全 文 ：【21 世纪应用生态学科前沿报告会专栏】
21 世纪初农业生态系统健康研究方向 3
梁文举 3 3 　武志杰　闻大中 (中国科学院沈阳应用生态研究所 ,沈阳 110016)
【摘要】　农业生态系统健康是指农业生态系统免受发生“失调综合症”、处理胁迫的状态和满足持续生产
农产品的能力. 目前 ,农业生态系统健康研究范围主要涉及农业生态系统健康评价方法、土壤质量和水质
与农业生态系统健康的联系、农业生态系统健康与人类健康的关系、害虫生态管理对农业生态系统健康的
贡献、杂草综合管理在农业生态系统健康中的作用、从生态病理学到农业生态系统健康、线虫群落作为农
业生态系统健康指示生物的研究、转基因作物对农业生态系统健康的生态影响评价、农业投入政策对农业
生态系统健康的影响、景观生态学在农业生态系统健康评价中的应用、农业生态系统健康与绿色食品开发
等.首先论述了农业生态系统健康研究的现状 ,介绍了农业生态系统健康研究实例 ———土壤健康的生物指
标 ,最后提出了今后农业生态系统健康的研究方向 ,为保障农产品安全和增进人类健康提供依据.
关键词 　农业生态系统健康 　农产品安全 　人类健康 　土壤健康 　研究方向
文章编号 　1001 - 9332 (2002) 08 - 1022 - 05 　中图分类号 　S181 　文献标识码 　A
Research directions of agroecosystem health in the early 21st century. L IAN G Wenju , WU Zhijie , WEN
Dazhong ( Institute of A pplied Ecology , Chinese Academy of Sciences , S henyang 110016) . 2Chin. J . A ppl .
Ecol . ,2002 ,13 (8) :1022～1026.
Agroecosystem health refers to the state of an agroecosystem where it is free from‘distress syndrome’and to
cope with stress , or capability to produce agricultural products in a sustainable way. At present , the research of
agroecosystem health focuses on assessment methods , soil and water quality , human health , ecologically based
pest managernent ,integrated weed management , ecopathology , nematode communities , transgenic crops , agri2
cultural input policy , landscape ecology and green food development . Firstly , the present state of agroecosystem
health research was described ; then a case study of agroecosystem health , biological indicators of soil health , was
introduced ; finally , the research directions of agroecosystem health were put forward. This paper could provide a
basis for ensuring agricultural product security and increasing human health.
Key words 　Agroecosystem health , Agricultural product security , Human health , Soil health , Research direc2
tion. 3 国家高技术研究发展计划重大项目 (2001AA246021) 和中国科学
院沈阳应用生态研究所创新基金资助项目 (SCXMS0105) .3 3 通讯联系人.
2001 - 12 - 03 收稿 , 2002 - 03 - 18 接受.
1 　引 　　言
农业生态系统健康 (agroecosystem health) 是指农业生态
系统免受发生“失调综合症”、处理胁迫的状态和满足持续生
产农产品的能力 [19 ] . 近年来 ,农业生态系统健康研究在国际
上日益受到多学科科学家的关注 ,已成为农业生态学研究的
热点和前沿领域之一 [11 ,19 ] . 生态系统健康是 20 世纪 90 年
代国际上出现的一个新的研究领域 [11 , 19 , 20 ] . 1994 年成立了
国际生态系统健康学会 ( ISEH) [18 ] ,1995 年该学会的正式刊
物《生态系统健康》( Ecosystem Health) 创刊 ,该学会分别在
渥太华、哥本哈根、萨克拉门托和哈利法克斯主持召开了有
关生态系统健康的国际研讨会 ,有力地推动了生态系统健康
学的发展[11 ] . 1990 年 ,加拿大 3 个理事会 ( Tri2Council of
Canada : NSERC ———国家科学与工程理事会、SSHRC ———社
会科学与人文科学理事会、MRC ———医学研究理事会) 资助
了“国家绿色计划”(National Green Plan) ,后来称“加拿大 3
个理事会的生态研究计划”( Eco2Research Program of the Tri2
Council of Canada) ,其中的 1 个 3 年项目 (1993～1996)“农业
生态系统健康 (AESH) 项目”由圭尔夫大学 ( University of
Guelph)主持完成 ,最终于 1998 年出版研究报告《农业生态
系统健康 :分析与评价》(Agorecosystem Health : Analysis and
Assessment) [19 ] . 后来 ,在加拿大圭尔夫大学建立了“农业生
态系统健康全球网络 (Agroecosystem Health : a Global Net2
work)”,主要包括加拿大、秘鲁、洪都拉斯、肯尼亚、尼泊尔和
埃塞俄比亚 6 个国家. 该网络的建成为全球农业生态系统健
康研究提供了交流信息的平台 ,必将促进农业生态系统健康
理论与实践工作的深入发展.
