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现代生态循环农业技术理论与模式 安徽农业大学资源与环境学院巫厚长E mail houzhangw Mobileno主要内容 一 生态循环农业建设的理论基础二 生态循环农业建设的技术模式三 典型生态农业技术介绍四 生态循环农业建设创新大赛项目范例五 创新大赛项目撰写提纲 一 生态循环农业建设的理论基础 概念1 有机农业 利用农牧结合 轮作 堆肥等保持养分平衡 用生物防治方法控制害虫 通过土壤耕作调节其结构性能 降低成本和能耗 保护环境和提高产品质量 2 国外生态农业 基本不用化学品 使用固氮植物 作物轮作以及正确处理和使用农家肥料等 保持土壤肥力 种植业与畜牧业比例恰当 使系统能够稳定 生态上自我维持 低投入 经济上有生命力 有利于长远发展 3 中国生态农业 应用生态工程技术及传统农作技术 对农业生态系统进行整体优化设计管理 种 养 加 销售 旅游五位一体 在促进物质的良性循环前提下 充分发挥资源的生产潜力 防止环境污染 高效低耗 达到经济与生态效益同步发展 一 生态循环农业建设的理论基础 英国学者M K Warthington在 生态农业及有关农业技术 一书中 总结生态农业应具备下列条件 必须是一个自我维持系统 一切副产品都需要再循环 提倡使用固氮植物 作物轮作以及正确处理和使用农家肥料等技术 保持土壤肥力 生物群落多样性 种植业与畜牧业比例恰当 使系统能够稳定 自我维持 单位面积净产量必须是高的 为获得高产 农场规模应该是较小的 建议500亩左右 经济上必须是可行的 目标是在没有政府补贴的情况下获得真正的经济效益 农产品就地加工并直接供给消费者 在美学及伦理道德上必须为社会所接受 一 生态循环农业建设的理论基础 生态农业基本原理1 整体效应原理 农业生态系统 是指在人类的积极参与下 利用农业生物和非生物环境之间以及农业生物种群之间的相互关系 通过合理的生态结构和高效生态机能 进行能量转化和物质循环 并按人类社会需要进行物质生产的综合体 农业生态系统的组分结构 指农 林 牧 渔 副 加工业 各业之间的量比关系 以及各业内部的物种组成及量比关系 核心 生产者 消费者 分解者的组成及量比关系 运用整体功能大于个体功能之和的原理 对整个农业生态系统的组分结构进行优化设计和布局 利用系统各组分之间的相互作用及反馈机制进行调控 提高整个农业生态系统的生产力和稳定性 一 生态循环农业建设的理论基础 2 生态位原理 生态位 指每个物种在群落中的时间和空间及其机能关系 时间生态位 空间生态位 营养生态位 或者说群落内一个种和其它物种的相关位置 生态位宽度 物种利用资源的幅度 生态位重叠 多种物种对资源共同利用的程度 引种 中蜂和意大利蜂 天敌与害虫 生态位分离 不同的物种占据不同的生态位 有利于物种存活 二 生态农业建设的理论基础 生态位移动 由于环境胁迫或种间竞争的结果 物种对资源谱利用的变动 通过生态位的建造和利用 使各种生物之间巧妙配合 使得有限的自然资源和社会资源最大限度地充分利用 从而获得系统较高的生产力 立体种植 种养结合生态农业 林 参间作 林下养鸡 稻田养鱼 3 食物链原理 食物链和食物网 生产者所固定的物质和能量 通过一系列取食和被食的关系在生态系统中传递 各种生物按取食和被食的关系形成的单向联系称为食物链 食物链交错链接 形成食物网 生态农业根据食物链原理组建产业链 将各营养级上因食物链选择所废弃的物质作为营养源 通过优化食物链中的相应生物进一步转化利用 使生物能的有效利用率得到提高 常以农牧结合为核心 将第一性生产和第二性生产有机统一起来 并通过食性选择使产业链加环 使生物能多层次利用 加环技术 