生态农业与水土保持

现代生态农业是一种以生态学理论为指导的，充分发挥农（林、牧）业生态系统光合作用潜力和资源利用率，提高物质和能量在生态位间的转化和利用效率，减少无效损失，增加经济产品产出，以节约资源、保护环境的农（林、牧）业技术体系。

一、生态农业的特点与类型

（一）生态农业的特点

较现代化学农业而言，生态农业具有资源利用率高、环境影响小、生产成本低、经济效益好的优点。从内涵和外延上，生态农业与农业生态工程基本相似。

农业生态工程是生态工程的一种。1962年，美国著名生态学家H.T.Odum首次提出了生态工程的概念，并定义为“为了控制生态系统，人类应用来自自然能源作为辅助能对环境的控制”。我国著名生态学家马世骏提出了“生态系统工程”概念，并给予了明确的科学定义，精辟地概括了“整体、协调、循环、再生”生态工程的原理，推进了我国生态农业的蓬勃发展，并与李松华研究员联合主编、出版了的《中国的农业生态工程》。马世骏认为生态工程是应用生态系统中物种共生与物质循环再生的原理、结合系统工程的最优化方法，设计的分层多级利用物质的生产工艺系统，进一步丰富了和完善了生态工程的内涵。这一概念以社会-经济-自然复合生态系统理论为指导，可持续发展为目标，又有几千年朴素的生态工程经验和80年代以来城乡生态建设的实践为基础，得到国际学坛的公认。国际生态工程学会主席W.Mitsch综合这两派思潮，将生态工程总结为“使人与自然双双受惠的可持续的生态系统的设计。

（二）生态农业的主要类型

生态工程又可以分为农业、林业、牧业、城镇、矿山等不同类型的生态工程。具体的讲，农（林、牧）业生态工程技术包括生物群落设计技术、食物链工程技术、以及病虫害生物防治技术、环境改良和气候调控技术等。

生物群落设计技术主要是立体种植和立体养殖技术，是一种通过发挥物种间互利共生关系，以提高资源利用率和改善环境的农业技术体系。立体种植技术主要有传统农业的间、套种技术，以及林农、林牧、林果、林茶、林胶（橡胶）、林药、、林菌（食用菌）等林业复合经营技术。立体养殖最著名的是青、草、鲢、鳙等四大家鱼的混合放养技术。利用林间隙地发展养殖业、林虫（蜜蜂、家蚕、柞蚕、紫胶虫等）复合经营也属于立体养殖的范畴。

食物链工程技术通过利用生态系统内部的营养关系，通过“加环”和“解链”，提高农业生态系统的资源转化效率，增加有效经济产出，并控制有害物质在生物间的传递，减少有害物质在经济产品中的积累和富集，保证食品安全。著名的桑基鱼塘通过蚕食桑叶、蚕沙（粪）喂鱼、塘泥肥田，成为食物链工程和人工生态系统建设技术的典范。桑叶养蚕、蚕沙喂猪、鸡，鸡粪喂猪喂牛，棉籽皮、木屑养蘑菇、菇糠喂牛，牲畜粪便制沼气、沼渣养鱼，都是可供选择的生态农业模式。通过林草养畜、牲畜粪便制沼气、沼渣肥田，形成林-畜-沼-农的生态农业系统，也是生态农业建设的可行模式之一。

环境调控技术是与生物群落设计相对应的技术。生态系统包括环境要素（生境）与生物（种群、群落）要素。环境调控技术是根据目标生物群落的要求对生境进行调控，主要包括农田水分高效管理、防护林建设、水土保持和土壤微环境管理等技术措施，也包括日光温室等人工调控气候技术，营造适合目标作物生长的人工环境，限制对目标作物生长不利的生物的生长和繁殖，以提高农业生态系统中的光合作用效率，提高产量，降低生产经营成本。日光温室等现代农业工程虽然投入较多的辅助能，但是能创造适宜作物生长的可控的环境条件，极显著的提高产量与产值，这种工厂化农业符合单位人功能投入换取的光合作用产物（固定的太阳能）最大的生态工程理念，是当前及将来一定时期内生态农业研究的热点问题。

