淺談生態學原理在農業和林業方面的應用

>摘要：

日趨嚴重的環境問題使人們更加關注農業和林業， 生態農業、持續農業、循環農業及林業生態工程的興起，使人類看到了農業及林業持續發展的希望。本文從多樣性導致穩定性原理、邊緣效應原理、生態位原理、食物鏈原理、熵增原理、群落演替原理及限制因子原理等多角度探討了生態學原理在農業生態系統和森林生態系統的應用。

縱觀世界農業發展的軌跡，不難看出現代農業在給人類帶來農業產量、勞動生產率與農業集約化程度提高的福音同時，也埋下了農藥（肥）殘留增加、土壤質量下降、水源與大氣受到污染、食品安全指數下降等嚴重影響農村生態環境的隱患。而森林作為自然界中的一個重要的生態系統，一般講是比較穩定、抗逆行較強的，但是，也不可忽視當外界干擾（如人類采伐、墾殖、病蟲害大發生、火災、大氣候變化）強度超過系統承載能力的時候，這個系統也會崩潰。此時，生態農業及林業生態工程的提出無疑解決了這些問題，并將生態學原理應用到持續發展中，順應了時代的要求。

一、概念

生態農業是運用農業生態經濟學原理和先進的科學技術實現農業生產良性循環的現代農業模式。林業生態工程是根據生態學、生態經濟學、系統科學與生態工程原理，針對自然資源環境特征和社會經濟發展現狀所進行的以木本植物為主題，并將相應的植物、動物、微生物等生物種群人工匹配結合而形成的穩定而高效的人工復合生態系統的過程。

二、生態學原理在農業和林業的應用

（一）多樣性導致穩定性的生態學原理

1.農業生態系統

農業生產是以農田生態系統為基礎的，它是以作物為主體的人工生態系統。作物在長期的栽培選擇下往往具有較高的經濟價值和較低的抗逆性。為了增強作物抗御自然災害的能力，提高農田生態系統的穩定性，在農田生產安排中就應使生物種類和品種多樣化。要根據生物與環境相適應和生物之間共生互利的生態學規律，改變單一種植模式， 實行以一種作物為主，在其行間適當種植或養殖其他生物。

在這方面農田生產上的間作、套作、套養已提供了很多有益的經驗。如在稻田， 在以稻為主的基礎上，實行稻田養魚、稻田養萍、稻田放鴨、稻田養蛙。又如在旱地選擇合適的作物混作、間作、套種，或在其行間養雞、 養鴨、養鵝、養殖蚯蚓、放養蜜蜂等，也可提高生態系統的穩定性和生產力。選擇適當的作物間種還可以相互創造有利的環境條件，如玉米與馬鈴薯間作，玉米是喜光的高稈作物，而馬鈴薯耐蔭、低矮。玉米適當遮光，可降低土溫，對薯塊形成有利。玉米行間地表由于馬鈴薯枝葉覆蓋又可避免雜草滋生和雨水對地表的沖刷。

2.森林生態系統

林業生產是以森林生態系統為基礎的，自然森林生態系統具有生物種類多、結構復雜、穩定性高的特點。種類繁多的植物又為多種多樣的動物、微生物的生態和繁殖提供有利條件。它們相互依存，彼此制約，形成復雜的食物鏈和食物網，共同組成一個具有十分復雜的結構、 相當穩定的生態系統。單一林分的純種林容易造成蟲災甚至森林火災。 因此，在林業生產中要避免樹種單化，要保護和撫育好生物種類多、 結構復雜的闊葉林和各種混交林。要把針葉純林逐步改造成針闊混交林，如對桑園、茶園、果園及其他人工經濟林，可實行林地間種、間養，以增加物種的多樣性。

林地間種農作物，不僅可以增強林地生態系統的穩定性，而且還可以起到山林和農田的互補作用，增強整個農業生態系統的穩定性。營造農田防護林帶是平原農區發展林業生產的重要途徑，也是增加農田生態系統生物多樣性、保持生態系統穩定性的重要措施。農田防護林能有效地改善農田小氣候，增強農業抗御自然災害的能力。林帶形成后，帶內自然生態環境優越，食源增多，還可為農作物害蟲的天敵創造良好的生活環境，有效地控制病蟲害的發生。因此，多樣性導致穩定性的生態學原理對農業和林業有著重要指導意義。

（二）邊緣效應原理

利用兩個截然不同的生態系統之間的邊緣地帶，通過對兩個系統的連結、滲透作用以擴大能量轉換與物質循環規模，從而使兩者生態經濟效益同時提高。這一功能原理在生態學上稱作“邊緣效應”或“邊際效應”。

