生物多样性保护与农业的可持续发展

生物多样性( biological diversity) 是一个内涵很广的概念, 通俗地说, 生物多样性就是地球上植物、动物、真菌、原核生物等所有的生物及其与环境形成的生态复合体, 以及与此相关的各种生态过程的总和。生物多样性包括多个层次或水平, 如基因、细胞、组织、器官、种群、物种、群落、生态系统及景观等。每一层次都具有丰富的变化, 即存在着多样性, 其中研究较多、意义较大的主要有4 个层次, 即遗传多样性、物种多样性、生态系统多样性和景观多样性。生物多样性是人类社会赖以生存的基础, 是农业可持续发展的物质前提。但是目前由于人类不合理的农业生产活动, 造成农业生物多样性急剧减少, 如果不采取有效措施, 农业的可持续发展就不可能实现。本文从生物多样性的现状出发, 总结了生物多样性与农业发展的关系, 概述了农业生物多样性减少的原因, 并依据生态学原理, 提出保护农业生物多样性的措施,以促进农业可持续发展。
一、生物多样性的现状
地球上自出现生命以来, 经历了约三四十亿年漫长的进化过程, 现今生存着500- 5000 万种, 这个数字只是地球上曾经生存过的生物的极小一部分。目前, 由于人口膨胀、工业发展、森林面积锐减、湿地干枯、草原退化、土地沙漠化及环境污染等因素, 大批生物物种灭绝, 生物多样性急剧丧失。
中国地处欧亚大陆东南部, 其气候多样, 地貌类型丰富, 是世界上生物多样性最丰富的国家之一。高等植物种类约有3000 种, 位居世界第三位。生物多样性具有特有性高、珍稀和孑遗植物较多、生物区系起源古老和经济物种很丰富等特点。农业地区生物多样性是全球生物多样性的重要组成部分, 农业栽培、繁殖及野生生物物种种类繁多, 其物种和生境类型具特有性。随着传统农业向现代农业的转变, 农业土地过度开发和不合理利用, 农业生态环境污染、过量采集等因素, 农业地区的生物多样性急剧减少。主要表现为: 自然生境的丧失和破碎化, 大量动植物物种濒临灭绝; 农田物种稀少, 结构和功能单一化, 致使某些农业物种的专化性增强, 对病虫害的防御能力和对环境变化的适应能力减弱; 农业生态环境污染严重, 农药残留破坏土壤微生物和土壤动物分解,改变土壤生态系统的结构和功能; 生物资源不合理利用, 导致野生动植物物种逐渐减少。
二、生物多样性是农业可持续发展的必要前提
1、生物多样性为人类提供了基本食物
人类曾使用过约5000 种植物作为食物, 其中150 种进入了商品市场, 约30 种成为粮食作物。各种家畜家禽和水产品, 都是从野生动物经过不断驯化、改良而来的。实践证明, 维持生物多样性特别是保护野生动物非常重要。因为经过驯化的品种到一定时候, 原有的优良性状将发生改变甚至退化, 因而必须从野生种类中找出好的品系与原有品种进行杂交复壮。
2、农业生态环境中的众多生物是维持农业持续发展的基础
中国稻田景观内有蜘蛛23 科109 属373 种, 全为捕食性。稻田植食性昆虫624 种、其它动物71 种,常见的为害种类在局部造成较大损失的仅65 种昆虫、2 种植食螨和9 种鼠类, 约占总数的11%; 而普遍发生且为害严重的仅5 种, 约占总数的0.72%; 另有天敌1303 种, 其中节肢动物1187 种, 对抑制绝大多数植食性昆虫种群起了巨大作用。
3、生物多样性与医疗保健有密切的关系
大部分药物都来源于种类多样的植物、动物和微生物, 并一直延续至医药事业发达的今天。目前所有药品配方的一半来源于野生生物。在美国, 这些由野生生物制成的药品或药材的商业价值达每年140亿美元; 全世界这些药物的商业总价值每年超过400亿美元; 超过3000 种抗生素来自微生物。许多人工合成药品也首先是从野生物种中发现的。
4、生物多样性为人类提供了众多工农业原料
如木材、纤维、橡胶、油脂、饲料、淀粉、蚕丝、皮器具等等。现代工农业还需要开发更多可更新的生物资源, 以作为原材料和新型能源, 生产“生态美”产品。
5、生物多样性的巨大环境效应或生态价值