病虫害生物防治技术是群落设计、环境调控和食物链工程技术中的具体应用。主要通过：轮作和间混套作、混交林建设等，选择恰当的群落结构，避免错误搭配，提高农业生态系统的稳定性，减少害虫与病原体的传染源和中间宿主，以降低病虫害发生的频率和规模；利用捕食、寄生等生物间相生相克关系，将害虫、病原体控制在一定的规模内，以减少病虫害给农业造成的损失，如广泛使用的以虫治虫——赤眼蜂控制螟虫、七星瓢虫控制蚜虫，以及以菌治虫（如白僵杆菌防治菜青虫、棉铃虫等），以毒（病毒）治虫、以毒（噬菌体病毒）治菌（细菌、真菌等病源微生物）等，利用鸡、鸭捕食草地蝗虫，招引猛禽、蛇控制鼠害等也属于这一范畴。病虫害生物防治技术还包括调控温度、湿度、光照等环境要素，以不利于害虫、病原体的生存和扩散；加强田间管理，提高农作物的抗逆性和抗病性，栽培和选育高抗性品种等。

二、水土保持中的生态农业理念

从某种意义上，水土保持是广义的生态农业（或农业生态工程）的组成部分，是改善山丘区、风沙区生态环境，保证农业可持续发展的基础。林草植被不仅是水土保持中最有生命力的措施，实质上也属于一种生态工程，即建造受人类干预的生态系统；水土保持工程和农业技术措施，也是为了改良立地条件，即生物学中的生境。从本质上水土保持活动都需要投入一定的人工辅助能，水土保持农业技术不仅减少水土流失，也符合用较少的人功能投入固定更多的太阳能的生态工程理念。

很多水土保持措施均体现了生态农业的原则，如混交林、间混套作属于生态农业中的群落设计技术。在20世纪末、21世纪初一部分水土保持学者提出发展“水土保持生态农业”，并与主张“水土保持径流调控”的学者展开了热烈的讨论。除林下经济、等高灌草带、梯田地埂经济林农林间作、果园生草覆盖、间混套作外，更能充分体现南方地区水土保持生态农业理念的是小流域治理当中“丘上林草丘间塘”的立体农业以及“猪-沼-果”生态农业模式。

绿色食品、有机食品等概念与生态农业既有区别又有联系。生态农业是生产绿色食品、有机食品的前提。但生态农业在保护生态环境与可持续发展的基础上，更加重视，单位投入的边际产出。绿色食品、有机食品强调的是环境友好型的生产过程和食品安全，即减少农业生产中的环境污染，特别是产品中的农药残留。水土保持中的清洁型流域治理理念与绿色食品、有机食品等的追求是一致的，即通过源头控制、过程调控、终端治理减少农业生产中的环境和食品污染，特别是控制进入水体的非点源污染物。因为径流和泥沙是污染物的重要载体，因此，非点源污染对水土流失有依附性。水土保持是减少农业生产中面源污染的基础，也是水土保持与生态农业重要的交集。

三、“千烟洲”生态农业技术模式

中国科学学院提出了治理南方红壤区水土流失、开发水土资源的“千烟洲”生态农业模式，其核心是“丘上林草丘间塘，缓坡沟谷果渔粮”的立体农业，通过综合治理将水土流失治理与土地利用结构调整结合起来，根据不同土地的可利用性和发生水土流失的可能性，按照以农则农，宜林则林，宜草则草的原则，把农业生产用地集中到不易发生水土流失的平地上来，把易发生水土流失的坡地作为生态建设用地，恢复植被；同时把水资源调控作为流域治理的核心工作，从而起到了既防止水土流失和土壤侵蚀，又合理和充分利用水土资源的作用，实现了较好的三大效益。

 水坝、山塘是千烟州小流域治理模式的核心，这主要是因为南方地区降水多，蒸发弱，坡面产流以蓄满产流为主。径流深较大，壤中流是径流的主体，无法实现“降雨就地全部入渗拦蓄”，在丘间沟谷洼地筑坝蓄水，拦蓄地表径流，作为“伏旱”时期水源；还可以发展多种经营，分层立体养鱼（蟹、虾、龟），在水面放养养鸭鹅，浅水处可以种植莲藕（Nelumbo nucifera）、芦苇（Phragmites communis）等挺水作物，深水处可以放养水花生（空心莲子草，Alternanthera philoxeroides）、水葫芦（凤眼莲，Eichhornia crassipes）、绿狐尾藻(Myriophyllum elatinoides Gaudich）等浮水植物，不仅能净化水质，还可以收获一定的经济产品，或者做绿肥、饲草以及发酵做沼气等。泥沙在水塘中淤积形成塘泥，清塘后也可以作物农田肥料。

