農業生態
正文
農業生物（作物、 果樹、 蔬菜、栽培牧草和樹木、家畜、家禽、養殖魚類、食用菌等）之間以及它們與環境的相互關係。農業生產是人類利用生物吸收轉化環境資源形成各種農畜產品的過程。在農業生產中必然要考慮農業生態問題，所以農業生產實際上是生態學的套用。農耕地的分布 世界現有農耕地共約1424萬平方公里，約占陸地面積的10％。從氣候、土壤、地形、交通等方面看，農耕地占據的是最好的地方。地球陸地可以生產糧食的地方,從溫度看有83％，從雨量看有43％,從地形看有64％，從土質看有46％。但農業生產需要的是多種條件因素的有效配合，將多種因素綜合考慮則地球陸地適於農耕的面積就小了。
以面積百分率而言，歐洲和亞洲進一步擴大農耕地的潛力最小，中國的潛力也小，南美洲最大。世界總計可耕地最多可占陸地面積的23.8％（見表）。但這些耕地開墾時每畝所需投資比原有耕地開墾時要大。
農業生態系統的組成 農業生態系統是一個複雜的大系統，包括許多亞系統。從生物種群劃分，有農田生態系統、林木生態系統、 畜禽生態系統、 池塘漁業生態系統等；每個亞系統下又可再分若干子系統。
農業生態系統可以歸結為環境系統、生物系統與人為調節控制系統的3個系統的網路結構（圖1）。
環境系統包括氣候、地貌、土壤和各種水資源等。生物系統的優勢種群主要是經過人工選育、培植的作物，家畜，家禽，林木等；此外雜草、病、蟲的存在和繁殖也與人類活動有關。人類既是農業生態系統的參與者，也是主宰者，又是享用者。人為調節控制系統是指人類從自身的利益出發，通過農業生態系統的信息反饋，利用其經濟力量、技術力量和政策對環境系統和生物系統進行的調節、管理、加工和改造。在農業生態系統中，高產的品種代替了野生種，取得高產的同時卻往往使抗逆性降低；為了更多地獲得人所直接需要的生物種常使農業生態系統結構趨於簡化，降低了系統的穩定性，需要更多的人為調節控制措施進行彌補。作物、家畜等亞系統在網路結構中不能離開其他亞系統而單獨加速增長,即農業生產力是由組成農業生態系統的3個系統彼此協調共同作用的結果。 農業生態系統的3個系統網路結構是一個輸入-輸出系統，輸入環境資源，輸出各種農畜產品，中間通過各種生物群體進行物質能量轉化，將光、熱、水、氣、養分等環境資源的潛在生產力變為現實產量（圖2）。
希望有更多的產品輸出就必須相應增加輸入，為此，要合理利用資源。同時還應調節生物系統的組成結構以提高轉化環境資源為產品的效率。 農業生態系統的網路結構又是一個生態－經濟反饋系統。農業生態系統輸出的農畜產品是社會經濟系統的輸入,缺少這種輸入的支持,社會經濟系統將會崩潰；農業生態系統又從社會經濟系統獲得勞動力、農機具、化肥、燃料和科學技術等的輸入,缺少這種輸入的支持,農業生態系統也將崩潰，可見農業生態系統與社會經濟系統彼此依賴、相互支持、互為反饋（圖3）。
當人類為了近期經濟利益，只企圖從農業生態系統獲得更多的產品，超過了系統所能承受的持續產出，如森林採伐量大於更新和人工造林的木材增加量，對土地只用不養等，將最終導致農業生態系統的崩潰，進而使社會經濟系統也失去支持。 系統的功能與生產力 農業生態系統的生產力不是單一指標，不同於一般的單位面積產量，而是一組指標體系。在門類上包括單位時間作物、蔬菜、果樹、林木等植物生產的初級生產力和家畜、家禽、魚類等動物生產的次級生產力，還應考慮土壤肥力的變化狀況。從計量標準上包括生產產品數量、轉化的效率與平衡狀況。
