中国集约高产农田生态健康评价方法及指标体系初探_高旺盛

收稿日期 ： ２００７－０８－１３， 修回日期： ２００７－０９－１５。
Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｂｕｌｌｅｔｉｎ Ｖｏｌ．２３ Ｎｏ． １０ ２００７ Ｏｃｔｏｂｅｒ ・ １３２ ・ ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃａｓｂ．ｏｒｇ．ｃｎ
生态环境
的 ５３％ ， 粮食商品量占全国的 ９５％ 以上， 为国家提供 了大量的商品粮。粮食问题是关系中国国民经济发展 和全面建设小康社会的重大战略问题，中国人多地少 的国情决定了必须走持续提高粮食单产的道路，但是 高产再高产过程带来了农田生态系统的压力不断增 加， 农田生态系统结构破坏、 功能退化甚至破坏的态势 日益严峻， 严重制约了作物生产力的持续提高。 主要体 ［１，２］ 农田污染问题日渐凸 现在土壤生态障碍因子明显 、 现［３￣１３］、 农田生物多样性减少［１４￣１８］以及作物生长健康问 题突出
基金项目 ： “十一五” 国家科技支撑计划课题 “粮食主产区农田生态健康管理关键技术研究与示范” （２００６ＢＡＤ０２Ａ１５） 和国家自然科学基金 “农业生态系
统服务价值测度、 市场转化与决策模式研究” （３０４７１０１０） 。
第一作者简介 ： 高旺盛， 男， １９６３ 年出生， 中国农业大学农学与生物技术学院教授、 博士生导师， 中国农学会耕作制度分会理事长， 主要从事宏观农业

中国农学通报 第 ２３ 卷 第 １０ 期 ２００７ 年 １０ 月 生态环境
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态系统健康不仅需要土壤健康， 也是作物生长健康， 其 中土壤子系统是农田生态系统的关键和核心，其健康 程度不仅直接影响到当季、当年作物的健康生长和高 产优质， 更是作物高产能否持续的重要基础。因此， 构 建健康型高产农田生态系统就是要着眼于系统的自然 生态功能的保护， 通过改变不合理的人为措施， 依靠科 学技术消除高强度的农业活动对其生态功能的负面影
［１９，２０］
统健康指标体系， 即生物学指标 （生物生产力、 生物多 样性指数、 病虫害指数及生物入侵风险指数等） 、 环境 学指标 （土壤肥力水平、 生物多样性水平、 环境综合污 染指数、 无害化和资源化利用程度等） 、 生态经济学指 标 （自然资源综合利用率、 农业产投比和农产品质量水 刘国彬等探索了黄土 平） 来评价农业生态系统健康［２７］。 高原流域农业生态经济系统健康诊断方法，建立了评 价指标体系［２８，２９］。 武兰芳从系统结构 （资源可供性、 资源 可取性、 结构完整性、 结构多样性） 、 生产功能 （生产力、 生产效率、 生产效果、 公平性与公正性） 、 抗逆性 （自生 产力、 稳定性、 恢复力、 响应力、 ） ３ 个方面对山东禹城 市农业生态系统进行健康评价［３０］。 谢花林等从活力、 组 织结构和恢复力三方面选择单位面积农业净产值、 农 民人均纯收入、 土地人口承载度、 人口密度、 植被覆盖 度、 农业支出比例等 １７ 个指标， 在区域尺度上对西部 地区农业生态系统进行健康评价［３１］。针对农田生态系 统尺度的研究较少， 彭涛等［３２］利用层次分析法， 从结构 指标、 环境指标、 生产力指标、 持续力指标和管理指标 初步建立起农田生态系统健康评价指标体系，并给出 了评价指标标准； 李春阳等［３３］又以关键指标评价法， 以 武川县为例， 选择水分、 生物量、 幅宽等代表性指标， 分 析了不同作物覆盖下农田生态健康指数，对北方农牧 交错带农田生态系统健康评价。 总体来看，目前关于生态系统健康的评价较多从 宏观、 大尺度的角度开展， 针对的研究对象和问题也较 多， 没有形成相对统一的标准。 尤其是对于区域类型复 杂、 种植类型多样的农业生态系统， 需要根据具体特定 区域、特定尺度的农业生态系统制定科学合理的评价 体系。 ２ 农田生态系统健康评价的理论分析 农田生态系统是由农田作物与农田环境要素构成 的人工生态系统， 具有第一性生产、 物质能量转化、 生 态服务、 产品服务等功能， 在全球生物圈中具有十分重 要的地位。该系统是由农作物及其周围环境构成的物 质转化和能量流动系统， 是在自然生态系统的基础之 上，迭加了人类的经济活动而形成的更高层次上的自 然与经济的统一体， 具有自然和社会的双重属性， 农田 生态系统与自然生态系统的本质区别在于自然演替的 进程被人为截断，人为干预的设定目标是获得更多的 有益于人类自身的净产出。健康的农田生态系统不仅 要维持其自然的生态功能的可持续性，同时也要保障 人类需求的可持续性。农田生态系统包括土壤生态子 系统和作物子系统， 土壤健康是作物健康生长的基础， 而作物的健康生长又是作物优质高产的基础。农田生