2 　农业生态系统健康研究现状
　　目前 ,农业生态系统健康研究的主要内容包括 :农业生
态系统健康评价方法 [19 , 20 , 22 ,23 ] 、土壤质量和水质与农业生
态系统健康的联系 [8 ] 、农业生态系统健康与人类健康的关
系[15 ] 、害虫生态管理 ( EBPM) 对农业生态系统健康的贡
应 用 生 态 学 报 　2002 年 8 月 　第 13 卷 　第 8 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Aug. 2002 ,13 (8)∶1022～1026
献[2 ] 、杂草综合管理 ( IWM) 在农业生态系统健康中的作
用[6 ] 、从生态病理学 (ecopathology) 到农业生态系统健康[7 ] 、
线虫群落 (nematode communities) 作为农业生态系统健康指
示生物的研究[10 , 13 ] 、转基因作物 (transgenic crops) 对农业生
态系统健康的生态影响评价 [1 , 17 ] 、农业投入政策对农业生
态系统健康的影响 [5 ] 、景观生态学在农业生态系统健康评价
中的应用[4 ] 、农业生态系统健康与绿色食品开发等 [11 ] . 有关
农业生态系统健康研究现状的部分内容将由另文发表 (见
《中国生态农业学报》2003 年第 2 期) ,本文仅就农业生态系
统健康分类框架、研究过程、评价方法进行简要论述.
211 　农业生态系统健康分类框架
农业生态系统是受人类管理的生态系统 ,从空间尺度上
可以划分为农田、农场、流域、生态区、生态大区、生物圈等不
同的等级结构 ,从目标上涉及生物物理、社会和经济方面. 因
此 ,农业生态系统健康分类框架也应从不同的等级和维度加
以分析[7 , 19 ] .
212 　农业生态系统健康研究过程
　　农业生态系统健康管理与 1 个简单的试验研究方法有
所不同 ,后者在可控条件下提出 1 个单一的问题 ,只能得到
1 个单一的答案 ,农业生态系统健康管理是不可能导致某一
单一确定的结果 [7 ] . 因此 ,农业生态系统健康研究过程应该
从研究导向和资助导向 2 个方面加以考虑. Faye 等[7 ]认为 ,
其研究过程应包括 :历史调查 →问题分析 →建立概念模型 →
子系统/ 学科研究 →整个系统重建 →将模型与现实进行比较
→制定管理计划 →行动 →监测指标 →做必要的重复 (图 1) .
图 1 　农业生态系统健康研究过程
Fig. 1 A research process for agroecosystem health.
1. History :key ecological , economic and social changes , 2. Problems/ is2
sues analysis : management goals and objectives , 3. Conceptual models :
special and temporal boundaries ,4. Subsystems/ disciplines :scientific and
systemic studies , 5. Full system reconstruction : attractors , feed2back
loops ,constraints ,opportunities ,6. Compare model with reality ,7. Man2
agement plans :identify desirable and feasible changes ,8. Action :imple2
ment plans ; 9. Monitor indicators ,10. Repeat as necessary.
213 农业生态系统健康评价方法
　　目前对农业生态系统健康进行评价还没有一套可靠而
统一的标准 ,常用的方法主要有生态系统失调综合症的诊
断、生态系统弹性和持续性评价以及生态风险评价等 [20 ] .