農業生產作為一個經濟過程，既要追求高產，還必須強調效率，要計量產出產品數量與消耗資源數量，以及二者之間的產投比，包括農業生態系統輸出產品的總量與輸入資源總量之間的比值，也包括初級生產與次級生產的每一子系統的生產產品與其消費資源量之比，實質上是一系列的生態效率與功能問題。提高農業生態系統的生產力不能只追求提高某一部門的效率，也不是簡單地同等地提高各部門的效率，而應在提高農業內部每一部門效率的基礎上，求得各部門之間的科學銜接，密切配合，構成合理的運轉體系，才能取得整個系統總體的最佳轉化效率。
系統的能流 當把農業生產看作各種農業生物對太陽輻射能的吸收、固定、轉化體系時，人為調節控制系統可以看作是人類通過自己的勞動，耕畜、農業機械、化肥、農藥的使用，品種的改良以及燃料、電力的消耗等，來促進和調節太陽能的吸收、轉化，以提高農畜產品的產量與品質。人勞動的消耗為每小時175千卡,役畜使役約每小時2400千卡,化肥純氮生產約每千克17600～18400千卡,農藥、農業機械、柴油、電力等也都可以用能量計算。這些能量是太陽能以外的補加能量。另一方面，各種農畜產品也可以用能量計算，如小麥為每千克3755千卡，大豆為每千克4942千卡,蘋果為每千克620千卡,牛肉為每千克2070千卡，鯉魚為每千克1150千卡,馬尾松的木材為每千克4922千卡等。農業生態系統輸出的各種農產品與輸入的補加能量的能量值及其比值（能量的產投比）均可定量計算，均為評價農業生態系統生產力的重要指標。
農業發展戰略是針對不同地區的特點，研究在化學化、水利化、機械化等方面如何分配使用有限的人力、物力（補加能量）才能取得更多的農產品和更高的轉化效率。當不同地區環境系統的太陽輻射能量、人為調控系統的補加能量、生物系統生產出的農畜產品所含食物能量均為已知數值時，當不同地區農業生態系統的結構組合關係基本了解時，就可以對每一個系統、子系統的轉化進行定量分析，揭示其能流的運轉特點，進而探討其改進的途徑與潛力。可以調整結構比例，把農林牧漁的大農業作為一部“機器”加以檢修、改造、安裝，以求得產量與轉化效率的最佳方案。
中國不同地區農業生態系統的能量結構差異很大。長城沿線風沙區和黃土高原等低產區每畝農田生產產品的食物能量為36.8～39.2萬千卡，僅為長江流域和南亞熱帶等高產地區的18～20％。高產需要增加能量（尤其是商業能）的投入，低產地區補加能量中，化肥、農藥、農機、燃料及電力等商業能投放量分別為高產區的20.6～21.7％。美國玉米、小麥、水稻、 馬鈴薯4種作物平均每畝投入商業能折合35.5千克標準煤，中國除個別縣外，各地商業能投放量少則不足10千克，多者不足50千克。甘肅的定西、會寧和寧夏的固原等縣補加商業能僅2.59～5.00千克標準煤。為了促進農業發展，生產出更多產品，必須相應地投放更多的能量。在強調增加能量投放同時，還應努力提高能量的轉化效率。黃土高原區與長城沿線區的能量轉化效率（產投比）分別為0.96和0.97，即每投入1卡能只回收食物能0.96～0.97卡,而東北、長江流域和華南等地區能量轉化效率則高一倍左右，同一地區甚至相鄰兩個縣也存在效率相差一倍的事例，這說明提高能量效率具有巨大的潛力。
系統的物質循環與轉化效率 中國的廣大中、低產地區目前糧油作物轉化太陽輻射能效率僅0.1～0.4％，養分供應不足和水分短缺是限制作物光能利用率的重要因素。作物光合作用吸收固定1000千克碳所需具備的葉片、 莖、根等器官約含33.5千克氮、5.5千克磷、21.5千克鉀、4.5千克硫。北京附近糧油產量為每畝400千克時大約利用轉化太陽輻射能0.68％，其光合作用大約固定能量每平方米5500～6000千卡，積累乾物質為每平方米1300～1400克，吸收氮為每平方米18.2克，磷為每平方米2.9～3克。目前中國大多數地區農業生態系統的物質循環體系所能提供的氮素數量不多,通過對中國100多個縣的研究說明產量與農業生態系統的氮素轉化提供量密切相關。
