农业生物多样性保护的景观规划途径

农业生物多样性保护不仅关系到农业可持续发展,也是物种多样性保护的重要组成部分.近年来,生物多样性保护更加强调通过景观规划途径来实现.本文在回顾国内外关于景观结构对生物多样性影响一般性结论和研究结果的基础上,从景观、地块间、地块内3个尺度分别探讨了农业生物多样性保护的景观规划途径,并建议可以通过采取如下途径有效地保护农业生物多样性：1)在景观尺度上,维持较高比例的自然、半自然生境,注意农用地和种植作物的多样化,注重树篱等廊道生境的保护和建设;2)在地块间尺度上,构建农田边缘地带;3)在地块内尺度上,合理地规划作物种植密度、作物空间分布及采取间套作、轮作等方式.此外,大尺度景观规划途径的实施还需要诸如自然保护计划、土地利用规划及生态补偿等相关政策措施的配套与支持.     

利用农业生物多样性持续控制有害生物

农业生物多样性对保障全球粮食安全和农业可持续发展至关重要.人类在多样性的形成上发挥了关键作用,人类结合自然进化创造了遗传多样性、物种多样性和生态系统多样性.农业生物多样性发挥了很多社会经济和环境功能:保障粮食安全;维持农业生态系统可持续发展;赋予农村经济适变性.但当前人类毁灭农业生物多样性的速度更为惊人.在总结石油农业单一化种植的生态负效应、传统农业提倡“天人合一”的生态正效应的基础上,分析讨论了利用农业生物多样性持续控制有害生物的必要性和可行性,从生态系统多样性、物种多样性和种内遗传多样性3个层次,归纳了构建和恢复农田生物多样性的基本方法.基于病理学、生态学、营养学和生理学等学科领域,从群体异质效应、稀释效应、微生态效应、诱导抗性效应、物理阻隔效应、生理学效应和化感效应等7个方面,归纳了利用农业生物多样性持续控制有害生物的基础原理.寻求低投入、高效益、多样化和可持续的农业生产系统是当今世界许多科学家、决策者和生产者共同关心的问题.农业生物多样性具有重要的生态作用,在现代农业框架下,是合情合理构建持续、稳定、健康、高产的农田生态系统,持续控制有害生物的金钥匙.为此必须加强四方面的课题研究:各种作物之间的相生相克关系及其作用机理;各种有害生物的主要天敌种类、生物学、生态学特性及其适生环境;利用农业生物多样性全面、持续控制有害生物的农业生产模式;与其相配套的农艺措施与农业机械.     

农业生物多样性控制作物病虫害的方法与原理

农业生物多样性作为一种重要的作物病虫害防治手段,主要基于自然界生物间相生相克的平衡关系,充分利用了原生态的各种控制因子,将病虫害调控在生产可允许范围,对减肥减药以及提高农业生态系统自我功能具有重要的意义。本文将农业病虫害发生融为一体,从种内遗传多样性、物种多样性、农田景观多样性3个层次,系统阐述了利用农业生物多样性控制作物病虫害的重要意义、主要内容和方法、控害原理、影响因素以及作物品种多样性种植的增产效应,为充分发挥农业生物多样性调控作物病虫害提供参考。     

农作物遗传多样性农家保护的现状及前景

农作物地方品种的有效保护是农业生物多样性的可持续利用的基础。由于现代农业的集约化生产方式使大量农作物地方品种被少数高产改良品种所取代,造成农作物基因库的严重“基因流失”（genetic erosion)。农家保护是在农业生态系统中进行的动态保护,被保护的生物多亲性可在其生境中继续进化而产生新的遗传变异,在而是农业生物多样性就地保护的重要途径。然而,尽管人们对作物品种资源农家保护的兴趣不断增长,也有大量有关农家的保护的研究和案例分析,但目前为止还没有比较成功的农家保护实例报道。因此,对农家保护的机制及科学问题进行深入的研究,并寻求一条新的途径来充分发挥农家保护应有的作用,显得格外重要。利用生物多样性布局的水稻混合间栽的生产模式,不仅解决了病害控制的问题,而且也保护了水稻地方品种的多样性。这种混合间栽的生物多样性布局和生产方式可能成为农保护的一条新途径。     