Yiridoe 和 Weersink[23 ]从生态学理论和经济学理论出发 ,提
出了评价农业生态系统健康的综合概念框架 ,为农业生态系
统健康评价提供了较为系统的认识 (图 2) .
3 　农业生态系统健康研究实例———土壤健康生物指标
　　土壤是对陆地生态系统功能起重要作用的一个动态的、
生命的自然体. 土壤健康是农业生态系统健康的基础 ,深入
开展土壤健康研究对维持农业生态系统健康具有十分重要
的意义.
　　评价土壤健康如同对人进行医疗诊断一样 ,采取的方法
是选择系统功能的基本指标作为评价参数 (表 1) . 在医疗诊
断中 ,医生采用温度、血压、脉搏以及血和尿中的化学成分作
为身体系统功能的测量指标 . 医生也可能根据人体外表征
图 2 　评价农业生态系统健康的综合概念框架
Fig. 2 Integrated conceptual framework for evaluating agroecosystem
health.
1. Theory valiation , 2. Bio2environmental indicators of agroecosystem
health , 3. Economic indicators of agroecosystem health , 4. Biophysical
simulation modelling of soil2crop system and farm management activi2
ties , 5. Economic farm optimization modelling of production decisions ,
6. Welfare and policy analysis , 7. Decision2making process :dominant ob2
jectives ,inputs and constraints ,risks and trade2offs.
32018 期 　　　　　　　　　　　　　梁文举等 :21 世纪初农业生态系统健康研究方向 　　　　　　
表 1 　土壤健康的生物指标 :内在与现实可能性
Table 1 Biological indicators of soil health :intrinsic and realized potential
项目 Item
内在可能性 Intrinsic potential
变异性 Variability
空间
Spatial
时间
Temporal
敏感性
Sensitivity
to perturbation
综合性
Integrative
现实可能性 Realized potential
可利用的方
法 Methods
available
需要的技能
Skills
required
可利用的知识
Knowledge
available
易于解释
Easily in2
terpretation
综合排序
Overall
ranking
微生物量 Microbial biomass
　　绝对量 Absolute + + 3 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
　　相对量 Relative + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
微生物活性 Microbial activity
　　土壤呼吸 Soil respiration + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
　　呼吸商 RQ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
　　N 矿化 N mineralization + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
微生物种群数量①
　　细菌 Bacteria + + + + + + + + + + + + + + + +
　　真菌 Fungi + + + + + + + + + + + + + + + + +
　　放线菌 Actinomycetes + + + + + + + + + + + + + + + + +
　　藻类 Algae + + + + + + + + + + + + + + + + +
微生物区系功能类群②
　　纤维素酶分解菌③ + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
　　硝化细菌 ④ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
　　反硝化细菌 ⑤ + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
　　根瘤菌 Rhizobium + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
　　自生固氮菌 ⑥ + + + + + + + + + + + + + + + + +
　　菌根 Mycorrhizae + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
　　根病原菌 Pathogens + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
微生物群落⑦
　　组成 Composition + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
　　功能多样性 ⑧ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
土壤酶 Soil enzymes
　　脱氢酶 Dehydrogenase + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
　　磷酸酶 Phosphatase + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
　　硫酸酶 Suipatase + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
　　肽酶 Peptidase + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
　　酶指数 Enzyme index + + + + + + + + - + + + + + + + + +
小型土壤动物 Microfauna
　原生动物 Protozoa
　　多度 Abundance + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
　　多样性 Biodiversity + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
　　生物鉴定 Bioassays - - + + + + + + + + + + + + + + +
　线虫 Nematodes
　　多度 Abundance + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
　　营养多样性 ⑨ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
　　成熟指数 M I + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
　　植物寄生指数 PPI + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
中型土壤动物 Mesofauna
　弹尾目 Collembola
　　多度 Abundance + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
　　多样性 Biodiversity + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
　　生理型 Physiotype + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
　螨类 Mites
　　多度 Abundance + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
　　多样性 Biodiversity + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
　　生理型 Physiotype + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
大型土壤动物 Macrofauna
　　蚯蚓 Earthworms
　　多度 Abundance + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
　　多样性 Biodiversity + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
植物 Plants
　低等植物 Lower plants
　　地衣 Lichens + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
　　苔藓 Bryophytes + + + + + + + + + + + + + + + + + +
　高等植物 Higher plants
　　多样性 Biodiversity + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
　　生长量 Growth + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
　　生物标记物 Biomakers + + + + + + + + + + + + + + + + + +3 所采用评分系统如下 : - ,无 ; + ,低 ; + + ,中 ; + + + ,高 The scoring system used is as follows : - ,absent ; + ,low ; + + ,medium ; + + + ,high. ① Populations of
microflora , ② Functional groups of microflora , ③Cellulose decomposers , ④Nitrifying bacteria , ⑤Denitrifying bacteria , ⑥ Free2living N2fixers , ⑦Microbial communities ,
⑧ Functional diversity , ⑨ Trophic diversity.
