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1农业生物多样性评价的研究现状
从研究层次看,农业生物多样性可划分为遗传多样性(品种多样性)、物种多样性、生态系统多样性和农地景观多样性。在遗传多样性方面,多数的研究集中在农作物品种多样性的研究和保护。作物品种多样性的研究多集中在栽培作物上,特别是对农户生计具有重要作用的物种,如稻、玉米、菜豆、辣椒等,因此导致研究的作物种类相对狭小。作物遗传多样性的方法可以采用农户问卷调查,也可以采用基因组学的方法和田野作物性状调查的方法,后两种调查的方法具有较高的可信度,但成本较高。作物遗传多样性具有很高的生态价值,它是国家种质资源调查的重要对象,农业生产中保留的种质资源不必然具有很高的经济价值,由此可以认为农业文化遗产的生物多样性评价不用过多追求传统种质资源种植的面积和均匀度。国内对农业生物多样性的评估多集中在农业物种多样性。但是,不同于自然生态系统,农业物种多样性的调查具有较高的难度。在类型上,遗产地的农业物种多样性可能包含了森林、草地、农田、湿地等不同生态系统类型,也包含了草本、灌木、乔木等不同植被类型,农田生态系统按照作物的种类也可以分为瓜菜种植系统、果园生态系统、稻田生态系统、茶园生态系统、林下作物种植系统等等,因此增加了农业物种多样性调查的难度。另外,农业景观的斑块性特征使得对自然生态系统的调查方法不再适用。这些复杂性造成了迄今还没有农业生物多样性评价的标准。对农业物种进行调查,常见的有按照生物类群进行研究;按照用途进行研究;按照社会组织单元进行研究等。典型的做法是把农业生物多样性按用途划分为粮食作物、蔬菜、果品类、畜牧业养殖类、水产养殖类、药用类、观赏类和用材类,在该农业文化遗产系统中还有森林子系统、村落子系统、梯田子系统和溪流子系统的生物多样性,在每一子系统中又区分了动物多样性、植物多样性和微生物多样性。此种方法的优点是比较简便地了解到系统存在的物种类型,但是由于农业物种多样性是由农业物种种类的数量以及均匀度决定的,物种数不能反映农业物种多样性的大小。另外,这种调查方法不能评价特有种、濒危种等农业生物类型。长期以来农业生物的栽培和管理都在农民自己的土地上进行,相关的农业生物资源也掌握在农户手中。农户之间的经济状况、生产管理方式和农业生产技术差别导致了农户管理的物种多样性的差异较大。农户管理的农业生物多样性是一个社区、一个地区和国家的农业生物多样性保护和可持续发展的基础。因此可以认为,农户水平的物种多样性是农业生物多样性评价和就地保护的基本单元。农田生态系统的管理强度较大,人为影响很大,采用户级水平的生物多样性评价的方法效果更好[1]。农业文化遗产申报和保护中,进行的多是户级水平农业生物多样性评价,调查技术包括农户选择,样地选择,实地调查。对于物种多样性核心资料的搜集有直接关系的用词包括:土地利用阶段、土地田野类型、样区、样方、镶嵌样地、单一物种的数量、物种丰富度己取样频率。资料分析上最有关联的用词包括均匀度,物种多样性,以及相似度指数。资料分析的方法包括土地利用类型物种下相似度分析和管理多样性分析[1]。从定性到定量化的研究过程中,农业生物多样性的计算基本都是按照自然群落植被生物多样性的计算方法,考虑自然植被群落的丰富度、均匀度和生物多样性,出现了10多种评估群落物种多样性的指标:Margalef指数、Gleason指数、Pielou指数、PIE指数、Audair和Goff指数、Simpson指数、Shannon-Wiener指数等。也有一些以指标赋权的方式把这些指数综合起来形成了物种多样性综合指数[2]。农业景观中,农田及周边的沟渠林路、灌丛、荒草地、果园、庭院等半自然生境构成的复合景观维系了全球约50%的野生濒危物种[3]。但是,国内对农田边界景观生态功能的研究还比较少。在农业文化遗产筛选标准中,农业景观的价值已经得到充分的阐释。但在农业文化遗产申报中,农业景观的价值没有得到充分的认识,农业景观被认为是农业美学景观的现象依然存在。实际上,农业景观多样性具有多种功能,景观中的自然和半自然生境的多样性有利于保护害虫天敌、促进病虫害的综合防治;传统农业景观,由森林、草地、水域等组成自然和半自然生境所占面积高,并与农田构成复合的农业景观,为生物提供更多的栖息地类型,使生境专一种和生境泛化种都能占有合适的生态位;农业景观生物多样性的增加能够提升农田生态系统服务和提高作物产量。不同的生境类型维系了不同生物群落类型,并且生境多样性的测量方法并没有统一的标准。参照对非自然生境生物多样性的研究,可将农业景观分为点要素、线要素与面状要素。按照这种分类标准,农业生态系统中点状要素包括池塘与其他公共基础设施等;现状要素包括道路、树篱、墙壁等;面状要素包括草地、水域、灌木林、自然林等。郭辉军等[1]把农田复杂景观的调查建立在不同土地利用阶段内进行,样地面积的确定可以综合采用最小面积法、权属边界法和标准样地面积法等。郭辉军[1]认为户级水平的农业生物多样性评价通过归纳和总结,可以形成景观水平和社区水平的农业生物多样评价结果。实际上,农业物种多样性和景观多样性是不同的概念,景观多样性不是不同土地利用类型生物多样性的简单集合,尤其是在调查和评价方法的选择上,户级水平的生物多样性调查和景观多样性调查具有明显的区别。
2影响农业生物多样性的因素
在多样的生态条件下,经过自然或人工选择,农业文化遗产地形成了丰富而稳定的适应性农业生物种质资源。这些农业资源与人类生产活动的关系密切,易受人类文化、民族习俗、耕作方式和经济方式等变化的冲击。在一些地区,育成品种或杂交品种不能完全适应当地的多种生态条件,原有的传统农业生物资源因此被保留下来。但在粮食需求的压力下,现代育成品种被广泛种植,传统遗传生物多样性受到严重冲击。农业生物多样性的快速减少与农村文化多样性的丢失有关,传统作物也会因文化的传承而被保留下来,如在云南当地的节庆和婚丧嫁娶惯用老品种祭祀和庆祝。在农业多样性形成的过程中,农户是管理的基本单位,也是农业生物多样性的改造者,他们的文化特色直接或间接地影响着农地景观和农业生态系统。大量研究已经表明,农田生态系统或农业景观中的生物多样性降低都和农业集约化的种植方式以及传统农业管理技术的消失有关。一方面,农田农地的过度开发、田块的规模化经营、乡村沟渠路面的过度硬化导致了农业半自然生境的减少或消失,世界范围内45%的稀树草原都转化为农业用地,70%的草地以及森林被开垦成农田。另一方面,农业集约化管理过程中对高产和稳产的过度追求,大面积种植单一作物导致农业景观均质化、农业景观生物多样性减低;集约化的农事管理中大量使用的农药、化肥造成农业环境质量急剧降低,直接导致农业生物多样性减少[4]。农业的集约化经营通常导致自然生境破碎化,使得农田和般自然生境、自然生境变成相对离散化分布状态,减少了农业景观的复杂性。破碎化的自然生境不仅减少了某些物种的丰度,还会影响物种之间的关系及生物群落的多样性和稳定性。农用土地向低级、简单的生态系统退化,空间异质性减少。另外,农用地闲置或撂荒均会导致某些生境类型的消失,进而会威胁生物多样性。
3农业生物多样性保护的现状
