灰喜鹊、虎斑化，人为的加速了湿地的消失。

地鸫等。这些鸟以往分布在洞庭湖的赤山岛、君山岛和周边林参考文献：区，当改种杨树后，纷纷光临江渚头垸，尤其在杨树林发生虫灾

［１】

邓学建．东洞庭湖冬季鸟类及其多样性分析［Ｊ】．动物学杂志，

时，上述鸟类数量明显高于周边地区。

２００１，３６（３）：５４—５６．

就局部来看，江渚头垸似乎森林鸟类有所增加，但就整个［２］邓学建，王斌，邓树德．目平湖冬季鸟类的群落结构及多样性分

洞庭湖地区来看，该地的森林鸟仅占洞庭湖区森林鸟类物种．

析《湖南师范大学学报）２０００，２３（３）：７６—７９．

数量的２１．５％，物种数量少，群落结构单调。而且，栖息于杨树【３】邓学建，王斌，米小其，等．退田还湖对洞庭湖鸟类群落的影响

林中仅仅是一些适应性较广的森林类型鸟类，而大多数林鸟

［Ｊ】．长江流域资源与环境，２００６，１５（５）：５８８—５９２．

不进入或很少进入结构单一的杨树林，特别是一些以东方田

［４］沈猷慧．洞庭湖的野鸭及其狩猎方法［Ｊ］动物学杂志，１９６０，４（５）：

２０４—２０５．

鼠为食的鹦形目种类，它们更喜欢生活在湖边的防浪林附近，

【５］邓学建，王斌．南洞庭湖冬季鸟类群落结构及多样性分析［Ｊ】．四

从不进入杨树林。

川动物，２０００，１９（４）：２３６～２３９．

由此可见，在洞庭湖种植杨树，特别是在典型的湿地环境【６］刘齐德，黄正其．洞庭湖湿地鸟类的初步研究．中国水鸟研究【Ｊ］．上

种植杨树对洞庭湖区的鸟类群落结构有着直接的负面影响。海：华东师大出版社，１９９４：１５２—１５６．

种植杨树不但使湿地陆地化，干扰了湿地生态环境的进化历

［７】邓学建，叶贻云．湖南省陆生脊椎动物及其分布特征［Ａ］．湖南生物

程，改变了湿地鸟类群落结构，而且侵占了湿地面积，减少了多样性保护国际研讨会论文集［Ｃ］．长沙：湖南林业厅，１９９７．湿地鸟类的生存空间，加大了洞庭湖湿地鸟类的生存压力。更

［８】雷

刚．东洞庭湖仲冬水禽报告［Ｊ］．湿地通讯，１９９９，９（２）：１８．

为严重的是，它还形成的了人工阻隔，使洞庭湖湿地景观破碎

【９］窦鸿身，姜加虎．洞庭湖［Ｍ］．中国科学技术大学出版，２０００．

●北・让●ＳＥ髓￡・弛●Ｓ￡●弛●驻●旺●３￡●Ｓ￡●Ｓ要・Ｓ￡●Ｓ￡●∞●Ｓ￡硝￡●Ｓ￡・Ｓ￡●５￡●Ｓ曼●Ｓ￡●Ｓ￡．呐置蚪Ｅ●Ｓ￡●Ｓ￡●Ｓ￡●Ｓ￡●Ｓ芒●Ｓ巴●Ｓ￡●Ｓ￡・Ｓ！●Ｓ￡●Ｓ芒—Ｓ芒●Ｓ芒・Ｓ芒●Ｓ王

