全 文 ：第 10卷 第 4期
2 0 0 2年 1 2月
中 国 生 态 农 业 学 报
Chinese Journal of Eco—Agriculture
V01．10 No．4
Dec．， 2002
农业生态系统生产力优化方法综述
王 宗明 粱银 丽
( 国 学慕水土保持研究所 杨陵 71210)
摘 要 农业生态系统是复杂的人工生态系统，提高其生产力是农业生产的主要 目标。阐述 了农业生态系统生产
力的内涵、外延及优化方法，指出利用生物工程技术，科学调整农业结构，改善施肥模式，合理增加有机能和无机能
的投入，可有效提高农业生态系统生产力。协调系统 内部关系，加大科技投入，在有效保护生态环境的同时，努力
提高农业生态系统生产力，大力发展生态农业是未来 中国农业发展的必然趋势。
关键词 农业生态系统 系统生产力 优化方法 生态农业
Optimization method of agricultural ecosystem productivity．WANG Zong-Ming，LIAN G Yin-Li(Institute of Soil and
Water Conservation，Chinese Academy of Sciences and Ministry of Water Resources，Yanking 712100)，CJEA，2002，
10(4)：105～107
Abstract Agricultural ecosystem is a complicated marl—-made ecosystem and the increase of its productivity is the main ob·-
ject of agricultural production．This paper states the connotation，the extension，and the optimization method of agricul—
tural ecosystem productivity in details and puts forward that the use of biology engineering technology，adjustment of
framework，amendment of fertilization model，increasing the devotion of organic and inorganic energy can improve the
productivity efectively．The important trend of the Chinese agricultural development in future is harmonizing internal re—
lation of system，increasing the sci—tech proportion，striving tO increase the prod uctivity and protecting eco-environment
eficiently，and vigorously developing eco-agricuhure．
Key words Agricultural ecosystem，System productivity，Optimization method，Eco-agriculture
农业生态系统是在人类干预和控制下形成的人工生态系统，主要组分有农业生物系统、环境系统和人工
控制系统⋯。农业系统生产力是指农业系统具有的能量转化和物质循环能力，是自然生产力和社会生产力
的结合，包括植物的第一性生产力、动物的第二性生产力和系统生产力，表现为农业生产的转化效率或综合
产出能力。在农业生产实践中需有效协调各部分的功能，实现最优化配置，以提高农业系统生产力。
1 提高农业生态系统生产力的途径
