基于案例分析下的集水农业宏观调控与微观机制研究 6页

基于案例分析下的集水农业宏观调控与微观机制研究一、立题依据国际上公认干旱对经济和社会造成的损失相当于其它口然逆境造成损失的总和，旱地农业研究是世界性的重人课题。有关我国黄十•高原半干旱地区摆脱贫困和环境治理多年来一肓是个热点：本地区是我国著名的农牧交错生态脆弱地带，相对地广人稀，人均耕地面积远高于全国平均水平（），但由于较少的和不可预测的降雨，农业生产表现出单产低而不稳，土地承载力较低，农民“被迫”采取过垦、过樵、过牧的对策來抵御农业生产带來的风险，形成了越穷越星，越星越穷的恶性循环。严重的土壤侵蚀和频繁的干旱成为该区农业发展小的桎梏。而区域的资源环境属性又决定了木区农业发展应选择的道路。传统意义上的旱地农业是以“以丰补歉”作为主要对策发展旱农生产，形成了自然降水就地拦蓄入渗利用为指导思想的局限性，对水肥热的调控能力很低，低产和波动就成了半干旱地区农业生产的基本特征。农业的本质是通过农业生物同化环境把自然资源转化为农产品的牛物学过程，水是生命］的介质，没有水的保证，任何农业的丰收是不可能的。要捉高和稳定半干旱地区的作物产量，亏缺的水分必须得到补偿；而对于地表水资源和地下水资源乂十分贫乏的黄土高原来说，大面积远距离调水的可能性很小，这就决定了发展雨养农业的必然性。在这一理论的支持下，提出了集水农业的概念，它不是一种技术，而是一种思想（赵松龄，1996）,是対雨水资源人工干预下的一次再分配。基本思路是利用人工集水血或天然集水而形成径流，将其储存在一定的储水设施中以供必要时的有限灌溉，或者将径流引向一定的作物种植区，使降水在一定而积内富集亞加，人幅度改善植物种植区的水分状况，降低作物耗水系数，充分发挥环境资源和水肥住态因子的协同增效作用，提高农业牛产力水平。集水农业突出降水在时间和空间上的可调性，强调水分利用的主动性，以主动抗旱策略解决降水供需错位和提高有限环境中的资源丰度问题（李风民，1999）,雨水的利用由时空不连续不稳定的水资源转变为具有连续供水能力的稳定系统，在水土保持和获得高产稳产方面共同发挥作用，从而提高了土地承载力，促进了土地的优化利用，在集水农业背景下，可望实现环境效益、经济效益和社会效益的综合提高。集水农业是旱地农业的一个突破，从其理论研究和实践过程看，由于对环境较高强度的干预，使得控制水肥的能力增强，促进了现代农业技术在传统旱作农业中的渗透和融合，粮食单产大幅度提高，种植面积相应减少，为退耕还草（灌），改善牛态坏境提供了有利条件。基于牛:态学基础的牛:态系统管理研究认为：生态系统对管理的响应存在者很大的不确定性（LudwigDetc.1993）,但在特定环境条件下的生态系统是一个动态系统，其特征变量是时间的函数；生态系统内部存在多种机制的反馈回路，它决定着生态系统各单元以及各子系统之间的因果关系（ChistensenNLetal.1996），这种因果关系就是牛态系统内生态学过程的机制问题。对生态系统的调控管理只有在深入了解生态学过程机制的基础上，才有可能寻找系统演替的关键因素，制定正确的调控策略。“集水农业”引起生态系统的变化亦表现为动态的演替过程，这一过程以土地利用变化为表征，明显地划分为前后二个阶段：集水农业Z前的单一种植结构，粗放经营，广种薄收，农业生态系统处于低水平的稳定状态；集水农业之后，由单一的利柏结构模式向农牧结合过渡时期，“牛.态失衡”问题局部缓解，土地承载力有所提高，农业生态系统生产力有一定的提高，但表现出较大的波动性。本项研究就是对这两个阶段进行对比研究，以期在生态系统内部相关关系和反馈冋路体系屮，寻找可辨识的信息特征及其行为对系统变化影响的基础上，探讨黄土高原半干旱地区未來集水农业生态系统的调控模式，确立本区生态环境建设和农业可持续发展的运作范式。二、研究意义本项研究在理论和实践上有以卜四方面的意义。\n1.人类作为生态环境的破环者，同时乂是生态系统的管理者，即人类活动对环境的影响具有双重性。