全 文 ：第 13卷 第 1期
2 0 0 5年 1月
中 国 生 态 农 业 学 报
Chinese Journal of Eco-Agriculture
V01．13 NO．1
Jan．， 2005
农业生态学研究的主要应用方向进展
骆 世 明
(华南农业大学 广州 510642)
摘 要 阐述了进入21世纪以来农业生态学的应用研究进展，包括农业生物多样性利用，农业生产中化学生态学
的应用，传统和新型营养资源的开发应用，农业生态系统和农田生态系统模式构楚 ，节水、覆盖和免耕技术生态效
应研究，生态农业、有机农业等替代农业的研究等。并提出未来农业生态学的研究重点。
关键词 农业生态学 生物多样性 化学生态学 生态农业 可持续发展
The mqjor progress of~ eology research on the application direction．LUO Shi—Ming(South China Agricultural Un—
ivemity，Guangzhou 510642)，CJEA，2005，13(1)：1-6
Abstract The major research progress in the application direction of agroecology in the first 3 years of the 21st century is
summarized，including the utilization of agricultural biodiversity；the application of chemistry and ecology in agricultural
production；the exploitation and utilization of traditional and new plant nutrition；the model construction of agroecosystem
and field ecosystem；the ecological impact of water saving technique，covering technique and no—tilage technique；and
profound research on alternative agriculture，such as ecoagriculture，organic agriculture．Future research focuses of agroe．
cology are also proposed．
Key words Agroecology，Biodiversity，Chemical ecology，Eco-agriculture，Sustainable development
进入 21世纪以来 ，农业生态学研究所推动的新型农业形态、结构和功能关系及技术体系 日益明晰。这
种未来的新型农业以智能投入和资源效率为特征 ，并将逐步替代石油农业和传统的粗放农业方法，综合推
动生态 目标、经济 目标和社会目标等多重 目标的实现。
l 农业生物多样性利用
工业化农业阶段的重要特征之一是少数作物品种取代丰富的生物多样性 ，在增加产量和效率的同时引
致物种消失或有害生物的暴发，也引起土壤部分营养亏缺，而农药和化肥成为必须用品。
通过复合农业植被的研究与构建 ，减少了病虫害，提高作物群体对病虫害的抵御能力，降低了农药使用
量，成效显著。朱有勇等 j研究结果表明抗病和感病水稻品种间作使稻瘟病比单一栽培减少 94％，产量增
加 89％。广东省东莞市种植荔枝·牧草复合系统与单一系统 比较结果表明，节肢动物数量、物种丰富度、均
