全 文 ：典型农业生态工程运行机制分析 3
———以山东省西单村为例
卢兵友 3 3 　(中国科学院地理科学与资源研究所 ,北京 100101)
徐玉新　李光德　(山东农业大学 ,泰安 271018)
【摘要】　通过对典型农业生态工程结构的研究 ,分析了生态农业系统的运行机制. 结果表明 ,结构多样性与主
导性关系的协调问题 ,是目前制约农业生态系统良性循环的根本问题. 山东省西单村农业生态系统之所以前期
能够保持持续稳定发展 ,后期出现减缓趋势 ,主要原因也是由于其系统的结构多样性比较高 ,结构多样性指数
最高达 0. 6556 ,结构链内部各组分之间的协调性超过 90 % ;而系统实际主导性则较低 ,结构主导性指数最高为
0. 2574 ,系统的最高协调性指数只有 0. 1327. 因此 ,要保证系统的可持续发展 ,必须保证系统结构的协调性.
关键词 　农业生态工程 　结构多样性 　主导性 　协调性 　西单村
文章编号 　1001 - 9332 (2001) 05 - 0711 - 05 　中图分类号 　S181 　文献标识码 　A
Running mechanism of a typical agricultural eco2engineering model Taking Xishan village as an example. LU
Bingyou ( Institute of Geographical Sciences and N atural Resources Research , Chinese Academy of Sciences , Beijing
100101) and XU Yuxin and L I Guangde ( S handong A gricultural U niversity , Taian 271018) . 2Chin. J . A ppl .
Ecol . ,2001 ,12 (5) :711～714.
The prerequisite for an agricultural ecosystem that wants to be run benignly is its structural diversity , while the major
dynamics is the structural dominance. This paper dealt with the running mechanism of agricultural eco2engineering
(AEE) by analyzing the structure of a typical AEE model in Xishan village , Shandong Province. The harmony be2
tween structural diversity and dominance is considered as one key issue for good function of an agroecosystem. The im2
portant reason that the agroecosystems in Xishan village have developed sustainably in a long term , with a tendency of
slowing down its speed recently , is the harmony between structural diversity and dominance. The structural diversity
index has kept in a high level for a long time with the highest 0. 6556 , and harmony among components in different
structural chains is all over 90 %. Meanwhile , the dominance index has kept in a low level with highest 0. 2574 , and
the highest harmony index is only 0. 1327. It is suggested that the system structure harmony should be maintained in
order to guarantee the sustainable development of AEE.
Key words 　Agricultural eco2engineering , Structural diversity , Dominance , Harmony , Xishan village.
　　3 国家自然科学基金 (79970072) 、中国博士后科学基金和香港王宽
城奖励基金资助项目.
　　3 3 通讯联系人.
　　2000 - 07 - 10 收稿 ,2001 - 04 - 19 接受.
1 　引 　　言
生态工程理论从提出到在我国大规模地推广实
施 ,已有近 20 年的历史. 20 年来 ,我国生态工程已经
取得了巨大成功 ,到 1998 年底全国进行农业生态工程
建设的县已经发展到 150 个 ,乡镇 2000 多个 ,覆盖人
口 23. 92 ×106 ,覆盖耕地面积 3. 23 ×106hm2 [4 ] . 农业
生态工程使粮食总产年均增长 8. 42 % ;农业总产值年
均增长 7. 9 % ,超过全国同期平均增长 1. 9 个百分点 ;
农民收入年均增长 18. 4 %. 与 1990 年相比 ,生态工程
建设区水土流失面积减少了 49 % ,土壤沙化面积减少
了 21 % ,森林覆盖率增加了 3. 7 个百分点[7 ] ,这些成
就也得到了世界的广泛认可[5 ,6 ] . 取得这些成就的主
要原因 ,是农业生态工程的实施使系统建立了合理的
结构耦合关系. 其中在保留了多样化系统结构的同时 ,
主导系统结构的主要成分也有了较大发展 ,使系统成
为一个功能比较协调的统一体. 但是 ,进入新世纪后 ,
中国农业生态系统面临向产业化和规模化 ,农村向城
镇化转化的新形势 ,传统农业生态工程的实施又面临
新的挑战[3 ] . 特别是农业生态工程结构如何适应新形
势的需要 ,传统农业生态工程运行中存在哪些结构问
题 ,都值得进行深入研究. 因此 ,对典型农业生态工程
运行的深层机制进行前瞻性总结和提高 ,了解其运行
的基本特点 ,研究其结构耦合机制 ,并明确其发展过程
中存在的一些不适应发展要求的问题 ,就具有一定的
理论和现实意义.
