东北粮食主产区农业生态系统健康格局与因子诊断——以吉林省为例

运用生态系统健康的理论与方法研究粮食主产区农业生态系统健康问题具有重要的意义,以东北粮食主产区的典型区域吉林省为研究对象,基于构建的胁迫-状态-免疫(S-S-I)与活力-结构组织-恢复力(V-O-R)农业生态系统健康评价指标体系,运用最优组合赋权法、综合评价模型、GIS空间分析技术和灰色斜率相似关联度诊断模型对2000—2011年吉林省农业生态系统健康的时空格局以及影响因子进行分析.结果表明: 时间特征上,2000—2011年吉林省农业生态健康等级从“不健康级”状态向“较健康级”状态转变,农业生态系统健康水平正逐步提高.空间特征上,2000—2011年吉林省农业生态系统健康状况空间差异日益显著,中部地区的农业生态健康水平保持不变,东南部与西部正逐渐提高.吉林省农业生态系统健康水平提高的主要贡献因子是经济驱动、环境治理与社会发展,主要障碍因子是生态压力、组织结构与投入能力等.最后,提出相关措施进一步改善区域农业生态系统健康状况.     

西部地区农业生态系统健康评价

农业生态系统健康是农业生态系统的综合特征,它具有活力、组织结构和恢复力,是实现生态农业建设目标的重要保障。根据西部地区农业生态系统的特点和农业生态系统健康的内涵,从活力、组织结构和恢复力3方面选取单位面积农业净产值、农民人均纯收入、NPP利用率、土地人口承载度、系统生产优势度、人口密度、农村劳动者受教育程度、植被覆盖度、水资源供需比、系统稳定性指数、绿色覆盖度、抗灾度、有效灌溉面积率、单位面积耕地化肥农药农膜负荷和农业支出比例等17个指标,构建了西部地区农业生态系统健康的评价指标体系。然后,应用综合评价法、层次分析法和G IS等多种方法与手段,在区域尺度上对西部地区的6个农业生态区进行农业生态系统健康评价。最终得到如下结果:处在“亚健康”状态的是四川盆地区和广西盆地区;处在“不健康”状态的是青藏高原区、云贵高原区和黄土高原区;处在“恶化”状态的是蒙新区。西部地区农业生态系统健康综合评价结果的排名次序为:广西盆地区>四川盆地区>云贵高原区>青藏高原区>黄土高原区>蒙新区。     

太湖湖滨带生态系统健康评价

根据湖滨带生态系统的特点,运用综合健康指数法建立了湖滨带生态系统健康评价体系,由目标层、准则层、指标层构成,其中准则层由湖滨带水质状况、底泥状况、植被状况、其它生物状况(浮游动物、浮游植物、底栖动物)、岸带物理状况5项组成,指标层由总氮、总磷、溶解氧、挺水植物覆盖率等15项指标构成。采用专家打分法、熵值法分别确定了准则层、指标层的权重系数。对太湖湖滨带33个点位进行了采样分析,并进行无量纲化处理后应用到所建立的评价体系中。评价结果显示33个点位中为"很健康"、"健康"、"亚健康"、"疾病"、"严重疾病"的分别占0%、24.2%、21.2%、51.5%及3.0%,也即超过一半的点位处于"疾病"状态。只有东太湖刚刚超过"健康"分数的下限,东部沿岸、贡湖、南部沿岸均处于"亚健康"状态,而梅梁湾、竺山湾、西部沿岸属于"疾病"状态,且竺山湾的生态健康状态最差。该评价结果与太湖湖滨带各分区的实际调查情况相符合,评价方法可靠性、可行性较强,可为其它湖泊湖滨带的生态系统健康评价提供一定的参照。     

黄河流域青海片生态承载力动态评价

采用基于生态系统健康的生态承载力评价模型与方法,研究了黄河流域青海片生态承载力的动态变化。结果表明:生态承载力指数随时间的推移呈下降趋势,由1985年的0.5096降至1999年的0.4700和2015年的0.4263;黄河流域青海片生态系统健康等级较低,多处于亚健康状态或不健康状态;空间上,以湟水流域和黄河干流区域生态系统健康等级最低;各项分指数中,以资源环境承载力指数相应的生态系统健康等级最高,多处于健康状态;人类潜力和生态弹性力是制约黄河流域青海片生态系统健康的主要因素。     

