利用边缘效应原理对农业生产进行指导.doc

利用边缘效应原理对农业生产进行指导目 录1 边缘效应简述21.1 边缘效应的概念21.2 边缘效应的特征21.3 边缘效应的机理21.4 边缘效应与生物的多样性31.5边缘效应的利用、管理与生物多样性保护32 边缘效应在农业生产实践中的应用32.1 农业种植中的边缘效应32.2 农业养殖中的边缘效应52.3 系统间的边缘效应72.4 物种资源开发的边缘效应82.5 生防中的边缘效应82.6 发掘边缘地带的生产潜力93 如何充分利用边缘效应对农业生产进行指导93.1 调整、优化农业生产结构，合理利用土地、空间和时间93.2 进一步开发利用边缘地带103.3 进一步开拓省际、国际边界，把农产品推向国内外市场104 结语115 附录 参考文献12 附录 工作分配131 边缘效应简述1.1 边缘效应的概念在两个或多个不同性质的生态系统（或其他系统）交互作用处，由于某些生态因子（可能是物质、能量、信息、时机或地域）或系统属性的差异和协合作用而引用而引起系统某些组分及行为（如种群密度、生产力和多样性等）的较大变化，称为边缘效应。1.2 边缘效应的特征 边缘效应带群落结构复杂，某些物种特别活跃，其生产力相对较高；边缘效应以强烈的竞争开始，以和谐共生结束，从而使得各种生物由激烈竞争发展为各司其能，各得其所，相互作用，形成一个多层次、高效率的物质、能量共生网络。边缘效应有其稳定性，按边缘效应性质一般可分为动态边缘和静态边缘两种。动态边缘效应是移动型生态系统边缘，外界有持久的物质、能量输入，此类边缘效应相对稳定，能长期维持其高生产力；静态边缘是相对静止型生态边缘，外界无稳定的物质、能量输入，此类边缘效应是暂时的，不稳定的。1.3边缘效应的机理引起边缘效应的机理在于边缘效应的加成效应、协合效应和集肤效应。 加成效应：任何生物在多维生态空间中占有一定的生态位。协合效应：在边缘地带各种生态因子并不仅仅是简单的加成效应，还有一种非加成关系。任何物种对同一种生态因子的利用强度与其他生态因子的现有水平有关。对特定的物种来说，他们一旦与边界异质环境处于合适的生态位相“谐振”，各因子之间就会产生强烈的协合效应。 集肤效应：边缘地带是多种“应力”交互作用的地带，一般较各子系统更为复杂、异质和多变，信息量较丰富，因而刺激了各子系统中信息，要求高的种群甚至外系统的种群向边缘区集结，此就是集肤效应。1.4边缘效应与生物多样性植物边缘效应的概念就是基于不同植物群落之间生物的变异和密度增加而提出的，即在不同植物群落边缘生物的变异和密度有增加的倾向。边缘效应对于生物多样性的研究和保护具有特定的价值，在这种特定的生境中期望有高的生物多样性。其原因是：在边缘地带回有新的微观环境，导致有高的生物多样性；边缘地带和为生物提供更多的气息场所和食物来源，允许特殊需求的物种散布和定居，从而有利于异质种群的生存，并增强了居群个体觅食和躲避自然灾害的能力，允许有较高的生物多样性。1.5边缘效应的利用、管理与生物多样性保护 人类活动强烈地改变了自然景观格局，引起栖息地片段化、栖息地的丧失和边缘数量的增加，对生物多样性产生了重要影响。加强边缘效应的利用和管理对生物多样性的保护有重要的意义。2 边缘效应在农业生产实践中的应用2.1 农业种植中的边缘效应农业生产上，单优种群（落）的物种多样性寡，资源利用率低，抗逆能力弱，其稳产高产的维持依赖于外部人工能量的持续输入，由此带来生产成本高，产品竞争力弱。立体种植则是利用边缘效应原理，构建一个多层配置、多种共生的垂直多边缘区，以此实现各边缘区对资源的划分和各生态位的“谐振” ，提高产量和生产效率。如在我国南方的茶树唱橡胶立体种植结构中，橡胶与茶树在地上和地下形成边缘区，避免了两者对光照和水肥的竞争，实现了资源的合理配置与充分利用 。类似情况见于玉米套种马铃薯，春（冬）小麦间作玉米，玉米套种辣根，梨树套种苜蓿，葡萄套种茶树等。轮作则是利用群落的时间边缘效率，如前在种植的豆科作物能够改善土壤中的N素状况，为后茬作物创造一个较理想生长环境。