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蔣高明:論生態農業的邊界、科學原理與應用技術(之三)

2020-01-15 14:23:59  來源:作者博客  作者:蔣高明
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  第六,全面提高水分與養分利用效益,節約資源,不產生浪費。由于生態農業尊重植物生長規律,因地制宜,根據農業的氣候特點安排種植和養殖。與自然規律相一致,遵守24節氣的農時,其水分、養分利用效率高,加上飼養動物排泄的糞尿,鄉村餐余和作物秸稈都能夠利用,增加了資源利用效率。所有這一切要實現,必須有人氣,人在其中起到非常大的作用[9]。

  第七,生態農業是耕地固碳型的,由碳排放逆轉為碳吸收。目前的農業模式是排放溫室氣體的,高達44%-57%的溫室氣體來自現代農業及其相關的工業活動。用有機肥替代化肥可顯著減少溫帶農田溫室氣體排放量[9]。我們的長期研究發現,現代農業模式下,普通農田凈釋放溫室氣體,為2.7 CO2當量ha-1yr-1,而生態農業凈吸收溫室氣體,達8.8 CO2當量ha-1yr-1,兩者相加為11.5t CO2當量ha-1yr-1[11]。這就是說,減少化肥使用,增加耕地有機質,可將溫室氣體埋藏到地下,這個功能是生態農業的副產物。

  第八,發展生態農業可全面帶動農民就業。由于優質優價,加上生態環境優美,對城市人群有很強的吸引力。農業要素容易變成商業要素,從養殖到種植,從收獲到加工,從加工到銷售,從餐飲到觀光旅游,從保健到養生到養老,鄉村可以就地城鎮化,吸引農二代、大學生二代,乃至城市精英就業。這樣的話,遍布全國的400萬個鄉村如發展生態農業,非常有可能形成新的經濟增長點。

  5 生態農業的科學原理

  5.1 水熱耦合原理

  農田生態系統由氣候、土壤、生物等因子所形成。其中, 氣候中的大氣溫度和降水占主導地位,對其它因子產生重大影響。農田是由改造自然生態系統而來的,不同植被地理背景下農田生產力或產量受水熱組合影響最大。自然界中,最高生產力是熱帶雨林,約45t ha-1 a-1,是在不施肥不打藥基礎上實現的。熱帶雨林的水熱條件最好,元素循環快。在農田中,光照、CO2都不是限制因子,而水熱條件,尤其水熱組合,最能反應農田生態狀況。我國即使有些農田面臨季節性干旱脅迫問題,依然比地中?;哪畢^域農田具有十分有利條件。中國草原是雨熱同期,而地中海附近、非洲的部分草原,雨熱出現的最佳時期是冬夏季分離的[12]。

  水利是農業的命脈,在不同氣候帶上水熱組合決定了生態系統生產力。生態農田盡量利用天然降水,適度利用客水或地下水,做到“旱能澆、澇能排”。熱即熱量,地球上的一切熱量來自太陽,熱對植物生長發育乃至群落分布有重要的作用。在陽光不缺少的地方,熱量尤其與水的耦合對農業增產的作用大于化學肥料。生態農田利用自然界的熱量,不搞反季節種植,充分利用我國水熱同期優勢,因地制宜發展適合的作物。高溫的夏季雜草生長也很繁茂,如將雜草作為資源利用起來改良土壤,也是在生態農田利用熱量資源的有效途徑之一。

  5.2 土壤碳氮庫增長原理

  碳表現在土壤中即有機質。目前我國耕地有機質普遍偏低,平均1%左右。通過有機肥養地,可大幅度提高土壤含碳量。這里的有機肥,指自然界中的所有光合產物及其衍生物,不僅僅是傳統理解的人糞尿和動物排泄物。生態農業中的有機肥,以植物源肥料如綠肥、秸稈肥、雜草肥為主,最大限度地利用人與動物肥[4]。我們的研究發現,在暖溫帶濕潤地區,當生態農田有機質提高到5%時,在這樣的土壤肥力下,即使空白對照(不施肥)的作物產量,也能超過了噸糧(小麥玉米周年產量)[12]。

  氮是植物光合生長必須的元素。自然界可以利用的氮都來自空氣,空氣中氮氣含量78%。生物固氮、雷電固氮、干濕沉降都可以提供氮源。在種植過程中,用以上培育碳庫的辦法,培育土壤氮庫,通過微生物活動固定空氣中的氮,并活化土壤中的氮。碳與氮之間的比例約為10:1至12:1之間,當土壤含碳量增加到5%時,即使按照碳氮比10:1,也意味著每畝20厘米耕作層中有1.75噸純氮,這些氮不會像化肥那樣流失。因此,人類離開化肥廠,也能夠滿足作物需要的氮。由于土壤磷和鉀基本不缺少,解決了氮的問題,鱗、鉀和其他大量元素與微量元素的問題迎刃而解?;舅悸肥牵好磕陮⒆蚜ё叩牡p倍還回土壤,使土壤可利用氮不斷增加。因此,合理的碳氮比,對生態農田異常重要[12]。

  增加土壤碳氮庫的辦法有很多,除每年添加有機肥外,秸稈還田、種植或施加綠肥、利用雜草肥都是很好的辦法。生態農田必須每年添加碳和氮,不能依靠化肥替代。我國農區使用了4000-5000年的農田沒有退化,就是有機肥養地的結果。過去動力不足,有機肥來源少,農田產量低。如今,這些問題都已基本解決,通過培育土壤碳氮庫增產技術已非常成熟[12]。

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