孫玉芳,李 想,張宏斌,陳寶雄,李垚奎,劉云慧,宇振榮**

(1.農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)生態(tài)與資源保護總站 北京 100125;2.中國農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院 北京 100094)

農(nóng)業(yè)景觀生物多樣性功能和保護對策*

孫玉芳1,李 想2,張宏斌1,陳寶雄1,李垚奎1,劉云慧2,宇振榮2**

(1.農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)生態(tài)與資源保護總站 北京 100125;2.中國農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院 北京 100094)

研究表明,農(nóng)業(yè)集約化生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)景觀均質化導致農(nóng)業(yè)景觀生物多樣性降低,致使生物多樣性相關野生資源保護、自然授粉、害蟲調節(jié)、水土涵養(yǎng)等生態(tài)系統(tǒng)服務功能受損,進而影響了農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。本文對國內外農(nóng)業(yè)景觀生物多樣性及其生態(tài)系統(tǒng)服務功能研究和實踐進行了綜述。分別探討了農(nóng)業(yè)景觀在生物多樣性保護、授粉服務、調節(jié)服務、水土涵養(yǎng)等多方面生態(tài)服務功能中發(fā)揮的作用及其生物多樣性保護的意義,總結了歐美在農(nóng)業(yè)景觀生物多樣性保護所采取的實踐措施,指出中國雖然在生物多樣性保護方面做出很多努力,但卻忽略了對農(nóng)業(yè)景觀的保護,近些年的城市化和集約化發(fā)展都進一步加劇了農(nóng)業(yè)景觀生物多樣性的喪失,亟需借鑒歐美國家經(jīng)驗提出我國的農(nóng)業(yè)景觀生物多樣性保護策略。我們認為保護和提高農(nóng)業(yè)景觀生物多樣性的生態(tài)集約化對維護農(nóng)作物產(chǎn)量,改善品種具有重要的作用。農(nóng)業(yè)景觀生物多樣性保護需要從農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)和農(nóng)業(yè)景觀兩個尺度上開展農(nóng)業(yè)景觀綜合管理,提高農(nóng)田作物和景觀植物多樣性和異質性,恢復和提高生物多樣性及其生態(tài)服務功能。最后,針對我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展面臨的問題和需求,建議從政策和法規(guī)、監(jiān)測和評估、工程技術研發(fā)、技術集成示范、生態(tài)補貼制度、培訓和推廣等方面,開展農(nóng)業(yè)景觀生物多樣性保護。

農(nóng)業(yè)景觀;生物多樣性保護;生態(tài)系統(tǒng)服務;農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展;農(nóng)業(yè)集約化

生物多樣性是生物(動物、植物、微生物)與環(huán)境形成的生態(tài)復合體以及與此相關的各種生態(tài)過程的總和。生物多樣性包括遺傳多樣性、物種多樣性、生態(tài)系統(tǒng)多樣性、景觀多樣性。大量研究顯示[1-2],生物多樣性能夠在從局部到景觀的不同尺度上促進生態(tài)系統(tǒng)服務提升和發(fā)揮。農(nóng)田(耕地、園地和草地)及其周邊溝路林渠、荒草地、小片林地、灌叢等半自然生境構成農(nóng)業(yè)景觀鑲嵌體,維系了全球約50%的野生瀕危物種,是陸地生物多樣性的重要組成部分[3]。越來越多的研究表明,農(nóng)業(yè)景觀生物多樣性提供了農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展必須的遺傳資源、授粉、天敵和害蟲調控、土壤肥力保持、水土涵養(yǎng)、文化和休閑等生態(tài)服務功能,是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必要基礎,也是評價農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質量的最重要指標[4]。當前我國生物多樣性保護重點是強調自然保護區(qū)及其生物多樣性保護建設,農(nóng)業(yè)生物多樣性保護主要工作是動植物遺傳資源保護、野生動植物資源保護和外來物種入侵防治等,對農(nóng)業(yè)景觀中生物多樣性研究和保護嚴重滯后。本文綜合國內外研究和實踐,論述了農(nóng)業(yè)景觀生物多樣性研究和實踐進展,并結合我國農(nóng)業(yè)景觀生物多樣性保護需求,探討我國農(nóng)業(yè)景觀生物多樣性保護的必要性和對策。