农业生物多样性保护的目的是保证我们现在以及将来能够获得和应用这些农业生物多样性资源和相关的技术。农业生物多样性保护受到的影响因素较多,对其进行保护就比自然生物多样性保护要艰难得多。对于农业遗传生物资源,我国很多科研单位进行了作物遗传资源的收集、保存和迁地保护等工作,但是这些工作多为种质资源的搜集和保存,而且局限于少数农作物的种类和品种,对半栽培、采集利用的野生物种开展的保护工作相对较少。动态保护的理念下,农业生物多样性的保护措施还是强调就地保护。就地保护是由农户以储存的种子或繁殖材料为基础进行农业生产和管理的一个过程。目前在大部分地区,就地保护对多数传统品种、野生近缘种来说仍然是最重要也是最有效的手段。我国建立了野生植物原生境保护点,通过这种自然保护的形式对野生植物进行保护。但也存在缺点:第一,保护的目标物种较为单一,保护的投入相对较大;第二,除了对少数野生近缘种有效外,对栽培品种、半驯化品种等农业生态系统的多数物种是无效的。就地保护的另一种措施就是扩大农业景观生物多样性保护。景观多样性被认为是一种很好的提高农业生物多样性的手段,例如庭园系统可以为人类提供丰富的蔬菜、观赏、药用、材用植物,被认为是野生植物的避难所,农业生物多样性的基因库,也是野生植物向栽培植物进化的重要试验地。庭院管理者会从周边野生环境中引入半栽培植物,以较小的管理强度保护了很多的生物多样性。非作物生境或半自然生境类型,如林地、田块边缘区、草地、灌木篱墙等,是一种比较稳定的异质化空间,这些非作物生境可以作为捕食性昆虫、传粉昆虫等动物的避难所,有利于它们迁入邻近的作物生境中对害虫起到调节和控制作用[5]。因此,对农业景观重构和提质,不仅可以提升农业天敌害虫调控、水土涵养、授粉等生态系统服务功能,还可以实现农业生态环境保护和增加粮食产量的目标。国外已经采取了很多积极的措施来保护农田边界,欧美国家就采取了很多农业景观保护的具体措施,如将少部分农田建设为保留地,用于小片林地、坑塘湿地;鼓励种植作物的多样化和种植模式的多样化,鼓励间作套种、发展农林复合经营;建立农田边界缓冲带种植;保护传粉动物、害虫天敌的栖息地和生境。2005年欧盟就开始对农业景观生物多样性保护不断增加生态补贴,以生物多样性为保护目标的高价值农田占到农用地的20%。虽然我国在退耕还林还草、自然保护地体系建设、野生动植物资源保护开发等方面进行了一系列的进展,但农业景观生物多样性的保护方面进展缓慢。在我国有一些支持农业景观生物多样性保护的政策,如鼓励立体种植、间套作、野生动物廊道建设、防护林建设等,但对农业景观生物多样性保护的其他方面,如缓冲带建设、带状耕作、保护性耕作、植物篱种植、植被屏障建设、农田边界建设、农田植被提升、河流缓冲带、农地灌丛管理等,还没有产生综合的农业景观保护政策。
4农业生物多样性保护的建议
就农业遗传多样性和农业物种多样而言,对其就地保护最基本的动力来自自我消费价值和市场价值。就经济价值而言,如果传统作物的产量及价格得到提高,市场价值通过农业文化遗产的价值增值作用而提高,那么受到直接利益驱动下农民会主动种植传统作物。因此,允许对传统品种、半栽培种、采集和管理物种进行提高品质和产量,可能对农业生物多样性保护一定的作用[6]。结合农业生物多样性保护的目标,对调查出来的物种及相关的传统技术,可进行有规划地开发利用,通过建立规划区和博物馆等,发展生态旅游业,提高相关传统资源的利用,以便扩大传统农业生物资源的市场效益。就农业景观生物多样性而言,农业文化遗产地可以借助遗产的申报和保护工作开展以下保护措施:(1)开展农业景观生物多样性的监测和评价。需要建立综合评估农业文化遗产生物多样性特征的方法,识别农业文化遗产系统所面临的主要威胁;完善现有的农业文化遗产监测体系,定期获取农业生物多样性的现状和保护发展措施的影响;探索结合生物多样性的空间和属性数据变化形成预警机制。(2)开展农业景观生物多样性保护和建设技术示范区。在农业文化遗产的申报过程中,强调农业景观生物多样性的价值,并作为农业文化遗产系统的重要标准。鼓励对遗产地居民维持、保存和利用生物多样性的原因进行深入研究,特别是对景观生物多样性保护,要鼓励多学科的综合性研究,包括与生物多样性紧密相关的社会学、生态学和经济学研究。对于景观生物多样性较高的地区,可以在研究其维持的机制的基础上形成示范。(3)对农业景观生物多样性开展生态补贴,提高管理者、农户对农业景观生物多样性保护价值和功能的认识。探索不同管理情景下农业生物多样性的生态系统服务功能,推动基于农业生物多样性长期价值的深入研究,建立生态补偿机制。重点研究保护农业生物多样性和发展经济之间的协同,使利益相关者都能够从农业景观生物多样性保护中受益。另外,积极探索建立吸引社会资本投入到农业生物多样性保护的市场化机制。
摘要概括了我国湿地农业的现状,分析了其可持续发展存在的问题,探讨了湿地农业可持续发展应采取的对策。
关键词湿地农业;可持续发展;现状;问题;对策
AbstractThe status of China’s wetland agriculture was elaborated,and some problems in existing sustainable development of wetland agriculture were analyzed. Then some countermeasures for sustainable development of wetland agriculture were proposed.
Key wordswetland agriculture;sustainable development;stetus;problems;strategies
湿地农业指在天然湿地基础上改造成以稻田、苇塘、鱼塘、小型水库为主体的农、林、牧、副、渔综合发展的人工农业复合生态系统。全国60%以上的粮食、经济作物产品和畜产品以及80%以上的淡水鱼和蚕茧是由湿地农业生态系统生产的。湿地农业生态系统的综合开发利用和湿地农业生态系统的建设,在我国当前和未来的农业和国民经济发展中具有极为重要的地位[1]。
1我国湿地农业概况
湿地农业资源是我国主要粮食作物水稻、许多农产品尤其是水产品的重要生产基地,为农业生产提供保持水源、净化水质、蓄洪防旱、调节气候和维护生物多样性等多项生态服务功能。由于我国绝大部分湿地具有发展农业生产的优越自然条件,几千年来,湿地一直是我国农业开发的重点地区。直至近几十年来,湿地仍是我国农业开发的主要对象。
农业生产与湿地资源保护存在着一定的矛盾关系。湿地保护是为了保持生物多样性,维持生态系统的平衡,促进生态环境的改善。而农业生产基本出发点则是满足人们的食物需求。历史上,日益膨胀的人口曾经促使许多重要的湿地保护区被开发为农田。我国的湿地农业区域包括长江中游的两湖平原、长江下游的太湖平原、珠江三角洲地区等,多为我国农业商品生产基地,农业相对发达[2-3]。从全国总体情况来看,由于经济的快速发展以及人类生产生活对湿地资源依赖程度的提高,湿地农业生态系统因围垦、污染、泥沙淤积及过度开发利用受到严重的破坏。据统计,近40多年来我国沿海地区累计丧失滨海滩涂湿地面积约119万hm2,全国围垦湖泊面积超过130万hm2,与20世纪50年代相比,江汉平原湖泊总面积减少43.67%,洞庭湖和鄱阳湖分别被围垦17万hm2和8万hm2,全国稻田面积由1976年的3 697万hm2减少至2007年的2 923万hm2,30年净减少774万hm2,其主要原因是经济发达的珠三角、长三角地区由于快速的工业化和城市化占用了大量的稻田。对湿地的不合理垦荒和利用破坏了湿地农业的正常投入产出平衡,阻碍了湿地生态功能的正常发挥,湿地地区大多是传统农业发展模式,并没有发挥湿地的最大经济效益,反而给湿地造成了很大环境压力和破坏。
2我国湿地农业可持续发展存在的问题
2.1湿地农业的发展存在着严重的生态环境变化问题
由于长期以来偏重对湿地开发利用而轻视保护,对湿地及其生物资源主要看重它们的可利用价值而忽视它们的生态系统功能价值,对湿地生态环境产生了强烈的冲击,致使湿地生态系统受到不同程度的破坏,生态环境恶化。主要表现在以下5个方面:一是由于不合理的开发利用,如围滩造田、湿地排水转为农业用地等,已使湿地面积大大缩减,最常见的是湖泊面积的减少;二是生物多样性遭受威胁乃至丧失,由于湿地的大面积开发导致了湿地生境的破坏和破碎,使得越来越多的物种,特别是珍稀物种因失去生存空间而濒危甚至灭绝,进而弱化了生物多样性;三是土壤肥力下降、质量退化,由于多年垦荒、烧荒、掠夺式经营等活动,湿地土壤物理性状变差,肥力下降,质量退化;四是湿地生态功能下降,湿地对气候,特别是对湿地分布区域的大气温度、太阳辐射、降水以及湿度等均有着十分显著的调节作用,大面积的湿地资源开发,使湿地下垫因素发生改变,削弱了系统的自我调节修复能力,从而削弱了其对气候的调节作用;五是农业污染加剧,大范围使用化肥、农药及工农业废水排放造成化学污染严重,防污和治理措施未能及时跟上,致使湿地地表水质受到不同程度影响。
2.2湿地农业基础研究欠缺
