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国内外生态农业理论研究内容

   国内外进行生态农业研究的侧重点不同,国外侧重点在微观硬技术及科学实验研究,国内则侧重系统结构的调整与功能开发。

一、国外生态农业理论研究内容

西方国家生态农业的技术内容比较广泛,在生态农业实践过程中,不是单项技术应用而是多项技术的综合应用,其研究内容也就是生态农业的应用与综合协调的实践与推广。以美国为例,1975年《美国农业研究计划书》比较明显地反映了美国农业研究的变化。计划书强调指出:“改进农业技术是世界大幅度提高粮食产量的唯一途径,重点应放在提高可更新资源的产品产量上。增加可更新资源及食物,饲料和工业的生产力应成为国家的首要任务。农业研究上要求投入不可更新的资源最少而获得的产量最多”。为此,“要着重研究支配农业生产的生物学过程,进行低能耗生产技术研究”。美国农业部在80年代初期曾轻视替代农业,现在则在孟非斯(Mernphis)办了一个免费咨询中心,为农场主就有关持久农业、有机农业、再生农业等提供技术咨询。1987年美国国会建立了一个新的研究和教育项目“农业生产力研究”,同年12月,拨款390万美元于此项目开展研究,1988年以后这个项目逐渐改为“低投入/持久农业,该项目的主要目的是减少环境污染和影响人类健康的农业杀虫剂、化肥的过量使用,通过低投入的替代方法改善他们的效能,内容包括:①持久农业的生产水平;②给农场主提供全面和精确的信息。

自从公众批评某些州立大学和美国农业部(USDA)不重视研究少依赖人工合成化学品投入的持久农业、替代农业系统后,许多大学及美国美国农业部进行了实验与研究。现在美国农业部推广运用一种替代常规治害虫的技术,综合害虫防治项目(IMP)。以生物学为主要方法控制害虫,并且已经相当成功地运用到棉花、苜蓿、大豆、葡萄、苹果等作物及果树上,其内容主要是选择抗病虫品种,监测害虫的变化、动态和它们的天敌,作物生长的状态,轮作以打乱各种害虫与病原体繁殖周期,当所有方法都失败时,才使用某些除虫剂、除草剂等。IPM在许多地方获得了成功。运用IPM的农场主比纯施用杀虫剂的农场主增加了净利润。

罗代尔研究中心是美国一家私人研究机构,以研究当前生产急需解决的课题为主,也有较长远的探索性问题的研究,其主要研究内容如下:

  关于农学方面的研究

研究中心的科学家们认为,当前需要建立一种再生的耕作系统于1981年开始进行为期五年的将常规农业转变为有机农业的研究,研究的目的是试图搞清楚目前以大量化肥和化学农药为基础的美国常规耕作系统转变成不用化肥和农药的有机耕作系统的过程中会出现什么问题及应采取的对策和技术措施。这是一项多学科的综合研究,包括作物管理、土壤肥力、植物营养、昆虫、杂草及农业经济、土壤微生物方面研究。主要进行三种生产系统的比较研究:①以生产牲畜饲料为主在作物轮作系统(春燕麦/红三叶草—红三叶草—玉米—大豆—草贮玉米)中靠豆科和绿肥以及牲畜粪便提供氮素营养的有机耕作系统;②以生产商品谷物为主,仅靠豆科和绿肥与主要作物轮作(春燕麦/红三叶草—玉米/小麦)的大部分有机园艺技术是直接来自罗代尔研究中心的研究结果。由于一般的美国家庭都在自己的房屋后搞一个业余时间经营的小菜园,因此有机园艺的技术知识十分受欢迎。罗代尔研究中心有一个面积1英亩的示范花果菜园,在这个菜园中进行有机园艺的研究示范,包括如何搞小规模的轮作、套种,如何长期用有机方法管理菜园等。此外还研究如何用家庭温室地膜覆盖等技术利用太阳能进行冬季蔬菜生产的问题。

  关于农业害虫的研究

罗代尔研究中心研究在不用化学农药的情况下如何控制害虫。采取的方法主要有以虫治虫及通过栽培措施控制害虫,并试验用一些可释放出芳香化合物的植物如艾菌、假荆等与一些作物间作来控制马铃薯甲虫、蚜虫、黄瓜甲虫等。同时还试验用机械障碍的办法来防治地下害虫,所用的材料有沙子、硅藻土、木悄、合成纤维、油毡纸等,试验研究这些材料对根部害虫的产卵及卵的存货的影响