1 農(nóng)業(yè)景觀生物多樣性

生態(tài)系統(tǒng)服務指人類從生態(tài)系統(tǒng)獲得的所有惠益[5],包括供給(食物和纖維等)、調節(jié)(水質凈化、授粉、天敵和害蟲調節(jié)等)、支持(土壤保持、養(yǎng)分循環(huán)、水土涵養(yǎng)等)和文化(景觀、美學、精神愉悅和休閑等)。近年來,UNEP、FAO以及歐美等國家非常重視農(nóng)田景觀生物多樣性保護,一致認為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展除地域的熱量、土地和水等自然資源以及合理的外部投入(化肥、農(nóng)藥外)外,還決定于對農(nóng)田(耕地、果園、牧草地)生態(tài)服務功能的維護和持續(xù)供給(圖1),而農(nóng)田生態(tài)服務功能高低主要決定于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)(農(nóng)田)和溝路林渠田等構成的農(nóng)田景觀鑲嵌體生物多樣性保護。

農(nóng)業(yè)景觀生物多樣性及其所提供的生態(tài)系統(tǒng)服務功能,如遺傳資源保護、害蟲生物控制、自然授粉、水體自凈、土壤肥力保持,是提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力及農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要保障。然而,由于土地過度開發(fā)、田塊規(guī)模化、溝路渠過度硬化導致農(nóng)田半自然生境減少或消失,再加上農(nóng)藥化肥大量投入和單一化高產(chǎn)品質種植,導致農(nóng)業(yè)景觀均質化、農(nóng)業(yè)景觀生物多樣性減低[5-6],呈現(xiàn)“寂靜田園”現(xiàn)象,并由此導致生物多樣性相關的各種農(nóng)田生態(tài)服務功能受損,嚴重威脅農(nóng)業(yè)生產(chǎn)穩(wěn)定性和可持續(xù)發(fā)展[7]。研究表明[7-8],由于農(nóng)業(yè)景觀均質化、農(nóng)業(yè)集約化投入導致歐盟農(nóng)業(yè)景觀中約50%植物、30%的昆蟲和70%的鳥類經(jīng)歷了數(shù)量上的減少,鳥類多樣性降低了40%,傳粉蝴蝶密度降低了約60%,自然蜂巢降低了約20%;隨著農(nóng)田半自然生境面積減少,植物多樣性大大降低,由傳粉蝴蝶、蜜蜂、食谷鳥、嚙齒動物、植物、動物寄生蟲等構成的相互作用生態(tài)網(wǎng)絡大大簡化,是病蟲害頻發(fā)的重要原因之一。

2 農(nóng)業(yè)景觀生態(tài)系統(tǒng)服務功能研究

2.1 瀕危物種和野生物種保護

自20世紀80年代開始,國外就開展了一系列農(nóng)業(yè)景觀生物多樣性研究,普遍認為農(nóng)業(yè)景觀生物多樣性是全球生物多樣性的重要組成部分。研究表明[8-10],農(nóng)業(yè)景觀維系了全球約50%的野生瀕危物種;德國大約有25%的瀕危物種存在于占國土面積2%的自然保護區(qū),而剩余75%瀕危物種生存取決于占75%的農(nóng)林生產(chǎn)區(qū);瑞典50%～70%受威脅的維管植物依賴開闊和多樣性化的農(nóng)業(yè)景觀。因此,農(nóng)業(yè)景觀生物多樣性的保護狀況直接關系全球生物多樣性保護行動計劃的成敗。歐洲的研究發(fā)現(xiàn)[13],農(nóng)用地閑置和撂荒會導致某些生境類型的消失,進而會威脅生物多樣性,保持一定的耕作農(nóng)田,維護農(nóng)業(yè)景觀會保護生物多樣性。究其原因是,由森林和草地轉化農(nóng)田為主導的傳統(tǒng)農(nóng)田景觀,自然和半自然生境所占面積高,并與農(nóng)田構成鑲嵌體景觀,為生物提供更多的生境,保護了大量農(nóng)田生境專一種和生境泛化種。農(nóng)田景觀均質化會導致生境專一種消失或滅絕。

圖1 農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)學基礎和生態(tài)服務功能[11-12]Fig.1 Ecological basis and ecological service function of agricultural sustainable development[11-12]