（上接第９１页）

例如，东北地区要重点研究大豆与玉米轮作，大豆与玉米间作

评价——以武川县为例【Ｊ］．中国农学通报，２００６，２２（２）：３４７一

以及合理的轮作品种、轮作年限、问作带宽等生产模式，构建

３５０．

春玉米一熟区农田作物多样性配置与种植技术；华北平原小［１ｌ】蔡燕飞，廖宗文．ＦＡＭＥ法分析施肥对番茄青枯病抑制和土壤健

麦一玉米两熟区种植制度要在小麦一玉米两熟基础上研究多种康恢复的效果【Ｊ】冲国农业科学，３６（８）：９２２—９２７

作物合理配置轮换技术，南方稻区农田要研究水旱轮作、稻田

［１２】台培东，李培军，刘延斌・蚯蚓对土壤中杀虫剂的回避行为一

养殖等生物多样性复合生态系统构建技术。种用于土壤健康质量快速诊断的装置和方法［Ｊ】・农业环境科学参考文献：

学报，２００４，２３（２）：４０８—４１０

［１］章家恩，骆世明．农业生态系统健康的基本内涵及其评价指标［Ｊ】．

［１３１刘奇志，边勇，谢文闻，等・甘肃天水麦田土壤线虫种群结构与

应用生态学报，２００４，１５（８）：１４７３—１４７６

土壤健康指数初探【Ｊ】・西北农业学报，２００６，１５（２）：８ｌ一８４［２１梁文举，武志杰，闻大中．２ｌ世纪初农业生态系统健康研究方向

【１４】李华兴，卢维盛，刘远金，等・不同耕作方法对水稻生长和土壤生

［Ｊ］应用生态学报．２００２，１３（８）：１０２２一１０２６

态的影响［Ｊ］・应用生态学报，２００４，１２（４）：５５３—５５６

［３］王小艺，沈佐锐．农业生态系统健康评估方法研究概况［Ｊ］．中国

［１５】谢红梅，朱钟麟，郑家国，等・不同种植模式对水稻生长特性的影

农业大学学报，２００１，６（１）：８４—９０

响【Ｊ】・核农学报，２００６，２０（１）：７９—８２

『４］武兰芳，欧阳竹，程维新，等．农业生态系统健康及其管理研究进

［１６】束兆林，储国良，谬康等・稻一鸭一萍共作对水稻田病虫草的控制

展【Ｊ】．中国生态农业学报．２００３，１１（３）：１６１—１６２

效果及增产效应［Ｊ】・江苏农业科学，２００４（６）：７２—７４ｆ５】彭涛，高旺盛，隋鹏．农田生态系统健康评价指标体系的探讨

［１７］高

明，张磊，魏朝富，等・稻田长期垄作免耕对水稻产量及土壤

。

【Ｊ］中国农业大学学报，２００４，９（１）：２１—２５

肥力的影响研究［Ｊ】・植物营养与肥料学报，２００４，１０（４）：３４３—３４８ｆ６］刘国彬，胡维银，许明祥．黄土丘陵区小流域生态经济系统健康评

【１８］赵瑞龙，周明耀，顾玉芬，等・水稻水肥耦合技术的生态环境效应

价［Ｊ】．自然资源学报，２００３，１８（１）：４４—４９

和最佳模式研究［Ｊ］・水利与建筑工程学报，２００５，３（４）：１８—２１［１９】张维理，武淑霞，冀宏杰，，等・中国农业面源污染形势估计及控

［７］武兰芳，欧阳竹，唐登银．区域农业生态系统健康定量评价【Ｊ】．。

～

生态学报，２００４，２４（１２）：２７４０—２７４８

制对策［Ｊ］・中国农业科学，２００４，３７，（７）：１００８—１０１７・

ｆ８】谢花林，李波，王传胜，等．西部地区农业生态系统健康评价

［２０】杨正礼，梅旭荣，黄鸿翔，等・论中国农田生态保育・中国农学通

报，２００５，２１（４）：２８０—２８４

ｆＪｌ．生态学报．２００５．２５（１１）：３０２８—３０３６

『９］彭涛，高旺盛，隋鹏．农田生态系统健康评价指标体系的探

［２１】许健民，闻大中，罗良国，等－我国主要类型农业地区农田生态系

讨．中国农业大学学报，２００４，９（１）：２ｌ一２５

统多样性的研究［Ｊ】・应用生态学报，１９９７，８（１）：３７—４２

『１０１李春阳：秦红灵：高旺盛．北方农牧交错带农田牛态系统健康

万　

方数据

第２９卷第１期

农业现代化研究

Ｖ０１．２９Ｎｏ．１

２００８年１月

ＲＥＳＥＡＲＣＨ

ＯＦＡＧＲＩＣＵＬＴＵＲＡＬ

ＭＯＤＥＲＮＩＺＡＴＩＯＮ

Ｊａｎ．２００８

中国粮食主产区农田生态健康问题与技术对策探讨

高旺盛，陈源泉，段留生，李建民

（中国农业大学农学与生物技术学院。北京

１０００９４）

摘

要：粮食问题是关系我国国民经济发展和全面建设小康社会的重大战略ｆ．ｑ题，我国人多地少的国情决定了必须走持续提高粮

食单产的道路，但是高产再高产过程带来了农田生态系统的压力不断增加，农田生态系统结构破坏、功能退化甚至破坏的态势日益严峻，严重制约了作物生产力的持续提高。如何构建健康型高产农田生产系统是我国粮食安全战略实施急需解决的重大保障技术。本文在对分析中国农业生态健康研究动态及进展的基础上，针对我国农田生态健康存在的问题，从作物一土壤一环境的系统角度出发，构建我国健康型农田生态系统的技术支撑体系，并提出了技术对策与研究重点。关键词：粮食主产区；高产农田；生态健康

中图分类号：Ｓ１８１

文献标识码：Ａ文章编号：１０００—０２７５（２００８】Ｏｌ一００８９—１３４

ＩｓｓｕｅｓａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃＣｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｓｆｏｒＥｃｏｌｏｇｉｃａｌＨｅａｌｔｈ

