21世纪初农业生态系统健康研究方向

农业生态系统健康是指农业生态系统免受发生“失调综合症”,处理胁迫的状态和满足持续生产农产品的能力,目前,农业生态系统健康研究范围主要涉及农业生态系统健康评价方法,土壤质量和水质与农业生态系统健康的联系,农业生态系统健康与人类健康的关系,害虫生态管理对农业生态系统健康的贡献,杂草综合管理在农业生态系统健康中的作用,从生态病理学到农业生态系统健康,线虫群落作为农业生态系统健康指示生物的研究,转基因作物对农业生态系统健康的生态影响评价,农业投入政策对农业生态系统健康的影响,景观生态学在农业生态系统健康评价中的应用,农业生态系统健康与绿色食品开发等,首先论述了农业生态系统健康研究的现状,介绍了农业生态系统健康研究实例-土壤健康的生物指标,最后提出了今后农业生态系统健康的研究方向,为保障农产品安全和增进人类健康提供依据。     

生态系统综合评价的内容与方法

生态系统综合评价是系统分析生态系统的生产及服务能力,对生态系统进行健康诊断,做出综合的生态分析和经济分析,评价其当前状态,并预测生态系统今后的发展趋势,为生态系统管理提供科学依据。从总体上讲,综合评价更强调生态系统一系列产品与服务功能之间的权衡,具有很强的实践意义。许多学者对不同的生态系统服务功能进行了经济价值评估,但缺乏对生态系统的产品、服务、健康与管理之间关系的进一步探讨。对生态系统服务功能评价、健康评价的生态管理与预测进行了系统论述,目的是提出生态系统综合评价的框架,指导生态系统评价行动及生态系统管理。     

生态系统健康评价:方法与方向

生态系统为人类提供了自然资源和生存环境两个方面的多种服务功能。生态系统服务功能是人类生存和发展的基础。同时,一个生态系统只有保持了结构和功能的完整性,并具有抵抗干扰和恢复能力,才能长期为人类社会提供服务,因此,生态系统健康是人类社会可持续发展的根本保证。生态系统健康是指一个生态系统所具有的稳定性和可持续性,即在时间上具有维持其组织结构、自我调节和对胁迫的恢复能力。它可以通过活力、组织结构和恢复力等3个特征进行定义。影响生态系统健康的原因有很多,多为人类活动所致。例如,污染物排放、非点源污染、过度捕捞、围湖造田、水土流失、外来种入侵和水资源不合理利用等是影响水生态系统健康的主要原因。评价生态系统健康需要基于功能过程来确定指标,特别是评价其受干扰后的恢复能力。包括其完整性、适应性和效率。生态系统健康评价方法尚处于实验和发展阶段,有必要对现有成果进行及时总结,提出方向,以促进生态系统健康研究的发展。生态系统健康评价主要包括指示物种和指标体系两种方法。在生态系统健康研究中,指示物种的选择应该谨慎,要综合考虑到它们的敏感性和可靠性,即要明确它们对生态系统健康指示作用的强弱。在水生态系统研究中,己被选择的指示物种有,浮游生物、底栖无脊椎动物、鱼类和不同水平生物的综合。建立生态系统健康评价指标体系大可以从两方面选择指标,即生态系统内部指标,包括生态毒理学、流行病学、生态系统医学等方面和不同尺度指标的综合;以及生态系统外部指标,比如社会经济指标。但是,其它指标可能也适于进行生态系统健康评价,如景观格局、土地利用变化。到目前为止,对几乎所有的生态系统类型都进行过健康评价。但是,由于生态系统健康研究是一个新领域,有关它的概念、评价的指示物处和指标体系等方面存在各种争论,生态系统健康评价正在不断的争论中走向成熟。其未来发展方向是结合经济学、社会学和健康科学煌定量化生物学途径。生态系统健康评价的目的不是为生态系统诊断疾病,而定义生态系统的一个期望状态,确定生态系统破坏的阈限,并在文化、道德、政策、法律、法规的约束下,实施有效的生态系统管理。     