2 　研究地区与研究方法
211 　研究地区概况
作为研究基地的山东省西单村 ,通过 20 年实践 ,其人均纯
收入已从 1985 年不足 90 元 ,发展到 1997 年经济纯收入 8. 6 ×
应 用 生 态 学 报 　2001 年 10 月 　第 12 卷 　第 5 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Oct . 2001 ,12 (5)∶711～714
106 元 ,人均纯收入 7823 元的小康村. 人均纯收入是全国农村
居民人均纯收入 2162 元的 3. 6 倍[1 ] ,远远走在了全国农村发
展的前列. 该村农业生态系统实现优化的基本途径是将系统中
原来被人为隔离的各种组分 ,通过合理连接形成结构协调的网
络关系 ,建立了西单农业生态系统发展的典型模式 (图 1) .
图 1 　西单村农业生态系统发展模式
Fig. 1 Agricultural ecosystem model of Xishan village.
212 　结构指数计算方法
本文利用多样性、主导性和协调性等 3 个指标对系统运行
情况进行了分析. 结构多样性是指系统由多种结构单元和结构
链等组合而成的特征 ,反映结构多样性高低的数值即为结构多
样性指数. 结构多样性指数可以用下式量化 :
Hl = - 6n
i = 1
Pi ·log2 Pi
式中 , Hl 为结构多样性指数 ; N 为组分数量 ; Pi 为第 i 种组分
占总组分的比例. 结构主导性是指系统中 1 种或 1 种以上的成
分 ,其在系统中的地位、作用带动或制约着系统的发展主导方
向 ,这种特性即为系统的结构主导性. 反映结构主导性高低的
数值即为结构主导性指数 ,它可以用下式来量化 :
D = Max Ei/ E
式中 , D 为系统的主导组分的主导性指数 ;Max Ei 为系统主导
组分的功效值 ; E 为系统总功效值. 结构多样性指数和主导性
指数之积即为结构协调性指数.
3 　结果与分析
311 　西单村农业生态系统生命周期过程分析
西单村农业生态系统的发展可以分为创业、起步、
发展和完善 4 个阶段 (表 1) . 从中可以了解该系统结
构的变化情况. 第一阶段开始于 20 世纪 70 年代末 80
年代初 ,此时系统结构的主要特点是 ,改低粮田组分为
40hm2 藕田和 13. 3hm2 葡萄 ,并从海南岛引入蔬菜组
分. 此阶段年实现农业总收入 200 多万元 ,奠定了发展
的经济基础 ,并率先打破了长期以来不合理的生产结
构. 但这时系统的主导组分与以前相比并未发生很大
变化 ,仍为粮食作物和家庭养畜. 80 年代中期该村开
始进入起步阶段 ,并进行了农村产业结构调整 ,特别是
扩大了差季蔬菜和水果如葡萄的栽培面积 ,加入了贮
存能力达 250t 的蔬菜温室组分 ,年农业总收入达 400
多万元. 此时系统多元化程度开始增加 ,主导组分也由
粮食向经济作物转移. 发展阶段开始于 90 年代初期.
西单村的产业结构逐步向规模化的种植业和养殖业方
向发展 ,农产品加工开始起步. 此时 ,系统完成了主导
组分向养殖和加工业的转化 ,结构链变协调. 第四阶段
是完善阶段. 90 年代中期以来 ,通过对系统结构的调
整和完善 ,以及对各种循环环节的优化 ,一个以工业和
加工业为主导的良性循环系统初步建成. 可以看出 ,根
据不同时期系统的特点 ,围绕某一类组分 ,合理耦合组
分之间的结构关系是系统结构发育良好的关键.