生物多樣性是所有農(nóng)作物和家養(yǎng)牲畜的起源以及它們的品種多樣性的基礎。非集約化的農(nóng)業(yè)維持著野生和家養(yǎng)的動植物物種和品種的多樣性,也有助于維持生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定。在某種程度上農(nóng)業(yè)活動的演變也加強了生物多樣性,創(chuàng)造和維持了特有的生態(tài)系統(tǒng)和生境類型。例如耕地和農(nóng)田邊界(樹籬或溝渠)鑲嵌的景觀為某些動植物提供了庇護和食物。農(nóng)業(yè)景觀中的半自然生境保護了瀕危和本土物種[4,14-15]。例如,紅嘴山鴉(Pyrrhocorax pyrrhocorax)的生存依賴于歐洲某些保持傳統(tǒng)畜牧方式的地區(qū);大鴇(Otis tarda)在西班牙和葡萄牙保留休耕地和草地以及粗放管理的谷物地中生活繁殖。來自29個國家的專家使用植物的瀕危物種目錄分析了作物管理和農(nóng)業(yè)土地利用對于植物類群的影響。不同級別的瀕危植物受到了化肥和殺蟲劑的共同影響,其中化肥的影響更大。歐洲中部和西北部農(nóng)業(yè)化學用品使用的增加[16],導致了生境泛化種增加,而生境特有種減少。所以需要采取積極的保護措施來應對植物類群功能多樣性的下滑和逐漸增多的受到威脅的植物。包括稀有和受威脅的耕地植物共計582個物種。其中,193種屬于國家級瀕危物種。因此,以物種保護為目標的保護措施很難真正實現(xiàn)對物種及其生態(tài)系統(tǒng)功能保護。農(nóng)田生物多樣性及其野畜禽遺傳資源和農(nóng)業(yè)野生植物資源保護,需要采用景觀途徑,重視對物種賴以生存的生境的保護和重建可以有效而全面地保護農(nóng)業(yè)景觀的生物多樣性及其生態(tài)服務功能。

2.2 授粉昆蟲和授粉功能

在自然界中有報道的能起到傳粉作用的動物種類繁多,其中,昆蟲是傳粉動物的主體,包括膜翅目(Hymenoptera)(占全部傳粉昆蟲的43.7%)、雙翅目(Diptera)(28.4%)、鞘翅目(Coleoptera)(14.1%),其余的還有鱗翅目(Lepidoptera)、纓翅目(Thysanoptera)、半翅目(Hemiptera)、直翅目(Orthoptera)。膜翅目蜜蜂總科(Hymenoptera:Apoidea)是種類和數(shù)量最多的一類傳粉昆蟲,全球有記錄的已超過17 500種,我國已被命名的傳粉蜂也有1 000多種,大多數(shù)都是有效的傳粉者。農(nóng)業(yè)景觀中主要的傳粉動物為家養(yǎng)蜂和野生傳粉昆蟲,盡管家養(yǎng)蜂的數(shù)量占優(yōu)勢,但野生傳粉者往往能夠提供更有效的傳粉服務,兩者可以起到互補作用[1]。

農(nóng)業(yè)景觀在維持生物多樣性包括傳粉動物多樣性的過程中扮演著重要的角色[8,17-18],傳粉動物也為農(nóng)業(yè)景觀提供了重要的生態(tài)服務。維持傳粉動物的物種多樣性或功能群多樣性,可以提高作物授粉的成功率,直接關系著作物的產(chǎn)量、產(chǎn)品的質量和經(jīng)濟價值。研究分析顯示,全球約70%的主要作物(產(chǎn)量占全球作物總產(chǎn)量的35%)可通過動物傳粉增產(chǎn);在我國主要種植的44種水果和蔬菜中約57%為蟲媒作物,其產(chǎn)值占蔬果總產(chǎn)值的25.5%。動物傳粉不僅能使作物增產(chǎn),還可以提升食物的營養(yǎng)價值和商業(yè)價值,例如傳粉能提高杏仁中油酸和亞油酸的含量、改善草莓的質量和保鮮期、增加油菜籽的含油量。經(jīng)過動物授粉后,食物中的維生素、抗氧化物、脂類、微量元素等營養(yǎng)物質的含量也會增加,使得人類的膳食更健康。如果沒有傳粉動物,全球農(nóng)業(yè)總產(chǎn)量預計會下降3%～8%,若要彌補這部分損失,全球需要將2/3的陸地變?yōu)楦亍?/p>

然而,傳粉動物正面臨著大范圍的生物多樣性喪失的危險。對全球不同地區(qū)尤其是歐洲和北美國家的調查顯示,傳粉動物的多樣性均呈現(xiàn)下降的趨勢。例如美國在1947—2005年間蜜蜂蜂群減少了59%,而中歐在1985—2005年間蜂群減少了25%。整個歐洲平均約16%～20%的蜂群已經(jīng)消失,特別是野生傳粉者顯著降低,嚴重影響需要昆蟲授粉的作物產(chǎn)量和品質[16]。英國與荷蘭的蜜蜂多樣性在半數(shù)以上的景觀中出現(xiàn)下降,尤其是生境或食性相對專一、喙較長、遷移性差以及繁殖速度慢的物種豐度降幅更大;英國89%的蝴蝶出現(xiàn)分布范圍縮小、數(shù)量下降的趨勢,而一些遷移能力強和生境廣布的蝴蝶物種逐漸在群落占據(jù)優(yōu)勢[19]。

