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蔣高明:談生態農業基本原理

作者:蔣高明

長期以來,生態農業被一些人斥為“會餓死人的”,仿佛注定是小部分特權人士的專享,其實這是一個嚴重誤區。現在人們一直是圍繞種子做文章,甚至通過轉基因來改變種子特性,而忽視了生態學原理的應用,農業專家窮其一生不能增產就不可避免了。生態農業不僅需要建構人與自然共生、循環關系,而且需要創造人與人的合作關系。經歷100多年的發展,生態學日益成熟,在我國已經成為與數理化并列的一級學科,一些基本原理應用到農業越來越發揮重要的作用。

下面就簡要談談生態農業的基本原理:

1

水熱耦合原理

農田生態系統由氣候、土壤、生物等因子的共同作用所形成

其中, 大氣溫度和降水量占主導地位,對其它因子產生重大影響。農田是在改造自然生態系統而來的,不同植被地理背景下農田的生產力或產量受水熱組合影響最大。自然界最高生產力是熱帶雨林,約45t/ha/a,是在不施肥不打藥基礎上實現的,就是因為熱帶雨林的水熱條件最好,元素循環快。

在農田中,光照、CO2都不是限制因子,而水熱條件,尤其水熱組合,最能反應農田生態狀況。我國即使有些農田面臨季節性干旱脅迫,依然比真正的地中海荒漠區域的農田具有十分有利條件。中國草原是雨熱同期,而地中海附近、非洲的部分草原,雨熱出現的最佳時期是冬夏季分離的。

水利是農業的命脈,在不同氣候帶上水熱組合決定了生態系統生產力,生態農田盡量利用天然降水,適度利用客水或地下水,做到“旱能澆、澇能排”。熱即熱量,地球上的一切熱量來自太陽,熱對植物生長發育乃至群落分布有重要的作用。在陽光不缺少的地方,熱量尤其與水的耦合對農業增產的作用大于化學肥料。

生態農田利用自然界的熱量,不搞反季節種植,充分利用我國水熱同期優勢,因地制宜發展適合的作物。高溫的夏季雜草生長也很繁茂,如將雜草作為資源利用起來改良土壤,也是在生態農田利用熱量資源的有效途徑之一。

土壤碳氮庫增長原理

碳表現在土壤中即有機質

目前我國耕地有機質普遍很低,平均1%左右。通過有機肥養地,大大幅度提高土壤含碳量。這里的有機肥,指自然界中的所有光合產物及其衍生物,不僅僅是傳統理解的人糞尿和動物排泄物。

高效生態農業中的有機肥將以植物源肥料如綠肥、秸稈肥、雜草肥為主。在暖溫帶濕潤地區,當生態農田有機質提高到5%時,在這樣的土壤肥力下,即使空白對照(不施肥)的作物產量,也能超過了噸糧(小麥玉米周年產量)。

氮這是植物光合生長必須的元素。自然界可以利用的氮都來自空氣,空氣中氮氣含量78%。生物固氮、雷電固氮、干濕沉降都可以提供氮源。在種植過程中,用以上培育碳庫的辦法,培育土壤氮庫,通過微生物活動固定空氣中的氮,并活化土壤中的氮。氮與碳之間的比例約為1:10,當土壤含碳量增加到5%時,意味著每畝20厘米耕作層中有1.75噸純氮,這些氮不會像化肥那樣流失。

因此,人類離開化肥廠,也能夠滿足作物需要的氮。由于土壤磷和鉀基本不缺少,解決了氮的矛盾,鱗鉀和其他大量元素與微量元素的問題迎刃而解。解決這個問題的基本思路是:每年將籽粒帶走的氮雙倍還回土壤,使土壤可利用氮不斷增加。土壤中,碳與氮之間的比例變化在10:1至12:1之間,合理的碳氮比,對生態農田異常重要。

增加土壤碳氮庫的辦法有很多,除每年添加有機肥外,秸稈還田、種植或施加綠肥、利用雜草肥都是很好的辦法。生態農田必須每年添加碳和氮,不能依靠化肥替代。

我國農區使用了四五千的農田沒有退化,就是有機肥養地的結果。只不過過去動力不足,有機肥來源少,農田產量低。如今,這些問題都已基本解決,通過培育土壤碳氮庫增產技術已非常成熟。