表 1 　系统生命周期过程分析
Table 1 Analysis on life cycle of the system
生命周期
Life cycle
过程
Processes
主要结构组分
Structural
components
阶段特点
Characters
70 年代末
～80 年代初
种植业结构调整
Structural
adjustment of
cropping
粮食、家畜
Crop ,animals
寻找主导产业
Find dominant
industry
1980～
1986 年
农业结构调整
Structural
adjustment of
agriculture
粮食、蔬菜、家畜
Crop , animals ,
vegetable
培养主导产业
Culture dominant
industry
1986～
1990 年
产业结构调整
Structural
adjustment of
industries
蔬菜、养殖
和运输业
Vegetable , animal
breeding ,
transportation
优化产业链
Optimize
industrial
chains
1990～
2000 年
系统结构完善
Structural
complete
无污染工业
和加工业
Industry ,
processing
初步形成产业网
Make up
industrial web
312 　村级系统结构协调性分析
31211 系统结构主要特点分析 　西单村是一个由种
植、养殖、加工、运输和服务等多组分、多产业组成的复
合农业生态系统 ,该系统几乎包含了目前农业生态系
统所拥有的一切传统组分 (表 2) . 这种结构保证了大
多数资源都能在系统内部找到其循环利用的可能环
节 ,各产业之间可以实现较合理的耦合 ,也保证了系统
发展的可持续性和稳定性. 这一特征可以从两个方面
来分析 ,一是经济水平 (图 2) :该村年经济纯收入已经
由 1990 年的 81 万元上升到 1997 年的 859. 7 万元 ,后
者是前者的 10 倍多 ,年平均增长 120 %. 二是物质循
环性能 :以 1997 年为例 ,通过典型调查、试验监测和相
关文献折算 , N 素在该系统中的实际流通量为
22112t . 其中 ,直接还田和以饲料形式在系统内流通的
N 素为 19. 67t ,即系统 N 素的一次循环利用率为
88192 %. 这一结果大大高于我国 42 %的农田 N 素转
化率 ,高于前苏联和日本的 70 %和 52 % ,但低于法国
的 92 %[2 ] . 同时 ,除收集损失外 ,有机氮的二次利用率
几乎达到 100 % ,基本实现了系统内物质的良性循环.
　　对系统结构协调性的进一步研究发现 (表3) ,90
217 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　12 卷
表 2 　1997 年西单村农业生态系统结构(万元)
Table 2 Structure of agricultural ecosystem in Xishan village ,1997( 104 yuan)
项目
Items
种植
Farming
林业
Forestry
畜牧
Animal farming
渔业
Fishery
加工
Processing
工业
Industry
运输
Transportation
建筑
Architecture
服务
Service
其它
Others
总计
Total
总收入 Total income 238 11 329 10 909 6838 1350 626 25 315 10651
净收入 Net income 16. 7 0. 77 23. 03 0. 7 127. 3 415 94. 5 43. 8 2. 5 135. 4 859. 7
比例 Rate ( %) 1. 94 0. 09 2. 68 0. 08 14. 81 48. 27 10. 99 5. 06 0. 29 15. 75 100
图 2 　西单村经济可持续性情况图
Fig. 2 Economic sustainability in Xishan village.
年代以来 ,系统一直保持着较高的结构多样性 ,其结构
多样性指数最低的 1990 年也达到 0. 5145. 而主导产
业虽然不同年度有一定变化 ,其表观结构主导性指数
(按行业计算)也较高 ,但实际结构主导性指数 (按企业
计算)却较低 ,主导性指数最高不超过 0. 2574. 而结构
协调性指数的最大值只有 0. 1372 ,且呈下降趋势. 因
此 ,可以认为 ,结构多样性过高是系统多年能保持可持
续发展的主要原因 ,而主导产业缺乏又制约了系统的
快速发展 ,使该村经济一直不能更上一个新台阶. 若要
实现高效益下系统的可持续发展 ,就必须适当调整系
统结构 ,去掉一些效益相对较低的组分 , 或适当培育
某一组分为主导性组分 ,增强系统结构多样性和主导
性关系的协调性.