指通过增加或减少某些食物链环节 系统获得资源的充分利用 生产相应的可为人类二次利用产品的过程 加环的种类已经不限于食物链环节 一些产业环节 管理环节等都可以成为加环的内容 根据食物链加环的性质不同 可以将加环分为生产环 增益环 减耗环 复合环 加工环等 生产环 指所加入的环节 可以使非经济产出组分或者生产过程中的副产品 直接生产出人类可以利用的经济产品 例如 利用工农业生产过程中的有机副产品 棉籽壳 稻草 木糖醇渣等培养出食用菌 利用无毒的有机废水 采用无土栽培方法 培养疏菜或花卉 既处理和净化了废水 渣 又生产出商品 增益环 指所加入的环 虽然不能直接生产出商品 但可以加大或提高生产环的效益 例如 利用无毒有机废水种植水葫芦 细绿萍等植物 处理和净化废水 处理后的废水和所生产出的青绿饲料虽然不是商品 但可以用这原本不能养鱼的水去养鱼 水葫芦和细绿萍又可以作为饲料饲养家畜 家禽 养殖鱼类 节约饲料 降低成本 减耗环 在食物链网中 每个环节均是生产者 但是 每个环节又都是上一营养级的消费者 其中 有些环节生产的产品人类没有利用价值 反而过度消耗上一营养级的资源 例如 农田害虫 田鼠等 这个环节称之为损耗环 在原来的损耗环上增加一些新的环节 或增大原有的环节 使之抑制和减弱损耗环的作用 加人的这种环节即为减耗环 例如 小麦 油菜 套种棉花可以起到控制棉蚜发生的作用 即为减耗环的一个典型实例 加工环 是农业生态系统产业化的必然产物 是在自然生态系统食物链和食物网基础上的创新和发展 是将农业生产过程中产出的初级和次级产品改变形态 经济和营养价值的一种环节 农业生态系统产出的产品以原粮 毛菜 水果等形式输出 产值低 未经充分利用的部分产品极易以废物形式输出 造成污染 如果将其进行适当加工处理 可以大大提高产品的经济价值 3 食物链原理 设计思路 将种植业 养殖业 加工业 废弃物的资源化利用组合 形成循环链 根据系统内生产结构的物质循环方式可设计种植业内部物质循环生态农业 作物 食用菌 林木 食用菌 养殖业内部物质循环生态农业 鸡 猪 蝇蛆 蚯蚓 种 养结合的物质循环生态农业 禽 渔 作物 种 养 加结合的物质循环生态农业 不同地区可以因地制宜地设计一种或多种物质循环模式 延长食物链 实现经济效益 生态效益和社会效益的最优化 4 物质循环与再生原理 生态系统通过与外界进行物质和能量交换 系统内部要素间物质循环和能量流动 具有自适应和自组织能力 建立自我维持和调节机制 生态农业尽可能适量或较少的外部投入 利用生态位利用技术 食物链加环技术等建立良性物质循环 再生利用体系 使养分尽可能在系统中循环利用 实现废弃物资源化利用 5 生物多样性和种群间相生相克原理 生物多样性 指生物种的多样化和变异性以及物种生境的生态复杂性 包括遗传多样性 物种多样性 生态系统多样性 生态农业强调多物种复合经营 生物多样性的提高保证复合系统的稳定性 生物种群间的相克 竞争 捕食 寄生 偏害关系 生物种群间的相生 互利共生关系 建立互利共生网络 将不相联接的种 通过食物链的联接形成共生网络 提高效率 促进物质的良性循环 如鱼鸭混养 稻田养鱼 鸭 蟹 基塘系统等 6 生物与环境的协同进化原理 生物与环境的协同进化 生物适应于环境 也作用于环境 生态农业 根据地域条件 选择适应性较好的生物种群 获得高生产力水平 同时注重环境承载能力 主要内容 一 生态循环农业建设的理论基础二 生态循环农业建设的技术模式三 典型生态农业技术介绍四 生态循环农业建设创新大赛项目范例 二 生态循环农业建设的技术模式 1 立体种植业生态农业技术模式 农作物的间作 套作 和轮作模式 间作一茬有两种或两种以上生育季节相近的作物 在同一块田地上成行或成带 多行 间隔种植的方式称为间作 如玉米 