提高农业生态系统生产力的途径之一是提高以农业生物为主体的生命系统生产力，首先要提高个体生
产力 ，其关键是通过生物工程技术培育良种以提高生物个体的适应性、抗逆性和经济性，使其发挥出最大或
最佳的生物效应，如仅杂交水稻的培育和推广 1项就使全世界水稻产量提高 1倍以上。此外还可根据对肥
力的适应调整作物，如沈阳农学院试验表明，大豆、谷子由低肥到高肥增产幅度小，而玉米和高粱却可成倍增
产，说明不同作物对肥力具有极不相同的适应范围，故不同地区或地块应根据肥力状况调整作物种类；根据
生物物种对环境的生态适应性及社会需求进行生态型合理组合，如根据生长季节的长短及水、温等环境变化
特点，对作物的季节分布、水旱搭配、早中晚熟类型及品质用途等组合进行调节 。其次是提高群体生产
力，关键是通过合理的复种轮作结构和畜群种群结构，科学协调个体与群体的关系，包括种群密度调控 ，适宜
的种群密度必须能充分利用 自然资源和现有生产条件，克服不利因素，获得稳定的高生产力；科学协调植物
与植物、植物与动物及动物与动物的相互关系，农林牧相结合，提高农业生物的群落生产力，如我国“三北”地
区实施乔灌草相结合的混交林建设，南方沿袭的“桑基鱼塘”生态体系，近年发展起来的“立体农业”等；种群
的季节搭配调控，主要是根据季节变化规律和环境特点，以时间序列对种群进行调控。
*中国科学院知识创新工程项 目(KZCX1—06—02—01)和国家重点基础研究(973)发展计划项 目共同资助
收稿 日期 ：2001—1卜06 改 回日期 ：2001—12—26
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106 中 国 生 态 农 业 学 报 第 10卷
提高农业生态系统生产力的途径之二是提高以农业土地为主体的环境系统生产力 ，从狭义而言，土地生
产力即指土壤肥力 ，提高土壤肥力的过程即能量投入的过程，包括机械措施，指通过机械作用调节土壤中水
肥气热的关系，满足作物生长需要；施用有机肥等，通过生物性物质良性循环改善土壤营养和微生物状况，提
高作物产量；适宜的人工辅助能投入，人工辅助能的投入结构和量的多少，决定农业产量的高低和农业生态
系统对能量利用及转化效率的高低 ，农业生产实质是能量转化的生物学过程，现代农业生产通过辅助能的投
入可有效提高资源的转化效率和农业生态系统生产力，如人工辅助能的结构和投入量适宜则可获得较高的
产量和能效率。据王留芳对全国 140多个县高产区、中产区和低产区的调查表明，其投放总能量与产出食物
呈正相关，相关系数 r为 0．9373(P<0．01)，达极显著水平u’ 。
增加无机能投入。无机能(又称工业辅助能)主要包括灌水、施用化肥、农用薄膜、农药、电力等，增加无
机能投入首先要提高水分利用效率，我国属水资源紧缺国，水资源严重不足，每年因缺水减产粮食 700～800
亿 kg，黄土高原地区粮食作物的降水生产效率仅为 0．3～0．45kg／m。，面对水资源的迅速减少和水资源的浪
费与损失严重，如何科学管理与合理利用水资源已成为中国头等重大课题，因此提高用水效率是提高农业生
态系统生产力的重要措施之一。目前我国水的利用率仅为 30％～40％，灌溉水利用率仅 40％左右，而发达
国家可达 80％～90％，可通过工程节水技术、改进地面灌溉技术、人工汇集雨水技术、优化灌溉管理技术等
提高水的利用率 J，并通过作物品种改良、作物营养施肥及增施生长调节剂等方法以及运用化学节水试剂进
行节水调控，提高水的利用效率。其次是增加化肥投入，施用化肥是补充调节土壤养分的重要措施 ，增施化
肥可“以肥调 水”，提 高作 物水分 利用效 率。据黄 土旱塬 试验 表 明，小 麦施 N 肥处 理较 对照 增产
84．8％～186．7％，平均增产 135．5％，尤以 N、P肥配施效果更佳。淮北平原砂姜土小麦试验表明，N、P肥
配施盆栽小麦增产 10．2％～18．8％，大田小麦平均增产 9．76％～16．6％，小麦生物总量增长 7．5％～29．5％。