31212 系统结构链耦合关系协调性分析 　西单村农业
生态系统保持可持续发展的关键是系统中多条结构链
组成了具有良好功能的结构网. 按照功能不同 ,这些结
构链分为饲料工程结构链、肥料和能源工程结构链、加
工工程结构链及水资源综合利用结构链 4 类 (图 3) .
结构链关系协调性可以从结构单元之间供求关系的平
衡性给予评价.
据统计 ,1997 年西单村各种家畜年累计共需精饲
料 1967t ,当年本村配合饲料产量为 1838t ,供求满足率
为 94. 97 %.同时 ,当年青饲料的需求量为 1705t ,实际青
贮 2362t ,青饲料的供求满足率超过 100 % ,计为 100 %.
因此 ,若用两者的均值作为此结构链的协调性指数 ,其
数值达到 97. 95 %.其结果是养殖业的饲料报酬率大大
提高 ,肉料比为 1∶3. 5 , 蛋料比 1∶3. 3 ,奶料比为 1∶2. 6.
　　全村日产7 . 5t畜禽粪便全部投入总容积2200m3
表 3 　西单村结构协调性量化分析
Table 3 Quantity analysis on structural harmony in Xishan village
项目 Items 1990 1993 1996 1997
结构多样性指数 (SD)
Structural diversity index 0. 5145 0. 5759 0. 6032 0. 6556
表观结构主导性指数 (AD)
Apparent structural dominant index 0. 4874 0. 5307 0. 7454 0. 6420
表观主导产业
Apparent dominant industry
工业
Indus.
工业
Indus.
工业
Indus.
工业
Indus.
实际结构主导性指数 (CD)
Actual structural dominant index 0. 2574 0. 1944 0. 0828 0. 1372
实际主导产业
Actual dominant industry
养殖业
Animal
farming
运输业
Transpor2
tation
工业
Industry
运输业
Transpor2
tation
结构协调性指数 (SH)
Structural harmony index 0. 1327 0. 1120 0. 0499 0. 0899
的沼气发酵罐后 ,日均产沼气 295. 98m3 ,沼渣 10t . 其
中 ,每年 5～10 月日均产气 403. 63m3 ,其余月份日均
产气 188. 3m3 . 为使所产沼气得到充分利用 ,气量足时
向 289 户农户和村办招待所供气. 气量不足则集中供
招待所. 尽管沼气的年外遗量仍有 7291m3 ,此结构链
的协调性指数若按可用气量与产气量之比计算 ,仍为
93. 27 % ,协调性也相当高. 而且 ,每年每公顷农田平均
又可获得 27t 优质、营养丰富的活化沼渣肥料.
　　加工工程结构链是实现西单村农村复合生态系统
向规模化和产业化发展的根本 ,也是实现系统增值的
基础. 据统计 ,1997 年西单村加工和工业总产值累计
达 9717 万元 ,占当年度系统总产值的 90. 99 % ,净产
值也达 680 万元 ,在系统中发挥了巨大的作用.
　　水资源综合利用结构链是西单村的特色 . 利用村
图 3 　西单村结构链耦合关系示意图
Fig. 3 Coupling relationship among structural chains in Xishan village.
Ⅰ1 饲料工程结构链 Structural chain of forage engineering , Ⅱ1 肥料和能
源工程结构链 Structural chain of fertilizer and energy engineering , Ⅲ1 加
工工程结构链 Structural chain of processing , Ⅳ1 水资源综合利用结构链
Structural chain of integrated utilization of water resource.
3175 期 　　　　　　　　　　　卢兵友等 :典型农业生态工程运行机制分析 ———以山东省西单村为例 　　　　　　　　　
内旧河道 ,西单村 1990 年建成了一条长 1250m、宽
20m、深 10m ,容积为 215 ×105m3 的环村河. 目的是调
节农业生态系统小气候 ,改善生态环境 ,和开展淡水养
殖. 特别是雨季接纳降雨 ,旱季为农田提供水源. 按年
降雨量 500mm 计算 ,全村年可接纳降雨 1250t . 1990
年到 1999 年 10 年间 ,已累计接纳雨水 12500t ,促进了
水资源利用的良性循环.