生物多样性对稳定和改善环境, 起着不可估量的作用。具体表现为: 第一, 保护水源, 防止水土流失, 减轻自然灾害的为害程度。大面积的森林和植被既能保蓄水分, 又能调节水分和湿度, 维持着自然界的水循环。因此, 保护森林和植被也间接地保护了农业生产的根本———土地及物种和生态系统多样性。从某种意义上讲, 常见的自然灾害除了发自地下的地震等灾害外, 山体滑坡、洪涝、干旱、风沙暴、沙漠化等均是由于生物多样性减少所致。第二, 防风固沙, 调节气候。森林还能降低年平均温度, 缩小年温差和日温差, 减缓温度变化的剧烈程度。第三, 绿色植物以及大量的微生物可吸收和分解环境中的有机废物和污染物, 起到净化环境、减少污染物毒害作用。
生物多样性是维持生态平衡的关键因素。生态平衡是生态系统中生物种群的组成和数量比例, 以及系统能量和物质流动保持相对稳定的状态。在生态系统中, 多样性的生物种类及这些种类之间以食物链、网的形式以较稳定的比例关系存在着, 是生态平衡的前提条件。研究表明, 生态系统具有一定的维持生态平衡的自动调节能力, 而这种调节能力的大小主要取决于生物多样化的程度。一般情况下, 生态系统的类型越多, 其内部生物种类越丰富, 由各种生物构成的食物链也越复杂多样。因此, 其能量的流动和物质的循环可以通过多渠道地进行。
三、农业地区生物多样性减少的原因
农业生态系统属于人工生态系统, 由自然生态系统开发转化而来。自然生态系统开发成农业生态系统的过程中, 生物多样性经历了第一个丧失高峰。近几十年来, 随着我国人口的增长、工业化进程的加快、城市的扩张以及交通用地的增加, 耕地面积持续减少。在这样的状况下, 还要保持粮食产量稳步提高, 以满足社会发展的需要, 传统农业势必迅速向现代农业转变。一方面要千方百计地提高现有耕地的粮食产量, 主要措施是精耕细作, 推广高产农作物品种, 大量使用化肥农药等化学物质。另一方面是开垦荒地, 如近30 多年来全国开垦荒地0.34 亿hm2。等于历代开辟耕地总面积的1/3。荒地、坡地、盐碱地、河漫滩等半自然生态系统相继被开发利用, 野生生物的栖息地大面积消失, 这是农业地区生物多样性迅速减少的首要原因。其次, 随着农业集约化生产过程的推进, 多样化的种植结构趋向单一化, 一些优良高产抗病性农作物新品种得到大面积推广, 物种内的大量基因丢失, 造成遗传多样性的丧失。此外, 农药、化肥、除草剂等人工合成物质的普遍使用, 工业“三废”大量流入, 使得农区生态环境日趋恶化, 生物多样性受到极大威胁。
四、生物多样性维持机制
1、环境随时间变化的非平衡概念, 认为干扰有利于竞争力弱的物种, 中等程度的干扰使多样性最高, 它允许更多的物种入侵和建立种群。干扰可打开断层, 物种在不可预测的环境中对环境的侵占是随机的、抽彩式的, 对资源的占领也是没有规律的。因此, 任何物种都有可能在竞争中存在, 实现共存。
2、生态位分化概念, 环境的空间变化引起物种的不同结合可能是由于对不同栖息地的偏好, 也为逃避来自其他物种的竞争排斥提供可能性。
3、群落交错区和边缘效应现象, 群落交错区是一个过渡地带, 由于其环境条件比较复杂, 植物种类往往更加丰富多样, 从而能更多地为动物提供营巢、隐蔽和摄食条件。在这种群落交错区中生物种类和种群密度增加的现象, 叫边缘效应。
4、空间异质性学说, 环境越复杂越多样, 即异质性越高, 则其动物和植物的区系就越复杂。
5、竞争学说, 在气候温和而稳定的地区, 生物之间的竞争则是物种进化和生态位特化的动力。
6、强胁迫- 弱胁迫机制, 由于强胁迫环境中的物种竞争程度较小, 因此, 比较优越的弱胁迫环境能容纳数量较多的物种共存。
7、聚集分布与物种多样性的维持机制, 种内竞争强于种间竞争时, 即使没有生态位分离, 共存也可以实现。在自然群落内物种总是以种群聚集分布形势出现( 种子扩散或克隆特性导致) , 荒漠草原的种群斑块现象更明显。
五、农业生物多样性保护措施
生物多样性一般包括遗传多样性、物种多样性和生态系统多样性3 个层次。遗传多样性也就是基因的多样性, 是生物多样性的本质。物种多样性是衡量生物多样性的基本尺度, 它包括物种的丰富度与均匀度, 可用不同的物种多样性指数测度。生态系统多样性是维持生物多样性的根本保证, 只有生态系统多样性才能保证物种多样性, 进而保证遗传多样性。所以, 维护生态系统的多样性, 尤其自然生态系统的多样性是保护生物多样性的根本途径。
对一个地区农业耕作系统的管理涉及多种因素, 根据现有的生态学理论和研究成果, 采取下列措施可望提高农业生物多样性。
