农户生态系统结构的优化

一、前言农户是组成宏观农业生态系统的基本子系统。显然,优化农户生态系统结构、强化其功能是我国生态农业研究、建设的重要内容和立足点。近年来,各种模式的生态农户大量涌现,更有必要定量分析和定量优化农户生态系统结构,并进一步提出农户生态系统定量优化的一般原理,探索其优化的基本方法。为此,笔者     

干扰与生态系统演替的空间分析

演替不光是生态系统在时间序列上的替代过程,而且也是生态系统在空间上的动态演变。演替的空间属性有演替系列的格局、范围、尺度、演替方向和速率、稳定的程度、多样性、以及在自然和人为干扰下的恢复等。干扰破坏了生态系统的稳定性,形成生态系统结构和功能的破损,使生态系统处于一种过渡状态。但是干扰也是生态系统演替的外在驱动力,自然的和人为的干扰引起的生态系统的对称性破缺,推动了系统的进化和演变。外界因素作用于生态系统的干扰因子包含了很多种类,如火、风倒、洪水、病虫害、人类活动等。干扰的属性有范围、频度、季节、强度、损害度、返回时间和循环周期。讨论了这些干扰的类型和生态系统演替所具有空间的特征,并且介绍了干扰和生态系统演替空间分析常用的方法,如空间解绎和辨识、空间统计分析、空间格局分析和地理信息系统的空间分析、以及空间模拟。利用了一些典型的实例来深入阐明空间分析在干扰和生态系统演替中的应用。利用美国加利福尼亚北部火干扰的历史和空间分布的记录,进行了火干扰的空间分析的研究;用Spies等在美国俄勒冈州西部1972～1988年的多时段的变化的实例说明了收获干扰的影响;利用俄勒冈州东部山地的主要两个虫害(山地松树甲虫(Mountain Pine Beetle)和云杉蚜虫(Spruce Budworm))22a的数据分析了病虫害干扰的空间分布格局及其与海拔、温度、降水和植被类型的关系。在生态系统演替的空间分析方面,以美国俄勒冈州西部的历史和现实植被演替格局的分析为例,讨论了如何利用空间分析方法研究区域尺度生态系统的演替,同时比较了历史和现实植被的空间格局指数的变化;用两个实例来说明空间分析在辨识大陆和国家尺度生态系统变迁中的应用,一个是美国原生的老森林(Old～growth)植被从1620年到1920年,300a的空间格局变化,另外一个是加拿大植被从1600年到2000年,大约400a的空间分布变化。最后,对生态系统演替的空间分析的一些重要问题作了探讨,例如：空间分析可否帮助确定地带性顶极群落;如何将外貌与成分结合更好地识别生态系统演替的空间格局与演变趋势;以及如何利用空间分析研究由于人类活动干扰加剧所造成的生态系统自然演化规律的异化。     

中国不同气候带植被挥发性有机化合物通量与生态系统演替的相关性

从群落水平和生态系统演替的角度对中国热带,亚热带和温带生态系统植物挥发性有机化合物（VOC）通量的研究表明,异戊二烯通量呈现出在生态系统演替的早期到中期阶段随着演替的的进行而升高,在先锋性灌木和乔木阶段达到高峰,然后又随着演替的发展而逐渐下降的演替格局,而其他VOC通量则有随着演替的进行而上升的趋势。生态系统不同演替阶段异戊二烯通量的变化可能与植物获取养分氮有关,根据植物VOC释放通量的生态演替格局,可以建立全球陆地生态系统的VOC模型,对大气化学过程中的VOC时空动态进行很好的模拟。     

试论生态系统与生物体之间的全息关系

提出生态系统与生物体之间存在全息关系的观点,并认为生态系统与生物体都具有保护、支撑、运动、同化、呼吸、循环、排泄、繁殖和调控功能,生态系统的次生演替与生物体的再生修复过程存在着共同点。根据全息胚重演过程中的滞育性、可简化性,可以对生态演替的多方向、多途径问题作出新的解释。     

土壤养分循环实地采样调查方法

讨论了一种在区域尺度上研究生态系统中土壤养分循环的样区采样及调查方法.即在满足土壤养分循环研究所要求的代表性、重现性、随机性及时间性等原则的基础上,利用地形图及航空照片等资料,在区域中选定合适面积和数量的样区后,在各样区内按统一标准采集土壤和植物样品.考虑区域土壤养分循环受自然环境条件和社会经济条件等因素的制约,野外采样过程中有必要对采样单元的实地情况进行调查记载,并就样区内所有农户的基本状况、种植业结构及肥料投入等有关土壤养分循环的影响因子进行农户调查.对我国亚热带农业生态系统中土壤养分循环进行了案例研究,探讨了该采样调查方法在土壤养分循环研究中的应用.     