中国生物多样性就地保护的研究与实践

中国是世界上生物多样性最丰富的地区之一,但面临着较大的生态衰退风险。中国生物多样性受到的威胁来自包括人口众多、经济发展模式单一落后、工业化进程加快、气候变化和外来物种入侵等多种因素。生物多样性的就地保护对于维护国家生态安全具有重要意义,同时也是中国可持续发展的需要。本文就中国生物多样性就地保护的研究成果和保护成就进行了回顾,提出了未来应该着重加强的研究领域。中国生物多样性的就地保护研究与实践主要集中在生物多样性资源调查、濒危物种管理和自然保护区建设等方面。中国政府在生物多样性就地保护领域开展了大量卓有成效的工作,发布实施了一系列的保护行动规划,不断提高了生物多样性的保护水平。中国的生物多样性就地保护经过了由数量发展到质量发展的阶段后,未来的研究重点应该集中在生物多样性形成与维持机制、生物多样性受胁原因与响应机制、生物多样性长期监测与评估、自然保护区有效管理和自然保护区立法等方面。     

农业活动及转基因作物对农田生物多样性的影响

农田生物多样性是生态系统生物多样性的重要组成部分,但较少受到关注.近50年来,由于农业活动引起的环境污染、生境破碎和单一化种植等严重威胁着农田生物多样性.为了了解各因素对农田生物多样性的影响程度,优化农田管理措施,以提高农作物产量并降低环境影响,本文综述了种植方式、地膜覆盖、农药和化肥使用等农业活动及转基因作物对我国农田生物多样性的影响.农药和化肥的过度使用对农田生物多样性的影响最大;而转基因作物对农田生物多样性的影响受诸多因素影响,如携带的转基因性状等.需要加强转基因作物生态环境影响评价研究,特别是对农田生物多样性的潜在影响.农业生产活动应当与农田生物多样性保护密切结合,不仅有利于提高农作物产量,同时也可减少对环境的负面影响.     

农业生物多样性持续控制有害生物的机理研究进展

农业生物多样性具有重要的生态作用, 对保障全球粮食安全和农业可持续发展至关重要。在现代农业框架下, 是构建持续、稳定、健康、高产的农田生态系统, 持久控制有害生物的金钥匙。应用系统工程的原理和方法调节农田生态系统生物多样性, 进行有害生物的生态控制, 将越来越受到人们的重视。农业生物多样性持续控制有害生物的机理机制涉及多学科交叉理论。该文从植物病理学、农业生态学、植物营养学、植物生理学和植物化感等多学科角度, 对利用农业生物多样性持续控制有害生物的机理进行了总结和分析。     

起源于中国的栽培植物

中国是农业古国和大国,种植的作物约有840种,其中很多起源于本国。本文汇集起源于中国的作物为420种,涉及栽培物种553个。这些信息对中国作物种质资源研究和生物多样性保护有重要意义,并且可为国家制定生物多样性保护政策提供支撑。     

作物多样性种植对植食性昆虫行为的影响

通过农作物遗传多样性、物种多样性的优化布局和种植,增加农田的物种多样性和农田生态系统的稳定性,有效地减轻作物虫害的危害,已经成为国际上农业研究的热点和农业害虫防治的发展趋势。多样性种植对昆虫的影响及其作用机制很大程度上取决于对植食性昆虫的行为反应。多样性种植主要通过干扰植食性昆虫的定向、交配、产卵、转移等行为,影响其在作物上定居和繁殖,进而影响其对植物的危害程度。根据国内外研究进展,本文介绍了作物多样性种植对植食性昆虫行为的影响,并讨论了目前存在的问题和研究前景。     