農(nóng)業(yè)景觀生物多樣性的保護和管理經(jīng)歷了一個從重視局部尺度生產(chǎn)管理方式的改善,到強調棲息地和景觀尺度管理的過程。越來越多的研究發(fā)現(xiàn),傳粉昆蟲多樣性受到景觀尺度的環(huán)境因素影響顯著。傳粉昆蟲多樣性受到傳粉昆蟲的生存與繁衍需要在其覓食范圍內具備適宜的筑巢點、筑巢材料以及充足的食物如植物的花粉和花蜜等資源,這些資源可能分散在農(nóng)業(yè)景觀不同生境類型的鑲嵌斑塊中(包括自然生境、半自然生境及農(nóng)田等)[20]。農(nóng)業(yè)景觀中資源的空間異質性和時間動態(tài)性會造成生物多樣性的時空動態(tài)變化[21]。傳粉者的多樣性會受到非作物生境的面積比例、農(nóng)業(yè)管理措施(如農(nóng)藥的使用)、種植方式(如作物與草地輪作)以及蟲媒作物[如油菜(Brassica campestris)]花期的影響;傳粉者的覓食距離不同,受到農(nóng)業(yè)景觀結構變化(如生境面積比例等)影響的尺度也不同[22]。

傳粉動物多樣性直接或間接地受到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理的影響,并反作用于農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此,農(nóng)業(yè)景觀傳粉動物多樣性的保護和傳粉服務的管理是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展需要考慮的重要內容。要實現(xiàn)農(nóng)業(yè)景觀傳粉動物多樣性及生態(tài)服務的有效管理,不僅要制定適宜的生產(chǎn)管理措施,而且需要依據(jù)所在景觀的結構狀況制定景觀管理策略[23]。

2.3 天敵-害蟲調控

盡管過去40多年農(nóng)藥投入量增加,但有害生物每年造成的全球糧食減產(chǎn)沒有變化,仍保持在8%～15%的水平[24]。因此,恢復自然調控,在景觀層次上利用天敵控制害蟲就顯得尤為重要,而農(nóng)田景觀復雜性和多樣性能夠顯著提高農(nóng)田害蟲天敵的豐富度和多樣性。害蟲生物防治主要是利用天敵昆蟲、昆蟲病原微生物、昆蟲信息素、生物農(nóng)藥和轉基因技術實現(xiàn)對害蟲的控制。從生物多樣性角度看,大致可以分為3個層次:一是通過轉基因技術實現(xiàn)對害蟲的控制;二是利用同一作物不同品種的多種基因型組成的混合種植、不同作物的間作、套種和混合種植等,如云南農(nóng)業(yè)大學朱有勇等[25]對作物遺傳多樣性控制病害的效應和機理進行了深入研究,揭示出作物遺傳多樣性種植控制病害的機理主要是多樣性混栽群體的遺傳異質性、對病原物的稀釋效應、抗性植株的物理隔離效應、誘導抗性效應和協(xié)同進化等;三是開展生境管理,提高天敵數(shù)量,控制有害生物。前兩個方面需要大量的基礎研究,才能獲得堅實的科學基礎。綜合各種因素,通過生境管理,增加天敵的數(shù)量控制害蟲是最有效、最可行的方法。但生境管理是否可以增加天敵的數(shù)量主要決定于環(huán)境友好型技術應用和農(nóng)田景觀管理。

對天敵昆蟲的利用方法又可分為保護和招引本地天敵昆蟲、人工大量繁殖和放養(yǎng)以及引進外來種。在自然條件下約有99%的潛在有害生物能夠被天敵控制。生境管理主要是利用生物多樣性來控制害蟲,通過在農(nóng)業(yè)景觀中建設適宜的生境,營造合適的植物多樣性,滿足天敵對不同資源的需求,以保護和吸引天敵、增強對害蟲的有效控制;或直接作用于害蟲,干擾害蟲對作物的為害。與其他生物防治方法相比,生境管理控制害蟲的方法,不但可以減少各類藥劑向環(huán)境中的投放量、人為頻繁干擾以及藥品研制、施用等環(huán)節(jié)中產(chǎn)生的成本與消耗,還可以降低蟲害所造成的損失、提高作物產(chǎn)量。