“丘上林草”是在距离村庄道路较远的分水岭和坡度较陡的远山坡地营造水土保持水源涵养林，不仅提供木材和薪炭等林产品，还可以拦蓄暴雨径流，涵养水源，减轻水旱灾害，并发展林下经济，如林茶、林胶、林药、林菌、林虫间作等。

“缓坡沟谷果渔粮”是将村庄附近的低山丘陵缓坡地改造为果园、茶园，促进农村经济发展，经济林可采取等高带状种植或梯田整地，采取“前（上）坎后（下）沟”，梯壁植草，发展行间生草覆盖，减少坡面水土流失与非点源污染。本区粮食生产以水田为主，主要在山塘下游的沟谷间的平地里，山顶的水源涵养林和山脚、山腰的山塘、水坝，可以为农业生产特别是伏旱时期提供充足的水源，还可以利用塘坝水田发展养鱼、养蟹（虾，龟）、养鸭（鹅）等等，发展水产养殖，并形成和猪-沼-渔-果（粮）相结合的生态农业模式。

四、立体种养技术模式

立体种养属于生态农业中生物群落设计技术。南方地区水热资源丰富，通过发挥物种间互利共生关系，可形成多层次、稳定的立体植物群落和生物种群，一方面提高光合作用固定太阳能的效率，生产更多的农产品，增加经济产出，另一方面也可形成多层植被，增加地面覆盖度，减缓降雨、径流对地表的打击和冲刷，减轻水土流失（张光伦，2000）。水土保持林业技术中乔灌草混交、水土保持农业技术中高秆与矮秆作物间套作均属于立体种植的范畴。参与立体种植的作物应该占据不同的生态位，并具有互利共生的种间关系，能分层利用不同土层深度的水分养分、不同空间的光照，同时实现用地和养地、喜肥和固氮、喜光和喜阴等的结合，并不利于病虫害的传播。立体养殖如在坑塘水田水面发展水禽与鱼虾蟹贝的混合养殖。

立体种养技术在水土保持中的重要实现形式是林下经济。林下经济是为了充分利用林下资源（包括土地、光照、林荫等），在乔木林冠层以下以及林间空地从事林下种植、养殖、旅游等复合经营，从而有效实现林业资源的共享、循环发展，增加林业产出、提高林农的收入的经济模式。具体有林畜、林禽、林草、林果、林油、林粮、林菜、林菌、林药、林虫等复合经营模式，可以分为林下养殖和林下种植两大类。在当前我国重视生态环境建设、加大对森林资源保护力度的大背景下，林下经济可以较少的投入，在较短的时间内获得较好的收益，呈献出良好的发展前景。特别是发展林下经济是林农收入增加的有效途径。林下经济的发展，可以实现“以短养长”，有效缩短林业生产周期，提高林业附加值增加，增加林农收入，实现林业的持续、循环发展，生态效益与经济、社会效益的统一。因此，在全国各地特别是南方地区林下经济发展势头较好，

林下养殖主要是在林下和林间散养猪、羊、鸡等畜禽和经济昆虫（如蜜蜂、紫胶虫）等达到就地利用林草植被固定的太阳能并转化增值的作用，是利用边际水土光热资源的一种有效形式，但要注意禽畜放养的密度，并适当补饲，特别是注意对幼林的封育保护，防止养殖密度过大，破坏植被，产生林牧矛盾，保证资源的永续利用。

