全 文 ：用生态学思维重构传统农学学科:
生产生态学的角色*
王松良**
(福建农林大学作物科学学院, 福州 350002)
摘摇 要摇 传统农学学科与专业源于近代试验科学的还原论思维,并在工业革命巨大成功的推
动下不断分化,失去了对农业生物与资源环境关系即农业生态系统机制的整体把握;而且,由
于过多依赖外源化石能源的投入和若干高产作物品种的单一种植,不断丧失农业内部可持续
性,使人类面临粮食安全和食品安全的双重危机.因此,农学学科及其教育体系的重构日益迫
切.将农学与生态学联姻,建立以农业生态学为核心理论、农业生态系统管理为核心技术,特
别是创建“生产生态学冶,以之融合农学学科下属 2 个二级学科“作物栽培学与耕作学冶与“作
物遗传育种学冶之间的鸿沟,将从意识论和方法论上为真正地实施农业可持续发展战略奠定
学科、科学和教育基础.
关键词摇 农学摇 还原论摇 作物栽培学与耕作学摇 作物遗传育种学摇 农业生态学摇 生产生态学
文章编号摇 1001-9332(2012)08-2031-05摇 中图分类号摇 Q1; S181摇 文献标识码摇 A
Using ecology thinking reconstructing traditional agronomy: Role of production ecology.
WANG Song鄄liang (College of Crop Sciences, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou
350002, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2012,23(8): 2031-2035.
Abstract: Traditional agronomy, as a discipline or specialty, is originated from the reductionism
thinking of neoteric experimental sciences and motivated by the great success of industrialized revo鄄
lution, but loses the ensemble grasp of the relationships between agricultural organisms and their
resources and environment, i. e. , agroecosystem mechanism. Moreover, due to the excessively
relying on exogenous fossil energy input and the monoculture with a few highly productive crop culti鄄
vars, the agricultural interior sustainability has unceasingly lost, making our mankind facing the
double crises of grain security and food safety. Therefore, it is imperative to reconstruct the tradi鄄
tional agronomy and its educational system. In this paper, the author proposed to link traditional
agronomy with ecology, establishing agroecology as the core subject and agroecosystem management
as the core applied system, and in particular, establishing ‘production ecology爷 to fill up the wide
gap between the crop cultivation and farming system and the crop genetics and breeding, the two
second grade disciplines under agronomy. Ideologically and methodologically, this proposal could
provide disciplinary, scientific, and educational bases to authentically implement the strategy of
sustainable development of agriculture.
Key words: agronomy; reductionism; crop cultivation and farming system; crop genetics and
breeding; agroecology; production ecology.
*2010 年教育部教育质量工程项目“农学特色专业冶、2009 年“国家
双语教学示范课程冶项目、2007 年福建省“精品课程冶项目和 2011 年
福建农林大学教学团队项目资助.
**通讯作者. E鄄mail: wsoloedu07@ 126. com
2011鄄11鄄30 收稿,2012鄄05鄄28 接受.
1摇 农学学科的历史与重构策略
现代农学学科是在西方国家农业变革和试验农
学的基础上产生和发展的. 农学学科创始人德国科
学家 Wagner于 1877 年定义农学(agronomy)为研究
提高动植物生产最为合理有利的方法并构建农业基
础的科学,其包含农业泛论和农业特论 2 部分[1] .其
中,农业泛论即农业经营学,阐述农业产品的产前、
产中和产后等各环节的基本原理和方法,它更多立
足于社会环境特别是商品经济环境;农业特论即农
应 用 生 态 学 报摇 2012 年 8 月摇 第 23 卷摇 第 8 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Aug. 2012,23(8): 2031-2035
业生产学,包括第一性生产(植物生产)和第二性生
产(动物生产)领域的产品从土壤到餐桌的过程.从
学科上看,这属于“宏观的农学冶,它更多立足于自
然生态和社会生态环境的有机结合,具备本源意义
上的生态学视野;对应“农、林、牧、渔冶相结合甚至
是“农、工、商冶一体化的大农业概念,反映小农业之
间的本质联系[2-3] . 但是,传统的、作为本科专业的
“农学冶长期以来定位在植物性生产科学,可称为
“中观的农学冶,其对应的研究、管理和生产对象包
括粮食作物和经济作物, 称为“作物农业冶 [4-5],其
研究者、管理者和生产者更多关注于社会和经济
(市场)环境,与自然生态环境相割裂;从学科上看,
主要包括耕作学、作物栽培学和作物育种学 3 门主
要分支学科和专业课程.其中,耕作学和作物栽培学
都依赖于土壤环境,合称为 “作物栽培学与耕作
学冶;作物育种学是以植物遗传学为基础,可称为
“作物遗传育种学冶,二者长期以来占据传统农学学
科的二级分支学科位置[6] .随着现代化农业的分工
细化,农科院校的农学学科在上述 2 个二级学科的
基础上越分越细,传统农学在“中观的农学冶基础
上,进一步细化为“微观的农学冶.在生产上,从农田
生态系统的综合管理转到作物生产的阶段性管理.