太湖梅梁湾生态系统健康状况周年变化的评价研究

生态系统健康是生态学和环境管理方面一个新兴的多学科综合性研究领域。湖泊生态系统健康包含两个方面的内涵,满足人类社会合理要求和湖泊生态系统自我维持与更新的能力。湖泊生态系统健康评价是湖泊环境管理和生态系统调控的基础。运用Exergy、结构exergy和生态缓冲容量等指标来评价太湖梅梁湾湖区2001年生态系统健康的周年变化,其健康状况由好到坏依次为3～4>1～2>11～12>9～10>5～6>7～8月份。这和分别应用营养状态指数(TSI)和生物多样性指数(DI)进行评价的结果相似,表明运用Exergy、结构exergy和生态缓冲容量指标对湖泊生态系统健康状况进行评价的方法是可行的。     

生态系统健康评价方法初探

生态系统是维持人类环境的最基本单元,生态系统功能主要体现在两个方面：一是生态服务功能（service);二是价值功能（goods)这两种功能是人类生态和发展的基础,生态系统健康是保证生态系统功能正常发挥的前提,结构和功能的完整性,具有抵抗干扰和恢复能力（resilience)、稳定和可持续性是生态系统健康的特征,生态系统健康评价需要基于生态系统的结构、功能过程来确定指标,包括生态系统的完整性,适应性和效率,生态系统健康评价主要有两种方法：一是指示物种评价,二是结构功能指标评价,结构功能指标评价包括单指标评价,复合指标评价和指标体系评价,指标体系评价中又包括自然指标体系评价,社会－经济－自然复合生态系统指标体系评价,本文针对生态系统健康的不同评价方法进行了对比研究,同时,针对不同的生态系统类型应选择其健康评价方法方面进行了简要的阐述。     

农田生态系统服务功能及其形成机制

农田生态系统作为人类社会存在和发展的基础,其服务功能对人类的可持续发展具有现实而深远的影响.本文综述了农田生态系统服务功能的内涵及评价方法,从农田生态系统非生物环境特征、生物特征、生态过程和人类活动影响等4个方面对农田生态系统服务功能形成机制的研究现状进行了归纳和分析,认为：1)农田生态系统除具有巨大的产品服务功能价值外,还具有巨大的环境服务功能价值和维持区域生态安全价值;2)农田生态系统非生物环境特征、生物特征和生态过程及其相互作用是农田生态系统服务功能形成的基础,人类活动是其形成的最根本的驱动力;3)应加快构建能体现农田生态系统特征的服务功能评价指标体系.同时,应加强人类活动对农田生态系统非产品服务功能形成机制影响方面的研究.     

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.     

长江中下游四大淡水湖生态系统完整性评价

长江中下游地区是我国淡水湖泊集中分布区域,研究该区域湖泊生态系统完整性对于湖泊生态系统保护和恢复具有重要意义。物理、化学和生物完整性指标已经广泛应用于河湖生态系统健康评价,但是缺少物理、化学和生物完整性的综合评价方法。以历史调查状况为主要参照系统,构建了基于物理、化学和生物完整性的多参数湖泊完整性综合评价指标体系,结合近年来长江中下游四大淡水湖(洞庭湖、鄱阳湖、巢湖、太湖)生态系统调查数据,对四大淡水湖生态系统完整性进行了评价。结果表明,洞庭湖、鄱阳湖、巢湖和太湖的综合得分分别为66、71、57和57。根据评价等级划分标准,洞庭湖和鄱阳湖生态系统完整性状况都达到"好"的等级,而巢湖和太湖则处于"一般"等级;结果显示,该指标能够表征人类活动对于湖泊生态系统完整性不同方面的干扰,且能够反映四大淡水湖生态系统完整性历史变化状况。因此,该方法可以作为长江中下游淡水湖泊生态系统完整性综合评价的工具并能够为湖泊生态系统的保护和恢复提供科学支撑。     

生物入侵对黄河流域生态系统的影响及对策

黄河流域健康的生态系统是沿黄地区生态保护和高质量发展的核心。然而, 随着经济高速发展和人类活动增加, 大量的外来生物传入并占据黄河流域生态位。这些外来生物在黄河流域的大肆扩繁给黄河流域本土生物和生态系统带来了严重威胁, 甚至严重影响人类健康。因此, 研究黄河流域的外来生物入侵问题, 并提出保护对策, 对于黄河流域生态保护和高质量发展具有重大意义。本文主要从黄河流经九省区(包含黄河流域)外来入侵生物的传入特征、传播途径、种群动态、成灾机制以及入侵生物对黄河流域重要生物资源和生态系统的影响等方面进行综述, 并提出了防控黄河流域生物入侵、保护黄河流域健康的生态系统的措施和对策。     

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.     