林草、林果、林油、林粮、林菜、林菌、林药复合经营都属于立体种植技术模式，即在乔木林下和林间空地种植合适的农作物、经济林果、药材、食用菌等。农田防护林网和坡地植物篱、农林间作也都属于农林结合的范畴。在梯田地埂上种植树木，还可以形成生物梗坎，防止地埂垮塌。立体种植不仅有助于增加林业经济产值，也可以形成多层植被覆盖地面的植物群落，与纯林相比，水土保持效果可能更好。尤其是经果林地和用材林的幼林地由于植被有效覆盖率较低，如果表土裸露，可能产生较为严重的水土流失。在林间带状间作适宜的矮秆、浅根系农作物（如花生、薯类、叶菜和根茎类蔬菜等），特别是绿肥、牧草，不仅能较早的获得林地收益，而且还能增加地表覆盖改良土壤，控制林下水土流失。

森林可以形成阴湿、微风的小气候环境，为某些经济作物、药材、食用菌创造了良好生境，我国南方的林茶、林果、林药、林菌结合都有很好的发展潜力。

茶树在山坡上一般分带等高种植，矮化密植，形成等高植物篱，林茶结合不影响茶叶生长营养空间和采茶作业的前提下，与乔木间作。乔木行距一般在4m以上。适合林茶间作的树种主要有银杏、香椿、银杏、泡桐，以及桢楠、香樟等名贵用材树种。茶树喜阴湿环境，光照时间太长、强度太强，茶叶的嫩叶会迅速老化，影响茶叶品质；发展林茶结合，用乔木树冠为茶树遮阴，特别是在春季日照多、气温回升快的茶区，有利于扩大采茶叶种植面积，延长茶叶采摘期和提升茶叶质量。茶园，特别是幼龄茶园也常与农作物间作，形成农茶间作的立体种植模式。间作的农作物主要有高矮两种，高秆作物以玉米为主，矮秆作物主要以花生、大豆等豆科植物和油菜等为主。高秆作物在夏季可以起到遮阴作物，可以提高茶树幼苗移栽的成活率、促进幼苗成长，矮秆作物一般具有绿肥的作用，但是间作高秆还是矮秆作物为优这一问题目前研究结论上不一致。

林果符合经营主要采用乔木林与草本藤蔓类的水果进行间作，如幼林或幼龄果树行间可以套种西瓜，西瓜为直根系，主根深而广，具有活化土壤的作用，而且藤叶覆盖面积大，可以有效预防雨季林间表土流失。草莓（Fragaria ananassa）也可与幼林或幼龄果树间作。此外，菠萝（Cryptanthus aca）作为草本水果，在我国南方经常与多种用材林、经济林间作，效果很好，而且菠萝叶等废弃物也是牛羊等反刍牲畜很好的饲料，可以用于林牧复合经营中。乔木还可以作为活立柱，作为多种藤本果菜攀援的支架。利用林木采伐剩余物在林间栽培食用菌发展林菌符合经营以及在林地间作中药材也都有很好的经济、生态与社会效益。

五、“猪-沼-果”技术模式

“猪-沼-果”生态农业技术是通过食物链工程，变废为宝，提高资源利用效率和减少环境污染的一种生态农业技术模式。沼气池是“猪-沼-果”技术模式的核心，利用人畜粪便和其他农村生产生活废弃物作为原料生产沼气，一方面解决农村环境污染问题，另一方面通过普及应用沼气解决广大农村的能源问题，并逐步代替薪炭等传统能源，减少农村生活用能对植被造成的破坏；沼液、沼渣可用作粮食和经济作物（果树）的肥料，用沼渣作为肥料可以显著减少水田直接有机肥产生的温室气体（CH₄），沼渣还可作为养鱼的饵料，以及作为饲料添加剂用于养猪。粮食以及经济作物采收后的副产品又可以成为畜禽养殖的饲料，并用禽畜粪便和农林（果）牧业的其他废弃物生产沼气，从而形成一条资源循环利用的产业链。

此模式具有三方面的积极作用：其一是缓解农村生活用能紧张的问题，保护植被，巩固水土流失的治理成果；二是提供农家肥料，改善土壤养分条件，有利于水土流失区农业发展和植被恢复；三是促进小流域经济的发展，增加农民的收入，改善农村环境，同时也调动了农民治理水土流失的积极性；从而实现了水土保持社会、生态和经济效益有机结合和统一，有利于农村经济、社会全面和可持续发展。

