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农业生态系统中生物多样性的综合管理、保护及展望

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农业生态系统中生物多样性的综合管理、保护及展望

目录

摘要............................................................3 生物多样性的综合管理............................................3 1．引言.......................................................3 2．生物多样性保护中农业生态系统的重要性.......................4 3．农业生态系统中生物多样性的组分和功能.......................4 农业生物多样性保护..............................................5 1．农业景观结构与生物多样性...................................6 1．1景观结构对农业生物多样性的影响..........................6 1.1.1斑块大小和空间异质性.................................6 1．1．2边界形状...........................................6 1.1.3生境连接度...........................................6 1.1.4廊道作为生境缀块间的物理连接.........................7 1.1.5景观背景.............................................7 1．2不同尺度农业景观结构对生物多样性的影响................7 1.2.1景观尺度.............................................7 1.2.2地块间尺度...........................................8 1.2.3地块内尺度...........................................8 2农业生物多样性保护的景观途径.................................9 展望............................................................10 参考文献........................................................11

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农业生态系统中生物多样性的综合管理、保护及展望

摘要：农业生态系统中生物多样性在害虫控制、土壤侵蚀防治退化环境恢复消除污染和促进养分循环等方面具有十分重要的功能，因而有效地管理农业生态系统生物多样性对于生物多样性保护和农业可持续发展极为重要。它的综合管理包括生境、物种、基因型三个层面上的工作，通过建立生境多样性和合理安排目标物种多样性来保护非目标生物多样性和遗传多样性，其工作重要性与系统内目标生物群多样性保护宜以同等重要性看待。我认为农业生态系统中，生境多样化在物种多样性保护中的作用机制，农业活动对物种多样性影响及不同农业活动下物种多样性的变化趋势，遗传多样性在抗灾、稳产、维持生态平衡的作用是今后应开展的研究重点。同时，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。

生物多样性的综合管理

1．引言

生物多样性的研究与保护是当今世界关注的热点，国际上生物多样性研究主要集中在三方面：对某个国家和地区的物种，特别是濒危物种进行全面调查，划分受威胁的等级建立信息库和建立自然保护区，濒危物种的种群，生殖和遗传等方面的生物学特性研究对生物多样性各组分，各层次进行全面研究，着重从关键地区生物多样性的变化与机制上揭示生物多样性的生态系统功能，以及人为及自然干扰对生物多样性丧失的作用机理以及生物多样性恢复途径，但这些研究目前主要在自然生态系统开展,对农业生态系统的考虑较少，农业生态系统的目标是获取产品，人们管理和关心的是目标生物，人工种植和养殖的生物，非目标生物常常人们所被控制，因而农业生态系统中生物多样性的功能，管理和保护途径常常被忽略，同时，由于农业区域是人类从事农业生产，进行着频繁农事活动的区域，不能像自然生态系统那样通过建立自然保护区的途径来管理和保护生物多样性因而必须在进行农业生产的同时实现对生物多样性的保护，对农业生态系统中生物多样性各层次，各组分进行综合管理以发挥其在维持农业区域内生态平衡中的作用。

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2．生物多样性保护中农业生态系统的重要性

农业生产区域辽阔，分布于全球各地，覆盖地球，25%，30%的土地面积。农业生产活动，如耕作，放牧，机械和化肥农药的使用等，对生物多样性产生明显的影响。在我国农业生态系统作为一个整体占据国土面积的，50%左右是从各类自然生态系统开发出来并与自然生态系重叠和交叉分布，与自然生态系统一样，农业生态系统因为跨越多种地理，气候区而表现出其复杂性和多样性，各类农业生态系统中有许多农业的边际土地，如荒地，草山，草坡和草滩，水域，农垦区湿地，小片山林地，路边，田埂等，其中许多是珍稀野生生物种相对富集的地点，作为生物多样性富集的“野生生境岛屿”保存在农业生态系统中，据调查，至少有，14个科的珍稀动物选择农区或农用边际土地作为主要栖息地各个农业地带都有森林-草原-农田动物类群，农区还是许多迁徙动物的中途站，觅食场所和临时避难所，各类家畜，家禽的野生近缘种在农牧区边际土地也有分布，此外，农区是由古代野生植物富集的地带开发出来的，所以现在农牧区边际土地上还残存有许多珍稀濒危植物种，如作为“活化石”的银杏，水杉等，大约有，290种的栽培植物的野生近缘种广泛残存在我国农区边际土地上，其中许多野生种如野生大豆，野生稻，野生茶树等都是具有世界价值的遗传资源。

