农业生物多样性

农业生物多样性及其影响分析马鹏刚提纲一、农业生物多样性的介绍（内涵、组分和功能二、中国农业生物多样性的现状三、低碳背景下农业生物多样性的影响因素四、农业生物多样性测度指标的建立五、农业生物多样性与生态系统管理六、农业生物多样性评价与就地保护桃金娘一、农业生物多样性的介绍1.1农业生物多样性的内涵生物多样性biodiversity[1]是指一定范围内多种多样活的有机体(动物、植物、微生物)有规律地结合所构成稳定的生态综合体。这种多样包括动物、植物、微生物的物种之间的多样性，物种的遗传与变异的物种内部多样性及生态系统的多样性和景观多样性4个层次。对于农业生态系统来说,生物多样性在这4个层次中都发挥着重要的作用。假苹婆农业生物多样性是指与食物及农业生产相关的所有生物的总称。包括高等植物、高等动物、节肢动物、其他大型生物及微生物。襄荷多样性层面生物多样性农业生物多样性生态系统生态系统是有植物、动物和微生物群落及其作为一个功能单位相互作用的非生物环境共同组成的一个动态复合体，不同类型的生态系统包括森林、草地、湿地、山地、湖泊和沙漠等。从某种程度来讲，农业生态系统的多样性是由于农业和非农业土地和水资源利用形成的，农业生态系统的例子包括水田、牧场、以及耕作制度等，这些系统的各种要素可以合并起来组成复杂的混合系统。物种物种是一种在形态学上具有类似性质且能够进行异种交配并产生能够繁殖后代的有机物。植物、动物、微生物都有大量的物种。农业活动中使用动植物的多样性是由于人类为了获取植物、营养和药物之目的而对生物多样性进行管理的结果，例如驯养的家畜和家禽，种植的常见农作物等基因某个物种内部所有物种的基因变异，它决定物种内部每一个个体或种群的特殊性，DNA是特性中的表现形式从某种程度上讲，物种内部的多样性是由于农民为满足环境和其他条件而对具体特性作出选择的结果景观景观多样性是指不同类型的景观在空间结构,功能机制和时间动态方面的多样化和变异性.农业景观是被视为具有高水平生物多样性的生境岛屿植入到集约化利用的农业用地之中的景观镶嵌体。1.2农业生物多样性的意义农业生物多样性的意义在于它对人类的历史发展进程起到了重要的保障作用，包括为人类提供食物和衣服、为资源型产业提供有效资源、为农作物的品种改良提供有利基因、为有害物种提供有效的天敌等，并将为人类未来的生存与可持续发展提供保障，保证各种土地资源管理类型的合理、高效和可持续利用。为生态环境的有效保护做出重要贡献。同时，农业生物多样性是人为管理下满足人类生存及发展的生物多样性系统，是社会与自然互动的产物。黑冠长臂猿1.3农业生物多样性的组分和功能组分：农业生态系统的物种可分为生产性生物种，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,如杂草、害虫、病原生物等,这些生物种影响系统生产力,是被控制的对象。机构多样性农户特点、资源管理农场特征气候变异性大尺度中尺度气候干旱、水灾管理的多样性、传统农业的适应性改革、技术革新等物种的利用和管理、生产保护等促进授粉、基因交流、种群调节、生物控制、食物链与养分循环、竞争、天敌保护、作物的野生近缘种、土壤结构与养分循环、分解、捕食、病害控制等自然环境干扰环境功能空间变异为主时间变异为主传粉生物、捕食者和寄生者、草食者、蚯蚓等等生物物理多样性土壤、生产力、水分微生物、植物、生态区功能：第一：社会功能：①生产消费功能：指的是人类依靠农业生物进行适当的生产活动，保障农业的农产品生产和供给，它是农业的基本功能，是农业生物多样性的最直接功能体现。从生存的角度来看，保护农业生物多样性的生产功能是保障食物的前提。②生活服务功能：指基于农业生物多样性的保护，农业生物为人类提供生活服务方面的功能。这些功能随着生物多样性的丰富程度而发生变化。