湿地农业的基础性研究缺乏,对湿地农业结构、功能、渍涝规律、价值和作用等方面缺乏系统深入的研究。对湿地农业认识不完全、不深入,社会重视程度不够,且科学研究尚处于初步阶段。主要表现在以下几个方面:一是湿地及农业湿地缺乏完整的科学理论,对湿地保护与开发利用尚未能全面科学地进行规划与论证;二是对湿地的保护与利用缺乏管理机构与法制规范,管理人员缺乏足够的专业知识,湿地生态环境监测网络还未建立等;三是湿地农业关键技术研究缺乏,湿地农业的合理利用技术、退化湿地生态恢复、湿地污染控制、生物多样性保护研究、湿地监测与信息技术等关键技术研究的缺乏,使得我国湿地农业的发展处于徘徊状况。多数地区处于传统的粗放式经营,注重高产,忽略优质安全与高效,注重利用而忽略整个生态系统及其结构优化。
2.3退耕还湿补偿制度不完善
缺乏明确的退耕还湿补偿制度和替代生计引导是湿地保护和退耕还湿实施的制度障碍和政策缺失。退耕还湿补偿制度的完善程度对农民是否愿意放弃耕地和以何种方式获得补偿具有决定性作用。但是国家在退耕还湿方面,没有明确的规章制度,没有出台相关的政策,即便有退耕还湿的情况也只是参照退耕还林的政策执行。许多农民把耕地看成是生存的根本,由于耕地是其根本的生活来源,加之没有其他技能、谋生渠道不明确、就业不稳和收入无保障,同时,没有好的补偿制度和补偿方式,使得农民不愿意放弃耕地。
3湿地农业可持续发展对策
3.1积极推进湿地农业管理的标准化
坚持把政策法规和标准化建设作为湿地保护管理工作的长效措施,实现保护管理的法制化、规范化和科学化。按照党的十七大提出的“完善有利于节约能源资源和保护生态环境法律和政策”和“建立健全资源有偿使用制度和生态环境补偿机制”的总体要求,争取有利于湿地农业保护管理的各项政策。要加强调查研究,探索建立湿地生态效益补偿制度和湿地生态补水制度的合理途径。要建立一整套湿地保护与恢复、湿地调查监测、湿地保护体系建设、湿地履约的有关标准、规程和制度,加强湿地标准和规范的研发工作,吸收国际先进经验,推进我国湿地农业管理标准化建设[4]。
3.2积极做好湿地农业保护规划
根据《中国湿地保护行动计划》和《全国湿地保护工程规划》,指导各地进一步收集整理好有关我国湿地农业保护的资料和数据,组织开展有关的调查研究,抓紧做好“十二五” 国家、各部门和地方湿地农业保护规划的编制工作。各地区要把湿地农业保护纳入地方国民经济与社会发展总体规划。做好有关规划的衔接工作。有关规划在征求意见时,要进行认真的研究,积极主动地做好汇报沟通工作,力争做到专项湿地保护规划与行业规划、其他相关专项规划、上级湿地保护专项规划与下级湿地保护专项规划相协调。收集集成国内外湿地农业保护管理的先进经验、科学成果,为湿地农业管理、推动湿地农业保护和可持续利用提供技术服务和技术支撑。
3.3积极开展湿地农业生物多样性调查
湿地农业中分布有种类丰富的农作物和家养动物的野生亲缘种,它们是农业育种工作中的宝贵遗传资源。农业的持续高产依赖于有效地利用多种多样的物种和基因资源以及多样性的生态系统。因此,保护湿地农业生物多样性同时也是农业持续发展的前提。应做好湿地资源与生态环境保护工作,尽力保护农业生态系统内现有野生物种和人工管理物种多样性、生态系统多样性和作物遗传资源多样性,维护系统内现有野生物种。开展生物多样性分布的综合考察和若干专题调查。调查考察湿地农业生物物种种类、数量、分布状况、经济价值和受威胁程度,制定珍稀、濒危、地方独有名贵动植物分布区域图。在调查考察基础上,编制湿地农业生物多样性中心名录。划定必要的自然保护区,以保护重点农业生态系统类型、珍稀濒危物种和野生遗传资源。加强对湿地农业保护区域种子、苗木、畜禽新品种等引入和应用的监管,建立早期预警、风险评估和突发事件应急反应机制。对已入侵的生物,加强跟踪监控,采取有效措施进行综合治理。
3.4保护与用养结合,促进区域生态持续优化与协调
湿地农业生态系统是一个整体,在对湿地农业资源开发和利用的同时,应注意生态环境的保护,实现可持续发展。因此,既要从长远考虑,保护生态环境,保护生物多样性,又要根据国情与经济发展的需要,循序渐进,搞好综合平衡。应避免可行性较小的机械式的湿地环境保护方式,代之以开发与保护并行的方式,因地制宜建立适合区域湿地农业可持续发展的模式。加大资金投入,全面整治湿地生态环境,特别是基础设施工程建设与水环境的治理;加强环境资源监测和保护;加强执法力量和执法力度;指导群众发展生态经济,减少对环境的危害;建立立体生物群落与完善配套的组装技术,增强对自然灾害的防御能力[5]。
3.5依靠科技,促进湿地农业可持续发展
对生境破坏严重的地区建设湿地生态恢复工程;适度且因地制宜、有计划地发展一些湿地高效生态农业工程。确保湿地生态环境进入良性循环,探索有中国特色的湿地开发与保护的新途径,使湿地资源得到永续利用,实现湿地保护与高效利用的统一[6]。应做好以下几个方面:一是加强湿地农业资源保护与合理利用的基础和应用技术研究,如湿地生态恢复与重建,湿地农业生态系统对于环境因子变化的相应机制等,为湿地农业保护与管理提供科学依据;二是积极探索湿地农业保护、修复和可持续利用的示范模式,加强科技支撑,把湿地保护工程建设成为湿地保护、修复和可持续利用的示范基地,打造成开展湿地科学技术研究开发的合作平台;三是开展湿地农业及其生物多样性保护理论的宣传、教育和培训,举办各种学术讲座和学术会议,出版有关著作和刊物,传播与普及湿地农业知识,使全民参与保护湿地,生产者科学地利用湿地;四是积极与国内外有关科研机构开展广泛交流与合作,充分借鉴、吸收国内外湿地保护、合理利用以及退化湿地生态修复的先进理念和先进技术;五是加强对湿地保护管理人员的培训,指导他们学习并掌握有关湿地保护管理方面的知识和生态农业方面的知识,以提高他们在湿地保护管理中生态农业推广和应用的能力,从而建立生态农业的推广体系。
4参考文献
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关键词 转基因作物;作物多样性;农业生态系统多样性;育种
中图分类号 Q344+.11 文献标识码 A 文章编号 1007-5739(2016)02-0015-04
Abstract The potential impact of transgenic crops on biodiversity has been a topic of interest both in China and abroad. This paper reviewed the advances of the researches that based on the impact of transgenic crops on crop biodiversity and agro-biodiversity. The agro-biodiversity included following aspects:the major influence on soil communities of micro- and other organisms from transgenic crops;the effect of herbicide-resistant transgenic crops on the composition of weed communities;the effect of insect-resistant transgenic crops on target pest and non-target organisms;and the herbicides and pesticides application effect on transgenic crops. Based on the review,the conclusion may be drown that transgenic crops could continue to decrease the pressure on biodiversity. The negative factors should be reduced to the lowest level of the new variety breeding of transgenic plants.
