農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)近年研究領(lǐng)域與研究方法綜述

1、農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)近年研究領(lǐng)域與研究方法綜述,駱世明華南農(nóng)業(yè)大學(xué)熱帶亞熱帶生態(tài)研究所廣州510642,農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)概要,定義：農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)是運(yùn)用生態(tài)學(xué)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(huì)環(huán)境作為一個(gè)整體，研究其中的相互聯(lián)系、協(xié)同演變、調(diào)節(jié)控制和持續(xù)發(fā)展規(guī)律的學(xué)科。農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)是生態(tài)學(xué)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的分支。對(duì)象：廣義農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng),農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)概要（學(xué)科位置）,土壤學(xué)、氣象學(xué)：農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境部分作物學(xué)、畜牧學(xué)、微生物學(xué)、林學(xué)：農(nóng)業(yè)生態(tài)

2、系統(tǒng)的生物部分農(nóng)業(yè)環(huán)境學(xué)：關(guān)注環(huán)境污染問題，少關(guān)注生產(chǎn)力問題農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)：農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、流通的經(jīng)濟(jì)問題耕作學(xué)：對(duì)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(xué)概要（發(fā)展歷史）,1929 G. Azzi 在意大利開設(shè)農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)課程，1956年出版《農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)》1972年，小田桂三郎，《農(nóng)田生態(tài)學(xué)》1979年，G.W.Cox等，《農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)—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(xué)—替代農(nóng)業(yè)的科學(xué)基礎(chǔ)》,農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)概要（應(yīng)用）,個(gè)體生態(tài)學(xué)：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(xué)：有害生物的綜合治理群落生態(tài)學(xué)：惡劣條件下裸地的生態(tài)恢復(fù)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(jié)構(gòu)，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(xué)與生態(tài)農(nóng)業(yè)建設(shè),農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)概要（信息流）,信息流：由信源、信道、信宿間的信息流通構(gòu)成環(huán)境信息與植物：日長、重力場、光波長環(huán)境信息與動(dòng)物：候鳥與地球磁場，恒星位置

4、植物之間：寄主信號(hào)促進(jìn)發(fā)芽（獨(dú)腳金，列當(dāng)）動(dòng)植物之間：花的色香味對(duì)傳粉昆蟲動(dòng)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(xué)概要（資金流）,,,農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)概要（調(diào)節(jié)控制）,,,,,,,,,,,,,自然調(diào)控,人工直接調(diào)控,社會(huì)經(jīng)濟(jì)間接調(diào)控,農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)概要（資源）,資源經(jīng)濟(jì)第一定律（自有資源定律）：資源擁有者在資源價(jià)格上升幅度大于銀行利潤率時(shí)，傾向保留資源；在資源價(jià)格上升幅度小于銀

5、行利潤率時(shí)，傾向盡快開發(fā)利用資源資源經(jīng)濟(jì)第二定律（公共資源定律）：在一定經(jīng)濟(jì)條件下，公共生物資源會(huì)達(dá)到一個(gè)平衡的種群水平，這時(shí)開發(fā)利用該資源的成本等于其收益。,,農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)概要（效益）,基本效益：社會(huì)效益：食物供應(yīng)≥溫飽需求經(jīng)濟(jì)效益：收益≥成本生態(tài)效益：再生速度≥消耗速度相互關(guān)系：矛盾統(tǒng)一,,,,生態(tài)效益,經(jīng)濟(jì)效益,社會(huì)效益,農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)近年發(fā)展的背景,美國生態(tài)學(xué)會(huì)主席Judy Meyer在美國生態(tài)學(xué)會(huì)1996年會(huì)上提出生

6、態(tài)學(xué)應(yīng)從消極的提出警告與預(yù)見危機(jī)，走向積極的建設(shè)性方向。她提出生態(tài)學(xué)前沿領(lǐng)域是生態(tài)工程學(xué)、生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)、生態(tài)設(shè)計(jì)、產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)和環(huán)境生態(tài)學(xué)。 她說：“今天，我們運(yùn)用生態(tài)學(xué)知識(shí)對(duì)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(xué)農(nóng)藥用量、間作和模擬自然的農(nóng)業(yè)，生態(tài)學(xué)的運(yùn)用正激勵(lì)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(xué)近年發(fā)展的背景,農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)作為應(yīng)用生態(tài)學(xué)的一個(gè)分支，其突出特點(diǎn)是自然生態(tài)系統(tǒng)被人類的活動(dòng)所干擾、調(diào)節(jié)、控制和馴

