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1、第26卷,第1期 中 国 农 业 资 源 与 区 划Vol126 ,No11 ,pp15219 2 0 0 5年2月 Chinese Journal of Agricultural Resources and Regional PlanningFebruary , 2005 理论探讨 循环农业中景观生态格局分析与建设仇恒佳,卞新民,刘红霞(南京农业大学农学院,南京 210095)摘 要 循环农业作为一种新型的农业模式,正日益受到人们的重视。该文在分析循环农业内涵的基础上,利用景观生态的结构与过程原理,从景观异质性和生态流的再生性出发,对循环农业中景观生态格局进行了分析。据此,提出了循环农业景观
2、生态格局建设方向,以促进循环农业建设步伐。关键词 循环农业 景观生态 异质性 生态流 分析与建设收稿日期: 2004204202 仇恒佳为博士生 卞新民为教授 刘红霞为硕士生一、循环农业内涵循环经济是一种生态经济,一种绿色经济,是从根本上改变了传统经济发展模式“资源 产品 污染排放”单向流动的线性经济。它以“低开采、高利用、低排放甚至不排放”代替“高开采、低利用、高排放”,真正实现了经济运行过程中“资源 产品 再利用资源”的反馈式流程1,从而把经济活动对环境的负面影响降低到尽可能小的程度。循环农业就是把循环经济理念应用于农业系统,在农业生产过程中和产品生命周期中减少资源、物质的投入量和减少废物
3、的产生排放量,实现农业经济和生态环境效益“双赢” 。其核心是运用食物链原理, 优化农业产品生产至消费整个产业链的结构,实现物质的多级循环使用和产业活动对环境的有害因子零(最小)排放或零(最小)干扰。其实质就是要以环境最好的方式利用自然资源和环境容量,实现农业经济活动的生态化转向。循环经济是新世纪国际社会推进可持续发展的两大新的实践模式之一2,循环农业是为解决经济发展与农业环境的矛盾和农业资源合理配置而提出的,目的是按照自然生态系统物质循环和能量流动规律,把 清洁生产、资源及其废弃物综合利用、生态设计和可持续消费融为一体,充分发挥农业生态系统中生物与环境间构成的有序结构,使农业劳动力、技术、资金
4、、资源要素在一定范围内进行合理流动与组合,在空间格局上使得空间相互渗透、生态环境相互协调。在保证物质、能量、信息流通畅的同时,实现农业生 产与农业资源、 环境有机结合,真正实现农村经济、 社会和生态效益的高度统一,促进农业健康、 协调发展。二、循环农业中景观生态结构与过程分析景观生态学是以景观为研究对象,以生态学的理论框架为依托,以整体综合的观点研究景观结构(空 间格局)、功能(生态过程)、演化(空间动态)及其与人类社会之间的相互作用,进而探讨景观优化利用的原理和途径。景观生态学与农学的结合出现了景观生态在应用上的一个新分支 景观农业,它的本质是农业生态系统与自然生态系统在一定自然景观上的有机
5、结合,它是按景观生态学原理规划的,具有自我调节能力、高稳定性、实现能量与物质平衡的一种新型农业3。任一农业景观都是一个开放的系统,且系统中各斑块、廊道间存在着物质与能量流动。由斑块、廊道的数量、大小、形状、优势度、均匀性、相互关系等构成的景观格局,直接影响与控制物流、能流的大小 及流通,并以此与外界保持一定的关系。因此,人类干扰活动形成的农业景观结构不仅是农业景观内部、景观与外界环境间物质和能量迁移、转化和聚集的基础,而且直接或间接地影响着农业经济系统中“资源 产品 再生资源 再生产品”的物质反复循环流动,影响着系统内物质使用和产业活动对环境的有害因子排放量。 (一)景观结构与过程原理景观的结
