【毕业学位论文】（Word原稿）陇东黄土高原的农业多样性

分类号： 密级： 研 究 生 学 位 论 文 论文题目（中文） 陇东黄土高原的农业多样性 论文题目（外文） in 究生姓名 吕 强 学科、专业 全日制农业推广 农村与区域发展 研 究 方 向 农场管理 学 位 级 别 硕 士 导师姓名、职称 任继 周院士、侯扶江教授 论 文 工 作 起 止 年 月 2011 年 9 月至 2013 年 5 月 论文提交日期 2013 年 3 月 论文答辩日期 2013 年 5 月 学位授予日期 校址：甘肃省兰州市 原 创 性 声 明 本人郑重声明：本人所呈交的学位论文，是在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。学位论文中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。除文中已经注明引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究成果做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明 确方式标明。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 日 期： 关于学位论文使用授权的声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属兰州大学。 本人完全了解兰州大学有关保存、使用学位论文的规定，同意学校保存或向国家有关部门或机构送交论文的 纸质版 和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权兰州大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用任何复制手段保存和汇编本学位论文。 本人离校后发表、使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为兰州大学。 本学位论文研究内容： 可以公开 不宜公开，已在学位办公室办理保密申请，解密后适用本授权书。 （请在以上选项内选择其中一项打“ ”） 论文作者签名： 导师签名： 日 期： 日 期： I 陇东黄土高原 的农业多样性 中文摘要 陇东黄土高 原地处我国农牧交错带，南北 方 向 上 沿降水梯度连续分布着不同类型的作物 论文 在 陇东黄土高原南北方向 选择 庆阳 市 西峰区什社乡、环县曲子镇和甜水镇作为研究区域，分析了农业系统的作物生产、家畜生产、管理方式和农户类型的变化规律。主要得到以下研究结果： 1、作物生产系统多样性 自北向南，作物 种类 逐渐减少，北部主要是苜蓿、马铃薯、荞麦和冬小麦，中部是苜蓿、冬小麦和玉米，南部主要是冬小麦、玉米和果树。随着降水量的增加，作物 多样性丰富度与均匀度指数逐渐变小，北部作物 种类种类 最丰富，各种类 种植面积较均匀；中部作 物 种类 间种植面积差异较大；南部作物种植面积差异不大， 多样性指数最小。作物 多样性表明，北部与南部的种植结构差异性较大，中部与南部相同作物种植面积比例较接近。 2、家畜生产系统多样性 自北向南，农户养羊的比例和数量逐渐减少，以山羊居多变为以绵羊为主，驴（或骡） 和 牛的养殖数量中部最多，三地农户养殖猪的数量基本相当。中部家畜 多样性指数较大，家畜 种类 较丰富，且养殖数量较接近；南部家畜 多样性指数较小，家畜养殖结构较为单一，北部居中；中部与南部的家畜 多样性指数较接近，两地家畜养殖结构较相似，两地农户在同种家畜的 饲养数量的比例较接近；北部与南部家畜 多样性指数差异较大，两地家畜养殖结构相似性较小，两地农户在同种家畜的饲养数量的比例差别较大。 