ｏｆ

ＣｒｏｐｐｉｎｇＳｙｓｔｅｍｉｎ

Ｍａｉｎ

ＦｏｏｄＰｒｏｄｕｃｔｉｏｎＡｒｅａｓｏｆＣｈｉｎａ

ＧＡＯＷａｎｇ—ｓｈｅｎｇ，ＣＨＥＮＹｕａｎ—ｑｕａｎ，ＤＵＡＮＬｉｕ－ｓｈｅｎｇ，ＬＩＪｉａｎ－ｍｉｎ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＡｇｒｏｎｏｍｙａｎｄＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｉｎａ，ＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ，１０００９４Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔｓ：Ｆｏｏｄｓｅｃｕｒｉｔｙｉｓａ

ｋｅｙｓｔｒａｔａｇｅｍ

ｄｅｍａｎｄｆｏｒＣｈｉｎａ’Ｓｎａｔｉｏｎａｌｅｃｏｎｏｍｉｃｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄｗｅｌｌ—ｏｆｆｓｏｃｉｅｔｙ

ｂｕｉｌｄｉｎｇ．

Ａｎｄｂｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅ

ｍａｊｏｒｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓｏｆｉｎａｄｅｑｕａｔｅｗａｔｅｒａｎｄｌａｎｄ

ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，

ａｓ

ｗｅｌｌａｓｔｈｅｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆ

ｍｏｒｅｐｅｏｐｌｅｉｎＣｈｉｎａ，ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｔｈｅｐｅｒｕｎｉｔａｒｅａ

ｙｉｅｌｄｉｓ

ａ

ｋｅｙｗａｙ

ｔｏｅｎｓｕｒｅ

ｔｈｅｆｏｏｄ

ｓａｆｅｔｙ．Ｂｕｔｗｉｔｈｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓ

ｏｆｓｅｅｋｉｎｇｈｉｇｈ

ａｎｄ

ｈｉｇｈｙｉｅｌｄ，ａｇｒｅａｔｐｒｅｓｓｗａｓｐｕｔ

ｏｎ

ｃｒｏｐｌａｎｄｅｃｏｓｙｓｔｅｍｉｎＣｈｉｎａｍａｉｎｆｏｏｄｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ

ａｒｅａｓ，

ｗｈｉｃｈｒｅｓｕｌｔｉｎｓｏｉｌ

ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ

ｄｅｓｔｒｏｙｉｎｇ，ａｎｄｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｆｕｎｃｔｉｏｎｓｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｉｎｃｒｏｐｐｉｎｇｅｃｏｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄｔｈｅｃｒｏｐ

ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅｉｎｃｒｅａｓｅｄｗａｓｒｅｓｔｒｉｃｔｅｄ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｈｏｗ

ｔｏ

ｂｕｉｌｄ

ａ

ｈｅａｌｔｈｙｈｉｇｈ—ｙｉｅｌｄｃｒｏｐｐｉｎｇ

ｅｃｏｓｙｓｔｅｍｉｓ

ａ

ｖｉｔａｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｔａｃｔｉｃｆｏｒｆｏｏｄ

ｓａｆｅｔｙ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｂａｓｅｄ

ｏｎ

ｔｈｅｌｉｔｅｒａｔｕｒｅａｎａｌｙｓｉｓｏｎ

ｔｈｅｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈ

ａｒｅａｓ

ｒｅｌａｔｉｎｇａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌｅｃｏｓｙｓｔｅｍｈｅａｌｔｈ，

ａｎｄａｉｍｅｄ

ａｔ

ａｄｄｒｅｓｓ

ｔｈｅｕｎｈｅａｌｔｈｙｉｓｓｕｅｓｅｘｉｓｔｉｎｇ

ｉｎ

ｔｈｅｃｒｏｐｐｉｎｇ

ｅｃｏｓｙｓｔｅｍｉｎＣｈｉｎａｍａｉｎｆｏｏｄｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎａｒｅａｓ，ｗｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｎｇａ

ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

ｆｒａｍｅｗｏｒｋ

ｔｏｂｕｉｌｄ

ａ

ｈｅａｌｔｈｙｈｉｇｈ—ｙｉｅｌｄ

ｃｒｏｐｐｉｎｇｓｙｓｔｅｍ

ｉｎｔｈｅａｎｇｌｅｏｆ

ｃｒｏｐ—ｓｏｉｌ－ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｋｅｙｓｔｏｎｅｓａｎｄｔｈｅｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓ

ｗｅｒｅｐｕｔｆｏｒｗａｒｄｉｎｔｈｉｓｆｒａｍｅｗｏｒｋ．Ｋｅｙ

ｗｏｒｄｓ：ｍａｉｎｆｏｏｄｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎａｒｅａｓ；ｃｒｏｐｌａｎｄｏｆｈｉｇｈｙｉｅｌｄ；ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｈｅａｌｔｈ

１中国农田生态系统健康研究动态

系统运转功能，具有抵抗各种自然灾害和社会经济风险的能

力，提供有效的系统服务功能，满足所有受益者的合理目标要２０世纪９０年代后。随着人类生存环境问题的日益尖求，同时对邻近生态系统不产生负面压力”（４１。从农田尺度，有