图们江下游湿地生态系统健康评价

湿地是世界上具有独特结构与功能的生态系统,图们江流域湿地生态系统的健康对该区乃至东北亚地区综合生态系统网络的建设具有重要意义。选择图们江流域下游为研究区,基于压力-状态-响应(PSR)模型,在压力系统、状态系统、响应系统三个层面选取30个指标构建了图们江下游湿地生态系统健康评价指标体系,运用层次分析法和多级模糊综合评判法对研究区湿地生态健康状况进行综合评价,其结果为0.5878,处于亚健康状态。其中,压力系统的健康指数为0.5292,响应系统的健康指数为0.6866,状态系统的健康指数为0.5116,各等级隶属度S=(16.83%, 25.37%, 16.76%, 16.97%,24.07%)。主要表现在研究区域湿地的补水水质差,导致湿地水质污染加重,富营养化现象严重;并且由于人为因素,湿地大面积退化,景观破碎化加剧,功能逐渐丧失,生产力水平下降;急需对本区域湿地进行保护与管理。     

基于干扰的汪清林区森林生态系统健康评价

以汪清林区60个林班为研究对象,提出基于干扰的森林生态系统健康评价模型H＝∑B2W2-∑B1W1,构建了基于干扰理论的汪清林区森林生态系统健康评价体系.其中,有害干扰指标层选取4个指标:森林病害、森林虫害、森林火险以及人为干扰,生态系统内部的增益指标层选取4个指标:树种多样性、群落层次结构、林分更新状况以及近自然度.利用层次分析法和变异系数结合的主客观赋权法计算得到各指标的权重,提出基于干扰的健康评价模型和等级划分标准.最终评价结果显示:汪清林区60个样地中,处于优质状态的样地有6块,占总样地数的10％,健康指数均大于0.2;处于健康状态的林分13块,占总样地数的21.67％,健康指数在0.1-0.2之间;处于亚健康状态的林分23块,占总样地数的38.33％,健康指数在0-0.1之间;处于不健康的林分18块,占总样地数的30％,健康指数小于0.结果表明,在天然林中,无论是针叶纯林还是针阔混交林、阔叶混交林,大多处于亚健康和健康的状况,这与他们近自然度高,物种多样性丰富、具有良好的自我调节能力有关.而在落叶松人工林分中,由于林分物种多样性低,群落结构简单,近自然度最小,林分的增益能力弱,因此不健康的占有绝大多数.该评价结果可为该林场展开相关的健康经营措施提供参考.     

黔东南苗族侗族自治州生态系统健康的时空变化

黔东南苗族侗族自治州位于贵州东南部，是我国重点林区，也是长江、珠江上游地区的重要生态屏障区。以空间网格为基准单元，利用1990-2015年研究区的土地利用数据，结合社会经济、野外调查数据，基于"压力-状态-响应"模型、"活力-组织-弹性-功能"理论框架和空间分析模型，对黔东南州的生态系统健康时空变化进行分析，并选取城市化和地形位指数进行空间相关性分析，探讨影响黔东南州生态健康的关键因素。研究结果表明：时间分布上，1990-2015年期间，黔东南州生态系统健康指数呈现下降趋势，表现为从"亚健康"状态向"临界"状态的转变，呈现先增后减的波动式变化。研究期间生态系统健康水平的区域面积占比大小依次为亚健康（42%-45%）、临界健康（30%-35%）、健康（15%-22%）、不健康（0.1%-0.4%）、病态（<0.1%），且25年间研究区生态系统各种健康水平的占地面积有显著变化。在空间分布上，黔东南州中部的台江县、剑河县和东北部的三穗县、锦屏县等地区生态系统健康水平较高，多处于亚健康和健康状态；而南部的榕江县、东部的黎平县和北部的镇远县、岑巩县等区域生态系统健康状况多处于临界状态；西北部的凯里市等区域生态系统健康水平最低，且整体上呈现下降的趋势。空间相关性研究表明：在1990-2015年期间，黔东南州的地形位指数与生态系统健康之间呈显著的空间正相关关系，"低-低"集聚区和"高-高"集聚区的面积均呈现"减-增-减"的波动趋势，而城市化与生态系统健康只在州府凯里市具有显著的空间负相关关系，说明在城市化水平较高的地方，人口密度、人均生产总值、建设用地比例等城市化因素是影响生态系统健康的主要原因，但在城市化进程较低的区域，生态系统健康受到地形梯度等自然因素的影响较大。本研究为黔东南州生态系统的管理与可持续发展提供理论基础。     

