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有机农业生产对生态环境的影响

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摘要:农业生产是人类有意识改造大自然的一种生产活动,但由于部分人类的贪欲,在某些情况下这种改造活动对大自然造成了严重的破坏,而有机农业在生产过程中拒绝农药、化肥等化学合成物质的投入,采用对环境影响小的方法培肥土壤、防治病虫害,是一种环境友好型农业生产方式。本文综述了有机农业的定义、生产准则以及有机农业在增加区域生物多样性、改善土壤环境和保护生态环境等方面的重要意义,多角度反映出有机农业对环境友好的内在禀赋,认为政府、企业、农民应当合力推进有机农业的蓬勃发展。

关键词:有机农业;生态环境;生物多样性;土壤改良;保护环境

农业是人类有意识改造大自然以获得食物来源的一种生产活动,是承载着人类文明延续与发展的根基。但发展到现代农业之后,农药和化肥的过度使用在生产出大量农产品的同时,也造成了严重的食品安全隐患以及土壤肥力下降、自然环境污染严重、生物多样性被破坏等严峻的环境问题[1],人们必须要意识到现代石油农业并不是解决人类温饱问题的最佳途径,应该寻求一种对环境友好的农业生产方式。而有机农业在保障农产品安全、防止水土流失、改善生态环境等方面都能起到积极的作用[2],是一种可持续发展的环境友好型农业生产方式,应该得到大力推广。但在传统农业种植区域,政府与农民在应用和推广有机种植模式上的积极性不高。鉴于此,本文综述近年来有机农业生产活动对生态环境积极影响的相关文献,以期为我国有机种植模式的进一步推广提供科学依据。

1有机农业的概念界定与生产准则准确地界定

有机农业的概念是研究有机农业的首要步骤,根据国家标准叶有机产品曳渊GB/T19630.1要2011冤,有机农业是指遵照有机农业生产标准,在生产中不采用基因工程获得的生物及其产物,不使用化学合成的农药、化肥、生长调节剂、饲料添加剂等物质,而是遵循自然规律和生态学原理,协调种植业和养殖业的平衡,采用一系列可持续发展的农业技术以维持持续稳定的农业生产体系的一种农业生产方式[3]。在有机生产体系中,以农业清洁生产为指导思想,核心要求是建立、恢复农业生态系统包括动物、植物和土壤微生物在内的生物多样性以及由这些生物参与、推动的物质和能量循环,以保持、提高土壤的长效肥力和易耕性[4];具体的土壤培肥措施是激发系统内禀的自然肥力供给,如将作物秸秆、畜禽粪便和有机废弃物等腐熟还田以及轮作豆科作物、绿肥等,并采用农作物渊间冤轮作、耕种抗性作物品种以及物理措施、生物措施和生态措施作为控制农田病虫草害的主要手段,同时配合合理的耕作方式以保持水土,达到维护农业生产体系、保护生态环境的目的[5-7]。现代常规农业是目前我国耕作面积最大的农业生产方式,其长期、大量地施用农药、化肥等会抑制农田生物多样性的发展,而且残留在农田里的农药和化肥会严重污染、破坏土壤环境,并可能经淋失和径流进入地下水和河流、湖泊等水域环境造成严重的水污染[8-12]。而有机农业作为一种环境友好、可持续的农业生产方式,坚持不使用农药、化肥等物质,强调以自然、环保、不破坏农田生态的方式进行耕作、生产,避免了对水体、土壤及大气环境造成污染;而且有机农业重视科学、合理的耕作制度,采用间作、轮作等科学栽培法,不仅可以改善耕作土壤的理化性质,还能有效减少病虫害发生的机率,进一步达到保护土壤环境和生物多样性的目的[4-7,13]。总的来说,有机农业的生产过程对环境友好,能够控制农业生产过程中可能对水域环境产生的面源污染,促使土地肥力恢复,增加农业生态系统中的生物多样性,能够切实有效地保护和修复当地的生态环境。

2有机农业的生态效益

有机农业将动物、植物和土壤视作一个整体,强调在这个整体内部的资源循环利用,而且生产过程更注重保护自然环境及生物多样性,会充分考虑环境的承载力,使农业生产能与自然环境保护相协调,真正做到对环境友好。相关实践表明,开展有机农业可以使农业生产所造成的面源污染情况得到有效控制,包括动物、植物、土壤动物和土壤微生物在内的生物多样性也能迅速增加,同时减轻土地、水体和动植物界的受损程度,进而恢复和改善农业生产环境[14]。