作为生态系统组成的人类不可能从白然屮分离开来，人类介入白然界会从根本上影响牛•态系统的格局和牛•态的过程（于贵瑞，2001）o牛•态系统的功能决定于它的结构、多样性和整体性，取决于不同层次的结构和生态学过程，所以生态系统的调控是通过影响系统组成、结构和增太学过程而发挥作用，以获得相应的生态系统功能的输出。人类根据利用目的的不同对生态系统实施不同的干预方式，人类的价值观在生态系统的调控小发挥着主导作用。以人为中心的生态系统而言，提高农业生产力是生态环境和生态系统可持续发展的关键环节。2.土地利川是自然条件和人为活动的综合反映，它的变化可以引起许多白然和生态过程的变化，如土壤养分和水分的变化，地表径流与侵蚀，生物多样性和生物地球化学循环（傅伯杰等，2001）。土地利用变化可导致水土流失、土地沙漠化等土地退化现象，亦可以达到控制水土流失和沙漠化，提高土地利用变化的生态环境效应具有重要的理论意义和实用价值。3.生态系统功能是系统在相互作川屮所呈现出来的属性，它表现了系统的功效和作用,生态系统所貝有的功能是支持系统存在的原因，它体现了牛态系统的目的性，作为牛•态系统的总体功能，尤其与人类生存发展密切相关的功能主要表现为它的经济功能（价值）和环境服务功能（价值）。以植被光合作用为基础的生态系统，其生产力不仅是表征生态系统为人类牛•存提供査接或间接产品能力的经济指标，同时也是反映牛•态系统水热平衡和物质循环状况的关键变量，对作为表征生态系统结构与功能状况、系统对口然环境胁迫和人为干扰应答的综合性生态学指标。我国半干旱地区农业生产力低下和生态环境恶化的根源在于系统内的同化作用被强烈弱化，而异化作用却异常活跃（李风民，1999）。因此，只冇同化作用得到有效提高，才能抑制杲化作用的恶性发展，研究和提高生态系统生产力就成为本区农业发展的关键所在。4.我国西北半干旱地区耒来农业发展的重点，是战略西移的中心。实现本区农业持续发展和生态恢复具有重要的现实意义。农业可持续发展的物质基础是白然资源的永续利用，雨水资源是半干旱地区十分有限而乂非常宝贵的H然资源，对其进行高效、集约、永续利用,是实现经济效益、生态效益和社会效益同步持续发展的重耍途径。三、国内外研究现状旱作农业的发展，世界各国形成了各具特色的旱农水土管理体系。如美国的休闲、少免耕及残茬覆盖，澳大利亚的粮草伦作，卬度的抗旱作物站种改良，而苏联的保水保土耕作法,以色列和印度等国的径流农业（蔺海明等，1992）。对降水资源的管理突出表现为采用残茬覆盖以减少土壤水分的人最蒸发和径流雨水的积蓄利用。所有这些水十管理体系曾一度人人提高了土地生产力。我国从五十年代开始，以“自然降水全部就地拦截入渗”为技术主线的水保型农业，把重点放在整修梯III、土壤培肥、小流域综合治理、地膜覆盖和立体种植等方而。通过多年实践证明，水保型农业在半湿润地区基木可以解决干旱的威胁，而在半干旱地区这些技术只能缓解干旱的效能，仍避免不了干旱造成的人幅减产。所以说水保型农业仍解决不了旱地生产存在的土地生产力低、产出不稳定、投入效益差三大问题，“旱地产量波动性规律”依然是客观现实。根据我国西北旱农地区的水资源特征，借鉴国内外集水技术成就，国内专家学者提出了集水农业的思路。认为：人们可以利用现代技术巧妙地安排使用半T旱区降水资源，达到人为对干早控制的目标。集水农业的概念自九十年代中期提出以后,许多专家学者对集水工程、集雨补灌技术和水分亏缺与作物的关系、复水后作物的补偿效应和限额补灌与作物生长关系等方面进行了一系列的研究，相关方面取得了较人的进展。\n但对于生态系统而言，研究内容在宏观上多拘于雨水利用的必要性和可行性上，微观匕局限在某个生态学过程的机制上，缺乏生态系统的生态学完整性和整体性。生态系统的管理与调控要求以长时间的可持续性作为基本价值观，而不是把注意力集中在当前问题的“解救”上，也就是说生态系统是结构和功能的统一体，都是一个相对独立的整体存在于特定的环境之中，任何一个单元的变化必然会以不同的方式和程度影响其它单元其至報个系统。各单元特定的状态的最佳组合秩序构成了住态系统的最优化。