利用生物多样性控制作物害虫的理论与实践

生物多样性是人类可持续发展的重要基础,保护和利用生物多样性是国际社会普遍关注的问题。近年来,通过改善农田生物多样性和强化农田生态系统保益控害的服务功能,实现作物病虫害生态调控已成为国内外研究的热点。本文在总结分析国内外利用生物多样性控制害虫理论研究和实际应用的基础上,综述了该领域的研究进展、实践成果和发展前景。文中介绍了生物多样性的基本概念及其与害虫综合治理的关系,系统概述了利用农田生物多样性控制作物害虫的各种理论假说,包括天敌假说、资源集中假说、联合抗性假说、"推-拉"假说、中度复杂假说、景观缓冲假说等;从提高天敌多样性、作物多样性、非作物多样性和景观多样性等方面综合评述了利用农田生物多样性控制作物害虫的应用实践,重点介绍了我国的一些典型的实际应用案例,旨在充分展示中国昆虫学科技工作者在该领域做出的贡献;针对现代农业集约化经营导致农田生态系统结构简单、农田生物多样性不断下降等特点,对如何以农田景观为单元进一步做好利用生物多样性控制作物害虫的理论研究和应用实践进行了讨论和展望。     

农业生物多样性保护履约进展及对我国农业发展的启示

农业生物多样性是《生物多样性公约》(以下简称《公约》)履约的核心议题之一, 对世界粮食安全、农业可持续发展以及实现碳中和具有重要实践意义。然而, 越来越多的研究表明, 由于人口的持续增长和饮食结构的根本性改变, 农业扩张已成为生物多样性丧失的主要驱动力之一。本文基于《公约》条款、第二次至第十四次缔约方大会相关决定、生物多样性和生态系统服务政府间科学与政策平台评估报告、第五版《全球生物多样性展望》(GBO-5)等内容, 系统梳理了《公约》谈判中农业生物多样性的履约进展和演变进程, 分析了农业生物多样性面临的严峻形势及存在问题。在此基础上, 从深入农业生物多样性相关指标研究、基于自然的解决方案、实现农业绿色可持续发展以及推动非国家利益相关方参与等层面, 就加强中国农业生物多样性保护工作提出建议, 以期有利于塑造中国良好对外形象, 也为维护世界农业稳定和粮食安全、推动《公约》第十五次缔约方大会(COP15)的顺利召开和成果达成奠定科学基础。     

Allelopathy as a Tool in the Management of Biotic Resources in Agroecosystems

In modern agriculture, natural plant communities may be replaced by a single crop species. Weeds, some microorganisms, and viruses, as well as some herbivores are organisms that should be eliminated. Pesticides and fertilizers not only affect the pests and crops, but soil, non-pest species, water, food, and humans. In traditional agriculture weeds are components with an important ecological role in the maintenance of the system. Some weeds have been used as tools to control the growth of other weeds in traditional agroecosystems. Researchers on sustainable and organic agriculture get valuable information from traditional agriculture and currently are conducting research on plant breeding, soil fertility and tillage, crop protection, and cropping systems. Allelopathy and chemical ecology are directly involved in each of these fields and can play an important role in crop productivity, conservation of genetic diversity, and maintenance of ecosystems stability. Allelopathy has been shown to be related with problems of chemical interference between crops and weeds, crops and crops, toxicity of crops and weeds residues, and/or crops and weeds exudates. Problems of autotoxicity, orchard replanting, and forest regeneration are also referred as allelopathic. Allelopathy is strongly coupled with other stresses of the environment, including insects and disease, temperature extremes, nutrient and moisture variables, radiation, and herbicides. These stress conditions often enhance allelochemical production and increase the potential for allelopathic interference. Allelopathy offers potential for weed control through the production and release of allelochemicals from plants. Allelochemicals may impact the availability of nutrients through effects on the symbiotic microbes. Destruction and changes in the use of soils in the tropics have decreased biodiversity, bringing about the loss of valuable natural products. Many different types of useful products such as natural pesticides and drugs can arise from allelopathy studies. New methods must be generated for allelopathy as a part of the biotic resources management strategies.     