湖泊生态系统健康定量评价方法

提出了湖泊生态系统健康定量评价的一种新方法生态系统健康指数法。该方法首先设计了一个0～100的生态系统健康指数作为定量尺度,然后通过评价指标选择、各指标生态系统健康分指数计算、各指标权重计算、生态系统健康综合指数计算等基本步骤,评价湖泊生态系统健康状态。以实用实例对意大利西西里湖泊群及单个湖泊进行了生态系统健康评价。结果表明,该方法原理简单,计算简便,结果可靠、直观,既可用于同一湖泊又可用于不同湖泊生态系统健康状态的定量评价与比较,是一种值得推广的定量评价方法。     

珠江口淇澳岛红树林湿地生态系统健康评价

基于湿地生态系统健康理论和压力-状态-响应模型,以珠江口淇澳岛红树林湿地生态系统为研究对象,构建了红树林湿地生态系统健康评价指标体系,并确定了具体的评价指标、评价标准、指标权重、评价等级和评价方法,对珠江口淇澳岛红树林湿地生态系统健康状况进行了评价.结果表明:2008年,淇澳岛红树林湿地生态系统总健康指数为0.6580,评价等级为Ⅱ级(健康);压力、状态和响应指标的健康指数分别为0.3469、0.8718和0.7554,说明该评价系统存在一定的压力,而状态和响应方面较好.作为省级自然保护区,珠江口淇澳岛红树林湿地生态系统健康水平有待进一步提升.红树林湿地生态系统健康评价研究目前尚不成熟,进一步研究需重点关注针对红树林特征的评价因子筛选、相关数据的长期定位监测、生态系统健康与生态系统功能的定量关系研究等.     

海峡西岸经济区生态系统健康评价

基于活力、组织结构、恢复力、生态功能、人类健康等区域生态系统健康标准,综合考虑人为压力、响应措施等因素,构建了海峡西岸经济区(海西区)生态系统健康评价指标体系;针对区域生态系统健康的自然特性与人工特性,采用均方差法和层次分析法,确定了各指标权重;运用模糊综合评价法,建立了海西区生态系统健康评价模型.结果表明： 2008年,海西区生态系统健康状态优越,人为压力较轻,区域生态系统健康状况总体较好,但具有显著的空间差异;受固定资产投资、教育经费支出等响应指标的制约,部分地市生态系统健康状况劣于其健康状态.与1992年相比,2000和2008年海西区生态系统健康状况相对较优,驱动要素以经济活力、组织结构、人类健康、人口压力和投资调整等为主;但受建设用地扩张及其引起的自然景观减少、人类干扰增强等制约,2008年海西区生态系统健康状况劣于2000年.     

农业生态系统脆弱性评价方法

开展农业生态系统脆弱性评价是减缓气候、环境变化带来不利影响的重要环节.虽然近10年对不同的生态系统已经开展了一些脆弱性的评估研究,但尚未形成统一和公认的方法.本文以典型的农业生态脆弱区北方农牧交错带为研究对象,在分析影响其农业生态系统脆弱性主要因素基础上,选取了4类共17项指标构建了农业生态系统气候脆弱性评价指标体系.通过层次分析法确定了指标权重,并采用模糊评判原理,得出农业生态系统的气候脆弱性的综合定量评价方法.     