3、管理方式多样性 自北向南，随着降水量的增加，农业耕种方式由畜力为主逐步演变为以农业机械为主，以厩肥居多向以化肥居多变化。由粗放型从自给自足向集约化较高的商品化方向发展。 4、农业生产结构由种养结合向以种植业为主 方向 发展。 本研究通过对处于不同地理区域的农业生产系统的研究，比较作物生产结构与家畜养殖结构的时间地带性与生物多样性的差异，反馈了陇东黄土高原农业生态系统中的相互关系 ， 研究结果对于阐明陇东黄土高原农业多样性与气候的关系，加快农业结构调整 提供了理论依据与参考。 键词： 黄土高原 ， 作物 户，农业多样性，作物，家畜 in of in of to In as a as 1. of to in in of of in of in of in of in 2. of to of or of or up to in of in of of in of in in of of of . to of of of to of 4. to of a of of by of of of of be to a to up on 目 录 中文摘要 . 一章 引言 . 1 第二章 国内外研究进展 . 2 候 . 2 壤 . 3 物 . 4 畜 . 5 业多样性 . 6 第三章 材料与方法 . 9 究区概况 . 9 东黄土高原自然概况 . 9 究区设置 . 11 究方法 . 12 据收集 . 12 壤水分测定 . 12 分利用效率 . 13 物生产系统的多样性 . 13 畜生产系统的多样性 . 15 畜系统的标准羊单位 . 16 据统计分析 . 17 第四章 结果与分析 . 18 户尺度 . 18 物生产系统 . 18 畜生产系统 . 23 理方式多样性 . 27 源利用效率 . 30 村尺度 . 34 物生产系统 . 35 畜生产系统 . 44 业系统多样性 . 52 域尺度 . 57 物生产系统 . 57 畜生产系统 . 65 壤水分分析 . 69 业系统多样性 . 76 第五章 讨论与结论 . 82 论 . 82 论 . 83 物 . 83 壤含水量 . 84 水利用效率 . 84 参考文献 . 85 致 谢 . 91 兰州大学硕士研究生学位论文 陇东黄土高原的农业多 样性 1 第一章 引言 作物 世界最重要的食物生产系统，在全球占绝对优势 的农业系统（侯扶江， 2006）。2006年， 83%的作物存在于我国的作物一家畜系统中，其中小麦和玉米的面积分别占全国种植面积的 74%和 87%（ .， 1987），我国牛肉和羊肉 90%的产量以及猪肉和家禽肉的产量的 50%农业 系统是作物 伊宁，2010）。 黄土高原地区是中国最古老的雨养农业区之一。由于侵蚀和干旱，黄土高原粮食产量一般低于 全国土壤生产力的低产水平（朱显谟， 2000） 黄土高原 土壤侵蚀规模数量近高达 t/(a)，每年向黄河输沙 7亿 付会芳， 1997）。 陇东黄土高原地处黄土高原的核心地带，自北向南从农耕区向畜牧区过渡。所以本研究以陇东黄土高原农户作为研究对象，揭示农业系统沿降水、热量和地形梯度的变化，比较作物种植结构与家畜养殖结构的变化特征，分析了作物生产与家畜生 产的互作机制及其影响因素，为阐明农业系统的发生和发展规律、黄土高原农业生产系统的结构调整提供了理论依据。 兰州大学硕士研究生学位论文 陇东黄土高原的农业多 样性 2 第二章 国内外研究进展 作物与家畜是农业系统最重要的两个组分，作物与家畜相互作用构成了农业系统多样性最重要的方面。世界农业系统根据作物生产或家畜生产的有无，两者之间互作机制的差异，主要分为专门化的作物生产系统、专门化的家畜生产系统和作物 家畜综合生产系统三大类，这些系统根据集约化水平又可分为粗放型和集约型两类，集约化的作物 家畜综合农业系统是当前发达国家农 业系统发展的方向（侯扶江等， 2006）。作物家畜农业系统中的三个主要因子是：作物、家畜、土壤。三者相互作用相互促进。