農(nóng)田景觀要素的組成及空間配置狀況同樣影響天敵的多樣性和害蟲的危害狀況。但是最新的研究分析表明[26],74%的研究顯示景觀復雜性提高自然天敵種群,包括擬寄生物、步甲、瓢蟲、食蚜蠅幼蟲、隱翅蟲和蜘蛛等,表明景觀驅動自然天敵種群可以認為是一種普遍的現(xiàn)象。9/10的天敵需要1種以上的半自然生境(林地、農(nóng)田邊界、坑塘等),僅有5/10的害蟲需要一種以上半自然生境,田園景觀均質化對天敵的影響要遠大于對害蟲的影響。如農(nóng)業(yè)景觀中的農(nóng)田邊界對生物多樣性的保護具有非常重要的影響,農(nóng)田邊界由自然生長的植物或種植作物組成,可以為重要的自然天敵如步甲、蜘蛛等提供棲息地和避難所,還能為爬行動物、小型哺乳動物、鳥類提供食物棲息地[27-28],國外已經(jīng)開始開展很多措施來積極地保護農(nóng)田邊界。但國內對于農(nóng)田邊界景觀生態(tài)功能的研究還比較少,保護農(nóng)田邊界以保護害蟲天敵、促進病蟲害的綜合防治并未得到充分的重視[29]?？傮w上,增加農(nóng)田景觀多樣性包括作物種植的多樣性和自然、半自然生境的多樣性有利于增加天敵數(shù)量,控制害蟲。

2.4 水土涵養(yǎng)功能

水土涵養(yǎng)功能更重要是提升到景觀尺度,優(yōu)化農(nóng)業(yè)景觀格局,提高水土涵養(yǎng)能力,實現(xiàn)從源頭控制—過程攔截和阻斷—受體保護的面源污染控制。從景觀尺度上保護生物多樣性和開展農(nóng)業(yè)面源污染控制已成為歐美等國家面源污染治理、提高水質的重要方法和途徑[30-31]。農(nóng)業(yè)景觀綜合管理能夠提供水土涵養(yǎng)、水質凈化等生態(tài)服務功能。例如占農(nóng)田總面積2%～3%、具有豐富的物種多樣性的河渠緩沖帶能夠控制30%～50%的氮磷進入水體。

2.5 土壤動物及土壤微生物多樣性

土壤動物和微生物是土壤中物質形成與轉化的關鍵動力,伴隨著土壤的形成與發(fā)育,在維系土壤結構、保育土壤肥力、影響土壤植被等方面起著不可替代的作用;土壤微生物是主要分解者,對生態(tài)環(huán)境起著天然的過濾和凈化作用,是決定土壤自凈、污染物消納等重要功能的主導因子;有些土壤動物與處在分解者地位的土壤微生物一起,對堆積在地表的枯枝落葉、倒地的樹木、動物尸體及糞便等進行分解。細菌的繁殖能使枯枝落葉軟化,從而有利于土壤動物取食;枯枝落葉經(jīng)土壤動物吞食變成糞便排出后,又有利于微生物的分解。一部分土壤動物是自然界“垃圾”的處理者,另一部分土壤動物是以其他動物為食物的捕食者,構成土壤中食物鏈和食物網(wǎng)。蚯蚓能大量吐食土壤,分解有機質提高土壤肥力,促進土壤團粒結構的形成,改善土壤物理性質,同時土壤微生物也是聯(lián)系大氣圈、巖石圈、水圈和生物圈的紐帶,在全球物質循環(huán)和能量流動中起著重要作用[32]。自20世紀50年代以來,生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的關系一直是生態(tài)學中重點討論的理論問題之一。過去研究表明,增加土壤動物和微生物有利于土壤肥力保持、養(yǎng)分循環(huán)和固定,但是對微生物多樣性與系統(tǒng)穩(wěn)定性關系的研究尚處于起步階段,特別是如何保護土壤動物和微生物多樣性,調節(jié)土壤生態(tài)服務功能還處于研究階段[32]。目前,唯一的做法是通過保護性耕作、施用有機肥,增加土壤微生物。

2.6 維護和提高作物產(chǎn)量和品質

保護和提高農(nóng)業(yè)景觀生物多樣性、提升農(nóng)田生態(tài)服務功能是維護和提高作物產(chǎn)量的重要途徑[1,9,16-17]。英國一項6年試驗研究表明[33],在900 hm2的農(nóng)場,通過對照、將農(nóng)田周圍3%、8%的生產(chǎn)性耕地轉化為種植不同類型功能植物緩沖帶3個處理,用于提高天敵-害蟲調節(jié)、授粉昆蟲、氮磷流失控制、鳥類多樣性等生態(tài)服務功能。從整個農(nóng)場來看,生態(tài)集約化并不會降低農(nóng)作物產(chǎn)量,甚至會提高某些農(nóng)作物產(chǎn)量和品質。