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。     

Pathways of assessing agroecosystem health and agroecosystem management

Intrusive agriculture development, searching for higher profitability, has inflicted permanent damage to agroecosystems. Rapid deterioration of structure and functional properties in agroecosystems has intensified the need for research on agroecosystem health and agroecosystem management. This paper describes the concept of agroecosystem health which plays an important conceptual role in evaluating agroecosystem and agricultural research. Firstly, the development of agroecosystem health research is reviewed, and agroecosystem health from various dimensions is provided. Then, the methods and general criterias of agroecosystem health assessment are outlined, and a model for evaluating agroecosystem health is established. Finally, pathways of agroecosystem management from a holistic dimension are proposed to promote agroecosystem health and provide a scientific basis for making science-based policy decisions and formulating new plans in agricultural development.     

农业生态安全及其生态管理对策探讨

对生态安全和农业生态安全的基本内涵进行了探讨。认为生态安全是指不同尺度的生态系统及其生物要素、环境要素、资源要素等在数量、质量及其相互作用关系上的一种和谐、健康、稳定的状态和水平。农业生态安全包括农业环境安全、农业资源安全、农业生物安全和农业产品安全等几个方面的内容。提出了一系列农业生态安全管理对策 ,包括 :①加强农业生态安全管理 ,发展生态产业 ;②加强对现有资源与生态系统的保护、培育与可持续利用 ;③保护农业生物多样性 ,保障生物安全 ;④加强农业综合抗灾能力建设 ;⑤加强农业生态安全监测与法律法规体系建设 ;⑥建立良好的、和谐的社会、经济和政治关系。     

Case Study of an Integrated Framework for Quantifying Agroecosystem Health

Agroecosystem health derives from a combination of biophysical and socioeconomic conditions that jointly influence such properties as productivity, sustainability, stability, and equitability. In this case study, we describe and analyze a method to quantify agroecosystem health through a combination of geographically referenced data at various spatial scales. Six key variables were hypothesized to provide a minimum set of conditions required to quantify agroecosystem health: soil health, biodiversity, topography, farm economics, land economics, and social organization. Each of these key variables was quantified by one or more attributes of a study area near Wooster, Ohio. Data sources included remote sensing, digital elevation models, soil maps, county auditor records, and a structured questionnaire of landowners in the study area. These data were combined by an analytical hierarchy process to yield an agroecosystem health index. The two steps in the process were first to combine the data at the pixel scale (30 m²) into key variables with normalized values, and then to combine the key variables into the final index. The analytical hierarchy process model was developed by panels of experts for each key variable and by participants in the Ohio Agricultural Research and Development Center’s Agroecosystems Management Program for the final agroecosystem health index value. Observed spatial patterns of the agroecosystem health index were then analyzed with respect to the underlying data. Consistent with our hypothesis and the definition of agroecosystems, spatial patterns in the agroecosystem health index were an emergent property of combined socioeconomic and biophysical conditions not apparent in any of the underlying data or key variables. The method proposed in this study permits estimation of agroecosystem health as a function of specific underlying conditions, which combine in complex ways. Because values of the agroecosystem health index and the data underlying them can be analyzed for a particular landscape, the method proposed could be useful to policy makers, educators, service agencies, organizations, and the people who live in the area for finding opportunities to improve the health of their agroecosystem. Electronic supplementary material The online version of this article (doi:) contains supplementary material, which is available to authorized users. ^†Dr. Ben Stinner is deceased     

用生态学思维重构传统农学学科:生产生态学的角色

传统农学学科与专业源于近代试验科学的还原论思维,并在工业革命巨大成功的推动下不断分化,失去了对农业生物与资源环境关系即农业生态系统机制的整体把握;而且,由于过多依赖外源化石能源的投入和若干高产作物品种的单一种植,不断丧失农业内部可持续性,使人类面临粮食安全和食品安全的双重危机.因此,农学学科及其教育体系的重构日益迫切.将农学与生态学联姻,建立以农业生态学为核心理论、农业生态系统管理为核心技术,特别是创建“生产生态学”,以之融合农学学科下属2个二级学科“作物栽培学与耕作学”与“作物遗传育种学”之间的鸿沟,将从意识论和方法论上为真正地实施农业可持续发展战略奠定学科、科学和教育基础.     