锐，生态系统健康研究逐渐成为国际上一个新的研究领。我国学者认为健康的农田生态系统农田有着合理的作物组分、有在农田生态健康的研究尚处于初步阶段，目前的研究探讨主要效的农作方式，能够高效持续地为人类提供健康有益的生活、是从农业生态系统健康的角度开展的。从其概念内涵的界定生产来源，并和谐地融为自然生态系统的一部分围。

上，有学者认为农业生态系统健康指具有良好的生态环境、健对系统健康的评价，有学者提出了一套基本可以定量化

康的农业生物、合理的时空结构、清洁的生产方式、以及具有适

的农业生态系统健康指标体系，即生物学指标（生物生产力、度的生物多样性和持续农业生产力的一种系统状态或动态过

生物多样性指数、病虫害指数及生物入侵风险指数等），环境

程，其包括：农业生物健康、土壤健康、农业水环境健康、大气环学指标（土壤肥力水平、生物多样性水平、环境综合污染指数、境健康、结构和谐、生产力持续及生产安全等Ⅲ；使农业生态系无害化和资源化利用程度等），生态经济学指标（自然资源综

统免受发生“失调综合症”、处理胁迫的状态和满足持续生产农合利用率、农业产投比和农产品质量水平）来评价农业生态系

产品的能力１２１。健康的农业生态系统主要是指那种能够满足人

统健康”］。针对具体生态系统类型，目前研究有探索了黄土高类需要而又不破坏甚至能够改善自然资源的农业生态系统，其

原流域农业生态经济系统健康诊断方法，并建立了评价指标

目标是高产出、低投入、合理的耕作方式，有效的作物组合，农体系问；从系统结构（资源可供性、资源可取性、结构完整性、结

业与社会的相互适应、良好的环境保护与丰富的物种多样性等构多样性）、生产功能（生产力、生产效率、生产效果、公平性与［３】。也有学者从区域尺度上认为，农业生态系统健康表现为“根公正性）、抗逆性（自生产力、稳定性、恢复力、响应力、）三个方据区域资源状况特点，形成合理的农业生产结构，保持良好的

面对山东禹城市农业生态系统进行健康评价川；从活力、组织

基金项目：“十一五”国家科技支撑计划课题《粮食主产区农田生态健康管理关键技术研究与示范》（编号：２００６ＢＡＤ０２Ａ１５）。作者简介：高ＲＥ盛（１９６３—１，男，甘肃天水人，教授，博士，主要研究方向为宏观农业及区域农业。

收稿日期：２００７—０１—１８；修回日期：２００７—０９—２９

万　

方数据

９０

农业现代化研究

第２９卷

结构和恢复力３方面选择单位面积农业净产值、农民人均纯收入、土地人口承载度、人口密度、植被覆盖度、农业支出比例等１７个指标，在区域尺度上对西部地区农业生态系统进行健康评价【８】。针对农田生态系统尺度的研究较少，有学者利用层次分析法，从结构指标、环境指标、生产力指标、持续力指标和

管理指标初步建立起农田生态系统健康评价指标体系，并给出了评价指标标准１９ｌ，也有以关键指标评价法，以武川县为例，选择水分、生物量、幅宽等代表性指标，分析了不同作物覆盖

下农田生态健康指数，对北方农牧交错带农田生态系统健康

评价【…。

从农田生态健康技术研究方面，我国虽然没有人开展系

统的研究，但有学者研究了施用生物有机肥（ＢＯＦ）对连作土壤番茄青枯病发生率和土壤微生物群落的影响，证明施用ＢＯＦ能使土壤防病能力和健康水平提高…１；通过研究蚯蚓对土壤中杀虫剂的回避行为，建立了一种用于土壤健康质量快速诊断的装置和方法【１２１；对甘肃清水县小泉乡麦田土壤线虫种群进行

了探索性调查分析，结果表明多年连续种植小麦会引起的严

重土壤健康问题。另有大量的研究表明，采取少免耕方法能够提高农田生物多样性，从而减少农药施用量，提高农产品的安全性【１３】。此外间套、复作，立体种养，水肥耦合，病虫草害综合防治等等，也有益于农田生态系统的健康【ｌ“８１。