7、化，并列入為人類當(dāng)前和長遠(yuǎn)利益眼務(wù)的范疇。因此，農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)是干擾生態(tài)學(xué)、恢復(fù)生態(tài)學(xué)、生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)、生態(tài)工程和生態(tài)管理在理論與學(xué)科發(fā)展方面檢驗(yàn)假設(shè)、發(fā)現(xiàn)規(guī)律、實(shí)現(xiàn)調(diào)控常涉及的領(lǐng)域。,農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)近年發(fā)展的背景,生態(tài)學(xué)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(xué)近年發(fā)展的背景,過去生態(tài)學(xué)研究的主流范式： 以自然平衡觀為基礎(chǔ)，發(fā)展到以多平衡態(tài)、耗散結(jié)構(gòu)理論和非線性數(shù)學(xué)為代表的非平衡范式。自然平衡觀與非平衡范式

9、結(jié)合開展對(duì)于種群及生態(tài)系統(tǒng)的研究未來主要的生態(tài)學(xué)研究范式： 生態(tài)系統(tǒng)的斑塊鑲嵌和等級(jí)層次特別重要，這種概念將影響到時(shí)間尺度、動(dòng)態(tài)過程、小尺度非平衡過程和大系統(tǒng)復(fù)合穩(wěn)定等。因此有人認(rèn)為等級(jí)綴塊動(dòng)態(tài)范式(Hierarchical patch dynamic paradigm）將成為未來主要的生態(tài)學(xué)研究范式,農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)近年發(fā)展的背景,中國在社會(huì)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(xué)，也促進(jìn)了我國農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)的發(fā)展長

10、江洪水 黃河斷流南海赤潮 北京風(fēng)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(zhì)量,農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)發(fā)展的背景,生態(tài)學(xué)正從系統(tǒng)描述到對(duì)系統(tǒng)自組織的理解，從對(duì)生態(tài)危機(jī)的預(yù)測到主動(dòng)開展生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)和系統(tǒng)控制 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)最顯著的特點(diǎn)是在自然調(diào)控之上疊加了人工調(diào)控，加上生產(chǎn)和社會(huì)發(fā)展的需要，這將使它成為未來生態(tài)學(xué)研

11、究的重點(diǎn)領(lǐng)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(jié)合模式、農(nóng)林結(jié)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(xué),作物品種及農(nóng)田雜草的生態(tài)適應(yīng)性研究：紫外輻射變化對(duì)作物的影響惡性雜草入侵后的蔓延預(yù)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(xué)以遺傳性狀的基因基礎(chǔ)與生態(tài)環(huán)境的關(guān)系為研究核心，揭示了物種生態(tài)型、種群結(jié)構(gòu)、物種進(jìn)化的規(guī)律等植物適應(yīng)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(chǔ)的研究也日益受到重視,農(nóng)業(yè)的化學(xué)生態(tài)學(xué),昆蟲體外激素植物化感作用理解群落結(jié)構(gòu)和群落演替設(shè)計(jì)復(fù)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(gè)水稻品種中347個(gè)品種有化感作用，12個(gè)品種的化感作用半徑達(dá)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(gè)水稻品種中60個(gè)品種有化感作用農(nóng)業(yè)植物與昆蟲及真菌的化學(xué)相互關(guān)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(guān)方面研究了有機(jī)種植方式對(duì)作物品質(zhì)如胡蘿卜和維生素的影響、消費(fèi)者對(duì)實(shí)施無公害食物的成本承受力以及無公害茶園實(shí)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(guān)的天然濕地和人工濕地系統(tǒng)的應(yīng)用與設(shè)計(jì)出了專輯。美國農(nóng)業(yè)部還制定了人工濕地的設(shè)計(jì)規(guī)范和指導(dǎo)原則病