绿肥在我国旱地农业生态系统中的服务功能及其应用

旱地农业分布面积广、增产潜力大,在保障我国粮食安全方面占有重要地位,但也面临着水资源短缺、土壤贫瘠、水土流失严重和不可再生资源利用效率低等问题。绿肥不仅具有提高土壤质量、调节土壤养分和增强土壤水分蓄纳能力,从而改善作物生长环境,促进作物持续高产稳产的作用,而且在增加农田生态系统生物多样性、提高地表覆盖度、减少养分向环境中的无效损失、增强农田系统气体调节功能、提高病虫草害的生物防控等方面也具有显著的生态效益。在全球气候变化加剧、生态环境恶化和农产品需求改变等新形势下,以肥用为主要目的的传统绿肥种植应用技术已不能满足当前农业发展的需求,需要加强旱地绿肥种质资源的选育工作,通过研制新的适应新形势的全国绿肥区划,构建适应不同区域的绿肥种植模式,优化和研发适应现代化生产水平的耕作栽培技术,探究绿肥综合效益评价体系,为旱地农业区改善生态环境、提高经济效益,构建资源节约、生态保育型的绿肥应用模式,充分挖掘绿肥效益提供科学依据和技术支撑。     

诱集植物在农业中的应用研究进展与展望

全世界每年因病虫害导致严重的农业经济损失, 为了减少病虫害的发生, 实际生产中通常使用大量化学农药, 然而农药的大量施用, 不仅造成环境污染和农产品安全问题, 还会使病虫害产生抗药性, 天敌种群受损, 从而导致病虫害爆发日益严重。种植诱集植物是一种环境友好型病虫害防控方法, 该方法主要是通过诱集植物吸引虫害和降低病害, 从而减少病虫害对主栽作物的危害, 达到保护主栽作物的目的, 最终减少农业上化学农药的使用。根据诱集植物自身特性, 将其分为五种主导作用类型: 传统诱集植物、致死型诱集植物、基因工程型诱集植物、生物辅助控制型诱集植物、化学信息素辅助作用型诱集植物等, 根据种植和利用方式, 将其分为: 围种诱集、间种诱集、连作诱集、与其它方式结合等。尽管关于诱集植物的研究已有近160年历史, 但有关高效诱集植物的筛选、诱集植物与主栽作物的优化配置模式与配套种植技术、诱集植物对靶标病虫害的作用机理、诱集植物在农业生产中的生态风险评估等仍不清楚, 且诱集植物仍具有较大开发潜力和应用价值, 如(1)开发应用诱集植物的环境污染修复功能及相关技术; (2)开发应用诱集植物的景观生态与休闲旅游功能及相关技术; (3)开发利用诱集植物对土壤的养分转化与固持提升功能(如固氮、固碳、固土功能等)、生物质能源功能、节能减排功能及相关技术; (4)开发应用诱集植物及其废弃物的经济产品功能及其可持续生产技术。论文综述了近年来国内外有关诱集植物的相关研究与实践应用, 旨在为诱集植物在农业生产中进行病虫害防治研究和应用提供相关参考。     

Home gardens: neglected hotspots of agro-biodiversity and cultural diversity

Over the last two decades, the importance of conserving genetic resources has received increasing attention. In this context the role of home gardens as repositories of biological diversity has been acknowledged but still a comprehensive, interdisciplinary investigation of their agro-biodiversity is lacking. Home gardens, whether found in rural or urban areas, are characterized by a structural complexity and multifunctionality which enables the provision of different benefits to ecosystems and people. Studies carried out in various countries demonstrate that high levels of inter- and intra-specific plant genetic diversity, especially in terms of traditional crop varieties and landraces, are preserved in home gardens. Families engage in food production for subsistence or small-scale marketing and the variety of crops and wild plants provides nutritional benefits. At the same time, home gardens are important social and cultural spaces where knowledge related to agricultural practices is transmitted and through which households may improve their income and livelihoods. The present article summarizes available literature on the biological and cultural significance of agro-biodiversity in home gardens. It discusses future constraints and opportunities in home garden research, in the prospect of defining and promoting their role in conservation of agricultural biodiversity and cultural heritage.     