同样在重新使用撂荒农田时，应充分考虑前茬作物是否在土壤中存留有抑制作物生长的他感物质，如是，则会因“时滞”而产生的“时间边缘效应”贻害后作作物（如连作障碍）。例：鼎湖山森林道路边缘效应道路对生态系统的影响越来越受到关注。当道路网络和各种交通工具为人类社会带来巨大效益的同时，它们对自然景观和生态系统的分割、干扰、污染等各种负面影响也在不断加大。根据景观生态学原理，道路是作为景观的廊道而存在的，道路的引入增加了景观的破碎化程度，增加了边缘效应影响的面积，有损景观的稳定性。目前的研究多关注于道路引发的生态效应，如对群落小气候的影响、对生物种群及其栖息地的影响、对区域生态系统的影响、在物种扩散中所起的作用、造成外来种入侵的效应等方面。在位于广东省中部鼎湖山自然保护区科研人员研究了鼎湖山自然保护区内森林群落由于道路而引发的边缘效应，探讨林内公路对森林的影响。以鼎湖山一条宽的盘山公路两旁的群落为研究对象，离道路两侧等不同距离处设置样带，进行植被调查，并对样带内的土壤进行理化性质分析。 在对道路对边缘的群落结构效应，总生物量效应,土壤理化性质效应的研究过程中发现鼎湖山林内一条6米宽的盘山公路对周边的森林群落产生了多方面的影响。紧邻道路两边样带的乔木总生物量略高于群落内部的，相应地反映出该样带的植被生产力较高。这主要是因为靠近道路，空间较为开阔，乔木生长可减少种间对环境的竞争，利用道路上方的空间伸展枝叶。说明由道路引发的群落边缘表现出正效应。坡下边缘土壤的值较高，全氮含量最低。其原因是道路的修建形成了不透水隔离带，将原有连续的群落分割开来，坡下的群落失去了与上部群落的物质能量等方面的交换，造成了边缘的物理环境发生变化。体现在土壤理化性质的! 和全氮个因子方面的边缘效应为负效应。道路两侧植被沿边缘的多样性水平和土壤含水量没有明显的变化，说明这方面的边缘效应不明显。总的来说，道路的修建对森林群落的完整性造成了影响但是，道路宽度的不同对群落的影响是不一致的，道路存在时间的长短也会对森林产生不同的效应。边缘效应表现形式不同，对生态系统其它组分（ 如土壤微生物）也会有影响。未来这些方面需要更全面深入的研究。完整地了解道路对森林群落的影响，减小道路引发的边缘负效应，对保护区内道路修建的合理规划与管理有重要的意义。2.2 农业养殖中的边缘效应与农业种植类似，人们在长期农业养殖实践中发现，在各动物种群之间也存在着边缘效应。于是，基于边缘效应的多元化养殖成为提高养殖效益的有效途径。多元化养殖的原理是：将生态位不同、生态习性互利或相容的动物类群按适当的比例混养在一定空间内，创造多重边缘，实现充分利用空间、饲料资源，强化养殖区内的物质循环，保持养殖系统的高效与稳定。如湖泊中蟹、鱼混养，利用河蟹与草鱼的食性及生态位的互补优势，蟹的饲料多为谷物性，其残饵及蟹食草后造成的断草漂浮于水面，可被草食性草鱼利用。如此，既减少了残饵在水中的残留及由此引起的腐败作用，又实现了充分利用饵料的目的。但是，值得注意的是，多元养殖成功的前提是养殖空间、饵料资源与养殖种类的生态需求相吻合，并且种间互利，故对种类和数量要有明确的要求，而不是简单的搭配。如曾有人尝试鸡与兔的混养模式，但因兔的生态习性是昼伏夜出，而鸡则相反，两者混养造成相互干扰，负相互作用增强，临界能量消耗增加，产量下降。例：前甸的鸭子稻田里“打工” 稻鸭工作让农民获益“嘎、嘎、嘎”来到抚顺市顺城区前甸镇大道村，不仅能看见大片绿油油的稻苗，还能听到阵阵的鸭叫声，这些鸭子成群结队游走于田地间，时而钻进水中吃稻田里的虫子；时而跑到稻苗间吃田间杂草；来到抚顺市顺城区前甸镇大道村，不仅能看见大片绿油油的稻苗，还能听到阵阵的鸭叫声，这些鸭子成群结队游走于田地间，时而钻进水中吃稻田里的虫子；时而跑到稻苗间吃田间杂草；时而欢快地在水中相互嬉戏稻鸭共作是以水田为基础、将家鸭野养的复合生态系统，可最大限度地使稻区环境不受污染，是实现稻田可持续种养、节约种养成本、生产无公害优质稻米和鸭肉的全新生态农业新技术。这些鸭子在幼雏时被放入稻田中，日夜与稻田为伴，在稻田里“种”两个月的地，等到水稻灌浆时，它们也将被请出稻田，所以当地人都叫它们“打工鸭”。这些“打工鸭”的光荣上岗可带来了不少效益，它们的食物来源完全是靠稻田里的虫子和杂草，而对稻苗则不动一嘴，这样就省去了除草和除虫的麻烦。