农田生态系统的恢复重建

农田生态系统的恢复重建赵艳梅2011年5月11日CONTENTS01农田生态系统概述02农田生态系统的功能和特征03全球农田生态系统的概况04发展农业生态系统的持续目录01Part农田生态系统概述一、农田生态系统概述一、农田生态系统概述（一）概念经人类有计划、有目的的将自然生态系统逐步改造而成的，带有自然生态系统某些调整的生态系统。要素所属关系：以人类对生态系统的干扰程度为依据：以环境性质为依据：主要组分：农业生物主要目标：以农业生产为主（受人类调控）主要对象：主要农作物半人工生态系统陆地生态系统（二）组成和结构1.组成一、农田生态系统概述农田生态系统生物环境生产者消费者分解者太阳辐射能无机物质有机物质农作物动物微生物土，水空气2.结构指农田生态系统中组成成分及其在时间、空间上的分布和各组分间的能量、物质、信息流的方式与特点。农田生态系统结构是其功能的基础。只有组建合理的结构，才能获得较高的系统整体功能。一、农田生态系统概述农田生态系统的结构物种结构时空结构营养结构一、农田生态系统概述生产者消费者分解者物种结构时空结构一、农田生态系统概述北方小麦玉米一年两熟农田3，4月份7,8月份生态系统随时间的变动结构也发生变化。营养结构生产者消费者分解者农田生态系统中由生产者、消费者、分解者三大功能类群以食物营养关系所组成的食物链、食物网是生态系统的营养结构。养分水分能量一、农田生态系统概述02Part农田生态系统的功能和特征水循环，气体循环，沉积型循环（一）功能1.三大基本功能二、农田生态系统的功能和特征基本功能物质循环nutrientcycle能力流动energyflow信息传递informationtransfer食物链光作用,声波、磁场、辐射2.功能二、农田生态系统的功能和特征农田生态系统生产功能生态功能原料：淀粉、饲料、烟、糖等能源：生物质能支持生命、净化空气调节气候、除尘降噪涵养水源、保持水土生活功能社会稳定农耕文化田园风光食物：粮、油、菜、果、瓜等物质生产生态服务二、农田生态系统的功能和特征食物：提供人类所需的94%的蛋白质和99%的热能。肉类：全球肉类需求在1982-1994年每年以2.9%增长，60kg。人们对蛋白质摄入的不断增加。纤维：占农业生产总值的0.03%。物质生产二、农田生态系统的功能和特征就业机会：食物生产雇佣了13亿人，每年大约获得1.3万亿的经济收入。碳储存：在所有的陆地生态系统中，农业生态系统储存了18-24%的碳汇，大部分储存在土壤中。生物多样性：农业生态系统包含7000多种作物资源。生态服务3.特征系统中的生物群落结构较简单，优势群落往往只有一种或数种作物；伴生生物为杂草、昆虫、土壤微生物、鼠、鸟及少量其他小动物；大部分经济产品随收获而移出系统，留给残渣食物链的较少；养分循环主要靠系统外投入而保持平衡；相似的自然条件下，土地生产力远高于自然生态系统。二、农田生态系统的功能和特征1、受人类控制；2、净生产力高；3、组成要素简化，自我稳定性较差；4、开放性系统；5、同时受自然与社会经济“双重”规律的制约；6、有明显的区域性特征二、农田生态系统的功能和特征特征农田生态系统自然生态系统净生产力高中等营养变化简单复杂品种多样性少多物种多样性少多矿物质循环开放式封闭式熵高低人为调控明显需要不需要时间短长生境不均匀性简单复杂物候同时发生季节性发生成熟程度未成熟（早期演替）成熟的03Part全球农田生态系统的概况（一）面积分布三、全球农田生态系统的概况图5-1全球农业生态系统的面积024681012亚洲（除中东外）欧洲和俄罗斯撒哈拉以南的非洲地区南美洲北美洲中东和北非大洋洲中美洲和加勒比海数量(106km2)全球约为39.2亿hm2,为全世界提供了90%以上的农作物、饲料、食品和棉花、亚麻和黄麻等纤维材料亚洲：约占全球农田生态系统总面积的28%欧洲和俄罗斯：约占20%大洋洲、中美洲和加勒比海地区：约2%（二）承载人口数量三、全球农田生态系统的概况图5-2农业生态系统的人口数量05001000150020002500亚洲（除中东外）欧洲和俄罗斯撒哈拉以南的非洲地区南美洲中东和北非北美洲中美洲和加勒比海大洋洲百万人全球约26亿人以农业为生，亚洲地区约有20亿人从事农业生产（三）退化农田生态系统1.