综上所述，我国农业生态系统具有类型的多样性，农业上利用的物种多样性以及农区边际土地上野生物种和遗传资源的多样性，它们都是国家生物多样性极其重要的组成部分所以在考虑国家的生物多样性保护时，如果仅仅考虑各类自然生态系统而忽略农业生态系统，那等于只考虑了问题的一半，占我国国土一半的农业生态系统的生物多样性的研究和保护应该受到重视。 3．农业生态系统中生物多样性的组分和功能

农业生态系统的目标是最大程度地获取优质产品以满足人口不断增长的需要，因而其生物多样性的组分和功能与自然生态系统的有所不同。农业生态系统中，生物多样性组分包括生境多样性，物种多样性和遗传多样性，从人类生产目标的角度，生境分为人工生境和自然生境，物种可分为生产性生物种，productivity，biota，如农作物，林木，饲养动物等，其多样性对系统的生产力，稳定性起重要作用，资源性生物种，resourcebiota，如传粉昆虫，害虫天敌，微生物等，其多样性对系统内的传粉作用，害虫生物控制，资源分解，促进

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养分循环有着重要的作用，从而间接影响系统的稳定性和生产力，破坏性生物种，destructive，biota，如杂草，害虫，病原物等，影响系统生产力，是被控制的对象有关农业生态系统中生物多样性生态功能的研究，主要集中在害虫控制，退化环境恢复，消除污染和促进养分循环等方面。管理科学与系统科学研究新进展组分，传粉生物，捕食者和寄生者，草食者，非作物植被，蚯蚓，土壤中型动物，土壤小农业生态系统生物多样性功能授粉促进，基因交流，食物链与养分循环，土壤结构与养分循环，分解，捕食与养分循环种群调节，生物控制，竞争，他感，天敌保护，作物野生近缘种，养分循环，病害控制。

农业生物多样性保护

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)在地块问尺度上，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。

生物多样性与生态系统功能(如养分维持)和生态系统服务(如传花授粉、生物控制等)的关系密切，是影响农业可持续发展的重要因子。一般认为，近代集约化的农业土地利用是导致全球变化和生物多样性丧失的主要原因。但最近有研究指出，农业用地并不完全意味着高的物种灭绝率，低集约化的农业景观相对自然景观具有更高的生产力，这可能为物种(甚至是濒危物种)生存提供更多的资源。因此，重新审视农业用地在生物多样性保护中的作用。1、重视农业生物多样性保护对于生物多样性资源的完整保护以及农业可持续发展研究具有重要意义。现代景观生态学的研究显示，人类干扰导致的生境减少和景观结构的变化已成为近代生物多样性丧失的重要原因，这促进了生物多样性保护途径从传统的以物种为中心的自然保护途径向强调对景观、甚至是整个生态系统的保护的景观规

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划途径的转换，保护农业景观生物多样性的最直接的方式是改进农业措施，如改变农业耕作方式、减少化学农药施用、采用生物农药、发展有机农业等。但仅在局部尺度上改变农业措施以促进农毋景观生物多样性的方法并未获得广泛支持，原因可能是由于受到较大尺度上景观结构特征的复杂影响。因此，如何从景观角度促进农田景观生物多样性的保护是一个值得探讨的问题。本文在回顾景观生态学关于景观结构对生物多样性影响研究的一般性结论基础上，结合国内外的相关研究，对农业生物多样性保护的景观规划途径进行了探讨，旨在为我国农业生物多样性保护策略的制订提供借鉴和参考。 1．农业景观结构与生物多样性 1．1景观结构对农业生物多样性的影响 1.1.1斑块大小和空间异质性