  新农作物品种的研究

发现和培育新的具有潜力的新作物是该中心的又一研究内容,目前该中心研究中最有前途的新农作物是粒用苋,这种粒用苋的蛋白质及赖氨酸含量很高且需水小。有14个主要品种在进行区域性试验,此试验是罗代尔研究中心和国际苋计划组织合作进行的,由美国科学院和美国国际发展局资助,与其他5个国家10个以上地区进行合作观察,以确定不同地区对不同品种的反应,从中选择适应不同地区的品种。该中心负责提供优良品种,并进行选种育种工作。

  小型水产繁殖系统研究

罗呆尔研究中心是美国小型水产养殖研究的一个主要单位,其目的是帮助一些家庭用较低的成本生产高质量的动物蛋白质。房前屋后养鱼是一种能量效率高、成本低和具有生态稳定稳定性的养殖业。该中心的研究结果表明,鱼池内放养一些藻类并投入鸡粪养鱼,池水用语园艺灌溉,将水生、园艺和水培技术相结合进行全年生产,效益较好。

  国际合作计划的研究

罗代尔研究中心的工作不仅着眼于美国农业的发展前途,也面向发展中国家的农业研究,与发展中国家合作研究适合于当地的有机农业技术,开展广泛的国际合作计划的研究。

总的来说,西方国家研究内容主要有如下几个方面:

⒈有利水土保持,提高土壤质量及生产能力的耕作方式的研究;

⒉提高土壤肥力,改善土壤质量的研究;

⒊杂草管理与控制的研究;

⒋病虫害生物防治技术研究;

⒌新作物品种的研究及选择;

⒍水产养殖工程研究及水域系统与其它系统的交互作用的研究;

⒎农业节能技术研究,寻求用自然或生物能潜代化石能的可能性和途径;

⒏研究如何合理施用有机肥料和化学肥料及其适当比例,以提高肥料的利用效率和单位面积产量;

⒐寻求建立合理的可行的农业系统途径

⒑研究生态农业的技术经济学,以改进农业生产的经营和管理,纠正过去那种只研究有利于石油农业农场主的经营效益的偏向;

⒒探索适合于发展中国家的农业技术;

⒓研究适合于发展中国家的农业技术。

东南亚国家的农业生态系统研究(有些类似于我国农村生态的研究)的主要内容在于提高农业生态系统的生产率、稳定性、持久性和均衡性,如何合理地开发农村资源和建立多学科的农业生态系统研究分析方法。例如,东南亚大学农业生态系统研究网的主要研究内容有以下6个方面:

⒈边缘地区的管理研究;

⒉公共资源的评价与管理;

⒊农业生态系统稳定性、持续性研究;

⒋非水稻作物在农业生态系统中的作用;

⒌如何减轻人口对农村资源的压力;

⒍生态系统相互作用及其动力学研究。

泰国研究的内容主要包括以下5个方面:

⒈稻田养鱼和综合农业技术;

⒉发展农村编织(包括原材料的编织和自然燃料)的研究;

⒊新能源的发展利用,特别是农村沼气和小水电的建设利用;

⒋农业区的综合发展:包括土壤改良,水资源的合理利用以及目的在增加经济收入的其它技术措施;

⒌技术开发和研究:内容主要包括农机具的改良,技术服务以及普及技术知识的教育工作等。

在有关的理论研究方面,坎空(khon kaen)大学的耕作制研究组主要研究不同雨养地区耕作方式的技术改进,并在工作中引进了人类生态学的研究。清迈(Chieng mai)大学主要研究在不同地区建立合适的多熟制。

二、我国生态农业理论研究内容

国外生态农业研究内容不外乎是围绕着农田营养问题和病虫草害控制这两大方面进行。而我国则不同:

⒈我国生态学者强调生态农业研究应从三个方面进行探索:一是从微观领域对农业生态系统的物质、能量动向进行系统的监测,探明不同生态农业类型的物、能运动规律;二是从中观领域对可直接控制的农业生态系统(如村、小规模的乡或小型自然区域)的结构,功能进行调控和观测,对系统的演替、发展过程进行系统研究,探索各类生态农业类型的依存条件和系统发展的动力因素,揭示农业生态系统的发展机制;三是从宏观领域对一个较大区域(如县、地、省级行政区域或较大范围的自然区域),依据其地理、经济环境特点,对其生态经济要素配置与效应进行系统的分析研究,为制定区域经济、社会生态发展规划提供依据。