Key words transgenic crop;crop biodiversity;agro-biodiversity;breeding
生物多样性的物质实体就是资源,是人类赖以生存的物质基础。人类基本的食物和各种工业原料源自生物多样性,一些非常有价值的育种性状(如抗病抗虫性状、优质性状和高产性状)的基因也来自生物多样性[1]。生物多样性在生态系统的维持中起着重要的作用,同时,生态系统的稳定性是作物生物多样性存在的基础,两者相辅相成。随着现代生物技术的应用,转基因作物对农业生物多样性和农业生态的影响受到了广泛的关注[1-3]。转基因作物到底该不该种植这一话题也一直是媒体和群众的热议话题之一,转基因作物对农业生物多样性的影响主要包括抗除草剂转基因作物、转Bt抗虫作物的种植对生物多样性的影响和转基因作物的杂草和害虫的田间管理两部分内容。该文综述了转基因作物对作物多样性和农业生态多样性影响的国内外研究进展,旨在为转基因作物育种的发展提供参考。
1 转基因作物的种植对作物多样性的影响
作物多样性大致有2层含义,第一是指栽培作物种类的多样性;第二是指同一作物种类品种和生态类型的多样性。合理安排作物布局,保持农田作物种类的多样性,对增加粮食生产的稳定性具有重要的意义。近年来,转基因作物也有一定面积的种植,在农业生产上得到较多的应用。转基因作物的种植也在影响生物多样性。
转基因作物对生物多样性的潜在影响已经是一个大家普遍感兴趣的话题,在生物多样性公约签署的背景下,这一话题更受到关注。在最近的综述文章中,著名生态学家Carpenter[4]从遗传多样性的角度分析了大量文献中报道的转基因作物对环境的影响,范围涉及到具体作物、农场范围及更大的区域规模。目前在转基因经济作物种植地区,通过增加保护性耕种措施、减少杀虫剂使用和使用更加环保的除草剂等方法降低了农业对生物多样性的影响。
一般来说,在耕地上进行的农业生产效率越高,产量越高,可持续性则越强,生物多样性受到的危害则越小。转基因作物产量的增加也缓解了将更多土地转换为农业用地的压力,间接有利于生物多样性。农业对生物多样性最直接的消极影响是造成自然栖息地的大量丧失,这是由维持自然生态系统平衡必须的土地过多地转化为农业用地所造成的。Carpenter[4]发现大量且不断增长的论文显示,转基因作物的种植已经提高了产量,尤其是在发展中国家更为明显。一份由Carpenter对全球农民所做的调查发现[5],发展中国家作物平均产量的增加率:抗虫玉米为16%,抗虫棉为30%,而在一份对抗除草剂玉米的单独研究中,产量增加率是85%。发达国家农民的产量报告显示,抗除草剂棉花没有变化,抗除草剂大豆增加了7%。Brookes等[6]估计,产量提高带来的好处是减少了土地转化为农业用地。他们还估计,如果不使用生物技术,可能会有264万hm2土地被用于粮食和油料作物的生产。
保护作物的多样性是被广泛认可的,更多的品种和物种多样性能够让农业系统在不同环境条件下保持生产力的平衡。随着转基因作物的推广,对作物基因多样性减少的担心随之增加,因为育种项目将目光投向很少一部分有价值的品种。3项研究(美国关于棉花和大豆的研究、印度关于棉花的研究)已经分析了转基因作物的引入对作物基因多样性的影响。在美国对棉花和大豆基因多样性的研究得出的结论是转基因作物的推广对生物多样性的影响非常小,几乎为零。相反,印度Bt抗虫棉,因为刚开始只在少数品种中利用转基因技术导致了农场品种生物多样性的下降,但是随着时间的推移,更多的抗虫棉品种得以使用,这种现象得到缓解[5]。Carpenter[4]认为,长远看来,转基因作物通过增加未充分利用的替代作物的数量使他们更适于大范围的驯养种植,从而增加了作物生物多样性。
2 转基因作物种植对农业生态系统部分物种的影响
农业生态系统是人们利用农业生物与非生物环境之间以及生物种群之间相互作用而建立起来的并按人类社会需求进行物质生产的有机整体。农业生态系统的目标是最大程度地获取高产、优质产品,以满足人口不断增长的需要,其生物多样性的组分和功能与自然生态系统的有所不同。农业生态系统的物种可分为生产性生物种(productivity biota),如农作物、林木、饲养动物等,其多样性对系统的生产力、稳定性起重要作用;资源性生物种(resource biota),如传粉昆虫、害虫天敌、微生物等,其多样性对系统内的传粉作用、害虫生物控制、资源分解、促进养分循环有着重要的作用,从而间接影响系统的稳定性和生产力;破坏性生物种(destructive biota),如杂草、害虫等,这些影响系统生产力的生物种是被控制的对象。
2.1 转基因作物对微生物和土壤生物群落的影响
农业生物多样性对微生物和土壤生物群体有主要作用,同时这些微生物和生物群体对土壤系统的功能有根本影响,如氮循环、废物的分解、营养的调动。许多研究对转Bt作物对土壤生物群落的潜在影响进行了深入分析。Icoz and Stotzky[7]基于70篇科学论文对Bt作物对土壤生态系统的影响研究进行了充分的论述。发现转Bt植物对土壤中微生物组群的影响程度大小表现为从无影响到轻微影响再到显著影响,他们是不同地理环境、温度、植物品种和土壤类型作用的结果,一般来说,土壤类型的作用是暂时的,与Cry蛋白的存在无关。总体来说,Cry蛋白很少或者没有对潮虫、跳虫、螨虫、蚯蚓、线虫、原生动物有毒性作用,关 潇等[8]利用普通水稻和转基因水稻作为材料,研究对土壤生物群落的影响,结果表明,非转基因组土壤微生物群落结构特征具有一定的相似性,转基因组也具有类似的土壤微生物群落结构;转基因水稻与非转基因组相比,土壤微生物生物总量差异不显著,转Bt基因水稻根际土壤中的细菌、真菌、放线菌随季节变化趋势明显,转基因组与非转基因组之间无显著差异(P>0.05),影响较小。
在美国东北部进行的一项研究中,Hoheisel和Fleischer[9]调查了瓢虫和它的食物(蚜虫和花粉)的季节动态,他们的研究对象是一个蔬菜农场系统,包括Bt甜玉米、Bt马铃薯和转基因抗虫南瓜。结果表明:转基因蔬菜作物对瓢虫提供了保护,减少了25%的农药使用。在一份包含同样作物的相似研究中,Leslie等[10]比较了在种植转基因作物及近等基因系的环境中鞘翅目和蚁科在土表的聚居状态,并未发现物种丰富度和物种组成有什么不同,但发现转基因蔬菜需要的杀虫剂更少。结果表明:遗传修饰技术育种可以被应用于蔬菜病虫害的综合管理系统中,为转基因蔬菜提供了新的有效的方法来控制害虫和病原菌的传播[11-12]。
2.2 抗除草剂转基因作物对杂草群落的影响
转基因植物田间释放带来的主要问题之一,就是抗性基因通过基因流转移到野生植株,从而给农田生态环境造成潜在的危害,所以在释放前对其潜在的基因漂移做出确切的评估是很必要的。转基因作物的一个主要关注点在于转基因性状向杂草的任意传播。已经有一些转基因逃离和杂草获得抗除草剂选择优势的证据[13-14]。抗除草剂基因从转基因作物品种向近亲杂草的转移的风险已经在大田作物如芥菜/油菜、甜菜中得到证实[15-16]。Rose等[17]证实,“转基因缓和策略”可能会对野生芥菜和油菜之间的杂交产生不良的遗传负担。转基因缓和措施是一种对作物有利的矮化基因,但对杂草防控来说是有害的(杂草由于基因组成变化比同类的非转基因杂草长得更快)。这一发现提出一个观点,即转基因植物总是赋予野生亲缘植物所谓的健壮基因,使其更加强壮,具有转变成超越同类的潜力并成为超级杂草,此外,Palaudelmàs等[18]发现,部分转基因玉米活力低,很少结实和形成花粉,造成异花授粉率低。这样,对转基因植物的种植提出了一系列新的生态和经济问题,让科学家和政策制定者去考虑转基因的限制问题。
作物生产实践对杂草群落的组成有着显著的影响。当地主要杂草种类的变化现象称为杂草演变。在耐除草剂作物系统中,这样的转变和杂草管理是密切相关的,其中的耕作方式和除草剂的使用对杂草群落的演变有显著影响。有文献报道,在抗草甘膦作物中,有40种杂草(密切相关的物种的不同组群)的丰富度增加[4]。同一时间,在对美国6个州玉米、大豆和棉花的调查中,36%~70%的种植者反映:种植抗草甘膦作物,再实行轮作之后,杂草压力已经降低。化学除草剂的使用也导致耐农药杂草种群的发展,从而使杂草群落发生变化。在全球的15个国家中已经发现21种抗草甘膦杂草[4]。抗草甘膦杂草的出现需要调整杂草控制项目内容,采取一些实际措施控制抗性种群。