家畜以植物为粮食，家畜的排泄物又是植物最好的肥料，二者以土壤为结合点，能量和物质以土壤为媒介，不断循环（王晓燕，2008）。 在综合系统中，作物生产和家畜生产通过厩肥、畜力和作为饲料的作物籽实或秸秆耦合起来，一个子系统的产出往往是另一个子系统的投入，反之亦然。根据农业系统的组成成分、各组分间的互作机制以及生产的集约化程度，可将其分为集约化作物生产系统、集约化家畜生产系统、集约化的作物 产系统和粗放型的作物 放的综合系统主要在发展中国家常见，集约化的综合系统是当前发达国家农业系统发展的方向（侯扶江 等 ， 2009）。 候 农作物生长对全球气候变化的生物学响应机制，是全球气候变化与生态系统响应的研究基础，也是 气候与作物 系研究中必须要考虑的不可或缺的因素，气候变化对我国自然生态系统和社会经济系统的影响和适应问题，已引起国内外学者的关注（郭海英等， 2006；王永利等， 2009）。 我国北方暖干型气候变化趋势对小麦、玉米产量的影响有利有弊，但对棉花生长 有利（王润元等， 2006）， 施新民 等（ 2008）利用西北五省 (区 )1978究全球变暖对该地区小麦生产的影响后发现，年平均气温上升 1%，小麦产量下降 而年降水量和年日照时数的变化对小麦生产没有显著影响。曹芳萍等（ 2001）认为气候变化与牧草生产之间存在很大的相关性。郭海英等（ 2006）研究全球气候变化对陇东黄土高原农业物候的影响，发现气候变暖使得董志塬冬小麦和果树的春季发育期普遍提前，冬小麦越冬期显著缩短。气候变化与典型草原区牧草的气候生产潜力有直接 的关联（赵慧颖， 2007），牧草的干物质积累与其生长期间的积温、降水有着十分密切的关系（施新民等， 2008）。 王素萍等（ 2006）通过对温度、降水等气候要 素的分析，发现玛曲草原的气候向暖干化方向发展，气候变化造成蒸发增加，冻土变浅，黄河玛曲段年产流 量急剧减少，牧草产量下降，过度放牧等人类活动使牛羊肉产量的大幅度上升，加速了草场的退化。朱宝文等（ 2007）所作的青海省兴海县气候变化对畜牧业发展的影响及对策，认为制约兴海县畜牧业可持续发展的主要因素是气候变化。赵慧颖等人（ 2007）所作的草原气候变化对家畜生态 环境的影响分析，认为在选择引进品种时特别要注意产地与当地的气候条件和气候类型。赵哈林等人（ 2008）所作的人类放牧活动与气候变化对科尔沁沙质草地植物多样性的影响，认为在草地兰州大学硕士研究生学位论文 陇东黄土高原的农业多 样性 3 自然恢复演替过程中，暖湿气候有利于草地物种丰富度和多样性的增加，可以明显促进多年生植物 以及菊科、豆科植物多样性的增加，而持续暖干气候可以降低草地的物种丰富度和多样性，但对禾本科和藜科植物多样性的不利影响较小。 李琴等人 （ 2009）所作的气候变化对刚察县畜牧业生产的影响及对策，认为制约刚察县畜牧业可持续发展的主要因素是气候，并针对气候变化的制 约条件提出了草地可持续发展对策。 郭连云 等人（ 2009）所作的近 50年局地气候变化对共和盆地贵南县草地退化的影响，认为气候变化是草原生态退化的自然诱发因素，温度显著升高，草地蒸散量增加，春季干旱事件增多，秋季降水量减少造成草地牧草生长期的变化和草地生产力的下降，导致贵南草地生态 退化。 全球大气中 温升高及降水量的变化等是全球气候变化对农业生产和农业生态系统影响最为重要的几个生态因子，其影响主要表现在对农作物产量、生长发育、病虫害、农业水资源及农业生态系统结构和功能等方面，在过去的几十年，全球气 候变化已对我国农业和农业生态系统，特别是我国北方旱区农业造成重大影响，其中不少影响是负面的或不利的（孙秉强等， 2005）。