例如,现阶段在我国一般农科院校都含并列的农学
院、林学院、植物保护学院、园艺(园林)学院、农业
资源与环境学院、农业经济管理学院等,每个学院再
细分为若干个系,每个系又细分为若干个专业,把整
体的农业碎片化,貌似提高解决农业问题的效率,实
际上忽略了农业各组成之间的有机联系,失去了对
整体农业的把握,反而创造出各类现代农业问
题[5-6] .
生态学是研究生物与环境之间相互关系的学
科.从生态学角度看,传统农学的 2 个二级学科———
作物栽培学与耕作学和作物遗传育种学都研究了作
物与环境之间的相互关系,它们都是普通生态学的
一部分.然而,按照生态学的基本常识,生物发育和
进化存在不同的层次水平,从 “分子—细胞—组
织—器官—个体—种群—群落—生态系统冶形成不
可分隔的组织层次[7] . 不管是“中观的农学冶还是
“微观的农学冶所关注的生产环境与“宏观的农学冶
所关注的自然和社会生态融合下的环境都有相当大
的距离,传统农学与生态学的联系是表面和机械的.
作物栽培学与耕作学是在研究作物与环境以及
作物之间相互关系的基础上,研究作物时空配置和
作物群体产量形成原理及其调控技术的应用生物学
分支.传统的作物栽培学与耕作学截然分为耕作学
和作物栽培学 2 个分支. 前者通过研究作物的时空
配置原理和土壤耕作技术,为区域作物分布和生产
奠定技术基础,属于生物群落的组织层次;后者则针
对新的作物品种研制其高产栽培技术,局限在生物
种群和个体的组织层次.同样地,另一个二级学科作
物遗传育种学是以提高产量为研究和育种的最高目
标(提高抗性也最终为提高产量服务).近 50 年来,
作物育种项目的成功伴随着大量耐肥、耗水新品种
的大行其道,在产量方面取得巨大增量的同时,导致
化肥、农药和水分的滥用和浪费[8];同时也造成植
物性食品内部营养元素不平衡,一些作物缺铁、锌、
维生素等成为常态[9],这是威胁发展中国家以这些
作物为主食的消费者特别是孕妇和婴儿健康的主要
原因[9-10],也是我们现在反思“绿色革命冶,推动“新
的绿色革命冶不能回避的话题[11-12] .总之,和作物栽
培学与耕作学停留在生物个体、种群、群落层次不
同,作物遗传育种学科则长期停留在个体及其以下
的研究层次.
因此,从根本上讲,在农林院校重构新型的农学
学科及其教育体系比单一农业技术的研制、教学、组
装和推广应用更为迫切[13-14] .根据当前国际生态学
研究的方向和农学学科发展的特点,拓展新兴的、符
合世界潮流的农业生态学学科,巩固和改造已有的
耕作学、作物栽培学、作物遗传育种等分支学科,从
新农村建设和乡村区域经济发展的宏观高度实现农
业生态系统的可持续管理为目标,整合出完整的、新
的农学学科体系[6] .
再构的农学学科体系将以“农业生态学冶为核
心理论充当现代生态学和传统农学的桥梁[15-17],从
贯穿整个自然界生物组织水平的方向来整合和融合
目前农学的分支学科. 农业生态系统作为农业生态
学唯一研究对象,也是农业生产赖以发展的环境,其
管理将成为新型农学学科的核心应用体系. 在此基
础上,需要从 2 个方面改造传统的 3 个农学分支:一
是改造“耕作学冶为“农作学冶,使地下部土壤精耕细
作和地上部作物配置宏观上向农田生态系统的整体
管理和微观上结合农业生物技术探索“分子农作冶
的原理和技术; 二是以 “生产生态学 ( production
ecology)冶构筑“作物栽培学与耕作学冶与“作物育种
学冶的桥梁,缩小后 2 个分支长期处在“貌合神离冶
的分割状态.