总体来说，我国关于农田生态系统健康的研究主要集中于对系统健康程度的评价与诊断上，对关键技术的重视不够，需要针对不同区域农田生态系统类型开展关键技术攻关与集成。

２中国高产农田生态健康问题

在我国粮食生产的区位分布中，位于东北平原、华北平原、长江中流域平原（上游成都平原和中下游平原）的吉林、黑

龙江、辽宁、河南、山东、河北、湖南、江苏、湖北、江西、四川等

省一直是我国粮食生产的主产区，合计耕地面积占全国５５％，粮食播种面积均占全国的５８％，粮食产量占全国的５３％，粮食

商品量占全国的９５％以上，为国家提供了大量的商品粮。

确保粮食安全是我国农业可持续发展永恒的主题，人多地少的国情决定了必须走持续提高粮食单产的道路，但高产再高产过程对农田生态系统的压力不断增加，系统结构破坏、

功能退化甚至破坏的态势Ｅｔ益严峻，严重制约了作物生产力的持续提高。主要体现在：

２．１

土壤生态障碍因子明显

近几十年来，三大作物主产区生产条件改善、化肥农药广

泛使用和农业新技术投入，极大地提高了粮食产量。但是在高

度集约化的三大作物高产区，制约生产力持续提高的土壤生

态障碍因素依然存在，而且有加剧的趋势。普遍突出表现在：土壤结构恶化、功能退化、养分失衡等。长江流域平原水稻集

中高产区，农田土壤潜育化、通透性差等问题突出；华北平原小麦玉米两熟高产区土壤耕层变浅、养分不均衡、农田土壤结

构不良；东北平原玉米高产区土壤有机质加速下降、耕层变

薄、土壤功能退化等问题普遍。这些生态障碍因素导致三大作物粮食面临超高产突破难且重现性差、资源消耗大且效率低、技术和经济产投比低等一系列共性难题。

２．２农田污染问题日渐凸现

万　

方数据在三大作物高产区，农田生态环境问题突出，威胁到农业持续发展、食物安全性和人民健康。主要表现在：①长期大量和不合理使用化肥，造成农田土壤退化严重，生产力减低，品质下降。高产再高产过程对施肥的依赖度不断提高，导致农田养分产投效益递减，更重要的是过量的化肥投入导致农田生态压力不断增加，尤其是全国主要粮食主产区污染问题日渐

突出。有研究表明，东北三省农田化肥用量随时间的增加而增大，与８０年代相比，２００２年由东北三省农田土壤总氮平衡和总磷平衡进入水体环境的氮、磷负荷均有所增加。华北平原高产农田土壤中硝态氮含量从小麦冬灌后至玉米收获后持续降低，地下水中硝态氮含量持续增加，表现出农田Ｎ肥对地下水

的直接污染。全国集约化农区近年农田氮磷流失达到农业面源污染的２０％～４０％Ｅ”。②农田农药和重金属等污染有加重趋

势，影响作物生态环境安全和粮食品质。目前，我国主要农田

中有机农药残留率高达５０％～６０％，塑料残余物的年残留量高

达４０ｋｇ／ｈｍ２左右，平均残留率２０％左右㈣。

２．３

农田生物多样性减少

农用化学品使用、单一物种、长年连作等使农田生态系

统中生物多样性失调，造成病、虫、草害猖獗，有益生物减少，

高产农田生态功能受到严重威胁。集约化农业土地利用的重要结果之一是使农田生物多样性降低。有研究通过对我国５

个典型农业类型区农田生态系统多样性现状的调查结果表明，

我国主要类型农业地区的最大丰富度相差不大且普遍偏低，其中粮食高产集中的平原地区普遍低于丘陵区，平原地区自南向北递减【２１】。尤其是过度依赖化肥投入造成了农田土壤微生

物多样性的下降，有研究表明，单施化肥不但不能增加土壤的

微生物生物量，相反还表现出一种抑制作用，对土壤生物活性负面影响较为显著。

２．４作物生长健康问题突出

主要体现在作物易倒伏、徒长、早衰等不健康生长发育；单作或连作减产“综合症”、病虫草害加重；作物抗逆境能力差

等。例如在长江流域平原水稻集中高产区，水稻倒伏、结实率

低、易染病害等问题突出；华北平原小麦玉米两熟高产区作物

易倒伏和易受干旱、干热风危害等问题明显；东北平原玉米高产区玉米易倒伏、后期易受低温危害等问题普遍。这些障碍因

素是制约高产农田再高产的关键，靠常规作物生产管理技术

的改善难以有效解决。

综上所述，针对我国三大作物主产区的生态障碍因素和

环境生态问题，以高产和可持续为目标，急需从技术上重点解决高产与资源高效利用、地力持续稳定、效益持续增加等目标的协调，创建高产农田生态健康管理技术体系，以关键技术突

破和技术集成创新带动大面积可持续高产，是实施我国粮食安全技术战略的重大需求。

３中国粮食主产区农田生态健康管理技术体系构建与研究重点

农田生态系统是由农田作物与农田环境要素构成的人

工生态系统，具有第一性生产、物质能量转化、生态服务、产品

服务等功能，在全球生物圈中具有十分重要的地位。健康的农

田生态系统不仅要维持其自然的生态功能的可持续性，同时

第ｌ期高旺盛等：中国粮食主产区农田生态健康问题与技术对策探讨

９１

也要保障人类需求的可持续性。农田生态系统包括土壤生态子系统和作物子系统，土壤健康是作物健康生长的基础，而作物的健康生长又是作物优质高产的基础。农田生态系统健康

不仅需要土壤健康，也是作物生长继康，其中土壤子系统是农

田生态系统的关键和核心，其健康程度不仅直接影响到当季、当年作物的健康生长和高产优质，更是作物高产能否持续的重要基础。因此，构建健康型高产农田生态系统就是要着眼于系统的自然生态功能的保护，通过改变不合理的人为措施，依靠科学技术消除高强度的农业活动对其生态功能的负面影响。在此思路下，针对我国粮食作物高产过程中的农田土壤结构、土壤肥力、土壤理化环境以及作物健康生长控制等关键问题，我们认为，为了实现农田生态系