匀性和多样性均有所提高，且用物种数／爪体数、天敌数／植食性昆虫数、多样性变异系数等指标描述系统稳
定性时均以荔枝一牧草复合系统表现最佳l1]。韩宝瑜等[2]对单行条植茶园与 3行条植茶园、梨．茶间作和
栗一茶间作对比研究结论类似。云南省种植巴西橡胶和云南大叶茶多层次立体结构群落存在大量蜘蛛 ，40
年来茶小绿叶蝉数量一直保持在经济防治指标内，而未使用任何农药防治[3]。李海潮等[ ]研究不同基因型
玉米间作复合群体生态生理效应结果表明，抗病性差与抗病性好的品种间作群体对叶斑病和叶锈病抵抗能
力明显提高，且抗倒伏能力提高。蔡燕飞等l5 J研究施用不同用量生态有机肥后番茄青枯病发病率由 100％
降至 39％～50％。利用土壤微生物的脂肪酸甲脂(FMAEs)分析技术研究结果表明，土壤微生物结构发生明
显变化，革兰氏阴性细菌、真菌和 AM 菌根菌的标记性脂肪酸甲脂增加。
蚯蚓利用与研究近年仍很活跃，蚯蚓可改善被机械压实的土壤 ，改善土壤特性 ，抑制土传病害和促进作
物生长等 。Shuster W．D．等 6_研究添加深生性蚯蚓 Lumbricus terrestris L．使0～lOcm表层土壤有机碳
由16．1g／kg增至 17．9g／kg，10-20cm土层土壤有机碳由12．4g／kg增至14．7g／kg。胡艳霞等[ ]研究结果
表明蚯蚓粪能抑制苹果斑釉病、小麦丝核菌根腐烂病和黄瓜网斑病等多种土传病害的发生，其原因是蚯蚓
收稿 日期 ：2003—12—31 改回日期：2004—02—16
2 中 国 生 态 农 业 学 报 第 13卷
粪病原微生物的拮抗微生物存在、微生物的营养竞争和微生物的抗生素作用等生物 因素作 用所致。
Materechera S．A．[57 2在南非研究以蚯蚓粪作玉米生长基质结果表明，蚯蚓粪对玉米株高、产量和生物量均有
显著促进作用。
菌根可提高宿主的抗逆性如抗旱、抗涝、抗盐碱、抗极端温度和抗重金属等，且其抗逆性的提高与 P营
养改善有关，而 P营养的改善又与根系寿命延长、吸收面积和空间扩大、释放磷酸酶和改善根际微环境、增
加对 P的亲和力等有关。菌根共生过程中产生多种生长刺激物如生长素、细胞分裂素、赤霉素和脱落酸等 ，
有 105种外生菌根可对病原菌有一定抑制作用，如对立枯丝核菌引起的猝倒病、杨树溃疡病和桉树青枯病
等，其抑制作用机理包括直接拮抗、形成保护层、机械屏障和根系分泌物变化等_7 J。Bagayoko M．等[58]研究
西非洲尼日尔消毒酸性沙壤土种植珍珠粟、高粱、豇豆地方品种接种 VAM 和施 P肥结果表明，珍珠粟地下
部增加 18倍而地上部增加 24倍，高粱与豇豆的 P、K、Ca、Mg、Zn吸收量分别增加 2．5倍和 6倍。近年菌根
应用于沙棘、棉花和玉米等作物生长均表现出良好效果 ~1 。
直接利用微生物可改善生态系统微生物群体功能，提高系统植物营养供应能力和对逆境的抗性。吴洪
生等[11 J研究施用含 K细菌(Bacillus mucilaginosus)制剂使小麦成熟期植株体内 K增加 32．3％，拔节孕穗
期土壤速效钾含量比对照高 128．6％。胡江春等El2]研究结果表明海洋放线菌 MB一97对连作重茬大豆根际
定植后土传病害有抑制作用，紫青霉素生长繁殖减少 80％，根腐病减少 50％以上，大豆增产 15．2％。
2 农业生产中化学生态学的应用
农业生产中化学生态学的应用包括农作物和杂草间、农作物和害虫间以及作物、害虫与天敌三重关系
间的应用。由于微量化合物测定手段的逐步普及和信息技术的进步，该方面研究正在取得重大进展。
2．1 农业的化感利用研究
墨西哥传统农业习惯用豆科作物作覆盖物或作堆肥，Caamal Maldonado J．A．_5 9_研究结果表明，豆科作