⒉与国外侧重生态农业微观硬技术研究不同,我国生态农业十分强调系统结构的优化与调整,如北京留民营村的生态农业建设就是一个突出的典型。我国生态农业的出现正值我国农村进入调整产业结构,发展商品生产的阶段,农村经济的内容已从单一的农业范畴到农、林、牧、副、渔和工贸业、运输业、服务业等组成的综合性经济实体。只有实行现代化系统管理,才能实现生态、经济两个两性循环。但是我国的生态农业绝不是过去所指的多种经营“大农业”。这是因为农业生产系统结构是一个农业生态系统,又是一个农业经济系统,它们只有生态结构与功能优劣,经济效果与技术水平高低之分。多种经营绝不意味着农业生产状态的改善,忽视或背离生态规律的农林牧副渔总和经营甚至肯恶激化土地资源利用与林畜之间的矛盾,带来更多的农业生态化问题。因此,多数生态农业试点在建设初期对农业系统采取多目标、多层次、多变量、多方位的综合分析,进行生态经济优化,依据农业区划成果、自然资源状况,进行筛选优化,确定与当地自然资源条件相适应的生产结构,建立最优化的生产模式,尽可能地提高系统生产力,在保证为国家社会提供足够粮食的同时,逐步有计划地将某些地区单一粮食食物型的种植结构,改变成粮食、饲料、绿肥作物、经济作物合理搭配布局的多样化种植结构。

⒊我国生态农业研究将宏观的农业生态系统工程和微观的生物工程结合起来,以人工生态工程的手段,提高能流物流在生态系统中的数量、质量与速度水平,把取之不尽,用之不竭的太阳能更多地转化为生物能,把无机物更多地转化成有机物。使初级生产者的植物与二、三级生产者的动物以及微生物还原过程中释放的能量和物质,在进行再生产过程中,其效益都能达到较高的水平,再通过人为投放的附加能量(化肥、农药、机耕、动力灌溉、人工),促进生产力达到更高水平。

⒋为了提高系统的综合功能,提到系统的生产力稳定性和持久性,必须不断采取先进技术。它包括引进和培育新的生物种群和品种,对它们的生态地位和经济地位进行鉴定;引进和研究新的种、养、加总体良性循环结构模式以及系统生产结构模式;引进和研究总系统和子系统的配套技术措施。

在具体研究内容上,主要集中在以下几方面:

㈠生态农业结构模式的研究

自然界中存在着植物、动物、微生物和合理生态结构群组合,具有很高的生态功能,很大的生物产量。热带雨林有很大的第一性生产力。西藏有的森林每公顷蓄积多达3000m2。而应用现代科学技术,建立最佳生态结构,第一性生产力可以提高10倍至几十倍。温室高产蔬菜每公顷达1500kg,高于一般农田上百倍。而荒漠生态条件下,生产力极低,光热资源绝大部分浪费了。我国华南蔗基鱼塘与桑基鱼塘在生态农业上受到赞赏,关键在于有一个较为合理的生态农业结构。因此,我们在生态农业研究方面,首先从结构模式入手,目的是想发挥生物最佳群体组合的共同功能,创造出更好的经济、生态、社会效益。

㈡生态农业的投入产出规律的研究

生态农业的投入产出规律研究与狭义的农田投入产出不同,要有更大的广度深度与高度。要研究自然资源的利用率与潜力,研究能量与物质的投入产出,研究生态群体的能量转化与物质交换,研究能量与物质的投入产出,研究生态群体的能量转化与物质交换,研究微观以至宏观的生态平衡。为建立多结构多层次多功能效益的生态农业服务。

⒈资源利用率与潜力研究

⑴光能利用率的研究。全年光能资源,季节光能资源与转化利用水平,发展潜力,新植物新作物新品种新型生态结构的光能利用开发前途;

⑵热能利用率的研究。全年热量资源及季节的热量资源分布、各种生态型的热量转化利用率及发展潜力;

⑶水资源的分布利用率与潜力;

⑷二氧化碳及空气中营养气体的转化利用率与潜力;

⑸土壤及肥料中营养物质的吸收转化利用率,不同生态型的利用现状与发展潜力预测分析;

⑹植物动物微生物资源在生态农业中的开发利用的研究。

⒉能量与物质投入产出的研究

⑴有机能源的投入产出转化利用效率;

⑵化石能源的投入产出及其转化利用效率;

⑶营养物质的投入产出及其转化利用效率;

⑷生态群体间能量与物质的交换转化利用的研究;

⑸生产消费分解者的微观与宏观投入产出化利用相关关系与定性定量分析;

⑹人类生产活动在生态农业系统中对投入产出的调控。

⒊生态群体功能与效益的研究

⑴不同生态农业类型中各种生物的个体与群体功能及效益的研究;

⑵植物栽培中多年生、一年生、高矮棵植物、块、根茎植物等不同植物的生态功能与经济效益,群体生态功能与效益;

⑶各种家禽及经济动物在生态循环与生产经济活动中的功能与效益。循环饲养多层次综合利用的生态功能与经济效益册测定分析;

⑷微生物在生态农业群体中能量转化与物质交换功能,在生态经济中的经济社会效益;

⑸不同地域不同类型生态农业系统结构的生态功能与经济效益;

⑹生态群体控制病虫害及生物防治功能的研究;