甘肃省农业生态系统健康评价

通过对农业生态系统的分析,建立了农业生态系统健康状况的评价指标、评价标准及综合评估模型,并运用层次分析法对甘肃省农业生态系统健康状况进行了综合评价。结果表明,除陇南、临夏及甘南农业生态系统处于较健康状况外,其它各地市均处于一般状况。各地区涉及到系统结构的自然环境因子均处于较低水平,其中尤以河西干旱区各地市结构各指数均处于较低值,其结构综合评价值均<2,而其它各生态区虽然结构指数存在差异,但差异不大,除中部的白银市以外,其它地区结构指数综合评价值均达到2以上,其中尤以陇南、甘南较高;从经济状况看,河西干旱区各地市均较处于其它生态区的地市高,而其它地区则相对较低。     

全球气候变化对农业生态系统的影响研究进展

全球大气中CO2浓度升高、气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.本文综述了全球气候变化对农业水资源、农田土壤养分变化、农作物生长发育、农作物病虫害与杂草、粮食安全及农业生态系统的结构和功能等方面的影响.针对21世纪全球气候变化对我国农业生产和农业生态系统带来的挑战,探讨了今后研究的重点和难点问题.     

基于生命周期的户用沼气系统可用能核算——以广西恭城瑶族自治县为例

发展沼气生态农业可以实现资源的综合利用,带来经济效益与生态效益,同时解决我国农村地区能源短缺和环境污染问题。明确沼气系统内部的物质能量转化利用情况,可为沼气农业系统优化和效益提升提供科学依据。提出基于生命周期的户用沼气系统可用能核算方法,并以全国生态农业示范县——广西恭城瑶族自治县为例,核算了该县典型户用沼气系统建设、运行和利用单元投入产出的可用能流,分析了整个系统的可用能转化与利用效率。结果表明:系统的可用能投入为(1.06×108)kJ/a,可用能产出为(5.00×107)kJ/a,主要产出形式为沼渣;可用能转化率为48.82%,利用率为21.60%,其中沼气利用效率最高;系统产生的环境排放为(3.42×105)kJ/a,主要形式为系统利用单元沼气燃烧产生的CO2。由此可见,沼气生态农业可通过增加转化环节实现农业废弃物的再利用,系统可用能效率具备极大的提升空间,系统可持续性有待加强。可以考虑从改进工艺技术和改善发酵环境两方面提高户用沼气系统能量转化的能力,通过沼渣沼液综合利用技术方面的创新提高户用沼气系统的可用能利用效率。生命周期可用能核算方法可以更全面的反映系统的能量利用效率,便于诊断薄弱环节,为系统优化提供依据。     

畜牧业在农业生态系统中的地位——窦店畜牧业的系统分析

本研究把畜牧业看作整个农业生态系统中的一个亚系统,定量分析了各种畜禽对能量、蛋白质和营养物质的转化效率,分析了畜牧亚系统与其它亚系统间以及与环境间的能量与物质的交流,从而对窦店畜牧业的生产力水平及其在整个农业生态系统中的地位做出客观评价,对畜牧结构的调整提出了建议,并讨论了农区畜牧业和农业生态系统的开放等问题。     

中国农业生态系统的生产潜力和人口承载力

中国农业生态系统的生产潜力和人口承载力是全球关注的问题。本研究将农业生态系统的生产潜力定义为由生物遗传特性和4大宏观生态条件(太阳辐射、温度、水资源和土地资源)共同决定的生产力上限;以无机环境-第一性生产-第二性生产之间的结构适应性和能量-物质流平衡为主线,发展了对农业生态系统生产潜力和人口承载力的综合评价模型,它包括第一性生产潜力子模型和第二性生产潜力与人口承载力优化子模型;并应用该模型把中国农业生态系统分为603个区域单元,进行第一性生产潜力,第二性生产潜力和人口承载力的评价。     

Plant parasite control and soil fauna diversity

The use of pesticides to control plant parasites and diseases has generated serious problems of public health and environmental quality, leading to the promotion of alternative Integrated Pest Management strategies that tend to rely more on natural processes and the active participation of farmers as observers and experimenters in their own fields. We present three case studies that point at different options provided by locally available populations of soil organisms, the maintenance of diverse populations of pests or increased resistance of plants to pest attacks by their interactions with earthworms and other useful soil organisms. These examples demonstrate the diversity of options offered by the non-planned agro-ecosystem diversity in pest control and the need to identify management options that maintain this biodiversity.     