6、构即空间格局是指不同生态系统或景观要素的斑块特征及其在空间上的配置规律。景观农业 结构主要包括构成景观农业的农业生态类型、面积、空间分布方式及其综合特征,如农业景观的多样性、 破碎化、连通性、优势度等。景观的过程即生态功能,是指事件或现象发生、发展的动态特征。如景观农业中农业生物种群动态,种子或生物体的传播,干扰传播,物质循环、能量流动等。景观是动态变化的, 景观动态是景观结构与景观生态过程随着时间变化的特征与规律。景观农业格局变化及其发展的原因在于 对景观农业要素的干扰作用,这些干扰作用机制往往是综合性的,它包括自然环境、各种生物及人类社会 间复杂的相互作用。其作用的结果,使得景观系统内个别
7、景观要素的稳定性和景观空间结构发生改变,从 而使景观格局发生变化。景观农业结构与过程是相互依赖、相互作用的,通常景观结构决定景观生态过程,而景观结构的形成 又受景观生态过程影响。生态过程可归纳为垂直过程和水平过程4,垂直过程发生在某一景观单元或生态 系统的内部,是单元景观生态模式设计的基础;而水平过程发生在不同的景观单元或生态系统之间,成为 景观结构调整的依据。景观的结构与过程以及两者间的关系随着时间变化而变化。 景观生态学的格局 过程原理成为农业景观生态规划设计的理论基础5,对于景观结构过程及其动态的认识,有助于人们规划与设计生态合理的人类活动,设计可持续的土地管理和自然资源利用方式6。 研
8、究景观农业结构与过程,有助于在景观尺度上充分认识各种自然和人文要素综合影响的物质与能量流动 机制,从而为循环农业所倡导的,按照自然生态系统物质循环和能量流动规律重构农业经济系统,实现物 质不断循环再生利用的经济发展模式,提供景观尺度上的分析与建设手段。(二)循环农业中景观异质性景观的空间异质性7通常表现为在一定地理尺度上组成景观各单元(生态系统)呈斑块状镶嵌的格 局,是空间上镶嵌出现和紧密联系的生态系统组合。异质性是景观的基本属性,决定空间格局的多样性。 作为一种景观结构特性,景观的异质性对于景观的功能和过程具有重要影响,它可以影响资源、物种或干 扰在景观中流动与传播。 在循环农业中景观异质性
9、有利于农业生态系统内各种生物共生,促进不同系统合作共存,互惠互利,废弃物排放最小化。如人、畜、草地作为牧区生态系统中的几个异质要素,畜牧将草固定地物质转化为肉 类提供给人类,人类则有意识地将畜牧的废弃物还回草地景观,以促进草地物质和能量的循环利用,使人 畜 草地生态系统达到异质共生。珠江三角洲的“桑基鱼塘”也是人工有意识加强系统异质性而形成的 一种种桑、养蚕、养鱼相互促进、循环生产、高产出的良性循环的水陆生态系统。 景观异质性还利于循环农业对各种资源充分利用,从而最大限度地利用能量和物质,提高农业的生产力与生物量。如在农业资源适宜地区发展三熟制、二熟制、间混套作,在养殖业系统内实行立体养殖等,
10、 从空间组成、空间构型和空间相关方面提高农业景观的异质程度,充分发挥了光、热、水、气等农业资源 的优势。 另外,景观异质性还可以影响扰动与传播,对循环农业系统的稳定性具有重要作用。如在单一的农田 景观中,适当增加林地的斑块类型,可增加物种多样性,有效地开展病虫害的生物防治;草甸的存在,隔离了森林火灾的传播,而森林的存在,则控制了坡地水土流失对草甸的冲击。 由此看来,自觉地利用景观系统的异质性,有助于在循环农业建设中,把人的因素同自然的因素结合 起来,积极地、尽可能多地人工创造出符合自然规律的异质景观,从而使系统内各要素相互促进、异质共 生、良性循环,使农业自然资源得以充分地利用,以此形成稳定性
11、与生命力较强的循环农业景观生态系 统。61中国农业资源与区划 2005年(三)循环农业中景观生态流 生态流是由构成空间镶嵌体的不同景观单元之间相互作用而产生,它包括物流、能流和信息流,是生 态过程的具体体现6。空间异质性是影响景观单元之间生态流的决定因素。生态流随着斑块和廊道动态变 化而变化。对循环农业景观生态流直接影响的景观单元有斑块的形状、大小、密度、配置以及廊道的性 质7等。11 斑块。斑块是指不同于周围背景的非线性景观元素,与周围基质有不同的物质组成,是物种的聚 集地,也是不同农业产业所处的地块。 斑块的形状不仅影响生物的扩散和动物的觅食以及物质和能量的迁移,而且对径流过程和营养物质的