3 歐美農(nóng)業(yè)景觀生物多樣性保護實踐

在實踐上,歐美國家發(fā)展和制定了以農(nóng)場主為主體,通過生態(tài)補貼的農(nóng)業(yè)景觀生物多樣性保護政策和工程技術措施。歐盟生物多樣性保護分為占國土面積18%的自然保護區(qū)和12.5%的農(nóng)場農(nóng)業(yè)景觀生物多樣性保護區(qū)兩大部分。在歐盟共同農(nóng)業(yè)政策下,通過直接補貼,從1992年開始推行農(nóng)業(yè)環(huán)境措施,開展養(yǎng)分綜合管理、病蟲害綜合防治、動植物資源保護、農(nóng)業(yè)景觀管護、生物多樣性保護[20-23,34]。2001年歐美制訂了更詳細的《農(nóng)業(yè)生物多樣性保護行動計劃》,主要技術措施包括:1)將5%～8%的農(nóng)田建設為“生態(tài)重點區(qū)”或是保留5%的小片林地、坑塘濕地;2)每個農(nóng)場至少種植3種不同的作物,積極鼓勵間作套種、農(nóng)田種植斑塊異質性和農(nóng)林業(yè)發(fā)展;3)開始生態(tài)景觀化河溪、坑塘和溝渠路建設;4)推進保護性耕作和冬季覆蓋、農(nóng)田邊界野花緩沖帶種植;5)恢復和保護珍稀鳥類、蝴蝶、野生蜜蜂等生物生境和棲息地;6)保護野生植物生態(tài)景觀和傳統(tǒng)品種的園地;7)保護具有較高生物多樣性的草地;8)對大片撂荒土地開展適度耕作和放牧管理。2005年歐盟開始制訂鄉(xiāng)村發(fā)展計劃,提出建設高自然價值農(nóng)田,農(nóng)業(yè)景觀生物多樣性保護生態(tài)補貼不斷增加,一些歐盟國家農(nóng)業(yè)景觀生物多樣性保護投資占農(nóng)業(yè)環(huán)境管護投資比例高達30%,以生物多樣性保護為目標的高自然價值農(nóng)田占到農(nóng)用地的20%。在歐盟鄉(xiāng)村發(fā)展計劃指導下,各國制定了各自以農(nóng)場主為主體的農(nóng)業(yè)環(huán)境、生物多樣性保護技術措施和生態(tài)補貼分值。農(nóng)場主需要制定詳細農(nóng)場環(huán)境管護規(guī)劃,并與政府簽訂5到10年的實施合同。

美國主要由自然保護服務局負責生產(chǎn)性景觀自然資源保護政策、工程技術標準制定和實施,基本上也是通過資金補貼農(nóng)場主,推進生產(chǎn)性景觀生物多樣性保護[24,34]。美國自然保護服務局定期發(fā)布農(nóng)業(yè)自然資源保護和環(huán)境管護項目,如自然和人文景觀保護、流域水環(huán)境保護、野生生物棲息地保護、耕地休耕保護、草地保護、濕地修復和提升、流域生態(tài)環(huán)境恢復和管理等,其特點以農(nóng)場、景觀和小流域為單元,整體推進山水林田村綜合治理和管護,把生物多樣性保護工程技術納入各類項目中。農(nóng)業(yè)景觀生物多樣性保護主要工程技術包括:保護性耕作、作物覆蓋輪作、多層種植、帶狀耕作、病害蟲綜合防治、緩沖帶建設、植物籬種植、關鍵區(qū)域種植、農(nóng)田邊界建設、植被屏障建設、農(nóng)田植被提升、防護林建設、農(nóng)地灌叢管理、河流緩沖帶建設、溝渠生態(tài)景觀化建設、魚類和野生生物生境修復、野生生物飲水建設、濕地修復、重建和提升、野生動物通道等等。