在氮素運轉上另外兩個影響生產力的因素是氮素轉化效率與平衡狀況。目前多數地區每生產50千克糧油作物消耗氮素超過2000克,長城沿線風沙區高達2615克,許多地方具有提高氮素轉化效率的潛力。當然，提高效率不應以破壞平衡為代價，目前東北中、北部不少地區存在輸入氮素小於輸出氮素（比值<1）。出現了氮素入不敷出的現象。
系統的結構與控制管理 農業生態系統的結構指系統的組成比例和各部分在空間、時間上的排列與相互結合方式。能流和物質循環的途徑，以及彼此間的因果聯繫也都屬於結構。從不同的研究角度對結構可有不同劃分。如組合結構、層狀結構、數量結構、運轉結構和調控結構等。農業發展、國土整治、農業管理等目的都是通過調節結構以促進和發展農業的生產力。
組合結構 長江流域商品糧基地和珠江三角洲等高產區,或環境系統原屬優越,或經人為長期調節改造已臻完善，其生物系統比較複雜合理，如太湖平原的糧-菜-蠶-羊-豬系統(圖4),
成都平原的糧-油-豌胡豆-豬系統,廣東的桑（稻、蔗）基魚塘等，隨著人為調控系統的改善產量迅速上升。長城沿線風沙區不少地方人為沙化尚未完全制止，環境系統惡化不解決，產量必然低而不穩，許多措施很難發揮應有作用。黃土高原區的因水土流失等情況造成的環境系統破壞已引起重視，梯田、造林、種草已開始減緩破壞的進程。當因經濟實力不能全面解決環境問題時，通過選擇適宜生物種去適應環境系統，是投資少、收效快的途徑。黃淮海區和東北南部過去環境系統問題大，通過治理淮河、海河、遼河,環境系統有所改善,政策調整後使人為調控積極性增加，生產潛力得到了發揮。中、北亞熱帶丘陵山區由於地理、地貌的巨大分異，形成複雜多樣的環境資源組合,隨著對其環境-生物關係認識深化，農業和多種經營的潛力也將不斷得到發揮。 層狀結構 一個國家內農業生態系統的最高層次通常是氣候地理環境系統，它根據氣候、地貌等環境特徵劃分，如中國農業的10個大區。它以能量、物質在特定空間內的交換、 流通、 貯存、平衡為基礎，農業的旱、澇、鹼、蝕、薄等災害實質是取決於物質、能量在地區範圍內運轉的動力、方向、速率和後果。第二層次是農、林、牧、漁之間的物質能量轉化系統。農、林、牧、漁的結構、比例與布局要因氣候地理環境特點和人為調控能力安排。結構、比例的差異直接影響整個系統的物質能量運轉，如農牧之間通過供求關係、連鎖關係、限制關係和反饋關係對農業生態系統的輸入－輸出、轉化效率、穩定性和生產力都有明顯的影響，常是研究改進農業生態系統結構的重點。 第3層次是農業內部（或林業、牧業內部）的分布布局結構系統，如糧油、糧棉、糧肥等，農林牧各自內部布局對物質，能量運轉和經濟收益與平衡均有重要意義。第4層次是種群結構。第5層次是產量結構。
運轉結構 運轉結構涉及一個地區農業內部物質能量運轉的主要途徑，是劃分農業生態系統類型的主要依據。運轉結構通常要根據氣候地理環境系統特點，對農、林、牧、漁及其內部結構進行布局安排，以較少的消耗取得更多的產品和更大的經濟效益與生態效益。中國農業長期以來在各地形成許多合理的運轉結構，如廣東水網地帶的桑(稻、蔗)基魚塘，太湖平原的糧-菜-蠶-羊-豬類型（圖4）,北方遼東半島、膠東半島的糧食-花生-甘薯-豬類型（圖5）等。這些運轉結構是由適應當地氣候地理環境不同生態位的生物種，組合成具有多條能流和物質循環途徑的網路系統，其資源利用率高，單位面積上生物量大，產品多。
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