因此，保证主态系统牝态学完敕性和整体性的研究，才有可能达到有效调控生态学过程的冃的四、本项研究的特点牛态学的发展虽然使我们对某些简单牛态系统的理解和把握取得了很人的进步,但是对于复杂的人系统而言，还是难以真实地把握它们的系统动力学特征，只能依赖于我们对于生态系统的现冇理解和生态系统机能的一些典型论i•正来进行，因此，木项研究将从典型的案例分析入手，选择集水农业发展状态梯度上三个连续的阶段——过去、现在与未来为研究对彖,依据国际标准中规定的农林系统“微诊断和设计技术”进行微观水平上的土地利用问题研究(MarcelinoandMinae,1991),以农户的生产活动和消费为单位(单元?),保证生态系统研究的边界定义和纶态学的整体性。同时，山于人类对牛态系统认识的有限性和不确定性,生态系统的管理策略必须看作为一种假设，是冇待于通过研究和监测来检验和修匸的假设。那么，木项研究的另一特点就是集水农业发展屮的微观机制研究是对过去的检验和修正，而未來的管理调控策略乂是建立在目前已有知识水平上的假设，即将未來作为虚拟的研究对彖，应用数学模型和收益最大理论的方法(A.R.S.KaonekaandB.Solberg,1997),融合经济学和生态学概念(KlausRenningsandHubertWiggerring,),制定捉高以土地利用为基础的资源利用战略调控措施。五、研究方案1.研究目标在微观水平上研究出集水农业背景下的生态系统演替机制，在宏观水平上提出人为调控生态系统结构的战略措施并对其可行性和实用性提供案例论证。从整体上说明在特定环境容量下(主要指水因了)对生态系统的适应性调控原理。2.硏究内容以黄土高原半干旱区农八的牛产和消费活动为研究边界，选择集水农业发展状态梯度上三个连续的阶段——过去、现在与未來为研究对象，通过对土地利用为变化的系统牛产力、生态环境和人类生活质量三个层而调杏指标的遴选及监测，用线性规划方法分别模拟三个阶段的农业可持续发展的趋势度。基本内容及思路见框图。3.究方法♦典型取样调查和访问调查相结合；♦微观研究结合宏观决策；♦采用“微诊断和设计技术”对土地利用问题进行研究；♦线性规划数学模型与效益最大理论为依据的决策方法。\n研究内容框图:宏观上：研究集水农业前后的变化情况微观上：研究农户土地利用动态、农户弃此过程中的决策等产角度第二性生产I农田生态系统I草地生态系统「单位水量产重—抵杆饲fellI曲付水■&拦冈\■•b・•1—庐草凰一障位水童产草劉—庄籽哥一I单位水量产籽量IL画瀬生「经济效益I态经济系饲料是限制因子(实质还是水分)—肥料-画经济角度产出牧业生态系统-一—(爭佳饲养周期的确定)1-庆小牲賁比例I厂应以年度投入量分析农业投入的绝大部分—詞——庭詩f产出的主要组成部分饲草研究不同模式下生态效益的变化情况态效蛛土壤含水樹土壤含N垂有机水土流失植被囁率II菊科草类f豆科草类农田f草闽每个环节都与水有关。降水——径流的水文学过程是集水农业发展的基础，产流过程受气候、地形地貌、植被、土地利用等密切相关，精确预测降水产流量，为构思未来集水农业发展提供最化指标。研究集水农业前后的生态效益变化情况厂陞活水平1L悭康状况i社会效益——-敏育程度L营养状况1.试验方案(1)研究基地：选择处于黄土高原半干旱区的兰州市榆中县中连川乡的屮连川村和李家觇村为两个调查对象，分别作为集水农业发展过程中两个不同阶段——是以空间界质性代替时间变化。(2)调查指标的遴选调查数据用规范化的方式进行。第一根据数据木身的属性划分成类，每一类在调查时列成表格，尽可能的详细；笫二根据研究F1的从基本调查数据中抽取再分成类用于建立数据模型信息矩阵和微观机制分析。调查对于两个研究对象是同样的。\n典型调查项目表—、基本情况地点海拔降用量人口家庭人口（人）集水窖耕地1耕地2（m）（mm）增率数最劳力非劳力口数总容最代年集水量代面积（亩）坡度面积坡度二、种植业种植粮种植种植耕地总产量年消费该种作物卖出或粮税补灌投入（数量/元）草名称方式面积坡度kg消耗途径消耗量数量kg收入次数量n?