一般情况下，大的、高异质性的斑块由于拥有多样化的环境条件以及内部与边界条件间较大的差异性而支持更多的物种。同时，斑块的大小和异质性决定物种活动空间及边缘效应作用的大小，影响生物运动的阻力和随机性，进而影响物种的迁移和生存。面积较大的斑块，有利于动物觅食和生存，面积较小的斑块则具有相反的功能，并且有可能导致物种灭绝。景观异质性的大小对于动物运动和迁移的影响主要取决于动物对各景观要素的敏感性。对于一般的动物来说，异质性高的景观适宜于更多的物种生存，但不利于动物的迁移和觅食，原因是由于物种在异质性高的景观中运动时遇到天敌的可能性较大，并且动物在运动过程中发现可利用资源斑块的可能性减小。 1．1．2边界形状

边界形状对于生物的影响与边缘效应有关，边界形状不同则边界生境和核心生境的比例不同。由于生物对边界生境和核心生境的需求不同，斑块的形状会对生物群落产生影响。边界形状也可以影响生物的运动或迁移过程，不同形状的边界上，生物运动或迁移的速度可能不同。 1.1.3生境连接度

连接度(connectivity)反映了景观利于或不利于生境缀块问运动的程度。植物和动物需要适合其运动和迁移的生境以维持种群，适宜生境的连接度决定了某些区域的通达性和不可通达性，从而限制了物种的空间分布。

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1.1.4廊道作为生境缀块间的物理连接

廊道可为生物提供繁殖场所、或者作为生物的扩散生境或障碍物或过滤器等，因而廊道的存在与否影响到景观的连接度，从而影响物种的空间分布。但廊道所能提供的功能受廊道结构、廊道在景观中的位置以及生物的生物学特征等影响。一般认为，廊道能减少甚至抵消由于生境破碎化对生物多样性产生的负面影响，正确的设计和运用廊道是破碎化景观中物种管理的一种有用而又有效的手段。

1.1.5景观背景(1andscape，context)

景观背景指周围景观的特征，包括周围景观的组成状况、异质性等。景观背景对局部种群有显著影响，即局部生境中生物多样性的状况不仅受局部生境特征的影响，也受周围景观特征的影响。

1．2不同尺度农业景观结构对生物多样性的影响

农业景观可被视为具有高水平生物多样的生境岛屿植入到集约化利用的农业用地之中的景观。基于一般认识，研究者从不同尺度进一步深入研究了农业景观结构对生物多样性的影响。 1.2.1景观尺度

景观尺度上，自然、半自然生境等非农作性生境的存在与否及其比例对农业景观中生物多样性状况具有重要影响。农业景观中高比例的非农作性生境的存在能够增加农业景观中物种数量。不同的土地利用类型／生境类型(包括不同的农业用地类型)往往具有不同的集约化程度，对应不同的物种组成和多样性状况，如集约化程度较低的小麦／玉米轮作地中步甲(Carabidae)群落的多样性显著高于集约化程度较高的棉花地。一些物种已经适宜农业生境的条件而仅仅出现在农业用地中。景观尺度的异质性、生境多样性对物种的多度有重要影响，如范围内蝴蝶的多度与景观异质性呈正相关，范围内生境的多样性对应较高的云雀多度，作物中广食性昆虫的多样性随生境多样性的增加而增加口引等。廊道的保留和建设对农业景观物种多样性的保护具有重要意义。廊道的存在可使破碎化的景观得以连接从而减少物种灭绝，其可以为农业景观中小型哺乳动物等多种生物所利用。同时，廊道对景观连接度有显著影响，其组成物质、宽度、形状、长度都将影响景观连接度的水平，而农业景观的连接度又是决定物种空间分布和多样性的