例如，依靠农业生物多样性形成的农业环境可以为人类提供观光休闲场所、产生相关文化形态，且为了保护生物多样性可以提供就业机会和岗位等。第二：生态功能：主要表现在农业生物多样性对生态环境的支撑和保护方面。农业生物在吸收CO2与释放O2、净化空气、消纳废弃物净化环境、保持土壤肥力与涵养水源、营造绿色景观与减轻城市热岛效应，调节气候等方面，有着突出的不可替代的生态作用。有数据表明[5]，2005年北京农田生态系统总服务价值为175.7亿元，其中生态价值为107.0亿元，是产品经济价值的1.6倍。生物多样性对于经济发展的作用可见一斑。第三：政治功能保护农业生物多样性是保证中国粮食安全，促进社会可持续发展，树立良好的大国形象的需要。农业生物多样性越丰富，人类能够获得食物的途径更广阔，粮食安全得到保障，社会稳定局面才能得以保持。二、中国农业生物多样性的现状中国是世界上生物多样性最丰富的国家之一，是世界农作物的八大起源中心之一，也是世界栽培植物四大起源之一。物种多样性高度丰富，生物物种的特有性高，拥有大量特有的物种和孑遗物种，生物区系起源古老，经济物种异常丰富。球兰据统计[7-8]，中国约有高等植物32000种，占世界种数的10%，居世界第3位；动物资源上拥有世界总数13%的鸟类和12.88%的哺乳动物；已发表的微生物种名数已超过10000种，占世界已知种数的11%。其中，特有种子植物有14939种，占到了中国全部种子植物的52%；特有哺乳动物110种，特有鸟类106种，特有爬行动物178种，特有两栖动物252种；已经发现的特有微生物约2000种。三、低碳背景下农业生物多样性的影响因素农业生物多样性的影响因素可以概括为土地过度开发、集约化利用导致的农业景观格局的改变;农业扩展、发展及农业活动导致的生态系统结构功能、物种的变化;环境污染。主要表现在以下几个方面。红果坚木3.1对资源的掠夺式开发利用3.2生物生境的改变3.3环境污染（化学污染日益严重）3.4外来物种入侵3.5农田也品种单一化3.6气候变化3.7其他农药是用来防治农作物病虫害和消除杂草的药剂，是保证农业增产的重要因素，也是解决世界上60亿人口温饱问题的有力措施。农业生产上若不使用农药，全世界农作物每年因病、虫、草害造成的经济损失达800亿美元，我国由于防治农作物病、虫、草害，每年可挽回谷物损失150～200亿kg、棉花2.5～3.0万kg等。使用农药获得巨大作用的同时，也由于农药的广泛应用和使用不当，已对生物多样性造成了较大的影响。在这里我主要是从农药对基因、物种和生态系统三个水平上讲一下其对生物多样性的负面影响。（1）基因多样性的降低①向田间喷撒农药，在农作物上、田间及土壤中的一些敏感个体会迅速消失，从而使整个种群的基因多样性水平降低。②农药引起种群数量的减少，以致达到了种群的遗传学瓶颈。③农药引起种群规模和群落数的减少，由于随机的基因漂变，降低了种群的基因多样性水平。(2)物种多样性的减少农药的直接毒害作用使物种多样性减少；农药的间接毒害作用使物种多样性减少；（3）生态系统的简单化①农药直接影响物种的生存和发展，导致生态系统的简单化②农药大大降低了初级生产，导致生态系统的简单化四、农业生物多样性测度指标的建立与应用黑鹳白腹锦鸡4.1理论基础（1）Shannon-Wiener指数该指数是信息论中用于测定系统中的信息量。其计算公式是：H=-∑|ni∕Nlg（ni/N）|式中：ni——第i个种的个体数目，N——群落中所有种的个体总数它的计算公式表明，群落中生物种类增多代表了群落的复杂程度增高，即H值愈大，群落所含的信息量愈大。例如：设有A、B、C三个群落，各有两个物种组成，其中各种个体数组成如下。计算它的物种多样性指数:HB=-(0.50×ln0.50+0.50×ln0.50)=0.69HC=-ΣNi/NlnNi/Ni=-（0.99×ln0.99+0.01×ln0.01）=0.056物种甲物种乙群落A100(1.0)0(0)群落B50(0.5)50(0.5)群落C99(0.99)1(0.01)从上面的计算可以看出,群落的物种多样性指数与以下两个因素有关:①种类数目,即丰富度;②种类中个体分配上的均匀性.