抗除草剂转基因作物的引进已经和更多的保护性耕种措施联系在一起,这些措施包括减少径流、增加水分下渗和减少侵蚀等。在抗除草剂转基因作物较大的种植国――美国和阿根廷,保护性耕作的应用趋势已经得到广泛关注,并开展了相关研究。然而,在这2个国家引进转基因抗草甘膦作物之前,保护性耕种早已被一些种植者采用。一些研究已经显示,保护性耕种与转基因抗草甘膦作物之间有着积极的双向因果关系。
2.3 转基因Bt抗虫作物对非靶标生物的影响
转基因抗虫作物自1996年被批准商业化种植以来,它的抗虫性和经济效益已得到了普遍肯定。Storer等[19]指出,预计种植转Bt作物对农业生产最主要、最直接的影响是这些作物成为防治目标害虫的理想物种,通常情况下,害虫以这些作物作为主要食物来源,并且能够在较大范围内移动。种植转Bt作物可自然形成较大范围的区域害虫的抑制,不仅减少了技术开发者的损失,还通过减少粮食损失或者减少使用害虫控制措施(例如农药)使非技术开发者和其他作物种植者获益[4]。
转基因抗虫作物对非靶标生物的影响是多方面的,例如转基因抗虫作物的长期种植以后,次要害虫是否上升为主要害虫,是否会影响有益昆虫,包括重要经济昆虫、捕食性和寄生性天敌以及重要蝶类的种类及种群数量等,构成转基因抗虫作物生态风险评估的重要内容。有研究调查了转Bt玉米和棉花的引进对害虫种群区域性暴发的影响,美国多地种植Bt玉米和棉花的地方以及中国种植Bt棉花地方的区域性害虫抑制的效果[4]。转基因作物对陆地上非靶标无脊椎动物的影响已经是大量室内试验和区域研究的课题。截至2008年底,已经有超过360篇关于Bt作物对非靶标生物影响的原创论文被发表[20]。Naranjo对9种来自17个国家的转Bt作物的135项基于实验室的研究及来自13个国家的5种Bt作物的63项基于实验田的研究,并采用meta分析技术进行分析。一般来说,实验室研究比实验田研究有更多重大发现的机会,这至少在生物研究的差异中得到解释,同时实验室研究相比实验田研究有更多的蛋白质暴露机会。实验田研究表现出更少的对非靶标生物的有害影响,同时杀虫剂对非靶标生物影响比Bt作物大得多[20-21]。最近越来越多的关于Bt作物对非靶标生物影响的研究与Naranjo的结论一致[4]。杨 艳等[22]在总结国内外相关研究数据的基础上,系统分析了转基因抗虫作物对非靶标蝶类和蚕类昆虫的潜在影响,指出虽然蚕类和蝶类昆虫对Cry1或Cry2类杀虫蛋白敏感,但在自然条件下,这类非靶标昆虫暴露于Cry杀虫蛋白的水平很低,抗鳞翅目害虫转基因作物的种植对田间蝶类昆虫的种群密度影响不显著,不会给我国的蚕丝产业带来负面影响。李丽莉等[23]认为转基因抗虫作物的花粉或花蜜是一些重要经济昆虫,如蜜蜂、熊蜂和一些寄生蜂,甚至捕食性天敌的食物来源,另外,花粉飘落到一些鳞翅目昆虫如家蚕或重要蝶类昆虫的寄主植物上,直接或间接对这些昆虫造成一定影响。目前大多数研究表明转基因抗虫作物对非靶标昆虫,特别是对有益昆虫没有明显的不利影响。
3 除草剂和杀虫剂在转基因作物上的应用
转基因作物的害虫和杂草的田间管理已经导致了除草剂和杀虫剂的使用。如果种植遗传修饰抗虫作物的农民减少了针对主要害虫的广谱杀虫剂的使用,那么植物保护部门自然会抑制次要害虫的种群,以便保护鸟类、啮齿类动物和两栖动物捕食的多样性和丰富度。除了研究转基因作物对非靶标生物影响及与传统做法相比较外,一些研究还确定了自遗传修饰作物引进后农药的变化量。与阿根廷、澳大利亚、中国、印度和美国的传统作物相比,农药总活性物成分减少14%~75%[4]。Brookes和Barfoot[24]指出,农民种植转基因作物可以减少喷洒9.1%的农药,通常除草剂和杀虫剂使用量的17.9%就可以达到防治效果,减少了对环境的影响。研究强调,转基因作物明显降低了作物种植区温室气体的排放,这些温室气体的排放量相当于2010年大街上860万辆汽车尾气的排放量。另外,很少研究得到耐除草剂转基因作物对除草剂使用量变化的数据,或许是因为耐除草剂转基因作物的用药情况影响不同种类、数量除草剂的使用,因此,除草剂使用量的变化并不能作为环境影响的一个指标。一些研究已经采用环境指标来观察杀虫剂使用的变化,包括耐除草剂和耐杀虫剂作物,在转基因作物上的农药使用情况与常规作物相比都表现降低了对环境的影响[4]。
Bennet等[25]对生物周期调查表明,耐除草剂的转基因甜菜比传统甜菜对环境有更小的损害。因为转基因甜菜减少了除草剂制造、运输和田地使用过程中的用量。美国科学院认为,随着时间的推移,转基因作物的一些效益预计会下降,随着该技术被运用到更多的作物上,潜在的效益和风险也可能变得越来越大[26]。例如,自从1991年,Bt棉花植株在中国棉花生产中有效控制了棉铃虫的危害,减少了农药的使用,增加了中国农民的收入。然而,2004年得到的数据显示:这些效益正在被用量剧增的其他农药削弱,这些农药被用于控制次要害虫[27]。这种现象已经被Wang等[27]证实,他曾经发现由于种植Bt棉花,防控次要害虫的问题和杀虫剂用量减少相比并没那么重要。在美国,据环保局报道,另一种大田害虫(根虫)已经演变成对Bt毒素具有抵抗力[28]。
4 转基因作物对生物多样性的压力和转基因植物新品种选育
转基因作物在过去15年间已经被商业化种植,从中可以看出生物多样性对生态平衡有积极影响。通过增加产量、减少杀虫剂使用、使用更多更环保的除草剂和采取保护性耕种措施,转基因作物已经促进了农业的可持续发展。许多研究认为,转基因作物对环境的影响很小,几乎为零[4,20]。最近,美国国家研究委员会作出了一份对转基因作物种植对农业可持续发展的综合评价:一般来说,相比较于传统种植的非转基因作物,转基因作物对环境有较小的负面影响[26]。因此,随着全球农业系统的扩展,现代农业育种技术可以在现有农业用地的基础上提高产量,在未来30~40年农业可预计养活继续增加的世界人口,转基因作物能够继续减少对生物多样性的压力,育种人员对保护生物多样性作出了巨大贡献[29]。
自然界中基因的横向转移现象广泛存在,转基因技术即是模仿自然界中的基因横向转移。自1996年转基因作物产业化以来,已累计推广15亿hm2,2013年种植面积达到1.752亿hm2,是1996年的100倍以上。目前,全世界27个国家种植转基因作物,其中,19个发展中国家种植面积占54%,巴西达4 030万hm2;美国是最大的转基因作物种植国(7 010万hm2),种植面积约90%为转基因品种[30]。2008年我国启动“转基因生物新品种培育重大科技专项”重点支持水稻、小麦、玉米、大豆、棉花、猪、牛、羊生物的转基因技术研发。万建民[31]基于系统比较分析,建议我国进一步加强转基因植物研发能力建设,夯实转基因育种研究基础,突破转基因核心技术,培育转基因植物新品种,加强产、学、研紧密结合,培育具有自主创新能力和市场竞争力的大型企业,同时加强科普宣传,营造良好的社会氛围,推进我国生物型新兴产业的快速发展。
5 展望
从目前看来,转基因抗除草剂和害虫作物的种植,对农业生物多样性的影响轻微。从长远的角度考虑,转基因作物的推广可以通过增加产量、减少杀虫剂的应用、使用更环保的除草剂及采用保护性耕作措施促进农业的可持续发展;这也从农业生物多样性视角表明我国应发展转基因植物育种。当然,任何事物的发展具有两面性,加之转基因作物研究的时间相对传统作物较短,应该把转基因作物对生物多样性的潜在负面影响降到最低,以便更好地为农业生产服务。
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土地的科学化整理是提高土地利用率、促进土地资源的可持续发展以及维持耕地总量动态平衡的一种方法。土地的科学化整治,能够提高土地的使用价值,使其能够为人民提供更好的服务。当前我国土地整理缺乏完善的政策方法,整理的过程中难免会造成各种问题,其中最为严重的应是生态环境问题。
2.土地整理中生态环境保护问题
2.1 水土流失面积增大
在土地整理的过程中,对一些闲置地和坡度较大无法利用的土地进行综合整治,比如:地改梯田、农林建设或水利工程建设等措施,在扩大耕地面积的同时,必须确保土地的生态条件不受影响。但是人类活动通过土地的整理活动,打破了生物和环境建立的长期相互作用,建立了一种人工生态系统,虽然在一定程度上提高了土地生态系统的生产力,但严重影响了土地利用生态系统,使其变得更加脆弱,大大的降低了系统的缓冲性能,因此不合理的土地整理很有可能会造成新的水土流失。
2.2 影响生物多样性
根据影响自然生物多样性的因素进行分析,生物的生存和繁殖环境是影响自然生物多样性的主要因素之一。当前在一些经济比较发达的地区进行土地整理时,由于对高品位的设计过分追求,导致混凝土路面和沟渠在田间到处可见,大大减少了绿地地面、自然生物栖息和繁殖的场所。区域性生态系统变得越来越简单,对生物多样性产生了很大的负面效应。
