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生態學研究的應用 實例

《應用生態學》裏面有的是。

它是生態學的分支學科。結合動植物生產、醫學、太空旅行、資源和環境管理等實踐需要,來研究應用過程中的生態學原理和方法。現代由於人類對開發生物資源、管理生物環境、發展醫學等得更廣泛和深入的實際需要,生態學的應用價值顯得越來越高,著重從應用需要來研究生態學的領域也不斷被開拓。例如,為了持續高產的農田生態學、林學、野生動物管理學、動物馴化魚飼料、自然資源保護、病蟲害防治、汙染生態學、流行病學、環境衛生學、放射生態學、太空旅行生態學等等,都屬於或可以看作是應用生態學的研究領域。

比如農業生產中化學生態學的應用

農業生產中化學生態學的應用包括農作物和雜草間、農作物和害蟲間以及作物、害蟲與天敵三重關系間的應用。由於微量化合物測定手段的逐步普及和信息技術的進步 ,該方面研究正在取得重大進展。

2. 1 農業的化感利用 研究墨西哥傳統農業習慣用豆科作物作覆蓋物或作堆肥 ,Caamal Maldonado J . A. [59 ] 研究結果表明 ,豆科作物有肥田、減少水土流失及減少雜草的作用。絨毛豆[ M ucuna deeringiana (Bort) Merr.] 、刀豆[ Canavalia ensif ormis (L.) DC.] 、銀合歡 Junbiebean [ Leucaena leucocephala (Lam.) de Wit ]和野生 Tamarind [ L ysiloma latisiliqium (L. )Benth.]的水提液對植物均有強烈抑制作用 ,田間實驗結果表明它們與玉米間作均有減少雜草的效果 ,其中絨毛豆使雜草減少 68 %。絨毛豆和銀合歡水提液還有抑制線蟲作用 ,絨毛豆作覆蓋物時使土壤線蟲數量減少 50 %以上。韓麗梅等 [13 ] 研究大豆地上部水浸液化感作用結果表明 ,正茬、重茬和迎茬大豆水浸液對沙培大豆生長有顯著化感抑制作用 ,並鑒定了丁二酸和苯甲酸等多種主要化感物質。阮維斌等 [14 ] 研究分析連作對大豆養分吸收和固 N 作用的影響結果表明 ,化感作用、病菌作用和線蟲作用分別對連作大豆生長有壹定抑制作用。Mattner S. W. 等 [60 ] 研究發現有銹病的大麥導致其附近苜蓿生物量減少 56 %。溫室研究結果表明有銹病大麥土壤比健康大麥土壤可使苜蓿生物量降低 36 % ,且其土壤淋出物也使苜蓿生物量降低 27 %。研究還表明銹病可能強化大麥的化感作用。曾任森等 [61 ,62 ] 研究結果表明日本曲黴產生的黑麥酮酸 F 對高等植物有化感作用 ,其作用方式包括降低超氧化物歧化酶活性 ,增加丙二醛含量 ,降低葉綠素 a 和葉綠素 b 含量 ,使光合作用下降 ,其呼吸、膜透性和脫落酸上升 ,電子顯微鏡觀察表明處理後線粒體膜不完整 ,葉綠體膨大且層間結構被破壞。對勝紅薊研究結果表明 ,勝紅薊揮發油對真菌、昆蟲和植物均有壹定生物活性 [15 ] 。在低溫、幹旱的秋冬季節勝紅薊的化感物質含量高 ,而高溫、多雨的春夏季其含量下降 [16 ] 。同等化感物質濃度下受體植物在低溫和遮蔭等逆境受抑作用增強。這表明逆境能刺激植物化感物質產生 ,且逆境和化感物質協同作用可形成針對資源競爭對手的強烈抑制作用。