2摇 生产生态学的内涵与外延
传统的作物栽培学研究范围十分狭窄,基本上
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局限在研究新品种的栽培技术,一定程度上已沦为
作物遗传育种学的附属学科.同耕作学相似,作物栽
培学也有待走出区域作物种类及其详尽栽培技术的
研究范畴.一方面,从个体、群体的产量研究向生态
系统的可持续管理演化,统筹考虑作物产量的量、质
和环境资源的关系,即理论上从叙述作物栽培技术
细节转变到“生产生态学冶,深入探索产量形成和挖
掘的机制(分子的、生理生化的和生态系统的);另
一方面,向分子、细胞等微观层次拓展,为田间“分
子农作冶提供成熟的技术支撑.
作物遗传育种,作为生产生态学的另一个重要
来源,其研究水平应覆盖从分子到生态系统的生物
组织谱系,促进作物遗传育种学从单一遗传资源的
利用转变到挖掘生态系统、物种和遗传多样性方向
上,综合考察各生物组织水平与环境的互作,以指导
遗传学研究和育种实践[8,18] .
生产生态学是一门综合的和交叉的科学,其目
标在于探索第一性生产和动物生产潜能以及土地利
用“可持续性冶的可能途径[19] .尽管可持续性的概念
多种多样,但对农业生产而言,自然资源如土壤(土
地)、水、空气的健康是其关键成分,因此生产生态
学作为农业生态学的分支在了解农业生态系统功能
的基础上创建可持续的、多功能的生产和土地利用
系统.为此,生产生态学的研究尺度将集中在洞察生
物生产系统及其组织等级水平的互作关系. 生物组
织层次包括从基因到生态系统的全部谱系. 这正是
生产生态学能从本质上涵盖作物栽培学与耕作学和
作物遗传育种学的原因. 生产生态学试图把作物栽
培学与耕作学和作物遗传育种学共同的基础抽离出
来,形成植物生产的基本原理.
生产生态学更多地应用模型(模拟)的方法连
接各作物各组织层次水平的知识鸿沟,以克服传统
农学分支以单一水平为研究核心的不足. 图 1 反映
了生产生态学从微观分子到宏观生态系统的空间
(X)、时间(Y)和社会经济(Z)三维研究尺度,它涵
盖了农业生产的物理景观和社会经济的综合因素,
只有这样才能融合传统“作物栽培学与耕作学冶与
“作物遗传育种学冶的鸿沟,为农业产量和质量的形
成提供从个体到全球的全景式机制.
摇 摇 生产生态学的研究链及其方法论体系,依其研
究尺度从大到小包括 4 个方面(图 2):
1)可持续的生产和保护体系:在建立多功能土
地利用和保护体系的框架内,通过设计、管理和优化
各等级的农业生产系统,使后者实现真正的高产、优
图 1摇 生产生态学研究的时空鄄社会鄄经济尺度
Fig. 1摇 Spatio鄄temporal鄄socio鄄economic scales of studies in pro鄄
duction ecology.
图 2摇 生产生态学的研究链与方法论示意图
Fig. 2摇 Schematic diagram of research chain and methodology of
production ecology郾
质和可持续.
摇 摇 2)作物生产和植被发育:阐明作物产量、质量
形成的物理、化学、生理过程和决定因子,即植物生
产的原理,然后研制综合的技术调节方向,也是对传
统作物栽培学与耕作学的拓展和深化.作物产量、质
量的形成因素很多, 可以分为 3 个层次 (图
3) [20-21]:一是作物生长决定因子,包括特定的环境
变量如温度、太阳辐射和作物品种的属性等,这些因
素决定作物生长的潜力,而潜力生长能否实现,还受
其他因素的制约; 二是生长限制因子,一般包括一
些可变(调节)的非生物资源如水分、养分等,当这
些因子供应不足时(自然的和人为的原因),成为制
约作物生长潜力的限制因子,其最终结果称为可达
到的生长;三是生长损耗因子,即生长阻碍因素,包
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图 3摇 作物生长的生态学原理及其调控技术方向(改自文献[20-21])
Fig. 3摇 Ecological principles of crop production and their orientation of regulating technologies (Modified from [20-21])郾
括病虫草鼠害因素以及人为排放的各种污染物质,
这可通过植物保护和环境治理措施得到一定的
挽回.
3)遗传资源与多样性利用:改变传统作物遗传
育种学围绕单一目标(产量)而过度利用单一遗传
资源、单一性状的循环,树立作物种质资源的保护和
可持续利用的意识,立足多样性的遗传和基因资源,
挖掘和利用丰富的“绿色基因冶资源[10],当然也不排
除利用现代基因工程的转化技术. 但要把转基因生
物(GMO)的研究和应用放在全球安全的视野下进
行,把研究范围拓展到 GMO 生态安全的领域中. 这
样可以实现传统农田生态系统的植物农作,到农田
生态系统上可种植作物、药物和能源(作物)的分子
农作的转变[6] .