另有资料表明，K素亏缺已成为全国农田的严重问题之一，应引起足够重视。再次应大力推广地膜覆盖及塑
料大棚温室栽培技术，地膜覆盖及塑料大棚温室栽培技术可改善环境光热条件，提高生产力，常规方法自20
世纪 80年代开始应用并已取得显著成效，1998年地膜玉米为 380万 hm ，单产可增加 1500kg／hm2以上，地
膜小麦 57万 hm ，单产增加 1200kg／hm2，地膜小麦和玉米共增产 63．8亿 kg，但地膜覆盖的污染与降解问题
尚有待研究解决。秸秆覆盖有改良土壤和无污染等效应，目前全国已推广200万 hm 左右，潜力较大，应进
一 步研究秸秆覆盖的配套耕作和加速秸秆腐化等技术。水稻 +地膜二元覆盖旱作栽培稻谷产量较地膜覆
盖 、秸秆覆盖和露地栽培分别增产 10．3％、8．9％和 23．2％，该新覆膜栽培方法 具有很好 的应用前景 。据陕
西渭北研究结果显示，麦后覆盖麦秸可增产粮食 40～43．3kg／hm2，降水利用率可由传统方式的25％～30％
提高到 50％～65％。宁夏南部秋后覆盖地膜试验表明，2m 土体土壤水分可增加 35m。／hm2，春小麦增产
50％[
。
增加有机能投入。有机能(又称人工辅助能)包括投入农田生产中的人力、畜力、种子、有机肥等含有的
能量，有机肥是农业生态系统中物质循环的重要环节，可提供作物有机营养，促进微生物活动及根系发育，使
作物更好地利用土壤养分 ，并提供作物的无机营养 ，有机肥中含有植物所需的各种大量和微量元素，如种植
豆科绿肥是增加土壤 N素的最好途径之一；可增加土壤养分积累量，提高土壤供肥能力，有机肥可降低化肥
损失率，促进土壤中生物固 N活性，如 日本长期施用有机肥料试验结果表明，在施用化肥同时施稻草和堆
肥，1季水稻的固N效应分别比对照增加 70．8％和 50．6％；可提高土壤有机质含量，更新土壤腐殖质组成，
据研究施用绿肥后土壤中活性有机质增加 17．4％，总腐殖质含量提高 6．1％。长期施用农家肥的棕黄土有
机质总量较高，其易氧化有机碳比对照高 36％～94％，而氧化稳定系数降低 10％～14％；可改善土壤理化性
状，增加团聚体的稳定性，据报道用稻草和紫红英培肥红壤，0．05～0．Olmm的微团聚体分别比对照增加
12．7％和21．9％；可增加土壤孑L隙度、降低土壤容重，据全国绿肥试验网研究结果，施用绿肥 5年后土壤毛
管孑L隙度平均增加 5．3％～15．0％，土壤容重下降2．33％～19．4％，土壤耕性得到改善 ，提高了土壤阳离子
交换量，据对红壤区7种典型土壤的有机质含量与阳离子交换量进行相关统计 ，相关系数 r达 0．7799～
0．9980，均达显著或极显著程度 ；秸秆还田与增施有机肥具有明显的节水增产效应，据山东省恒台县试验
结果表明，在相同灌溉水量(250ram)下玉米与小麦秸秆全部还田基础上增施有机肥较 2作物均不还 田处理
(对照)增产 1875kg／hm2，水分利用效率提高 0．36kg／m。，仅小麦秸秆全部还田较对照增产 675kg／hm2，水分
利用效率提高 3．24kg／m。，在小麦秸秆还 田基础上增施有机肥较对照增产 1200kg／hm2，水分利用效率提高
0．33kg／m3[引。
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第 4期 王宗明等：农业生态系统生产力优化方法综述 107
合理投能，增加总产出能和产投比。研究表明，在农田人工辅助能投入合理的投能区域内增加水肥投入
可增加总产出能和产投比，总产出能的合理投能区域大于产投比的投能区域；低产农田的合理投能区域大于
高产农 田，通过人工辅助能的增加可使低产农田与高产农田同样达到作物的最高产量水平，在合理投能区域
内存在水分投入高效线和肥料投入高效线，这 2条线上相应的水分和肥料投入效益最高；同时存在最优投能
配比线和最优经济投入配比线 ，此 2条线上水肥投入的能量产投 比和经济产投比最高，是水肥投入的最优