气候变化对森林演替的影响

森林演替是森林生态动力源驱动下森林再生的生态学过程,自20世纪初建立群落演替理论以来,演替研究成为生态学研究中的热点．客观准确地认识森林演替规律,研究森林演替动力学机理及其模型,是科学管理森林生态系统的需要;对于天然林保护工程与森林植被的恢复重建,具有重要的理论与实际意义．干扰是森林循环的驱动力,导致森林生态系统时空异质性,是更新格局和生态学过程的主要影响因素．它可改变资源的有效性,干扰导致的林隙是森林循环的起点．回顾了目前演替研究的几种方法,即马尔科夫模型、林窗模型(GAP)、陆地生物圈模型(BIOME)和非线性演替模式．介绍了气候变化对森林演替的影响;并在已有成果的基础上,提出了目前研究存在的问题及未来的发展方向．     

辽宁西部低山丘陵区植被恢复研究：基于演替理论和生态系统退化程度

在对辽宁西部地区植被演替分析的基础上,选用不同演替阶段的生境指标,应用聚类分析方法,定量确定了辽宁西部低山丘陵区退化生态系统的退化程度．在辽宁西部地区,南刘杖子林场的天然栎林、天然油松林、杨栎林、牛河梁和欺天林场坡地的人工油松林与天然松栎林的平均相异系数分别为0．655、0．665、2．029、3．919,综合反映了其在生态系统演替／退化中的相对位置．研究表明。辽宁西部低山丘陵区现有油松林(阴坡)立地大多已退化到灌木林和先锋乔木林之间的演替阶段,并且接近于先锋乔木林阶段;建议在现有人工林经营改造或营造混交林时,应适当增大灌木树种和先锋乔木树种的比重．     

生态系统碳氮磷元素的生态化学计量学特征

生态系统元素平衡是当前全球变化生态学和生物地球化学循环的研究热点和焦点.在系统介绍生态化学计量学与碳氮磷元素循环研究进展的基础上,重点从土壤C:N:P化学计量比的分布特征、指示作用、对碳固定的影响,以及人类活动对C:N:P比的影响等方面探讨了C:N:P比在养分限制、生物地球化学循环、森林演替与退化等领域中的应用等问题,并展望了生态系统碳氮磷平衡的元素化学计量学未来研究的发展方向.通过对生态化学计量学理论和方法的研究,可以深入认识植物-凋落物-土壤相互作用的养分调控因素,对于揭示碳氮磷元素之间的相互作用及平衡制约关系,为减缓温室效应提供新思路和理论依据,具有重要的现实意义.     

内蒙古典型草原生态系统健康评价

以草原生态系统中的植物-土壤-大气界面的关键生态过程为基础,结合典型草原生态系统的群落特征及其退化演替模式,并考虑水分因子的限制作用,在确定生态系统健康评价模式(参照)系统和基况评价指标的同时,建立了典型草原生态系统健康评价的CVOR综合指数的计算模型和方法.通过分析放牧压力和围封保育对内蒙古典型草原生态系统健康的影响,检验了CVOR综合指数的可行性,可为草原生态系统健康管理提供一个综合、简单、准确、宜行的评价方法.     

植物根构型的定量分析

植物根系具有锚定植株、吸收和运输土壤中的水分及养分、合成和贮藏营养物质等重要功能。根构型是根系在土壤中的空间造型和分布。对植物根构型进行定量分析,有助于人们了解根系结构和根系功能在生态系统中的重要作用。本文对植物根构型的概念及其定量分析研究进展进行了概述,并介绍了植物根构型的主要研究方法和定量分析技术。     

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。     

洞庭丘岗平原区农村鼠类群落演替的观察

本文描述和分析了洞庭丘岗平原区鼠类群落的演替趋势及演替原因。80年代以前,该地房舍区鼠类群落组成以黄胸鼠及小家鼠为主,种群数量均较低。80年代初期,种植业、饲养业大发展,农户贮粮及防鼠设施未跟上,致使褐家鼠数量激增。80年代中后期,贮粮和住房条件改善,并经常使用敌鼠钠盐灭鼠,褐家鼠的种群数量下降,室内鼠类组成正向以小家鼠为主的方向演替。80年代初期农田区褐家鼠的比例亦上升,中期回归到以黑线姬鼠为主的状态。预测今后小家鼠和黑线姬鼠的比例将进一步上升,成为今后主要防治对象。     

Path finding methods accounting for stoichiometry in metabolic networks

Graph-based methods have been widely used for the analysis of biological networks. Their application to metabolic networks has been much discussed, in particular noting that an important weakness in such methods is that reaction stoichiometry is neglected. In this study, we show that reaction stoichiometry can be incorporated into path-finding approaches via mixed-integer linear programming. This major advance at the modeling level results in improved prediction of topological and functional properties in metabolic networks.     