Using Fault Tree Analysis to Assess Bioterrorist Risks to the U.S. Food Supply

Concerns about terrorist use of biological agents have increased at state and federal levels and in the popular press. Vulnerability of U.S. agricultural assets to bioterrorism has received less attention. A bioterrorist could use the U.S. food supply system to deliver a bioagent to a human target or use a bioagent to destroy it's inputs or infrastructure. Establishing effective agriculture security programs requires condensing generalizations about such bioterrorist threats into specific attack scenarios. This paper suggests a two-stage process to achieve this: problem formulation to define and rank scenarios, then quantitative risk assessment of selected, more highly ranked, scenarios. The quantitative component is illustrated for two specific scenarios: the actual 1984 Rajneeshee incident in Oregon and a hypothetical release of oral anthrax into the food supply system. The fault tree analysis of these scenarios suggests that the food supply system may be a less than optimal bioagent delivery mechanism, particularly if the objective is a mass casualty attack, as a number of events must occur simultaneously with reasonable probability if a bioagent is likely to be deployed effectively. In addition, an environmentally stable bioagent would be required if only the food system were used to deliver it to human consumers, but early detection of an intentional release common bioagent may be difficult absent specific intelligence or “unusual” epidemiological circumstances.     

Impact of integrated pest management on food and horticultural crops in Africa

In sustainable agricultural development, integrated pest management (IPM) can play a key role in the reduction of crop losses, thereby increasing productivity while minimizing environmental contamination and health hazards. In recent years, agricultural research and development partners have pioneered outstanding contributions in IPM, notably in varietal resistance against pests, biological control of alien invasive species, substitution of inorganic pesticides with biopesticides, new export market opportunities, and new tools in biotechnology. Success stories are not limited to these areas, but are also found in the areas of human capital development, information management, and participatory approaches. The potential of IPM to contribute to poverty alleviation and food security is, however, poorly realized in Africa due to a myriad of factors, including inadequate deployment of high-yielding crop varieties, harmful pesticide regimes, political instability, conflicts in social values and civil wars, inappropriate agricultural policies, biased global trade policies, lack of market information, and poor rural infrastructures. Few African countries have adopted IPM as the official national crop protection policy and there is no framework for resource allocation to support widespread promotion of research and training in IPM. This calls for reshaping and revisiting a number of policies related to food production and agricultural development, in order to encourage partnership and participation in the identification, analysis, advocacy, and follow-up of agricultural policy issues as well as public awareness of the effect of pests and diseases on food security and the environment.     

农业生态系统杂草多样性保持的生态学功能

杂草是农业生态系统中的重要生物组成部分 ,也是影响农林作物生长和导致产量下降的重要因素之一。过去人们一直努力将杂草从农业生态系统地中清除出去 ,对杂草的研究往往也更多地注重其危害性和防治途径。近年来保护农业生产区域中杂草等野生植物的多样性以及发挥其在维持生态平衡中的作用逐渐为人们所重视[1～4] 1) ,2 ) 。本文对国内外有关农业生态系统中杂草多样性保护及其生态学功能的研究报道作一简要概述 ,以供参考。1　农业生态系统杂草多样性保护早在 1 982年Ｈｉｂｉｇ提出不使用除草剂、不铲除杂草等办法保持农田周围、草地、园林…     

喀左县农业生态系统能流的研究

本文根据辽宁省西部一个典型具(喀左县)农业生态系统的调查,分析该系统八十年代初期基本特征,进而提出改善该农业生态系统的措施。 整个系统由七个组分(或亚系统)组成(农田、牲畜、果园、人工林、人工草地、天然灌丛草地、当地居民)。作者根据有关统计数据和调查资料估算出该系统1981—1983年期间年平均流量,其中包括流入和流出能量以及系统内各组分之间的能流量。最后讨论了调整畜牧业结构,提高工业能量、生物质能量利用率和林分改造等问题。