统健康，亟需构建科学的农田生态健康管理技术体系，要准下的土壤生态子系统和作物子系统，并实现两个子系统之间的功能互补和协调，最终创造稳定且可持续的农田系统生ＳｙｓｔｅｍＰｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ１（图１）。

健康型高产农田生态系统

戮Ｇ兹蒙翥⑨ｃ作物篡篓搿≤

诊断指标

理

清驱动因子ｌ土壤鍪嚣环境｜Ｐ镶葛鐾筹长势

非

健康

因

Ｉ土壤结构调控技术作物种群多样性构建技术

子

ｌ土壤生态恢复技术

作物生长凋控技术核心技术ｌ土壤养分均衡技术

作物生产力提升技术

Ｉ土壤微生物调节技术

图１健康型高产农田生态系统管理技术体系

然而，以往的研究过多的注重农田系统产出的效益，对生

建立农田生态系统健康程度的评价体系，对农田生态系高产农田土壤系统的健康主要面临着土壤耕层变浅、养

万　

方数据分缓冲能力与作物高产需求不相适应以及土壤有毒物质增加等问题。在传统的农业技术中，常采用深耕深松、增加施肥频次等方法解决土壤耕层变浅和土壤养分缓冲能力下降的问

题，这显然不利于保护农田生态环境和提高农业劳动生产率。

另一方面，农田土壤污染是工业发展的副产品，今后还将呈现不断增加的趋势，而传统农业技术中尚无简便有效的应对措施。因此，农田土壤系统的健康管理，亟待以控制农田退化和解决障碍土壤生产力等非健康关键因子为突破，重点研究土

壤结构对高产作物根系发育的影响及其调控，土壤对外源养

分的缓冲能力、影响因子及其调控，高产作物的养分需求特征，高产作物养分均衡供应的施肥调控等问题，攻克高产农田土壤障碍消除关键技术、土壤养分均衡调节技术等关键技术；针对高产农产重金属、农药、硝酸盐等严重影响土壤和作物健康生长生态健康的污染因素，重点研究高产健康农田土壤Ｃｄ、Ｐｂ、Ａｓ等重金属赋存形态与其生物有效性的关系，提出高产健康农田土壤Ｃｄ、Ｐｂ、Ａｓ等重金属原位化学钝化技术和生物钝化技术体系，为预防和治理高产区农田污染提供预警性技术。３．３作物健康生长的调控技术

作物生长的健康管理，涉及到农田土壤系统、作物生长

条件和人为管理措施等多方面的因素，历来是作物高产研究的重点和难点之一。传统的栽培技术，主要通过增加或限制作物养分、水分的利用来实现对作物的调控，很难改变作物体内的激素代谢方向和解决各类激素的平衡关系。针对高产条件下出现的不利于作物健康生长的因素，需要采取提高作物自身健康水平、发挥作物主动应对能力的策略，以化学信息调控技术为主要技术手段、配合传统农艺技术措施，通过调控作物体内的激素代谢及其由此定向诱导产生的各种生理生化过程，确保作物健康生长，实现三大作物持续高产、优质。重点研究三大作物高产条件下防止后期倒伏的调控技术、提高超高产杂交水稻结实率和充实度的调控技术、增强高产冬小麦越冬安全性、后期抗干热风能力的调控技术、高产玉米抗逆、减少秃尖、提高粒重、促早熟的调控技术、小麦一玉米周年化控健康高产技术等关键技术，确保作物的健康生长，增强作物对生态环境特别是逆境条件的适应能力，使作物朝着高产优质的方向发展。

３．４农田生物多样性构建技术

农田生物多样性不仅是衡量农田生态系统健康的重要技术指标，也是作物高产可持续的重要保障。随着农业集约化和产业化的发展，我国传统的农作制度正面临着严峻的挑战。怎样确保高产农田的生物多样性，是维护农田生态系统健康的技术难点之一。因此，在确保作物高产、生产高效的前提下，采用作物多样化种植技术，建设多样化的农田生态系统结构、改进当前农田生态系统多样性，是增加农田生物多样性、确保农田生态系统健康最直接和有效途径。我国传统农业以种植制度多样和精耕细作而闻名于世。在现代农业体制下，怎样在传统的间套作、轮连作等制度的基础上推陈出新，针对我国粮食主产区普遍存在农田生物结构单一，导致生物多样性下降的实际，研究发展作物高产高效、生物多样性丰富的高产农田种植制度，将极大地促进和保障农田生态系统的健康建设。