物有肥田、减少水土流失及减少杂草的作用。绒毛豆[Mucuna deeringiana(Bort)Merr．]、刀豆 [．Canavalia
ensiformis(L．)DC．]、银合欢 Junbiebean[Leucaena leucocephala(Lam．)de Wit]和野生 Tamarind[Lysiloma
latisiliqium(L．)Benth．]的水提液对植物均有强烈抑制作用，田间实验结果表明它们与玉米间作均有减少杂
草的效果，其中绒毛豆使杂草减少 68％。绒毛豆和银合欢水提液还有抑制线虫作用，绒毛豆作覆盖物时使
土壤线虫数量减少 50％以上。韩丽梅等_10]研究大豆地上部水浸液化感作用结果表明，正茬、重茬和迎茬大
豆水浸液对沙培大豆生长有显著化感抑制作用，并鉴定了丁二酸和苯甲酸等多种主要化感物质。阮维斌
等_1 J研究分析连作对大豆养分吸收和固N作用的影响结果表明，化感作用、病菌作用和线虫作用分别对连
作大豆生长有一定抑制作用。Mattner S．W．等[603研究发现有锈病的大麦导致其附近苜蓿生物量减少
56％。温室研究结果表明有锈病大麦土壤比健康大麦土壤可使苜蓿生物量降低 36％，且其土壤淋出物也使
苜蓿生物量降低 27％。研究还表明锈病可能强化大麦的化感作用。曾任森等l6l| ]研究结果表明 日本曲霉
产生的黑麦酮酸 F对高等植物有化感作用，其作用方式包括降低超氧化物歧化酶活性，增加丙二醛含量，降
低叶绿素 a和叶绿素 b含量，使光合作用下降，其呼吸、膜透性和脱落酸上升，电子显微镜观察表明处理后线
粒体膜不完整，叶绿体膨大且层间结构被破坏。对胜红蓟研究结果表明，胜红蓟挥发油对真菌、昆虫和植物
均有一定生物活性_1 。在低温、干旱的秋冬季节胜红蓟的化感物质含量高，而高温、多雨的春夏季其含量下
降l1 。同等化感物质浓度下受体植物在低温和遮荫等逆境受抑作用增强。这表明逆境能刺激植物化感物
质产生，且逆境和化感物质协同作用可形成针对资源竞争对手的强烈抑制作用。
2．2 水稻化感作用研究
目前国内外已研究探讨了水稻化感作用的品种差异，并发展了快速测定方法 ，研究了水稻遗传规律及
其数量形状的基因定位。化感水稻可抑制单子叶和双子叶植物[63]。水稻品种“PI312777”对莴苣有强烈化
感作用 J。Chung I．M．等【 J研究结果表明水稻品种“Gin shun”、“Kasarwala mundara”、“Philippine 2”和
“Juma 10”化感表现颇佳。Ahn J．K．等l66_研究结果表明“Janganbyeo”水稻品种谷壳温水抽提液对稗草苗的
抑制率达75％，干物质抑制率达 96％。Jensen L．B．等 J用粳型旱稻品种“IAC165”和籼型水稻品种“C039”
杂交后代 142个 自交系研究化感基因的 QTL定位结果表明，“IAC165”对稗草有强烈化感作用，而“CO39”
则表现很弱，说明化感与根系形态遗传无关，4个主效应 QTL分布于 3条染色体上，可综合解释35％的酚类
含量差异。曾大力等l1 】研究了“窄叶青 8号”(籼稻)和“京系 17”(粳稻)杂交 DH群体 123个 DH株系幼苗
第 1期 骆世明：农业生态学研究的主要应用方向进展 3
叶片水提液对莴苣根系生长的抑制作用，并通过 QTL分析检测到 4个与水稻化感作用相关位点分别在第
3．9、10和 12条染色体上。何华勤等[埔]研究水稻 7叶龄对莴苣化感作用受加性效应的影响结果表明，3～6
叶期由显形效应控制，5叶、8叶期加性和显性效应均有作用且以显形为主，呈现间断表达的遗传特点，水稻
化感作用受基因型和环境相互效应的影响较大。孔垂华等[ ]报道糖甙间烃基苯可作为快速测定标记评价
水稻品种及单株化感潜力的次生化合物。
2．3 作物病虫抗性的化学生态学研究