4 中國農(nóng)業(yè)景觀生物多樣性的必要性和對策

4.1 必要性

我國生物資源豐富,但近幾十年高度集約化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)基礎設施建設,導致農(nóng)業(yè)景觀生物多樣性降低,嚴重影響農(nóng)田生態(tài)服務功能和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)穩(wěn)定性。我國是全球12個生物多樣性特別豐富的國家之一。我國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)間作套種、農(nóng)林農(nóng)牧復合、多層種養(yǎng)、多樣化和生態(tài)化的農(nóng)業(yè)景觀,具有豐富的生物多樣性,較高的生態(tài)服務功能[35-36]。我國有記錄的栽培物種約600種,位居世界前列,多數(shù)種植作物都有他們的野生親緣種,還有大量可供農(nóng)業(yè)利用的野生植物種類,如野菜就有400～500種;在農(nóng)業(yè)景觀半自然生境和邊際土地上,還殘存許多重要的野生動物植物,包括農(nóng)作物野生親緣種,珍稀和孑遺植物、重要的菌類和藥材等。然而,過量農(nóng)業(yè)化學品、單一化高產(chǎn)品種的使用、農(nóng)業(yè)集約化、農(nóng)業(yè)景觀均質化、農(nóng)田基礎設施過度硬化、防護林營建樹種和結構單一、外來物種入侵以及氣候變化等因素,造成水土污染、農(nóng)田半自然生境喪失、生態(tài)植被異質性降低,導致農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性降低、生態(tài)服務功能嚴重受損、抵御自然災害風險能力降低[37]。研究表明,在農(nóng)業(yè)集約化地區(qū),半自然生境僅占3.5%卻含有70%鄉(xiāng)土植物,為了“占補平衡”補充耕地,將其轉化為耕地,估計會導致50%～70%的天敵消失,而單一防護林和農(nóng)田造林將導致農(nóng)田惡性雜草增加,高營養(yǎng)和自然價值野草野花減少,會加速外來物種遷移擴散。在南方農(nóng)業(yè)集約化地區(qū),水稻種植面積較大,斑塊之間的田坎由于集約化的生產(chǎn)正在迅速減少,水田黃鱔(Monopterus albus)、泥鰍(Misgurnus anguillicaudatus)、青蛙、鳥類、蛇、土壤蚯蚓、蜘蛛、步甲、蝴蝶和蜜蜂等有益生物大量減少,導致天敵和害蟲數(shù)量變化極度不平衡;20世紀50年代,中國各地種植水稻的地方品種高達46 000多種,到2006年,全國種植水稻(Oryza sativa)品種1 000多個,且基本為育成品種和雜交稻品種;50年代種植的玉米(Zea mays)地方品種達10 000多個,到目前生產(chǎn)上基本不用地方品種了。農(nóng)作物野生近緣中的分布范圍也不斷縮小,中國野生稻原有分布點中60%～70%現(xiàn)已消失或大面積萎縮。

作為最早簽署《生物多樣性公約》的國家之一,我國政府高度重視生物多樣性保護。2010年國務院審議通過了《中國生物多樣性保護戰(zhàn)略與行動計劃》(2011—2030年)。預計到2030年,全國各類保護區(qū)總面積要達到陸地面積的17%。與歐美等發(fā)達國家生物多樣性保護戰(zhàn)略相比,雖然我國在自然保護區(qū)、退耕還林還草、野生植物資源保護等方面取得了顯著成績,但在生產(chǎn)性農(nóng)業(yè)景觀生物多樣性保護方面的工作嚴重滯后[36]。建設8億畝高標準農(nóng)田、提升耕地質量、推進土地規(guī)?；a(chǎn)和經(jīng)營、生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)發(fā)展、適度開展耕地休耕、修復農(nóng)業(yè)生態(tài)、提升生態(tài)功能、保護生物多樣性、“一控兩減三基本”已成為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展重要任務,我國農(nóng)田結構、物質循環(huán)將會發(fā)生巨大的變化,將農(nóng)業(yè)景觀生物多樣性保護融入到各項工作中,農(nóng)業(yè)景觀重構和提質,保護農(nóng)業(yè)景觀生物多樣性,恢復和提升農(nóng)田水土涵養(yǎng)、天敵害蟲調控、授粉等生態(tài)服務功能,可以實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境保護和糧食穩(wěn)產(chǎn)甚至增產(chǎn)的多重目標。

4.2 農(nóng)業(yè)景觀生物多樣性保護對策

Scherr和McNeely[30]在2008年提出了生態(tài)農(nóng)業(yè)景觀(ecoagriculture landscapes)的概念,他們指出生態(tài)農(nóng)業(yè)景觀是由自然/本土生境和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地共同構成的景觀鑲嵌體。其中自然區(qū)域被管理用于促進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營活動,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)則通過合理配置和管理以能夠為野生多樣性和生態(tài)系統(tǒng)服務提供有益和良好的生態(tài)質量。盡管Scherr等[30]意識到了景觀生態(tài)學的觀點對指導生物多樣性保護、生態(tài)系統(tǒng)服務和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要性,但是主要著重強調的是應用生態(tài)農(nóng)業(yè)的方法來管理農(nóng)業(yè)景觀,對于景觀規(guī)劃設計及景觀建設的考慮相對不足。生態(tài)農(nóng)業(yè)景觀是整合景觀生態(tài)學的思想和方法以及生態(tài)農(nóng)業(yè)的方法和技術進行管理的農(nóng)業(yè)景觀,恢復和提升農(nóng)業(yè)景觀生態(tài)系統(tǒng)服務功能需要從農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)和農(nóng)業(yè)景觀兩個尺度(圖2)開展[37]。針對我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展面臨的問題和發(fā)展需求,中國農(nóng)業(yè)景觀生物多樣性保護需要從幾個方面開展:一是在《中國生物多樣性保護戰(zhàn)略與行動計劃(2011— 2030年)》的基礎上,充分認識我國在農(nóng)業(yè)景觀生物多樣性保護方面存在的問題、對農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要意義和功能,做好頂層設計,制定農(nóng)業(yè)景觀生物多樣性保護戰(zhàn)略和規(guī)劃;二是在我國不同類型農(nóng)區(qū)選取典型農(nóng)業(yè)景觀,開展農(nóng)業(yè)景觀生物多樣性調研、監(jiān)測和評價;三是通過國內外技術調研,研發(fā)農(nóng)業(yè)景觀生物多樣性保護技術規(guī)程,在不同類型農(nóng)區(qū)的典型農(nóng)業(yè)景觀,開展農(nóng)業(yè)景觀生物多樣性保護和建設技術試驗示范;四是通過技術篩選、技術研發(fā)和集成示范,集成構建以農(nóng)業(yè)景觀生物多樣性保護為中心的生態(tài)服務功能提升技術體系;五是借鑒歐美等國家以農(nóng)戶為主體的農(nóng)業(yè)景觀生物多樣性保護生態(tài)補貼的政策和制度,積極探索以村集體、農(nóng)民合作組織、規(guī)?；a(chǎn)大戶等為主體的農(nóng)業(yè)景觀生物多樣性保護制度,研究制定農(nóng)業(yè)景觀生態(tài)服務功能生態(tài)補償制度,并開展多種形式的農(nóng)業(yè)景觀生物多樣性保護宣傳和培訓活動,提高管理者、農(nóng)戶對農(nóng)業(yè)景觀生物多樣性保護價值和功能的認識。