⑺特定条件下的优化生态农业结构的筛选。

⒋微观世界与宏观世界的生态平衡规律的研究,各种生境条件下生态平衡的最佳途径的选择

⑴高中低山地丘陵建立良好植被,保持水土优化生态农业结构的选择,控制水土流失生态经济技术工程的研究;

⑵各种生态群落系统宏观与微观生态功能经济社会效益的研究;

⑶各种森林植物、灌草植物、经济植物、主要作物、经济林木、家禽家畜、经济动物、经济虫类、经济微生物与有关微生物的生态经济功能与效益的测定;

⑷不同生态区域的宏观综合的生态效益、经济效益与社会效益。

㈢生态农业技术的研究

生态农业是在现在种植业、畜牧业、林业、水产等基础上,综合应用现代科学技术发展成长起来的新型农业。有关生态农业技术的研究,主要包括以下几个方面:

⒈生态农业组合技术的研究

生态农业本身要求把植物、动物、微生物三大生物群体,应用现代技术组合起来,充分发挥其群体优势,提高其三大功能与效益。这方面可以应用的技术成果已经很多,需要有一大批组合技术科技人才将它们组装起来,使之转化成为生产力。

⑴植物的地下、地面、空间立体栽培技术。如底下种植根菜、薯类、贝母等植物,地面种植大豆、玉米、果菜,空中生长吊瓜架豆黄瓜等蔓生植物。立体栽培技术可使种植业的生态功能与经济效益提高多倍。

⑵动物立体饲养。如棚架多层笼养鸡,楼房式畜舍养猪牛,笼养兔貂貉鼠,笼养蝇蛆,网箱养鱼、蜂、蚕、蜗牛,蚯蚓场地立体饲养等。

⑶动物循环饲养,饲料及排泄物多次转化利用。如草地养奶牛,羊奶喂貂,貂粪喂鸡,鸡粪喂猪,猪羊粪养蚯蚓,蚯蚓喂貂、鸡、猪、蚓粪喂鱼,鱼肥肥田及其他粪肥有机垃圾产沼气,沼肥入农田。形成三大生物体的共生互生,能量与物质转化形成两性循环。

⑷虫类菌类鱼类养殖技术。蛇、蝎、蜗牛、蚯蚓、蝇蛆、蚂蚁、蜂、蚕、林蛙和食用菌、药用菌、沼气菌、分解菌、固氮菌、藻类、各种鱼类水产生物水生植物的养殖技术。

⒉生物生态工程组合技术的研究

生物工程技术的发展,给农业带来了革命性的变化,也给生态农业带来了新的活力,促进了生物工程组合技术的发展。

⑴遗传工程的应用与生物良种繁育、种群生态的变化;

⑵场地化、工厂化生态农业的发展;

⑶生物工程技术与生态农业技术的融合;

⑷适应生态农业需要的优化型新品种的育成与推广;

⑸生物工程促进某些工业与农业的融合。

⒊生态经济技术工程的研究

生态农业的发展,要求人类应用现代科学技术成果,采用各种生态技术工程,建设一个良好的生态环境,高度发达的生态农业,并取得良好的效益。增加社会的能量储备与物质积累,为广大人民造福。

⑴设施农业工程技术的应用与推广;

⑵绿色覆盖保水保土保温生物生态技术工程的研究与应用;

⑶沙漠荒漠地带人工绿化技术与建立人工绿洲技术的开发研究;

⑷城乡居民点生态技术工程、生态农业发展技术;

⑸国土生物绿色覆盖技术工程的研究;

⑹地下地面空间生态农业技术工程的研究。

此外,我国生态农业的科学试验和西方发达国家相比较,也是有所区别的。我国生态农业的科学试验注重系统的整体性,系统整体与各分组的关系,系统结构的调整与系统功能开发挖潜的途径和技术等,给我国生态农业已经带来了明显的发展优势。但在科学试验研究方面,不仅表现在项目少,而且在项目的计划、设计与布置上不够周密,缺少长期坚持的试验项目。而西方生态农业的科学试验,在研究条件与经费上远比我们优越,有些试验长期坚持,从而得到精确而可靠的数据与结果。例如他们在长期的作物轮作的试验中,内容虽较简单,但其试验设计、田间记录与观察、数据整理分析,都十分严格,并即使报告取得的结果。又如肥料(有机肥)试验,豆科牧草试验,病虫害综合防治试验等,都是认真严格,有始有终,值得我们认真借鉴与学习。他们虽然习惯于用分析的方法从事科学研究,但近年来,他们在生态农业研究工作中也在倡导并出现基于整体观的综合系统研究。因此,国外不少学者对我国生态农业在总体系统开发、能量物质挖潜方面的研究及我国桑基鱼塘系统的研究都表现出浓厚的兴趣。