2. 2 水稻化感作用研究 目前國內外已研究探討了水稻化感作用的品種差異 ,並發展了快速測定方法 ,研究了水稻遺傳規律及其數量形狀的基因定位。化感水稻可抑制單子葉和雙子葉植物 [63 ] 。水稻品種“PI312777”對萵苣有強烈化感作用 [64 ] 。Chung I. M. 等 [65 ] 研究結果表明水稻品種“Gin shun”、“Kasarwala mundara”、“Philippine 2”和 “Juma 10”化感表現頗佳。Ahn J . K. 等 [66 ] 研究結果表明“Janganbyeo”水稻品種谷殼溫水抽提液對稗草苗的抑制率達 75 % ,幹物質抑制率達 96 %。Jensen L.B. 等 [67 ] 用粳型旱稻品種“IAC165”和秈型水稻品種“CO39” 雜交後代 142 個自交系研究化感基因的 QTL 定位結果表明 ,“IAC165”對稗草有強烈化感作用 ,而“CO39” 則表現很弱 ,說明化感與根系形態遺傳無關 ,4 個主效應 QTL 分布於 3 條染色體上 ,可綜合解釋 35 %的酚類含量差異。曾大力等 [17 ] 研究了“窄葉青 8 號”(秈稻) 和“京系 17”(粳稻) 雜交 DH 群體 123 個 DH 株系幼苗葉片水提液對萵苣根系生長的抑制作用 ,並通過 QTL 分析檢測到 4 個與水稻化感作用相關位點分別在第 3、9、10 和 12 條染色體上。何華勤等 [18 ] 研究水稻 7 葉齡對萵苣化感作用受加性效應的影響結果表明 ,3~6 葉期由顯形效應控制 ,5 葉、8 葉期加性和顯性效應均有作用且以顯形為主 ,呈現間斷表達的遺傳特點 ,水稻化感作用受基因型和環境相互效應的影響較大。孔垂華等 [19 ] 報道糖甙間烴基苯可作為快速測定標記評價水稻品種及單株化感潛力的次生化合物。

2. 3 作物病蟲抗性的化學生態學研究 植物對微生物入侵的化學抗性物質可被誘導產生。真菌結構中不飽和脂肪酸如花生四烯酸、亞麻酸亞油酸、油酸和細菌 hrp 基因產物均可成為生物誘導劑。水楊酸、二氯異煙酸、二氯異煙酸酰胺、苯並噻重氮 (BTH) 也可誘導小麥、水稻和煙草等對多種病原產生抗性。噻菌靈、HCl、SiO 2 、NaCl、草酸、馬糞浸液、聚氨基葡聚糖和誘導素均可作為非生物誘導劑 ,誘導作物對不同真菌、細菌和病毒病害的抗性 [20 ] 。何水林等 [21 ] 研究結果表明 0. 5~4mmol/ L 濃度外源水楊酸處理辣椒葉片 ,可誘導對倍半萜環化酶基因的轉錄並表達出酶活性 (但其酶活性較低且於處理後 36h 表達) 。茉莉酮酸可誘導利馬豆產生水楊酸甲酯和 E24 ,82二甲基21 ,3 ,72壬三烯 ,且對蟎的天敵 ———捕食蟎有吸引作用 [22 ] 。劉勇等 [23 ] 研究結果表明麥長管蚜與禾谷縊管蚜對天敵燕麥蚜繭蜂的吸引作用低於它們和寄主植物的復合體 ,對燕麥蚜繭蜂的長距離吸引作用主要靠化學作用而不是靠視覺 ,麥蚜取食寄主時誘導的揮發性信息主要為 22茨烯、62甲基252己烯222酮、62甲基252己烯222醇、順232己酰2醋酸酯以及水楊酸甲酯 ,這些化合物除水楊酸甲酯外均對燕麥蚜繭蜂有明顯吸引作用。張茂新等 [24 ] 研究結果表明薇甘菊揮發油的化學成分有 22 個 ,主要為單萜、倍半萜及其醇和酮的衍生物 ,對小菜蛾、黃曲條跳甲和猿葉蟲有顯著產卵驅避作用 ,且有壹定毒殺作用而無熏蒸毒殺作用。

應用生態學觀點指導農業生產

生態農業是壹切農業的基礎,是農業的發展方向。生態農業是以生態學的原理建立起來的農業綜合管理體系。

生態農業的建設需要總體規劃,全面協調,是壹個高智能的人工幹預系統。它的機制是通過產業結構、種植結構、耕作制度、作物布局、耕作技術的調整,通過優種、化肥、農家肥、農藥、地膜、電力、水利等手段輸入農田物質。再通過農產品、有機物的輸出保持平衡,是壹個良性循環的經濟系統。由此對照,麥豆壹體化種植,其向土壤索取強度大,回歸少,副作用大,管理少,農作物和土壤不能和諧***進,違背了生態學原理,因此,我們應樹立生態學的觀點,走建設我國生態農業的道路,發現問題及時調整解決。

三、用三茬配置優化“麥豆壹體化”種植

三茬配置的來源是在總結了“壹年二收”、“二年三收”和“麥豆壹體化”種植經驗教訓的基礎上而概括出來的。三茬配置,要求麥田要配置三種茬口:壹是歇旱老茬,二是春播作物正茬,三是復播作物趕茬。有這三種茬口配置,就可減輕“麥豆壹體化”重茬連作的強度,使農作物和農田取得和諧,恢復生態良性循環。