2

生物多樣性原理

生態農田具有豐富的生物多樣性,尤其是土壤生物多樣性

農田生物多樣性包括種植物種與養殖物種多樣性。在一個多樣性的農業生態系統中,其穩定性也是高的,抗自然災害能力加強,同時延長了農產品貨架期,避免集中上市帶來的農產品滯銷。

我們在10畝農田基礎上發展的弘毅生態小院中,經濟物種有73種之多,包括植物、動物與微生物三大類。在這個系統中,害蟲與雜草都變成了資源利用起來。同時我們發現,由于土壤健康,農田生態系統健康,植物病害基本消失。

害蟲與雜草本身就是普通的物種,它們的作用也是辯證的。害蟲會吃作物,但也會給一些蟲媒的作物授粉,害蟲是益蟲的食物,害蟲死亡后其尸體可以參與構造土壤中的團粒結構;雜草會與莊稼爭養料,但也會增加土壤碳氮等營養。

雜草根系及其分泌物對于土壤中的生物多樣性維持及其保持良好的土壤結構也起到很多的作用。當然,對于害蟲和雜草比較進行管理,農民付出的辛勤工作是管理它們,不使其危害,并變害為寶。

生態位原理

農田生態系統中的不同物種都有自己的生態位,即在時間空間上所占據的位置

這些物種大部分時間相安無事,只有到生態位重疊時才會發生激勵的競爭或對抗。生態位是生態系統中每種生物生存所必需的生境最小閾值。兩個擁有相似功能生態位、但分布于不同地理區域的生物,在一定程度上可稱為生態等值生物。生態位是與資源利用譜概念等同的,生態位寬度是指被一個生物所利用的各種不同資源的總和。

在農田中,因種間競爭,一種生物不可能利用其全部原始生態位,所占據的只是現實生態位。作物的生態位是人為保護的,往往為了高產,人工除草或機械除草,去除競爭者。土壤表面上下一定高度和深度,這是土壤微生物、蚯蚓、線蟲等動物的生態位,一些害蟲的幼蟲也分不再土壤中。

利用生態位的空間差異,可以減少雜草控制成本,如果園下面生草,就是喬木與草本的生態位不同;種植高粱也可以控制雜草,因為高粱為高桿作物;利用生態位時間差異可以控制害蟲,如誘蟲燈捕殺的往往是夜行害蟲,而益蟲因為多在白天捕食較少受害。

夏季的雜草很難在春季生長,因此可以利用夏季高溫多雨生長雜草,混播豆科植物養地,然后種植越冬小麥,小麥產量可以提高,這也還是利用雜草的生態位。在北方農田,玉米夏季農田雜草以牛筋草等為主,小麥以播娘蒿為主。

生態系統原理

生態系統指在自然界的一定的空間內,生物與環境構成的統一整體

在這個統一整體中,生物與環境之間相互影響、相互制約,并在一定時期內處于相對穩定的動態平衡狀態。生態系統是能夠自我維持、自我更新且具有一定恢復能力的。掌握了農田生態因子變化特點、物種組成及其相關關系,人類就可以利用這些生態學知識進行農田生態系統設計,力求獲得最大的產量、生物量或者最高的經濟效益。

間作套種、林田互作,林糧食互作,藥糧互作等等,都是利用生態學原理進行的農田生態系統設計。在農田生態系統設計中,最重要的因素是種子。種子是農業的重要“芯片”,人類造不出種子來。除為動物生產飼料利用一部分雜交種外,基本使用老種子。鼓勵農戶自留種子,常年生態育種與自留種,產量有增加趨勢。高效生態農業模式杜絕轉基因種子。

3

在農業生態系統中,農業再也不是現代化學污染源,不是溫室氣體排放源而是溫室氣體庫,從源頭解決了面源污染問題;農田生態環境大幅度改善;農田生物多樣性將逐漸恢復;農產品不再含有人為添加的有害化學物質(目前圍繞食物鏈合法使用的化學物質高達5萬多種);農產品提供的優質健康能量,重大疾病發生率將大幅度下降;農業將成為附加值很高的產業,大學生二代、農二代等年輕人可以進入農業;優良種子資源可以長期保留下去;病蟲草害發生率基本可控,土地越養越肥,耕地生產力將得到穩定提高。農藝有人傳承,農民的勞動力可以在家門口轉變為鈔票,不再進城打工出賣勞動力。

文章來源: 3O有機農業

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