鸭子的排泄物又是当地农民梦寐以求的有机肥料。在稻田里散养的鸭子长速非常快，一般两个月的时间就可以长到1公斤多。前甸镇农业站站长魏家彪为记者算了笔账：“一亩地一般放养20只鸭子，一只肉鸭市价可以卖到15元钱，每亩地省去的除草剂、除虫剂、化肥等费用在30元左右，这样每亩地就可多收入近200元。”前甸镇进行稻鸭共作得到了区市农业中心的关注，今年进行了3.3亩鸭稻共育实验，明年将进行大面积推广。2.3 系统间的边缘效应由Beecher 的定义可知，在两个或多个异质群落的交界处会产生边缘效应，那么我们推测在两个或多个生态系统交界处同样会产生另一类“边缘生态系统” ，下面给出其中两类“边缘生态系统”及其应用价值。林-草边缘系统。在林地与草地生态系统的边缘会产生此类系统，其特点为林木与草地通过加成、协合和集肤效应在此边缘地带演化出各自互补的生态位，形成一个稳定而独特的生态系统。林下的高湿度、弱光照生态位，有利于草本植物生长；而草本植物以涵养水分，减少地表蒸发的生态效应反哺林木。对此类物种资源相对丰富的边缘生态系统，有研究者提出用“蹄耕法”在此地带发展畜牧业。当牛群在林下走动觅食时，可破坏林间原生植被，疏松土壤，为草本植物入侵林下创造条件；牛群的粪便排泄到林下的土壤表层，使林地有机质增加、土壤肥沃，又可使牧草生长旺盛。林-农边缘系统。这是由林地与农田生态系统构成的边缘系统。与林草系统不同的是，农田生态系统是一个人为设计且扰动频繁的生态系统，因此由何种作物与林木形成一个互补、共生的边缘系统，可以人为的做出选择。例如林下阴湿的生境利于耐阴作物生长，而树木和作物的凋零物累积于地表，其丰富的有机质及阴湿的环境、微弱的光照、疏松的地被物层，又为蚯蚓提供一个良好的生态位，由此构成一个完善、稳定的林-农边缘系统。受该边缘系统产量高、病虫害发生率低的启示，在农业生产实践中人为创造这种林-农复合生态系统，模拟边缘效应，达到高产出、低病虫害的目的。我国河南、山西、山东和淮北等平原地区的泡桐与农作物间作，杨树、枣树与粮食作物间作；苏北地区的池杉等与农作物间作都取得了成功的经验。2.4 物种资源开发的边缘效应边缘区是多种“应力”交互作用的空间，其结构与功能较比邻群落复杂、异质和多变且信息量丰富，由此孕育了新种产生的环境条件。在长期农业生产格局中，会形成一系列环境因子相对稳定的边缘，其内的温（湿）度、光照及土壤养分都与比邻空间相异，有可能导致边缘区内的作物产生生态型分化，加上边缘地带丰富的遗传信息交流，久而久之也有可能产生新的遗传物种。如袁隆平（）在杂交稻育种中发现的雄性不育株，证明了自然状态下产生新遗传物种的可能性。虽然对于边缘地带新物种资源开发潜力和价值尚无法给出确切结论，但边缘区内生物多样性高却是不争的事实。也已证明，农田边缘区的物种组成、结构、密度和生产力等皆比农田内部高。因此，不论是对于物种资源开发还是对于生物多样性利用，边缘地带始终是一块“潜力地带” 。2.5 生防中的边缘效应农田生态系统是一个以田埂为边界，相对独立的小型生态系统，由于边缘区微环境的异质性和缘此增加的物种多样性使边缘处（田边）作物的病虫害发生率低于中心部位（田内）。同样由间、套作复合体系形成的大量微边缘可以改变单作下的田间小气候与物种多样性，降低病虫害的发生环境，从而使生态可塑性较小的系统病虫害减轻。如戈峰等人曾报道，棉田边缘棉株上的苗蚜发生量比棉田中央低上1倍，伏蚜和秋蚜的数量比棉田中央分别低 97.37%和33.70% 。又如1983年，河南农学院调查显示，单作棉田月日已有蚜虫发生，延至第日，百株蚜量达到头；套作棉花晚d有棉蚜，d 后百株蚜量仅为头。这是由于在麦、棉套作田里，由于瓢虫和食蚜虻等天敌的繁殖和麦行的阻隔，棉蚜迁入机会少，限制了棉蚜种群的早期增长，危害远比单作棉田轻。通过创造人工边缘，利用边缘效应可以提高生防效果。2.6 发掘边缘地带的生产潜力除了上述边缘效应原理的应用方向外，适当开发边缘地带生产潜力对农业生产实践也有深远意义。如水陆交替带、季风气候与大陆气候过渡带、半干旱农牧交错带、城市乡村过渡带等。