植物对微生物入侵的化学抗性物质可被诱导产生。真菌结构中不饱和脂肪酸如花生四烯酸、亚麻酸亚
油酸、油酸和细菌 hrp基因产物均可成为生物诱导剂。水杨酸、二氯异烟酸、二氯异烟酸酰胺、苯并噻重氮
(BTH)也可诱导小麦、水稻和烟草等对多种病原产生抗性。噻菌灵、HC1、Sio2、NaC1、草酸、马粪浸液、聚氨
基葡聚糖和诱导素均可作为非生物诱导剂 ，诱导作物对不同真菌、细菌和病毒病害的抗性 2 。何水林等 l-
研究结果表明0．5～4mmol／L浓度外源水杨酸处理辣椒叶片，可诱导对倍半萜环化酶基因的转录并表达出
酶活性(但其酶活性较低且于处理后 36h表达)。茉莉酮酸可诱导利马豆产生水杨酸甲酯和 E一4，8一二甲
基一1，3，7一壬三烯，且对螨的天敌——捕食螨有吸引作用[ 。刘勇等[23]研究结果表明麦长管蚜与禾谷缢管
蚜对天敌燕麦蚜茧蜂的吸引作用低于它们和寄主植物的复合体，对燕麦蚜茧蜂的长距离吸引作用主要靠化
学作用而不是靠视觉，麦蚜取食寄主时诱导的挥发性信息主要为 2一茨烯、6一甲基一5一己烯一2一酮、6一甲基一5一己
烯一2一醇、顺一3一己酰一醋酸酯以及水杨酸甲酯，这些化合物除水杨酸甲酯外均对燕麦蚜茧蜂有明显吸引作用。
张茂新等 J研究结果表明薇甘菊挥发油的化学成分有 22个，主要为单萜、倍半萜及其醇和酮的衍生物，对
小菜蛾、黄曲条跳甲和猿叶虫有显著产卵驱避作用，且有一定毒杀作用而无熏蒸毒杀作用。
3 传统与新型营养资源的开发应用
近年有关利用作物秸秆、动物粪便、缓释控释肥和稀土微肥的利用研究进一步深化 ，有关沸石、草炭、风
化煤和污水厂污泥等新肥料资源开发利用陆续见诸报道。在维持土壤肥力和植物营养方面既增产，又减少
生态环境成本的方法体系正逐步形成。蔡燕飞等L2 5j研究表明利用 自制化学熟化剂和生物熟化剂联合处理
稻草比单使其中任一方法均好，红外光谱分析结果表明二者联用后稻草酚羟基、醇羟基和甲基含量降低 ，取
代芳香环增加，氧化缩合作用增强。张秋英等 6-试验研究盆栽大豆结果表明，施用正常施肥量 1／2的缓释
控释肥料可增产 21．9％。宋轩等L27j试验研究盐碱土盆栽水稻结果表明，加入 2％～4％草炭或风化煤后可
提高水稻根系活力，改善土壤养分供应，增加水稻产量。李华兴等 8-试验研究花岗岩发育赤红壤中混合沸
石 0．7～1．3g／kg十盆栽玉米结果表明，沸石可提高玉米吸收 N、P和 K量，促进植株生长，用巧N示踪技术测
定结果表明 N利用率可提高 28．8％～60．0％。张雪英等 29-研究利用污水处理厂厌氧消化脱水的污泥与甘
蔗渣以 1：3体积混合通风堆肥的熟化过程。蔡燕飞等[30 J研究发现田间小区连作种植番茄其感青枯病率达
100％，而施用由工业废弃物资源改性和发酵加工成的有机肥料 0．5～lkg／m 后，可调节土壤微生物群落，
使青枯病发病率降至 39％～50％。
4 农业生态系统与农田生态系统模式构建
近年来我国与其他发展中国家有关农业生态系统和农田生态系统模式的研究较活跃，包括各种农业地
貌如湿地、水田、旱地、平原和丘陵坡地、山地等，涉及了模式结构和功能且有一些较长期的研究结果 ，不少
模式已引起政府的重视和农民的欢迎。朱鹤健等 l-研究了我国闽东南特色生态农业模式，包括山地果一草一
牧、农田粮一经一饲和庭院畜一沼一菌等模式。黄道友等 ]研究了湖南省岩溶山区雨养旱作农业模式，包括山地
林果药粮立体开发模式、丘岗区粮猪沼果综合开发模式、湿地粮经牧渔综合开发模式、城郊区城市服务型模
式和工矿区环境治理集约经营模式。方创琳等 J研究了我国长江上游三峡库区不同类型地区高效生态农
业发展模式，包括沿江河谷区(海拔高度 175～30Ore)果一粮一菜一猪一沼一鱼水陆循环模式、浅山丘陵区(海拔高