14、蟲害綜合防治有關(guān)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(zhì)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(duì)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(jī)質(zhì)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(guān)系，特別是生態(tài)農(nóng)業(yè)建設(shè)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(qiáng)等對(duì)作物，如大豆、三葉草、小麥的影響農(nóng)田和反芻動(dòng)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(cuò)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(duì)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(xué)研究中的應(yīng)用,微分方程為核心的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型偏微分方程為核心的流動(dòng)與擴(kuò)散模擬矩陣為基礎(chǔ)的種群模型用主元分析進(jìn)行的聚類和因子分析用線性規(guī)劃研究生態(tài)經(jīng)濟(jì)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(jié)構(gòu)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(xué)研究中的應(yīng)用,用馬爾科夫轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)取樣方法利用灰色系統(tǒng)模型預(yù)測系統(tǒng)的變化利用哈密頒函數(shù)求生態(tài)經(jīng)濟(jì)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(xué)研究中的應(yīng)用,新方法：人工智能、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、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(luò)系統(tǒng)后，可從計(jì)算機(jī)輸入的實(shí)際樣本中總結(jié)出規(guī)律，并獲

18、得預(yù)警預(yù)報(bào)預(yù)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(dòng)和黃土高原生態(tài)破壞程度的預(yù)報(bào)?；蛩惴ǔ醪接糜谠谝欢ōh(huán)境條件下的動(dòng)物行為模式模型的純數(shù)學(xué)分析：對(duì)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(xué)研究中的應(yīng)用,農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)研究領(lǐng)域的通用計(jì)算機(jī)軟件地理信息系統(tǒng)GIS用于土壤有機(jī)質(zhì)平衡的SOMN用于植物生態(tài)適應(yīng)性評(píng)價(jià)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(jìn)行森林管理的FIRETOOL等,系統(tǒng)分析方法在農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)研究中的應(yīng)用,評(píng)價(jià)指標(biāo)：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(huì)經(jīng)濟(jì)條件的多樣性，農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)通用評(píng)價(jià)指標(biāo)正被評(píng)價(jià)原則及特定生態(tài)條件下的系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)所替代生態(tài)學(xué)家對(duì)遠(yuǎn)離平衡態(tài)的生態(tài)系統(tǒng)以耗散結(jié)構(gòu)理論和熱力學(xué)理論為其基礎(chǔ)提出了一些通用指標(biāo)，如多樣性、有序性、熵、EXERGY、EMERGY和熱力學(xué)活度指標(biāo)EXERGY指標(biāo)是以分子中的原子組織有序性為量度標(biāo)準(zhǔn)，系

20、統(tǒng)中物質(zhì)平均分子量大、基因多，EXERGY值也大,用實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)開展生態(tài)系統(tǒng)的綜合研究,小型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)（microcosm）尺度等級(jí)從平方厘米到平方米范圍在一水族箱中研究竟?fàn)帡l件下2個(gè)水生種群的變化中型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)（mesocosm）公頃為單位中型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在生物多樣件和相互作用方面更接近實(shí)際，有類似小島嶼的生態(tài)學(xué)條件，且其結(jié)構(gòu)和功能可被設(shè)計(jì)1996年5月Ecological Engineering雜志專集介紹了 7個(gè)中到實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

21、，最著名的是“生物圈2號(hào)”,生態(tài)學(xué)研究側(cè)重點(diǎn)的變化,Ecological Engineering 一篇文章認(rèn)為：50～60年代于以種群動(dòng)態(tài)學(xué)和生態(tài)系統(tǒng)功能為核心的研究；70年代多側(cè)重于生態(tài)位和多樣性種群群落結(jié)構(gòu)規(guī)律的研究；80年代重視對(duì)于擾和恢復(fù)理論的研究，如砍伐、火、風(fēng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的干擾與恢復(fù)研究；90年代則側(cè)重于生態(tài)系統(tǒng)的規(guī)模與層次的研究；2000年后將關(guān)注于生態(tài)系統(tǒng)自組織問題的研究，而中型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)將日益發(fā)揮其重要作用。,