（下转第１１１页）

通过技术支撑，解决非健康因素的制约，创建达到特定健康标产力（Ｃｒｏｐｐｉｎｇ态功能退化及维护的研究针对性和系统性不强，因此，需要针对我国各大区域的农田的具体生态问题，有针对性的开展研究。逐步形成适合于我国粮食主产区的生态健康型科学技术体系。总体来说，我们认为这方面的研究重点主要包括以下几点：３．１农田生态健康诊断指标构建与评价技术

统健康和作物高产可持续发展都具有重要意义。怎样通过创新性研究、构建一个农田生态系统的健康评价体系是主要技术难点之一。农田生态系统是开放性强、集合度高的复杂系统。农田生态系统的健康与否，不仅与各子系统的健康程度直接有关，还受生态环境变化、人为措施干预等的影响。需要在参考历史资料、现有国内外研究成果和进行大面积田间调查基础上，进行大量的定位追踪研究和各种可控条件下的模拟研究，理清各项指标间关系及其与高产作物健康生长的关系，以阐明农田生态系统健康态势可控指标为突破口，重点研究作物持续高产过程中，不同类型种植制度下土壤一作物生态系统的土壤结构、土壤肥力、土壤生物等土壤健康指标以及作物群体结构、作物抗性等作物健康指标的诊断阈值及其评价技术方法，逐步形成农田生态系统健康评价模型，并通过实际检验进行不断完善和矫正。

３．２农田土壤系统的健康管理技术

箜１期邓学建等：洞庭湖杨树林及原生湿地生态环境中鸟类的群落结构

１１１

现，特别是一些剥形目鸟类、鸦鹃、松鸦、寿带鸟、灰喜鹊、虎斑化，人为的加速了湿地的消失。

地鸫等。这些鸟以往分布在洞庭湖的赤山岛、君山岛和周边林参考文献：区，当改种杨树后，纷纷光临江渚头垸，尤其在杨树林发生虫灾

［１】

邓学建．东洞庭湖冬季鸟类及其多样性分析［Ｊ】．动物学杂志，

时，上述鸟类数量明显高于周边地区。

２００１，３６（３）：５４—５６．

就局部来看，江渚头垸似乎森林鸟类有所增加，但就整个［２］邓学建，王斌，邓树德．目平湖冬季鸟类的群落结构及多样性分

洞庭湖地区来看，该地的森林鸟仅占洞庭湖区森林鸟类物种．

析《湖南师范大学学报）２０００，２３（３）：７６—７９．

数量的２１．５％，物种数量少，群落结构单调。而且，栖息于杨树【３】邓学建，王斌，米小其，等．退田还湖对洞庭湖鸟类群落的影响

林中仅仅是一些适应性较广的森林类型鸟类，而大多数林鸟

［Ｊ】．长江流域资源与环境，２００６，１５（５）：５８８—５９２．

不进入或很少进入结构单一的杨树林，特别是一些以东方田

［４］沈猷慧．洞庭湖的野鸭及其狩猎方法［Ｊ］动物学杂志，１９６０，４（５）：

２０４—２０５．

鼠为食的鹦形目种类，它们更喜欢生活在湖边的防浪林附近，

【５］邓学建，王斌．南洞庭湖冬季鸟类群落结构及多样性分析［Ｊ】．四

从不进入杨树林。

川动物，２０００，１９（４）：２３６～２３９．

由此可见，在洞庭湖种植杨树，特别是在典型的湿地环境【６］刘齐德，黄正其．洞庭湖湿地鸟类的初步研究．中国水鸟研究【Ｊ］．上

种植杨树对洞庭湖区的鸟类群落结构有着直接的负面影响。海：华东师大出版社，１９９４：１５２—１５６．

种植杨树不但使湿地陆地化，干扰了湿地生态环境的进化历

［７】邓学建，叶贻云．湖南省陆生脊椎动物及其分布特征［Ａ］．湖南生物

程，改变了湿地鸟类群落结构，而且侵占了湿地面积，减少了多样性保护国际研讨会论文集［Ｃ］．长沙：湖南林业厅，１９９７．湿地鸟类的生存空间，加大了洞庭湖湿地鸟类的生存压力。更

［８】雷

刚．东洞庭湖仲冬水禽报告［Ｊ］．湿地通讯，１９９９，９（２）：１８．

为严重的是，它还形成的了人工阻隔，使洞庭湖湿地景观破碎

【９］窦鸿身，姜加虎．洞庭湖［Ｍ］．中国科学技术大学出版，２０００．

●北・让●ＳＥ髓￡・弛●Ｓ￡●弛●驻●旺●３￡●Ｓ￡●Ｓ要・Ｓ￡●Ｓ￡●∞●Ｓ￡硝￡●Ｓ￡・Ｓ￡●５￡●Ｓ曼●Ｓ￡●Ｓ￡．呐置蚪Ｅ●Ｓ￡●Ｓ￡●Ｓ￡●Ｓ￡●Ｓ芒●Ｓ巴●Ｓ￡●Ｓ￡・Ｓ！●Ｓ￡●Ｓ芒—Ｓ芒●Ｓ芒・Ｓ芒●Ｓ王