值 ，农业资源投入可通过资源代换达到等同产出，但却降低产投效益 。国内外理论研究与生产实践表
明，最佳施肥模式是化肥与有机肥配合施用，在不施有机肥下 N、P、K等化肥元素合理配施是较好的施肥模
式 ，同样可实现施肥多 目标 的 目的。侯彦林提出了生态平衡施肥法 ，以实现施肥多 目标为 目的，因地制宜
利用区域废弃物生产的有机肥(包括秸秆还田)或具有肥料特征的天然物质、经过测土和田间试验配制的化
肥专用复混肥(含大量 N、P、K和中微量元素)、为减少化肥投入而使用的微生物肥和为提高肥料利用率而
加入的缓释(可控)剂等配合或复混施用的肥料投入组合，称为“生态型肥料(Ecological fertilizer，EF)”，也包
括施用叶面肥、浸种剂、沾根剂和包衣剂等具有肥料特性的产品。
生态平衡施肥能提高作物单产，改善品质，相对降低肥料投入成本 ，增加收入，减少肥料面源污染，培肥
土壤 ，间接减少化工污染和不可再生资源的快速消耗，如东北黑土玉米肥料试验结果表明，生态平衡施肥模
型 比目标产量法节约用 Nl0％以上 。
2 优化产业结构与增强调控作用
协调农业生产内部关系，优化产业结构，是提高农业生态系统生产力的有效措施，据西北大学在黄土高
原地区布点研究表明，改革固有的农业生产结构，适当压缩粮田面积，增加多年生豆科牧草及豆类、绿肥等养
地作物，调整种植业“粮食一经济作物”二元结构向“粮食一经济作物一饲料作物”三元结构转变，可拓宽物质循环
渠道，增加流入土壤库的营养物质，提高土壤肥力和降水等自然资源的转化效率，使农 、林、牧各业均得到长
足发展，取得良好的社会、经济和生态效益⋯。增强外部系统的调控作用是提高农业生态系统生产力的必要
保障，商品交换系统包括商品集散流通能力，是决定农业生态系统类型的重要依据之一；交通运输系统直接
影响农产品的集散和流通，对农业生态系统生产的专业化、区域化和商品化实现具有深刻影响；信息系统对
农业生产中及时了解市场、资源的供应情况、天气变化等十分必要，是保障农业生产出更好地适应大市场、大
环境，提高农业生态系统生产力，生产出更多更好市场所需农副产品的重要手段，从而提高农业生态系统的
综合效益。我国近几十年农业的发展与农业科学技术的推广应用密不可分，为在有效保护生态环境的前提
下大力提高农业生态系统生产力，还应注重改善农业生产条件，保护耕地，包括节约用地、荒地利用和耕地改
良，提高耕地利用效率；推广应用科学技术，据估计我国科技在农业增长贡献中所占份额不足 40％，仅相当
于发达国家的 1／2，约有 2／3的科技成果未转化应用，全国近半数农区仍靠传统技术维持，现有耕地的40％为
中低产田，农产品中一部分属老品种，在国际市场上价格偏低且缺乏竞争力，这说明农业通过高新技术获得
发展的潜力尚很大；大力发展生态农业 ，高效利用资源与合理开发、节约资源相结合，提高农业生态系统的综
合生产力，实现农业可持续发展。
参 考 文 献
1 王留芳．农业生态学．西安：陕西科学技术出版社，1994
2 梁银丽，党廷辉，张成娥．黄土区农田生态系统生产力研究 ．西安 ：陕西科学技术出版社 ，2000
3 张忠学，温金祥，吴文良．华北平原冬小麦夏玉米不同培肥措施的节水增产效应研究．应用生态学报，2000，11(2)：219～222
4 文启胜．从农业生态功能看提高土地生产率的途径 农业现代化研究 ，1992，13(5)：292～294
5 何电源，王凯荣．论有机肥在农业生态系统中的地位和作用．农业现代化研究，1989，10(2)：12～15
6 尹 钧，周乃健，高志强等 ．农田合理投能区域与最优投能配比的研究．应用生态学报 ，2000，l1(2)：223～227
7 侯彦林．生态平衡施肥的理论基础和技术体系．生态学报，2000，20(2)：122～125
8 梁一民，刘国彬．赵更生等．黄土丘陵区农业生态系统能效及其提高途径．水土保持学报 ，1994，8(1)：10～15
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