相关概念在一定的时空背景下，农田生态系统受自然因素，人为因素或两者的共同干扰下，某些要素或系统整体发生不利于生物生存和农作物生产要求的量变和质变，系统的结构和功能发生与原有的平衡状态或进化方向相反的位移。1966-1996年:全世界的耕地总量增加了约8%；与1961年相比，目前的农业生态系统对每个人平均多提供了24%的食物。承载压力加大;目前，集约化农业生产也使农业生态系统的生物多样性显著减少，用现代高产的单一作物类型代替传统的多样化作物类型，严重威胁到农业生态系统的可持续发展。三、全球农田生态系统的概况集约化农业：是农业中的一种经营方式。是把一定数量的劳动力和生产资料，集中投入较少的土地上，采用集约经营方式进行生产的农业。同粗放农业相对应，在一定面积的土地上投入较多的生产资料和劳动，通过应用先进的农业技术措施来增加农业品产量的农业，称“集约农业”。目的：是从单位面积的土地上获得更多的农产品，不断提高土地生产率和劳动生产率。具体表现：大力进行农田基本建设，发展灌溉，增施肥料，改造中低产田，采用农业新技术，推广优良品种，实行机械化作业等。集约农业的发展程度主要取决于社会生产力和科学技术的发展水平，也受自然条件、经济基础、劳动力数量和素质的影响。三、全球农田生态系统的概况2.退化农田生态系统的特征三、全球农田生态系统的概况1、生物多样性降低——生物活性物质减少或消失、生物种群数量下降；2、耕地面积锐减——城市化和工业化的发展；3、农田肥力下降，土壤板结——土壤有机质含量下降、养分含量降低；耕作强度高,单一种植；4、农田盐碱化——不合理的耕作灌溉，大水漫灌,有灌无排；5、土地污染——①工业污染，②化肥农药超标，③有害微生物，④放射性物质，重金属等；7、农田荒漠化——在人为或自然双重因素作用下导致的土地质量全面退化和有效经济用地数量减少的过程特征（三）退化农田生态系统的修复1、物理修复：主要采用排土、客土及深翻等方法。当污染物囿于农田地表数厘米或耕作层时，采用排土(挖去上层污染土层)、客土(用非污染客土覆盖于污染土上)法，可获理想的修复效果。但此法费时、费工和费钱，并需丰富的客土来源，排除的污染土壤还要妥善处理，以防造成二次污染。因此只适用于小面积污染农田。2、化学修复①添加抑制剂。此法能改变有毒物质在土壤中的流向与流强，使其被淋溶或转化为难溶物质，减少作物的吸收量。一般施用的抑制剂有石灰、碱性磷酸盐、硅酸盐等，它们可与重金属(如铅、铬等)反应生成难溶性化合物们，降低重金属在土壤及植物体内的迁移与富集，减少对农田生态系统的危害。三、全球农田生态系统的概况②控制农田的氧化还原状态。大多数重金属形态受氧化还原电位(Eh)影响，改变土壤氧化还原条件可减轻重金属危害。研究表明，水稻在抽穗至成熟期，大量无机成分向穗部转移，保持淹水可明显减少水稻籽粒中隔、铅等含量。在淹水还原状态下，部分金属可与H2S形成硫化物沉淀，降低金属活性，减轻其污染。3、微生物修复①微生物改良土壤——微生物活性剂（改良土壤，促进作物增产，提高作物品质，减少农药与化肥用量的功效）。②微生物农药。用微生物杀虫剂取代化学农药防治昆虫(昆虫的病原体)和杂草。③微生物肥料。通过构建特定微生物与植物的互利共生关系，来改善植物营养或产生植物生长激素促进植物生长。