热带雨林(2)等级多样性考虑一个全面普查的群落其个体成员已分类成属和种令个体分类成属为G分类并假设共有g个属第i属中个体数为Ni（i=1,2,...g,）。个体按种的分类称为S分类，并假定在第i属中有Si个种，在第i属的第j种中有Nij个个体（j=1,2,...g,)。令H(G)为群落的属多样性；H(GS)为群落的种多样性即总体多样性;HiS为第i属内的种多样性；并且，表示在所有g个属中，种多样性的加权平均。显然可知同样对于测量大群落多样性的Shannon-Wiener指数H’来说有()()/()()iiHgSNNHSNiN()()()GGSHGHS'()'()()GHGSHGHSijiNN4.2构建模型(1)基于经典生物多样性模型的农业物种多样性的测度指标此处依然借用“属”的说法，共有2个属，即利用和不可利用，第i属中个体数为Ni（i=1，2;∑Ni=N）。个体按种的分类称为S分类，并假定在第i属中有Si个种，在第i属的第j种中有Nij个个体（j=1，2，…，Si；∑Nij=Ni）则H（G）为群落或样方内的属多样性；H（GS）为群落或样方内的种多样性，即总体多样性；H1（S）为可利用的多样性，即农业物种多样性计算公式为：虽然该公式能很好地表示农业物种多样性，但在没有计算H（GS）或H2（S）的情况下，不能很好地反应一个群落或样方中可利用的物种与全部物种的关系。1()'log'NiIIiHSPP...........................................(1)(2)基于信息增益的农业物种多样性的测度指标Shannon-Wiener多样性指数实际上是信息熵在生态学中的应用。假设有一变量X，它可能的取值有n种，分别是X1，X2，…，Xn，每一种取到的概率分别为P1，P2，…，Pn，那么X的熵就定义为：..........................................................(2)21()PilogPiNiHC同样的，对分类系统来说，类别C是变量，它的可能取值为C1，C2，…，Cn，而每一个类别出现的概率为P（C1），P（C2），…，P（Cn）因此n就是类别的总数，此时分类系统的熵为：信息增益是针对一个一个的特征而言的，就是看一个特征t，系统有它和没它的时候信息量各是多少，两者的差值就是这个特征给系统带来的信息量，即增益。系统含有特征t的时候，系统的信息量即为式(3)。i12i1()P()logP(C)NiHCC..............................................(3)当系统不含有特征t时，即当一个特征t不能变化时，条件熵为：式中P(t）为T出现的概率，为T不出现的概率，由()()()()()HCTPtHCtPtHCt....................(4)()Pt21()()log()niiiHCtPCtPCt..............................(5)21()()log()niiiHCtPCtPCt..............................(6)因此特征T带给系统的信息增益式中P（Ci）表示种Ci出现的概率，即第i个物种个数占物种总数的比；P（t）表示可利用物种数出现的概率，即可利用物种总数除以总的物种数；P（Ci|t）表示可利用物种出现时，Ci出现的概率，即第i个可利用物种个数占可利用的物种总数的比；表示没有可利用物种时，类别C出现的概率，这里为0。21()()()()log()niiiIGTHCHCTPCPC21()()log()niiiPtPCtPCt