中国农业大学学报：现代生态农业的科学原理与应用技术(连载之六)

蒋高明 刘美珍 赵建设

4.1 科学原理

4.1.1  水热耦合原理

在农田中，光照、O₂、CO₂都不是限制因子，而是水热条件尤其水热组合，决定了农业生产力高低。生态农业尽可能利用天然降水，并适度利用客水或地下水，做到“旱能浇、涝能排”。热即热量，地球上的一切热量来自太阳，热对植物生长发育乃至群落分布有重要的作用。在阳光充足地区，热量与水的耦合对农业增产的作用大于化学肥料。此外，生态农业不仅考虑籽粒等人类可食部分，还考虑秸秆等动物可食部分。因此，在基本无有害化学物质添加基础上，获得较高的生物量是生态农业考虑的重点，而维持合理的水热平衡非常关键。

4.1.2  土壤碳氮库增长原理

碳表现在土壤中即有机质，通过有机肥养地，可大幅度提高土壤含碳量。有机肥指自然界中的所有光合产物及其衍生物，不仅仅指人粪尿和动物排泄物^[47]。氮是植物光合生长必须的元素，自然界可以利用的氮均来自空气，生物固氮、雷电固氮、干湿沉降都可以提供氮源。在种植过程中，用培育土壤碳库的方法培育土壤氮库，即使离开化肥厂也能提供作物足够多的氮。

4.1.3  生物多样性原理

农田生物多样性包括种植物种（植物、菌物）与养殖物种（动物）多样性。农业生态系统物种多样性越高，稳定性也越高，抗自然灾害能力越强，同时可延长农产品货架期，避免农产品滞销。害虫与杂草本身就是自然界的物种，其作用也具有利弊两面性。对于害虫和杂草必须进行管理，避害就利。在管理过程中，农民付出的劳动力获得工资性回报，从而带动生态就业。

4.1.4  生态位原理

农田生态系统中，不同物种都有自己的生态位，在时间、空间上所占据位置不同，大部分时间物种相安无事，只有当生态位重叠时，才会发生激烈的对抗。在农田中，因种间竞争，一种生物不可能利用其全部原始生态位，所占据的只是现实生态位，因此利用生态位的空间差异，可以降低杂草控制成本，如果园生草，就是利用乔木（藤本）与草本植物不同的空间生态位；种植高粱、甘蔗、玉米等高杆作物也可限制杂草生长；利用时间生态位差异，使用诱虫灯捕杀夜行性害虫，，益虫多在白天活动而较少受害。

4.1.5  生态系统原理

生态系统是不同生物与环境之间形成的相互依赖、相互制约的结构与功能单位，并在一定时期内处于相对稳定的动态平衡状态。根据农田生态因子变化特点、物种组成及其相关关系，利用生态学知识进行农田生态系统设计，力求获得最大产量、生物量或者最高经济效益。如间作套种、林禽互作，果禽互作、林粮互作，药粮互作、稻田养鸭、稻田养鱼、莲鱼共生、鱼菜共生等。

4.2 主要应用技术

关于生态农业的技术体系，骆世明^[27]认为构成生态农业技术体系的单项技术来源广泛，包括传统农业、现代农业和高新科技，其技术体系依然停留在农业的生产方面，然而农业的根本问题不是产量，而是农民收入，因此，必须包括农产品从生产到销售的各个环节。从小范围实践成功案例来看，完全不用化肥农药等能够产生出足够的食物来满足人类可持续生存^[41]。生态农业并不落后、低产、低效，而是高效、高产、高附加值。生态农业除使用机械、电力和燃油外，其余石化类农资已基本停用，主要的投入是劳动力。在目前资本市场下，劳动力就是金钱，是最安全的生物力。生态农业需要多种环境友好的科学技术，具体包括以下5个方面：

1）物理+生物防虫技术。利用害虫的趋光特点吸引害虫进行诱捕，同时恢复天敌控制“害虫”^[42]。该技术从源头控制雌虫数量，将交配后的雌虫连同雄虫通过物理方法控制，阻碍雌虫回到土地产卵，减少后代数量，再加上天敌恢复，“害虫”不至于产生危害。

2）有机肥养地技术。地球上所有的光合产物及其衍生物均可以做肥料，包括植物枯落物、秸秆、人与动物排泄物、动植物遗体、农产品加工与菌类养殖废弃物、可降解生活垃圾等。持续投入动物肥、绿肥、杂草肥等生物质肥料，可实现耕地碳库与氮库双增加，产量得到维持或提高。

3）生物与机械控草技术。采用生物、机械、人工等方法，根据时间生态位进行除草，或利用空间生态位生草，或利用动物除草；充分利用各种机械除草。

4）生物控病技术。充分发挥物种尤其有益微生物的作用，保持庄稼、蔬菜、果树不生病或少生病，从源头停止各种农药使用。该技术与有机肥养地技术配合，会发挥更重要的作用。

5）动力与灌溉技术。为降低劳动强度，收获、储存、运输、灌溉等尽量采取机械措施。目前，大型设备可用作整地、耕地和中耕除草，自动喷灌设备可布局到田间地头，从而大幅度降低劳动强度。

上述技术均应用在生产阶段，提供的是初级农产品，没有实现农产品增值，农民会因效益低选择进城打工。因此，有必要提高农产品附加值，让农民有定价权，畅通销路，才能保证生态农业健康发展。因此，现代生态农业还需要以下技术：

1）农产品加工技术。利用物理或生态方法替代有害化学添加剂，进行农产品加工，提升农产品附加值。农产品加工应以小型化、家庭化、多元化为主，带动农民专业化分工，更大范围内就业，避免市场竞争风险。传统的食品加工工艺，在高效生态农业体系中将发挥巨大的作用。

2）互联网技术。现代生态农业必须有自己的定价权，要发挥互联网与物联网优势，线上与线下相结合，网上购买与现场体验相结合，将优质农产品以优质价格销售出去。

3）物流技术。该技术可让自然界中所有适合人类食用的生物质进入餐桌。收获或捕捞的各种自然来源（如海洋、草原、森林、湿地、荒漠等）食物都属于生态农业范畴，且属于有机食品。