12、 截流也显著影响。斑块形状的主要生态学效应是边缘效应8,弯曲的边界通过环境内物种活动加强了与相 邻生态系统间的联系9,一个生态上理想的斑块形状通常具有一个大的核心区和一些有导流作用且能与外 界发生相互作用的边缘触须和触角,圆形不利于与外界交流循环。农田斑块形状以长方形、方形为佳,其 次是直角梯形、平行四边形,最劣为不规则三角形和任意多边形10。 一般来说,大型斑块比小型斑块内有更多的物种,具有维持和保护基因的多样性的能力;小型斑块占 地小,分布在农业景观中,可提高景观多样性,对物种起到临时栖息地的作用,为农业景观带来大斑块所 不具备的优点,可以看作是对大斑块的补充。过于分散的斑块导致劳动生产率
13、降低,也不利于物种多样性 的生存。以种植业为主题的最优农业景观是由几个大型农作物斑块组成,并与众多分散在基质中的其他小 斑块相连,形成一个有机的景观整体11。一定范围内,农业景观斑块数目越多,景观和物种的多样性就 越高;斑块数目少,就意味着物种生境的减少,物种灭绝的危险性增大9,从而影响着斑块间物种、营养 物质和能量的循环交流。 农业斑块的配置由农业景观适应性决定。相邻或相连的斑块内物种存活的可能性要比一个孤立斑块大 得多,孤立斑块内物种不易扩散和迁移,进而影响到种群的大小,加快了灭绝的速度;而相邻或相连的斑 块之间物种交换频繁,增强了整个生物群体的抗干扰能力,利于物种的扩散和保护。21 廊道
14、。廊道是不同于两侧基质的狭长的线状或带状的景观要素,具有通道、屏障、净化等作用, 是联系农业斑块之间能流、物流和信息流的通道,是实现人类的活动以及生物与非生物运动的关键所在。 在循环农业景观中,廊道主要是水体廊道(河流,沟渠,运河等)、陆地廊道(防护林网,道路,堤坝等)、空中廊道(鸟类昆虫的空中通道,及其他物种、其他物质如尘埃等空中迁移与散布的通道)。 农业景观尺度、生产的便利性、规模、利用方向决定了农业廊道数目。假设廊道是有益于物种的空间 运动和维持的,则两条廊道比一条好,多一条廊道就减少一分被截流和分割的风险4,若斑块是以种植业 为主的农区则23条陆地廊道的道路和水体廊道的沟渠即可。根据相
15、邻农业斑块利用类型不同而构成廊 道,如连接居民区和商业区的廊道多由道路构成,方便了人们的生活和工作;而联系保护区斑块的廊道本 身应由乡土植物成分组成,并与作为保护对象的残遗斑块相近4,可以利用本土植物种类适应性强,使廊 道的连接度增高,利于物种的扩散和迁移。 对地形坡度起伏大、景观基质差异大、斑块形状不规则、斑块分布凌乱的,且难以整理的区域,廊道 形状的多样形式,可以充分利用各斑块的资源,满足物质与能量流通需要。 分析景观农业中生态流机制,可以为循环农业合理配置农业资源和构建生态产业链提供借鉴,从而保 证循环农业景观生态流的再生性,变废为宝,获得更多的总体生产力,以保护农业生态环境。三、循环农
16、业中景观格局建设循环农业景观格局建设是将人类经济文化和自然景观结合,按照循环农业建设的3R原则,即投入品 减量化、废弃物再使用、整体物质再循环,适应不同地区农业生态环境和市场文化条件,综合考虑景观农 业干扰因素的空间作用、空间关系和干扰过程,通过调整农业产业结构和区域布局,减少投入品用量,合理安排景观农业要素的空间格局和形态,使不同的农业产业与农业景观单元相适应,从而保护生物多样 性,减少污染,使经济系统和谐地纳入到自然生态系统物质循环过程中,提高农业生态的稳定性、农产品71第1期 仇恒佳等:循环农业中景观生态格局分析与建设的产量与质量及景观农业美学价值。 (一)提高区域空间异质性和生态流的再生性,实现循环农业整体高效益区域空间异质镶嵌的景观斑块通常由干扰、生物过程、环境胁迫等12因素作用下产生。农业景观空间格局主要受控