气候变化的不可逆转性要求在寻求应对气候变化的技术对策方面，要充分利用全球气候变化给作物生长带来的有利因素，进行与气候变化相适应的作物栽培技术和育种等方面的研究（ 赵诚信 等， 1994；陈宜瑜等， 2005），继续进行作物的复种、间作套种等种植制度的研究，分散气候变化给作物单一种植模式带来的影响（万信等， 2007），对冬小麦北移技术的研究，特别是在我国西北中部干旱带，从南向北逐步扩大冬小麦种植面 积，可缓解春小麦生产在气候变化下的困境，是解决小麦生产的有效措施之一（ 王宁珍等， 2005；肖国举等， 2007）。 壤 土壤是作物赖以生存的物质基础，植物生长所必需的光照、水分、养分、空气和热量五大因素中，除光照外其余全部或部分是由土壤供给的。到目前为止，植物生理学家研究发现植物体内有 70多种元素，这些元素当然不一定都是植物所必需的养分，但其中一部分元素是必需养分（ 韩广轩等， 2008)。农业系统生产主要以植物生产和家畜生产为主，是为人类社会提供赖以生存的物质和能量的最根本的泉源。世界上一切植物都是以土 壤为基质而生存。他们从土壤里面吸收营养和水分，然后从空气中吸收二氧化碳，以太阳光为能量，通过自己的叶绿素的转化，将吸收的物质转化为各种不同的有机物质，这也就是最最初的植物生产，也是农业系统中最基础的生产（ 付明胜 等， 2002）。如何最大程度的利用农业系统中的植物生产，就要满足植物生产所需要的水分和养料，人类只有利用各种干预手段，合理利用土壤，改良土壤条件，提高土壤营养等等措施（ 曹凑贵 等， 1998）。 稻田土壤 家畜系统是我国南方农村地区常见的农业生态系统的存在模式，国内外的学者对土壤 的循环 研究较多（ S， 1987； S et 1986； M et 1989），围绕土壤这一中心媒介，许多科学家都从作物和家畜两个影响土壤理化性质的关键因子入手，做了大量的研究， 对家禽、家畜粪便进行多级利用也做了许多研究（马世骏， 1991）， 长期以来工业产品的投入将植物生产的推向初级生产的高潮， 何电源等人（ 1994）用作物 付明胜等人（ 2002）以绥德县为基点作了连续干旱对土壤干层深度及植物生存的 影响，认为林草地地力衰退为特征的人工林草地土壤干化日益严重，群落衰败大片死亡，但兰州大学硕士研究生学位论文 陇东黄土高原的农业多 样性 4 还有些植物经过灾变的考验，表现出高度抗旱耐高温特性， 作物生产摄取土壤中大量的营养成分和水分，只有不断补充大量的能量方可满足植物生产的要求。 何电源 等人（ 1994）采用土壤养分校正系数法，得出了安徽省各地区土壤养分校正系数值及其与土测值之间的关系，从而根据土壤养分含量、作物种类和目标产量确定某一区域的施肥量，为土壤肥料信息系统中的施肥决策提供方法依据。朱青等人（ 1999）通过土壤养分状况系统研究法，认为贵州铜仁地区松桃县黄泥土养分主 要限制因子是氮、磷、钾，硼、铜也可能是其限制因子，松桃黄泥土红薯生产栽培的最佳施氯化钾量为 260kg/ 施肥时不但要注重 N、 P、 且应考虑 微量元素的施用。 凌敏 等人（ 2010）研究了吉林黑土上化肥对玉米的增产效应及肥料利用率，认为 土壤在农业生态系统中的地位和作用是多方面的，土壤是农业生态系统组成部分和基底，是人们劳动的对象，也是人们劳 动的成果，农业生态系统是防治土壤污染的基本单元 ，农业生产者、组织者应该围绕农业生态系统这个中心整治土壤污染（曹凑贵等， 1998）。土壤污染也称作 看不见的污染 ， 土壤污染主要分为土壤生态污染、重金属污染、农药污染等，在人们将注意力转向土壤污染时，关注农药、重金属、污水灌溉等造成的土壤污染，这本未可厚非，但是在土壤污染防治时应该着眼于更大范围，土壤污染、土地退化是土壤质量变化过程的不同方面，是人为因素和自然因素两个方面相互作用的结果（ 史吉平等， 2002） 。土壤污染原因之一就是不合理的方式管理农业生态系统的结果，合理地管理农业生态系统可以维持、保养和提高 土壤质量和功能，不合理的管理农业生态系统也可以破坏、降低土壤的功能（韩广轩等， 2008）。 