摇 摇 4)生物胁迫、有害生物互作及其管理:不仅仅
利用多样性的作物遗传和基因资源,更把特定农业
生态系统内的各类生物之间及其与等级生境之间的
互作用,如昆虫之间、植物之间和动植物之间的营养
和生存依赖关系纳入利用和管理框架中,优化农业
生产体系,减少对系统外的无机能源如化肥、杀虫
剂、饲料等的依赖,形成可持续的作物保护体系,促
进农业生物生产潜力的实现.
3摇 讨摇 摇 论
传统农学面临的问题根源于近代还原论的实验
科学方法和思想. 18 世纪西方工业革命的巨大成功
无疑强化了还原论思维. 还原论思维的核心就是通
过检验部分而推及全部,即所谓的“窥一斑而知全
豹冶 [22-23] .近代农学学科也是在这个思维的推动下
越来越走向分化,割裂了农业的整体性.我国的农林
院校一般都细分为以诸多分支学科为基础的学院、
系和专业.在其农学院或农学系里,进一步细分为作
物栽培、植物遗传育种、植物保护、土壤科学、植物营
养以及新兴的植物生物技术等微观学科. 这种无限
细分的学科体系必然推导出“头痛医头,脚痛医脚冶
的技术体系,其结果类似于“盲人摸象冶,失去了对
农业生物与资源环境关系即农业生态系统的整体把
握,也必然导致诸如农药、化肥的大量使用导致的土
壤衰退、资源衰竭、环境破坏(水土流失、水体污染、
土壤衰退等)、农作物品种退化与品质下降、农业物
种多样性减少和食品污染物残留等诸多弊端. 正所
谓“大学有了系(专业),世界有了问题冶 [17] .以起源
于 1960 年代的第一次绿色革命为例,因为它片面强
调以产量为中心,忽略了消费者和生产者的生计,导
致了水、肥、农药外部能源投入过多,且过多依赖单
一高产的作物品种从而形成生物多样性的锐减和遗
传多样性的丧失,导致生态系统脆弱和环境污染等
问题,反过来危及农业的可持续性,使我们面临了粮
食安全和食品安全的双重危机[11-12] .为了从根源上
化解现代石化农业问题,对传统农学学科及其教育
和技术体系的重构日益迫切.
现代生态学正是源于现代工、农业高速发展而
割裂人、生物与其生存和发育环境之间联系而得到
发展的,因为其在解决人类生存环境问题的前瞻性
和实效性被称为“生存的科学冶 [24] .生态学研究的特
殊性之一就是立足于生物和环境的多尺度现象,从
分子、细胞、组织、器官、个体、种群、群落以至于生态
系统,每一个等级尺度既存在独特性,又有相互继
承,上一级层次水平的特征不等于下一级特征的简
单相加[18] .按照现代生态学的生物组织层次理论,
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现代农业生产出现上述问题不仅仅发生在生物个
体、种群或群落等层次,而大多发生在生态系统水
平上[25] .
重新还原农业整体的认识需要“生态学冶与“农
学冶之间有机关系的回归,以农业生态学为核心理
论体系再构新型农学. 2010 年 10 月联合国出台的
题为《农业生态学与食物权利》 [26]的报告强调:只有
依赖“生态学冶与“农学冶的携手才能满足不断增长
的人口的需求,令人类重新接近食物权利,解除未来
粮食安全的威胁,同时减缓气候变化,应对石油、水
和表土等资源的短缺.报告进一步指出:“农业生态
学把生态学和农学进行跨领域结合,致力于通过模
拟自然生态系统的稳态机制,建立可持续、多样性和
高产出的农业生态系统冶,“农业生态学是农业发展
的科学范式也是实践模式,全球各国只有依靠农业
生态学的理论指导农业实践,才可以让食品生产摆
脱对化石能源的依赖,减缓气候变化,实施真正的低
碳农业冶 [4,27] .
本文提出创建“生产生态学冶以融合作物栽培
学与作物遗传育种学的鸿沟,促进均衡的第二次绿
色革命的到来[28],为农业真正的可持续发展奠定一
个学科、科学和教育基础.
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作者简介 摇 王松良,男,1967 年生,博士,教授. 主要从事农
业生态学和农业生物技术研究,发表论文 40 余篇. E鄄mail:
wsoloedu07@ 126. com
责任编辑摇 孙摇 菊
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