（上接第９１页）

例如，东北地区要重点研究大豆与玉米轮作，大豆与玉米间作

评价——以武川县为例【Ｊ］．中国农学通报，２００６，２２（２）：３４７一

以及合理的轮作品种、轮作年限、问作带宽等生产模式，构建

３５０．

春玉米一熟区农田作物多样性配置与种植技术；华北平原小［１ｌ】蔡燕飞，廖宗文．ＦＡＭＥ法分析施肥对番茄青枯病抑制和土壤健

麦一玉米两熟区种植制度要在小麦一玉米两熟基础上研究多种康恢复的效果【Ｊ】冲国农业科学，３６（８）：９２２—９２７

作物合理配置轮换技术，南方稻区农田要研究水旱轮作、稻田

［１２】台培东，李培军，刘延斌・蚯蚓对土壤中杀虫剂的回避行为一

养殖等生物多样性复合生态系统构建技术。种用于土壤健康质量快速诊断的装置和方法［Ｊ】・农业环境科学参考文献：

学报，２００４，２３（２）：４０８—４１０

［１］章家恩，骆世明．农业生态系统健康的基本内涵及其评价指标［Ｊ】．

［１３１刘奇志，边勇，谢文闻，等・甘肃天水麦田土壤线虫种群结构与

应用生态学报，２００４，１５（８）：１４７３—１４７６

土壤健康指数初探【Ｊ】・西北农业学报，２００６，１５（２）：８ｌ一８４［２１梁文举，武志杰，闻大中．２ｌ世纪初农业生态系统健康研究方向

【１４】李华兴，卢维盛，刘远金，等・不同耕作方法对水稻生长和土壤生

［Ｊ］应用生态学报．２００２，１３（８）：１０２２一１０２６

态的影响［Ｊ］・应用生态学报，２００４，１２（４）：５５３—５５６

［３］王小艺，沈佐锐．农业生态系统健康评估方法研究概况［Ｊ］．中国

［１５】谢红梅，朱钟麟，郑家国，等・不同种植模式对水稻生长特性的影

农业大学学报，２００１，６（１）：８４—９０

响【Ｊ】・核农学报，２００６，２０（１）：７９—８２

『４］武兰芳，欧阳竹，程维新，等．农业生态系统健康及其管理研究进

［１６】束兆林，储国良，谬康等・稻一鸭一萍共作对水稻田病虫草的控制

展【Ｊ】．中国生态农业学报．２００３，１１（３）：１６１—１６２

效果及增产效应［Ｊ】・江苏农业科学，２００４（６）：７２—７４ｆ５】彭涛，高旺盛，隋鹏．农田生态系统健康评价指标体系的探讨

［１７］高

明，张磊，魏朝富，等・稻田长期垄作免耕对水稻产量及土壤

。

【Ｊ］中国农业大学学报，２００４，９（１）：２１—２５

肥力的影响研究［Ｊ】・植物营养与肥料学报，２００４，１０（４）：３４３—３４８ｆ６］刘国彬，胡维银，许明祥．黄土丘陵区小流域生态经济系统健康评

【１８］赵瑞龙，周明耀，顾玉芬，等・水稻水肥耦合技术的生态环境效应

价［Ｊ】．自然资源学报，２００３，１８（１）：４４—４９

和最佳模式研究［Ｊ］・水利与建筑工程学报，２００５，３（４）：１８—２１［１９】张维理，武淑霞，冀宏杰，，等・中国农业面源污染形势估计及控

［７］武兰芳，欧阳竹，唐登银．区域农业生态系统健康定量评价【Ｊ】．。

～

生态学报，２００４，２４（１２）：２７４０—２７４８

制对策［Ｊ］・中国农业科学，２００４，３７，（７）：１００８—１０１７・

ｆ８】谢花林，李波，王传胜，等．西部地区农业生态系统健康评价

［２０】杨正礼，梅旭荣，黄鸿翔，等・论中国农田生态保育・中国农学通

报，２００５，２１（４）：２８０—２８４

ｆＪｌ．生态学报．２００５．２５（１１）：３０２８—３０３６

『９］彭涛，高旺盛，隋鹏．农田生态系统健康评价指标体系的探

［２１】许健民，闻大中，罗良国，等－我国主要类型农业地区农田生态系

讨．中国农业大学学报，２００４，９（１）：２ｌ一２５

统多样性的研究［Ｊ】・应用生态学报，１９９７，８（１）：３７—４２

『１０１李春阳：秦红灵：高旺盛．北方农牧交错带农田牛态系统健康

万　

方数据