物 粮 食是人们最基本的生产资料，是任何部门劳动力再生产和扩大再生产中不可缺少的条件（任继周， 2001；盛彤笙， 1989）。以粮食作物生产为例，我们通常的粮食生产主要是利用其籽实，籽实在干产品中占不到整个生物产量的一半，其他 60%以上的就是秸秆（ 李颖 ， 2005） , 在农村，由于缺少燃料，就将其作为燃料，这是一种浪费，如果将其还田，或者利用它和牧草，林业副产品等合理利用，加工成饲料，利用在家畜身上，通过家畜的转化 ，可为家畜产品加工业提供原料（ 王建林 ， 2007）。家畜的排泄物又可为生物工程提供原料，为饲料工程提供了原料（ 刘芝芹 等， 2000）。 由于粮食的重要性，作物在农业系统生产中起主导作用。但是在作物生产系统中，调节其本身的内部结构在生产上也是非常重要的（ 李荣生等， 2003） 。单一的，专门化的生产可能会使作物生产的经济效益降低或者没有经济效益。 作物生态系统的结构指在地块中作物的种植方式 ,包括单作、间作、混作、套作和种养结合的结构形式（王建林， 2007）。作物生态系统与其他自然生态系统的最大区别是不仅受自然生态规律的 支配，而且在很大程度上受人为过程和社会经济规律的支配，也即系统中的作物生产不仅利用自然科学的原理，而且需要技术、经济和农民本身的技能，作物生态系统的区域性强，并通过多种多样的农作制度来体现其结构和功能，农作制度尽管很复杂多样（王会肖和刘昌明 ， 2000）。作物的生长发育程序受基因控制，但基因表达的时间和强度受环境的制约，不同作物因遗传特性的不同，在完成生活周期的过程中，要求不同的环境条件，在组建作兰州大学硕士研究生学位论文 陇东黄土高原的农业多 样性 5 物生态系统时，应因地制宜选择作物种类和熟制，因地制宜确定播种期，使作物的生长发育与所处的环境条件及其季节性变化相偶 合（韩志勇等， 2012）。 良好结构的林农复合生态系统立体经营系统能够保存现有森林覆被率，保持水土、改良土壤、 提高土地利用率和系统生产力，获得更高、更多、更稳定的产品及生态、社会和经济效益（ 黄占斌 等 ， 1999） 。黄土高原的土壤颗粒分布均匀，结构疏松，适宜植被生长，南部山地气候较湿润而温暖，植物生长季长，生长条件较好，人民生活以林、农业为主，向北则牧业比重渐增。 小麦是我国西北地区主要的粮食作物，西北五省 (区 )小麦播种面积占粮食播种面积的比例，长期以来一直保持在 40%水平（沈小波等， 2012）。 从黄土 高原丘陵区林农复合生态系统立体经营类型与模式的调查研究中可以看出，复合经营是土地资源由单一利用走向综合利用，单一种植走向多元种植，粗放经营走向集约经营的有效途径。适合该地区发展的主要林农复合生态系统立体经营类型与模式是：枣 作 、苹果 作 、林果 椒 作 、葡萄 作 、山杨林网 杨片林或林网 农作物、林 农牧庭院兼营型等，这些类型与模式都能形成支柱产业，实现规模效益（宋西德等， 2004）。张玉东等 （ 2010） 对南疆杏麦复合系统 3种主要复合种植模式 中距杏树不同距离小麦的产量及其构成因素进行了研究，认为在南疆杏麦复合系统中，杏麦间作类型对小麦产量影响很大，间作小麦与杏树的距离愈近，对小麦产量影响愈大，南北走向的复合种植模式，对间作麦区东边的影响远大于西边。 桂林地区耕田长期单一种植水稻，造成土壤肥力下降，经济效益低，草地与农田的结合，促进农业生态系统形成草多 畜多 肥多 粮多的良性循环，从而使经济效益、生产效益和社会效益同步增长（李玉元等， 2000）。 畜 通常的农业系统中，饲料转化率只有 10%，而在现代的综合农业系统中饲料转化率可以达到 15%以 上（郭桂香， 2002）。 2004）分析了不同 放牧方式对草原生产力的影响，通过对澳大利亚西部贝克山草原上所放牧杂交羊进行为期三年的不同放牧强度和不同放牧时间的对比研究，认为放牧强度和时间都对草原生产力产生影响，延迟放牧能促进不同放牧强度的草原上草的生长，放牧强度对母羊产羔前体重、母羊活重、双羔率和羊的生长速度均产生影响。 