华北高产农田生态系统中蚯蚓种群次生演替规律

通过对山东省桓台县不同土壤肥力的农田生态系统中蚯蚓种群的调查发现 ,该地区农田生态系统中有 7种蚯蚓 ,高肥力土壤中蚯蚓相对较丰富 ,种群密度可达 83.83条 / m2 ,梯形流蚓为优势种 ;低肥力土壤中蚯蚓种群密度 4 0 .18条 / m2 ,优势种是天锡杜拉蚓。梯形流蚓和湖北远盲蚓在高肥力土壤中的种群密度要明显高于低肥力土壤 ;而其他几种蚯蚓种群数量变化不大 ,随着土壤肥力的演变 ,低肥力土壤中天锡杜拉蚓的优势地位随着土壤肥力的提高逐渐被梯形流蚓所代替。合理的投入特别是农田有机物投入可以加速农田生态系统中生态演替 ;试验中不同处理间蚯蚓的种群生物量有以下趋势 :化肥投入 <化肥与麦秸还田 <化肥与玉米麦秸全还田 <化肥与玉米麦秸全还田以及有机肥的施用。无论在高肥力还是低肥力的土壤上都表现出相同的规律 ,但蚯蚓种群组成并没有明显差异     

Challenges Facing the Adoption of Ecosystem Health as a Core Component in Professional Curricula

While there has been considerable success in introducing ecosystem health into professional curricula at a number of universities, there have been significant challenges to its introduction. There are difficulties relating to pervading attitudes within universities. Ecosystem health deals with uncertainty whereas most other disciplines cherish certainty. Ecosystem health is often considered a “soft science” lacking in specifics. The enormity and complexity of ecosystem health problems are often perceived as discouraging and impossible to solve. The university structure can present challenges in that transdisciplinary problem solving requires the participation of many different departments, with several levels of approval required. There are also challenges in the teaching of ecosystem health given its extremely broad focus, limited experience in ecosystem health curricula, and almost no experience in effective evaluation of a field that emphasizes attitudes as much as it does information. This article describes each of these challenges, draws on the experience of the conference, and provides potential solutions to overcoming these challenges.     

Invasive mango blossom gall midge, Procontarinia mangiferae (Felt) (Diptera: Cecidomyiidae) in Reunion Island: ecological plasticity, permanent and structured populations

Mango blossom gall midge, Procontarinia mangiferae (=Erosomyia mangiferae Felt), is an invasive pest that causes economic damage worldwide. The objectives of our study were to highlight the genetic and ecological abilities of this monophagous gall midge to invade new habitats and to evaluate its genetic structure on an isolated island. This study, carried out in subtropical Reunion Island, is based on data from population dynamics surveys and from molecular analyses (mitochondrial DNA and microsatellites). Using 11 microsatellite loci and an extensive sampling of 27 populations at 17 sites, we tested the genetic differentiation between populations sampled on different mango organs and cultivars at different seasons and under different climatic and cultural environments. We checked for the existence of a seasonal bottleneck. Our results showed that a single species, P. mangiferae, was present all year round with no genetic bottleneck at any of the sites sampled, regardless of the climatic and cultural conditions, and that it fed on inflorescences and young leaves. These characteristics showed the ecological plasticity of P. mangiferae, despite its low genetic diversity and, consequently, the invasive potential of this species. Populations in Reunion Island are structured into two clusters in sympatry and present in different proportions at each site. One cluster was more frequently found in the cultivated mango area. This work provides insights into the relationships between gall midges and tree host plants in a subtropical agro-ecosystem, as well as into the role of the population genetic structure in the establishment process of a monophagous invasive cecid fly.