度 300～500m)柑橘一粮一经一畜一桑一沼共生互惠模式、低山区(海拔高度 500～800m)林一粮一油一薯一草一畜水土保
持型模式、中高山区(海拔高度 800m)干果一药一茶一烟一菜一草名优土特模式和庭院果一花一禽一沼小循环模式等。
Merada I．等 8J研究了墨西哥传统高畦深沟系统近年因利用污水灌溉导致其盐碱化过程，土壤类脂成分呈
垂直分布特点 ，且与水分关系密切。朱洪光等[3 ]研究了江苏省盐城海滩涂草基鱼塘模式，即堤边和塘内种
植芦苇，冬季排水后种植牧草，可改良海滩涂盐土并产生良好的经济效益，1999年利润率达 22．86％。黄毅
斌等L3 5J系统研究我国南方稻一萍一鱼体系，8年试验表明稻一萍一鱼体系鱼产量达 4000-9800kg／hm2，稻田减少
4 中 国 生 态 农 业 学 报 第 13卷
化肥用量 50％～60％，减少农药用量 30％～50％，比常规稻略增产，土壤 N、P、K含量增加 15．5％～
38．5％，水稻病虫草害减少 40．8％-99．5％，土壤 CH4排放量减少 34．6％。曹志强等_3 6_研究我国北方稻田
养鱼，对照水稻纹枯病发病率为 8．5％，稻 田养鱼处理发病率为4．7％。黄璜等【。 研究湿地稻一鸭复合系统
CH4排放规律结果表明，稻田养鸭早稻生育期问 CH4排放总量为 5．517g／m ，传统栽培则为 9．89g／m ，养
鸭后土壤氧化还原电位增加 15．3mV，还原物质总量下降0．365cmol／kg。华北太行山前平原引种苜蓿或配
施玉米秸秆是重要的生产模式[。 。华北平原农林间作系统的林木遮蔽效果显著_3 。王静等_4 0_研究了年
降雨量仅 250～550mm西北半干旱地区实施由集水工程、沼气池与新型 日光室组成的联体模式，可实现富
集雨水、节约用水、提高夜温、降低空气湿度、减少病虫害和供给 Co2并最终提高作物产量。大棚 日光温室
种植一设施畜牧养殖一沼气发酵一厕所构成的“四位一体”模式_4 、关中地区小麦一棉花一辣椒一玉米立体组合模
式[42 J的研究均受到有关学者和科研人员的关注。尼泊尔从 1993～1994年开始实施坡地 Agroforestry计划，
1998年采样分析表明该坡地模式土壤肥力未显著提高，但提高了经济收益_6 。肯尼亚西部坡地实施猪屎
豆+印度田菁、木豆+西非灰白豆模式可相互利用不同层次土壤 N素L．加J。研究结果表明玉米一银合欢模式
系统较少受到玉米螟袭击 ，条状种植银合欢的玉米坡地虽少种25％玉米，但提高了玉米产量 n J。冯耀宗 3_
归纳总结云南省 1层 1个物种(橡胶或茶叶)、2层 2个物种(橡胶一茶叶，橡胶一咖啡)、3层 3个物种(橡胶一萝
芙木一千年健)和 5层 100多个物种(人工雨林)不同类型生态系统结果发现，随层次和物种数量的增加，系统
生物量和生产力提高，小气候稳定性增加 ，水土流失减少，对低温风害的抵抗能力加强。孙辉等 研究四川
省宁南山区15。～38。坡地褐红壤种植新银合欢作植物篱(双行间隔50cm，植物篱之间距离4～6m)5年后，该
土壤有机质和 N、P、K含量提高，且促进矿质营养循环。
5 节水、覆盖与免耕技术生态效应研究
Brye K．R．等[72 J在美国 Piano沙壤土利用张力水分平衡测定仪测定分析比较恢复草地、免耕和深耕玉
米结果表明，免耕和深耕相比产量相似，但免耕土壤水分含量提高，排水减少，更符合农业可持续发展的需
要。李华兴等_4 研究我国南方双季稻少耕和免耕效应结果表明，少耕综合效果较好。兰州大学国家干旱农
业生态实验室对年降水量 415mm半干旱黄锦土大田地膜覆盖种植春小麦研究结果表明，全生育期覆盖薄
膜对产量和 N效率提高无实际意义 。甘肃省定西唐家堡试验研究结果表明，最佳地膜覆盖时间为种植