4201 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　13 卷
兆来评价健康状况. 如果这些指标超出了特定的范围 ,需要
做更多的诊断测试分析来帮助查明问题的原因 ,找出解决方
法[14 ] .也可以直接将人类健康诊断方法应用于土壤健康评
价之中 ,但由于有关评价土壤健康的基本指标变化的幅度
大 ,不同学科的科学家也很难达成一致的看法. 因此 ,建立一
套切实可行的土壤健康指标体系是非常困难的.
　　针对上述问题 ,澳大利亚学者 Pankhurst 等[14 ]提出了表
征土壤健康的生物指标体系 ,主要包括微生物量 ( microbial
biomass) 、土壤微生物区系 ( soil microflora) 、根病原菌 ( root
pathogens) 、生物多样性 (biodiversity) 、小型土壤动物区系 (soil
microfauna) 、中型土壤动物区系 (soil mesofauna) 、大型土壤动
物区系 ( soil macrofauna ) 、土壤酶 ( soil enzymes) 和植物
(plants) (表 1) . 这些评价土壤健康的生物指标为我们进一步
开展农业生态系统健康研究提供了理论依据.
4 　农业生态系统健康研究方向
　　农业生态系统健康研究是一个涉及多学科的研究领域 ,
目前在研究方法上还存在许多问题 ,例如 ,如何确定农业生
态系统健康评价指标体系 ? 如何对评价指标进行计量 ? 如
何确定一个健康的农业生态系统的标准 ? 在研究的时空尺
度上也存在一些问题 ,例如 ,农业生态系统在空间上包括从
农田到生物圈等不同的等级结构 ,农业生态系统健康评价从
一个尺度转变到另一个尺度也需要注意一致性问题 ;由于农
业生态系统具有动态特征 (如稳定性、恢复性) ,因此农业生
态系统健康评价将取决于所选择的时间范围 ,短期内系统特
征的变化可能被解释为显著的不健康 ,但同样的变化从更长
的时间范围内加以考虑可能是不显著的 [19 ] . 另外 ,随着环境
污染的日益加重 ,化学农药、化学肥料等的大量应用和食品
生产加工过程中合成添加剂 (如防腐剂、人工色素等) 的普遍
使用 ,食品污染和品质下降问题越来越受到人们的关注 [21 ] .