313 　西单村庭院结构协调性分析 随机对西单及周围朱东、陈营、于家、花沟和罗家等 6 村 120 户村民的调查表明 (表 4) ,目前农村庭院可划分为 4 种类型 :环境与经济效益型 ,以西单村单继政为代表 ;经济效益型 ,以朱东村朱相荣为代表 ;自给自足型 ,以朱东村李爱文为代表 ,和未进行建设的庭院(下同 ) . 各类庭院占被调查户的比例依次分别为1215 %、18. 8 %、50 %、18. 7 % ,说明自给自足是农村庭院建设的主流 ,经济效益和环境美化是其发展方向.
表 4 　典型农户庭院结构
Table 4 Courtyard structure in typical households
庭院类型
Types
户名
Names
垂直分布
Vertical structure
上层
Upper
中层
Middle
下层
Lower
水平分布
Level structure
时间分布
Time structure
动物
Animals
植物
Plants
微生物
Microbe
环境与经济效益型
Environmantal beautification
and economic efficiency
单继政
Shan J Z
葡萄
Grape
鸟、鸡
Birds
花卉、蔬菜
Flowers ,
vegetables
蔬菜、花卉、葡萄
Flowers ,vegetables ,grape
全年
Year
全年
Year -
经济效益型
Economic efficiency
朱相荣
Zhu XR
- - 蘑菇、蔬菜
Mushroom ,
vegetable
蘑菇、蔬菜
Mushroom ,vegetable
- 春夏
Spring ,
Summer
春秋
Spring ,
Autumn
自给自足型
Autarky
李爱文
Li AW
- - 蔬菜
Vegetable
蔬菜
Vegetable -
春夏
Spring ,
Summer
-
　　对几种类型庭院的分析表明 (表 5、表 6) ,农村庭
院具有丰富的生态位资源 ,而通过一定多样性程度的
结构组合 ,完全可以实现庭院生态位资源利用率的提
高. 如结构多样性指数比较高的环境美化型和比较低
的自给型庭院生态位资源的利用率分别为68. 82 %和
表 5 　庭院生态位资源利用率状况
Table 5 Using rate of ecotone resources of courtyard
户名
Names
可利用
面积
Available
area
(m2)
实际利
用面积
Used
area
(m2)
土地利
用率
Land use
rate
( %)
空间利
用率
Spatial
use rate
( %)
时间利
用率
Time use
rate
( %)
生态位
利用率
Ecotone
use rate
( %)
单继政 440 263 59. 77 80 66. 7 68. 82
Shan J Z
朱相荣 256 100 39. 06 33. 3 66. 7 46. 35
Zhu XR
李爱文 325 50 15. 36 33. 3 33. 3 27. 35
Li AW
表 6 　庭院结构多样性分析
Table 6 Analysis on structural diversity of courtyard
户名
Names
生物多样性
Bio2
diversity
(BD)
空间多样性
Spatial
diversity
(SD)
时间多样性
Time
diversity
( TD)
结构多样
性指数
Structural
diversity
index
单继政 0. 3781 0. 3897 1 0. 5893
Shan J ZH
朱相荣 0. 2978 0 0. 4290 0. 2423
Zhu XR
李爱文 0 0 0. 2808 0. 0936
Li AW
注 :生物多样性按组分产值计算 , 空间多样性按组分所占面积计算 , 时
间多样性按组分的生育期占全年的比例计算. BD ,SD , TD are calculated
respectively by economic output , occupied area and rate of growing time to
a year of element .
27. 35 % ,前者是后者的 2. 51 倍 ,说明庭院生态系统生
态位资源比较丰富 ,但是其利用仍具有一定程度的不
合理性 ,或有潜力可挖. 多元化的庭院资源若与多种结
构关系的合理组合相结合 ,系统就能够获得良好的综
合效益.
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Press. 10 (in Chinese)
作者简介 　卢兵友 ,男 ,1964 年生 ,博士 ,副教授. 主要从事农业
和产业生态工程研究. 发表论文 40 多篇 ,参编论著 3 部. E2
mail :lbyou @peoplemail. com. cn
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