家畜生产系统是将植物产品转化成优质的动物性产品的理想途径，是综合农业系统中非常重要的组成部分， 畜牧业产值在农业总产值中所占的比例反映出 一个国家或一个地区的经济发展水平，在发达国家畜牧业在大农业总产值中均占到60%以上（ 托娅， 2002）。我国的草地畜牧业经营水平低下 ,草食家畜生产效率不高，牧区靠天养畜 (天然放牧型畜牧业 )与农区秸秆养畜 (秸秆舍饲型畜牧业 )的粗放经营管理模式是我国草食畜牧业生产水平整体落后的主要原因（董世魁等，2004）。 畜产品直接为人类提供高质量的能量，是人民改善生活的必需品，家畜生产系统在整个农业生产系统中所占的比例，是衡量一个国家综合农业系统发展水平的一个重要标志。 广西人多地少，粮食短缺。但畜牧养殖却以耗粮型的猪禽为主， 致使人畜争粮矛盾日趋突出，随着畜牧业产业结构的调整，使广西草地畜牧业有了一定的发展，人们逐步改变了以养猪为主的耗粮型畜牧业向发展节粮型草食畜牧业方向转变（韦炳瑞， 2004）。柴达木盆地独特 的地理环境创造了山羊兰州大学硕士研究生学位论文 陇东黄土高原的农业多 样性 6 生存、生长和繁衍的优势条件，山羊是柴达木盆地畜牧业的重要畜种，从 1983年开始进行柴达木山羊改良，到 2000年柴达木绒山羊新品种已形成（扎西卓玛，2004）。 北方农牧交错带是我国农耕业与畜牧业交汇的地带 ,草地畜牧业应占农业产业结构的主体地位（任继周等， 2002），在农牧交错带建立新的产业带，把以粮食生 产为主变为畜牧业生产为主，将有利于当地在经济发展的同时尽快达到区域生态平衡（刘林德等， 2002）。退耕还林还草技术是减少水土流失、改善农牧交错带生态环境、改良土壤、发展舍饲畜牧业的关键技术。在草场退化地区，推广季节性禁牧、划区轮牧、割草地轮刈、多余绵羊冬羔和牛犊向东南部育肥带输出的季节性畜牧业模式。以保护植被为主，推动 北繁南育 畜牧业产业化模式的实施。建立 以草定畜 、减少畜牧承载量的草地资源利用制度， 增牛压马、稳定绵羊、限制山羊 ，确立合理的畜群结构（侯扶江等， 2002；刘燕等， 1999；万向中， 2007）。对于家畜种质资源研究 ,已弄清了我国放牧 (草食 ) 家畜的种类、分布及其与草地类型的联系，为优良家畜的饲养、培育提供了材料基础（胡自治，1997），发展家畜养殖业，增加农牧产品收入，有助于农民增收，使农牧交错带的农牧业走上可持续发展的道路（邓波等， 2004），在农牧交错区农牧结合模式效益最好，充分利用资源优势，种养结合，多种经营，复合生产，提高农业生产效率，促进生态系统良性循环，草地畜牧业 +养猪模式、种植业 +育肥牛模式以及农牧结合 3个模式应作为适宜当地发展的优选模式（樊江文等， 2002），在农牧交错带应 实行有动物生产的 草地农业 ，引导农民走出以籽实收获为主的传统种植模式，发展以收获营养体为主的草地农业，扩大饲草种植，进行家畜养殖，节约中间成本，确保粮食安全（任继周， 2000）。 业多样性 生物多样性是生物及其环境形成的生态复合体以及与此相关的各种生态过程的总和（马克平， 1995），是人类赖以生存的物质基础，是全人类的共同财富，在维持全球和区域生态平衡、可持续发展方面具有重要意义（王永健等， 2006） 。 气候变化对于生物多样性的影响，表现为降水量、气温、海拔高度、土壤、水质等各种气象要素（任继周， 1989；赵哈林， 2004）， 青藏高原多年冻土退化改变了土壤的水分环境，降低了表层的土壤水分含量，导致物种丰富度和物种数量的降低，冻土退化过程中，湿、中生植物的优势度逐渐降低，而旱中生和旱生植物的生态优势度逐渐增大，湿、中生植物逐渐被旱中生和旱 生植物替代（杨兆平等， 2010）。太行山低山丘陵区多样性指数与土壤中养分和土壤含水量呈极显著的正相关 ,研究区内土壤肥