我国地形地质复杂、气候资源丰富，拥有多种类型的边缘地带，这些边缘地带在我国土地构成中的比重不低，如亚热带和温带湿地总面积约5000万km ，占国土面积左右；湿地地区农田占我国耕地总面积的；全国庭院可利用土地万km ，相当于日本全国耕地面积的。目前一些丘陵坡地、湿地、城郊、庭院等地的开发利用已初具成效。如三江平原湿地的旱（水）田-林-水禽-渔复合生态系统生产经营模式，充分利用了湿地生物资源优势，防止了单一开发种植与养殖对湿地生物多样性和延续性的不良影响。更值得一提的还有一些地区的滩涂养殖，庭院经济模式的发展，以及城郊结合部的农副业的活跃等，都为农业生产实践的发展做出了贡献。3 如何充分利用边缘效应在农业生产中的作用3.1 调整、优化农业生产结构，合理利用土地、空间和时间我国社会的不断发展和人口不断增长使需求和消费发生急剧变化，从而在数量和质量上都对农业生产提出了更高的要求，因而调整、优化农业生产结构，合理利用土地和时生态农业研究空边缘是非常必要的。从宏观上讲，目前的农业生产应进一步向农林牧副渔结合的多种经营方向发展，通过调整农业资源的利用结构，稳定种植业生产，加强林业生产，扩大牧副渔业生产规模，使各种自然资源和农产品得到更合理的利用，不断促进农业经济的良性循环。从微观上讲，每一丘田、一块地、一口塘、一个庭院都应注意合理利用各个边缘，注意从时间、空间上有效地安排多种形式的生产，不仅使每一种自然资源得到充分利用，而且使各物种之间产生竞争，使之维持较高的生产力，使农业生产效益成倍增长。3.2 进一步开发利用边缘地带我国拥有多种类型的边缘地带，这些边缘地带在我国土地构成中占很大的比重。如湖南丘陵低山和岗地占土地总面积的57.6 ；我国亚热带和温带湿地总面积约5010平方公里，占国土总面积的5 左右，湿地地区的农田约占我国耕地总面积的13 全国的庭院可利用土地有54Q0万亩，相当于日本全国耕地面积的23。利用好这些边缘地带对我国农业的发展将起重要作用。从目前的情况来看，对这些边缘地带的利用还很不充分，如庭院中的空坪隙地的利用不到总面积的30% ，我国还有宜林荒山荒坡l2亿多亩。因此应继续重视各类边缘地带的开发利用，尤其是荒山荒坡的利用，我国的国情是人多耕地少，而目前90%的粮食、副食品是从耕地获取的，应把目光放到丘陵坡地上来，以减轻对耕地的压力。其实，许多木本粮(枣、柿、粟等)油(茶油、橄揽油)比一般的草木粮油(大米、菜油等)的营养价值还要高，根据山坡的特点发展木本粮油和果树，可以达到缓解我国的粮油需求矛盾和满足人们对果品需求的目的。 3.3 进一步开拓省际、国际边界，把农产品推向国内外市场农业生产要实现高效益必须以顺畅的流通渠道为前提。目前我国农产品的仓储冷藏设备短缺，加上运力紧张和地方政府严重的本位主义思想倾向，使购销阻滞，几乎所有大众产品都面临着卖难储艰的问题，由此阻碍了农村经济的发展。因此要进一步开拓省际、国际边界，把农产品推向国内外市场，这不仅有利于提高农产品商品率，促进农业经济的发展，而且对打开各省份对外经济联系的大门，建立更大规模的经济区域，促进全国商品经济的发展都具有重大意义开拓省际边界：从省际边缘县来看，由于地处两省或效省交通要道，比一般县更具优越条件进行经济、技术交流，以扬长避短，广纳信息，增强开放程度，增加经济活力。开拓省际边界，不仅可使边缘县经济飞跃发展，而且可以加强省间联系，使邻省间生产力进一步相向运动，取长补短，促进各自的经济发展。开拓国际边界：在国内流通渠遭畅通的基础上，进一步将我国与国外边际省(或区)和沿海地区的前沿地带，作为对外经济联系的海上通道和交流转口点，通过边界市场的作用，更迅速广泛地把形式多样的内容丰富的外向式经济的有关信息、技术、商品传到内陆省，从而促进我国农村经挤稳定发展。4结语边缘是两种物体或两类环境接触的部分，边缘效应在自然界是普遍存在的。自然状态下，和谐稳定的边缘是以物种丰富、结构复杂及生态能效高为特征的。边缘的产生使原来固有的能量、物质在两或多个系统间进行再分配，同时作用于再分配的两或多个方面，是为两（多）向性。随着人们对边缘效应的逐渐重视，该领域的研究愈加活跃，并被应用于农业生产实