2.3 农业面源污染生态问题
由于土地在整理过程中,虽然耕地与经济林的面积会不断的扩大,但更多的自然用地土地被开发成耕种,种植各种农作物。当前,人们过于追求农作物的产量,增加土地的肥力,在耕地中施加大量的有机或化学肥料。并且,为了提高农作物抵御病虫害的能力提高产量,还会向耕地中喷洒大量的农药。这些肥料和农业的过量使用,产生了严重的农业源污染,从而导致生物的多样性大幅度的锐减。这样不仅违背了土地资源循环利用的可持续发展理念,而且也影响了农业产品的安全性,会对人们的身体健康产生很大的危害。
3.土地整理中生态环境保护的对策
3.1 做好对土地整理对象的环境生态保护
土地整理对象包括:闲置土地和未利用水域、滩涂、迹地等。对中低产田进行改造、扩大耕地面积、增强土地产出量是土地整理工作的重要内容。在进行土地整理的过程中,应高度重视土地的环境生态,并因此为基本出发点增强土地整理对象的保护力度,加强瘠薄土地湿地和生态脆弱区域的保护,利用人下从新构建新型的土地和作物、生产和环境、资源和生态的新型关系,做到在进行土地整理中实现生态环境深层次的保护目标。
3.2 保护生物多样性,维护生态平衡
生物多样性以及生态的变化发展过程是自然规律的体现,因此为整个社会创造出来巨大的生态、经济、美学价值。大量研究表明,农业生态系统中对非目标生物的多样性进行保护,在促进农作物养分的循环利用、保护土壤有益生物,防止土壤侵蚀,消除环境污染等方面发挥着巨大的作用。
农业区域是人民频繁从事农业活动的区域,不可能完全遵循自然生态系统的发展规律,通过建立自然保护区的途径来对生物的多样性加以管理和保护,只能是在不影响或尽量少影响农业生产力的前提下,从环境多样性、物种多样性和遗传多样性等层次上加强对生态多样性从的保护。
3.3 土地整理和结构调整中的环保
保持生态平衡是土地整体的前提。因此,在对土地整理中,应兼顾后备资源的开发,合理统筹安排。注重目标的可行性、注重实施的实效性。注重措施的综合性,严禁盲目的扩大耕地指标。无论是对沙荒地进行开发、围湖造地,还是对各类废弃地进行复垦、农业用地的调整等,都需要对土地的生态环境、社会经济条件的可行性进行研究和论证。完善农田基本设施的配置,建立严格的环境风险责任制,将土地整理中的环境保护、修复和补偿成本纳入工程项目预算中。
在工程项目设计施工的过程中,严格遵循土地生态系统中物种共生与循环再生的原理,并对系统工程进行优化,利用植物对环境的适应特征,选择优良树种,人工建立植物群落,并对群落的物种结构的均匀性进行优化,加速植物和环境之间的协调平衡、相互制约的过程,改善工程建设过程中破环的生态环境。
3.4 做好土地整理的环境生态评价工作
土地生态是土地整理中进行环境生态评价的主要因素,确保土地整理建立在环境生态保护和建设的基础上。在土地整理过程中应建立土地整理环境生态调查机制,做好环境生态的保护T作。对环境生态的保护区域进行划分,同时在不同区域设定不同的环境生态保护目标,进而实现土地整理过程中的生态性和可持续性,对具有环境生态功能的土地进行筛选和优化,将地整理中对环境生态的风险降低到最低,进而提升土地整理的环境生态效益和价值。
4.结语
判断题
题目1
根据人类对生态系统的干预程度不同,生态系统可分为自然生态系统、半人工生态系统和人工生态系统。
选择一项:
对
题目2
以农田为中心的农业生态系统中养殖业一般比较发达。
选择一项:
错
题目3
农—果模式主要是以多年生的果树和农作物如粮食、棉花、瓜果、蔬菜等间作。
选择一项:
对
题目4
群落在演替的进程中最后到达的稳定群落,称为顶级或顶级群落。
选择一项:
对
题目5
农业生态系统中的分解者生物主要是土壤微生物(细菌、真菌、放线菌)。
选择一项:
错
题目6
青鱼、草鱼、鲢鱼、鳙鱼四大家鱼同时养殖在一个水域,容易发生竞争而导致减产。
选择一项:
错
题目7
人工控制系统是人类施加给农业生态系统的环境条件和影响的总称,是农业生态系统的最重要的组成成分,也是区别于自然生态系统的根本标志。
选择一项:
对
题目13
内因演替是指推动群落演替的因素来源于自然和人为的因素。
选择一项:
错
题目16
人工辅助能的投入是农业生态系统与自然生态系统的一个最重要区别。
选择一项:
对
题目20
生态系统=生物群体环境+生物群体及其全部关系
选择一项:
对
题目1
农业生物多样性可分为农业产业结构多样性、农业景观多样性、农田生物物种多样性、农业种质资源与基因多样性几个尺度水平。
选择一项:
对
题目2
利用温室或塑料大、中、小棚等设施栽培蔬菜、花卉及进行反季节栽培,都属于种群密集型时间结构。
选择一项:
错
题目3
农业生态系统时间结构的类型包括种群嵌合型、种群密集型和人工设施型。
选择一项:
对
题目4
桑基鱼塘模式大多数分布在我国河北、山东地区。
选择一项:
错
题目5
农业生态系统的水平结构亦即农、林、牧、渔、副结构。
选择一项:
错
题目6
农业生态系统中农业与牧业的关系可概括为3种类型:供求关系、连锁关系和限制关系。
选择一项:
对
题目7
为保护农业生物多样性,在病虫害防治时禁止使用农药。
选择一项:
错
题目8
森林具有涵养水源,保持水土的生态作用。
选择一项:
对
题目9
环境包括自然环境和社会环境。
选择一项:
对
题目10
水稻和旱稻主要是由于土壤水分条件不同而分化形成的生物生态型。
选择一项:
错
题目1
当工业辅助能投入到一个较高的水平时,再继续大量投入,其能量效率有增加的趋势。
选择一项:
错
题目2
地球上的水以液体、固体和气体三种形态存在。
选择一项:
对
题目3
固氮作用有2种途径:工业固氮和生物固氮。
选择一项:
错
题目4
氮肥施用过量的农产品水分含量高,固体物少、口感差,但是不易腐烂、货架寿命长。
选择一项:
错
题目5
地质大循环具有周期长、范围大,影响面广等特点,属于开放式的循环。
选择一项:
错
题目6
秸秆还田或者施用草木灰是农业生态系统钾素再利用的主要途径。
选择一项:
对
题目17
生态金字塔有3种基本类型:生物量金字塔、能量金字塔和数量金字塔。
选择一项:
对
题目18
间作套种和立体种植等措施可以提高光能利用率,增加初级生产产品的数量和质量。
选择一项:
对
题目19
农业生态系统的生产力一般可分为两大部分:初级生产力和次级生产力。
选择一项:
对
题目20
将现代信息技术等用于农业生态系统的管理和调控,可以有效提高农业生产的管理水平,提高太阳能和人工辅助能的利用效率,推动农业可持续发展。
选择一项:
对
题目1
农业资源是绝对无限性与相对有限性的统一。
选择一项:
对
题目2
利用瓢虫、蜘蛛、食蚜蝇、草铃等可以防治小麦蚜虫和棉花蚜虫。
选择一项:
对
题目3
配方施肥技术包括“配方”和“施肥”两个程序。
选择一项:
对
题目4
生产有机食品对原料的要求不是很严格,但是要严格按照有机食品加工标准进行生产。
选择一项:
错
题目5
稻鱼轮作是指养鱼和种稻在时间上分开,即种稻时不养鱼,养鱼时不种稻。
选择一项:
对
题目6
常用的农业生态系统诊断方法包括物流和能流分析诊断法、指标诊断法2种。
选择一项:
错
题目7
一条河流,当有少量污染物进入时,完全可以依靠自身的自我调节功能达到净化,河水依然清澈。
选择一项:
对
题目8
农业生态系统的评价指标可采用单指标评价方法和综合指标评价方法。
选择一项:
对
题目19
一般来说,发育越是成熟的生态系统,越容易达到平衡。
选择一项:
对
题目20
我国地势西高东低,自西向东构成了“四大阶梯”。
关键词:生态型渠道 渠道规划 渠道构建 环境因素 生态因素
1.引言
近年来,由于渠道化建设引起农田渠道中生境条件恶化、生物多样性下降、农业面源污染严重、水体自净能力下降等问题日益突出,混凝土衬砌的方法的弊端也日益凸显出来。在总结国内外在生态型渠道构建方面的研究成果基础上,从降低渠道对农业生态环境的影响及发挥渠道的生态功能的角度出发,探讨生态型渠道建设的方案。
2.生态型渠道构建方案探讨
2.1 利于保护动植物生境及生物多样性的渠道构建
沟渠形态的多样性是渠道内生物多样性的基础,在渠道的建设过程中,通过在渠道内构建多样化的动植物生境来提高生物群落的多样性。渠道在平面上的蜿蜒性,横向断面上的多样变化,纵向上的深、浅渠底的交替出现,造成水流的急缓变化,均为生物创造了多样的栖息环境,适宜不同的生物生存,增加了生物群落的多样性。为实现渠道的保持生物多样性的生态功能,在建设渠道的过程中,应把握以下几点:
(1)因地制宜,增加渠道蜿蜒性。渠道的蜿蜒性为渠道生态的生物多样性提供了条件,与直线渠道相比,弯曲渠道拥有更复杂的动植物群落。同时也应该注意到,渠道的蜿蜒性会增加渠道输水的时间和降低输水时间,因此在增加渠道的蜿蜒性建设时,不能一概而论,应该具体问题具体分析,因地制宜,不可不切实际,随意增加蜿蜒性。
(2)形式多样,渠道断面多样化。渠道断面形状主要有:U形断面、梯形断面、矩形断面、复式断面等。U形断面主要为自然渠道断面,它是多由水流常年冲刷而自然形成的,为非规则断面,具有一定的多样性特点。梯形和矩形是灌区人工开挖常见的规则断面形式,结构比较单一,是渠道采用最多的断面形式,该断面形式难以满足景观生态效应。复式断面综合考虑高低水位的过流要求,在主干渠,以及支、斗、农、毛沟渠段,运用不同的断面形式,同时满足了高水位和低水位的景观生态效应,是灌区较为理想的断面形式。沟渠断面形式多样化,利于形成多样化的生境,供水生植物、两栖动物的生长和栖息。
(3)适当设置多级落差。对于地势比降较大的沟渠可沿渠道人工设置若干级落差,一方面可以通过跌水增强水体的复氧能力,另一方面也利于水流的多样化,多变的水流利于保持生物的多样性。
2.2 利于截留净化农业面源污染物的渠道构建
农业面源污染物在渠道迁移过程中,可以利用渠道的自然净化功能降低农业面源污染进入地表水体的负荷,截留净化过程包括:底泥吸附、植物吸收、微生物降解等一系列的物理、化学和生物的转化作用。通过对渠道自净机理的研究,可以人为地创造适宜的条件,来强化渠道的自然净化过程,增强渠道的自净能力,从而改善水体水质,起到保护生态环境的作用。
(1)构建水生植被型渠道
渠道内良好的水生植被有利于形成“水生植物-微生物”系统,此系统可以对污染物进行吸收和降解,净化机理主要包括:①水生植物对氮、磷营养物质的吸收作用;②微生物对有机物的降解作用和硝化反硝化作用;③根茎叶系统的吸附过滤作用;④促进沉降和抑制溶出作用。水生植被型渠道的构建主要通过改善植物生长条件及人工移植栽培净化效果较好植物,来建立渠底部沉水植物、沿岸挺水植物的植被体系,起到较好的净化污染物效果。同时,水生植物死亡后沉积水底会腐烂,释放有机物质和氮、磷元素,会造成水体的二次污染,因此应注意对沟渠的水生植物定期收割。
(2)渠道内生物填料技术的应用。天然材料(如卵石、砾石及天然渠底等)或人工合成接触材料(如塑料、纤维等)具有较大比表面,生物容易聚集生长而形成粘液状的生物膜,可以吸附降解水体污染物质。因此可以在不影响渠道正常功能的前提下,将这些材料作为填料或者面料合理布置于沟渠中,创造适宜生物膜生长的介质来强化水体的自净能力,如砾间接触氧化技术、薄层流净化技术和仿生植物填料技术。
2.3 植生型防渗渠道构建
在水资源稀少的干旱地区渠道防渗是十分重要的任务,这也是导致长期以来渠道“三面光”衬砌的形成。渠道防渗节水可以提高水资源的利用率,缓解农业用水供需矛盾,节约的水可扩大灌溉面积,对水资源紧缺地区具有现实意义。随着生态建设的需要,对干旱性和半干旱性地区渠道,一方面要考虑防止下渗引起的水资源损失,必须要对渠道进行不透水性全衬砌;另一方面也要创造适宜的水生生物生长环境,维持渠道内的生态系统完整性,保持一定的自净能力。王超,王沛芳等研制的植生型防渗砌块技术可以较好地解决这一矛盾。它由不透水的混凝土块体和供水生植物生长的“井”形无砂混凝土框格组成(。在对河道进行防渗衬砌时,砌块之问通过凸块和凹槽的联结紧密地排列于河床底部,可以有效地防止渗漏;“井”形无砂混凝土框格中填土,种植适宜的水生植物,水生植物的生长又为其他微型生物提供了生长环境,构成的水生生物系统还可以吸收降解水体中污染物质,提供水体的自净能力。
3.结语
目前对农业灌溉排水渠道引起的生态环境问题的研究还处于起步阶段,对自然土渠的生态功能的作用尚未形成完整的理论体系,水泥衬砌渠道对农业生态环境的影响的机理还没有完全认识清楚。渠道的生态构建技术在借鉴河流的治理经验的基础上逐步形成,推进生态渠道的建设还需要克服理念上的阻碍。只有根据当地的实际情况,具体问题具体分析,积极丌展试点,并不断完善,才能使生态型渠道的建设理论和实践有较快发展。
参考文献:
在农业发展历史中,农业先后经历了刀耕火种、传统农业、工业化农业以及现在正在积极探索的生态农业,无论哪种农业形式,其在世界各地的起源、发展皆与生态环境息息相关。尤其是随着现代化的进程,为减少病虫害干扰、提高农业生产产量与质量以解决温饱问题而大量不合理的使用农药、化肥等有毒有害的化学污染物质,使这些污染物在农业生态系统中不断积累并超过其自身的自净能力,破坏了农业生态系统原有的结构和功能,而导致生态安全与粮食安全受损。而生态农业可以缓解农业环境继续恶化。农作物病虫害会对农业生产造成巨大的损失,且在全球气候变化的大背景下,农田生态系统受到病虫害胁迫的概率将显著增加 [1]。因此保护农业生态环境,不再使用化肥农药等,从而积极发展生态农业,提出与之相对应的防治病虫害的方法与技术势在必行。
1 利用“3S”技术监测病虫害
“3S”技术分别是指是遥感(RS)、地理信息系统(GIS)和全球定位系统(GPS)。
1.1 遥感技术
随着技术的迅速发展,遥感技术已经能快速地为农业、林业、地质、环境监测等领域提供数据。将高光谱遥感应用于农业中,其数据能准确地反映田间作物的生物化学参数(含水量、叶绿素含量、蛋白质等)以及生物物理参数(生物量、叶面积指数LAI等)的光谱信息。病虫害对农作物生长造成的影响主要有两种表现形式,即农作物外部形态的变化和内部生理变化。外部形态变化包括有落叶、卷叶,叶片幼芽被吞噬,枝条枯萎,导致冠层形状发生变化;内部生理变化则表现于叶绿素组织遭受破坏,光合作用,养分水分吸收、运输、转化等机能衰退[2]。当农作物受病虫害危害后,会发生病虫害的光谱响应(可见光区域的反射率上升,在近红外区反射率下降),从而为农作物病虫害的遥感监测提供支持。
1.2 地理信息系统技术
目前,地理信息系统技术已应用于农业资源信息管理、农业生态环境监测、农用土地适宜性评价、农作物估产和监测及农业病虫害监测与管理等领域。 GIS的数据管理包括空间数据库和属性库管理,在监测病虫害时可充分利用其数据库的优势,将地形图、水系分布图、交通图等普通地图以及在其基础上按照一定的用途制成用于反应自然要素的专题地图(如土壤类型图、气象图等)作为空间数据库,把病虫害种类与习性、发生数量、发生地点、危害程度与特征以及相关气象资料建成属性数据库,通过地图叠置操作与空间分析生成用于指导农业病害虫监测与管理的预警系统。从而对病虫害的发生及未来发展趋势进行预测,并预报不正常状况时空范围和危害程度,按需要适时地给出变化和恶化的各种警戒信息及相应的综合性对策[3]。
1.3 全球定位系统技术
由空间卫星、地面控制系统和用户设备组成的全球定位系统,可以在短时间内将危害较大的病虫害区域定位,为农业管理人员提供精确的空间坐标以找到灾害发生点的准确位置并及时做好相关措施,从而避免病虫害的大面积爆发,因而越来越多的用于农业病虫害的监测与调查。此外,将GPS 与RS、GIS相结合构建用于病虫害发生动态与分布的实时监测系统已成为农业病虫害监测与管理的重要课题之一。
2 利用生物技术防治病虫害
2.1 种植抗性品种
农业生态系统中各作物品种间生物特性不同使得不同品种抗病虫害的能力存在差异,并在长期的进化过程中形成了独特的防御机制来达到抗病虫害能力。选用对害虫具有抗性的作物进行种植,不但可以发挥作物自身对病虫害的调控作用,而且控制效果持久。随着分子生物学的发展,越来越多的分子技术应用在抗性育种,改变了杂交育种、诱变育种等方法在实际操作中育种速度慢的缺点,这也为种植抗性品种提供了更多的方便。
2.2 保护与利用天敌
在农田生态系统中,由于生物之间存在竞争、捕食、寄生等关系致使有害生物存在着许多捕食性或寄生性天敌、病原微生物。所以保护天敌并加以利用这些自然因素对害虫实施控制是一种有效的措施。通过优化田间微生态环境,利用边缘效应在田间保留交错带和缓冲带,为天敌生存和繁衍的创造良好条件以及保证天敌安全越冬,可以达到保护的目的。稻田养鸭、鱼、蟹等农业模式就是利用天敌的原理,以达到防治稻飞虱、夜蝉、螟虫等害虫的目的。用于防治有害生物的病原微生物主要有真菌、细菌、病毒等,例如用白僵菌防治棉铃虫等,用苏云金杆菌防治菜青虫、茶尺例蠖等,以核多角体病毒(NPV)防治小菜蛾等。
2.3 使用生物药剂