　　针对上述问题 ,深入开展农业生态系统健康研究 ,生产
无公害农产品、绿色食品和有机食品 ,对促进我国农产品安
全生产和增进人类健康具有十分重要的意义. 为此 ,21 世纪
初农业生态系统健康将优先研究以下几项内容 : 1) 农业生
态系统健康评价方法研究. 由于农业生态系统具有不同的空
间尺度 ,因此对农业生态系统健康进行评价也应采用不同的
方法 ,应着重从评价依据、评价原则、评价指标体系、评价方
法等方面进行深入研究 ;2)农田生态系统健康与人类健康之
间关系的研究. 农业生态系统健康与人类健康存在着十分密
切的关系 ,人类健康直接地联系并依赖于农田生态系统健
康 ,没有食物安全就没有人类健康 ,农田生态系统健康的退
化必然会影响人类健康 [15 ] . 在此方面应重点开展 :农田环境
健康研究 (土壤、水质、大气监测评价) ,食物链健康研究 (农
产品农药残留、重金属、硝酸盐、生物污染等) ;3) 转基因作
物对农田生态系统健康影响的研究. 国内外许多文献报
道[1 ,17 ] ,转基因作物向环境释放后 ,将对农田生态系统产生
许多有害的影响 ,如增加杀虫剂的使用量、产生新的农田杂
草、转基因作物自身变为杂草、产生新的病毒、产生新的作物
害虫、对非目标生物的伤害等. 因此 ,今后应进一步开展转基
因作物从实验室到其释放后的大田监测评价 ,着重研究转基
因作物在农田土壤中释放的毒素种类、剂量及其对土壤健康
的影响 ,转基因农产品安全性评价及其对人体健康的影响 ;
4) 农田生态系统健康与生物多样性之间关系的研究. 国内
外大量的研究表明 ,在农田生态系统中 ,采取少耕和免耕的
方法能够提高农田生物多样性 ,农田生物多样性的提高能够
显著地减少农药施用量 ,进而也提高了农产品的安全性. 因
此 ,应优先开展少耕免耕农田生态系统的研究 ,维持农田生
物多样性 ,实现农田生态系统健康管理目标 ;5) 化感作用对
农田生态系统健康影响的研究. 化感作用 (allelopathy)在农业
生产中有着广泛的应用前景 ,尤其是通过作物间作可以提高
农田生态系统生产力. 有些作物本身对杂草有化感作用 (如
大麦、小麦、向日葵等) ,可用来与其他作物间作 ,控制杂草生
长 ,减少除草剂的用量[3 ,9 ,12 ,16 ] . 未来几年内应利用植物化感
作用深入进行作物病虫害防治的生态友好性技术开发研究 ;
6) 土壤动物群落对农田生态系统健康生物指示作用的研
究.许多土壤动物 ,尤其是土壤线虫对农田生态系统变化特
别敏感. 由于土壤线虫是普遍存在的 ,其形态特征能够反映
取食行为 ,能与其它土壤生物区系之间进行相互作用 ,其食
物具有专一性 ,具有暂短的响应时间 ,易于从基质中分离出
来 ,线虫科属鉴定相对简单 ,因此 ,可以利用土壤线虫群落作
为农田生态系统健康的指示生物 [10 ,13 ] . 今后应继续开展农
田土壤动物群落及其多样性指数研究 ,用于指示农田生态系
统健康质量状况 ,对丰富土壤生态学理论将具有十分重要的
意义 ;7) 农田生态系统健康与农产品安全生产研究. 农田生
态系统健康是农产品安全生产的前提和保障 ,只有在健康的
农田生态系统条件下才有可能生产出安全的农产品. 国家科
学技术部在“十五”期间资助“863”计划“生物与现代农业技
术领域”中就设置了“农产品安全生产与检测技术”专题 ,开
展高效、低毒、低残留的农业生产资料研制与产业化 (生物农
药、环境友好型肥料、植物生长调节剂等) ;8) 农田生态系统
健康与精细农业试验示范研究. 应用 3S 技术对农田环境进
行监测评价 ,开展精细农业试验示范研究 ,从定量、定位角度
进行农田生态系统健康研究将是未来几年内一个重要的研
究方向.
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作者简介 　梁文举 ,男 ,1964 年生 ,博士 ,研究员 ,博士生导
师 ,国家高技术研究发展计划重大课题首席科学家. 现任中
国科学院沈阳生态实验站站长 ,兼任中国生态学会农业生态
学专业委员会委员、中国土壤学会土壤肥力与生态专业委员
会委员、辽宁省植物营养与肥料学会副理事长 ,《应用生态学
报》编委. 主要从事农田生态系统健康、土壤动物与微生物相
互作用及新型肥料开发研究 ;在国内外刊物上发表学术论文
50 余篇 ,其中 SCI 收录 6 篇 ,合著出版专著 3 部. E2mail :
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6201 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　13 卷