黄土丘陵区川地农业生态系统生产力与可持续性研究

摘要

本研究立足于系统论、生态系统生态学、农业生态学、生产力生态学、生态经济学、可持续发展理论与复合生态系统场论原理，在总结前人研究方法、研究成果的基础上，首次对黄土丘陵沟壑区川地农业生态系统的土地利用情况、系统生产力、农业生态系统产业结构、系统稳定性以及农业生态系统可持续发展进行了分析与评价，为川地农业生态系统可持续发展指明了方向。基于发展设施生态农业的构想，根据研究区蔬菜栽培现状以及秸秆用作薪柴或白白烧掉等突出问题，率先在日光温室内研究了地面覆盖对黄瓜生长发育及土壤理化特性的影响，为设施蔬菜栽培地面覆盖措施的推广奠定理论基础与技术指导。研究结果如下： 1. 系统分析了黄土丘陵区川地农业的主要土地利用类型、用地结构及其变化趋势，表明研究区耕地、园地、水域和未利用地面积在逐渐减少，而林草地、村庄及工矿、交通用地面积在逐渐增加。在种植业用地中，粮食、经济作物与西瓜面积逐年减少，而蔬菜栽培面积特别是日光温室面积逐年快速增加，种植业用地结构由粮食与经济作物为主转变为粮食与蔬菜（主要是日光温室、大棚蔬菜）为主。番茄、黄瓜、辣椒是研究区蔬菜主栽品种，栽培面积均在逐年增加。这充分反映了该区种植业以粮食与蔬菜作物为主的土地利用特征。 2. 基于农业系统生产力的观点，率先对川地农业生态系统生产力进行了评价。从产品生产力分析，粮食单产与人均产粮在波动中上升，人均产菜逐年快速增加；就经济生产力而言，粮食与经济作物单位面积产值在调查年度内平缓上升，西瓜的单位面积产值在波动中下降，蔬菜的单位面积产值高于粮食与经济作物，而且增长速度较快，显示出强劲的增长势头，人均纯收入逐年增加。表明蔬菜作物的经济生产力在该区种植业中最高，种植设施蔬菜在该区具有明显的优势。 3. 依据结构分析方法，首次对川地农业生态系统结构进行了分析。结果表明：种植业投入与收入均逐年增加，种植业已步入高投入、高产出的发展轨道。种植业产值由粮、经为主的二元结构转变为粮、菜为主的二元结构，蔬菜栽培已成为种植业收入的最主要来源。养殖业起点较低，发展快，产值逐年增加，已成为农业生态系统中继种植业之后第二收入大户，其中饲养奶牛已成为当地养殖业收入的主要来源。由于该区不是苹果适生区，投入与收入逐年降低；工副业投入与收入也在变动中减少，但发展空间很大。从整个农业生态系统来看，经过产业结构调整和投入力度的加大，系统的收入和稳定性逐年增强，抵御外力冲击的能力在提高。蔬菜栽培已成为当地农业增收的最主要来源，且发展势头强劲。 4. 按照系统论观点与复合生态系统场论原理，首次将可持续发展度模型引入川地农业生态系统研究。结果表明，研究区农业生态系统的社会发展位、生态发展位、经济发展位以及综合发展位均呈增长趋势，表明该区社会经济发展水平不断提高，生态环境不断改善；从发展势来看，生态发展势、经济发展势与社会发展势波动较大，综合发展势有所增强，表明目前的发展状态与目标值仍有较大差距；发展协调度呈增长趋势，表明研究区社会进步、经济发展与生态环境改善在同步协调进行；可持续发展度平稳上升，与系统协调度变化基本一致，表明研究区农业生态系统的可持续发展能力在逐渐提高。 5. 日光温室采用地面覆盖不仅可促进黄瓜生长发育，而且能提高光能利用效率与水分利用效率，且均以覆盖秸秆+地膜效果最明显，覆盖秸秆与覆盖地膜次之。覆盖秸秆与覆盖秸秆+地膜处理可增加叶绿素含量，而覆盖地膜则降低叶绿素含量；覆盖秸秆+地膜与覆盖秸秆处理始终保持较高的根系活力，而覆盖地膜根系活力在结瓜后期明显降低；地面覆盖的增产幅度按照覆盖秸秆+地膜→覆盖秸秆→覆盖地膜依次降低；地面覆盖的水分生产效率明显高于对照，且以覆盖秸秆+地膜最高，覆盖地膜次之，覆盖秸秆较低。地面覆盖可有效改善黄瓜品质，以覆盖秸秆+地膜效果最好，覆盖秸秆与覆盖地膜次之。以上处理中，嫁接黄瓜的效果优于非嫁接黄瓜。 6. 覆盖地膜地温变幅最大，覆盖秸秆地温变幅最小，覆盖秸秆+地膜的地温变幅介于二者之间。地面覆盖明显增强土壤呼吸，以覆盖秸秆+地膜的土壤呼吸速率最大，覆盖秸秆与覆盖地膜次之。地面覆盖处理可降低0～15cm 土层容重，以覆盖秸秆+地膜效果最明显，覆盖秸秆次之，覆盖地膜效果不明显；随着土层的加深，地面覆盖处理对土壤容重的影响渐小。在同一深度土层，土壤有机质、全氮、全磷、速效磷、速效钾含量按覆盖秸秆+地膜→覆盖秸秆→对照→覆盖地膜的顺序依次降低。 7. 综合上述分析结果，立足研究区气候环境条件与发展现状，应加大科教力度，提高农民科技文化素质，强化生态环保与可持续发展意识，兼顾生态与经济效益；在确保粮食、蔬菜生产的主导地位的同时，应科学管理和利用退耕地种植的饲草，促进养殖业（尤其是奶牛业）发展。