Ｃｏｎｓｔｒ ｕｃｔｉｎｇ ａｎ Ｉｎｄｅｘ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ Ｈｅａｌｔｈ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｒ ｏｐｐｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ Ｃｈｉｎａ Ｍａｉｎ Ｆｏｏｄ Ｐｒ ｏｄｕｃｔｉｏｎ Ａｒ ｅａｓ Ｇａｏ Ｗａｎｇｓｈｅｎｇ， Ｃｈｅｎ Ｙｕａｎｑｕａｎ， Ｓｈｉ Ｙａｎｑｉｎ， Ｙａｎｇ Ｂｉｎ
。 如何科学评价目前中国三大平原高产农田
的生态健康现状与问题， 为制定科学合理的对策， 促进 中国粮食主产区农业可持续健康发展是当务之急。笔 者通过运用总体分析法和专家调研法，探索构建其生 态健康评价指标体系。 １ 国内外关于生态系统健康评价的研究概况 １．１ 国际研究概况 目前，国际上关于生态健康评价和监测诊断研究 内容主要体现两个方面。 （１） 从宏观层面上， 开展对不 同生态系统健康诊断评价指标体系的构建研究。目前 国际上研究较多的是土地健康及土地质量评价指标体 系。不少国际组织、 国家都相应开展了此项研究， 也取 得了一些成果。 例如， 世界银行、 联合国粮农组织、 联合 国发展署、联合国环境署联合开展的土地质量指标 （Ｌａｎｄ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ ，ＬＱＩ） 研究项目所提出 “压力 － ［２１］ 状态 － 响应” （ＰＳＲ） 评价体系 ； 澳大利亚联邦科学和 工业研究组织 （ＣＳＩＲＯ） 建立评价流域环境质量的 “健 ［２２］ 康” 诊断指标体系 等。 （２） 从中微观层面上， 开展对城 镇、 农业等生态系统中土壤、 水体等关键指标的测度与 健康维护。 目前国际上常用 ３ 种方法， 第一是依靠定性 认识的打分，如威斯康辛大学研究提出的土壤健康记 ［２３］ 分卡 （Ｗｉｓｃｏｎｓｉｎ Ｓｏｉｌ Ｈｅａｌｔｈ Ｓｃｏｒｅｃａｒｄ） ； 第二是对指 标定量测定评价方法，比较流行的是美国农业部推出 ［２４］ 的土壤质量检测手册 （Ｓｏｉｌ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｔｅｓｔ Ｋｉｔ） ； 第三是 关键特征指示物方法，通过以土壤有机质、土壤微生 物、关键指示植物等的研究确定特定土壤类型的健康 诊断方法，如康奈尔大学植病系的专家根据大豆根系 的生长情况与土壤病原物以及其他生物的关系提出用 大豆 “根系健康 ＝ 土壤健康” 的思路［２５］。 另外， 也有学者 运用分子生物学技术研究土壤微生物的结构及动态变 化以诊断土壤健康［２６］。 １．２ 国内研究概况 从系统健康评价方面国内学者已有一些有益的探 索研究， 但是主要也是从农业生态系统的角度开展。 例 如，章家恩提出了一套基本可以定量化的农业生态系
与区域农业、 农业生态系统管理以及农业发展战略政策等方面的研究。 通信地址： １０００９４ 北京市海淀区圆明园西路 ２ 号中国农业大学农学与生物技 术学院区域农业发展研究中心。Ｔｅｌ： ０１０－６２７３１４３６／６２７３７５１６； Ｆａｘ： ０１０－６２７３１４３６； Ｅ－ｍａｉｌ： ｗｓｈｇａｏ＠ｃａｕ．ｅｄｕ．ｃｎ。
（Ｒｅｇｉｏｎａｌ Ｆａｒｍｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ， Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ａｇｒｏｎｏｍｙ ａｎｄ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｃｈｉｎａ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００９４）