用技術調節邊際地區食物鏈營養物質的聯系、交換、轉化、補償的關系，可提高生態效率，增加經濟效益。如“糧畜魚?！蹦Ｊ健ⅰ吧；~塘”模式、“稻萍魚”模式、魚藕共生模式（在藕田中混套養泥鰍和黃鱔，作為生產、增益、減耗復合環，促進魚藕互利共生。在完全不施農藥的情況下，有效地防治危害蓮藕的食根金花蟲，達到藕、魚增產和改善田間生態環境的效果，其害蟲防治率和促藕增產率分別為 83%～99%、12.7%）。人們還可以有意識地利用地緣效應，如發展灘涂養殖，充分利用水陸交接處的邊緣效應，生產海帶、紫菜、石花菜和各種貝類、魚、蝦、海珍等，以及利用城鎮與農村交接處農業生產集約化程度較高的特點，發展獨具特色的城郊型持續農業。

植物邊緣效應的的概念就是基于不同植物群落之間生物的變異和密度增加而提出的，即在不同植物群落邊緣生物的變異和密度有增加的傾向。邊緣效應對于生物多樣性的研究和保護具有特定的價值，在這種特定的環境中期望有較高的生物多樣性。其原因是：在邊緣地帶會有新的微觀環境，導致有較高的生物多樣性；邊緣地帶可為生物提供更多的氣息場所和食物來源，允許特殊需求的物種散布和定居，從而有利于異質種群的生存，并增強居群個體覓食和躲避自然災害的能力，允許有較高的生物多樣性。

（三）生態位原理

生態位是生物在完成其正常生活周期時所表現的對環境的綜合適應特性。根據高斯擴展理論，群落是個生態位分化了的系統，種群之間趨向于相互補充，往往在兩個種群間具有正效應的聯合，這種效應通常稱為互利共生。互利共生是能直接進行物質交流的一種相互關系，常出現在生活需求極不相同的生物之間。如豆科作物和根瘤菌共生形成的根瘤，真菌與高等植物根系共生形成的菌根，對開展生物固氮、改善植物生長環境的研究和應用均有廣闊的前景。農業生態系統被

人為地控制在演潛的早期，其生態位分化不完全，存在著大量的潛在生態位，利用這一原理，可以充分利用農業生物的潛在生態位，調整農業產業結構，改善農業生物的生長環境，充分利用潛在農業資源。

三、尋找生態學原理在農業和林業的規律

（一）熵增原理

根據熱力學第二定律描述的熵定律，在孤立系統中，系統的熵值總是由小變大，系統的狀態永遠是自發地由有序趨向無序，直到系統熵值最大或無序程度最大的熱力學平衡狀態為止，即熵增原理。農業生態系統是一個人工調控的開放系統，農業資源一經使用，熵就必定“增大”，變成熵大的廢物和廢熱，這些廢棄物將占據大量的堆放空間，有時還會導致環境污染。因此，農業將最大限度地從外界引入負熵，加強物質的循環利用，確保農業生態系統在實現物質和能量的最大耗散時，又不斷向外界輸出熵流，以減少總熵的增加，保持系統的有序結構。

（二）群落演替原理

生物群落是個運動著的體系，隨著時間的推移，其發展總是不斷地造成其自身不利的生存條件，群落中一些物種消失，另一些物種侵入，出現群落與環境向著一定方向有順序地發展變化，稱為群落演替。群落演替的主要標志是群落在種類組成上發生質的變化。這一規律在農業上也不例外，目前多采用輪作、多熟間套耕作、營造混交林等措施來充分利用自然資源，維護生態平衡。

（三）限制因子原理

自然界中眾多個環境因子都有自己的計算單位，每個因子也都會對生物產生重大影響。在林業生態工程中要十分注意的是多項因子對生物群落的綜合作用。這種綜合影響的作用往往與單因子影響有巨大的差異。如何進行多因子綜合評價對今后林業生態工程研究是十分重要的。農業生物要在某一環境中生存和繁榮，必須得到它們所需要的基本物質，而這些因素的數量、質量及其相互作用會對生物產生不同的影響，尤其是某些短缺因素，即限制因子（某種數量最不足的因子影響植物的生長且限制了其他處于良好狀態的因子發揮作用），從而影響農業生態系統生產力的形成。因此，從某種意義上說，農業生產就是一個人類利用和不斷克服農業生態系統的限制因子，促使農業生產水平不斷提高的過程。同時，限制因子原理能為施肥、育種、栽培和水利工程建設等農業生產措施提供理論依據，如配方施肥、培養抗（耐）逆品種、節水栽培、保護地栽培等。

四、結論

綜上所述，生態學原理在農業和林業方面的應用是具有重要指導意義的，在追尋經濟利益的情況下，不能忽視生態效益，注重環保是必要的。

【參考文獻】

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【作者單位：長江大學】