第一, 依据群落交错区产生边缘效应的现象, 农田边界在保护生物多样性方面有非常重要的作用,它包含了树篱、防护林、草皮( 带) 、墙、篱笆、沟渠、道路、作物边界带等要素, 且为节肢动物提供了多样、稳定的栖息地和越冬地, 增加了农田中节肢动物的多样性和相邻农田生物多样性。此外, 要根据不同地区的自然条件搞好农业规划, 因地制宜, 农林牧副渔要全面发展, 多点开花, 相互镶嵌, 形成多元化的生态系统格局, 制造出丰富的生态过渡带, 增大边缘效应。
第二, 根据空间异质性学说, 种植结构要多元化、立体化, 合理安排作物的时空格局( 不同作物混栽) , 采用轮作、快熟品种、休耕等措施, 进行间断性单作。避免单一化的农业种植结构。研究表明, 多样化的农田生态系统比单一系统具有更为丰富和多样的害虫天敌, 从而抑制害虫发生, 进一步提高农田边界生物多样性保护功能。而不同作物品种或品系的混栽, 也可提高作物的遗传多样性。
第三, 要大力保护农业地区内人类扰动强度低的半自然生态系统, 如荒漠、河漫滩、沟渠、农田边际、道路两旁的野生或半野生生境。这些地方的生物多样性较高, 尤其是在平原农业地区, 它们成为农田“海洋”的“孤岛”, 应予以格外保护, 对以前不适当开垦的荒地、草地、坡地逐步退耕。
第四, 减少农药、化肥、除草剂等人工合成化学物质的应用, 农药是影响农业地区生物多样性的最重要因素之一, 在喷洒的农药中, 真正对病虫害起作用的农药仅占喷施量的0.1%, 其余的99.9%进入到大气、水体和土壤中, 对农业地区内动物、植物和微生物的多样性产生巨大影响。所以要严格控制农药的使用, 推广少耕或免耕制度, 走“以虫治虫”的病虫害生物防治道路。此外, 化肥的大量施用可导致土壤微生物的多样性的减少, 引起一系列的生态问题, 要大力推广秸秆还田, 充分利用农家肥和种植绿肥作物, 培育土壤肥力, 减少对化肥的过分依赖, 提高土壤中的生物多样性。
第五, 保护农业生态环境, 在控制内源污染物的同时, 还要控制“工业三废”等外源污染物对农业生态系统的污染, 我国的河流污染状况非常严重, 用污水灌溉农田不仅降低农区的生物多样性, 还对农作物的品质和食品安全产生很大影响。
第六, 大力发展有机农业, 一些研究者认为, 有机农业不仅在理念上而且在实践上, 都有助于促进农田生物多样性的维持和保护。
第七, 在更大的地区发展和推广生态农业, 生态农业是指在经济和环境协调发展的原则下, 总结吸收各种农业生产方式的成功经验, 以生态学、经济学理论为依据, 运用现代科技成果和现代管理手段, 在特定区域内所形成的经济效益、社会效益和生态效益相统一的农业。它吸收传统农业的精华, 借鉴现代农业的生产经营方式, 以可持续发展为基本指导思想, 以保护和改善农业生态环境为核心, 通过人工设计生态工程, 不断调整和优化农业结构及其功能, 实现农业经济系统、农村社会系统、自然生态系统的同步优化, 促进生态保护和农业资源的可持续利用。因此, 按照生态系统管理概念建立起的生态农业, 是既能通过高产和有益的耕作制度提高农作物产量和改善农村生活, 又能保护野生动物和为其他脆弱的生态系统服务的农业, 必将成为农业发展和保护生物多样性的一个核心战略。
六、结语
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。生物多样性具有重要的生态作用, 合理的生物多样性有利于通过生物防治以控制有害生物的发生, 有利于通过调节土壤生物的活动以实现营养的优化循环和保持土壤肥力, 有利于通过整合和发挥各种因素的作用以减少外部投入、节约能量和作物持续高产。
可持续农业的主要策略就是改造和恢复农田生物多样性。在生产实践中, 关键是辨别能够维持和加强生态系统功能的生物多样性类型, 以便确定并采用那些能够强化理想生物多样性组分的最佳农事操作技术。人们可以在时间上通过合理轮作和安排前后茬作物, 在空间上通过覆盖作物、套种、混栽等形式, 以改变大面积种植单一作物的局面, 提高农田生态系统的生物多样性。
总之, 农业地区生物多样性, 对我国农业高效协调和可持续发展具有非常重要的意义。农业地区生物多样性保护的形势严峻, 必须采取切实可行的措施, 有效保护农业地区的生物多样性。