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重要因素。 1.2.2地块间尺度

在地块间尺度上，生境的异质性、连通性是影响农业生物多样性的重要因素。作物的多样化可维持较高的田间生物多样性，如周围为多种种植作物的白菜地中植食性昆虫和捕食性昆虫的多样性均高于单一种植的白菜地。非农作性生境，包括农田边界、灌木带、林地、水塘、沟渠和休耕地等的保留能够满足农田生物持续存在的多种需求，包括为农田生物提供物种源、避难所、繁育场所和迁移的廊道等，从而实现农田景观物种多样性的保护。其中，研究和探讨最多的非农作性生境是农田边缘带(field，margin)，它是由具有一定结构的农田边界(field，boundary)如树篱、围墙、草本植物覆盖的田埂或沟渠所构成，通常是一些带状边界，其对农业景观物种多样性的保护和恢复具有显著效果弧驯。农田边缘带可以是杂草、草地、灌木、林地、水生群落或这些植物群落复合体所构成的半自然地带，也可以是人工播种的不同植被群落构成的带状区域。不同植被结构的农田边缘带的物种多样性和群落结构存在差异。此外，农田边缘带的位置对于其所能起到的作用具有重要影响，如与林地连接的农田边缘带通常能够维持较多的林地物种，而与道路相连接的农田边缘带可能会起到隔离生境的作用；农田边缘带的宽度对其功能也有重要影响，如在耕地边缘引入人工播种的农田边界时，边界宽度只有≥3才能够有效地减轻肥料和杀虫剂等漂落物的影响并且为生物创建新的栖息地。 1.2.3地块内尺度

地块内种植作物的结构对于农田生物多样性同样具有重要影响。农田内部的植被密度可能影响农田内物种的分布，如一些鸟类和野禽在密集的植被中筑巢和觅食以防止被捕食者发现，而珩科鸟和云雀则选择植被相对稀疏的开阔地，因为它们可通过对捕食者灵敏的提前感知来躲避捕食者，但这些物种也可能在发现捕食者之后利用密集的植被来躲避捕食者。地块内植被缀块的分布是否有利于物种的筑巢和取食同样很重要，如一些晚成雏的鸟类在筑巢期通常只在以巢穴中心的附近区域取食，这就需要周围分布一些食物丰富的缀块，以保证这些鸟类能够取得足够的食物，而过度破碎化的景观则会使这些物种由于需要在多个缀块间进行觅食从而导致种群变得不可持续。地块内植被的异质性同样影响物种的多样性。

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均一化的植被可能使物种更容易暴露给天敌物种，增加其被捕获的机会，也可能增加农田病虫害爆发和传播的机会。而异质性的增加则可能有利于地块内物种多样性的维持，如地块内作物的间作、套作、轮作和混作等措施。一方面多样化的种植作物可以吸引和维持更多的物种而直接起到增加地块内物种多样性的作用，如在与向日葵间作的有机蔬菜地中，食虫性鸟类的平均多度显著高于没有间作的有机蔬菜地㈨；另一方面则有利于农田杂草、虫害的控制，从而减少化学农药的施用，对生物多样性可起间接的保护作用。 2农业生物多样性保护的景观途径

关于景观结构对于生物多样性影响的认识被广泛应用于自然保护区设计规则及其实践中。随着对农业生物多样性保护重要性的认识以及单一物种保护向生境多样性保护观点的转变，如何通过合理规划农业景观结构、实现农业景观生物多样性保护已成为亟待解决的重要问题。在景观尺度上，通过构建多样化、异质化的景观有利于生物多样性的保护。主要途径有：保护非农作生境，注意自然、半自然生境的保护并维持其在景观中的较高比例；注意农业用地以及种植作物类型的多样化，防止集约化生产导致的过度均一化景观；注意树篱、河流等有利于生物迁徙和运动的廊道的保护和建设，保持农业景观的连接度，防止生境隔绝导致的局部种群灭绝。同时，由于不同类型农业用地的生物多样性状况不同，合理规划农用地类型或农用地类型之间的转换有利于农田景观生物多样性的保护，也是景观尺度上农业景观生物多样性保护需要考虑的重要途径。在地块问尺度上，通过构建带状非农作性生境连接不同的地块、构建形成高异质性的农田镶嵌体已成为有效的景观途径，尤其是构建农边缘地带在欧洲地区得到了高度重视和广泛应用，如德国和荷兰的自然保护计划都极为重视农田边界的管理，采用多种措施鼓励农民建立农田边界。目前，欧洲国家已成功地建立了多种类型的人工播种的农田边缘带，包括播种的多年生草地、草地和野生开花植物的混生植物带、野生开花植物和自然再生植物的混生植物带等。在规划农田边缘带以实现农田生物多样性保护为目标时，有必要根据实地情况，合理地规划农田边缘带的植被构成、位置和宽度等因素，这些因素对其多样性保护功能具有重要影响。此外，地块间种植作物的多样化也是促进田间较高生物多样性的重要景观途径。在地块内尺度上，景观结构对于生物多样性的影响主要体现为由种植作物结构、种植作物缀块