从20世纪70年代起，我国农村沼气事业几经起伏、曲折发展。南方地区，特别是南亚热带和热带地区，冬季温度较高，沼气可以周年生产，发展沼气的条件较为优越，猪-沼-果”生态农业技术模式还有很大的推广潜力，但是仍然有许多问题有待解决。传统的家庭沼气池不仅一直存在漏液、漏气的等术问题，而且随着农村燃料结构改变、电气化程度提高，以及规模化养殖业的发展，在沼气的用途、制气原料来源等方面的困难也越来越多。但是大型畜牧养殖场存在的废水废气污染问题，又为沼气事业发展创造了新的机遇。

因此，一方面需要进一步加强资金支持，提高家庭沼气系统的技术水平，发展以家庭农户为中心的“猪-沼-果”生态农业。特别是在南方很多山区，农户居住较为分散，燃气管道难以覆盖，发展沼气事业不仅有助于减少农村生产生活的面源污染，也可以为农民提供清洁的生活能源，改善人居环境。同时结合“猪-沼-果”模式，以沼气为中心，在院落内外种植花草树木和经济林，林下养殖猪、牛、羊、鸡、兔等畜禽，形成立体种养体系，不仅改善乡村环境，还可以发展庭院经济，促进种、养业有机结合，形成为养而种的家庭农场，充分利用农村富余劳动力，促进乡村振兴和经济繁荣。在冬季温度较低的长江以北等地区，特别是黄淮平原，为保证冬季沼气供应，沼气池可以与种植、养殖的温室大棚结合起来，形成“四位一体（沼气池-畜禽养殖-厕所-日光温室）”的生态农业和庭院经济模式，利用日光温室、塑料大棚发展种植、养殖，人畜粪便可以生产沼气，沼渣、沼液作为有机肥可用于温室种植，沼气还可以产生CO₂，作为温室大棚的气肥。

另一方面，随着农业产业化、专业化发展，依托大型养殖场可以发展工厂化的沼气生产，生产生物天然气，甚至接入城市供气管网，以及商品化的有机肥，从而使“猪-沼-果”生态农业突破了一家一户的家庭农业限制。

六、 清洁生产技术模式

发展生态农业，生产绿色无公害农产品的若干技术，也都可以用于清洁型小流域治理中。如肥料深施和保护性农业、对病原体的物理和生物防治等，属于清洁型小流域治理中减少非点源污染的源头控制措施。环境调控措施防虫网、遮雨棚等控制害虫和病原微生物的传播。黑光灯、性诱剂诱杀，以虫（捕食性和寄生性昆虫）、以菌治虫（白僵杆菌、苏云金芽孢杆菌）、以毒（病毒）治虫、以毒（病毒噬菌体）治菌（细菌、真菌等病源微生物）等生物防治措施减少化学农药的施用和对农产品、土壤与水的污染。通过传统育种和现代生物工程技术选育高抗逆性和抗病性的农作物品种，也是属于现代生态农业理念的。

以“猪-沼-果”模式为代表的生态农业技术可以有效减少农村养殖业废物和生活垃圾、污水等随径流冲刷、泥沙和地下水等进入地表水体的非点源污染。非点源污染对水土流失具有一定的依附性，因此，所有的水土保持措施在都可以一定程度减少非点源污染用于清洁型小流域治理，但与传统的流域治理相比，水土保持农业技术在清洁型流域治理的作用更大。

在减少非点源污染物来源的源头控制方面，，发展生态农业与保护性耕作措施（如覆盖措施），改良土壤性质，增加土壤的保肥保水能力，减少化肥农药的流失。

在控制污染物向地表水体转移的过程调控方面送，除一般的水土保持措施外，可以采取立体种植技术，形成农林符合体系，发展农林、弄草间作，坡耕地上每隔一段距离设置等高灌草带（灌木篱）过滤坡面径流中的泥沙及其携带的污染物。

此外，清洁型小流域治理还需要在河流水域岸边恢复滨岸带植被，乔灌草相结合，形成缓冲湿地，沉淀过滤坡面径流中的泥沙和污染物。在坡面、村庄排水系统的下方设立沉砂池和栏污栅。. 采用生物措施消除水体中的污染物，有条件的话，在流域下游（或水源地的上方）设立人工净水湿地，种植挺水和沉水植物等（如荷花、芦苇），吸收水中溶解的污染物，特别是氮磷等富营养化盐类，消除污染 。