1、好處:冬閑田和伏歇旱田(簡稱歇旱田)統稱休閑田。休閑田是改進“麥豆壹體化”重茬連作的突破口,它的好處是有時間對休閑田搞基本建設,治理水土流失,機械深松打破犁底層,耙地保墑,接納雪雨,輪作倒茬,切斷病蟲食物鏈,稭稈還田,培肥地力,培育壯苗。歇旱對培肥地力效果顯著,可提高小麥單產,發揮“壹畝頂二畝的作用”。通過休閑田減輕“麥豆壹體化”的副作用。“麥豆壹體”這個詞可說,但不要加“化”字。

2、原則:每年留麥田面積的三分之壹作為休閑田。原則是歇旱田少留些,多復播些大豆,以充分利用夏季雨熱資源,多產大豆,面積控制在休閑田的三分之壹。冬閑田多留些,控制在休閑田面積的三分之二。即麥豆壹體種植的面積保持在麥田總面積的三分之二,休閑田的面積保持在麥田總面積的三分之壹。用輪作倒茬,突破重茬連作。目的是在三至四年內分期分批休閑輪作倒茬壹次,既保持其麥豆主體地位,又優化農田生態環境。

3、運作方式:以澤州縣45萬畝麥田為例,依據上述原則,收麥之後留出5萬畝歇旱田,其余40萬畝種復播作物(其中復播大豆36萬畝),收獲播作物之後留出10萬畝冬閑田,其余30萬畝趕茬種麥。10萬畝冬閑田,經冬季農田建設,明年種春播玉米、谷子、春大豆或經濟作物皆可。這樣,麥田有5萬畝歇旱老茬麥,有10萬畝春播作物的正茬麥,有30萬畝的趕茬麥。照此周而復始運作,謂之三茬配置,閑忙有度,符合生態學原理。

4、效益評估:以統壹標準評估休閑田的損失和次年的效益。在三茬配置的運作中必須有休閑田,沒有休閑田換不來生態效益,也換不來冬閑田之後的高產玉米和歇旱田的高產老茬麥。休閑田關系到二年之內的農作物布局和面積。在評估效益時不能直觀分析,應以不同作物面積、產量、價格做加權計算。同時應把休閑壹季的損失彌補。還以澤州45萬畝麥田為例,進行效益評估(農田效益未扣除各項投資)。

(1)休閑田的損失。5萬畝歇旱田,如果種復播大豆,每畝大豆按140kg計,可產大豆700萬kg,每kg以2.4元計,收入1680萬元。冬閑田10萬畝,如趕茬種麥,每畝按200kg計,可產2000萬kg小麥,每kg小麥按1.6元計,收入3200萬元。以上合計,糧食少產2700萬kg,少收入4880萬元。

(2)休閑田後的收入。5萬畝歇旱老茬麥,以畝產600斤計,小麥可產1500萬kg,每kg小麥以1.6元計,可收入2400萬元。10畝冬閑田次年種玉米,畝產以400kg計,可產玉米4000萬kg,每kg以1.3元計,可收入5200萬元。以上***產糧食5500萬kg,可收入7600萬元。

由以上休閑後產量減去休閑空白損失產量,可增產糧食即5500萬kg-2700萬kg=2800萬kg,平均畝增產186.7kg,年平均畝增產93.2kg。可增收即7600萬元-4880萬元=2720萬元,畝均增收181.3元,年畝均增收90.7元。這就是三茬配置種植較壹年兩作麥豆重茬連作在兩年內的糧食增產增收效益。年畝均增糧食和收入分別為50.2%、27.9%。

(3)增產原因分析。壹是休閑後農田經基本建設,培肥地力,增強了蓄水保墑和抗旱能力,實行了輪作倒茬,控制了病蟲,恢復提高了農田生產力。二是增加了高產玉米作物,壹畝玉米可分別頂二、三畝小麥、大豆。三是歇旱老茬麥,穩定提高了小麥產量。

我縣實際是城郊工礦農牧型農業,壹家壹戶土地少,“麥豆壹體化”種植,簡單省工,種收集中,有利於辦企業、搞副業、外出打工。但農民仍然依戀土地,可不重視農業,不種好地,又怕人笑話,就這麽簡單種植,符合農民心態。對這個既有思想又有經濟、技術的復雜問題,應引起高度重視,應積極正確宣傳引導。樹立生態學的觀點,克服向土地掠奪的思想,用三茬配置改造重茬連作的過頭做法。以我縣現有糧食生產水平(畝產375-400kg)計,每年增產4-5%,在“十壹五”期間有望接近二等旱地產量水平(畝產526.9kg),提高農田經濟、生態、社會效益,實現農業可持續發展。