圖2 農(nóng)田和景觀管理對生態(tài)系統(tǒng)服務功能的影響Fig.2 Effects of farmland and landscape management on ecological service function

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Functions and countermeasures of biodiversity conservation in agricultural landscapes:A review*

SUN Yufang1,LI Xiang2,ZHANG Hongbin1,CHEN Baoxiong1,LI Yaokui1,LIU Yunhui2,YU Zhenrong2**
(1.Rural Energy &Environment Agency,Ministry of Agriculture,Beijing 100125,China;2.College of Resources and Environmental Sciences,China Agricultural University,Beijing 100094,China)

Studies have shown that intensive agricultural production and homogenization of agricultural landscape have led to a decline in biodiversity across agricultural landscapes.This phenomenon has resulted in the loss of ecosystem services such as biodiversity conservation,natural pollination,pest regulation,erosion control and sustainable agricultural development.In this paper,the researches and practices of biodiversity in agricultural landscapes and the related ecosystem services were reviewed.We discussed the role of agricultural landscape in biodiversity conservation,pollination service,regulation service,soil and water conservation and other aspects of ecological service functions and conservation.We summarized the practical measurestaken in Europe and the United States for the conservation of biodiversity in agricultural landscapes.It was pointed out that although China had made significant efforts in the conservation of biodiversity,it neglected the protection of agricultural landscapes.In recent years,urbanization and intensive agricultural development have further exacerbated the loss of biodiversity in agricultural landscapes.It was necessary to draw lessons from the European and American experiences to put forward a national strategy for the conservation of biodiversity in agricultural landscapes in China.The intensification of conservation and enhancement of biodiversity in agro-ecological landscapes can benefit both crop yield and quality.The protection of biodiversity in agricultural landscapes required an integrated management of agricultural landscapes at agro-ecological and agro-landscape scales in order to restore and improve biodiversity in agricultural landscapes and the related ecosystem services functions.With specific regard to the problems and requirements of sustainable agricultural development in China,we suggested the development of biodiversity conservation in agricultural landscapes from policy and regulation measures,monitoring and evaluation,engineering and technology,research and development,technology integration,eco-subsidy system,training and extension,etc.

Agricultural landscape;Biodiversity protection;Ecosystem service;Agricultural sustainability;Intensive agricultural development

Oct.28,2016;accepted Mar.9,2017

Q14;Q16

:A

:1671-3990(2017)07-0993-09

10.13930/j.cnki.cjea.160960

孫玉芳,李想,張宏斌,陳寶雄,李垚奎,劉云慧,宇振榮.農(nóng)業(yè)景觀生物多樣性功能和保護對策[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報,2017,25(7):993-1001

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* 國家自然科學基金項目(41671181)和農(nóng)業(yè)應對氣候變化能力建設項目(2014127)資助

** 通訊作者:宇振榮,研究方向為景觀生態(tài)學、農(nóng)業(yè)景觀生物多樣性保護。E-mail:yuzhr@cau.edu.cn

孫玉芳,研究方向為農(nóng)業(yè)經(jīng)濟管理和資源保護。E-mail:sunyufang06@163.com

2016-10-28 接受日期:2017-03-09

*This work was funded by National Natural Science Foundation of China (41671181) and the Building Agriculture Capability to Cope with Climate Change (2014127).

** Corresponding author,E-mail:yuzhr@cau.edu.cn