随着科技的发展与社会的进步,利用生物及其代谢产物研发生物药剂成为一种新途径而进入了蓬勃发展的时期,这些生物药剂包括:植物源农药、微生物源农药、昆虫激素。其中,植物源农药研究较多,从楝科、柏科、卫矛科等植物分离的高效活性均有杀虫作用,例如楝科植物苦楝分离出的川楝素可有效防治菜青虫、柑桔螨等。昆虫激素是由昆虫内分泌腺分泌到体外或由体液输送至全身各处的化学物质,按其作用方式分为两大类,即昆虫内激素、昆虫外激素。昆虫内激素调控昆虫的生长发育,分为脑激素、保幼激素、蜕皮激素等;昆虫外激素又称为昆虫信息素是昆虫进行信息交流的媒介,包括了集结外激素、追踪外激素、告警信息素、疏散信息素及性外激素等。由于昆虫激素具有易降解、专一性强、不污染环境等特点已越来越受重视并广泛用于防治农业害虫。昆虫内激素防治害虫的主要作用机理是破坏昆虫体内的激素平衡,导致昆虫的生长发育、变态及生殖等过程受阻而使害虫畸形或死亡。昆虫外激素在实际应用中无需考虑其是否可以穿透昆虫包被在身体外侧的角质膜,因而使用较广,例如性外激素。
2.4 利用农业生物多样性原理
农业生物多样性以遗传、物种、生态系统和景观4个层次的多样性为基础,以人类可持续发展而形成的人与自然和谐共处的生物多样性系统为目的,是全球生物多样性的重要组成部分,对防治有害生物、维持农业系统的生态平衡与安全、保障全球粮食安全具有重要作用。利用农业生物多样性持续控制有害生物已成为研究热点。农业生物多样性控制有害生物的基础原理包括,群体异质效应、稀释效应、微生态效应、诱导抗性效应、物理阻隔效应、生理学效应和化感效应等7个方面[4];其方法为模拟自然生态系统,在生产农田中创建种内遗传多样性、种间物种多样性、生态系统多样性和景观多样性,以实现时间多样化和空间多样化的生物多样性种植。时间多样化种植是指利用轮作换茬的作用,防止作物连作生长时生长迟缓、病虫害严重、作物产品数量与质量下降。而空间上多样化种植是指利用生物之间互利共生原理,进行简混套作(即间作、混作和套种)的种植模式。
3 利用物理技术控制病虫害
3.1 物理诱杀技术
物理诱杀技术是指利用害虫对各种物理因子(光、电、色、温度等)的趋避性,创造一种对害虫有害的方法或将其从原有生境驱赶,以达到防治害虫或病害的目的。昆虫对不同光的波长、光照强度等条件十分敏感,往往会做出不同的趋光反应。例如应用佳多频振式杀虫灯,可以有效杀死天蚕蛾、红腹灯蛾、粘虫、豆荚螟、烟青虫、蛱蝶等。
3.2 改善栽培措施
通过合理灌溉、合理翻耕、合理施肥等措施,改善土壤的水分、热量、气、肥等条件,从而调节土壤结构与孔隙,利于植物根系对养分的吸收、转化以及土壤微生物与根系的相互作用,使农作物的长势达到最佳状态,进而提高农作物对有害生物的抗性。
关键词:低碳农业;节能减排。
1 低碳农业的含义与特点。
“低碳”是近期最热的词之一。但现在人们一谈到低碳经济,讲工业的多,讲城市的多,讲农业的少,讲乡村的少。事实上,联合国粮农组织新近指出,耕地释放出大量的温室气体,超过全球人为温室气体排放总量的30%,相当于150亿吨的二氧化碳。同时,联合国粮农组织估计,生态农业系统可以抵消掉80%的因农业导致的全球温室气体排放量,无需生产工业化肥,每年可为世界节省1%的石油能源,不再把这些化肥用在土地上还能降低30%的农业排放。所以,低碳经济在农业上大有可为。
低碳农业就是生物多样性农业。农业的发展经历了刀耕火种农业阶段、传统农业阶段和工业化农业阶段。工业化农业过程对生物多样性构成威胁:农田开垦和连片种植引起自然植被减少,以及自然物种和天敌的减少;农药的使用破坏了物种多样性;化肥造成了环境污染,进而也引起生物多样性的减少;品种选育过程的遗传背景单一化及其大面积推广,造成了对其他品种的排斥??如果用碳经济的概念衡量,这种农业可以说是一种“高碳农业”。改变高碳农业的方法就是发展生物多样性农业。生物多样性农业由于可以避免使用农药、化肥等,某种意义上正属于低碳农业。
低碳农业是指以减少大气温室气体含量为目标,以减少碳排放、增加碳汇和适应变化技术为手段,通过加强基础设施建设、产业结构调整、提高土壤有机质、做好病虫害防治、发展农村可再生能源等农业生产和农民生活方式转变,实现高效率、低能耗、低排放、高碳汇的农业。低碳农业首先是一种理念,是农业转变发展方式的一个发展方向,它更注重整体农业能耗和碳排放的降低。不仅要像生态农业那样提倡少用化肥农药、进行高效的农业生产,而且在农业能源消耗越来越多,种植、运输、加工等过程中,电力、石油和煤气等能源的使用都在增加的情况下,还要更注重整体农业能耗和排放的降低。但这是不是就意味着低碳农业只是一个离我们比较遥远空洞的概念呢?绝对不是。最简易、最有效的例子就是植树造林。据科学测定,1hm2茂密的森林,一般每天可吸收二氧化碳1005kg,放出氧气735kg,可供975人1天的需要。1hm2玉米地产出的秸秆就可以压制出7.5t秸秆炭,1.3t秸秆即可满足1户农民全年的取暖做饭。
低碳农业具备五大特点。一是低耗性。低碳农业体系是科学地安排不同生物在系统内部的循环利用或再利用,最大限度地利用农业环境条件,以尽可能少的投入得到更多更好的产品。二是持续性。低碳农业的转型,不仅意味着农业经济形态的转变,更意味着一场深刻的农业革命,它涉及农业资源与环境保护,农业生产技术转型、食品安全、国民健康、城乡关系,以及农村发展、农业增效和农民增收等多方面的问题。低碳农业并不意味着产出剧烈下降,生产停滞不前,而是要求农业可持续发展。三是高优性。低碳农业是生产绿色产品的过程,既要收获优质产品,又要保护生态环境,实现生产生态双安全。四是协调性。低碳农业运作与发展涉及多领域,尤其是生产与生态的协调。资源与环境是农业生产的自然基础,资源贫乏、环境保护、生态建设等现实困惑都要求人们必须发展低碳农业。低碳农业的本质是生态农业经济,建立循环经济发展模式,有利于缓解资源贫乏的压力;而通过保护农业生态环境和强化生态建设来提高农业生态环境质量,更是保障农业生产可持续发展的基本前提。五是系统性。发展低碳农业,要有统筹的思维,即要考虑如何从技术、制度、管理等方面避免农业生产对环境的破坏作用,提高农业生态环境质量,实现农用资源的可持续利用,保障食品安全和人们健康,这无疑是发展低碳农业、实现农业可持续发展的重要条件。
2 发展低碳农业的意义。
2.1 发展低碳农业,有利于践行科学发展观。
发展是硬道理。农业面临的问题是如何科学发展。建设低碳农业与建设资源节约型和环境友好型社会的本质一致,是贯彻和落实科学发展观的具体体现。科学发展观所蕴涵的关于发展的科学思想和解决发展问题的根本方法,又为我国低碳农业发展提供了方法论指导,拓宽了低碳农业发展的思路,提高了低碳农业发展的质量和效益,促进了农民的增收和生活质量的改善,推动了农村经济的持续发展。
2.2 发展低碳农业,有利于调整产业结构。
发展低碳农业是转变农业经济增长方式、调整产业结构、减轻农业资源与环境压力、解决面源污染的一场革命,是我国实现农业可持续发展的最佳途径。在传统农业向现代农业、从计划经济向市场经济、从卖方市场向买方市场、以及与国际市场接轨的进程中,农业经济增长方式、农产品的安全性正面临着严峻的挑战,要从粗放经营到集约化生产、从大量使用农药到生产源头和全过程控制污染、从农业有机废弃物乱堆乱放到无废物、从难以为继到可持续发展,就必须大力推进低碳农业。通过发展低碳农业,提高资源的利用效率,降低农业经济的碳强度,促进我国经济结构和农业结构的优化升级。
2.3 发展低碳农业,有利于实现农业跨越式发展。
我国农业科技水平参差不齐,研发和创新能力有限,这是我们不得不面对的现实,也是我国由高碳农业向低碳农业转型的最大挑战。近年来,我国新农村建设步伐加快,乡村清洁工程稳步推进,再生资源开发利用产业呈快速增加之势,如果加大投入,大力发展低碳农业,就可实现农业跨越式发展。
2.4 发展低碳农业,有利于农业资源的开发利用和保护。
发展低碳农业,可以避免对自然资源掠夺式经营和滥用,对农业的可更新资源注意增殖,对不更新资源注意保护和利用,使自然资源能得到持续的利用,促进生态良性循环,为农业经济发展创造良好的生态环境。
2.5 发展低碳农业,有利于提高农业生产的综合效益。
低碳农业能大大提高劳动生产率、土地利用率、土地生产率和资源利用率,从而大大提高经济效益。低碳农业又能充分合理地利用、保护和增殖自然资源,加速物质循环和能量转化,有显著的生态效益。它能为社会创造数量多、质量好的多种多样的农产品,满足人们对农产品不断增长的需求。因此低碳农业的发展,必将促进整个国民经济的全面发展。
3 推动低碳农业发展的思路。
发展低碳农业,最终实现低碳生活,任重道远。因此,要大力推进低碳农业的发展,笔者认为,应从以下几个方面着手。