豆类 薯类 花生 间作等 通过高杆与矮杆 喜光与喜荫等具备营养异质互补特性的作物合理组配 达到对光 温 水等资源的高效利用 间作可显著提高土地利用率 由间作形成的作物复合群体可增加对阳光的截取与吸收 减少光能的浪费 同时 两种作物间可产生互补作用 如宽窄行间作或带状间作中的高杆作物有一定的边行优势 豆科与禾本科间作有利于补充土壤氮元素的消耗等 1 立体种植业生态农业技术模式 套作在前季作物生长后期的株 行或畦间播种或栽植后季作物的种植方式称为套作 串作 如在小麦 油菜生长后期每隔3 4行播种一行玉米或棉花 套作作物的共生期只占生育期的一小部分时间 是一种解决前后季作物间季节矛盾的复种方式 可以提高光能和土地的利用率 提高单位面积产量 有利于后季作物适时播种 缓和用工矛盾 避免旱涝或低温灾害 生态控制害虫为害 1 立体种植业生态农业技术模式 轮作在同一块田地上有顺序地在季节间或年度间轮换种植不同作物或进行复种组合的种植方式称为轮作 如一年一熟制的大豆 小麦 玉米三年轮作 是年间的作物轮作 在一年多熟制条件下 则既有年间轮作又有年内轮作 如南方的绿肥 水稻 油菜 水稻 小麦 水稻 烟草 水稻等 合理的轮作可以将养地和用地相结合 协调不同作物对水分 养分的需求 改善土壤理化性状 调节土壤肥力 减轻农作物病虫害 增加农作物产量 提高品质 轮作防止连作障碍 水旱轮作 1 立体种植业生态农业技术模式 茶园立体种植模式 建立结构合理 功能稳定的茶园复合生态系统 提高茶园生物群落多样性 茶 农复合型 茶 果复合型 茶 林复合型 林 果遮30 35 的烈日照射 稳定产量 提高茶叶品质 净化茶园空气 稳定茶园小气候阻止倒春寒 台风的侵袭 1 立体种植业生态农业技术模式 林粮间作立体种植模式 改善农田小气候 具有显著的抗干热风和防风寒的作用 法桐 银杏等冠形小 市场前景好的树种与粮间作 杨农间作 花生 药材 大豆 蛴螬的为害加重 1 立体种植业生态农业技术模式 林药间作立体种植模式 林木 果树与药用栽培植物的空间立体组合种植方式 采用高大的阳性乔木与植株矮小的耐阴药用植物组合 林 参间作 经济林木 黄连 绞股蓝 白术 芍药 间作 果树 桑树 药用植物间作 1 立体种植业生态农业技术模式 林菌或粮菌间作模式 林下或作物下层种植食用菌 林木 果树 桑等 等食用菌模式 水稻 茭白 食用菌模式 2 立体养植业生态农业技术模式 放牧动物群落综合化放牧动物群落综合化的生态农业 根据一定牧场的具体条件 选择多种在生境 身体大小和寻食习性等方面各不相同的农用动物 包括新驯化的野生动物 混养在与之相配合的多种植物的综合群体中 使这些生长在混杂群丛中的动植物物种的综合体能持续地保持最大限度的蛋白质产量 放牧动物群落综合化 组配多种畜禽实行综合放牧 在发展中国家的现有条件下 在发达国家高度集约养殖的条件下均能取得远远超过单一放牧的效果 美国 澳大利亚 欧洲国家 阿根廷 新西兰等畜牧发达国家采用混牧方法已获得良好效果 美国和澳大利亚试行牛羊混牧 欧洲各国将鸭 鹅和鲑鱼在一起饲养 法国将乳牛和肥育家畜 育成牛与马和羊分别编成两组按序混牧 都取得了充分利用牧草 提高载畜量和促进家畜增长的效果 优化畜群结构 实行分区放牧 选择多种在生态 生理和营养上互补或具有食物链关系的农用动物 包括各种畜 禽和新驯化的野生动物 进行混合放养 使农业动物群落以最优化生态结构组合在一起 同时根据畜群大小 草地产量等条件用固定式或移动式围栏将草地分隔成若干小区 在这些小区内轮流放养畜群 使草层恢复生长和适时利用 从而提高载畜量 以便持续地以最小饲养成本来获得最大的畜产品产量 优化畜群结构 实行分区放牧 在阿根廷 畜牧业非常发达的奥秘在于实现了全国牧场围栏化 通过围栏放牧 既可合理利用草场 