始 40～60d，过长时间覆盖地膜可抑制作物根系发育，作物蒸散量和水分利用效率下降，并影响产量l47]。杜
尧东等L4 8J研究辽宁省春小麦喷灌效果结果表明，春小麦冠层截留水量达 25％～30％，冠层下方水均匀度提
高 10．1％～12．7％，喷灌水分飘移蒸发损失占总水量的20％～25％。王克勤等_4 9_研究金矮生苹果水分利
用效率结果表明，土壤含水量为田间持水量的50％时，其水分利用效率最大。
6 生态农业与有机农业
国际上针对工业化农业的新型替代农业探索步伐一直未停顿。欧洲和澳洲对“生物动力学农业”和“有
机农业”效应进行了长期探索 J。Daglaard T．等_7 J研究了丹麦某流域分 3个阶段实施传统养殖转换为有
机养殖的过程。国外从工业化农业向有机农业生产转变以及对立法和消费者的影响研究值得我们重视与
借鉴。国外学者还提出“自然系统农业”概念，认为农业应当模仿 自然草原，以多年生植物为主构成稳定的
自然进化系统不用翻耕 ，具备多样性、丰富性和高产特性，在驯化野生物种使其高产的同时，应保持物种多
年生的特点_7 。人们甚至提出培育多年生小麦替代 1年生小麦的可行性_7 。中国生态农业如何适应规模
化、企业化和市场化的大环境已成为有关专家学者关注的热点。伍世良等[50 J认为中国生态农业建设有 5个
基本问题，即面临经济规模、农民接受程度、市场、资金和可持续发展的挑战。徐保根_51|讨论了生态农业产
业化经营问题，提出生态农业实行区域化布局、专业化与规模化生产、贸工农和农工商一体化经营的构想，
产业化经营模式包括农村专业技术协会 +农户、加工企业 +基地农户、专业市场 +农户、农场+农户、企业
家 +农户、合作经济组织 +农户、公司 十农户、股份制企业、股份合作制企业、现代农业企业集团、中介组织
+农户、采购公司+农户等形式。山东省西单村依据景观生态学开展庭院生态工程、街道美化与沼气建设
工程、河道治理工程和环村林建设工程等，使资源利用效率、生态效益和经济效益均显著提高_5 。郑昭佩
等_5 3_研究指出生态旅游农业应以农业生产为基础、以旅游经营为重点，效益高而风险低。
7 我国未来农业生态学研究的重点
我国未来农业生态学的研究尚有许多挑战性的领域待开拓。我国生态农业研究与国际类似研究相比
第 1期 骆世明：农业生态学研究的主要应用方向进展 5
尚缺乏由旧农业模式向新农业模式转变的规律探讨，且缺乏对不同农业模式长期对比研究以及对失败模式
的调研。目前退耕还林、退田还湖及绿化恢复的长期效果值得进一步追踪研究。除开展农业景观水平有关
结构变化研究外，农业景观水平能流与物流的研究急需加强。我国农业生态系统的能流研究也亟待加强。
化学生态学向农业的渗透研究领域，将对揭示和利用生物间相互关系，建立合理生物群体结构，减少农业化
学用品使用量产生更重要的作用。农业生物多样性规律的揭示和利用为重要研究方向，应加强研究不同作
物构成的多样性和品种生态型多样性，注重利用菌根、K细菌、放线菌等微生物与蚯蚓和青蛙等动物，注重利
用杂草、覆盖作物等植物的多样性。转基因作物的生态安全与检测问题将成为未来基础研究和实践需求的
重点。健康食品生产也是社会关注的焦点，依据生态学制定有机食品、绿色食品和无公害食品的生产标准
研究亟待进一步加强。在农业污染的生态学研究中有害物质和过量元素富集植物已引起人们的关注，但需
加大研究培育低吸收的作物品种。我国农业生态学有关计算机系统分析和相应软件研究的自主创新性、系
统集成度、稳定性和广适性尚待加强。农业生态学中自然科学与社会经济学科的交叉研究也须强化，这是
解决我国生态农业企业化、政府经济政策与相关立法和社会接受程度问题等的必要途径。
参 考 文 献
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