Seventeenth century organic agriculture in China: II. Energy flows through an agroecosystem in Jiaxing region

The energy flows in a seventeenth century agroecosystem in Jiaxing region of eastern China were analyzed on the basis of historical data. The agroecosystem included cropping, mulberry-silkworm, livestock, and fishing systems. In terms of energy, the agroecosystem was sustainable. Human labor provided all the power with inputs of about 3700 hr per hectare of farmland. Most or 70% of the labor was expended in the cropping system. Human and animal manure provided most of the nutrients for crop and mulberry production. About two-thirds of the total manure was used in crop production and one-third in the mulberry plantations. The only fossil energy input was a few hand tools. Approximately 55% of the grain was consumed directly by local residents, about one-third of the grain was used to make an alcohol drink and produce distillers'grains, which was fed to pigs, and only 2% of the grains were exported outside the agroecosystem. About two-thirds of the harvested crop residues were used as household fuel, while the remainder was returned to the field as an organic fertilizer. Pork accounted for 85% and silk cocoons 14% of the total animal products produced. Even though the agroecosystem was generally sustainable in terms of energy, the major environmental problem was that two-thirds of the harvested crop residues were used for household fuel. This reduced nutrient cycling in the system. Insufficient land was available to produce fuelwood;thus, crop residues were the primary source of fuel for the people.     

An improved integrated pest management model under 2-control parameters (sterile male and pesticide)

The object of the present paper is to study an integrated pest management (IPM) problem in an agroecosystem (paddy-fish culture) through mathematical modeling and analysis, where release of sterile males and spraying of pesticide have been used as control measures for pest population. Using optimal analysis of the model, we have shown that restricted and proper use of control measures might enhance the crop production of the system in an economically viable way. The paper also considers the vulnerability of the underlined ecosystem due to the effect of temperature on the pest growth. Using Liapunov-like function, we have found out a suitable range of temperature, where this IPM strategy remains effective. Some important remarks have finally been made on the basis of numerical simulation.     

旱地不同种植制度下农田生态系统的结构与功能分析

农业生产是一个利用太阳辐射能的系统。依靠农田生态系统,提高其对物质与能量的转化效率,就能提高单位面积产量。农田生态系统功能效率的高低与它的结构状况密切相关。因此,研究调节农田生态系统结构是很重要的。因为系统的结构决定着系统的整体功能。从世界农业发展史看,农田生态的结构总是由简单趋向复杂,经营由粗放走向精细,产量则逐     

张庄村农牧渔复合生态系统功能

本文采用定位试验系统测定分析方法,在江苏省吴县黄桥乡张庄村科学基点,研究了太湖地区典型的农牧渔复合生态系统的结构和功能,建立了能流、物流和价值流模型,提出了改进系统功能的实际措施。 试验表明,在次级生产过程中有32—51％的氮,68—81％的磷,16—81％的钾和20％的有机质得到回收而投入生物再循环,从而改善了土壤条件,提高了农田的投能转换率和产量水平,节约了资源。这对缓和钾素和磷素供应不足的矛盾具有重要意义。 在农牧渔复合结构中,养鱼池塘3—11月的净初级生物量为8,280公斤/公顷。约为稻麦二熟生物量的三分之一。利用鱼池埂和田埂沟岸可收获青草,相当于每公顷农用地增加了800公斤生物量。 系统分析表明,一公顷高产农田(年产量194×10~9焦耳能量)的产量可生产2,544公斤猪肉或2,538公斤鱼肉。一公顷鱼池(年产鱼7,500公斤)需要1公顷农田提供饲料。一个养鱼或养猪劳动力需要使用1.3公顷农田产出的饲料。 计算机模拟单纯的农业、牧业、渔业和农牧渔复合四类系统50年净产值的变化,以净产值的变异系数作为量度,证明农牧渔复合系统的稳定性最高。 本文还通过模型分析讨论了农牧渔复合生态系统存在和发展的条件。     

苏南地区农村工业对农业生态系统作用的系统动力学模型

以江苏南部农村工业发达地区的吴江市为研究范例,采用系统动力学模型模拟分析方法,分析农村工业发展对农业生态系统的影响。结果表明,农村工业的发展对农业生态系统有正负两方面的影响,正影响表现为提高农民收入、增加农业投入、转移农村劳力等;负影响表现为导致耕地减少和环境污染等。农村工业实力增强后,若其产值利润以一定的比例用于发展农业和治理环境,将能减弱或避免农村工业给农业生态系统带来的负影响,达到农村工业与农业的协调发展。     

Spiders as biological controllers in the agroecosystem

In this paper, we propose a general model consisting of insects, pests and spiders interacting in an agroecosystem included in a typical homogeneous rural landscape, characterized by a continuous mosaic of cultivated land and a few small patches of grasslands and small woods bounding the fields. The model is general enough to show all the phenomena observed in the agroecosystem. The role of the spider population as a biological controller in the agroecosystem is particularly emphasized. Human intervention by means of pesticide spraying and its relationship with the biological pest controllers is also accounted for.     

丛枝菌根养分吸收和转运机制的研究历史与进展

丛枝菌根真菌(AMF)在土壤生态系统中分布最广且在农业生态系统中作用最大,是颇受研究人员关注的一类菌根真菌。多年来,人们尝试着用各种技术和方法从不同角度、不同层次对AMF与植物的互惠机制进行研究并取得了较大进展。近年来分子技术在该领域得以广泛应用,使得人们对这一共生体的互惠机制有了更为详尽的了解。从营养学角度入手,综述了国内外关于丛枝菌根(AM)真菌对土壤中养分吸收和转运机制的研究进展,并在概括当前AMF促生机制研究热点的基础上对其发展前景作了展望。