4、种植绿肥。利用栽培或野生的绿色豆科植物，或其他植物体作为肥料。5、沙漠化防治。在沙漠化地区实施节水灌溉和温室种植。三、全球农田生态系统的概况04Part农业生态系统的持续发展解决农业生态系统退化，促进农业生态系统可持续发展的主要途径：可持续农业。（一）世界的可持续农业1、可持续农业的特点：发达国家:食物生产以质量目标为主，是一种农业现代化后的思路。发展中国家:更多地集中于数量增长，希望提高发展，以求解决温饱，所追求的是以发展为主要目标，同时兼顾环境保护的策略。共同点：合理开发资源和保护环境，促进农业可持续发展。四、农业生态系统的持续发展（二）发达国家的可持续农业有机农业:强调尽量减少食用农场以外的物质投入，并完全停用各种化学合成物，通过生物手段提高农业生产。产量低，需投入，30年代。持久农业:对农业生态系统有意识的设计和维持，建设包括灌木、草场、森林、农作物、散养家禽等多种成分的复合生态系统。生态效益好！70年代。精准农业:利用现代信息技术、生物技术、工程技术等一系列高新技术发展起来的综合性生态复杂系统。90年代。发达国家四、农业生态系统的持续发展（三）中国的生态农业1、中国生态农业的基本理念：重视系统整体的功能；强调经济效益；较为完整的生态过程（副产品，废弃物）四、农业生态系统的持续发展中国的生态农业模式图2、中国生态农业模式北方“四位一体”生态模式及配套技术；南方“猪--沼--果”生态模式及配套技术；设施生态农业模式及配套技术；观光生态农业模式及配套技术四、农业生态系统的持续发展“四位一体”生态模式：在自然调控与人工调控相结合条件下，利用可再生能源(沼气、太阳能)、保护地“四位一体”生态模式栽培(大棚蔬菜)、日光温室养猪及厕所等4个因子，通过合理配置形成以太阳能、沼气为能源，以沼渣、沼液为肥源，实现种植业(蔬菜)、养殖业(猪、鸡)相结合的能流、物流良性循环系统，这是一种资源高效利用，综合效益明显的生态农业模式。运用本模式冬季北方地区室内外温差可达30℃以上，温室内的喜温果蔬正常生长、畜禽饲养、沼气发酵安全可靠。优点：充分利用秸秆资源，化害为利，变废为宝，是解决环境污染的最佳方式，并兼有提供能源与肥料，改善生态环境等综合效益。四、农业生态系统的持续发展3、中国生态农业的类型立体复合型生态农业物质循环型生态农业生态环境综合治理型生态农业病虫害防治型生态农业鱼塘中养鱼；塘泥培基，给桑树提供养料；落入池塘的蚕粪又是鱼的食料。四、农业生态系统的持续发展大气鱼塘塘基桑树蚕蚕茧蚕沙桑叶剿丝厂废水蚕蛹无机养分浮游植物浮游动物废屑溶解有机物养分沉积养分立体复合型生态农业——桑基鱼塘四、农业生态系统的持续发展按空间尺度分类的生态农业微观水平生态系统水平景观水平区域水平三合一生态温室，庭院生态农业系统农田、森林、草地、湖泊、湿地生态系统小流域景观系统生态村、生态县、区域农业生态建设中国生态农业2、中国生态农业技术支撑体系四、农业生态系统的持续发展1高效耕作栽培技术体系轮作，间作，免耕，水土保持耕作2土壤管理技术体系有机肥、生物固氮3水管理技术体系4病虫害综合技术体系滴灌、渗灌生物防治5改善作物栽培环境的技术体系6提高光合作用效率的技术体系农林复合种植，立体种植，保护种植，设施农业高光效育种，二氧化碳补给，C4植物7生态林营造技术和观光林建设技术体系四、农业生态系统的持续发展8畜禽优良品种的繁育、原有品种的改良和提纯复壮技术体系标准化9畜牧、水产、食用菌的废弃物综合利用污染控制技术体系循环利用10健康食品生产技术体系11农产品保鲜、加工技术体系非激素类添加剂果蔬，水产12生态环境保护和资源高效利用技术体系13农业信息化技术体系水土流失，多样性保护，污染治理等作物的生长模拟与可视化技术，信息网络，专家系统，3S技术谢谢！