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空间分布、种植作物多样性所导致的空间异质性对生物的影响。因此，在地块间尺度，可通过规划种植密度、作物的空间分布以及采取间作、套作、轮作、混作等种植方式，以实现物种多样性的保护和农田系统。

农业生物多样性保护的景观规划途径的稳定性。如在冬小麦地中保留没有条播的缀块或增加播种行距，使云雀在繁殖季节的大部分时间内能够成功地筑巢和取食，从而提高其在农田景观中的密度。朱有勇的研究表明，水稻多品种多作物混栽技术不仅在同一区域实现了生物多样性，挽救了一批濒临灭绝的传统品种，而且减少了水稻病害发生，可极大地减少化学农药的使用量，在某种程度上减少了化学农药对其他生物的危害。

展望

上述规划措施的实施和应用，一方面需要对农业景观中景观结构对物种多样性的影响作用作进一步深入细致的研究，为景观规划策略的制定提供科学研究基础。现有的研究主要为规划途径的实施提供宏观尺度的指导，在规划的具体实施过程中，在各个尺度上仍然有许多需要深入探讨的问题，如在区域和景观尺度，在人口压力增加的情况下，要同时实现保障农业生产用地和保护生物多样性的目标，自然、半自然生境的比例应当保持多少?在地块间尺度，如何根据实地情况确定非农作生境的类型、植被配置及空间位置?在地块内尺度上，种植作物的密度空间配置该如何确定等。另一方面，上述规划措施的实施和应用，尤其是景观尺度和地块间尺度上规划措施的实施和应用离不开宏观政策的制定和指导，包括制定区域和景观尺度的自然保护计划和土地利用规划以及与此相关的实施和鼓励措施。以欧洲为例，欧盟各成员国强制性地要求实施农业环境计划(environment，Schemes)，以扭转由于集约化农业生产导致的动植物物种的丧失。尽管这一计划实施的目标在不同国家和地区存在差异，但所有的国家和地区都制订政策对采取有益的管理措施(对特定生境或生物而言)的农民进行补偿：1992—2003年间，欧盟15国累计投入约24亿欧元用于农业环境计划；英国农业渔业食品部发起了一项农用地管理引导项目(Arable，Stewardship，PilotScheme，ASPS)，引导农民在可耕地中构建一系列生境类型，以提高可耕地中的生物多样性；为履行在1992年签署的“生物多样性行动计划”(Biodi。versity，Action，

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Plan，BAP)中的承诺，英国还制订了一系列“栖息地行动计划”(Habimt，Acdon，Hans)，以确定哪些物种和栖息地具有全国性的保护价值，其中就强调了农田边界、树篱等非农作生境的建立和保护对区域生物多样性保护的重要作用。在我国，尽管生物多样性保护得到了政府和各界的重视，对农业生物多样性保护的重要性也有所认识，但现有的生物多样性保护规划和政策主要针对自然保护区的规划和珍稀物种的保护。在集约化生产条件下，尽管防风林带、田埂等一些半自然生境的存在以及传统间、套、轮作方式的运用在一定程度上有利于生物多样性的保护，但由于缺乏针对性和目的性，其生物多样性保护的效应还有待探讨。通过景观规划途径实现生物多样性的保护及相关政策措施的制定尚鲜有报道，有待进一步的研究。

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