Global advanced bioenergy potential under environmental protection policies and societal transformation measures

Bioenergy plays an important role in low greenhouse gas stabilization scenarios. Among various possible sources of bioenergy, dedicated bio‐crops could contribute to most of the potential. However, large scale bio‐crop deployment raises sustainability concerns. Policies to alleviate the pressure of bio‐crops on the terrestrial environment can affect bioenergy potential and production costs. Here, we estimated the maximum bioenergy potential under environmental protection policies (biodiversity and soil protection) and societal transformation measures from demand and supply side (demand‐side policy includes sustainable diet; supply‐side policy includes advanced technology and trade openness for food) by using an integrated assessment modelling framework, which consists of a general equilibrium model (Asian‐Pacific Integrated Model/Computable General Equilibrium) and a spatial land use allocation model (Asian‐Pacific Integrated Model/Platform for Land‐Use and Environmental Model). We found that the global advanced bioenergy potential under no policy was 245 EJ/year and that 192 EJ/year could be produced under US$5/GJ. These figures were 149 EJ/year and 110 EJ/year, respectively, under a full environmental policy. Biodiversity protection has a greater impact than soil protection due to its larger coverage and stronger implementation. Societal transformation measures effectively increase them to 186 EJ/year and 143 EJ/year, respectively, even under full environmental policies. These results imply that the large‐scale bioenergy deployment possibly needed for the climate target to limit the global mean temperature increase well below 2°C compared to the preindustrial level might face a trade‐off with environmental protection targets and that possible mitigation pathways in harmony with other environmental issues need to be explored.     

The impact of biomass crop cultivation on temperate biodiversity

The urgency for mitigation actions in response to climate change has stimulated policy makers to encourage the rapid expansion of bioenergy, resulting in major land‐use changes over short timescales. Despite the potential impacts on biodiversity and the environment, scientific concerns about large‐scale bioenergy production have only recently been given adequate attention. Environmental standards or legislative provisions in the majority of countries are still lagging behind the rapid development of energy crops. Ranging from the field to the regional scale, this review (i) summarizes the current knowledge about the impact of biomass crops on biodiversity in temperate regions, (ii) identifies knowledge gaps and (iii) drafts guidelines for a sustainable biomass crop production with respect to biodiversity conservation. The majority of studies report positive effects on biodiversity at the field scale but impacts strongly depend on the management, age, size and heterogeneity of the biomass plantations. At the regional scale, significant uncertainties exist and there is a major concern that extensive commercial production could have negative effects on biodiversity, in particular in areas of high nature‐conservation value. However, integration of biomass crops into agricultural landscapes could stimulate rural economy, thus counteracting negative impacts of farm abandonment or supporting restoration of degraded land, resulting in improved biodiversity values. Given the extent of landconversion necessary to reach the bioenergy targets, the spatial layout and distribution of biomass plantations will determine impacts. To ensure sustainable biomass crop production, biodiversity would therefore have to become an essential part of risk assessment measures in all those countries which have not yet committed to making it an obligatory part of strategic landscape planning. Integrated environmental and economic research is necessary to formulate standards that help support long‐term economic and ecological sustainability of biomass production and avoid costly mistakes in our attempts to mitigate climate change.     

长江流域农作物起源及其与生物多样性特征的关联

长江流域的农耕文明是中华文明的重要组成部分。作为世界著名的农作物起源中心之一, 长江流域拥有丰富的生物多样性, 孕育了大量的栽培植物。本文梳理了起源于长江流域的农作物的资料以及新石器时代文化遗址的植物遗存信息; 结合对长江流域的自然环境特征与全新世以来植被变化的总结, 尝试厘清长江流域对植物资源利用的动态变化, 探讨本地栽培植物与生物多样性的关联。结果表明长江流域农耕文明以稻作为最主要的生产方式, 驯化了大量果树与水生蔬菜, 反映出对本地亚热带常绿阔叶林与湿地的依赖与适应。与其他流域相比, 长江流域具有相对优越的生态要素配置, 其驯化作物类型表现出典型的亚热带湿润森林植被区特征。研究长江流域农作物驯化相关的自然与人类因素, 有助于我们更好地把握长江流域农耕文明的起源。本文不但可为长江流域植物遗传资源的保护与开发提供参考, 而且对于推进长江流域的生态文明建设和可持续发展具有指导作用。