2.1增加生物多样性

有研究表明,在过去40年内,集约化的农业生产活动是许多农田鸟类、杂草、土壤动物和土壤微生物等物种丰富度及多度下降的重要原因[8-9]。而有机农业拒绝使用农药、化肥,对生产区域内各种动物、植物、土壤动物与土壤微生物的危害极小,可以有效地恢复和保持生产区域内生物的多样性[15-16]。益鸟等动物天敌是有机农业体系中生物防治虫害的重要环节。与常规农田相比,有机农田中鸟类渊尤其是地面孵化的鸟类冤的种类和数量更高。如李现华等[17]对内蒙古磴口县境内常规农业系统和有机农业系统中动物多样性的调查结果表明,有机农业种植区的有益鸟类等生物的数量较多,而且有益昆虫渊尤其是七星瓢虫冤的数量也明显增加,而蚜虫等害虫的虫口密度则明显降低。节肢动物也是农田中数量较多的一类动物,根据相关的研究发现,有机农田内节肢动物的物种丰富度与多度都明显高于常规农田[18-19],有助于实现对农田害虫的生态控制。与传统农业生产对杂草等植物的敌对态度不同,有机农业生产允许相对多样化的杂草生长,甚至在农田休耕时期还会轮作某些能起到绿肥作用的草类。有机农业对于杂草的态度较为温和,因而在有机农田中杂草密度、生物量或地面覆盖物通常高于常规农田系统[20-23];还有相关研究发现,采用有机种植的农田内有较高的阔叶杂草[24]以及除草剂敏感型杂草[25]的物种丰富度和多度。有机种植方式下,农田中土壤动物的种类和数量也会有所增加,如蚯蚓就是土壤肥力的重要指示动物,蚯蚓的数量能反映土壤的结构、微气候、营养和毒性等土壤状况。

有研究表明,采用有机管理方式的农田中,土壤内蚯蚓的密度、数量均比常规农田高,如Brown[26]的研究报导发现,有机农田内蚯蚓的密度约为常规农田的2倍;还有其他相关研究也发现,有机农田较常规农田拥有较多的蚯蚓种群数量[27]。土壤中的微生物体渊细菌、真菌等冤在维持、增强土壤肥力方面发挥着关键作用,比如有益微生物群落会参与腐殖质的形成,能改善农田土壤的团粒结构,从而提高农田土壤的肥力状况。而有机农田拒绝农药和化肥的施用,减少了对土壤的破坏,在一定程度上改善了土壤微生物的生活环境。已有多项研究表明,采用免耕、轮作、施有机肥等有机种植模式的农田土壤微生物的生物量和生物活性均高于常规农田[28-32]。此外,秸秆还田作为有机农业种植体系中非常重要的土壤培肥手段之一,有大量研究发现,秸秆还田是有机农田中土壤微生物数量增加、活性增强的重要原因,如Ocio等[33]研究发现,在将秸秆翻压还田7d后,土壤中微生物的生物量增加了2倍;高美英等[34]对山西农业大学教学果园各层土壤中固氮菌数量的调查研究也发现,秸秆覆盖还田可明显增加果园各土层中固氮菌的数量,在整个0~60cm耕作层内固氮菌数量年平均增加95.47%,尤其在0~20cm土层中的固氮菌年平均增加量更达到了123.80%。总的来说,有机种植方式能有效提高种植区域内动植物、土壤动物和微生物的多样化组成,而生物多样性又具有重要的生态作用,有利于控制有害生物的发生,也有利于实现土壤营养的优化循环和保持土壤肥力等。因此,农业种植活动应采取对环境友好的技术措施,以保护种植区域内的生物多样性。

2.2改良土壤

现代农业长期、大量地使用农药、化肥、植物生长调节剂等物质,在提高作物产量的同时也严重损害了土壤环境,造成了如土壤中有机质减少、土壤微生物活力下降、土壤的蓄水保肥能力降低等恶果;而土壤是农业生产的根基,没有健康、肥沃的土壤就没有健康、营养的农产品,农业可持续发展的第一个要求就是保护和改良土壤。有机农业作为一种环境友好型的可持续农业,其发展初衷即是改善现代农业生产所造成的环境恶化,因而有机农业对于培肥、改良土壤极其重视。有机农业的培肥理论认为土壤是一个有生命的系统,施肥是在培育土壤,进而由肥沃土壤为农作物提供所需养分。因此,有机农业种植的第一步就是采取各种措施渊如施用有机肥和合理轮作等冤改良、培肥土壤,激活土壤的生命。对于有机农业中培肥土壤的方式,欧阳喜辉等[35]总结了国内外多项关于有机农业的研究,得出有机农业通过施有机肥、秸秆还田、免耕和轮作等措施可以有效增加土壤有机质、促进土壤团聚能力以及提高土壤微生物活性,从而达到培肥土壤的目的。秸秆还田与轮作也是有机农业提倡的改良土壤、维持地力的重要手段,如王宁等[36]的研究表明,秸秆还田能改善土壤环境,而且还能减少土壤碱性物质的流失,可以在一定程度上减缓土壤的酸化,维持土壤肥力;杨景成等[37]的研究也发现,与传统种植制度相比,粮草轮作结合秸秆还田可以有效地降低对土壤有机质的衰减效应。土壤微生物量碳是土壤有机库中的活性部分,是表征土壤质量和肥力的一个重要指标。董博等[38]通过长期定位试验发现,长期施用有机肥渊或有机肥与化肥配施冤可以明显增加耕作层土壤中的土壤微生物量碳和土壤有机碳。胡诚等[39]通过多年施肥试验发现,随着有机肥施用量的提高,农田土壤中微生物量碳、土壤可溶性碳、总有机碳等含量都随之增加。改良土壤、保护土壤环境是有机农业能够持续发展的根本,而长期的有机种植反过来又能提高土壤肥力、增强土壤生产力,并通过改变土壤的通透性和孔隙度等自然结构性状改善土壤环境,同时还在一定程度上增强土壤生物与微生物的活性,这都说明了有机农业是对环境友好且可持续的一种农业生产方式。