按一定周期分区轮放 又可按顺序先放牛再放羊 或牛羊混牧 牛吃高草 羊吃低草 大大提高了草场利用率 2 立体养植业生态农业技术模式 陆地立体圈养模式 空间共生立体养殖模式 以养猪 牛 为中心 养鸡 养鱼 沼气 蝇蛆 蛴螬 蚯蚓 利用相结合的循环利用模式 水体立体养殖模式 利用水体空间 营养物质和溶解氧等而设计的一种空间配置方式 鲢鱼 鳙鱼 上层 草鱼 中层 青鱼 鲤鱼 鲫鱼 下层 鸭 上层 鱼 下层 珠蚌 下层 鱼 上层 鳖 下层 鱼 水下 鹅 水上 3 种养结合生态农业模式 农牧结合的生态农业模式 稻 草 黑麦草 鹅结合模式 稻鸭共作模式 垄稻沟鱼 虾 蟹 模式 稻 萍 鱼立体养殖模式 3 种养结合生态农业模式 农林牧复合生态模式 林业 种植业 草业 农业 牧业 沼气 如 胶 茶 鸡模式 海南文昌鸡 林农鱼复合生态模式 林业 种植业 渔业 丘陵坡地地区 山顶水土保持林 山腰耐旱经济果林 山脚鱼塘 草 农牧渔复合生态农业模式 畜禽养殖 沼气 渔业 种植业 林牧渔复合生态模式 山坡地的林牧渔复合生态模式 林果业 畜牧业 渔业 3 种养结合生态农业模式 湿地 林 稻 鸭 鱼 复合生态模式 以沼气为纽带的复合生态农业模式 沼气池 猪舍 厕所 蔬菜栽培 组装在温室内 以腐生食物链为纽带的复合生态农业模式 食用菌 蚯蚓 蛆 蛴螬等土壤动物 如 郑州天园 黄牛 牛粪 蚯蚓 黄鳝 黄瓜 模式 4 以农林牧副产品加工为纽带的多元产业化生态模式如安徽石台县 竹 木 加工废弃物生产竹 木 炭 竹 木 醋液模式 5 以生态旅游为纽带的多元产业生态模式 以农业生产为载体 发展农业 农村观光 农产品餐饮 农事活动体验 农业文化 农业科普 休闲度假 农村养老 主要内容 一 生态循环农业建设的理论基础二 生态循环农业建设的技术模式三 典型生态农业技术介绍四 生态循环农业建设创新大赛项目范例 三 典型生态农业技术介绍 生态种植 防治前 SAVONA处理 清水对照 1 阿维菌素 3 啶虫脒处理 生态种植 种草 药 前 生态种植 种草 药 后 生态种植 生态种植 稻田生态拦截沟渠系统示范工程 生态种植 生态种植 生态养殖 生态养殖 农业废弃物处理与利用养猪场废弃物处置与资源化利用 1 粪污干湿分离 雨污分流 建成独立的雨水径流排放系统 1 粪污干湿分离 2 干清粪 沼渣好氧堆肥技术 1 好氧堆肥过程可大致分成三个阶段 中温阶段这是指堆肥化过程的初期 堆层基本呈15 45 的中温 嗜温性微生物较为活跃并利用堆肥中可溶性有机物进行旺盛的生命活动 这些嗜温性微生物包括真菌 细菌和放线菌 主要以糖类和淀粉类为基质 真菌菌丝体能够延伸到堆肥原料的所有部分 并会出现中温真菌的子实体 同时螨 千足虫等将摄取有机废物 腐烂植物的纤维素将维持线虫和线蚁的生长 而更高一级的消费者中弹尾目昆虫以真菌为食 缨甲科昆虫以真菌孢子为食 线虫摄食细菌 原生动物以细菌为食 2 干清粪 沼渣好氧堆肥技术 高温阶段当堆温升至45 以上时即进入高温阶段 在这一阶段 除少部分残留下来的和新形成的水溶性有机物继续分解转化外 复杂的有机物 如半纤维素 纤维素等开始被强烈分解 同时开始了腐殖质的形成过程 出现了能溶解于弱碱的黑色物质 这一阶段中嗜温微生物受到抑制甚至死亡 取而代之的是嗜热微生物 常见的有好热真菌 好热放线菌等 这两类菌中 放线菌占优势 堆肥中残留的和新形成的可溶性有机物质继续被氧化分解 堆肥中复杂的有机物如半纤维素 纤维素和蛋白质也开始被强烈分解 2 干清粪 沼渣好氧堆肥技术 在高温阶段中 各种嗜热性的微生物的最适宜温度也是不相同的 在温度的上升过程中 嗜热微生物的类群和种群是互相接替的 通常在50 左右最活跃的是嗜热性真菌和放线菌 当温度上升到60 时 真菌则几乎完全停止活动