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｔｏ ｅｎｓｕｒｅ ｆｏｏｄ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ａｎｄ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ， ｉｔ ｉｓ ｕｒｇｅｎｔ ｎｅｅｄ ｔｏ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ａ ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ｉｎｄｉｃａｔｏｒ ｓｙｓｔｅｍ ｔｏ ｅｖａｌｕａｔｅ ｔｈｅ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｈｉｇｈ－ ｙｉｅｌｄ ｃｒｏｐｌａｎｄ ｅｃｏｓｙｓｔｅｍ ｉｎ Ｃｈｉｎａ ｍａｉｎ ｆｏｏｄ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ａｒｅａｓ， ｗｈｉｃｈ ｕｎｄｅｒ ｇｒｅａｔ ｐｒｅｓｓ ｏｆ ｓｏｉｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｅｓｔｒｏｙｉｎｇ， ａｎｄ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｓｅｅｋｉｎｇ ｈｉｇｈ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｙｉｅｌｄ． Ａｔ ｐｒｅｓｅｎｔ， ｔｈｅｒｅ ｗａｓ ｎｏｔ ａ ｇｒｅａｔｌｙ ａｃｃｅｐｔｅｄ ｅｖａｌｕａｔｉｎｇ ｉｎｄｉｃａ－ ｔｏｒ ｓｙｓｔｅｍ ｓｕｉｔ ｆｏｒ ｃｒｏｐｌａｎｄ ｓｙｓｔｅｍ ｅｖａｌｕａｔｉｎｇ ｗｈｉｃｈ ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｓｏｉｌ－ ｃｒｏｐ－ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｓｕｂｓｙｓｔｅｍ． Ｓｏ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ， ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｍｅｔａ－ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｔ ｑｕｅｓｔｉｏｎｎａｉｒｅ， ｗｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ ａｎ ｉｎｄｅｘ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｈｅａｌｔｈ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｒｏｐｐｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｔｈａｔ ｓｕｉｔ ｆｏｒ ｅｖａｌｕａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｈｅａｌｔｈ ｉｎ Ｎｏｒｔｈｅａｓｔ Ｐｌａｉｎ， Ｎｏｒｔｈ ａｎｄ Ｙａｎｇｔｚｅ Ｒｉｖｅｒ ｖａｌｌｅｙ ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ｍａｉｎ Ｆｏｏｄ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ Ａｒｅａｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： Ｍａｉｎ ｆｏｏｄ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ａｒｅａｓ， Ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｈｅａｌｔｈ， Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｉｎｄｅｘ ｓｙｓｔｅｍ， Ｍｅｔａ－ ａｎａｌｙｓｉｓ， Ｅｘｐｅｒｔ ｑｕｅｓｔｉｏｎｎａｉｒｅ 在中国粮食生产的区位分布中， 东北平原、 华北平 原、 长江流域平原 （上游成都平原和中下游平原） 三大 平原是中 国 主 要 的 粮 食 主 产 区 ， 耕 地 面 积 占 全 国 ５５％， 粮食播种面积均占全国的 ５８％， 粮食产量占全国