劳力利子NP农肥英它1.分析四、五与二、三的因果关三、牧业"饲养饲养头数年饲料消耗雏仔成本（元）家庭消耗出售种类方式料1成本料2成本料3成本灌溉成本购买口繁该产品出栏备龄头数收入2.以农户为单kg元的牛•态系统可持续分析四、牛•态环境O•占4JJL、厶乞］1*1土地利用结土壤含水量土壤含N量育机质*2植被覆盖率水土流失量论下集水农业调捽构及类型生长季非生长季生长季非生长季生长季非生长季（根据*1和*2估算）片替千甲來1151川1禾口帶J曰理口J坏火〔J个口式五、生活水平人均收入（元）人均消费（元）吃住穿教育其它农户姓名:民族:调查年份:\n•背景•资料数据：①地形、地貌、土质、降雨、温度等数据；②人口统计数据：数虽,密度，增长率，年龄结构，民族等。•土地利用。土地（坡地、耕地、荒地、村庄）资源、使用权和所有权、土地面积、人均而积、范围、分布、空间排列、庭院、树木、草地、作物及用地比例、种植方式、投入等。以上这些数据基木反映了环境的容聚问题。•生产力指标：粮食生产：结构、产量；畜牧业：种草面积、品种及产量；家畜种类，饲养方式、规模、效益。•牛态环境指标：土壤含水量、含N量、有机质、水土流失量、植被覆盖率等。•生产活动：劳动投入生产资本投入。•消费活动：年消费种类和数蜃。•生活质虽：年人均收入水平、健康水平、受教育的程度等。参考文献1.赵松龄，集水农业引论，西安：陕西科学技术出版社，1996.12.李凤民，论我国半干旱地区农业生产力与生态系统可持续发展，资源科学，1999,21(5):25—293・LudwigD,HilbornRandWaltersC.1993.Uncertainty,resourceexploitation,andconservation:Lessonsfromhistory.Science,260:17—364.ChistensenNL,BartuskaAM,BrownJHetal.1996.ThereportoftheecologicalsocietyofAmericacommitteeonthescientificbasisforecosystemmanagement.EcolAppi,6(3):655—6915.CostanzaR,D'ArgeR,deGrootRetal.1997.Thevalueoftheworlcfsecosystemservicesandnaturalcapital.Nature,387:253一2606.CostanzaRandO'NeillRV.1996.Ecologicaleconomicsandsustainability.EcolAppl,6(4):976—9777.于贵瑞,2001.生态系统管理学的概念框架及其生态学基础.应用生态学报.12(5)：787—7948.傅们杰，郭旭东，陈利顶，马克明，李俊然.2001.土地利川变化与土壤养分变化一—以河北省遵化县为例.生态学报，21(6)：926—9319.PeterH.Verburg,YouqiChen,Tom(A.)Veldkamp.2000.SpatialexplorationsoflandusechangeandgrainproductioninChina.AgricultureEcosystems&Environment.82:333—3549.蔺海明胡恒觉，旱地农业生态学，兰州：兰州大学出版社，1992.1210.A.R.S.KaonekaandB.Solberg,1997.人口增长压力和收入约束下对农田系统经济持续性和森林砍伐的分析以坦桑尼亚的一个村庄为例Agriculture,EcosystemsandEnvironment62(1997)59-7011.KlausRenningsandHubertWiggerring,lllj向可持续发展指标的措施：融合经济学牛.态学概念(译文，待査原文)12.J.J.Kessler人口承载力概念在评价半干旱地区土地利用的生态可持续性屮的应用(译文待查原文)