2.3保护环境

现代农业生产过程中,农药、化肥的过度使用会破坏农田土壤的理化性质,加剧水土流失、旱涝灾害,加剧对水、土和大气环境的污染,威胁生态环境安全。而有机农业采取对环境友好的方式、措施进行农业生产,能有效地保护环境,众多学者通过调查研究认为,相较于现代常规农业,有机农业具有防止水土流失、减少土壤污染、保护生物多样性、减少地下水污染、保护地表水水质以及控制温室气体排放等良好的生态效益[40-45]。有机农业在改善土壤环境、保持水土方面具有重要贡献,如卢东等[46]在多个有机种植基地中的试验表明,在控制好有机肥原料的情况下,有机农业土壤重金属污染的威胁较常规农业小;许恒周等[47]通过试验研究得出了有机农业有利于防止水土流失及土壤沙化、有助于农业可持续性发展的结论;RigbyD等[48]关于有机农业的研究也显示有机农业可以改善土壤养分缺乏状况,实现土壤肥力的持续供应和永久利用;此外,杜相革等[49]也认为有机农业可以改善土壤环境及其中的营养循环、改善土壤动植物的生存条件等,能有效增加土壤生物多样性,进而促进整个农田生态系统的可持续功能。

有机农业对水环境的保护则主要体现在减少农药和化肥对地下水和地表水的污染,据相关学者估测,全世界施用于土壤中的氮肥有30%~50%经淋失进入到地下水中[50],而我国相关部门的统计也发现农业面源污染对河流和湖泊富营养化现象的贡献率达到60%耀80%[51],可以说现代农业是造成地下水和地表水环境污染的主要原因。而有机农业采用了轮作和休耕培肥地力、拒绝施用农药和化肥等,减少农业生产对水环境的污染,有效地保护了地表水和地下水的水质安全,据席运官等[42]对有机稻田与常规稻田排水污染进行比较研究发现,有机水稻种植方式可减少农田排水中氮的排放量,还会降低排水中的总磷浓度;徐田伟[52]也发现了有机种植业的发展可以控制区域水土流失、降低非点源污染的水平,认为发展有机农业是我国控制农业面源污染的有效途径之一。现代农田生态系统是主要的温室气体排放源,尤其是近年来CH4和N2O的排放量增加更是主要来源于现代农业生产活动[53],而有机农业鼓励系统内的资源循环利用,减少了内部资源的浪费和外部资源的消耗,进而减少了温室气体的排放,改善了大气环境状况。在一项针对丹麦农业的研究中发现,如果将丹麦所有的农业用地全部转换成有机农业,则农业体系中的能量消耗和氮流通的减少可使丹麦全国温室气体渊CO2、CH4和N2O冤的排放量相应减少13%耀38%[54]。综合可知,有机农业可以不断改善农业生产环境,保护农业耕作范围内的土壤、水体和大气环境,尤其是在生态环境处于亚健康的地区发展有机农业还能够有效地减轻农业面源污染,加快地区生态环境的恢复,促进有机农业的可持续发展。

3结语

农业生产作为人类食物的最重要来源,保证其稳定生产是人类文明存续与发展的根基所在;而自然环境是人类的生存环境,保证其安全、健康也是人类社会存在的基础,人们应当兼顾农业生产和自然环境的安全。因此,农业的发展最终还是要走环境友好和可持续化的途径。而有机农业对生产环境的苛刻要求以及在增加生物多样性、改善土壤环境和对于自然环境的保护和改良作用等都充分说明了有机农业具有内在的环境友好禀赋,是一种值得大力推广的可持续农业。目前看来,我国有机食品有着巨大的国内外市场,国际上对有机产品的需求逐年增加,同时国内的有机食品消费也表现出迅速上升的趋势。虽然有机农产品的生产成本与产量方面存在一定的劣势,但由于其产品单价大大高于常规农产品,故总体上看有机农业的经济效益仍高于常规农业。综合环境效益以及社会需求、经济效益来看,我国应当大力发展有机农业,充分发动政府、企业、农民等多方合作,努力推进我国有机农业的蓬勃发展。

作者:郑力文;徐义军;凌有求;陈志;张梦杰;李康勇 单位:湖南省水利水电科学研究院

有机农业生产对生态环境的影响责任编辑:张雨    阅读:人次